JP3829040B2 - ２衛星受信用一次放射器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接した２つの人工衛星からの送信電波を同一のパラボラ反射鏡を用いて受信するのに好適な２衛星受信用一次放射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、同一のパラボラ反射鏡を用いて複数の人工衛星からの送信電波を受信するマルチビームアンテナが知られている。
ここで、外径が３５〜５０ｃｍ程度の家庭用の小さなパラボラ反射鏡を用いて構成され、２つの人工衛星からの送信電波を受信するマルチビームアンテナの場合、パラボラ反射鏡の焦点付近に配置される一次放射器１００は、図５に示すように、各人工衛星からの送信電波を、各人工衛星に対応して個別に設けられたアンテナ給電部にそれぞれ導くための２つのホーンＨ１，Ｈ２が近接配置された構成を有している。
【０００３】
例えば、外径が４５ｃｍのパラボラ反射鏡を用いて、通信衛星からの送信電波（１２ＧＨｚ帯）を受信する場合を考えると、受信対象となる２つの通信衛星が軌道上で隣接しており、その２衛星のビーム分離度が４．５度であれば、パラボラ反射鏡により収束される各衛星からの送信電波の焦点の間隔は２０ｍｍ程度となり、また、その電波を受け入れるホーンの開口径は３０ｍｍ程度とすることが望ましい。
【０００４】
つまり、２つの人工衛星からの送信電波をいずれも良好に受信するには、２つのホーンを、その開口が互いに重なり合う程度に接近させる必要があるため、個別に形成された２つの一次放射器を用いて構成することが困難であり、上述のように２つのホーンＨ１，Ｈ２を近接配置して一体化した一次放射器１００が必要となるのである。
【０００５】
しかし、このように２つのホーンＨ１，Ｈ２を一体化しても、上述の数値例からもわかるように、ホーンＨ１，Ｈ２の開口径を十分に確保することが困難であるため、このような一次放射器１００を実際にパラボラ反射鏡に取り付け、近接した２衛星からの送信電波を受信すると、ホーンＨ１，Ｈ２同士の結合による電波の干渉によって、衛星受信アンテナとして必要な受信特性が得られない場合がある。
【０００６】
これは、ホーンＨ１，Ｈ２の指向性とパラボラ反射鏡の有効開口とのずれにより放射電波が反射鏡の外へあふれ出すあふれ放射等によって、パラボラアンテナから各衛星に向かうメインビームに対するサイドローブレベルが大きくなり、所望のサイドローブ特性を満足できなくなるためである。
【０００７】
そこで、通常は、相互間の干渉妨害を抑制するため、例えば、特開平１０−１６３７３７号公報等に開示されているように、両ホーンＨ１，Ｈ２の開口部の周囲に溝部Ｍ１，Ｍ２（図５参照）を設けることにより指向特性改善用のコルゲートチョークを形成することが行われている。
【０００８】
なお、図５において（ａ）は、一次放射器１００をホーンＨ１，Ｈ２の開口端側からみた正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＺ−Ｚ断面図である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このコルゲートチョークは、溝部の段数を増加させることで、より良好な特性を得ることができるが、チョークの段数を増加させるほど、コルゲートチョークの溝部Ｍ１，Ｍ２が設けられた面の径、ひいては一次放射器が大型化してしまう。そして、一次放射器が大型化すると、一次放射器自体が重くなるだけでなく、これをパラボラアンテナの焦点位置に固定するための支持具等も、その重量に耐え得るものにしなければならないため、全体としての重量が増大し、使い勝手が悪くなってしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、通常は、一次放射器が大きくなり過ぎないように、コルゲートチョークを構成する溝部の段数は１〜２段程度とされている。この場合、コルゲートチョークを設けない場合と比較すれば大きく改善された受信特性が得られるものの、未だ十分に満足できるものではなかった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するために、近接した２つの人工衛星からの送信電波を同一のパラボラ反射鏡を用いて受信するために各衛星に対応した一対のホーンを一体に設けた２衛星受信用一次放射器において、ホーンの開口を有する面の最大径を増大させることなく良好な受信特性が得られるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１に記載の２衛星受信用一次放射器は、指向特性改善のために一対のホーンの周囲にコルゲートチョークが形成されており、このコルゲートチョークを構成する溝が、一対のホーンの配列方向両端側より、配列方向とは直交し且つ一対のホーンの開口面に沿った対称軸方向両端側に、多く形成されていることを特徴とする。
