JP2016123091A - 多形状ビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティング技法 - Google Patents

多形状ビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティング技法 Download PDF

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Abstract

【課題】リフレクタアンテナにおいてマルチビームを実現するためのフィードの位置を決定する方法を提供する。【解決手段】非パラボラリフレクタ８１０によって反射した電磁エネルギーが少なくとも１つのビームを生成し、少なくとも１つのビームが少なくとも１つの第１のカバレッジ位置から少なくとも１つの第２のカバレッジ位置へとシフトするように、少なくとも１つのフィード８２０を第１の角度位置から第２の角度位置へと回転させること及び少なくとも１つのフィード８２０を、少なくとも１つの第１のフィード位置から少なくとも１つの第２のフィード位置へと移動させることにより、フィード８２０のリポイントを行う。【選択図】図８Ａ

Description

［０００１］本開示は、フィードをリポインティングする技法に関する。具体的には、多形状ビームリフレクタアンテナ（ｂｅａｍｓ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ）のためのフィードのリポインティング技法に関する。
［０００２］マルチビームアンテナのカバレッジ位置を複数実現するために、必要とされるフィードの分離があまりにも大き過ぎて、特定のアンテナ製品（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）には適さないことがよくある（例えば、所望の衛星プラットフォームに複数のフィードを機械的に取り付けることができない場合）。これらの事例の中には、ミッションの達成に必要とされるもう一つのビームを生成するため、コスト増加を招く追加のアンテナが必要とされる場合がある。他の場合では、マルチビームアンテナのカバレッジ位置を複数実現するために、逆に、複数のフィードの位置が互いに過剰に接近することを必要とし、その結果、フィード同士が互いにぶつかることになる。
［０００３］そのため、所望のカバレッジ位置を設けることが可能でありながらも、物理的に実用的なフィードの位置を維持するマルチビームアンテナのための技法が必要とされる。
［０００４］本開示は、多形状ビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティング技法の方法、システム、及び装置に関する。１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つのビームをリポインティングする方法が、非パラボラリフレクタ（ｎｏｎ−ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）から／に向けて、電磁（ＥＭ）エネルギーを少なくとも１つのフィードを用いて受信すること及び／又は送信することを含む。１つ又は複数の実施形態では、非パラボラリフレクタから反射した反射電磁エネルギーは、少なくとも１つのビームに起因するか、及び／又は、少なくとも１つのビームを生成する。この方法は、少なくとも１つのビームが少なくとも１つの第１のカバレッジ位置から少なくとも１つの第２のカバレッジ位置へとシフトするように、少なくとも１つのフィードを、少なくとも１つの第１の角度位置から少なくとも１つの第２の角度位置へと回転させることを更に含む。
［０００５］１つ又は複数の実施形態では、この方法は、少なくとも１つのフィードを、少なくとも１つの第１のフィード位置から少なくとも１つの第２のフィード位置へと移動させることを更に含む。
［０００６］少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの第１のフィード位置は焦点にある。
［０００７］１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つの第１のカバレッジ位置及び少なくとも１つの第２のカバレッジ位置は、同じ位置又は異なる位置である。
［０００８］少なくとも１つの実施形態では、非パラボラリフレクタは、発散面又は収束面を備える。
［０００９］１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つのフィードは、送信フィード、受信フィード、又は送信及び／又は受信フィードである。
［００１０］少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのフィードは、直線偏波型フィード又は円偏波型フィードである。
［００１１］１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つの第１のカバレッジ位置は、地球、天体、宇宙船、及び／又は衛星に位置する。
［００１２］少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの第２のカバレッジ位置は、地球、天体、宇宙船、及び／又は衛星に位置する。
［００１３］１つ又は複数の実施形態では、非パラボラリフレクタは、可変形体を備える。
［００１４］少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのフィードは、方位角方向及び／又は仰角方向に回転する。
［００１５］１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つのビームをリポインティングするシステムは、非パラボラリフレクタを含む。少なくとも１つの実施形態では、非パラボラリフレクタから反射した反射電磁エネルギーは、少なくとも１つのビームに起因するか、及び／又は、少なくとも１つのビームを生成する。このシステムは、非パラボラリフレクタから／に向けて、電磁（ＥＭ）エネルギーを受信及び／又は送信し、且つ少なくとも１つのビームが少なくとも１つの第１のカバレッジ位置から少なくとも１つの第２のカバレッジ位置へとシフトするように、少なくとも１つの第１の角度位置から少なくとも１つの第２の角度位置へと回転する少なくとも１つのフィードを更に含む。
［００１６］少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのフィードは、更に、少なくとも１つの第１のフィード位置から少なくとも１つの第２のフィード位置へと移動する。
［００１７］１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つのフィードは、方位角方向及び／又は仰角方向に回転する。
