JP3844885B2 - オフセットパラボラアンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフセットパラボラアンテナに関し、特にオフセットパラボラアンテナにおいて使用される１次放射器の設置位置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すように、オフセットパラボラ反射鏡２と１次放射器４とを備えたオフセットパラボラアンテナでは、通常、１次放射器４は、オフセットパラボラ反射鏡２の焦点位置に配置される。この場合、１次放射器４から放射されたビームのうち、実線で示すようにオフセットパラボラ反射鏡２の中心において反射されたものは、反射鏡２の回転中心に平行に放射される。
【０００３】
焦点位置Ｆから図４に示すようにビーム偏向角θ_F だけ１次放射器４の位置をずらした場合、即ち給電偏位させた場合、ずらされた１次放射器４から放射され、反射鏡２の中心において反射されたビームは、焦点位置Ｆから放射されたビームと角度θ_B だけ偏位する。角度θ_B と角度θ_F とは、数１に示すような比例関係にある。ここで、ＢＤＦはビーム偏向係数である。
【０００４】
【数１】
θ_B ＝ＢＤＦ＊θ_F
【０００５】
一般に、給電偏位を行うと、焦点Ｆのみに収束していた電波に収差が発生し、１次放射器４に入射する電波に位相誤差が生じる。そのため、アンテナの効率の低下を招くと考えられていた。そこで、１台のオフセットパラボラ反射鏡に複数の１次放射器を設けるマルチビームアンテナ以外では、１次放射器４は、焦点位置Ｆに配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように給電偏位を行った場合、給電偏位されたビームの方向からオフセットパラボラ反射鏡２を見た場合、有効開口面積は、変動し、特定の方向に偏位させた場合には、有効開口面積の増加に基づくアンテナ効率の増加を望むことができる。
【０００７】
本発明は、１次放射器を特定の方向に偏位させることによる有効開口面積の増加に伴うアンテナ効率の増加と、１次放射器を偏位させることによる位相誤差に基づくアンテナ効率の低下とを考慮して、両者を合成したアンテナ効率を増加させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、オフセットパラボラ反射鏡と、１次放射器とを、具備するオフセットパラボラアンテナにおいて、１次放射器が、前記オフセットパラボラ反射鏡の焦点位置から前記オフセットパラボラ反射鏡の先端方向側に位置するように配置されている。これによって、有効開口面積は増加し、この増加に伴うアンテナ効率は増加する。一方、位相誤差に基づいてアンテナ効率は低下する。このオフセットパラボラアンテナにおけるビーム偏向角が、オフセットパラボラ反射鏡の有効開口面積に基づくアンテナ効率増加と、前記１次放射器の偏位による位相誤差に基づくアンテナ効率低下とを、合成した合成アンテナ効率が、前記焦点位置に前記１次放射器があるときの前記合成アンテナ効率よりも大きくなる角度に選択されている。
【０００９】
前記偏向角は、０度よりも大きくこのアンテナの半値角の約２倍以下であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるオフセットパラボラアンテナの原理を示したもので、図４と同様なオフセットパラボラ反射鏡２と１次放射器４とを備えている。１次放射器４が、偏向させられる。焦点位置Ｆからオフセットパラボラ反射鏡２の長軸に沿ってオフセットパラボラ反射鏡２の先端側に向かう方向を、この偏向の正方向、反対方向を負方向とする。
【００１１】
１次放射器４をビーム偏向角θ_F だけ正方向に偏向させた場合、ビームは、反射鏡２の中心、先端、及び基端において、反射される。これらビームは、焦点位置Ｆに１次放射器４が配置されているとき、反射鏡２の中心、先端、及び基端において反射されるビームと、角度θ_B をなす。なお、角度θ_B は、下向きを正とする。
【００１２】
１次放射器４を焦点位置Ｆに配置した場合、ビームから見たオフセットパラボラ反射鏡２の有効開口面積Ｓ₁ は、図１に実線で示すように円となり、その大きさは、数２で示される。但しＤは、図１に示すオフセットパラボラ反射鏡２の直径である。
【００１３】
【数２】
Ｓ₁ ＝π（Ｄ／２）²
【００１４】
ビーム偏向角θ_F だけ正方向に１次放射器４を偏向させたときに、ビームから見たオフセットパラボラ反射鏡２の有効開口面積は、図１に点線で示されるように楕円となり、その大きさは、数３で示される。但し、Φはオフセット角である。
【００１５】
【数３】
Ｓ₂ ＝［cos(Φ−θ_B ) /cos Φ] ＊π（Ｄ／２）²
【００１６】