【００１３】
即ち、一対のホーンは、配列方向の長さに対して対称軸方向の長さが約半分であるため、対称軸方向により多くの溝を形成しても、一次放射器のホーンの開口が形成された面の最大径を増大させることがなく、しかも、コルゲートチョークを構成する溝は、必ずしも一対のホーンを一周せず、一対のホーンの周囲に部分的に形成しても各ホーンの指向特性を改善することが可能である。
【００１４】
従って、本発明の２衛星受信用一次放射器によれば、例えば、各ホーンの開口端とは反対側に連設される導波管の終端位置にアンテナ給電部を設け、これを、パラボラ反射鏡の焦点付近に配置して、２衛星受信用のパラボラアンテナとして動作させれば、良好な受信特性（サイドローブ特性）が得られる衛星受信アンテナとして機能させることができる。
【００１５】
なお、各ホーンの周囲にチョークを形成する溝部の幅は、周知のチョークフランジと同様に設計すればよく、具体的には、受信すべき電波の自由空間波長λに対して、１６分の１乃至１６分の３（λ／１６〜λ×３／１６）の間に設定すればよい。また、各ホーンの開口端や周壁からの溝部の深さは、周知のチョークフランジと同様、自由空間波長λの４分の１（λ／４）程度にすればよい。
【００１６】
ところで、請求項２記載のように、一対のホーンの周囲に円盤状のフランジ部を有し、このフランジ部上にコルゲートチョークが形成されている場合、ホーンの開口への異物（ゴミや水滴等）の侵入を防止するためのキャップとして、単純な形状である円形のものを用いることができるため、その作製を容易にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用された実施例の一次放射器の構成を表し、（ａ）は、一次放射器をホーンの開口端側から見た正面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＸ−Ｘ断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＹ−Ｙ断面図、（ｄ）は、ホーンを保護するためのキャップの断面図である。但し、（ｃ）は、ホーン形成部のみを示す。
【００１８】
本実施例の一次放射器２は、軌道上に隣接して配置された２つの通信衛星（例えばＪＣＳＡＴ３，ＪＣＳＡＴ４）から送信された垂直及び水平偏波の電波を、夫々、例えば外径が４５ｃｍ程度の同一のパラボラ反射鏡を用いて受信するのに使用されるものであり、パラボラ反射鏡にて反射・収束された各衛星からの電波を夫々受け入れる一対の円錐ホーンＨ１，Ｈ２を有するホーン形成部１０と、これら各円錐ホーンＨ１，Ｈ２を介して入射された電波をアンテナ給電部４２ａ，４２ｂ（図２参照）まで導くための円形導波管Ｄ１，Ｄ２を有する本体２０とからなり、ホーン形成部１０及び本体２０は、それぞれアルミダイキャスト等の金属材料にて一体に形成されている。
【００１９】
このうち、ホーン形成部１０は、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の周囲に円盤状に形成されたフランジ部１６を有しており、各円錐ホーンＨ１，Ｈ２は、フランジ部１６の中心に対して対称な位置に、開口端部の外壁が互いに接するように近接配置されている。以下、各円錐ホーンＨ１，Ｈ２の配列方向とは直交し且つ円錐ホーンＨ１，Ｈ２の開口面に沿った方向を対称軸方向と呼ぶ。
【００２０】
また、フランジ部１６上には、両円錐ホーンＨ１，Ｈ２の外周面との間に第１溝部Ｍ１を形成する第１周壁１１と、第１周壁１１との間に第２溝部Ｍ２を形成する第２周壁１２と、第２周壁１２との間に第３溝部Ｍ３を形成する第３周壁１３と、フランジ部１６の周縁に沿って形成された外周壁１４とが設けられている。
【００２１】
