JP3238164B2

JP3238164B2 - 低サイドローブ反射鏡アンテナ

Info

Publication number: JP3238164B2
Application number: JP16855691A
Authority: JP
Inventors: 裕樹庄木; 恭子徳永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JPH0522016A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のアンテナ素子
により構成される一次放射器を有する低サイドローブ反
射鏡アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星搭載用や地上局用の反射鏡アンテナ
に要求される電気特性の中で、メインビームの方向以外
には他の通信等の妨害となる電波を放射しないように低
サイドローブの放射指向性をもつことが重要である。反
射鏡アンテナの低サイドローブ化の方法としては、次の
ような方法が考えられる。

【０００３】（１）鏡面を修整することにより低サイド
ローブ放射指向性を実現するような開口面分布をつく
る。

【０００４】（２）複数の一次放射素子によりビームを
形成し、各一次放射素子の励振ウェイトを最適に設定す
ることにより、低サイドローブ化をはかる。

【０００５】衛星搭載用のマルチビームアンテナでは、
ひとつの反射鏡で複数のビームを放射しなければならな
いので鏡面修整の方法は使えない。従って、（２）の方
法がとられている。この方法は、一次放射素子の配置や
励振ウェイトの設定の仕方により、所望の方向に対して
所望のレベルの低サイドローブ化が行える利点を有して
いる。

【０００６】しかし、この方法は広い周波数帯域にわた
って低いサイドローブレベルを維持しようとする場合に
問題が生じてくる。これは、一次放射素子、反射鏡から
の放射特性とも周波数特性を有しているためであり、帯
域の中心周波数で放射素子のウェイトを最適に設定して
も帯域の端では要求特性を満足するとは限らないからで
ある。この問題を解決するためには、全帯域を考えた励
振ウェイトの最適化を行う必要があるが、この場合には
ある周波数では必要以上にサイドローブレベルが低くな
る場合があり、このときには利得が低下するなど他の電
気特性に影響を与えることになる。

【０００７】この問題点を具体的に示すために、図１に
示すような反射鏡アンテナを考える。ここで一次放射素
子としてホーンアンテナ１１，１２，１３を考え、ｘ−
ｚ面内に一列に並んでいると仮定する。これらのホーン
アンテナは導波管により１４のＢＦＮ（ビーム形成回
路）に接続され、各ホーンへの電力の分配・合成が行わ
れる。図２に示すように、ＢＦＮは移相器１５，１６，
１７と電力分配器１８，１９により構成され、移相器の
位相量、電力分配器の分配比などを設定することにより
各ホーンアンテナへ所望の励振分布を実現できる。

【０００８】さて、このような構成の反射鏡アンテナに
おいてｘ−ｚ面内の放射指向性の低サイドローブ化をは
かることを考える。一般的に考えて、各ホーンアンテナ
からの合成一次放射パターンの反射鏡に対するエッヂレ
ベルがある値以下であればその面内において低サイドロ
ーブ化が実現される。例えば、いま、あるサイドローブ
レベルを実現するために図３のパターンＡに示すように
エッヂレベルを−ａ（ｄＢ）にする必要があるとする。
もし、単一周波数でアンテナを動作させるのであればホ
ーンアンテナの合成放射指向性がこのようなエッヂレベ
ルをもつように各ウェイトを設定すればよい。

【０００９】しかし、帯域幅が広くウェイトが周波数に
対して変わらないものとすると、周波数が高くなるとパ
ターンはＢのようにビームが細くなる傾向に、周波数が
低くなるとパターンはＣのようにビームが広くなる傾向
に変化していく。これは、周波数が低くなることによ
り、一次放射器全体の大きさが波長を単位とした場合に
小さく見えてビームが広がっていくためである。従っ
て、この場合には周波数が低くなると要求するサイドロ
ーブレベルを達成できないことになる。この問題を解決
するひとつの方法として、低い周波数においてエッヂレ
ベルが−ａとなるようにウェイトを設定する方法が考え
られるが、この場合には低い周波数では最適のパターン
が得られ、高い周波数でも十分なサイドローブレベルが
実現できるが、高い周波数帯ではエッヂレベルがつきす
ぎているためアンテナの効率が低くなり利得が下がって
しまう欠点がある。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の低サイドローブ反射鏡アンテナは、広い帯域にわた
って低サイドローブ化を行うことが困難であったり、低
サイドローブ化が達成されても帯域内の周波数によって
はアンテナ効率が下がり利得が低くなる等の問題点があ
った。

