JP3452097B2 - アンテナ鏡面形状測定システム - Google Patents

アンテナ鏡面形状測定システム

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JP3452097B2 JP01600295A JP1600295A JP3452097B2 JP 3452097 B2 JP3452097 B2 JP 3452097B2 JP 01600295 A JP01600295 A JP 01600295A JP 1600295 A JP1600295 A JP 1600295A JP 3452097 B2 JP3452097 B2 JP 3452097B2
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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、衛星に搭載されるアン
テナ反射鏡の鏡面形状を地上から測定するためのアンテ
ナ鏡面形状測定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】大型のアンテナ反射鏡の鏡面形状は重力
や温度変化によって変形する。一方、アンテナ反射鏡は
使用する周波数が高くなるほど高い鏡面精度が要求され
る。したがって、大型のアンテナ反射鏡を高い周波数で
使用する場合には変形に対する対策が必要となる。その
ためには、まずアンテナ鏡面形状を精度よく測定する必
要がある。現在、アンテナ反射鏡の鏡面形状の測定は、
地上試験時に三角測量の原理に基づいた三次元測定器を
用いて行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、地上と衛星軌
道上では環境が大きく異なる。すなわち、地上では重力
による変形が大きい。また、衛星軌道上での温度変化や
太陽光の照射状態を地上で完全に模擬することは困難で
ある。したがって、地上で測定されたアンテナ反射鏡の
形状をもって、衛星軌道上におけるアンテナ反射鏡の形
状とすることはできない。
【0004】また、衛星にアンテナ反射鏡の形状センサ
を搭載し、衛星軌道上で地上と同様にアンテナ鏡面形状
を測定する方法もあるが、重量制限が厳しい状況では十
分な精度が得られる形状センサを搭載することは困難で
あった。本発明は、衛星軌道上のアンテナ反射鏡の形状
(変形)を精度よく、かつ広いレンジで測定することが
できるアンテナ鏡面形状測定システムを提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のアンテナ鏡面形
状測定システムは、アンテナ鏡面形状測定用の電波を放
射する少なくとも1つの地上局と、アンテナ反射鏡の焦
点付近に配置され、アンテナ反射鏡で反射されたアンテ
ナ鏡面形状測定用の電波を受信し、その振幅および位相
を計測するアレイアンテナとを備える。そして、アレイ
アンテナの各受信素子で受信した振幅および位相をもと
にアンテナ放射パターンを求め、そのアンテナ放射パタ
ーンから逆フーリエ変換のアルゴリズムを用いてアンテ
ナ反射鏡の鏡面形状を算出する構成である。
【0006】さらに、通信用の電波の入射方向とアンテ
ナ鏡面形状測定用の電波の入射方向を相違させ、通信用
の給電装置をアンテナ反射鏡の光軸付近に配置した構
成、あるいは通信用の電波の周波数とアンテナ鏡面形状
測定用の電波の周波数を相違させ、通信用の電波を反射
し、アンテナ鏡面形状測定用の電波を透過するアンテナ
副反射鏡を備える。また、後者の場合には、複数の周波
数のアンテナ鏡面形状測定用の電波を用いてアンテナ鏡
面形状を計測してもよい。
【0007】
【作用】本発明のアンテナ鏡面形状測定システムは、ア
ンテナ鏡面形状測定用の電波を放射する地上局と、被測
定アンテナ側にアンテナ放射パターン測定専用のアレイ
アンテナを設ける。このアレイアンテナの各受信素子で
受信した振幅および位相をもとにアンテナ放射パターン
を計測し、これをもとに逆フーリエ変換のアルゴリズム
を用いて計算することによりアンテナ鏡面形状を測定す
ることができる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明のアンテナ鏡面形状測定シス
テムの第1実施例(請求項1に対応)を示す。図では説
明を容易にするために2次元的に表示する。図におい
て、11はアンテナ主反射鏡、12は通信用のアンテナ
副反射鏡、13は通信用の給電装置、15はアンテナ放
射パターンおよび鏡面形状測定用のアレイアンテナ、1
6はボアサイト方向、17はアンテナ放射パターンおよ
び鏡面形状測定用の地上局、18は通信用の地上局であ
る。
【0009】通信用の地上局18から放射された電波
は、アンテナ主反射鏡11およびアンテナ副反射鏡12
を経て通信用の給電装置13に受信される。通信系は、
収差の少ない光軸付近に配置する必要があるが、測定系
