JP2710416B2 - 楕円開口複反射鏡アンテナ - Google Patents

楕円開口複反射鏡アンテナ

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JP2710416B2
JP2710416B2 JP1182044A JP18204489A JP2710416B2 JP 2710416 B2 JP2710416 B2 JP 2710416B2 JP 1182044 A JP1182044 A JP 1182044A JP 18204489 A JP18204489 A JP 18204489A JP 2710416 B2 JP2710416 B2 JP 2710416B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空中線の複反射鏡アンテナに利用する。特
に、主反射鏡が長円の開口を有している楕円開口複反射
鏡アンテナの小型化および性能改善に関するものであ
る。
〔概要〕
本発明は楕円開口複反射鏡アンテナにおいて、 頂点が一次アンテナに対向する円錐面形状であり、そ
の円錐面がわずかに凹面に形成され、主反射鏡の中心軸
を共用し、一次アンテナから放射される電波のうち、副
反射鏡の中央に照射された電波は主反射鏡の外周に反射
され、電波は照射点が副反射鏡から離れるに従って主反
射鏡の内側(中心軸側)に順次反射し、副反射鏡の外周
に照射された電波は主反射鏡の中心軸からの距離が副反
射鏡の外径より大きい位置に反射するように構成するこ
とにより、 小型化および性能改善が計れるようにしたものであ
る。
〔従来の技術〕
第4図は従来例の複反射鏡アンテナの斜視図である。
第4図(a)は凸面鏡の副反射鏡の場合を示し第4図
(b)は凹面鏡の副反射鏡の場合を示す。第5図は従来
例のオフセット型の複反射鏡アンテナの斜視図である。
第5図(a)は側断面図を示し、第5図(b)は平面
図を示す。
従来、長円の開口を有する複反射鏡は、第4図に示す
ように、主反射鏡3と副反射鏡5、6が共通の中心軸4
を有する場合には凸面鏡または凹面鏡を用いており、ま
たこの副反射鏡の遮蔽による放射パターンの劣化を防ぐ
ためには、第5図に示すようなオフセット型の複反射鏡
アンテナが用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、このような従来例の複反射鏡アンテナでは、
第4図の場合には、一次放射器から放射された電波のう
ち副反射鏡5、6の中央に照射されるものは、主反射鏡
3の内側に反射されるために、一次放射器は、この光路
より中側(中心軸側)に入れなければならず、一次放射
器の径が制限され、副反射鏡5、6からのスピオーバが
多くなる欠点があった。これを防ぐために副反射径およ
び主反射鏡の遮蔽部が大きくなり、放射パタンの劣化を
招く欠点があった。また、スピルオーバを一次放射器で
防ごうとすると、軸長の長いホーンが必要となる。
一方、副反射鏡5、6による遮蔽を防ぐためにオフセ
ット型の複反射鏡アンテナを用いると、一次放射器と副
反射鏡6とが主反射鏡3より前面に大きくできることと
なり(第5図に示すHが大きくなる。)長円開口アンテ
ナは車載に適した形状であるのがこのために不利な形状
となる欠点があった。
本発明は上記の欠点を解決するもので、小型で性能の
良い複反射鏡アンテナを提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、直交する径の長さが異なる長円形の開口を
有する主反射鏡と、電波を送受する一次アンテナと、こ
の一次アンテナと上記主反射鏡との間で電波を反射する
副反射鏡とを備えた楕円開口複反射鏡アンテナにおい
て、 上記副反射鏡は、頂点が上記一次アンテナに対向する
円錐面形状であり、その円錐面がわずかに凹面が形成さ
れ、上記主反射鏡の中心軸を共有し、上記一次アンテナ
から放射される電波のうち上記副反射鏡の中央に照射さ
れた電波は上記主反射鏡の中心軸からの距離が上記副反
射鏡の外形より大きい位置に反射され、上記副反射鏡の
中央とその外形との間に照射された電波は照射点が上記
副反射鏡の中心軸の中心軸が離れるに従い上記主反射鏡
の中心軸に近い位置に順次反射される曲面であって、短
軸面と長軸面とでそれぞれ形成され、さらにこの短軸と
長軸との中間の面をこの面と長軸および短軸面とからな
す角度を用いて長軸および短軸で形成された副反射鏡の
鏡面曲線に基づき補間により決定される鏡面曲線を有
し、 上記主反射鏡は、さらに上記中間面の副反射鏡の鏡面
曲線を基に反射則と光路長一定の条件とを用いて決定さ
れる鏡面曲線を有することを特徴とする。
本発明は上記一次アンテナから放射され上記副反射鏡
で反射される電波の光学的通路を遮蔽しない範囲で上記
副反射鏡の周囲に金属板を装荷することができる。
さらに、上記金属板に電波吸収体を装荷することがで
きる。