［００１８］特徴、機能、及び利点を、本開示の様々な実施形態で単独で実現してもよく、又は、更に他の実施形態に組み合わせてもよい。
［００１９］本開示の上記及び他の特徴、態様、及び利点に対する理解は、後述の説明、特許請求の範囲、及び添付図面を参照することにより深まるであろう。
［００２０］図１から図７は、基本的なリフレクタアンテナの概念を示す。
パラボラリフレクタに対するビーム偏向係数を示す図である。 ビーム偏向係数の式を示す。 フィードが焦点に位置するときの、パラボラリフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 図２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 フィードが焦点から離れるように移動するときの、パラボラリフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 図３Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 フィードが焦点に位置し、且つ回転するときの、パラボラリフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 図４Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 フィードが焦点に位置するときの、成形したリフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 図５Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 フィードが焦点に位置するときの、発散リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 図６Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 フィードが焦点に位置するときの、収束リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 図７Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。図８から図１６は、本開示の複数の実施形態に係る、多形状のビームリフレクタアンテナのための、フィードをリポインティングする開示されたシステム及び方法を示す 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィードが焦点に位置し、且つ回転するときの、発散リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図８Ａの焦点にフィードが位置した状態での発散リフレクタに関連付けられる、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図８Ａの焦点に位置し、且つ回転する状態での発散リフレクタに関連付けられる、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィードが焦点から離れるように下方向に移動するときの、発散リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図９Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィードが焦点から離れるように下方向に移動し、且つ下方向に回転するときの、発散リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図１０Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィードが焦点から離れるように上方向に移動し、且つ上方向に回転するときの、発散リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図１１Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、第１のフィード（フィード１）が焦点から離れるように下方向に移動するとともに下方向に回転し、第２のフィード（フィード２）が焦点から離れるように上方向に移動するとともに上方向に回転するときの、発散リフレクタに対する光線の軌跡を示す図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図１２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、第２のフィード（フィード２）が焦点から離れるように上方向に移動するとともに第１のフィード（フィード１）が、焦点から離れるように下方向に移動するときの、図１２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、第２のフィード（フィード２）が焦点から離れるように上方向に移動するとともに上方向に回転し、第１のフィード（フィード１）が焦点から離れるように下方向に移動するとともに下方向に回転するときの、図１２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィードのリポインティングとビームシフトとを対比した表及び関連するビームの図を示す。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、リポインティングも移動もしない２つのフィードについての発散リフレクタで形成されるビームの方向を示す図である。 図１５Ａのビームについて、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、収束構成で回転する２つのフィードについての発散リフレクタで形成されるビームの方向を示す図である。 図１５Ｃのビームについて、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、発散構成で回転する２つのフィードについての発散リフレクタで形成されるビームの方向を示す図である。 図１５Ｅのビームについて、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、多形状のビームリフレクタアンテナのための、フィードをリポインティングする開示された方法を示すフロー図である。