については必ずしも光軸近くに配置する必要はない。一
方、アンテナ放射パターンおよび鏡面形状測定用の地上
局17から放射された電波は、アンテナ主反射鏡11で
反射してアレイアンテナ15に導かれる。このアレイア
ンテナ15は多くのアンテナ素子をもっており、個々の
アンテナで受信された位相および振幅を用いてアンテナ
放射パターンを計算で求めることができる。
【0010】図2は、アレイアンテナ15の構成を示
す。図において、アレイアンテナ15は、基板21上に
多数の受信素子22と、フィルタおよび増幅器等の回路
部23が一体的に形成された構成になっている。このよ
うな構成では、アンテナから増幅器までの伝達ロスが非
常に小さく弱い電波を受信することができるので、基準
となるアンテナ放射パターンおよび鏡面形状測定用の地
上局17の電力を小さく抑えることが可能となる。測定
用の周波数は必ずしも通信用の周波数と同じである必要
はない。すなわち、通信用と異なった周波数でアンテナ
放射パターンを計測し、このパターンを逆フーリエ変換
してその位相部分を取り出し、アンテナ反射鏡開口面で
の位相分布を求める電波ホログラフィーのアルゴリズム
( Yahya Rahamat-Samii, " Surface disugn of larger
eflector antennas using holographic metrology An
itrative approach",Radio Science,Vol.19,No.5,pp.
1205-1217)を用いることにより、アンテナ主反射鏡1
1の鏡面形状を求めることができる。その形状から通信
用の周波数でのアンテナ放射パターンを求めることが可
能である。
【0011】なお、高い周波数を用いてアンテナ放射パ
ターンを計測すれば、鏡面形状を計算する際に高い分解
能を得ることができる。さらに、アンテナ放射パターン
および鏡面形状測定用の周波数を高い周波数に設定する
ことにより、多くの受信素子をシリコン基板上に配置で
き、アンテナ放射パターンの測定精度を高くすることが
できる。
【0012】図3は、本発明のアンテナ鏡面形状測定シ
ステムの第2実施例(請求項2に対応)を示す。図では
説明を容易にするために2次元的に表示する。図におい
て、11はアンテナ主反射鏡、12は通信用のアンテナ
副反射鏡、13は通信用の給電装置、14はアンテナ放
射パターンおよび鏡面形状測定用のアンテナ副反射鏡、
15はアンテナ放射パターンおよび鏡面形状測定用のア
レイアンテナ、16はボアサイト方向、17はアンテナ
放射パターンおよび鏡面形状測定用の地上局、18は通
信用の地上局である。
【0013】ここで、本実施例の特徴は、通信用のアン
テナ副反射鏡12が通信用信号の周波数を反射し、アン
テナ放射パターンおよび鏡面形状測定用信号の周波数を
透過する構造になっているところにある。なお、アンテ
ナ副反射鏡12,14は凸面に限らず、凹面または平面
でもよい。通信用の地上局18から放射された電波は、
アンテナ主反射鏡11およびアンテナ副反射鏡12を経
て通信用の給電装置13に受信される。
【0014】一方、アンテナ放射パターンおよび鏡面形
状測定用の地上局17から放射された電波は、アンテナ
主反射鏡11で反射し、アンテナ副反射鏡12を透過し
てアンテナ副反射鏡14に到達し、そこで反射してアレ
イアンテナ15に導かれる。このアレイアンテナ15は
多くのアンテナ素子をもっており、個々のアンテナで受
信された位相および振幅を用いてアンテナ放射パターン
を計算で求めることができる。さらに、第1実施例と同
様のアルゴリズムを用いることにより、アンテナ主反射
鏡11の鏡面形状を求め、その形状から通信用の周波数
でのアンテナ放射パターンを求めることができる。
【0015】以上説明した第1実施例および第2実施例
の構成において、複数の地上局を用いて計測することに
より、さらに高精度にアンテナ鏡面形状を計測すること
ができる。また、アンテナ放射パターンからアンテナ鏡
面形状を計算で求める場合には、分解能およびレンジは
信号波長に依存する。すなわち、アンテナ放射パターン
および鏡面形状測定用信号として低い周波数を用いれば
レンジは広くなるが分解能が低くなり、高い周波数を用
いればレンジは狭くなるが分解能は高くなる。このよう
なことから、アンテナ主反射鏡11の変形量が信号波長
以上になる場合には複数の周波数の信号を用いて測定を
行う。すなわち、低い周波数信号を用いて広いレンジで
粗く測定し、高い周波数信号を用いて高い分解能で測定
し、所定の精度を確保する(請求項3)。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、アレイア
ンテナを用いてアンテナ放射パターンを測定することに
より、アンテナ反射鏡の鏡面形状を高精度に測定するこ
とができる。しかも、重力や温度環境の異なる地上での
測定と異なり、衛星軌道上の実用環境でのアンテナ鏡面
