JP6232174B2 - マルチビームアンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、広角マルチビームアンテナに関するものである。具体的には、本発明は、高性能マルチスポットビームを生成する広角マルチビームアンテナに関するものである。

本発明は、広角マルチビームアンテナのシステム、装置、及び方法に関するものである。広角マルチビームアンテナシステムは、高性能マルチスポットビームを生成するために使用される。一又は複数の実施形態では、マルチビームアンテナシステムはオーバサイズアンテナリフレクタと、複数のアンテナ給電装置を含む。ある実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタは、反射スポットビームを広げて成形しアンテナ性能を向上させるために、表面形状が標準のパラボラ形から最適化されている。少なくとも１つの実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタの直径は（（１００^＊λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である。ある実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）は０．７より大きい。

一又は複数の実施形態では、様々な種類のアンテナ給電装置を開示のマルチビームアンテナシステムに使用することが可能である。用いることができるアンテナ給電装置の種類は非限定的に、コルゲートホーン、コニカルホーン、カップダイポールアンテナ、及びピラミッド型ホーンを含む。ある実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタはオプティマイザで最適化された表面形状を有する。

少なくとも１つの実施形態では、マルチビームアンテナシステムはさらにアンテナサブリフレクタを含む。一又は複数の実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタ及びアンテナサブリフレクタは、側方給電型オフセットカセグレン（ＳＦＯＣ）構成である。ある実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタと、アンテナサブリフレクタはカセグレン構成である。少なくとも１つの実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタとアンテナサブリフレクタはグレゴリー構成である。ある実施形態では、アンテナサブリフレクタは標準のコニカル型から最適化された表面形状を有する。

一又は複数の実施形態では、高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナシステムには、２以上のオーバサイズアンテナリフレクタと、各オーバサイズアンテナリフレクタに対して複数の給電装置が含まれる。ある実施形態では、各オーバサイズアンテナリフレクタは、反射スポットビームを広げて成形しアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形から最適化された表面形状を有する。少なくとも１つの実施形態では、各オーバサイズアンテナリフレクタの直径は（（１００^＊λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である。

一又は複数の実施形態では、高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナを使用する方法は、反射スポットビームを広げて成形しアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形から最適化された表面形状を有するオーバサイズアンテナリフレクタを提供するステップを含む。ある実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタの直径は（（１００^＊λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である。また、本方法はさらに、複数の給電装置を使用して、高周波（ＲＦ）エネルギーをオーバサイズアンテナリフレクタに放射して、マルチスポットビームを生成するステップも含む。少なくとも１つの実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）は０．７より大きい。

ある実施形態では、高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナを使用する方法は、オーバサイズアンテナリフレクタを提供し、アンテナサブリフレクタを提供するステップを含む。少なくとも１つの実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタは、反射スポットビームを広げて成形しアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形から最適化された表面形状を有する。一又は複数の実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタの直径は（（１００^＊λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である。ある実施形態では、本方法はさらに、複数のアンテナ給電装置を使用して、ＲＦエネルギーをアンテナサブリフレクタに放射するステップも含む。次に、ＲＦエネルギーがアンテナサブリフレクタからオーバサイズアンテナリフレクタに反射して、マルチスポットビームが生成される。

一又は複数の実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタ及びアンテナサブリフレクタはＳＦＯＣ構成である。ある実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタ及びアンテナサブリフレクタはカセグレン構成である。代替実施形態では、オーバサイズアンテナリフレクタ及びアンテナサブリフレクタはグレゴリー構成である。少なくとも１つの実施形態では、アンテナサブリフレクタは標準のコニカル形状から最適化された表面形状を有する。

ある実施形態では、高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナシステムには、２つのオーバサイズアンテナリフレクタと、各オーバサイズアンテナリフレクタに対して複数のアンテナ給電装置が含まれる。各オーバサイズアンテナリフレクタは、反射スポットビームを広げて成形しアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形から最適化された表面形状を有する。また、各オーバサイズアンテナリフレクタの直径は（（１００^＊λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である。少なくとも１つの実施形態では、各オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、各オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）は０．７より大きい。

