JP7055655B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチビームを形成可能なアンテナ装置に関する。

衛星通信では、トラフィック量の増大に伴って、通信性能への要求がより高くなっている。その通信性能への高い要求に対応するために、衛星通信ではマルチビーム化が行われている。

マルチビーム化では、各アンテナビームが照射される対象エリアの面積である覆域面積は、より小さくなり、放射パターンのビーム形状は、急峻となる。覆域面積をより小さくすることにより、対応可能なトラフィック量は、増大し、ビーム形状の急峻化により、アンテナ利得は、向上する。これらの結果、より高い通信性能が得られる。

マルチビーム化では、アンテナビーム間の干渉を抑えることが必要である。このことから、従来、隣接ビーム、つまり隣接する２つの対象エリアに照射されるアンテナビームの偏波、及び周波数帯域のうちの少なくとも一方を異ならせることにより、アイソレーション特性の劣化を抑制することが行われる（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２０１７／１４５３７９号（段落００２２、図１～図３）

近年では、アンテナビームを高密度に配置することが行われている。アンテナビームの高密度化を実現するためには、アンテナビームの形成に用いる一次放射器を高密度配置する必要がある。しかし、一次放射器の高密度配置は困難である。このことから、アンテナビームの高密度化も困難という課題がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、アンテナビームの高密度化をより容易に実現可能なアンテナ装置を提供することにある。

本発明に係るアンテナ装置は、電磁波を反射する複数の反射鏡と、複数の反射鏡に含まれる反射鏡別に設置された、電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群、をそれぞれ含む複数の給電部クラスタと、備え、各一次放射器群からの電磁波を対応する反射鏡に反射させることにより、平面的に隣接して配置された複数のエリアのうち互いに隣接する３つ以上のエリアに対し、互いに異なる一次放射器群からの電磁波を対応する反射鏡に反射させて形成したアンテナビームをそれぞれ照射し、前記各一次放射器群に含まれる複数の一次放射器の配置は、前記アンテナビームを照射させる前記複数のエリアのそれぞれに対応させた配置になるように決定されており、前記複数の給電部クラスタのそれぞれの各前記一次放射器は、交互に隣接するアンテナビームの前記複数のエリアに対応させて同一の前記給電部クラスタが有する全ての前記一次放射器の前記エリアが互いに隣接しないように配置される。

本発明によれば、アンテナビームの高密度化をより容易に実現することができる。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した衛星を示す外観図である。 各給電部クラスタが備える複数の一次放射器の配置例を示す図であり、（ａ）は給電部クラスタ５－１が備える複数の一次放射器の配置例を示す図、（ｂ）は給電部クラスタ５－２が備える複数の一次放射器の配置例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置により形成されたアンテナビームが照射されるエリアの例を示す図である。 平面的にエリアを配置する場合に、各エリアに照射するアンテナビームの形成に用いる給電部クラスタ５と反射鏡４の組み合わせの例を説明する図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の各実施の形態を、図を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した衛星を示す外観図である。

衛星１は、衛星バス２に２つの太陽光パネル３を接続した構成である。衛星バス２には、２つの反射鏡４（４－１、４－２）、２つの給電部クラスタ５（５－１、５－２）が搭載されている。この２つの反射鏡４、及び２つの給電部クラスタ５は、本実施の形態１に係るアンテナ装置の構成要素である。

２つの給電部クラスタ５は、対応する反射鏡４に放射すべきビームである電磁波を発生させるためのモジュールである。各給電部クラスタ５は、電磁波を放射する複数の一次放射器、フィルタ等を備え、一体構造化された給電部群である。複数の一次放射器、つまり一次放射器群を備えることにより、各反射鏡４から複数の電磁波をアンテナビームとして放射させることができる。

図２は、各給電部クラスタが備える複数の一次放射器の配置例を示す図である。図２（ａ）は、給電部クラスタ５－１が備える複数の一次放射器の配置例、図２（ｂ）は、給電部クラスタ５－２が備える複数の一次放射器の配置例をそれぞれ示している。図２では、一次放射器をＸＹ平面上に配置したと想定し、各一次放射器のＸＹ平面上での位置を丸で示している。横軸にＸ軸、縦軸にＹ軸をそれぞれとっている。

各丸には符号として「＃１」～「＃１０」を付している。その符号は、特定の一次放射器を指す場合に付すこととする。例えば「＃１」を付した丸に対応する一次放射器は「一次放射器＃１」と表記する。

図３は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置により形成されたアンテナビームが照射されるエリアの例を示す図である。ここでは、横軸に水平面内の角度、縦軸に垂直面内の角度をとり、その範囲内でアンテナビームが照射される１０個のエリア３１～４０を丸で示している。

図２に示した一次放射器＃１～＃１０により照射されるそれぞれのエリアが、図３に示したエリア３１～４０に対応している。すなわち、図２、及び図３は、例えば一次放射器＃１から放射された電磁波を反射鏡４に反射させることによって形成されたアンテナビームは、エリア３１を照射することを表している。同様に、一次放射器＃１０から放射された電磁波を反射鏡４には反射させることによって形成されたアンテナビームは、エリア４０を照射することを表している。

