JP3131347B2 - マルチビームアンテナ - Google Patents
マルチビームアンテナInfo
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Description
けて複数個のビームを放射するマルチビームアンテナに
関するものである。
ンテナは、反射鏡系と各ビームに対応する複数の給電部
とで構成される。また、各ビームに対応する主反射鏡上
の開口分布は、位相分布は所望のビーム方向に直交する
面内で一様、振幅分布は高能率かつ低サイドローブを実
現する分布であることが望ましい。さらに、主反射鏡が
大きく何枚かのパネルで構成する場合、これが回転二次
曲面やトーラス鏡面のように回転鏡面であれば、パネル
の型の数を低減できるため製作コストが安くなる。
なものがあった。この図は、アンテナ工学ハンドブック
(電子通信学会編、オーム社発行)示されたもので、図
において1は主反射鏡、2は副反射鏡、3は各ビーム方
向に対応した給電部である。また、5は給電部3を構成
する一次放射器である。なお、主反射鏡1、副反射鏡2
は、焦点0から出た光線が、副反射鏡2、主反射鏡1で
反射後、主反射鏡1の開口上の平面に至るまでの光路長
が等しくなるように決められており、回転二次曲面もし
くは低サイドローブ形、高能率形の修整鏡面で構成され
る。このとき、焦点0から離れた点に配置された一次放
射器5a、5bからでた光線は、それぞれ副反射鏡2、
主反射鏡1で反射後、ほぼ所望のビーム方向に進行して
いくが、主反射鏡1の開口上の光路長の等しくなる面
(波面)は所望のビーム方向に直交する平面とはならな
い。波面とこの平面とのずれが収差であり、一次放射器
5が焦点0から離れる程、収差は大きくなり、利得低下
やサイドローブ上昇の原因となる。
電部に設けたもので、特開昭58−92106号広報に
示された構成図である。図において、1は主反射鏡、2
は副反射鏡、3は各ビーム方向に対応した給電部であ
る。また、4は補助反射鏡、5は一次放射器であり、補
助反射鏡4と一次放射器5とで給電部3を構成してい
る。なお、主反射鏡1、副反射鏡2は焦点0から出た光
線が、副反射鏡2、主反射鏡1で反射後、主反射鏡1の
開口上の平面に至るまでの光路長が等しくなるように決
められており、共に回転二次曲面であるか、もしくは共
に低サイドローブ形、高能率形の修整鏡面で構成され
る。補助反射鏡4は、一次放射器5の位相中心から出た
球面波が補助反射鏡4、副反射鏡2、主反射鏡1で反射
された後、主反射鏡1の開口で所望のビーム方向に直交
する平面波となるよう光路長一定の条件で決定されてい
る。
に構成されているので、いずれの給電部3から電磁波が
放射されようとも、主反射鏡1の開口上の位相分布は所
望のビーム方向に直交する面内で一様となり収差は無
い。また、主反射鏡1、副反射鏡2を修整鏡面で構成し
た場合には、開口上の振幅分布を低サイドローブ形、高
能率形にできるため高性能なマルチビームアンテナとな
る。一方、主反射鏡1、副反射鏡2を二次曲面で構成し
た場合には低コストなマルチビームアンテナとなる。
ンテナは上記のように、主反射鏡、副反射鏡が焦点0か
らでた光線が、副反射鏡、主反射鏡で反射後、主反射鏡
1の開口上の平面に至るまでの光路長が等しくなるよう
に決められているため、一方が二次曲面であれば他方も
二次曲面、一方が修整鏡面であれば他方も修整鏡面とな
るため、いずれも二次曲面で構成した場合には低コスト
ではあるが、低サイドローブ形、高能率形の高性能なマ
ルチビームアンテナとはならず、逆に、両鏡を共に修整
鏡面で構成した場合には高性能ではあるが、主反射鏡が
修整鏡面であるため低コストなマルチビームアンテナと
はならないという課題があった。
めになされたもので、低コストでかつ高性能なマルチビ
ームアンテナを得ることを目的としており、さらに、静
止衛星との通信に不可欠な衛星間での干渉の低減と、簡
易な複数衛星追尾とが可能なマルチビームアンテナを得
ようとするものである。
ビームアンテナは、パラボラ鏡面よりなる主反射鏡と、
修整鏡面よりなる副反射鏡と、各ビーム方向に対応した
複数個の給電部とを設けた。そしてそれぞれの給電部
を、開口面までの光路長一定の条件で決まる1枚の補助