本発明のこれらの、そして他の機構、態様及び利点は、下記の説明、添付の請求項、及び添付の図面に従ってさらに理解される。

図１Ａは単一のアンテナリフレクタを用いた、従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムを示す図である。 図１Ｂは図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムのアンテナ給電装置がどのように投影されたマルチスポットビームに対応するかを示す図である。 図１Ｃは図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームを示す等高線図である。 図１Ｄは図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームのうちの一つを示す等高線図である。 図２Ａはビーム生成回路（ＢＦＮ）とともに、単一のアンテナリフレクタを用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムを示す図である。 図２Ｂは図２Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームのうちの一つを示す等高線図である。 図３Ａは３つのアンテナリフレクタを用いた、従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムを示す図である。 図３Ｂは図３Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムのアンテナ給電装置がどのように投影されたマルチスポットビームに対応するかを示す図である。 図３Ｃは図３Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームのうちの一つを示す等高線図である。 図４Ａは４つのアンテナリフレクタを用いた、従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムを示す図である。 図４Ｂは図４Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムのアンテナ給電装置がどのように投影されたマルチスポットビームに対応するかを示す図である。 図４Ｃは図４Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームのうちの一つを示す等高線図である。 図５Ａは図１Ａの単一のアンテナリフレクタを用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムを示す図であり、焦点距離の図もまた含まれる。 図５Ｂは本発明の少なくとも１つの実施形態による、単一のオーバサイズアンテナリフレクタを用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムの図である。 図５Ｃは本発明の少なくとも１つの実施形態による、図５Ｂの開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームのうちの一つを示す等高線図である。 図５Ｄは本発明の少なくとも１つの実施形態による、図５Ｂの開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビームのうちの一つを示す等高線図である。 図６Ａは本発明の少なくとも１つの実施形態による、２つのオーバサイズアンテナリフレクタを用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムを示す基本線図である。この基本線図はまた、どのように開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムのアンテナ給電装置がそれらの投影されたマルチスポットビームに対応するかも示す。 図６Ｂは本発明の少なくとも１つの実施形態による、図６Ａの２つのオーバサイズマルチビームアンテナを用いた、開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムによって使用されるオーバサイズマルチビームアンテナのうちの一つによって生成されたマルチスポットビームを示す等高線図である。 図７は本発明の少なくとも１つの実施形態による、４つのオーバサイズマルチビームアンテナを用いた、開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムによって使用されるオーバサイズマルチビームアンテナのうちの一つによって生成されたマルチスポットビームを示す等高線図である。 図８は本発明の少なくとも１つの実施形態による、側方給電型オフセットカセグレン（ＳＦＯＣ）構成のアンテナリフレクタと、アンテナサブリフレクタを用いた開示のオーバーサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムの配線図である。 図９は本発明の少なくとも１つの実施形態による、グレゴリー構成のアンテナリフレクタと、アンテナサブリフレクタを用いた開示のオーバーサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムの配線図である。

本明細書に開示された方法及び装置によって、広角マルチビームアンテナの作動システムが提供される。具体的には、このシステムは高性能のマルチスポットビームを生成する広角マルチビームアンテナに関するものである。

現在、従来のスポットビームアンテナシステムは、３から４のリフレクタアンテナを使用し、各リフレクタアンテナはスポットビーム毎に単一の給電装置を有する、又は非常に複雑なビーム生成回路（ＢＦＮ）を有する単一のアンテナリフレクタを使用して高性能の連続的なスポットビームを広角領域一面に生成する。これら従来のスポットビームアンテナシステムとは異なり、本開示のシステムは単一のオーバサイズアンテナリフレクタを利用して高性能の連続的なスポットビームを生成する。オーバサイズアンテナリフレクタはその性質上従来のスポットビームアンテナシステムに使用されるアンテナリフレクタによって生成されるスポットビームのサイズよりも小さいサイズのスポットビームを生成するため、オーバサイズアンテナリフレクタの表面形状はスポットビームのサイズを拡大してカバー領域に投影される全てのスポットビームの性能を良好にするように最適化される必要がある。少なくとも一つの実施形態では、オプティマイザを使用してオーバサイズアンテナリフレクタの表面形状を最適化する。開示のシステムに使用できるオプティマイザの種類は非限定的に、物理光学オプティマイザ及び幾何光学オプティマイザが挙げられる。

本開示の一又は複数の実施形態では、本開示のシステムは追加のオーバサイズアンテナリフレクタ（例：合計で２、３、４又はそれ以上のオーバサイズアンテナリフレクタ）を利用して、さらに向上した性能を得ることができる。本開示のシステムが追加のオーバサイズアンテナリフレクタを使用する時、各オーバサイズアンテナリフレクタの表面形状を、カバー領域全体の内の限られた領域一面の性能を向上させるために最適化される。本開示の代替実施形態では、開示されたアンテナシステムはさらにサブリフレクタを利用する。少なくとも一つの実施形態では、サブリフレクタの表面形状は性能向上のために最適化されている。オーバサイズアンテナリフレクタと同じく、オプティマイザを使用してサブリフレクタの表面形状を最適化することができる。

