JP4151593B2

JP4151593B2 - 複反射鏡アンテナ装置

Info

Publication number: JP4151593B2
Application number: JP2004067166A
Authority: JP
Inventors: 出内藤; 健児草壁; 聡介堀江; 修次縫村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: US20050200547A1; US7009574B2; JP2005260437A

Description

この発明は、主反射鏡、副鏡、一次放射器とからなる複反射鏡アンテナ装置に関するものである。

特開２００２−１３５０４２号公報には、アンテナ装置において、副鏡の中心近傍におけるＶＳＷＲが劣化することを改善する技術が開示されている。この特開２００２−１３５０４２号公報によれば、従来のアンテナ装置は、放物面形状の主反射鏡と双曲面形状の副鏡との２枚の反射鏡と、一次放射器と、副鏡の中心近傍に設けた凸状又は凹状の円形の頂点整合部とから構成される。一次放射器から放射された電波は、副鏡、主反射鏡で反射されて、空間に放射される。このとき、頂点整合部を設けない場合、一次放射器から副鏡の中心近傍に放射される電波は、そのまま一次放射器に反射され、この反射波によって一次放射器のＶＳＷＲが劣化する。頂点整合部は、副鏡の中心近傍に設けた凸状又は凹状の形状をしており、頂点整合部外部からの一次放射器への再入射波に対して、逆相となるように頂点整合部が設けられる。したがって、一次放射器へ再入射する電波は、頂点整合部を設けることによって全体として概ね打ち消され、ＶＳＷＲの劣化が改善されるものである。

特開２００２−１３５０４２号公報

最近では、航空機や列車、その他の移動体に搭載されて、通信衛星との間で通信を行うアンテナ装置が開発されており、このようなアンテナ装置においては、通信衛星を見通せる天蓋部分へ搭載される場合が多く、主として空力抵抗の低減のため低プロファイル化（据付時の高さ寸法が低いこと）が要求される。このため、主反射鏡を楕円形状とするアンテナ装置が用いられるようになってきた。特許文献１に記載のアンテナ装置においては、副鏡から一次放射器へ再入射される電波を打ち消すように頂点整合部が設けられるものであるが、この特許文献１に開示された頂点整合部の反射面形状は円形であるために、この頂点整合部を上記のような楕円形状の主反射鏡を有するアンテナ装置において用いた場合、頂点整合部の外側から一次放射器へ入射する再入射波と頂点整合部からの再入射波とを全体として効果的に打ち消すことができず、ＶＳＷＲの劣化を十分に改善することができないという問題点があった。また、軸対象の主反射鏡を有するアンテナ装置の一次放射器として断面長方形の角錐ホーンを用いた場合にも、円形の頂点整合部によれば、頂点整合部の外側から一次放射器へ入射する再入射波と頂点整合部からの再入射波とを全体として効果的に打ち消すことができず、ＶＳＷＲの劣化を十分に改善することができないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、複反射鏡アンテナ装置において、副鏡部分に適切な形状の頂点整合板を設けて一次放射器への再入射波を打ち消し、ＶＳＷＲの劣化を改善するアンテナ装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る複反射鏡アンテナ装置は、楕円形状の主反射鏡と、この主反射鏡に対向して設けた円形状の副鏡と、この副鏡に対向して設けられ、上記副鏡へ電波を放射する円錐形の一次放射器と、上記副鏡の略中央部に設けられ、楕円形状の反射面を有して上記一次放射器から放射された電波を上記一次放射器へ反射する台状の頂点整合板であって、その楕円形状の短軸方向を上記主反射鏡の楕円形状の長軸方向とした頂点整合板とを備えたものである。