反射鏡と、1本の一次放射器とで構成した。
射鏡の開口面の形状が扁平円形状となるように設定し
た。
ずi番目のビームに対して副反射鏡面Si を求め、こう
して求めた全i個の加重平均または単純平均Sで定めた
鏡面形状とした。
鏡を駆動する駆動手段、および、駆動手段を制御するた
めの制御手段を備えた。
ては、各給電部の一次放射器から放射された電波は、補
助反射鏡、副反射鏡と主反射鏡で反射されて各ビーム毎
に高能率低サイドローブ形の振幅分布で、波面が所望の
ビーム方向に対して垂直な平面となって放射される。
る。
反射鏡に向かうが、その方向は各ビームの加重平均また
は単純平均で決る振幅分布になるような方向に放射され
る。
で放射面が調整されて副反射鏡に向けて放射される。
ムアンテナの構成図であり、1aは主反射鏡、2aは副
反射鏡、3は各ビーム方向に対応した給電部である。ま
た、4は補助反射鏡、5は一次放射器であり、補助反射
鏡4と一次放射器5とで給電部3を構成している。な
お、主反射鏡1aはパラボラ鏡面、副反射鏡2aは低サ
イドローブ形、高能率形の修整鏡面である。補助反射鏡
4aと4bの鏡面の形状および位置は、それぞれ、一次
放射器5aと5bの位相中心から出た球面波が補助反射
鏡4aと4b、副反射鏡2a、主反射鏡1aで反射され
た後、主反射鏡1aの開口出の波面が所望のビーム方向
に直交する平面となるよう光路長一定の条件で決定され
ている。
の開口上の位相分布は、所望のビーム方向に直交する面
内で一様となるよう補助反射鏡4aと4bの形状を決め
ているため、いずれのビームにおいても収差は無い。ま
た、主反射鏡1aはパラボラ反射鏡、補助反射鏡4aと
4bは光路長一定の条件で決定されているため、主反射
鏡1aの開口上の振幅分布は副反射鏡2aの形状に依存
することになる。従って、副反射鏡2aの形状を修整鏡
面とすることにより、低サイドローブ形、高能率形の振
幅分布が実現でき、いずれのビームに対しても高性能な
アンテナとなる。また、主反射鏡1aはパラボラ反射鏡
であるため、製作コストも低減できる。
とえば、小川ほか、「高能率楕円ビームオフセットカセ
グレンアンテナ」、電子通信学会技術報告A・P80−
14、に記載されている方法で決定できる。すなわち、
座標系を図2のようにとり、修整鏡面である副反射鏡2
aの鏡面座標を次式で与える。 r(θ,Φ)=r0 (θ,Φ)+f(θ,Φ) ・・・(1) ここで、図2において、F、Fs は、副反射鏡面の初期
基準となる回転二次曲面の焦点、また(r,θ,Φ)
は、一方の焦点Fを原点とし、ijkを基本ベクトルと
する座標系における、鏡面修整した副反射鏡面上の点を
表す極座標成分である。また、式(1)においてr0
は、副反射鏡面の初期基準となる回転二次曲面、f
(θ,Φ)は修整関数であり、たとえば、f(θ,Φ)
として、上記文献(小川ほか、「高能率楕円ビームオフ
セットカセグレンアンテナ」、電子通信学会技術報告A
・P80−14)中の式(8)に示されている関数を用
いることができる。修整関数fに含まれるパラメータを
徐々に変化させることによって副反射鏡を初期基準とな
る回転二次曲面から徐々に変形させ、M個の全てのビー
ムに対して、高能率・低サイドローブ形の所望の振幅分
布が得られるように副反射鏡2aの形状を決定する。
るマルチビームアンテナの構成図である。図において主
反射鏡1bはパラボラ反射鏡であり、かつその開口形状
は偏平円形状である。その他の構成は、上記実施例1と
同じである。
説明する。図4は、衛星軌道上におけるビームの形状を
示している。図において、6は地上から見た静止衛星軌
道面、7は衛星の位置、8aと8bはビームの形状であ
る。国内においては、衛星の位置7a、7bは、静止衛
星軌道面6において、互いに約4.5°離れている。
面6におけるアンテナビーム幅θ1、静止衛星軌道面6
に直交する面内におけるアンテナビーム幅θ2 とで定義
すると、アンテナ利得は、θ1 ×θ2 に反比例する。ま
た、一方の衛星7aに向けて放射されるビームが他方の
衛星7bに干渉するレベルは、θ1 が小さいほど低い。
従って、所望のアンテナ利得が低い場合に円形ビーム
(θ1 =θ2 )を用いると、θ1 が広くなり、干渉レベ
ルが高くなる。そこで、同一利得を持ち、かつ、他方の
衛星7bに干渉するレベルを低くするためには、θ1 を