【００１５】

【００１６】本発明は、広い周波数帯域にわたって十分
な低サイドローブ化を達成し、しかもアンテナの効率が
下がり利得を低くすることがない低サイドローブ反射鏡
を提供することを目的とする。

【００１７】

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する本
発明の低サイドローブ反射鏡アンテナは、反射鏡と、複
数の一次放射素子と、前記各一次放射素子に電波を分配
または前記各一次放射素子からの電波を合成する給電系
とを有する低サイドローブ反射鏡アンテナにおいて、前
記給電系は、前記複数の一次放射素子のうち中央部の一
次放射素子側に接続された通過ポートと、前記複数の一
次放射素子のうち周辺部の一次放射素子側と接続された
結合ポートとを備えた電力分配器を有し、前記電力分配
器は、動作周波数帯の低い周波数帯から高い周波数にな
るに連れて、前記結合ポートに比べ、前記通過ポートへ
分配する電力の割合を小さくすることを特徴とする低サ
イドローブ反射鏡アンテナである。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用】本発明の低サイドローブ反射鏡アンテナでは、
一次放射器の合成放射指向性が周波数帯域にわたって最
適のエッヂレベルを有し、アンテナ効率の高いパターン
を維持できる。従って、反射鏡からの２次放射指向性が
帯域全体にわたって所望のサイドローブレベルを維持
し、メインビームの利得も高いままで維持できる。

【００２２】

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２４】図１に本発明による低サイドローブ反射鏡
アンテナの一実施例を示す。ここで一次放射素子として
ホーンアンテナ１１，１２，１３を用い、反射鏡１を介
して電波の送受信を行う。ホーンアンテナ１１，１２，
１３はｘ−ｚ面内に一列に並んでおり、これらのホーン
アンテナ１１，１２，１３は、導波管１０によりＢＦＮ
（ビーム形成回路）１４に接続され、各ホーンへの電力
の分配・合成が行われる。ＢＦＮ１４の詳細について図
２に示す。ＢＦＮ１４は、移相器１５，１６，１７と電
力分配器１８，１９により構成され、移相器１５，１
６，１７の位相量、電力分配器１８，１９の分配比など
を設定することにより各ホーンアンテナへ所望の励振分
布を実現できる。

【００２５】ここで、移相器１５，１６，１７の方式と
しては、導波管の長さの差により位相差をつくる方式、
導波管のサイズを変えることにより管内波長を変え位相
差をつくる方式、導波管に金属片を挿入することにより
位相差をつくる方式などいろいろな方式が利用できる。

【００２６】本実施例においては、電力分配器１８，１
９として、図４に示すようなマルチスロット型電力分配
器を用いる。図４はマルチスロット型電力分配器の斜視
図であり、その内部の様子についてわかるように示して
ある。マルチスロット型電力分配器は、導波管の壁面に
スロット２４を複数個設け、このスロット２４を介して
主導波管２１から結合導波管２２へ結合させる方式であ
る。

【００２７】スロット２４は、導波管の管内波長の１／
４の間隔で並べられ電波が一方向（結合ポート２６、通
過ポート２７の方向）にだけ伝搬するようにしている。
ただし、結合導波管２２において逆方向に若干の電波が
伝搬するため、この影響を除外するため無反射終端２３
を設ける。

【００２８】ここで、図２において電力分配器１８、１
９の結合ポートは外側のホーンアンテナ１１、１２に接
続され、通過ポートは中央のホーンアンテナ１２に接続
される。

