JP4713292B2 - Multi-beam feed horn - Google Patents
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本発明は、1基のパラボラ反射鏡に設けられ、複数の送信源、例えば複数の静止衛星からの電波を受信するために使用されるマルチビームフィードホーン、このマルチビームフィードホーンを備えた一体給電部及びこの一体給電部を備えたパラボラアンテナに関する。 The present invention provides a multi-beam feed horn provided in a single parabolic reflector and used to receive radio waves from a plurality of transmission sources, for example, a plurality of geostationary satellites, and an integral power supply including the multi-beam feed horn. The present invention relates to a parabolic antenna provided with a unit and the integral feeding unit.
近年、複数の静止衛星、例えば通信衛星が接近して同一静止軌道上に打ち上げられている。これら接近した通信衛星からの電波を、1つの反射鏡と複数のホーンとを備えたアンテナで受信することが行われている。このアンテナの一例が特許文献1に開示されている。 In recent years, a plurality of geostationary satellites, for example, communication satellites are approaching and launched on the same geostationary orbit. Radio waves from these close communication satellites are received by an antenna having one reflector and a plurality of horns. An example of this antenna is disclosed in Patent Document 1.
特許文献1の技術では、反射鏡の焦点位置の近傍にマルチビームフィードホーンが配置されている。このマルチビームフィードホーンでは、2本の導波管が平行に配置され、これら導波管それぞれの先端にホーンが取り付けられている。これらホーンは、一体に形成され、導波管に対して着脱自在に構成されている。一体のホーンは、異なる口径の反射鏡に対応して大口径用と小口径用の2種類が準備されている。 In the technique of Patent Document 1, a multi-beam feed horn is disposed in the vicinity of the focal position of the reflecting mirror. In this multi-beam feed horn, two waveguides are arranged in parallel, and a horn is attached to the tip of each of the waveguides. These horns are integrally formed and configured to be detachable from the waveguide. There are two types of integrated horns, one for large calibers and one for small calibers, corresponding to reflectors with different calibers.
一般に、反射鏡の口径は、反射鏡を用いたアンテナの利得に関連しており、大きな利得が必要な場合には、大きな口径の反射鏡が使用される。反射鏡の口径が異なると、同じ電波を受信する場合でも、反射鏡で反射されて各電波が収束する位置が異なり、また、これら収束位置間の距離も異なる。これに対応するため、特許文献1では、異なる口径の反射鏡においても共通に使用することができる部品を多くするために、2種類のホーンを用意し、反射鏡の口径に応じて、いずれかのホーンを使用している。 In general, the aperture of the reflecting mirror is related to the gain of the antenna using the reflecting mirror. When a large gain is required, a reflecting mirror having a large aperture is used. When the apertures of the reflecting mirrors are different, even when the same radio waves are received, the positions where the radio waves are reflected by the reflecting mirrors are different, and the distances between these convergence positions are also different. In order to cope with this, in Patent Document 1, two types of horns are prepared in order to increase the number of components that can be used in common even in reflectors having different calibers, and either one is selected according to the caliber of the reflector. The horn is used.
特許文献1の技術では、公開の異なる反射鏡に対して導波管を共通に使用することはできるが、ホーンは口径の異なる反射鏡に対応して準備する必要がある。このように異なる口径の反射鏡用にホーンを準備すると、ホーンそれぞれに金型を準備しなければならず、コストの増大を招いていた。 In the technique of Patent Document 1, a waveguide can be used in common for different reflecting mirrors, but the horn needs to be prepared for reflecting mirrors having different apertures. When horns are prepared for reflectors having different calibers as described above, a mold must be prepared for each horn, resulting in an increase in cost.