小さく、また、これに応じてθ2 を広くすればよい。こ
のとき、静止衛星軌道面6は地上から見るとほぼ水平で
あるから、アンテナ開口形状は横長のほぼ楕円となる。
軌道面6に直交する面の方が大きいため、一般にはこの
面内で衛星7を追尾する必要があるが、実施例2による
と、θ2 が大きくなるため、衛星7を追尾しなくてもよ
い場合があるという利点もある。
チビームアンテナの概略構成図である。16a、16b
は、それぞれ、一次放射器5a、5bから放射され補助
反射鏡41a、41bで反射され、さらに、副反射鏡2
1、主反射鏡1で反射された後、所望の方向へ放射され
るビームである。その他の構成は、上記実施例1と同じ
である。図5(b)は、本実施例の副反射鏡面の成り立
ちを説明するための図で、2個のビームが照射する副反
射鏡面21の領域を表す概念図である。この図に示した
ように、マルチビームアンテナでは、各々のビームが照
射する副反射鏡面の領域が異なるのがシングルビームア
ンテナと異なる特徴である。17a、17bはそれぞれ
ビーム16a、16bが照射する領域であり、18は照
射領域17a、17bの共通領域である。
を用いて説明する。ビーム16aに対してのみ高能率、
低サイドローブとなるように副反射鏡21と補助反射鏡
41aを、例えば、実施例1と同様の方法で決定するこ
とができる。この副反射鏡を21aとする。また、同様
にして、副反射鏡21a、補助反射鏡41aとは独立
に、ビーム16bに対してのみ高能率、低サイドローブ
となるように副反射鏡21bと補助反射鏡41bを決定
することができる。すなわち、M個のビームに対して独
立に、最適な副反射鏡と補助反射鏡を決定することがで
きる。いま、ビーム16a、16bの特性(利得および
サイドローブレベル)が等しくなるように副反射鏡21
aと21bの加重平均をとって副反射鏡面21とすれ
ば、いずれのビーム対しても高性能なアンテナとなる。
ここで、鏡面21aと21bから副反射鏡面21を作る
方法として、たとえば、単純に(鏡面21a+21b)
/2で決定する方法、あるいは、共通領域18を(鏡面
21a+21b)/2とし、ビーム16a、16bが単
純に照射する領域17a、17bをそれぞれ、鏡面21
a、21bとする方法など必要とされるアンテナ特性に
合わせて設計できる。ここで、補助反射鏡41aは副反
射鏡21aに対して決められたものであり、最終的に決
められた副反射鏡21に対して決められたものではない
ので、最終的な副反射鏡21に対して、補助反射鏡41
aを光路長一定の条件より再設計する必要がある。補助
反射鏡41bについても同様に、副反射鏡21に対して
再設計する必要がある。
の2ビームの場合について示したが、3個以上のビーム
に対しても同様に、まず、i番目(i=1〜M)のビー
ムに対して高能率、低サイドローブとなるように副反射
鏡面Si、および補助反射鏡面Aiを求め、M個の副反
射鏡面Siの加重平均をとった鏡面をSとし、開口面ま
での光路長が一定となるように補助反射鏡Aiを再設計
すれば、いずれのビームに対しても特性の等しい高性能
なアンテナとなる。特にビーム数が多い場合は、各々の
ビームが高性能となるような副反射鏡面Siを設計の基
本とするので、実施例1に示したように、設計の始めか
ら全てのビームの特性値を比較しながら設計を進める場
合に比べ、見通しのよい設計法である。
よるマルチビームアンテナの構成図である。図において
9aと9bは補助反射鏡4aと4bをそれぞれ独立に駆
動する手段である。その他の構成は、上記実施例1〜3
と同じである。
説明する。図において、10は補助反射鏡4aを駆動す
る前の光線を、11は補助反射鏡4を駆動した後の一次
放射器5の中心軸に沿う光線を示している。
射器5aの中心軸から出た光線10は、補助反射鏡4
a、副反射鏡2a、主反射鏡1bで反射した後、所望の
衛星例えば7aの方向に放射される。駆動手段9aによ
り、補助反射鏡4aの位置および方向を微小に変動する
と、一次放射器5aの中心軸から出た光線10は、補助
反射鏡4a、副反射鏡2a、主反射鏡1bで反射した
後、衛星7aの方向と少し異なる方向に放射される。従
って、衛星の位置7aが微小に変動しても、これを追尾
できる。また、補助反射鏡毎に独立の駆動手段を設けた