【００２９】図５にマルチスロット型電力分配器の結合
特性の実測例を示す。ここで、結合ポート２６への結合
量が周波数とともに小さくなり、周波数ｆａからｆｂに
おいて約１ｄＢ程度結合量が小さくなっている。また、
図６に同じマルチスロット型電力分配器の入力ポート２
５からみた反射特性の実測例を示す。周波数ｆａからｆ
ｂにかけて−３０ｄＢ以下の反射損であり、動作周波数
で良好な反射特性を実現している。

【００３０】図５と図６からわかるように、マルチスロ
ット型電力分配器では、動作に有効な周波数領域におい
て周波数の増加に対して結合ポートへの結合量が小さく
なるような特性をもたせることが可能である。このよう
なマルチスロット型電力分配器を図２に示したようなＢ
ＦＮ１４に用いることで、帯域内の周波数の低い領域で
一次放射素子としての外側のホーンアンテナ１１，１３
に分配される電力比が大きくなり、周波数が高い領域で
逆に外側のホーンアンテナ１１，１３に分配される電力
比を小さくするような励振ウェイトを設定できる。

【００３１】この結果、ホーンアンテナ１１，１２，１
３の合成放射指向性が、図３のパターンＢに示すような
最適のエッヂレベルをもつパターンを帯域内の周波数で
は維持できるようになる。これは、周波数が高いときに
は、一次放射素子が波長に比べ大きく見えるので外側の
ホーンアンテナ１１，１３の励振振幅を小さくしビーム
を広げ、周波数が低いときには一次放射素子が波長に比
べ小さく見えるので外側のホーンアンテナ１１，１３の
励振振幅を大きくしてビームを絞るようにすることがで
きるためである。従って、本実施例の構成により、比較
的広い帯域にわたって所望のサイドローブ特性をもつ放
射指向性を維持でき、アンテナ効率も低くなることのな
い低サイドローブ反射鏡アンテナを実現できる。

【００３２】なお、上記実施例で用いたマルチスロット
型電力分配器は、スロット２４の数及び幅を調整するこ
とにより自由に結合特性を変化させることができ、様々
な要求に対して対応でき有効である。また、マルチスロ
ット型電力分配器は、スロット２４ひとつあたりの結合
量が他の方式の電力分配器に比較して大きく、この結
果、電力分配器の大きさを小さくすることができる。こ
れはＢＦＮ１４の大きさ、重量の低減につながり衛星搭
載用のアンテナなどに対して非常に有効である。

【００３３】本発明の実施例では、導波管のＨ面にスロ
ットを設けたマルチスロット型電力分配器について示し
たが、この代りにＥ面にスロットを設けた方式を用いて
も同様の効果が期待できる。また、この実施例では１つ
のポートから２つのポートへの分配を行う２電力分配器
を２段にしてＢＦＮ１４を構成したが、図７に示すよう
に３電力分配器２９を用いて構成することができる。こ
の場合、主導波管２１の上下に結合導波管２２を設け、
各々にスロット２４を介して結合させることにより一体
化でき、ＢＦＮ１４全体の大きさ及び重量をさらに低減
できる。

【００３４】以上の説明において、電力分配器１８，１
９としてマルチスロット型電力分配器を例にあげて説明
したが、この方式でなくとも動作帯域の中で周波数の増
加に対して結合量が小さくなる特性を有するものであれ
ば全く同様の効果が得られる。例えば、一次放射器系全
体を平面回路で構成した場合にマイクロストリップ線路
による分配器が利用でき、その一例としてブランチライ
ン型ハイブリッド結合器を図８に示す。この結合の特性
はよく知られており図９に示すようになる。