［００５７］本明細書で開示される方法及び装置は、多形状のビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティング技法の動作システムを提供する。開示されたシステムは、少なくとも１つのフィードを備える多形状ビームリフレクタアンテナを採用する。開示されたフィードをリポインティングする技法は、有利には、必要とされるカバレッジ位置（例えば、地球、天体、宇宙船、及び／又は衛星における）において、成形されたアンテナビームの幾何光学開始ソリューション（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ （ＧＯ） ｓｔａｒｔｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を配向すると同時に、フィードの複数の位置を一まとめにすることが可能な一箇所に維持するために使用することができる。
［００５８］上述のように、マルチビームアンテナのカバレッジ位置を複数実現するために、必要とされるフィードの分離があまりにも大き過ぎて、特定のアンテナ製品（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）には適さないことがよくある（例えば、所望の衛星プラットフォームに複数のフィードを機械的且つ物理的に取り付けることができない場合）。場合によっては、ミッションの達成に必要とされるもう一つのビームを生成するため、コスト増加を招く追加のアンテナが必要とされる。他の場合においては、マルチビームアンテナのカバレッジ位置を複数実現するために、反対に、複数のフィードの位置が互いに過剰に接近することを必要とし、その結果、フィード同士が互いにぶつかることになる。本開示では、フィード（又はアンテナ）を所与のプラットフォームのどこに置くことができるかに関してより大きな柔軟性を可能にする、新規なフィードとビームの関係が提案される。それにより、様々な設計基準を満たすのに必要とされるフィード（又はアンテナ）の数が減少する。
［００５９］多形状ビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティング技法の開示されるシステム及び方法は、有利には、１つ以上の成形されたビームが同じリフレクタシステムによって作られる適用例で用いることができる。その典型例は、２つのフィードがリフレクタ表面を照射し、２つの成形されたビームが生成されるときである。例えば、衛星軌道の位置からは、ビームは、地球上の特定された２つの異なる領域をポインティングしなければならない。上述のように、ビームは、フィードの移動を使用することによって、所望のカバレッジ領域へとシフトさせることができる。
［００６０］しかしながら、ビームを所望のカバレッジ領域へとシフトさせるためにフィードの移動のみを使用することが問題を引き起こす状況がいくつかある。このような状況の１つとしては、特定された２つの領域を照射できるために必要とされるフィードの間隔が大きすぎる場合であり、結果として、例えば、衛星プラットフォームでフィードと他の物体との機械的なぶつかり合いが生じ、場合によっては、これらのフィードの位置によって、他のアンテナ又は物体をあちこちに散らさねばならない。別のこのような状況としては、照射する２つの領域が互いに近すぎる（例えば、重複さえする）場合があり、それにより、複数のフィードが、互いに機械的にぶつかり合うビームを生成する結果となる。これらの両方の状況において、開示されるように、成形されたリフレクタ表面とともにフィードのリポインティングを使用することによって、フィードの位置を許容可能な機械的な複数の位置に調整しながらも、必要とされるビームを生成することを可能にすることができる。重なり合うビームを生成する２つのフィードの例が、図９から図１２で示されることに留意するべきである。
［００６１］パラボラリフレクタによって生成されたビームに関しては、リフレクタの焦点から距離Δｘを隔てた位置にあるフィードの位置と、リフレクタのボアサイト方向に対して生成されるビームの方向（ΔΘ）との間に直接的な関係があることに留意するべきである。２つ以上のビームが、２つ以上のフィードを使用してリフレクタによって生成されるとき、生成されるビームの方向は、これらのフィードを一まとめにすることで強いられる機械的制約によって制限される。つまり、ビーム同士をどの程度近接させることができるか、あるいはビーム同士をどの程度離間させることができるかを制約すると同時に、複数のフィードを一まとめにすることができなければならない。
［００６２］成形されたリフレクタに関しては、ビーム偏向係数（ＢＤＦ）は、ビームの成形の度合、成形ソリューションの種類（例えば、収束又は発散）に依存する。更に、成形されたリフレクタにおいては、フィードのリポインティングがビームをシフトさせることもできる。
［００６３］成形されたビームについて、開示されたシステム及び方法は、多形状ビームに対するこの「ビームシフト」と「リポインティング」の関係を利用する。これにより、所望のビーム方向の調整を可能にしながらも、フィードを一まとめにすることができるようにフィードの位置を維持することが可能になる。この開示された技法を用いて、実際に完全に重なり合う２つ（以上）のビームを生成するために同じリフレクタを使用することさえもできる。
［００６４］下記の説明には、システムのより徹底した説明を提供するため、多数の詳細事項が記載されている。しかしながら、当業者には、これら具体的な詳細事項がなくても開示されたシステムを実施できることは明らかであろう。他の場合では、システムを不要に分かりにくくしないため、周知の特徴を詳細に説明していない。
［００６５］本開示の実施形態は、本明細書において、機能的及び／又は論理的な構成要素、並びに様々な処理ステップの観点から説明される場合がある。このような構成要素は、特定の機能を実施するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア構成要素によって実現可能であることを理解されたい。例えば、本開示の実施形態は、例えば、メモリ素子、デジタル信号処理素子、論理素子、ルックアップテーブルなどの様々な集積回路構成要素を利用してもよい。これらは、１つ又は複数のマイクロプロセッサ或いは他の制御装置の制御の下で、様々な機能（例えば、１つ又は複数のフィードの移動及び回転）を実行することができる。加えて、当業者には、本開示の複数の実施形態を併用して実施することが可能であり、本明細書に記載したシステムは、本開示の単なる１つの例示的な実施形態であることを理解するであろう。
［００６６］簡潔にするために、多形状ビームリフレクタアンテナ、及びシステムの他の機能面（及びシステムの個々の動作構成要素）に関する従来技術及び構成要素は、本明細書で詳細に説明されない場合がある。更に、本明細書に含まれる種々の図に示される接続線は、種々の要素間の例示的な機能関連性及び／又は物理的連結を示すことが意図されている。本開示の実施形態では、多数の代替的又は追加的な機能関連性又は物理的連結が存在しうることに留意されたい。