請求項２の発明に係る複反射鏡アンテナ装置は、請求項１の発明に係る複反射鏡アンテナ装置において、上記頂点整合板は、その周囲をスカート状に形成したものである。

請求項１に記載の発明によれば、楕円形状の主反射鏡を有する複反射鏡アンテナ装置において、円形状の副鏡の略中央部に楕円形状の反射面を有する頂点整合板を設けたので、円錐形の一次放射器への再入射によるＶＳＷＲの劣化を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、頂点整合板の周囲をスカート状に形成したので、頂点整合板周囲での電波の散乱を抑え、放射特性の劣化を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る複反射鏡アンテナ装置を図１及び図２に基づき説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。図１において、１は主反射鏡、２は主反射鏡に対向して設けた副鏡、３は副鏡２に対向して設けた一次放射器である。主反射鏡１は楕円形状の外形を有し、その鏡面形状は凹面の非球面形状（例えば放物面又はその修正した鏡面形状等）である。副鏡２は略円形状の外形を有し、その鏡面形状は凸面の非球面形状（例えば双曲面又はその修正した鏡面形状等）である。一次放射器３は円錐形のホーン放射器である。一次放射器３から放射する電波は、副鏡２で反射され、さらに主反射鏡１により反射されて空間に放射する構成となっており、この複反射鏡アンテナ装置はカセグレン式のアンテナ構成となっている。４は副鏡２の略中央部において一次放射器３に対向して設けた楕円形状の頂点整合板であり、一次放射器３に対向して楕円形状の鏡面を有し、一次放射器３から放射した電波を一次放射器３に向けて反射する。５は一次放射器３のホーン開口を含む開口面であり、６は頂点整合板４からの反射波の開口面５における通過領域、７は一次放射器３の位相中心である。

次に、図２を用いて実施の形態１に係る複反射鏡の動作について説明する。図２は実施の形態１に係る複反射鏡アンテナ装置の断面図である。図２において、８は主反射鏡１の長軸を含む断面内での副鏡２の焦点、９は主反射鏡１の短軸を含む断面内での副鏡２の焦点である。図２において、図１と同一の符号を付した部品及び部位は、図１におけるそれらの部品及び部位と同一のものである。

一次放射器３から放射する電波は、幾何光学的に概ね位相中心７を出発点とする光線と同様に振る舞い、副鏡２で反射された後、副鏡２の焦点を出発点とする光線方向に進行する。このとき、副鏡２の端部（反射面の周縁部）に入射した電波は、主反射鏡１の端部（楕円形状反射面の周縁部）に進行するが、主反射鏡１の開口が楕円となるように主反射鏡１及び副鏡２は鏡面修正しており、図２に示すように主反射鏡１の長軸方向断面内での副鏡２の焦点８は、主反射鏡１の短軸方向断面内での副鏡２の焦点９に比べて副鏡２に近い位置に来る。従って、頂点整合板４を楕円形とし、その短軸方向を主反射鏡１の長軸方向に、その長軸方向を主反射鏡１の短軸方向とすることによって、頂点整合板４からの反射波のホーン開口における通過領域６を、一次放射器３の開口に整合する略円形とすることができる。このことは、換言すれば、主反射鏡１の短軸方向断面における副鏡２からの反射波中で一次放射器３開口が占める断面の割合と、長軸方向断面における一次放射器３開口が占める断面の割合とを比べ、その割合が前者において大きいことから、頂点整合板４の形状を楕円形として、その短軸方向を主反射鏡１の長軸方向に、その長軸方向を主反射鏡１の短軸方向にとったものとも考えられる。頂点整合板４は、頂点整合板４で反射されて一次放射器３の開口に再入射する電波が、頂点整合板４の外側で反射されて一次放射器３の開口に再入射する電波を打ち消すように、その長短軸比や板厚などを設定する。このように、頂点整合板４を設定することによって、主反射鏡１の外形を楕円形状とした複反射鏡アンテナ装置において、一次放射器３へ再入射する電波を効果的に打ち消して、一次放射器３におけるＶＳＷＲの劣化を抑制することができる。

実施の形態２

図３は、この発明の実施の形態２に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。図３において、１０は副鏡であり、副鏡１０は一次放射器３から見て凹形状とし、主反射鏡１、副鏡１０、一次放射器３からなる複反射鏡アンテナ装置は、グレゴリアン形式のアンテナ構成となっている。図３において、図１と同一の符号を付した部品及び部位は、図１におけるそれらの部品及び部位と同一又は相当するものとする。

この実施の形態２に係る複反射鏡アンテナ装置においては、副鏡１０の焦点位置は、主反射鏡１と副鏡２との間に配置される。頂点整合板４は実施の形態１と同様に外形を楕円形状として副鏡１０の略中央部に設ける。頂点整合板４の長軸方向を主反射鏡１の短軸方向に、その短軸方向を主反射鏡１の長軸方向にとることにより、グレゴリアン形式の複反射鏡アンテナ装置においても、一次放射器３への再入射波を効果的に打ち消して、一次放射器３におけるＶＳＷＲの劣化を抑制することができる。

実施の形態３

図４は、この発明の実施の形態３に係る複反射鏡アンテナ装置の頂点整合板の構成図である。図４において、１１は頂点整合板４の周囲において設けたスカート部である。この図４に示す頂点整合板４は、実施の形態１又は実施の形態２において、それぞれ対応する図１又は図２に用いることができる。

