JP3327440B2 - 多焦点パラボラアンテナ - Google Patents

多焦点パラボラアンテナ

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JP3327440B2 JP03669595A JP3669595A JP3327440B2 JP 3327440 B2 JP3327440 B2 JP 3327440B2 JP 03669595 A JP03669595 A JP 03669595A JP 3669595 A JP3669595 A JP 3669595A JP 3327440 B2 JP3327440 B2 JP 3327440B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多焦点パラボラ鏡面を用
いるマルチビームアンテナ(以下、多焦点パラボラアン
テナと言う)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで多焦点パラボラアンテナとして
は文献岩田、玉川、“融合放物面鏡によるデュアルビ
ームアンテナとBS−CS同時受信用5ビームアンテナ
への応用”,信学技報AP90−69(1990),文献近藤、
鹿子嶋、比嘉、“多焦点パラボラアンテナの鏡面設
計”,1992信学秋季全大B−53(1992)等に報告されてい
る。図4は多焦点パラボラアンテナの全体図である。図
4において1は多焦点パラボラ鏡面、2a,2b,2c
は一次放射器、3a,3b,3cはそれぞれ一次放射器
2a,2b,2cから給電されたビームの軌跡、4a,
4b,4cはそれぞれビーム軌跡3a,3b,3cに対
応する基本パラボラ鏡面の鏡軸、5は多焦点パラボラ鏡
面の焦線、6は鏡面接点を示している。
【0003】多焦点パラボラ鏡面1は複数の基本パラボ
ラ鏡面の加重平均によって構成されている。鏡面接点
は、その点において着目している基本パラボラ鏡面とア
ンテナ鏡面とが接することを意味しており、この点にお
いて2つの鏡面の座標値が一致し、かつ法線ベクトルが
一致していることを意味している。なお、アンテナ鏡面
(多焦点パラボラ鏡面)の設計においては、鏡面接点は
各々の基本パラボラ鏡面の位置関係を決定する役割をも
っている。
【0004】図4を用いてN焦点パラボラ鏡面Z(x,
y)の構成を以下に示す。最も外側のビーム3aとビー
ム3cの分離角度δ0 ,基本パラボラの焦点距離f,鏡
面接点6の位置を決めると、ビーム方向θi (i=1,
2,・・,N)に鏡軸をもつ基本パラボラ鏡面Z
i (x,y)は一意に決まる。このときN焦点パラボラ
鏡面Z(x,y)は
【0005】
【数1】 で構成される。Wi は重み係数で、この値を大きくする
ほど基本パラボラ鏡面Z i (x,y)に近くなるので、
θi 方向の利得を上げることができる。多焦点パラボラ
アンテナはビーム放射方向が限定される場合において高
い開口効率が得られるものであり、焦点数が2個または
3個の場合が報告されている。しかし、開口径の増大に
伴い開口効率が劣化するという欠点がある。その理由を
以下に説明する。図5は図4の多焦点パラボラ鏡面1の
鏡面接点6を含み、x軸に垂直な断面図である。7a,
7b,7cは基本パラボラ鏡面であり、8a,8b,8
cはそれぞれ基本パラボラ鏡面7a,7b,7cの鏡軸
方向を示している。これより多焦点パラボラ鏡面1は鏡
面接点6の周辺では各々の基本パラボラ鏡面と良く一致
しているが、鏡面の両端の部分では大きく食い違ってい
ることがわかる。従って多焦点パラボラ鏡面1では開口
径の増大に伴い、鏡面のビーム収束性能が劣化し、開口
効率が低下することとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の多焦点パラ
ボラアンテナは開口径の増大に伴い鏡面のビーネ収束性
能が劣化し、開口効率が低下するという欠点があった。
本発明の目的は、開口径の大きな多焦点パラボラアンテ
ナの開口効率を改善しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明では、多