［００６７］図１から図７は、基本的なリフレクタアンテナの概念を示す。
［００６８］図１Ａは、パラボラリフレクタ１１０に対するビーム偏向係数を示す図１００である。この図では、フィード１２０は、最初にリフレクタ１１０の焦点１３０に位置する。この位置では、長さＬの二等分線１４０が示される。フィード１２０が送信しているとき、フィード１２０は、電磁（ＥＭ）エネルギー（例えば、無線周波数（ＲＦ）エネルギー）をリフレクタ１１０に向けて放射し、ビーム１５０がリフレクタ１１０から反射される。逆に、フィード１２０が受信しているとき、フィード１２０は、リフレクタから反射された電磁エネルギー（例えば、無線周波数エネルギー）を受信している。
［００６９］焦点１３０から距離Δｘ離れてフィード１２０が移動する（又は動く）とき、リフレクタ１１０から反射するビーム１６０は、角度ΔΘシフトする。ΔΘの値は、Δｘをビーム偏向係数（ＢＤＦ）に掛けた（＊）値に等しい。フィード１２０の回転（又はリポインティング）によって、リフレクタ１１０から反射されるビーム１５０が著しくシフトしないことに留意されたい。
［００７０］図１Ｂは、ビーム偏向係数の式を示す。この図では、方程式１（ＥＱＵ１）及び方程式２（ＥＱＵ２）については、Ｄがリフレクタの直径であり、Ｆは焦点距離であり、Ｋは０．３６にほぼ等しい。Ｋは、０．３と０．７との間で変動し、その値は、開口（すなわち、リフレクタ）のテーパが増加するほど増加する。
［００７１］図２Ａは、フィード２２０がリフレクタの焦点２３０に位置するときの、パラボラリフレクタ２１０に対する光線の軌跡を示す図２００である。この図では、パラボラリフレクタ２１０に関しては、焦点２３０から開口面２４０へのすべての光線は、同じ長さを有することが示される。これにより、リフレクタの開口において常に平面状の位相面２５０が生じる結果となる。フィードから来る光線によって生成される均一位相面２５０によってビームの方向が決定される。
［００７２］パラボラリフレクタ２１０に関しては、焦点２３０に対するフィード２２０の位置がビームの方向を決定することに留意されたい。図２Ａで示される例では、フィード２２０は焦点２３０に位置し、その結果、ボアサイト２６０方向におけるビームが生じる。リフレクタのボアサイト２６０は、パラボラ焦点軸（ｐａｒａｂｏｌａ ｆｏｃａｌ ａｘｉｓ）２７０に対して平行である。
［００７３］本開示における公称方向は、ボアサイト２６０方向（すなわち、０度）と呼ばれることに留意するべきである。しかしながら、ボアサイト方向２６０は任意のものであり、基準方向は、公称のフィード位置と同様に任意に選択できることに留意されたい。
［００７４］図２Ｂは、図２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、ビームの指向性のパターンは、アンテナのボアサイト方向に対応するゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。
［００７５］図３Ａは、フィード３２０が焦点３３０から離れるように移動するときの、パラボラリフレクタ３１０に対する光線の軌跡を示す図３００である。この図で示されるように、フィード３２０が、焦点面において焦点３３０から距離Δｘ離れて移動すると、すべての光線が、リフレクタのボアサイト３６０方向に対して、ΔΘのシフトを伴ってほぼ同じ角度で反射する。これによっても均一位相面３５０が生じる結果となるが、位相面３５０は、開口面３４０に対してΔΘだけ傾斜し、その結果、ボアサイト３６０方向に対してΔΘのビームシフトが生じる。
［００７６］パラボラリフレクタ３１０に関しては、フィード３２０を動かすことによって、ビーム方向のシフトが可能になることに留意されたい。図３Ａで示される例では、フィード３２０は、焦点３３０に対して、距離Δｘ移動し、その結果、ΔΘのビームシフトが生じる。
［００７７］図３Ｂは、図３Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 この図では、ビームの指向性のパターンは、ゼロ度軸から距離ΔΘを走査されているように示される。
［００７８］図４Ａは、フィード４２０が焦点４３０に位置し、且つ回転４７０するとき、パラボラリフレクタ４１０に対する光線の軌跡を示す図４００である。この図で示されるように、パラボラリフレクタ４１０に対しては、フィード４２０からのすべての光線が、等しい角度でリフレクタによって反射し、その結果、開口面４４０に対して平行な均一位相面４５０が生じる。この例では、フィード４２０は焦点４３０に位置し、その結果、ボアサイト４６０方向におけるビームが生じる。開口角度中心から離れるフィードのリポインティング（又は回転）（例えば、図示の回転させられたフィード４７０を参照）は、スピルオーバー（ビーム漏れ、ｓｐｉｌｌ ｏｖｅｒ）を増加させ、開口効率を低減させるが、結果として生じるビームをシフトさせないことに留意するべきである。
［００７９］本開示では、フィードのリポインティングは、フィード４２０の公称のポインティング方向に相対的なものであり、公称のポインティング方向は、通常スピルオーバーを最小限にする方向（又はこれと匹敵するｓｕｂｔｅｎｄｅｄ ａｎｇｌｅの方向）であることに留意するべきである。
［００８０］図４Ｂは、図４Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 この図では、非回転フィード４８０のビーム指向性パターン及び回転フィード４９０のビーム指向性パターンは、両方ともゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。回転フィード４９０のビーム指向性パターンは、非回転フィード４８０のビーム指向性パターンよりも指向性が低いように示される。これは、スピルオーバーの増加、ひいては開口効率の低減によるものである。
［００８１］図５Ａは、フィード５２０が焦点５３０に位置するときの、成形されたリフレクタ５１０に対する光線の軌跡を示す図５００である。この図で示されているように、リフレクタ５１０を成形（収束面５７０又は発散面５８０のいずれかで）することにより、成形されたビームを生成することができる。リフレクタ５１０を成形するとき、初期幾何光学ソリューション（ｉｎｉｔｉａｌ ＧＯ （Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃ） ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と呼ばれる表面に対する初期摂動（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）がパラボラに対して適用され、その結果、ビームを拡大し且つ平坦にする。初期ビームソリューションは、照射する領域（すなわち、地球上の領域）をカバーしなければならない。リフレクタ５１０の初期成形表面は、パラボラ面に比べて、発散型（例えば、発散面５８０）にしてもよく（すなわち、よりくぼんでもよい）、又は、収束型（例えば、収束面５７０）にしてもよい（すなわち、より出っ張ってもよい）。