本発明は、特定の口径の反射鏡用に準備したホーンを用いながら、異なる口径の反射鏡にも使用することができるマルチビームフィードホーンを提供することを目的とする。また、本発明は上記のようなマルチビームフィードホーンを備えた一体給電部を提供することも目的とする。本発明は、さらに、上記のようなマルチビームフィードホーンまたは一体給電部を備えたマルチビームアンテナを提供することも目的とする。 An object of the present invention is to provide a multi-beam feed horn that can be used for a reflector having a different aperture while using a horn prepared for a reflector having a specific aperture. Another object of the present invention is to provide an integrated power feeding unit including the multi-beam feed horn as described above. Another object of the present invention is to provide a multi-beam antenna provided with the multi-beam feed horn or the integral feeding portion as described above.
本発明によるマルチビームフィードホーンは、所定の口径のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に配置されたとき、静止軌道上に隣接して配置された少なくとも2基の静止衛星から送信されている電波が入射するように、これら静止衛星に対応して設けられた少なくとも2つのホーンを有している。3以上のホーンが近接して配置されることもある。この場合、各ホーンは、一直線状に配置することが望ましい。これら少なくとも2つのホーンには、それぞれ導波管が接続される。前記少なくとも2つのホーンに着脱自在にフィドームが設けられている。このフィドームは、これらホーンの前面を被う。前記少なくとも2つのホーンが前記所定の口径のパラボラ反射鏡よりも口径の大きい別のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に配置されたとき、前記少なくとも2つのホーンの間に位置し、前記少なくとも2つのホーン側に突出して、前記静止衛星からの電波が対応する前記少なくとも2つのホーンに屈折して入射するように、前記フィドームの内面に電波屈折用突起が設けられている。 When the multi-beam feed horn according to the present invention is arranged in the vicinity of the focal position of the parabolic reflector having a predetermined aperture, the radio wave transmitted from at least two geostationary satellites arranged adjacent to each other on the geostationary orbit enters. Thus, it has at least two horns provided corresponding to these geostationary satellites . Three or more horns may be arranged close to each other. In this case, it is desirable to arrange each horn in a straight line. A waveguide is connected to each of the at least two horns. A fidome is detachably provided on the at least two horns. This fidome covers the front of these horns. When the at least two horns are disposed in the vicinity of the focal position of another parabolic reflector having a larger diameter than the parabolic reflector having the predetermined diameter, the at least two horns are positioned between the at least two horns. A radio wave refraction protrusion is provided on the inner surface of the fidome so that the radio wave from the geostationary satellite is refracted and incident on the corresponding at least two horns.
このように構成されたマルチビームホーンでは、電波屈折用突起に向かって直進してきた電波が屈折されて、いずれのホーンにおいても屈折用突起が無い場合に到来する位置よりも内側に電波が到来するようになる。その結果、本来、ホーン内に入射しにくい間隔を持つ少なくとも2つの送信源からの電波がそれぞれホーン内に良好に入射する。しかも、このようにするために必要なものは、フィドームに設けた1つの突起のみである。 In the multi-beam horn configured as described above, the radio wave traveling straight toward the radio wave refracting projection is refracted, and the radio wave arrives at the inner side of the position where there is no refracting projection in any horn. It becomes like this. As a result, radio waves from at least two transmission sources that are originally difficult to enter the horn enter each horn satisfactorily. Moreover, only one protrusion provided on the fidome is required for this purpose.
更に、前記電波屈折用突起は、前記少なくとも2つのホーンの中心軸を繋ぐ線分のほぼ中央に位置することが望ましい。この位置に設けることによって、少なくとも2つのホーンそれぞれに、これらホーンに対応する電波を良好に入射させることができる。 Further, it is desirable that the radio wave refraction protrusion is located substantially at the center of a line segment connecting the central axes of the at least two horns. By providing at this position, radio waves corresponding to these horns can be incident on each of at least two horns.
上述したようないずれかのマルチビームフィードホーンと一体に、これらマルチビームフィードホーンで受信された信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換部を設けて、一体型給電部を構成することもできる。また、上記の一体型給電部を、前記別のパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、パラボラアンテナを構成することもできる。
A frequency converter that converts the frequency of the signals received by these multi-beam feed horns may be provided integrally with any of the multi-beam feed horns as described above to constitute an integrated power feeding unit. In addition, a parabolic antenna can be configured by arranging the integrated power feeding unit in the vicinity of the focal position of the other parabolic reflector.