図４において、頂点整合板４の周囲をスカート状に形成することによって、副鏡２と頂点整合板４との段差をなくしている。一般に、副鏡２上での段差は散乱の原因となり、特定の方向のサイドローブを上昇させる。この実施の形態４においては、頂点整合板４の周囲にスカート状にすることにより段差をなくし、散乱の原因を除去し、頂点整合板４の装荷による放射特性の劣化を招くことなく、一次放射器３への再入射波を打ち消して、一次放射器３のＶＳＡＲ劣化を抑制することができる。

実施の形態４

図５は、この発明の実施の形態４に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。図５において、１２は角錐ホーンを有する一次放射器である。図５において図１と同一の符号を付した部品及び部位は、図１におけるそれらの部品及び部位と同一又は相当するものである。

この実施の形態４においては、頂点整合板４からの反射波のホーン開口における通過領域６を、一次放射器１２の角錐ホーンの長方形の開口形状に整合する楕円形となるように、頂点整合板４の楕円形状の縦横比を設定している。もし仮に頂点整合板４の形状を一次放射器１２の開口形状に合わせて長方形とした場合、波動的効果により頂点整合板４からの反射波のホーン開口での通過領域６は角のとれた形状となり、さらには頂点整合板４の長方形形状の角が散乱の原因となり放射特性の劣化原因となる。このため上記のように頂点整合板４は楕円形状として頂点整合板４からの反射波の通過領域６が、一次放射器１２の長方形のホーン開口に最も整合する楕円形の通過領域６となるように、頂点整合板１２の楕円形の縦横比を設定する。図５においては、頂点整合板４の楕円形状の縦横比を設定することにより、頂点整合板４からの反射波の通過領域６を楕円形としており、一次放射器１２の角錐ホーンの長方形の開口形状に対し、その長方形の長手方向を通過領域６の長軸方向に、その長方形の短手方向を通過領域６の短軸方向としている。なお、一次放射器１２においては、角錐ホーン形状のものに代えて楕円（開口）ホーンを用いても同様の効果が得られる。

実施の形態５

図６は、この発明の実施の形態５に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。図６において、１３は軸対称に形成した主反射鏡であり、主反射鏡１４は略円形状の外形を有し、その鏡面形状は凹面の非球面形状（例えば放物面又はその修正した鏡面形状等）である。１４は軸対称に形成した副鏡であり、副鏡１４は略円形状の外形を有し、その鏡面形状は凸面の非球面形状（例えば双曲面又はその修正した鏡面形状等）である。図６において、図５と同一の符号を付した部品又は部位は図５におけるそれらの部品又は部位と同一又は相当するものである。

この実施の形態５においては、頂点整合板４からの反射波のホーン開口における通過領域６を、一次放射器１２の角錐ホーンの長方形の開口形状に整合する楕円形となるように、頂点整合板４の楕円形状の縦横比を設定している。主反射鏡１３、副鏡１４が軸対称であっても、一次放射器１２の開口は長方形であって軸対称ではない。このような場合にも、楕円形の頂点整合板４の縦横比を適切に設定することで、効果的に一次放射器１２の角錐ホーンへの再入射波を打ち消すことができ、一次放射器１２のＶＳＷＲの劣化を抑制することができる。なお、一次放射器１２においては、角錐ホーン形状のものに代えて楕円（開口）ホーンを用いても同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。この発明の実施の形態１に係る複反射鏡アンテナ装置の断面図である。この発明の実施の形態２に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。この発明の実施の形態３に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。この発明の実施の形態４に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。この発明の実施の形態５に係る複反射鏡アンテナ装置の構成図である。

符号の説明

１、１３主反射鏡
２、１０、１４副鏡
３、１２一次放射器
４頂点整合板

Claims

楕円形状の主反射鏡と、この主反射鏡に対向して設けた円形状の副鏡と、この副鏡に対向して設けられ、上記副鏡へ電波を放射する円錐形の一次放射器と、上記副鏡の略中央部に設けられ、楕円形状の反射面を有して上記一次放射器から放射された電波を上記一次放射器へ反射する台状の頂点整合板であって、その楕円形状の短軸方向を上記主反射鏡の楕円形状の長軸方向とした頂点整合板とを備えたことを特徴とする複反射鏡アンテナ装置。
上記頂点整合板は、その周囲をスカート状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の複反射鏡アンテナ装置。