［００８２］この図で示されるように、パラボラリフレクタ５１０に関しては、フィード５２０からのすべての光線が、等しい角度でリフレクタによって反射し、その結果、開口面５４０に対して平行な均一位相面５５０が生じる。この例では、フィード５２０は焦点５３０に位置し、その結果、ボアサイト５６０方向におけるビームが生じる。
［００８３］図５Ｂは、図５Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 この図では、パラボラリフレクタ５１０に対するビーム指向性パターン５９０、発散面５８０に対する初期ビーム指向性パターン５９２、及び収束面５７０に対する初期ビーム指向性パターン５９５は、すべてゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。
［００８４］図６Ａは、フィード６２０が焦点６３０に位置するときの、発散リフレクタ６８０に対する光線の軌跡を示す図６００である。この図では、発散リフレクタ６８０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）、収束リフレクタ６７０（すなわち、収束面を有するリフレクタ）、パラボラリフレクタ６１０、及びボアサイト６６０方向が示される。更にこの図では、発散リフレクタ６８０から反射された光線が、互いに平行ではなく、不均一な位相面６５０が生じる結果となることが示される。位相面は、不均一６５０であるため、開口面６４０に対して平行ではない。
［００８５］図６Ｂは、図６Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 この図では、パラボラリフレクタ６１０に対するビーム指向性パターン６９０、及び発散面６８０に対する初期ビーム指向性パターン６９２は、ゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。
［００８６］図７Ａは、フィード７２０が焦点７３０に位置するときの、収束リフレクタ７７０に対する光線の軌跡を示す図７００である。この図では、発散リフレクタ７８０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）、収束リフレクタ７７０（すなわち、収束面を有するリフレクタ）、パラボラリフレクタ７１０、及びボアサイト７６０方向が示される。更にこの図では、発散リフレクタ７８０から反射された光線が、互いに平行ではなく、不均一な位相面７５０が生じる結果となることが示される。位相面は、不均一７５０であるため、開口面７４０に対して平行ではない。
［００８７］図７Ｂは、図７Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。 この図では、パラボラリフレクタ７１０に対するビーム指向性パターン７９０、及び発散面７８０に対する初期ビーム指向性パターン７９５は、ゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。
［００８８］図８から図１６は、本開示の複数の実施形態に係る、多形状ビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティングの開示されたシステム及び方法を示す。
［００８９］図８Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィード８２０が焦点８３０に位置し、且つ回転８７０するときの、発散リフレクタ８１０に対する光線の軌跡を示す図８００である。この図では、発散リフレクタ８１０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）及びボアサイト８６０方向が示される。更にこの図では、発散リフレクタ８１０から反射された光線が、互いに平行ではなく、不均一な位相面８５０が生じる結果となることが示される。位相面は、不均一８５０であるため、開口面８４０に対して平行ではない。
［００９０］この図で示されるように、成形面（例えば、発散リフレクタ８１０）に関しては、リフレクタの開口（すなわち、不均一な位相面８５０）全体にわたる位相分布の不均一性のため、フィード８２０をリフレクタ８１０の特定の領域に向けてリポインティング８７０することによって、その領域における電力が増加し、その領域における局所的な位相面の方向によって決定されるビームシフトが生じる結果となる。
［００９１］図８Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図８Ａの焦点８３０にフィード８２０が位置した状態での発散リフレクタ８１０に関連付けられる、地球上の例示的なアンテナパターン８８０を示すグラフである。この図では、アンテナパターン８８０（すなわちビーム）は、北米にわたって位置するように示される。
［００９２］図８Ｃは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィード８２０が図８Ａの焦点８３０に位置し、且つ回転８７０する状態での発散リフレクタ８１０に関連付けられる、地球上の例示的なアンテナパターン８９０を示すグラフである。この図では、アンテナパターン８９０（すなわち、ビーム）が、北米の西側、部分的に太平洋へと移動したように示される。フィード８２０は、方位角面で４度（４°）をリポインティング８７０した。
［００９３］図９Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィード９２０が焦点９３０から離れるように下方向に移動するときの、発散リフレクタ９１０に対する光線の軌跡を示す図９００である。この図では、発散リフレクタ９１０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）及びボアサイト９６０方向が示される。更にこの図では、発散リフレクタ９１０から反射された光線が、互いに平行ではなく、不均一な位相面９５０が生じる結果となることが示される。位相面は、不均一９５０であるため、開口面９４０に対して平行ではない。
［００９４］この図で示されるように、焦点９３０から距離Δｘ離れてフィード９２０が移動するとき、不均一な位相面９５０が角度ΔΘ’分シフトし、その結果、上方向にビームがシフトする。