以上のように、本発明によれば、マルチビームフィードホーンの一部をなすフィドームを交換することによって、口径の異なる反射鏡に対してフィドーム以外のマルチビームフィードホーンの部分を共通に使用することができ、低コストでマルチビームフィードホーン、一体型給電部及びパラボラアンテナを構成することができる。 As described above, according to the present invention, by replacing the fidome that forms a part of the multi-beam feed horn, the multi-beam feed horn other than the fidome can be used in common for the reflectors having different apertures. Thus, a multi-beam feed horn, an integrated feed unit, and a parabolic antenna can be configured at low cost.
本発明の1実施形態のマルチビームフィードホーン2は、図3に示すように、パラボラアンテナの反射鏡、例えばオフセットパラボラ反射鏡4の焦点位置の近傍に配置されるもので、反射鏡4の口径が異なる複数、例えば第1及び第2の反射鏡に共通に使用することができるものである。第1の反射鏡は、例えば口径Dが40cmのもの、第2の反射鏡は例えば口径Dが45cmのものである。
As shown in FIG. 3, the
このマルチビームフィードホーン2は、宇宙空間の静止軌道上に接近して打ち上げられている複数の衛星、例えば2基の静止衛星からの電波を、図3に示すように反射鏡4で反射させて、受信するためのものである。2基の静止衛星としては、例えば4度の間隔をあけて東経124度と、東経128度とに打ち上げられている通信衛星がある。受信する電波はGHz帯、例えば12GHz帯のものである。このマルチビームフィードホーン2は、元々口径が例えば40cmの反射鏡と共に使用するように設計されている。
The
このマルチビームフィードホーン2は、図1及び図2に示すように、2本の導波管6、8を有している。これら2本の導波管6、8は、例えば円形導波管に構成され、それらは、両者の中心軸が互いに平行となるように近接して配置されている。これら導波管6、8の後端部は閉塞されている。これら導波管の側方には、図示していないが、マルチビームフィードホーン2によって受信されたGHz帯のマイクロ波を、例えば1GHz帯の中間周波信号に周波数変換する周波数変換器が一体に設けられている。導波管6、8内の後端部の近傍に設けたプローブから周波数変換器にマイクロ波が供給され、周波数変換器で周波数変換が行われる。
The
これら導波管6、8の先端部は、共に開口しており、これら開口部に、それぞれホーン10、12が一体に形成されている。ホーン10、12は、左右対称の同一の形状であって、先端部及び後端部が開口した錐台、例えば円錐台状に形成されている。これらホーン10、12は、その先端側の円形開口は、同一の面にあり、後端側の円形開口も同一の面(導波管6、8の先端面)にある。先端側の円形開口が、後端側の円形開口よりも直径が大きく、後端側の円形開口の中心は、導波管6、8の中心軸上に位置している。また、先端側の円形開口の中心は、幾分、導波管6、8の中心軸よりも外側に位置している。
The leading ends of the
ホーン10、12の周囲をほぼ被うように両者を併せて、平面形状がほぼ小判型であり、それぞれがほぼ同一形状をなすコルゲート14、16が形成されている。これらコルゲート14、16は、それらの開口が、ホーン10、12の先端側の開口と同一面に位置している。これらコルゲート14、16間の境界部18a、18bの延長線上にホーン10、12の境界部20が位置している。
The two are combined so as to substantially cover the periphery of the
これらコルゲート14、16の外側に境界部18a、18b、20に対してほぼ垂直になるように、同一形状の凹所22a、22bが形成されている。これら凹所22a、22bは、共に円弧状に形成されている。
例えばホーン10、12の先端側開口は、その直径が約25mmに形成され、後端部開口は、その直径が約19.6mmに形成され、開口中心間の距離d1が22mmに形成されている。これらフィードホーン10、12は、上述したように口径40cmの反射鏡の焦点位置の近傍に配置されたとき、東経124度の通信衛星からの電波がホーン10に、東経128度の通信衛星からの電波がホーン12に入射するように、上記各寸法が設定されている。
For example, the opening on the front end side of the
これらホーン10、12の周囲及び先端側開口を被うようにフィドーム24が、着脱自在にホーン10、12の周囲に取り付けられている。フィドーム24は、例えば合成樹脂製、具体的にはABS樹脂製で、ホーン10、12の先端側開口と所定の距離を隔てて位置する平面部24aを有している。
A
このフィドーム24の平面部24aの内面側の中央、即ち、ホーン10、12の境界部20の中央に位置するように電波屈折用突起26が、ホーン10、12側を向いて、平面部24aと一体に形成されている。電波屈折用突起26も、フィドーム26と同じABS樹脂製である。