ので、パラボラ形の主反射鏡と修整鏡面の副反射鏡の組
合せによる各ビーム毎の放射方向の補正を独立に行え、
各ビーム毎に精度よくビームの放射補正ができる。
駆動の補助反射鏡を用いてドリフト補償をするマルチビ
ームアンテナを説明する。本発明の他の特徴である衛星
軌道面に直角な方向にビームが扁平である特徴と組み合
わせると、副反射鏡として修整鏡面でありながら利得低
下が防げて高効率、高安定なアンテナシステムが得られ
る。図8は本実施例のマルチビームアンテナの構成を示
す図である。図において、51a、51bは一次放射器
・兼受信波検出器、11a、11bは駆動制御回路であ
る。他の主反射鏡1b、副反射鏡2a、給電部3a、3
b、補助反射鏡駆動手段9a、9bは他の実施例と同等
の構成要素である。
る。上記実施例1〜4では、あたかも送信波のみがある
ような記述であるが、実際には衛星に対しては受信波が
存在し、送信波と受信波がペアになってシステムを構成
している。衛星追尾の方式としてステップ追尾方式を例
にとり、動作を説明する。衛星からの受信波は、一次放
射器・兼衛星位置検出器51aで受信され、衛星位置信
号として駆動制御回路11aに入力される。駆動制御回
路11aは、一次放射器・兼衛星位置検出器51aで受
信される受信波が最大となるように補助反射鏡駆動手段
9aを駆動する。もう一方のビームについても同様に、
独立に衛星を追尾できる。
ラ鏡面よりなる主反射鏡と、修整鏡面よりなる副反射鏡
と、各ビーム方向に対応した複数個の給電部とを設け、
それぞれの給電部を、光路長一定の条件で決まる1枚の
補助反射鏡と1本の一次放射器とで構成したので、高性
能でかつ製作容易なマルチビームアンテナが得られる効
果がある。
の形状を、主反射鏡の開口面の形状が扁平円形状となる
ように設定したので、衛星間での干渉を低減できる効果
がある。
て独立に最適設計したM個の修整副反射鏡面の加重平均
または単純平均で修整副反射鏡を定めたので、各ビーム
とも特性の等しい高性能なアンテナを見通しよく設計で
きる。
に駆動する手段を付加したので、簡易に複数衛星を補足
・追尾できる。
施例の構成図である。
射鏡を表す座標系を説明する図ある。
実施例の構成図である。
図である。
構成図と副反射鏡面における各ビームの照射領域を表す
概念図である。
実施例の構成図である。
である。
実施例の構成図である。
る。
である。
鏡、3a,3b,31a,31b 給電部、4a,4
b,41a,41b 補助反射鏡、5a,5b 一次放
射器、9a,9b 補助反射鏡駆動手段、11a,11
b 駆動制御回路、51a,51b 一次放射器・兼衛
星位置波検出器。
Claims (4)
- 【請求項1】 1枚の主反射鏡、1枚の副反射鏡、およ
び、複数のM個の給電部よりなり、各給電部に対応する
M本のビームを放射するマルチビームアンテナにおい
て、 主反射鏡をパラボラ鏡面、副反射鏡を修整鏡面とし、そ
れぞれの給電部を開口面までの光路長を一定の条件で決
まる1枚の補助反射鏡と1本の一次放射器とで構成した
ことを特徴とするマルチビームアンテナ。 - 【請求項2】 1枚の副反射鏡の形状を、主反射鏡の開
口面の形状が扁平円形状となるように設定したことを特
徴とする請求項1記載のマルチビームアンテナ。 - 【請求項3】 1枚の副反射鏡の鏡面の形状を、i番目
(i=1〜M)のビームに対して独立に設計した副反射
鏡Si を求め、上記求めた全i個の加重平均または単
純平均Sで定めた鏡面形状とすることを特徴とする請求
項1記載のマルチビームアンテナ。 - 【請求項4】 各補助反射鏡に、該補助反射鏡を駆動す
る駆動手段、および、該駆動手段を制御するための制御
手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のマルチビ
ームアンテナ。
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-
1994
- 1994-06-14 JP JP06131782A patent/JP3131347B2/ja not_active Expired - Fee Related
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