［００９５］図９Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図９Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、フィード９２０が焦点９３０に位置した状態での発散面９１０に対する、パラボラリフレクタについてのビーム指向性パターン９７０及び初期ビーム指向性パターン９８０は、両方ともゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。更にこの図では、フィード９２０が焦点９３０から距離Δｘ離れて移動した状態での発散面９１０に対する、初期ビーム指向性パターン９９０は、上方向にΔΘ’シフトするように示される。
［００９６］図１０Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィード１０２０が焦点１０３０から離れるように下方向に移動し、且つ下方向に回転１０６５するときの、発散リフレクタ１０１０に対する光線の軌跡を示す図１０００である。この図では、発散リフレクタ１０１０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）及びボアサイト１０６０方向が示される。更にこの図では、発散リフレクタ１０１０から反射された光線が、互いに平行ではなく、不均一な位相面１０５０が生じる結果となることが示される。位相面は、不均一１０５０であるため、開口面１０４０に対して平行ではない。
［００９７］この図で示されるように、図示の方向にフィード１０２０を焦点１０３０から距離Δｘ離れるように移動させると、上方向のビームシフトが生じる結果となる。更に、示されるように、フィード１０２０をリフレクタ１０１０の下方部分に向けて回転１０６５させることにより、電力がリフレクタ１０１０の下方部分に向かってシフトし、下方向のビームシフトが生じる。
［００９８］図１０Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図１０Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、フィード１０２０が焦点１０３０に位置した状態での発散面１０１０に対する、パラボラリフレクタに対するビーム指向性パターン１０７０及び初期ビーム指向性パターン１０８０は、両方ともゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。更にこの図では、フィード１０２０が焦点１０３０から距離Δｘ離れて移動した状態での発散面１０１０に対する、初期ビーム指向性パターン１０９０は、上方向にΔΘ’シフトするように示される。更にこの図では、フィード１０２０が焦点１０３０から距離Δｘ離れて移動し、且つリポインティング（又は回転）１０６５された状態での発散面１０１０に対する、初期ビーム指向性パターン１０９５は、下方向にΔΘ’シフトするように示される。
［００９９］図１１Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィード１１２０が焦点１１３０から離れるように上方向に移動し、且つ上方向に回転１１６５するときの、発散リフレクタ１１１０に対する光線の軌跡を示す図１１００である。この図では、発散リフレクタ１１１０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）及びボアサイト１１６０方向が示される。更にこの図では、発散リフレクタ１１１０から反射された光線が、互いに平行ではなく、不均一な位相面１１５０が生じる結果となることが示される。位相面は、不均一１０５０であるため、開口面１１４０に対して平行ではない。
［００１００］この図で示されるように、図示の方向にフィード１１２０を焦点１１３０から距離Δｘ離れるように移動させると、下方向のビームシフトが生じる結果となる。更に、示されるように、フィード１１２０をリフレクタ１１１０の上方部分に向けて回転１１６５させることにより、電力がリフレクタ１１１０の上方部分に向かってシフトし、上方向のビームシフトが生じる。
［００１０１］図１１Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図１１Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、フィード１１２０が焦点１１３０に位置した状態での発散面１１１０に対する、パラボラリフレクタに対するビーム指向性パターン１１７０及び初期ビーム指向性パターン１１８０は、両方ともゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。更にこの図では、フィード１１２０が焦点１１３０から距離Δｘ離れて移動した状態での発散面１１１０に対する、初期ビーム指向性パターン１１９０は、下方向にΔΘ’シフトするように示される。更にこの図では、フィード１１２０が焦点１１３０から距離Δｘ離れて移動し、且つリポインティング（又は回転）１１６５された状態での発散面１１１０に対する、初期ビーム指向性パターン１１９５は、上方向にΔΘ’シフトするように示される。
［００１０２］図１２Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、第１のフィード（フィード１）１２２０が焦点１２３０から離れるように下方向に移動するとともに下方向に回転１２６５し、第２のフィード（フィード２）１２２５が焦点１２３０から離れるように上方向に移動するとともに上方向に回転１２６７するときの、発散リフレクタ１２１０に対する光線の軌跡を示す図１２００である。この図では、発散リフレクタ１２１０（すなわち、発散面を有するリフレクタ）、開口面１２４０、及びボアサイト１２６０方向が示される。
［００１０３］この図で示されるように、２つのフィード１２２０、１２２５のリポインティング（すなわち、回転）１２６５、１２６７によって、２つのビームが重なり合いながらも、フィードのぶつかり合いを回避することが可能になる。この図の例で示されるように、フィード１２２０、１２２５は、互いから離れるようにポインティングするとき、「発散フィード（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｆｅｅｄｓ）」と呼ばれることに留意されたい。