The radio
フィドーム24の平面部24aの内面の中央、即ち、ホーン10、12の境界部20の中央、言い換えればホーン10、12の中心を繋ぐ直線の中心に対応する位置に、電波屈折用の突起26が、設けられている。この突起26は、柱状、例えば円筒状に形成され、その円筒の先端がホーン10、12側を向くように、平面部24aに対して垂直に設けられている。突起26としては、例えば外径が12mm、内径が7mm、高さが10mmのものが使用される。従って、外径は使用周波数帯の中心周波数の約1/2波長、内径が約0.3波長、高さが約0.4波長である。
At the center of the inner surface of the
この突起26を設けたフィドーム24とは別に、ホーン10、12を繋ぐ直線の中心位置に突起26を設けていない以外同一形状のフィドームも別に準備されており、いずれかのフィドームが、ホーン10、12の前面に取り付けられる
Separately from the
このマルチビームフィードホーンは、突起26を設けていないフィドームを取り付けた状態で、口径40cmのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置した場合、東経124度及び東経128度の位置に打ち上げられている通信衛星からの電波が、それらのビーム間隔を4.5度で入射するように設計されている。このビーム間隔4.5度は、日本の或る受信場所において、上記両衛星からの電波を良好に受信することができるビーム間隔である。
This multi-beam feed horn is launched at a position of 124 degrees east longitude and 128 degrees east longitude when placed near the focal position of an offset parabolic reflector having a diameter of 40 cm with a fidome not provided with a
突起26を設けていないフィドームを取り付けた状態で、このマルチビームフィードホーンを、口径45cmのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置に配置した場合、上記両通信衛星からの電波は、ビーム間隔が約4度で入射する。そこで、突起26を設けたフィドーム24にフィドームを交換すると、図4に示すようにホーン10から見て、ホーン12側から到来した電波は、突起26が無ければ、破線で示すように直進し、ホーン10内には殆ど入射しない。しかし、突起26を設けたフィドーム24を使用すると、突起26によって実線で示すように屈折し、ホーン10内に入射する効率が最もよくなる。図示していないが、ホーン12についても同様に、ホーン10側から到来した電波が突起26によって屈折して、ホーン12に入射する。これら入射する電波が、反射鏡に立てた法線になす角度は、突起26が無い場合に入射する電波が反射鏡に立てた法線に対してなす角度よりも大きくなっている。即ち、突起26が無い場合に入射可能電波が反射鏡に向かう際になす角度よりも、突起26がある場合に入射可能な電波同士が反射鏡に向かう際になす角度は広がっており、ビーム間隔が4.5度の電波のいずれもがホーン10、12によって受信可能となる。
When this multi-beam feed horn is placed at the focal position of an offset parabolic reflector having a diameter of 45 cm with a fidome not provided with a
図5(a)は、このマルチビームフィードホーンを口径45cmのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、垂直偏波の12.5GHzの電波をホーン10、12でそれぞれ受信した場合の指向特性図で、この場合のピークツーピークのビーム間隔dは、4.552度である。同図(b)は、突起26を、外径12mm、内径5mm、高さ8mmに変更して、マルチビームフィードホーンを口径45cmのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、垂直偏波の12.5GHzの電波をホーン10、12でそれぞれ受信した場合の指向特性図で、この場合も、ピークツーピークのビーム間隔dは、4.552度である。
FIG. 5A shows the directivity when the multi-beam feed horn is arranged near the focal position of the offset parabolic reflector having a diameter of 45 cm and the vertically polarized 12.5 GHz radio wave is received by the