一又は複数の実施形態では、開示のアンテナシステムの形状はより広い角度をスキャンしている間のスキャン損失を最小限に抑えるように選択される。スキャン損失を最小限に抑えるために、本開示のシステムによって使用可能なアンテナ形状の種類は非限定的に、焦点距離のアンテナリフレクタの直径に対する（Ｆ／Ｄ）比がより大きい単一リフレクタのアンテナシステムと、超大型サブリフレクタを有する、側方給電型オフセットカセグレン（ＳＦＯＣ）構成のデュアルリフレクタアンテナシステムと、超大型サブリフレクタを有するカセグレン構成のデュアルリフレクタアンテナシステムと、超大型サブリフレクタを有するグレゴリー構成のデュアルリフレクタアンテナシステムが挙げられる。

図１〜５Ａは今現在使用されている従来技術のスポットビームアンテナシステムに関するものである。図１Ａは、単一のアンテナリフレクタ１１０を用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム１００を示す図である。図１Ｂには、図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム１００のアンテナ給電装置１３０がどのようにそれらの投影されたマルチスポットビーム１４０と対応しているかが描かれている。図１Ｃは、図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム１００によって生成されたマルチスポットビーム１４０の等高線図である。そして、図１Ｄは、図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム１００によって生成されたマルチスポットビーム１４０のうちの一つのスポットビーム１５０の等高線図である。

図１Ａには、アンテナ給電アレー１２０とともに使用される単一のアンテナリフレクタ１１０が示されている。この特定のシステムのアンテナ給電アレー１２０に使用されるアンテナ給電装置１３０の種類はコニカルホーンである。しかしながら、このシステム１００と同様の他の従来技術のスポットビームアンテナシステムは、異なる種類のアンテナ給電装置１３０をアンテナ給電アレー１２０に用いることができることに注目すべきである。

図１Ａのマルチビームアンテナリフレクタ１００については、送信（ＴＸ）モードで稼働している時、アンテナ給電アレー１２０の各アンテナ給電装置１３０は高周波（ＲＦ）エネルギーをアンテナリフレクタ１１０に伝播する。高周波エネルギーは次にアンテナリフレクタ１１０に反射し、これによりクラスタースポットビーム１４０において単一のスポットビーム１５０が生成される。図１Ｄには、このアンテナシステム１００の単一のスポットビーム１５０のカバー（ＥＯＣ）性能の端が３２．０ｄＢｉであることが示されている。

アンテナ給電装置１３０の間の間隔は、生成されたスポットビーム１５０の中央に当たる。しかしながら、この従来技術のシステムのアンテナ給電装置１３０のサイズは比較的小さいため、各アンテナ給電装置１３０からの電力の約半分はアンテナリフレクタ１１０に届かない。このため、３ｄＢの損失が発生する。一般に給電漏出として知られるこの電力の消費を最小限に抑えるために用いられる２つの解決法がある。一つの方法は、３又は４のアンテナリフレクタを用いたマルチビームアンテナリフレクタシステムを使用することである。この方法は図３Ａ〜３Ｃ及び４Ａ〜４Ｃの説明において記載されている。他の方法は、ビーム形成回路（ＢＦＮ）に接続された給電アレーと共に単一のアンテナリフレクタを用いたマルチビームアンテナリフレクタシステムを使用することである。この方法はここで、図２Ａ〜２Ｂの説明において詳細に記載される。

図２Ａは、ビーム形成回路（ＢＦＮ）２４０とともに、単一のアンテナリフレクタ２１０を用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム２００を示す図である。また、図２Ｂは、図２Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム２００によって生成されたマルチスポットビームのうちの一つのスポットビーム２５０の等高線図である。図２Ａでは、個別のアンテナ給電装置２３０からなるアンテナ給電アレー２２０とともに使用される単一のアンテナリフレクタ２１０を示す。アンテナ給電アレー２２０はＢＦＮ２４０に接続されている様子を示す。