但し、第２及び第３周壁１２，１３は、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の配列方向両端部近傍にて、それぞれ外周壁１４と一体化しており、このため、第１及び第２溝部Ｍ１，Ｍ２は両円錐ホーンＨ１，Ｈ２を一周するが、第３溝部Ｍ３は、両円錐ホーンＨ１，Ｈ２の対称軸両端側にのみ位置する。
【００２２】
これら溝部Ｍ１〜Ｍ３及び周壁１１〜１４は、両円錐ホーンＨ１，Ｈ２の周囲に、指向特性改善用のコルゲートチョークを形成するものであり、第１溝部Ｍ１の各円錐ホーンＨ１，Ｈ２の開口端からの深さ（高さ）Ｌ１、及び第２及び第３溝部Ｍ２，Ｍ３の周壁１１〜１４からの深さ（高さ）Ｌ２は、いずれも、６ｍｍ（＝λ／４，λは受信すべき電波（例えば１２．５ＧＨｚ）の自由空間波長）に設定され、その幅Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、２．３ｍｍ，２．３ｍｍ，３ｍｍ（＝λ／１６〜λ×３／１６）に設定されている。
【００２３】
但し、周壁１１〜１４はいずれも同じ高さに形成され、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の開口端より、Ｌ６＝１．５ｍｍ（＝λ／１６）だけ高くなるように設定されている。
また、各円錐ホーンＨ１，Ｈ２の開口中心間の距離Ｌ８は、２３ｍｍ（≒λ）に設定され、更に、円形導波管Ｄ１，Ｄ２の中心軸方向の長さは、円形導波管Ｄ１，Ｄ２と各円錐ホーンＨ１，Ｈ２との境界点から、円形導波管Ｄ１，Ｄ２の終端部分に配置されるアンテナ給電部４２ａ，４２ｂまでの長さＬ９が、受信すべき電波の管内波長λｇの４分の１の長さ（λｇ／４）の奇数倍となるように設定されている。
【００２４】
次に、本体２０は、円形導波管Ｄ１，Ｄ２の終端（ホーン形成部１０側とは反対側の端部）側に、各円形導波管Ｄ１，Ｄ２に対応したアンテナ給電部４２ａ，４２ｂが形成された受信回路基板４０を収納するための空間である基板収納部３０を備えている。そして、基板収納部３０は、図２に示すように、内部に受信回路基板４０を収納した後、アルミダイキャスト等の金属材料にて形成された蓋体５０にて密閉されるように構成されている。
【００２５】
ここで、受信回路基板４０は、各円形導波管Ｄ１，Ｄ２に対応したアンテナ給電部４２ａ，４２ｂに加えて、各アンテナ給電部４２ａ，４２ｂで得られた受信信号を所定周波数帯（１ＧＨｚ帯）の伝送信号に変換するコンバータ回路（図示せず）や、このコンバータ回路にて得られた所定周波数帯の伝送信号を本体２０に組み付けられた同軸ケーブル接続用の出力端子Ｔ（図２参照）を介して端末側に出力する出力回路（図示せず）を、一枚の基板上に形成したものである。
【００２６】
そして本実施例の一次放射器２は、２衛星から送信されてきた垂直及び水平偏波の電波を夫々受信するためのものであるため、受信回路基板４０の各アンテナ給電部４２ａ，４２ｂには、垂直及び水平偏波の電波を受信信号として取り込むための一対のプローブＰav，Ｐah及びＰbv，Ｐbhが夫々形成されている。
【００２７】
また、蓋体５０には、受信回路基板４０のアンテナ給電部４２ａ，４２ｂの中心位置に穿設された孔を介して、円形導波管Ｄ１，Ｄ２内に夫々突出する導体棒５２ａ，５２ｂが突設され、その周囲には、円形導波管Ｄ１，Ｄ２と同径で、受信回路基板４０に形成されたスルーホール（図示せず）を介して円形導波管Ｄ１，Ｄ２の開口端に電気的に接続（導通）される円形の凸条５４ａ，５４ｂが形成されている。
【００２８】
また、蓋体５０には、その周囲に、本体２０への嵌合用の枠部５６が形成されており、この枠部５６と上記各凸条５４ａ，５４ｂとの間には、受信回路基板４０に形成された各衛星用の回路（コンバータ回路等）を各々シールドするための隔壁部５８が形成されている。
【００２９】
このように本実施例の一次放射器２は、本体２０の基板収納部３０に受信回路基板４０を収納することにより、アンテナ給電部やコンバータ回路等を一体化した、２衛星受信アンテナ（パラボラアンテナ）用の受信部となり、使用時には、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の開口から一次放射器２内に雨水等が侵入するのを防止するために、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の開口端側よりフランジ部１６全体を覆うように円形のカバー６０が被せられる。
【００３０】