【００３５】ここで、中心周波数よりも低い周波数領域
では、通過ポート出力に比較した結合ポート出力が周波
数の減少とともに増加していく傾向にあり、この領域で
利用することにより本発明の給電回路の中で使用する電
力分配器として用いることができる。また、アンテナ素
子としてホーンアンテナを用いた場合について実施例の
説明を行ったが、マイクロストリップアンテナなど他の
アンテナ素子により一次放射器を構成しても本発明の効
果は変わらない。同様に、給電線路として導波管以外の
同軸線路、マイクロストリップ線路等を用いてもよい。

【００３６】さらに、実施例の説明の中でアンテナ素子
の数については３個、配列の方向もｘ−ｚ面内に一列と
したが、素子数と素子の並べ方について他の場合を考え
ても本発明の効果は同様である。また、反射鏡１からの
２次放射指向性においてある面内において低サイドロー
ブ化することを考えて説明してきたが、これを特定の領
域にのみ低サイドローブ化するような場合にも同様の効
果がある。

【００３７】また、以上の説明で反射鏡アンテナとして
１枚反射鏡のアンテナを例にとり説明したが、この換わ
りにカセグレンアンテナやレゴリアンアンテナなど複数
の反射鏡をもつ反射鏡アンテナを用いても全く同様の効
果が得られる。

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【００６１】

【００６２】

【００６３】

【００６４】

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の低サイドロ
ーブ反射鏡アンテナによれば、広い帯域にわたって低サ
イドローブの放射指向性をもち、アンテナ効率が下がり
利得の低下することのない反射鏡アンテナを実現するこ
とができる。広帯域にわたって良好な特性を維持できる
ため、周波数帯域ごとに別の一次放射器などを設けて特
性を達成する必要がなく、アンテナ全体の小型・軽量
化、製作の簡易化などに有効である。また、マルチスロ
ット方式の電力分配器を用いることで励振ウェイトの設
定が容易になるばかりでなく、ＢＦＮが小型・軽量化で
き、特に衛星搭載用のアンテナとしては非常に有効であ
る。

【００７１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す反射鏡アンテナの構成
図を示す図である。

【図２】本発明の一実施例における一次放射器の構成を
示す図である。

【図３】本発明の一実施例における一次放射器の合成
放射指向性を示す図である。

【図４】本発明の一実施例におけるＢＦＮに用いるマル
チスロット型電力分配器の一部を切り欠いた斜視図であ
る。

【図５】本発明の一実施例におけるマルチスロット型電
力分配器の結合特性の実測例を示す図である。

【図６】本発明の一実施例におけるマルチスロット型
電力分配器の反射特性の実測例を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例における一次放射器の構成
を示す図である。

【図８】本発明の他の実施例におけるＢＦＮに用いるブ
ランチライン型ハイブリッド結合器を示す図である。

【図９】本発明の他の実施例におけるＢＦＮに用いるブ
ランチライン型ハイブリッド結合器の電気特性を示す図
である。

【符号の説明】

１ …反射鏡１１，１２，１３…ホーンアンテナ１４…ＢＦＮ１５，１６，１７…移相器１８，１９…電力分配器２１…主導波管２２…結合導波管２４…スロット２９…３電力分配器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−18004（ＪＰ，Ａ) 庄木，他，”27／22ＧＨｚ帯地域別衛星放送用マルチビームアンテナ”，電子情報通信学会技術研究報告，Ａ・Ｐ88− 62，ｐｐ．39−46．1988年９月16日. (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 15/00 - 19/32 H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反射鏡と、複数の一次放射素子と、前記
各一次放射素子に電波を分配または前記各一次放射素子
からの電波を合成する給電系とを有する低サイドローブ
反射鏡アンテナにおいて、前記給電系は、前記複数の一次放射素子のうち中央部の
一次放射素子側に接続された通過ポートと、前記複数の
一次放射素子のうち周辺部の一次放射素子側と接続され
た結合ポートとを備えた電力分配器を有し、前記電力分配器は、動作周波数帯の低い周波数帯から高
い周波数になるに連れて、前記結合ポートに比べ、前記
通過ポートへ分配する電力の割合を小さくすることを特
徴とする低サイドローブ反射鏡アンテナ。