このアンテナシステム２００については、各スポットビーム２５０は七つ（７）又は十九（１９）のアンテナ給電装置２３０のクラスタによって生成される。このアンテナシステム２００の設計では、隣接のスポットビーム２５０がアンテナ給電装置２３０を共有する（例えば、七つ（７）のアンテナ給電装置２３０のクラスタを使用する設計では、各アンテナ給電装置２３０は七つ（７）までのスポットビーム２５０によって共有され得る）。アンテナ給電装置２３０の各クラスタは、最高のゲイン及びスキャン性能を得るために、最適な振幅及びフェーズで励起される。アンテナ給電装置２３０のクラスタはより大型の給電装置２３０をシミュレートするため、より良い漏出結果及びゲイン性能が得られる。図２Ｂにおいては、このアンテナシステム２００の単一スポットビーム２５０のカバー（ＥＯＣ）性能の端が３３．５ｄＢｉであることが示されている。このように、ＢＦＮ２４０を含む図２Ａのアンテナシステム２００は、単一スポットビーム１５０に対して３２．０ｄＢｉのＥＯＣ性能を有する図１Ａのアンテナシステム１００よりも１．５ｄＢｉ改善されたＥＯＣ性能を有することが明白である。

しかしながら、図２Ａのアンテナシステム２００の設計には多少の不利点があることに注目すべきである。アンテナシステム２００の設計の一つの不利点は、ＢＦＮ２４０に伴う複雑性である。アンテナシステム２００の設計の別の不利点は、ＢＦＮ２４０のアーキテクチャ固有の性質により、このアンテナシステム２００の設計は受信（ＲＸ）用途にのみ効果的に働き、送信（ＴＸ）用途には非効果的である。

図３Ａは、３つのアンテナリフレクタ３１０を用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム３００を示す図である。図３Ｂは、図３Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム３００のアンテナ給電装置３３０がどのように投影されたマルチスポットビーム３５０に対応するかを示す図である。図３Ｃは、図３Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムによって生成されたマルチスポットビーム３４０のうちの一つのスポットビーム３５０を示す等高線図である。

図３Ａにおいて、３つのアンテナリフレクタ３１０がそれ専用のアンテナ給電アレー３２０と共に使用される様子が示されている。各アンテナ給電アレー３２０は個別のアンテナ給電装置３３０からなる。図３Ｂでは、生成されたスポットビームクラスタ３４０の隣接するスポットビーム３５０が代替アンテナ給電口３３０から生成されていることが分かる。代替アンテナ給電口３３０は隣接するスポットビーム３５０を生成するのに使用されるため、単一ビーム３５０を生成するのにより大型のアンテナ給電装置３３０を用いることができ、したがって漏出がさらに低減し、性能がより高まる。図３Ｃにおいて、このアンテナシステム３００の単一スポットビーム３５０のカバー（ＥＯＣ）性能の端が３４．５ｄＢｉであることが分かる。したがって、３つのアンテナリフレクタ３１０を使用する図３Ａのアンテナシステム３００は、単一スポットビーム２５０に対するＥＯＣ性能が３３．５ｄＢｉである図２Ａのアンテナシステム２００よりも、１．０ｄＢｉ改善されたＥＯＣ性能を有する。

図４Ａは、４つのアンテナリフレクタ４１０を用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム４００を示す図である。図４Ａのアンテナシステム４００は、一つの追加のアンテナリフレクタ４１０をこれに対応する専用給電アレー４２０とともに使用する以外は、図３Ａのアンテナシステム３００と基本的に同じである。図４Ｂは、図４Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム４００のアンテナ給電装置４３０がそれらの投影されたマルチスポットビーム４５０と対応するかを示す図である。また、図４Ｃは、図４Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム４００によって生成されたマルチスポットビーム４４０のうちの一つのスポットビーム４５０の等高線図を示す。

図３Ａのアンテナシステム３００と同様に、生成されたスポットビームクラスタ４４０の隣接するスポットビーム４５０は、代替アンテナ給電口４３０から生成される。これにより、アンテナシステム４００が単一ビーム４５０を生成するのにより大型のアンテナ給電装置４３０を使用することが可能になる。より大きいアンテナ給電装置４３０の使用に
より、漏出をさらに低減し、性能をより高めることができる。図４Ｃでは、このアンテナシステム４００の単一スポットビーム４５０のカバー（ＥＯＣ）性能の端が３５．０ｄＢｉであることが示されている。したがって、４つのアンテナリフレクタ４１０を使用する図４Ａのアンテナシステム４００は、３つのアンテナリフレクタ３１０を使用し、単一スポットビーム３５０に対するＥＯＣ性能が３４．５ｄＢｉである図３Ａのアンテナシステム３００よりも、０．５ｄＢｉ改善されたＥＯＣ性能を有する。