また、上記副反射鏡と上記一次アンテナとを誘電体で
一体化することができる。
また、上記副反射鏡を金属または誘電体の支持棒で上
記一次アンテナに取付け上記一次アンテナと上記副反射
鏡とを一体化することができる。
〔作用〕
頂点が一次アンテナに対向する円錐面形状であり、そ
の円錐面がわずかに凹面に形成され、副反射鏡の曲面は
主反射鏡の中心軸を共有し、一次アンテナから放射され
た電波のうち、副反射鏡の中央に照射された電波は主反
射鏡の外周に反射し、副反射鏡の外周に照射された電波
は主反射鏡の中心軸からの距離が副反射鏡の外径より大
きい位置に反射し、副反射鏡の中央とその外周との間に
照射された電波は照射点が副反射鏡の中心軸から離れる
に従い主反射鏡の中心軸に近い位置に順次反射する。以
上により小型化および性能改善ができる。
〔実施例〕
本発明の実施例について図面を参照して説明する。第
1図は本発明一実施例複反射鏡アンテナの縦断面図であ
る。第1図において、複反射鏡アンテナは、直交する径
の長さが異なる長円形の開口を有する主反射鏡3と、電
波を放射する一次アンテナとして一次放射器1と、一次
放射器1と主反射鏡3との間で電波を反射する副反射鏡
2とを備える。
このような長円形(楕円)開口の主反射鏡の指向性
は、大きい主反射鏡の方が小さい主反射鏡よりも鋭くな
ることからも明らかのように長軸方向でシャープになる
のに対して、短軸方向ではブロードとなる特性を有して
いる。従って、本発明の楕円開口複反射鏡アンテナは、
同一面積の円形開口アンテナと比較すると長軸方向に対
してよりシャープな放射パターンを得ることができ、ま
た、同一の指向性を得るためには円形開口アンテナより
も少ない開口面積で済むという特徴がある。このため、
例えば、本発明の楕円開口複反射鏡アンテナを衛星通信
地上局用アンテナに適用した場合に、衛星が静止衛星軌
道面内に約2度間隔に並んだとしても長軸面を衛星軌道
面と平行にすることで同一面積の円形開口アンテナより
も隣接衛星に影響を与えることがない。
ここで本発明の特徴とするところは、副反射鏡2は、
頂点が一次放射器1に対向する円錐面形状であり、その
円錐面がわずかに凹面に形成され、主反射鏡3の中心軸
4を共有し、一次放射器1から放射される電波のうち副
反射鏡2の中央に照射された電波は主反射鏡3の外周に
反射され、副反射鏡2の外周に照射された電波は主反射
鏡3の中心軸からの距離が副反射鏡2の外径より大きい
位置に反射され、副反射鏡2の中央とその外周との間に
照射された電波は照射点が副反射鏡2の中心軸から離れ
るに従い主反射鏡3の中心軸4に近い位置に順次反射さ
れる曲面で構成されたことにある。
このような構成の複反射鏡アンテナの動作について説
明する。第2図は本発明の複反射鏡アンテナの斜視図で
ある。第3図は本発明の複反射鏡アンテナと従来例の複
反射鏡アンテナとの比較のための断面図である。第3図
(b)は本発明の複反射鏡アンテナを示し、第3図
(a)は従来例の複反射鏡アンテナを示す。
第1図および第2図において、複反射鏡アンテナは、
一次放射器1から放射された電波のうち、副反射鏡2の
中央に照射された電波は、主反射鏡の外周に反射され、
中心軸4から離れた副反射鏡2の点に照射された電波
は、主反射鏡3の内側(中心軸側)に順次反射される。
副反射鏡2から反射された電波は、副反射鏡2の近くで
かつ中心軸4からは副反射鏡2の径に近い所で交差する
ために一次放射器1を副反射鏡2に近づけることが可能
となり、一次放射器1および副反射鏡2の小型化が可能
である。
次に、この副反射鏡2および主反射鏡3の曲面の決定
法に関して第1図を利用して説明する。
まず、長円の短軸面内および長軸面内での主反射鏡3
および副反射鏡2の曲面を決定する。曲面を決定するた
めには以下の3条件を満足すれば良い。すなわち、 エネルギ保存則 副反射鏡2上での反射則(スネルの法則) 光路長一定 この条件を定式化すると、以下のようになる。
エネルギ保存則 ここでF(θ);一次放射器の電力放射分布 P(ρ);アンテナ開口分布 θ;中心軸からの角度 ρ;中心軸からの距離 ρ0;主反射鏡アンテナ内径 a ;主反射鏡アンテナ外径 反射則 r ;位相中心から副反射鏡までの距離 α;副反射鏡からの反射波と、中心軸と
が成す角 光路長一定 ▲▼+▲▼+▲▼=一定 …… O ;焦点 S ;副反射鏡反射点 M ;主反射鏡反射点 R ;参照面(電波進行方向に垂直な面) これらの条件を、主反射鏡3の長軸面内および短軸面
領域で各々、連立させて解くことにより、各面内の曲線
が決定される。従来の凸曲面または凹曲面を有する副反
射鏡5、6の場合と異なるのは、式の右辺の分子であ
り、従来の場合は一次放射器1の0〜θまでに含まれる
電力は、主反射鏡3のρ〜ρまでに対応するために、
エネルギ保存則の条件は、 となっており、式ののように主反射鏡3開口での対
応する部分をa〜ρに変えることにより第1図に示すよ
うに一次放射器1からの電波は副反射鏡2で反射され、