形状を測定することが可能となる。また、アンテナ鏡面
形状測定用信号の周波数を変えることにより、分解能の
向上とレンジの拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンテナ鏡面形状測定システムの第1
実施例を示す図。
【図2】アレイアンテナ15の構成を示す図。
【図3】本発明のアンテナ鏡面形状測定システムの第2
実施例を示す図。
【符号の説明】
11 アンテナ主反射鏡 12 通信用のアンテナ副反射鏡 13 通信用の給電装置 14 アンテナ放射パターンおよび鏡面形状測定用のア
ンテナ副反射鏡 15 アンテナ放射パターンおよび鏡面形状測定用のア
レイアンテナ 16 ボアサイト方向 17 アンテナ放射パターンおよび鏡面形状測定用の地
上局 18 通信用の地上局 21 基板 22 受信素子 23 回路部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−157504(JP,A) 特開 平4−282465(JP,A) 特開 平8−211117(JP,A) 特開 平7−183842(JP,A) 特開 平5−251926(JP,A) Yahya Rahamat−Sam ii,Surface disugn of large reflector antennas using ho lographic metrolog y An itrative appr oach,Radio Scienc e,1984年,Vol.19,No.5,S eptember−October 1984,pp.1205−1217 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/00 H01Q 15/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通信用の地球局から放射された電波を光
    軸付近に配置した給電装置に反射するアンテナ反射鏡の
    鏡面形状を計測するアンテナ鏡面形状測定システムにお
    いて、前記通信用の電波の入射方向と異なる方向から前記アン
    テナ反射鏡に向けて アンテナ鏡面形状測定用の電波を放
    射する少なくとも1つの地上局と、 前記アンテナ反射鏡の焦点付近に配置され、前記アンテ
    ナ反射鏡で反射されたアンテナ鏡面形状測定用の電波を
    複数の受信素子で受信し、各受信素子で受信した振幅お
    よび位相を計測するアレイアンテナとを備え、前記アレイアンテナの各受信素子で受信した振幅および
    位相をもとにアンテナ放射パターンを求め、そのアンテ
    ナ放射パターンから逆フーリエ変換のアルゴリズムを用
    いて前記アンテナ反射鏡の鏡面形状を算出する構成であ
    ことを特徴とするアンテナ鏡面形状測定システム。
  2. 【請求項2】 通信用の地球局から放射された電波を光
    軸付近に配置した給電装置に反射するアンテナ反射鏡の
    鏡面形状を計測するアンテナ鏡面形状測定システムにお
    いて、前記通信用の電波の周波数と異なる周波数を有する アン
    テナ鏡面形状測定用の電波を前記アンテナ反射鏡に向け
    放射する少なくとも1つの地上局と、前記通信用の電波を反射し、前記アンテナ鏡面形状測定
    用の電波を透過するアンテナ副反射鏡と、 前記アンテナ副反射鏡を透過した アンテナ鏡面形状測定
    用の電波を複数の受信素子で受信し、各受信素子で受信
    した振幅および位相を計測するアレイアンテナとを備
    え、前記アレイアンテナの各受信素子で受信した振幅および
    位相をもとにアンテナ放射パターンを求め、そのアンテ
    ナ放射パターンから逆フーリエ変換のアルゴリズムを用
    いて前記アンテナ反射鏡の鏡面形状を算出する構成であ
    ことを特徴とするアンテナ鏡面形状測定システム。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のアンテナ鏡面形状測定
    システムにおいて、 複数の周波数のアンテナ鏡面形状測定用の電波を用いて
    アンテナ鏡面形状を計測する構成であることを特徴とす
    るアンテナ鏡面形状測定システム。
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Yahya Rahamat−Samii,Surface disugn of large reflector antennas using holographic metrology An itrative approach,Radio Science,1984年,Vol.19,No.5,September−October 1984,pp.1205−1217

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