本発明のマルチビームアンテナシステム
図５Ｂ〜９は、本発明のマルチビームアンテナシステムに関連するものである。本発明のマルチビームアンテナシステムは複数の実施形態を有する。本発明の幾つかの実施形態は、ビーム形成回路（ＢＦＮ）を使用しない単一のオーバサイズアンテナリフレクタを用いる。これらの実施形態は、図５Ｂ〜５Ｄの説明において詳しく述べられている。本発明の他の実施形態は、アンテナシステム用に追加のオーバサイズアンテナリフレクタを用いる。これらの実施形態は図６及び７の説明において記載されている。本発明の代替実施形態は、単一のオーバサイズアンテナリフレクタとともにサブリフレクタを使用する。これらの実施形態は、図８及び９の説明をする際に詳しく記載される。

本発明において前述した全ての従来技術のスポットビームアンテナシステムは、直径がおおむね（（７５^＊λ）／δ）に等しく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔であるアンテナリフレクタを使用する。反対に、開示のマルチビームアンテナシステムの全ての実施形態は、直径が（（１００^＊λ）／δ）よりも大きいオーバサイズアンテナリフレクタを用い、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である。このオーバサイズアンテナリフレクタのサイズにより、所定のビーム間隔により大型の給電装置を使用することが可能になり、したがって漏出損失が低減される。

本発明のこのオーバサイズアンテナリフレクタは、従来技術のスポットビームアンテナシステムによって使用されるより小規模のアンテナリフレクタによって生成されるスポットビームサイズよりもサイズの小さいスポットビームを生成する。オーバサイズアンテナリフレクタによって生成されるスポットビームはサイズが小さいため、オーバサイズアンテナリフレクタはスポットビームを広げて成形し、スポットビームの領域一面の性能を最適化するために、公称のパラボラ形から成形されている。アンテナリフレクタはオーバサイズ型であるため、４つのアンテナリフレクタを用いた従来技術のスポットビームアンテ
ナシステムと比べて、カバー領域一面のアンテナ指向性能が向上し、その向上は、１．０ｄＢのオーダとなり得る。さらに、カバー領域一面の全てのスポットビームに対して性能を最適化する必要があるために、オーバサイズアンテナリフレクタの表面形状は、全てのスポットビームとそれらに対応するアンテナ給電装置を考慮して最適化される。また、スポットビームの表面拡大のためにアンテナボアサイトから離れたところのアンテナ性能が低下する可能性があるため、スキャン損失の少ない（すなわち収差が低い）アンテナ形状（例えば、より大きいＦ／Ｄを有する単一アンテナリフレクタ、超大型サブリフレクタを有するデュアルリフレクタＳＦＯＣシステム、超大型サブリフレクタを有するデュアルリフレクタカセグレンシステム、及び超大型サブリフレクタを有するデュアルリフレクタグレゴリーシステム）を選択すべきである。

一又は複数の実施形態では、本発明のマルチビームアンテナシステムを使用して、送信操作及び受信操作を行うことができる。ある実施形態では、本発明のマルチビームアンテナシステムを使用して送受信操作を行うことができる。これらの実施形態のうちの幾つかについては、各給電口後部にダイプレクサが取り付けられている。少なくとも１つの実施形態については、偏波分離器（ＯＭＴ）及び任意的な偏波器を各ダイプレクサに取り付けて直角の直線偏光又は円偏光を分離させることもできる。

図５Ａは、図１Ａの単一アンテナリフレクタ１１０を用いた従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム１００を示す図であり、焦点距離１６０の図も含む。また、図５Ｂは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、単一のオーバサイズアンテナリフレクタ５１０を用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム５００を示す。これら２つの図面を一緒に見ると、図１Ａの従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステム１００と、図５Ｂの開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム５００のサイズのおおまかな比較が示される。

図５Ｂでは、従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムの焦点距離１６０よりも長い焦点距離５６０と、従来技術のマルチビームアンテナリフレクタシステムの給電装置１３０よりも大型の個別の給電装置５３０を有する大型のオーバサイズアンテナリフレクタ５１０が図示されている。この開示されたオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム５００は円形領域５４０内に、その全てのスポットビーム５５０を生成する。より長い焦点距離５６０により、カバー領域が大きいことに起因する性能低下が最小限に抑えられる。オーバサイズアンテナリフレクタ５１０の焦点距離５６０の、オーバサイズアンテナリフレクタ５１０の直径に対する比（Ｆ／Ｄ）は、０．７よりも大きくなるように選択される。