焦点パラボラアンテナにおいて、鏡軸の方向が最も離れ
た2つの基本パラボラ鏡面の鏡軸のなす角を二等分する
方向をz軸方向、全ての基本パラボラ鏡面の鏡軸に垂直
な方向をx軸方向、それらのz軸方向及びx軸方向に垂
直な方向をy軸方向としたとき、アンテナ鏡面と各々の
基本パラボラ鏡面との鏡面接点のx座標を互いにほゞ等
しく、y座標を対応する基本パラボラ鏡面の頂点のy座
標にほゞ等しく設定したことを特徴とする。従来技術で
はアンテナ鏡面と各々の基本パラボラ鏡面との鏡面接点
を同一地点としていた。
【0008】
【作 用】従来の多焦点パラボラ鏡面は開口径が大きく
なると鏡面のビーム収束性能が劣化する。その要因の一
つは、基本パラボラ鏡面の鏡面接点を一点に限定してい
ることである。鏡面接点を一点に限定することは、各々
のビーム放射方向について鏡面のすべての部分が良好な
ビーム収束性能を持つ場合についてのみ妥当である。開
口径が大きな場合では様々なビーム放射方向について鏡
面の全部分が良好なビーム収束性能を持つわけではない
ので、それぞれのビーム放射方向について一次放射器か
らの照射電界強度が大きい鏡面部分、つまり対応する基
本パラボラ鏡面の頂点に近い鏡面部分のビーム収束性能
を重点的に改善してビームを収束させるように鏡面を設
計した方が高い開口効率を得ることができると考えられ
る。
【0009】この発明は、多焦点パラボラアンテナにお
いて、各々の基本パラボラ鏡面とアンテナ鏡面との鏡面
接点のx座標を互いにほゞ等しく、y座標を対応する基
本パラボラ鏡面の頂点のy座標にほゞ等しく設定してい
る。各々の鏡面接点の位置が対応する基本パラボラ鏡面
の頂点に近くなり、従って各々のビーム放射方向につい
て、対応する基本パラボラ鏡面の頂点に近い部分のビー
ム収束性能を改善することになり、開口径の大きなマル
チビームアンテナにおいて開口効率を改善することが可
能となる。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図1を参照して説明する。
図1には図4,図5と対応する部分に同じ符号を付けて
ある。1は多焦点パラボラ鏡面、2a〜2eは一次放射
器、5は焦線、9a〜9eは鏡面接点である。多焦点パ
ラボラ鏡面1の開口径は36λ×90λ,ビーム方向θ
は0°,±10°,±20°,各基本パラボラ鏡面の焦
点距離は60λである。なお、図1では、ビーム方向θ
の絶対値|θ|をδで表している。
【0011】基本パラポラ鏡面の頂点11a〜11eは
yz平面上またはその近傍にあり、そのy座標は、アン
テナ鏡面(パラボラ鏡面)の曲率半径が120λにほゞ
等しい場合には、ビーム角をθi (i=a,b,c,
d,e)とすると、図2に示すように、yi ≒120λ
sin θi (i=a,b,c,d,e)となる。この発明
では、基本パラポラ鏡面とアンテナ鏡面1との鏡面接点
9a〜9eのx座標を互いにほゞ等しく設定し(例えば
i ≒ 15λ)、y座標を対応する基本パラポラ鏡面
の頂点11a〜11eのy座標にほゞ等しく設定する。
従って前述の例では鏡面接点9a〜9eのy座標はyi
≒120λsin θi に設定される。
【0012】従来例のようにすべての基本パラボラ鏡面
の鏡面接点位置を同一地点とした場合にはこの地点にお
けるアンテナ鏡面の座標値と法線ベクトルの方向が明ら
かである。なんとなれば、この地点におけるすべての基
本パラボラ鏡面の座標値と法線ベクトルの方向が同一で
あるために加重平均によって構成されるアンテナ鏡面の
この地点における鏡面座標値と法線ベクトルの方向も同
じであるためである。
【0013】しかしこの発明のように、各々の基本パラ
ボラ鏡面の鏡面接点9a〜9eの位置を各々異なる地点
とした場合には、各々の鏡面接点位置におけるアンテナ
鏡面の正確な座標値と法線ベクトルの方向が明らかでな
いので、各々の鏡面接点位置を厳密に求めるためには以
下の手順(繰り返し計算)を行う必要がある。 まずアンテナ鏡面式Zh1(x,y)(第1次近似)
を仮定する(実施例では半径120λの球面)。
【0014】 アンテナ鏡面式の第1次近似Z