尚、基板収納部３０に収納される受信回路基板４０や導体棒５２ａ，５２ｂを突設した蓋体５０は、本発明の主要部ではなく、また、これらの動作・機能は、本願出願人が先に出願した、特開平９−２８４００２号公報又は特開平９−２８４００３号公報等に説明されているので、詳細な説明は省略する。
【００３１】
次に、図３は、上記のように受信回路基板４０と一体化した本実施例の一次放射器２をオフセット形のパラボラ反射鏡に組み付け、２衛星間のビーム分離度が４．５度と仮定して、各衛星Ａ，Ｂに対するサイドローブ特性を測定した測定結果を表す。
【００３２】
尚、図３において、（ａ）は衛星Ａからの水平偏波信号を受信した際のサイドローブ特性を表し、（ｂ）は衛星Ａからの垂直偏波信号を受信した際のサイドローブ特性を表し、（ｃ）は衛星Ｂからの水平偏波信号を受信した際のサイドローブ特性を表し、（ｄ）は衛星Ｂからの垂直偏波信号を受信した際のサイドローブ特性を表す。またこれら各特性図において、実線は、本実施例の一次放射器２の測定結果を表し、点線は、比較例（配列方向と対称軸方向とで溝部の段数が同じである従来装置）の一次放射器の測定結果を表す。但し、比較例の一次放射器では、本実施例のホーン形成部１０の代わりに、図４に示すように、第３周壁１３及び外周壁１４を省略し、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の周囲に、第１及び第２溝部Ｍ１，Ｍ２のみからなるコルゲートチョークが形成されたホーン形成部１０ａを用いた。
【００３３】
この測定結果から、本実施例の一次放射器２によれば、円錐ホーンＨ１，Ｈ２の対称軸方向両端側のみに形成された第３溝部Ｍ３を有することにより、コルゲートチョークを含めた円錐ホーンＨ１，Ｈ２の最大径Ｌmax を比較例より増加させることなく、比較例より良好なサイドローブ特性、特に互いに他方の円錐ホーンが受信する電波の到来方向についての相対利得が十分に抑制されたサイドローブ特性が得られることがわかる。
【００３４】
また、本実施例によれば、フランジ部１６が円形に形成されているため、これを覆うカバー６０も簡単な形状である円形のものを用いることができ、従って、カバー６０の作製を容易にすることができる。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【００３５】
例えば、上記実施例では、一対の円錐ホーンＨ１，Ｈ２を備えた一次放射器２について説明したが、本発明は、角錐ホーンにて形成される一次放射器であっても、上記実施例と同様に構成し、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の一次放射器の構成を表す説明図である。
【図２】 実施例の一次放射器を２衛星受信アンテナ用の受信部として、受信回路基板と共に一体化する場合の説明図である。
【図３】 実施例の一次放射器を使って受信アンテナのサイドローブ特性を測定した測定結果を表す説明図である。
【図４】 測定時に用いた比較例の一次放射器の構成を表す説明図である。
【図５】 従来の一次放射器の構成を表す説明図である。
【符号の説明】
２…一次放射器、１０，１０ａ…ホーン形成部、１１〜１３…第１〜第３周壁、１４…外周壁、１６…フランジ部、２０…本体、３０…基板収納部、４０…受信回路基板、４２ａ，４２ｂ…アンテナ給電部、５０…蓋体、５２ａ，５２ｂ…導体棒、５４ａ，５４ｂ…凸条、５６…枠部、５８…隔壁部、６０…カバー、Ｄ１，Ｄ２…円形導波管、Ｈ１，Ｈ２…円錐ホーン、Ｍ１〜Ｍ３…第１〜第３溝部

Claims (2)

1. ２つの人工衛星から送信され、同一のパラボラ反射鏡により個別に収束される電波をそれぞれ取り込んで、アンテナ給電部が設置された導波管に導く一対のホーンと、
   該一対のホーンの外周面に沿って該一対のホーンとは間隔を開けて配設された複数の周壁により、該一対のホーンの開口部周囲に形成された複数の溝からなるコルゲートチョークと、
   を有する２衛星受信用一次放射器であって、
   前記コルゲートチョークを構成する溝が、前記一対のホーンの配列方向両端側より、該配列方向とは直交し且つ前記一対のホーンの開口面に沿った対称軸方向両端側に、多く形成されていることを特徴とする２衛星受信用一次放射器。
2. 前記一対のホーンの周囲に円盤状のフランジ部を有し、
   該フランジ部上に前記コルゲートチョークが形成されていることを特徴とする請求項１記載の２衛星受信用一次放射器。

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