図５Ｃは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図５Ｂの開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム５００によって生成されるマルチスポットビーム５４０の等高線図を示す。さらに、図５Ｄは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図５Ｂの開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム５００によって生成されるマルチスポットビーム５４０のうちの一つのスポットビーム５５０の等高線図を示す。図５Ｄでは、この開示されたアンテナシステム５００の単一スポットビーム５５０のカバー性能の端が３６．５ｄＢｉであることが示されている。このように、単一の成形オーバサイズアンテナリフレクタを使用する、図５Ｂのアンテナシステム５００が、４つのアンテナリフレクタを使用し、単一スポットビーム４５０のＥＯＣ性能が３５．０ｄＢｉである図４Ａの従来技術のアンテナシステム４００よりも１．５ｄＢｉ改善されたＥＯＣ性能を有することが明らかである。オーバサイズアンテナリフレクタ５１０の範囲が従来技術の４つのリフレクタ４１０の合計領域とおおむね同じ領域を有し、従来技術のシステムと開示のシステムがおおむね同じサイズの給電装置を使用し、従来技術のシステムと開示のシステムが同じ数の給電装置を用いるにも関わらず、開示のシステムのアンテナ性能が向上することに注目すべきである。

図６Ａは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、２つのオーバサイズアンテナリフレクタ６１０を用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムの基本線図である。この基本線図はまた、開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムのアンテナ給電装置６３０が、それらの投影されたマルチスポットビーム６５０にどのように対応するかも示す。さらに、図６Ｂは、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図６Ａの２つのオーバサイズマルチビームアンテナ６１０を用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムによって使用される一つのオーバサイズマルチビームアンテナによって生成されるマルチスポットビーム６４０の等高線図を示す。

これら２つの図面に関連するマルチビームアンテナリフレクタシステムは２つのオーバサイズアンテナリフレクタ６１０を含み、各オーバサイズアンテナリフレクタは専用のアンテナ給電アレー６２０を有する。各専用アンテナ給電アレー６２０の個別のアンテナ給電口６３０は、従来技術のスポットビームアンテナシステムで使用されるアンテナ給電口よりも大きい。さらに、２つのオーバサイズアンテナリフレクタ６１０は長い焦点距離と、全てのスポットビーム６４０を生成する大型給電アレー６２０を有する。このマルチビームアンテナリフレクタシステムについては、２つのオーバサイズアンテナリフレクタ６１０がカバー領域の半分一面にそれぞれスポットビーム６４０を供給する。カバー領域が半分に削減されたために、このケースでは性能をかなり向上させることが可能である。

従来技術のアンテナシステムは通常、オーバサイズアンテナリフレクタを使用しない。このため、従来技術のマルチアンテナリフレクタの問題解決法については、個別のアンテナリフレクタから生成されたスポットビームが、図３Ｂ及び４Ｂに示すように、より大型のアンテナ給電装置を使用することができるように交互配置されている。このスポットビームの交互配置を実施するために、これら従来技術の解決法では、少なくとも３つのアンテナリフレクタを使用しなければならない。したがって、これら従来技術のシステムでは、隣接するスポットビームは同じアンテナリフレクタから生成されないため、これら従来技術のシステムはアンテナリフレクタを２つだけ用いるということができない。逆に、開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムは、従来技術のアンテナシステムよりも直径が大きいアンテナリフレクタを使用するため、開示のアンテナシステムは同じアンテナリフレクタから全ての隣接するスポットビームを生成することができ、したがって、きっちり２つのオーバサイズアンテナリフレクタ６１０を用いることができる。この特徴により、各オーバサイズアンテナリフレクタのカバー領域を縮小することができ、これにより、より良いアンテナ性能を得ることができる。

図７は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、４つのオーバサイズマルチビームアンテナを用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムによって使用される一つのオーバサイズマルチビームアンテナによって生成されるマルチスポットビーム７４０の等高線図を示す。この図面に関連するマルチビームアンテナリフレクタシステムは、それぞれ専用のアンテナ給電アレーを有する、２つの追加のオーバサイズアンテナリフレクタを含む以外は、図６Ａ及び６Ｂに関連するマルチビームアンテナリフレクタシステムと同様のものである。図７は、この４つのアンテナリフレクタシステムの単一アンテナリフレクタの性能を示す。この図面においては、円形領域内で一クォードラントのマルチスポットビーム７４０を生成している単一のアンテナリフレクタが図示されている。個別のアンテナリフレクタが影響する領域は、開示されたシステムに追加のオーバサイズアンテナリフレクタが加えられるごとにさらに小さくなるため、使用されるアンテナリフレクタが増えると、性能がかなり向上する。