一度収束した後に、主反射鏡3に照射される。
短軸と長軸とを含む面内での曲線が決定された後は、
この二つの副反射鏡2の曲線を基に、中心軸の周囲方向
φに関して補間により求めることができる。
すなわち、r(θ,φ)を副反射鏡2の曲面とする
と、r(θ,0)が第2図に示されるように短軸曲面内の
r(θ,φ)が短軸面内の副反射鏡2の曲線に対応し、
r(θ,π/2)が長軸面内の副反射鏡2の曲線に対応す
る。これに基づいて、 r(θ,φ)=r(θ,0)g1(φ)+ r(θ,π/2)g2(φ) …… g1(φ)、g2(φ);補間関数 のように補間すれば良い。
ここで、g1(φ)、g2(φ)は、φ方向の補間関数で
あり、求める開口分布により任意に決められる関数であ
る。
主反射鏡3の鏡面は上記に求められた副反射鏡2によ
り副反射鏡2上での反射則および光路長一定の条件より
決定することができる。
この結果第3図に示すように、同じ径D0の主反射鏡3
に対し主反射鏡3の端部と焦点Fとの位置を同一とし、
かつ一次放射器1の径d0を同一とする複反射鏡アンテナ
を考えると、従来の複反射鏡アンテナと、本発明の複反
射鏡アンテナとでは、一次放射器1の外径が副反射鏡2
からの反射波を妨害しない範囲では、副反射鏡はΔl従
来の場合よりも近づくことが可能である。またこの差Δ
lを小さくするには従来の複反射鏡アンテナで副反射鏡
5を一次放射器1に近づけると光学的な主反射鏡3の照
射領域が減少し、遮蔽部d2が大きくなり、本発明の複反
射鏡アンテナにおける副反射鏡d1がこれと比較して充分
小さいことが明白となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、反射鏡系の小型化が
図れると共に、副反射鏡の径が小さくなることにより遮
蔽部が減少し、放射特性を改善できる優れた効果があ
る。
また、副反射鏡の近くに一次放射器を設置することが
可能なために、実質的な副反射化鏡の見込み角が大きく
なり副反射鏡からの漏洩を考えると小さな開口の一次放
射器で良く、小型化が図れる利点がある。
さらに、本発明は、主反射鏡が楕円開口形状を有する
ため長軸方向の指向性はシャープになるのに対して、短
軸方向の指向性はブロードとなる特性を有している。こ
のため、同一面積の円形開口アンテナと比較すると長軸
方向に対してよりシャープな放射パターンを得ることが
できるため、衛星通信地上局用アンテナに適用した場合
に長軸面を衛星軌道面と平行にすることで通常の円形開
口アンテナよりも隣接衛星に与える影響が少ないという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例複反射鏡アンテナの縦断面図。 第2図は本発明の複反射鏡アンテナの斜視図。 第3図は本発明の複反射鏡アンテナと従来例の複反射鏡
アンテナとの比較のための断面図。 第4図は従来例の複反射鏡アンテナの斜視図。 第5図は従来例のオフセット型の複反射鏡アンテナの斜
視図。 1……一次放射器、2、5、6……副反射鏡、3……主
反射鏡、4……中心軸。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直交する径の長さが異なる長円形の開口を
    有する主反射鏡と、電波を送受する一次アンテナと、こ
    の一次アンテナと上記主反射鏡との間で電波を反射する
    副反射鏡とを備えた楕円開口複反射鏡アンテナにおい
    て、 上記副反射鏡は、頂点が上記一次アンテナに対向する円
    錐面形状であり、その円錐面がわずかに凹面に形成さ
    れ、上記主反射鏡の中心軸を共有し、上記一次アンテナ
    から放射される電波のうち上記副反射鏡の中央に照射さ
    れた電波は上記主反射鏡の中心軸からの距離が上記副反
    射鏡の外形より大きい位置に反射され、上記副反射鏡の
    中央とその外形との間に照射された電波は照射点が上記
    副反射鏡の中心軸の中心軸から離れるに従い上記主反射
    鏡の中心軸に近い位置に順次反射される曲面であって、
    短軸面と長軸面とでそれぞれ形成され、さらにこの短軸
    と長軸との中間の面をこの面と長軸および短軸面とから
    なす角度を用いて長軸および短軸で形成された副反射鏡
    の鏡面曲線に基づき補間により決定される鏡面曲線を有
    し、 上記主反射鏡は、さらに上記中間面の副反射鏡の鏡面曲
    線を基に反射則と光路長一定の条件とを用いて決定され
    る鏡面曲線を有することを特徴とする楕円開口複反射鏡
    アンテナ。
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後藤尚久著「新しいアンテナ工学」第70頁〜第76頁 昭和61年1月25日 オーム社発行

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