上記Ｓ_１とＳ_２ との比を有効開口面積比Ｓとすれば、有効開口面積比Ｓは数４によって表される。
【００１７】
【数４】
Ｓ＝Ｓ₂ ／Ｓ₁ ＝［cos(Φ−θ_B ) /cos Φ]
【００１８】
Ｓは、数４から明らかなように、ビーム偏向角θ_F を正方向に偏向させた場合には、θ_B ＝Φとなるまで大きくなる。
【００１９】
このように、θ_Ｂ＝φとなるまで、給電偏位させることによって、有効化以降面積が大きくなればなるほど、オフセットパラボラアンテナの効率は増加する。一方、このように給電偏位することによって、位相誤差が生じ、オフセットパラボラアンテナの効率は低下する。
【００２０】
図２は、この状態を示したもので、有効開口面積の増加に基づく効率の増加を破線で示してある。また位相誤差に基づく効率の低下を点線で示し、これらを合成した効率を実線で示してある。ビーム偏向角θ_F が比較的小さい場合には、有効開口面積の増加に基づく効率の増加は、比較的大きい。一方、ビーム偏向角θ_F が比較的小さい場合には、位相誤差に基づく効率の低下は、小さい。従って、図２から明らかなように、両効率を合成した効率は、ビーム偏向角θ_F が０度以外の正方向の位置にあり、ビーム偏向角θ_F が比較的小さいときに、最大値を採る。
【００２１】
図３は、５０形のオフセットパラボラアンテナにおける、アンテナ効率と関連するアンテナ利得と、ビーム偏向角θ_F との関係を示したもので、ビーム偏向角θF を−１１．２０度から＋２２度まで変化させ、１２．２５ＧＨｚ、１２．５ＧＨｚ、１２．７５ＧＨｚにおける垂直偏波及び水平偏波の電波をそれぞれ受信したときの各アンテナ利得を平均した平均アンテナ利得を示したものである。
【００２２】
ビーム偏向角θ_F が０度の場合、アンテナ利得は３４．９５ｄＢであり、これからビーム偏向角θ_F を徐々に正方向に大きくしていくに連れて、アンテナ利得も最大値まで上昇し、この最大値から下降し、約６度のビーム偏向角θ_F のとき、ビーム偏向角θ_F が０度の場合とほぼ同じ利得となる。従って、ビーム偏向角θ_F を、０度よりも大きく６度よりも小さい範囲に選択すると、ビーム偏向角θ_F を０度とした場合、即ち焦点位置Ｆに１次放射器４を配置した場合よりも大きなアンテナ利得が得られる。ここで、５０形のオフセットパラボラ反射鏡においては、Ｆ／Ｄ（焦点距離／アンテナ径）が０．５の場合、半値角は３．２乃至３．３度であり、上記の大きなアンテナ利得が得られる６度は、半値角の約２倍である。
【００２３】
またビーム偏向角θ_F が約４度の場合、ほぼ最大の３５．１３ｄＢのアンテナ利得が得られ、この利得はビーム偏向角θ_F が約２度になるまで殆ど変化していない。従って、ビーム偏向角を約２度以上約４度以下とした場合に、ほぼ最大のアンテナ利得が得られる。
【００２４】
図３には、５０形のオフセットパラボラアンテナの例を示したが、他の形のオフセットパラボラアンテナにおいても、Ｆ／Ｄ比やアンテナ径Ｄ等のパラメータに変動があるが、同様な傾向があり、０度以上アンテナ半値角の２倍以下にビーム偏向角θ_F を選択することによって、オフセットパラボラアンテナの効率、利得を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるオフセットパラボラアンテナによれば、１次放射器のビーム偏向角を適当に選択することによってアンテナ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオフセットパラボラアンテナの原理説明図である。
【図２】図１のオフセットパラボラアンテナのビーム偏向角と効率との関係を示す図である。
【図３】図１のオフセットパラボラアンテナのビーム偏向角とアンテナ利得との関係を示す図である。
【図４】従来のオフセットパラボラアンテナの原理説明図である。
【符号の説明】
２ オフセットパラボラ反射鏡
４ １次放射器

Claims (2)

1. オフセットパラボラ反射鏡と、１台の１次放射器とを、具備し、
   前記１次放射器は、前記オフセットパラボラ反射鏡の焦点位置から前記オフセットパラボラ反射鏡の先端方向側に位置するように配置され、ビーム偏向角が、オフセットパラボラ反射鏡の有効開口面積に基づくアンテナ効率増加と、前記１次放射器の偏位による位相誤差に基づくアンテナ効率低下とを、合成した合成アンテナ効率が、前記焦点位置に前記１次放射器があるときの前記合成アンテナ効率よりも大きくなる角度に選択されていることを特徴とするオフセットパラボラアンテナ。
2. 請求項１記載のオフセットパラボラアンテナにおいて、前記ビーム偏向角は、０度よりも大きく前記オフセットパラボラアンテナの半値角の約２倍以下であることを特徴とするオフセットパラボラアンテナ。

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