図８は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、側方給電型オフセットカセグレン（ＳＦＯＣ）構成のアンテナリフレクタ８１０と、アンテナサブリフレクタ８２０を用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム８００の配線図を示す。この図では、大型サブリフレクタ８２０を有するＳＦＯＣ構成のオーバサイズ主アンテナリフレクタ８１０を示す。図示されたサブリフレクタ８２０は主アンテナリフレクタ８１０のサイズに対して非常に大きいものである。一又は複数の実施形態では、オーバサイズ主アンテナリフレクタ８１０の表面は公称パラボラ形状から成形されている。少なくとも１つの実施形態では、サブリフレクタの表面もまた公称コニカル形状から成形されている。

代替実施形態では、開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステムはカセグレン構成のアンテナリフレクタとアンテナサブリフレクタを用いる。この実施形態では、オーバサイズ主アンテナリフレクタは大型サブリフレクタを有するカセグレン構成である。サブリフレクタは主アンテナリフレクタのサイズと比較して超大型サイズである。一又は複数の実施形態では、オーバサイズ主アンテナリフレクタの表面は公称パラボラ形状から成形されている。少なくとも１つの実施形態では、サブリフレクタの表面もまた公称コニカル形状から成形されている。

図９は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、グレゴリー構成のアンテナリフレクタ９１０と、アンテナサブリフレクタ９２０を用いた開示のオーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム９００の配線図を示す。図９においては、オーバサイズ主アンテナリフレクタ９１０と大型サブリフレクタ９２０はグレゴリー構成である。ＳＦＯＣ構成のマルチビームアンテナリフレクタシステム８００と同様に、主アンテナリフレクタ９１０のサイズと比較して超大型のサブリフレクタ９２０が図示されている。また、ＳＦＯＣ構成のマルチビームアンテナリフレクタシステム８００と同様に、オーバサイズ主アンテナリフレクタ９１０の表面及び／又は大型サブリフレクタ９２０の表面はそれぞれ、公称パラボラ形状及びコニカル形状から成形されている。

特定の実例となる実施形態及び方法を本明細書に開示してきたが、上記実施形態及び方法の変更及び修正を、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく実施可能であることは前述した開示内容により当業者に明らかになり得る。開示された技術の他の多数の実施例が存在し、それぞれの実施例は詳細のみ他とは異なるものである。したがって、本発明は添付の請求項と、適用法の規定及び原理の要求に応じてのみ限定されるべきものである。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナシステムであって：
オーバサイズアンテナリフレクタであって、
反射スポットビームを広げて成形することによりアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形状から最適化された表面形状を有し、
直径が（（１００ ^＊ λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔であるオーバサイズアンテナリフレクタと、
複数のアンテナ給電装置とを含むシステム。
（態様２）
オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）が０．７より大きい、態様１に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様３）
複数のアンテナ給電装置が、コルゲートホーン、コニカルホーン、カップダイポールアンテナ、及びピラミッド型ホーンのうちの少なくとも１つを含む、態様１に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様４）
複数のアンテナ給電装置がピラミッド型ホーンである、態様１に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様５）
オーバサイズアンテナリフレクタの表面形状がオプティマイザで最適化されている、態様１に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様６）
システムがさらにアンテナサブリフレクタを含む、態様１に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様７）
オーバサイズアンテナリフレクタとアンテナサブリフレクタとが、側方給電型オフセットカセグレン（ＳＦＯＣ）構成、カセグレン構成、及びグレゴリー構成のうちの少なくとも１つを含む、態様６に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様８）
アンテナサブリフレクタの表面形状が標準のコニカル形状から最適化されている、態様６に記載のマルチビームアンテナシステム。
（態様９）
高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナシステムであって：
２以上のオーバサイズアンテナリフレクタであって、
各オーバサイズアンテナリフレクタが、反射スポットビームを広げて成形することによりアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形状から最適化された表面形状を有し、
各オーバサイズアンテナリフレクタの直径が（（１００ ^＊ λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である
２以上のオーバサイズアンテナリフレクタと、
各オーバサイズアンテナリフレクタ用の複数のアンテナ給電装置と
を含むシステム。
（態様１０）
高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナを使用する方法であって：
オーバサイズアンテナリフレクタであって、
反射スポットビームを広げて成形することによりアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形状から最適化された表面形状を有し、
直径が（（１００ ^＊ λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔であるオーバサイズアンテナリフレクタを提供することと、
複数のアンテナ給電装置を使用して、マルチスポットビームを生成するために、オーバサイズアンテナリフレクタ上に高周波（ＲＦ）エネルギーを放射することと
を含む方法。
（態様１１）
オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）が０．７より大きい、態様１０に記載の方法。
（態様１２）
複数のアンテナ給電装置が、コルゲートホーン、コニカルホーン、カップダイポールアンテナ、及びピラミッド型ホーンのうちの少なくとも１つを含む、態様１０に記載の方法。
（態様１３）
高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナを使用する方法であって：
オーバサイズアンテナリフレクタであって、
反射スポットビームを広げて成形することによりアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形状から最適化された表面形状を有し、
直径が（（１００ ^＊ λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である
オーバサイズアンテナリフレクタを提供することと、
アンテナサブリフレクタを提供することと、
複数のアンテナ給電装置を使用して、アンテナサブリフレクタに高周波（ＲＦ）エネルギーを放射することであって、ＲＦエネルギーがアンテナサブリフレクタからオーバサイズアンテナリフレクタに反射することによりマルチスポットビームが生成されることとを含む方法。
（態様１４）
高性能のマルチスポットビームを生成するマルチビームアンテナシステムであって：
２つのオーバサイズアンテナリフレクタであって、
各オーバサイズアンテナリフレクタが、反射スポットビームを広げて成形することによりアンテナ性能を向上させるために、標準のパラボラ形状から最適化された表面形状を有し、
各オーバサイズアンテナリフレクタの直径が（（１００ ^＊ λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表したビーム間の間隔である２つのオーバサイズアンテナリフレクタと、
各オーバサイズアンテナリフレクタ用の複数のアンテナ給電装置と
を含むシステム。
（態様１５）
各オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、各オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）が０．７より大きい、態様１４に記載のマルチビームアンテナシステム。