［００１０４］図１２Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、図１２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、フィード１２２０（フィード１）が焦点１２３０に位置した状態での発散面１２１０についての、パラボラリフレクタに対するビーム指向性パターン１２７０及び初期ビーム指向性パターン１２８０は、両方ともゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。更にこの図では、フィード１２２５（フィード２）が焦点１２３０から距離Δｘ離れて移動し、且つリポインティング（又は回転）１２６７された状態での発散面１２１０に対する、初期ビーム指向性パターン１２９０は、ゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。更にこの図では、フィード１２２０（フィード１）が焦点１２３０から距離Δｘ離れて移動し、且つリポインティング（又は回転）１２６５された状態での発散面１２１０に対する、初期ビーム指向性パターン１２９５は、ゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。
［００１０５］この例では、２つのフィード１２２０、１２２５のみがリポインティングされているように示されていることに留意するべきである。しかしながら、本開示の他の実施形態では、２つ以上のフィードがリポインティングされてもよい（すなわち、リポインティング方法を１つ又は複数のビームに対して使用してもよい）ことに留意するべきである。
［００１０６］図１３Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、第２のフィード１２２５（フィード２）が焦点１２３０から離れるように上方向に移動し、且つ第１のフィード１２２０（フィード１）が、焦点１２３０から離れるように下方向に移動するときの、図１２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、フィード１２２０（フィード１）が焦点１２３０から距離Δｘ離れて移動した状態での発散面１２１０に対する、初期ビーム指向性パターン１３１０は、下方向にシフトするように示される。更に、この図では、フィード１２２５（フィード２）が焦点１２３０から距離Δｘ離れて移動した状態での発散面１２１０に対する、初期ビーム指向性パターン１３２０は、上方向にシフトするように示される。
［００１０７］図１３Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、第２のフィード１２２５（フィード２）が焦点１２３０から離れるように上方向に移動するとともに上方向に回転１２６７し、第１のフィード１２２０（フィード１）が焦点１２３０から離れるように下方向に移動するとともに下方向に回転１２６５するときの、図１２Ａに関連付けられるビームの指向性を示すグラフである。この図では、フィード１２２０（フィード１）が焦点１２３０から距離Δｘ離れて移動し、且つ回転１２６５した状態での発散面１２１０に対する、初期ビーム指向性パターン１３３０は、ゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。更に、この図では、フィード１２２５（フィード２）が焦点１２３０から距離Δｘ離れて移動し、且つ回転１２６７した状態での発散面１２１０に対する、初期ビーム指向性パターン１３４０は、ゼロ度（０°）軸をおおよそ中心としているように示される。
［００１０８］図１４は、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、フィードのリポインティングとビームシフトとを対比した表１４００及び関連するビームの図１４１０、１４２０、１４３０、１４４０を示す。この表１４００は、所与の表面の種類（すなわち、発散又は収束のいずれか）及び所与のフィードポインティング（すなわち、発散又は収束のいずれか）に対して予期され、結果として生じるビーム（すなわち、発散又は収束のいずれか）を示す。例えば、表１４００の最初の列を参照すると、発散面を発散フィードポインティングと使用すると、結果として生じるビームは収束する。この表１４００の情報を用いれば、ビームの幾何光学開始ソリューションを正しい位置に配向すると同時に、フィードを実装可能な位置に維持するために、フィードのリポインティングを有利に使用することができる。
［００１０９］図１４１０は、収束フィードを示す。フィードが収束する場合は、フィードが互いに向かうように方向付けられる。図１４２０は、発散フィードを示す。フィードが発散する場合は、フィードが互いから離れるように方向付けられる。図１４３０は、ビームの収束の結果として生じる初期ソリューションを示し、図１４４０は、ビームの発散の結果として生じる初期ソリューションを示す。
［００１１０］図１５Ａは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、リポインティングも移動もしない２つのフィード１５３０についての発散リフレクタ１５２０で形成されるビーム１５１０の方向を示す図である。図１５Ｂは、図１５Ａのビーム１５１０について、地球上の例示的なアンテナパターン（すなわち、公称ビーム）を示すグラフである。
［００１１１］図１５Ｃは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、収束構成で回転する２つのフィード１５３０についての発散リフレクタ１５２０で形成されるビーム１５４０の方向を示す図である。図１５Ｄは、図１５Ｃのビーム１５４０について、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。
［００１１２］図１５Ｅは、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、発散構成で回転する２つのフィード１５３０についての発散リフレクタ１５２０で形成されるビーム１５５０の方向を示す図である。図１５Ｆは、図１５Ｅのビーム１５５０について、地球上の例示的なアンテナパターンを示すグラフである。
図１６は、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、多形状ビームリフレクタアンテナのためのフィードのリポインティングの開示された方法を示すフロー図１６６０である。方法１６６０の開始（１６１０）において、少なくとも１つのフィードは、非パラボラリフレクタからの／に向かう電磁（ＥＭ）エネルギーを受信及び／又は送信する（１６２０）。このため、少なくとも１つのフィードは、送信フィード、受信フィード、並びに／或いは送信及び受信フィードである。少なくとも１つのフィードは、直線偏波型（ｌｉｎｅａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）又は円偏波型（ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）であってもよい。非パラボラリフレクタは、収束面又は発散面を備え、且つ可変形体を備えてもよい。非パラボラリフレクタから反射した反射電磁エネルギーは、少なくとも１つのビームに起因するか、及び／又は、少なくとも１つのビームを生成する。