図6(a)に示すように突起26を円錐台状に形成し、その下底の直径を12mmに、上底の直径を9.6mmに、高さを10mmとして、内径3.4mmとして、上述したように口径45cmのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、垂直偏波の12.5GHzの電波をホーン10、12でそれぞれ受信した場合、ピークツーピークのビーム間隔は4.74度であった。同図(b)に示すように突起26を円錐台状に形成し、その下底の直径を12mmに、上底の直径を10mmに、高さを8mmとして、内径3.4mmとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は4.673度であった。図6(c)に示すように突起26を円錐台状に形成し、その下底の直径を12mmに、上底の直径を10mmに、高さを6mmとして、内径3.4mmとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は4.408度であった。同図(d)に示すように突起26を円筒状として、その外径を12mm、高さを8mm、内径を5mmとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は4.552度であった。また、同図(e)に示すようにに突起26を円筒状として、その外径を12mm、高さを8mm、内径を7mmとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は4.432度であった。また、突起26を円柱状としてその直径を13mm、高さを8mmとした場合には、ピークツーピークのビーム間隔は4.923度であった。また、突起26を円柱状としてその直径を13mm、高さを6mmとした場合には、ピークツーピークのビーム間隔は4.52度であった。
As shown in FIG. 6 (a), the
上述した東経124度と128度とに打ち上げられている2基の通信衛星を用いているスカイパーフェクTV!の放送を口径45cmのオフセットパラボラ反射鏡を用いて視聴する場合、両通信衛星から送信されている電波のピークツーピークのビーム間隔の理論値は、稚内で4.42度、沖縄で4.61度で平均4.52度である。±0.3度程度のビーム間隔のずれは、ピークレベルには殆ど影響を与えず、許容範囲内である。従って、設計値を4.5度とした場合、突起26がABS製で円筒状とする場合、外径が12mm、内径が5乃至7mm、高さが8乃至10mmとすれば良好に受信することができ、円錐台状とする場合、下底が12mm、上底が約10mm、高さが8乃至10mmの円筒状とすると、良好に受信することができる。
SKY PerfecTV TV using two communication satellites launched at 124 and 128 degrees east longitude! Is viewed using an offset parabolic reflector with a 45 cm aperture, the theoretical value of the peak-to-peak beam spacing of radio waves transmitted from both communication satellites is 4.42 degrees in Wakkanai and 4.61 in Okinawa. The average is 4.52 degrees. The deviation of the beam interval of about ± 0.3 degrees hardly affects the peak level and is within the allowable range. Therefore, when the design value is 4.5 degrees, if the
しかも、口径40cmのオフセットパラボラ反射鏡と共に、このマルチビームフィードホーンを使用する場合には、突起26を設けていないものにフィドームを変更すれば、そのままスカイパーフェクTV!の放送を良好に受信することができる。従って、1種類のマルチビームフィードホーンのフィドーム以外の部分を共通化して、2種類のオフセットパラボラ反射鏡に共用することができ、異なる口径の反射鏡それぞれに専用のマルチビームフィード本を製造する必要が無く、コストの低減を図ることができる。
Moreover, when this multi-beam feed horn is used together with an offset parabolic reflector having a diameter of 40 cm, if the fidome is changed to one that does not have the
フィドーム24の素材としては、上述したABSの他にポリプロピレン(PP)が使用されることがある。PPとABS樹脂とでは、その比誘電率が異なる。例えばABS樹脂は2.44乃至3.11(1MHz)であり、PPは2.0乃至2.1(1MHz)である。従って、上述した外径12mm、内径7mm、高さ10mmの円筒状突起26をPPでフィドーム24と一体成形すると、ABS樹脂製では4.552度であったビーム間隔が4.39度になった。また、外径12mm、内径5mm、高さ8mmの円筒状突起をPPでフィドーム24と一体成形すると、ABS樹脂製で4.552度であったビーム間隔が4.42度になった。即ち、比誘電率の相違によってビーム間隔が小さくなっている。
As a material of the
そこで、突起26の外径を15mm、内径を7mm、高さ10mmと、外径を大きくすることで、4.39度であったビーム間隔が4.538度に回復した。また、アンテナ利得も45cmアンテナで必要とされる33.8dB(標準)を満足した。