１００ マルチビームアンテナリフレクタシステム
１１０ アンテナリフレクタ
１２０ アンテナ給電アレー
１３０ アンテナ給電装置
１４０ マルチスポットビーム
１５０ スポットビーム
２００ マルチビームアンテナリフレクタシステム
２１０ アンテナリフレクタ
２２０ アンテナ給電アレー
２３０ アンテナ給電装置
２４０ ビーム形成回路（ＢＦＮ）
２５０ スポットビーム
３００ マルチビームアンテナリフレクタシステム
３１０ アンテナリフレクタ
３２０ アンテナ給電アレー
３３０ アンテナ給電装置
３４０ マルチスポットビーム
３５０ マルチスポットビーム
４００ マルチビームアンテナリフレクタシステム
４１０ アンテナリフレクタ
４２０ 専用給電アレー
４３０ アンテナ給電装置
４４０ マルチスポットビーム
４５０ マルチスポットビーム
５００ オーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム
５１０ オーバサイズアンテナリフレクタ
５３０ 給電装置
５４０ 円形領域
５５０ スポットビーム
５６０ 焦点距離
６１０ オーバサイズアンテナリフレクタ
６２０ アンテナ給電アレー
６３０ アンテナ給電装置
６４０ マルチスポットビーム
６５０ マルチスポットビーム
７４０ 一クォードラントのマルチスポットビーム
８００ オーバサイズマルチビームアンテナリフレクタシステム
８１０ アンテナリフレクタ
８２０ アンテナサブリフレクタ

Claims (2)

1. マルチビームアンテナシステムであって：
   ２つのオーバサイズアンテナリフレクタであって、
   各オーバサイズアンテナリフレクタが、反射スポットビームを広げて成形することによりアンテナ性能を向上させるための表面形状を有し、
   各オーバサイズアンテナリフレクタの直径が（（１００^＊λ）／δ）よりも大きく、ここでλはインチ単位の波長であり、δは度で表した、反射スポットビームを広げて成形したあとの隣接した２ビームのビーム間の間隔であるオーバサイズアンテナリフレクタと、
   各オーバサイズアンテナリフレクタ用の複数のアンテナ給電装置と
   を含み、
   前記オーバサイズアンテナリフレクタの焦点距離の、オーバサイズアンテナリフレクタの直径に対する比（Ｆ／Ｄ）が０．７より大きく、
   同じアンテナリフレクタから全ての隣接するスポットビームを生成することができる、
   マルチビームアンテナシステム。
   
2. 前記複数のアンテナ給電装置が、コルゲートホーン、コニカルホーン、カップダイポールアンテナ、及びピラミッド型ホーンのうちのいずれかある、請求項１に記載のマルチビームアンテナシステム。

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