少なくとも１つのビームが少なくとも１つの第１のカバレッジ位置から少なくとも１つの第２のカバレッジ位置へとシフトするように、少なくとも１つのフィードは、少なくとも１つの第１の角度位置から少なくとも１つの第２の角度位置へと回転する（１６３０）。１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つのフィードは、方位角方向及び／又は仰角方向に回転する。
オプションとして、少なくとも１つのフィードは、少なくとも１つの第１のフィード位置から少なくとも１つの第２のフィード位置へと移動する（１６４０）。１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つの第１のフィード位置は焦点にある。少なくとも１つの第１のカバレッジ位置及び少なくとも１つの第２のカバレッジ位置は、地球、天体、宇宙船、及び／又は衛星に位置してもよい。次いで、方法１６００は終了する（１６５０）。
特定の実施形態が示され説明されたが、上述の記載は、これら実施形態の範囲を限定することを意図しないことを理解するべきである。本開示の多くの態様の実施形態及び変形例が本明細書で開示され記載されたが、このような開示は、説明及び例示の目的のみのために提供される。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更及び修正を行うことができる。
上述の方法が特定の順序で起こる特定の事象を表す場合、本開示から利益を得る当業者は、順序を修正することができること、並びにこのような修正は本開示の変形例に従うものであることを認識するであろう。更に、一部の方法は、可能であれば並行処理により同時に実施されてもよく、連続して実施されてもよい。更に、方法のより多くの部分又はより少ない部分が実施されてもよい。
したがって、実施形態は、特許請求の範囲内に包含されうる代替例、修正例、及び同等物を例示することが意図されている。
特定の例示的な実施形態及び方法が本明細書で開示されたが、上述の開示内容から、当業者には、本開示の真の精神及び範囲から逸脱することなく、このような実施形態及び方法に対して変更及び修正を加えることができることが明らかであろう。その他の多数の本開示の実施例が存在し、各実施例はその詳細事項においてのみ他と異なる。したがって、本開示は、特許請求の範囲、並びに適用法の規則と原理によって必要とされる範囲にのみに限定されることが意図されている。

Claims (15)

  1. 少なくとも１つのビームをリポインティングする方法であって、
    非パラボラリフレクタからの／に向かう電磁（ＥＭ）エネルギーを、少なくとも１つのフィードを用いて、受信すること及び送信することであって、前記非パラボラリフレクタから反射した反射電磁エネルギーの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのビームから発生する、及び、前記少なくとも１つのビームを生成する、受信すること及び送信することのうちの少なくとも１つ、及び
    前記少なくとも１つのフィードを、前記少なくとも１つのビームが少なくとも１つの第１カバレッジ範囲から少なくとも１つの第２カバレッジ範囲へとシフトするように、少なくとも１つの第１角度位置から少なくとも１つの第２角度位置へと回転させること
    を含む方法。
  2. 前記方法が、前記少なくとも１つのフィードのうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの第１のフィード位置から少なくとも１つの第２のフィード位置へと移動させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも１つの第１のフィード位置のうちの少なくとも１つが焦点にある、請求項２に記載の方法。
  4. 前記少なくとも１つの第１のカバレッジ位置及び前記少なくとも１つの第２のカバレッジ位置が、同じ位置及び異なる位置のうちの１つである、請求項１に記載の方法。
  5. 前記少なくとも１つの第１のカバレッジ位置が、地球、天体、宇宙船、及び衛星のうちの少なくとも１つに位置し、前記少なくとも１つの第２のカバレッジ位置が、地球、天体、宇宙船、及び衛星のうちの少なくとも１つに位置する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記少なくとも１つのフィードが、方位角方向及び仰角方向のうちの少なくとも１つで回転する、請求項１に記載の方法。
  7. 少なくとも１つのビームをリポインティングするシステムであって、
    非パラボラリフレクタ、及び
    前記非パラボラリフレクタからの／に向かう電磁（ＥＭ）エネルギーに対して受信及び送信のうちの少なくとも１つを行い、且つ少なくとも１つのビームが少なくとも１つの第１のカバレッジ位置から少なくとも１つの第２のカバレッジ位置へとシフトするように、少なくとも１つの第１の角度位置から少なくとも１つの第２の角度位置へと回転する少なくとも１つのフィードを備え、
    前記非パラボラリフレクタから反射した反射電磁エネルギーが、前記少なくとも１つのビームに起因することと前記少なくとも１つのビームを生成することの少なくともいずれかを満たす、システム。
  8. 前記少なくとも１つのフィードのうちの少なくとも１つが、更に、少なくとも１つの第１のフィード位置から少なくとも１つの第２のフィード位置へと移動する、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記少なくとも１つの第１のフィード位置のうちの少なくとも１つが焦点にある、請求項７に記載のシステム。
  10. 前記少なくとも１つの第１のカバレッジ位置及び前記少なくとも１つの第２のカバレッジ位置が、同じ位置及び異なる位置のうちの１つである、請求項７に記載のシステム。
  11. 前記非パラボラリフレクタが、発散面及び収束面のうちの１つを備える、請求項７に記載のシステム。
  12. 前記少なくとも１つのフィードが、送信フィード、受信フィード、並びに送信及び受信フィードのうちの少なくとも１つである、請求項７に記載のシステム。
  13. 前記少なくとも１つのフィードが、直線偏波型フィード及び円偏波型フィードのうちの１つである、請求項７に記載のシステム。
  14. 前記少なくとも１つの第１のカバレッジ位置が、地球、天体、宇宙船、及び衛星のうちの少なくとも１つに位置する、請求項７に記載のシステム。
  15. 前記少なくとも１つの第２のカバレッジ位置が、地球、天体、宇宙船、及び衛星のうちの少なくとも１つに位置する、請求項７に記載のシステム。
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