h1(x,y)を用いて鏡面接点位置(基本パラボラ鏡面
の位置)を求める。 アンテナ鏡面式の第1次近似から求められた基本パ
ラボラ鏡面の位置を用いて、基本パラボラ鏡面の加重平
均によってアンテナ鏡面式の第2次近似Zh2(x,y)
を求める。
【0015】 アンテナ鏡面式の第2次近似Z
h2(x,y)を用いて、鏡面接点位置(基本パラボラ鏡
面の位置)を求める。 アンテナ鏡面式の第2次近似から求められた基本パ
ラボラ鏡面の位置を用いて、基本パラボラ鏡面の加重平
均によってアンテナ鏡面式の第3次近似Zh3(x,y)
を求める。
【0016】 以上の計算をアンテナ鏡面式の第n+
1次近似と第n次近似との差Zhn+1(x,y)−Z
hn(x,y)が十分に小さくなるまで繰り返す。 なお、実施例ではアンテナ鏡面を構成する各基本パラボ
ラ鏡面の重み係数はすべて同じ値とした。従来技術の多
焦点パラボラアンテナは、鏡面開口が大きくなると開口
効率が低下するという欠点があり、上記条件で各々の基
本パラボラ鏡面の鏡面接点を一点とした従来技術でアン
テナを設計した場合は、アンテナ鏡面の開口効率の平均
値は33.2%である。本アンテナは全方向について利得
が0.6〜0.7dB改善され、アンテナ鏡面の開口効率は平
均値で38.3%が得られた。これらの結果から本アンテ
ナは従来技術と比べてアンテナ鏡面の開口効率が平均で
5.1%改善されたことが分る。
【0017】なお、鏡面接点9a〜9eのx座標は、鏡
面接点9cのx座標(xc)を基準としたとき、その値
にほゞ等しければ十分であり、クリテイカルなものでは
ない。例えば、図3のx軸の正又は負方向に凹に湾曲し
た曲線21,22の間にあってもよい。図の曲線20は
i =xc(i=a,b,c,d,e)の座標をもつ鏡
面接点9a〜9eを結んだアンテナ鏡面1上の曲線であ
る。
【0018】
【発明の効果】本発明請求項1のマルチビームアンテナ
は、鏡軸方向が異なる複数の基本パラボラ鏡面の加重平
均でアンテナ鏡面を構成する多焦点パラボラアンテナに
おいて、開口径の増大に伴う鏡面のビーム収束性能の劣
化を抑え、高い開口効率で広い角度範囲に渡ってビーム
を放射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明するための斜視図。
【図2】図1の基本パラボラ鏡面の頂点11a〜11e
のyz平面上の位置を示す図。
【図3】この発明の変形実施例を示す斜視図。
【図4】従来の多焦点パラボラアンテナの原理的な斜視
図。
【図5】図4の多焦点パラボラ鏡面1の、鏡面接点6を
含みx軸に垂直な平面で切った断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−173404(JP,A) 特開 平4−122108(JP,A) 特開 平4−108202(JP,A) 特開 平4−100302(JP,A) 特開 昭63−146502(JP,A) 特開 昭63−109603(JP,A) 特開 昭51−863(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 15/16 H01Q 19/17 H01Q 25/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鏡軸方向が異なる複数の基本パラボラ鏡
    面の加重平均でアンテナ鏡面を構成する多焦点パラボラ
    アンテナにおいて、鏡軸の方向が最も離れた2つの基本
    パラボラ鏡面の鏡軸のなす角を二等分する方向をz軸方
    向、全ての基本パラボラ鏡面の鏡軸に垂直な方向をx軸
    方向、それらのz軸方向及びx軸方向に垂直な方向をy
    軸方向としたとき、前記アンテナ鏡面と各々の基本パラ
    ボラ鏡面との鏡面接点のx座標を互いにほゞ等しく、y
    座標を対応する基本パラボラ鏡面の頂点のy座標にほゞ
    等しく設定したことを特徴とする多焦点パラボラアンテ
    ナ。
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