図２、及び図３に示すように、給電部クラスタ５－１及び５－２にそれぞれ搭載された一次放射器群から放射された電磁波を用いて形成されるアンテナビームは、隣接するエリアを照射しないようになっている。図３においては、エリア３１は、隣接する他のエリアが存在していない。一方、隣接するエリアが存在するエリア３２～４０は、曲線状に連なっており、１つ、或いは２つのエリアと隣接している。そこで、同一の給電部クラスタ５に搭載された一次放射器を用いて照射されるエリアが、隣接したエリアとならないように、給電部クラスタ５－１及び給電部クラスタ５－２におけるそれぞれの一次放射器群が、図２のように配置されている。具体的には、アンテナビームの形成に用いられる電磁波を放射する給電部クラスタ５は、エリア３２からエリア４０までの順に、給電部クラスタ５－２→給電部クラスタ５－１→給電部クラスタ５－２→給電部クラスタ５－１→給電部クラスタ５－２→給電部クラスタ５－１→給電部クラスタ５－２→給電部クラスタ５－１→給電部クラスタ５－２と交互に変化している。

本実施の形態１では、このようなエリア別の給電部クラスタ５の使用は、各給電部クラスタ５に搭載した一次放射器群の配置により実現されている。それにより、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す各一次放射器群の配置は、衛星１とエリアとの間の位置関係、及び反射鏡４と一次放射器との間の位置関係を考慮して決定されている。この結果、図３に示す各エリア３１～４０へのアンテナビームの照射、隣接するエリアでの異なる給電部クラスタ５の使用が実現できる。

このようにして、本実施の形態１では、隣接する２つのエリアにそれぞれ照射するアンテナビームの形成に用いる給電部クラスタ５と反射鏡４の組み合わせを異ならせ、アンテナビームの高密度化を実現させている。これは以下の理由からである。

隣接する２つのエリアにそれぞれ照射するアンテナビームの形成に用いる給電部クラスタ５と反射鏡４の組み合わせを異ならせる場合、各給電部クラスタ５での一次放射器に対する高密度配置の要求レベルは低くなる。言い換えれば、各給電部クラスタ５での一次放射器の配置における空間的な余裕が大きくなる。しかし、給電部クラスタ５と反射鏡４の組み合わせを複数、用いる場合、全体での一次放射器の配置密度は擬似的に非常に高くなる。このようなことから、給電部クラスタ５と反射鏡４の組み合わせを複数、備えることは、アンテナビームの高密度化をより容易に実現するうえで極めて有効である。アンテナビームの高密度化により、より高い通信性能の実現も容易に行えるようになる。

本実施の形態１では、図３に示すように、線状に連なるエリアへのアンテナビームの照射を想定している。そのため、給電部クラスタ５と反射鏡４との組み合わせは、２つとしている。しかし、その組み合わせの数は、３以上であっても良い。平面的にエリアを配置、言い換えれば、３つ以上のエリアが互いに隣接する場合、その組み合わせの数は、３以上とする必要がある。

図４は、平面的にエリアを配置する場合に、各エリアに照射するアンテナビームの形成に用いる給電部クラスタ５と反射鏡４の組み合わせの例を説明する図である。図４において、丸はそれぞれエリアを示し、丸内に表記の「１」～「３」の数字は、給電部クラスタ５と反射鏡４の異なる組み合わせを示している。それにより、ここでは組み合わせの数として３を想定している。

図４に示す例では、エリアは最大で６つのエリアと隣接している。６つのエリアと隣接するエリアでは、他の組み合わせで形成されたアンテナビームが照射されるエリアが３つずつ存在している。例えば図４中、「３」が表記され、６つのエリアと隣接するエリアでは、そのエリアを囲む６つのエリアは、「１」を表記されたエリア、「２」が表記されたエリアが交互に並ぶ形となっている。それにより、隣接するエリアでは、何れも異なる組み合わせで形成されるアンテナビームが照射されるようになっている。

なお、本実施の形態１では、各組み合わせは、１つの給電部クラスタ５と１つの反射鏡４を備えているが、必ずしもそのように組み合わせなくとも良い。つまり、１つの反射鏡４に対し、複数の給電部クラスタ５を対応させても良い。例えば、比較的に離れた位置に存在するエリアへのアンテナビームの形成に１つの反射鏡４と２つ以上の給電部クラスタ５を用いても良い。２つ以上の給電部クラスタ５ではなく、１つの給電部クラスタ５に２つ以上の一次放射器群を搭載させても良い。

また、本実施の形態１では、アンテナビームを照射すべきエリアを想定し、一次放射器群の配置、つまり一次放射器群を構成する各一次放射器の配置を決定し、すべての一次放射器を使用することとしている。本発明は、このような構成に限定されるものではない。例えば一次放射器群としてアレーアンテナを採用し、そのアレーアンテナのなかで電磁波を放射させるべき一次放射器を選択するようにしても良い。このことから、採用可能な一次放射器群は、本実施の形態１のようなものに限定されない。

１ 衛星、２ 衛星バス、４、４－１、４－２ 反射鏡、５、５－１、５－２ 給電部クラスタ、３１～４０ エリア。

Claims (1)

1. 電磁波を反射する複数の反射鏡と、
   前記複数の反射鏡に含まれる反射鏡別に設置された、電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群、をそれぞれ含む複数の給電部クラスタと、備え、
   各一次放射器群からの電磁波を対応する前記反射鏡に反射させることにより、平面的に隣接して配置された複数のエリアのうち互いに隣接する３つ以上のエリアに対し、互いに異なる一次放射器群からの電磁波を対応する反射鏡に反射させて形成したアンテナビームをそれぞれ照射し、
   前記各一次放射器群に含まれる複数の一次放射器の配置は、前記アンテナビームを照射させる前記複数のエリアのそれぞれに対応させた配置になるように決定されており、
   前記複数の給電部クラスタのそれぞれの各前記一次放射器は、交互に隣接するアンテナビームの前記複数のエリアに対応させて同一の前記給電部クラスタが有する全ての前記一次放射器の前記エリアが互いに隣接しないように配置される、
   アンテナ装置。

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