Therefore, by increasing the outer diameter of the
このようにマルチビームフィードホーンにおいて、フィドームに突起を設けてビーム間隔を操作するときには、そのビーム偏向角(電波の屈折効果)は、突起の素材が持つ比誘電率、外径の大きさという要因が大きく支配する。 Thus, in a multi-beam feed horn, when a projection is provided on the fidome and the beam interval is manipulated, the beam deflection angle (the refraction effect of radio waves) is a factor of the relative permittivity and the outer diameter of the projection material. Dominate.
上記の実施の形態では、上述した寸法を持つ突起を使用した場合に、最も良好に受信することができたが、これに限ったものではなく、例えば上記と同じスカイパーフェクTV!の放送を受信する場合でも、ホーン10、12の先端開口の径が上記実施形態のものと異なった場合には、異なる寸法の突起を使用する必要があるし、口径が40cmと45cm以外の反射鏡で使用する場合にも、異なる寸法の突起を使用する必要があるし、隣接して打ち上げられている2基の静止衛星の角度が異なる場合にも異なる寸法の突起を使用する必要がある。また、上記の実施の形態では、突起は円筒状または円錐台状のものを示したが、これらに限ったものではなく、例えば角筒状のものや角錐台状のものを使用することもできる。上記の実施の形態では、2基の通信衛星からの電波を受信する場合について説明したが、3基の静止衛星からの電波を受信する場合もある。この場合には、3つのホーンが一列に並べて配置されるが、これら3つのホーンの隣接する2つのホーンの境界部それぞれに突起を設ければよい。
In the above-described embodiment, when the projection having the above-described dimensions was used, the reception was most favorable. However, the present invention is not limited to this, and for example, the same SkyPerfect TV! Even if the diameter of the tip opening of the
2 マルチビームフィードホーン
4 反射鏡
10 12 ホーン
24 フィドーム
26 電波屈折用突起
2
Claims (4)
これらホーンの前面を被うように、前記少なくとも2つのホーンに着脱自在に設けられたフィドームと、
前記少なくとも2つのホーンが前記所定の口径の反射鏡よりも口径の大きい別のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に配置されたとき、前記少なくとも2つのホーンの間に位置し、前記少なくとも2つのホーン側に突出して、前記静止衛星からの電波が対応する前記少なくとも2つのホーンに屈折して入射するように、前記フィドームの内面に設けられた電波屈折用突起とを、
具備するマルチビームフィードホーン。 Corresponding to these geostationary satellites so that radio waves transmitted from at least two geostationary satellites placed adjacent to each other on geostationary orbit are incident when placed near the focal position of a parabolic reflector with a predetermined aperture And at least two horns,
A fidome detachably provided on the at least two horns so as to cover the front surfaces of these horns;
When the at least two horns are arranged in the vicinity of the focal position of another parabolic reflector having a larger aperture than the reflector having the predetermined aperture, the at least two horns are positioned between the at least two horns. A radio wave refraction protrusion provided on the inner surface of the fidome so that radio waves from the geostationary satellites are refracted and incident on the corresponding at least two horns ,
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