JP7295347B2 - 接続アダプタ及びホーンアンテナ用測定装置 - Google Patents

接続アダプタ及びホーンアンテナ用測定装置 Download PDF

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Description

本開示は、接続アダプタ及びホーンアンテナ用測定装置に関する。
従来から、合成開口レーダを始めとする各種レーダ（アンテナ）が搭載される人工衛星等の宇宙航行体が知られている（特許文献１参照）。ここで、宇宙航行体に搭載されるアンテナ、とりわけホーンアンテナから放射される高周波の電波（及びその反射波）が、所望の特性（周波数）等を有しているかについて、事前に地上にて把握（測定又は試験）しておくことが必要となる。
このような事前の地上測定又は地上試験は、無線局免許の規制、周囲の設備類との間のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）干渉防止の規制等を考慮して実行される必要がある。そのため、従来は、図１に示されるように、ホーンアンテナ１００の系の性能を測定又は試験するためには、ホーンアンテナ１００を取り外した上で、専用の測定系（測定用ユニット５００、測定機器３００、等）を別途接続することが通常必要となる。これにより、ホーンアンテナ１００に電波を発振する送信器１３３と当該測定用ユニット５００とを接続し、空気中（外部空間）への電波漏洩を抑制する策を別途講じたうえで地上測定又は地上試験が行われている。
国際公開第２０１７／２２１８７２号
しかしながら、例えば人工衛星においては、様々な構成要素（機器、部品等）が固定される打上げ直前にホーンアンテナを取り外すことは実質的に不可能であるため、打上げ直前におけるホーンアンテナの系の健全性を確認することができないという問題がある。
そこで、様々な実施形態により、打上げ直前であっても、宇宙航行体に搭載されるホーンアンテナを取り外すことなく、かつ、外部空間への電波漏洩を抑制して、ホーンアンテナの系の性能を地上で測定することが可能な接続アダプタ及びホーンアンテナ用測定装置を提供する。
一態様に係る接続アダプタは、ホーンアンテナにつながる導波管部に接続される第１導波管を内部に有し、前記ホーンアンテナに対して着脱自在に嵌装され、前記第１導波管に連結される第２導波管を介して測定機器に接続され、前記ホーンアンテナから放射される電波を前記測定機器に閉鎖系で案内する。
また、一態様に係る前記接続アダプタにおいて、前記第１導波管の一端の断面形状は、前記ホーンアンテナの電波開口端の断面形状と同一であり、前記第１導波管の他端の断面形状は、前記第２導波管の断面形状と同一である。
また、一態様に係る前記接続アダプタにおいて、外面には、前記内部に向かって延びるチョーク部が形成される。
一態様に係るホーンアンテナ用測定装置は、ホーンアンテナと、前記ホーンアンテナから放射される電波を測定する測定機器と、前記ホーンアンテナにつながる導波管部に接続される第１導波管を内部に有し、前記ホーンアンテナに対して着脱自在に嵌装され、前記第１導波管に連結される第２導波管を介して前記測定機器に接続され、前記ホーンアンテナから放射される電波を前記測定機器に閉鎖系で案内する接続アダプタと、を具備する。
また、一態様に係る前記ホーンアンテナ用測定装置において、前記第１導波管の一端の断面形状は、前記ホーンアンテナの電波開口端の断面形状と同一であり、前記第１導波管の他端の断面形状は、前記第２導波管の断面形状と同一である。
また、一態様に係る前記ホーンアンテナ用測定装置において、前記接続アダプタの外面には、前記内部に向かって延びるチョーク部が形成される。
様々な実施形態によれば、打上げ直前であっても、宇宙航行体に搭載されるホーンアンテナを取り外すことなく、かつ、外部空間への電波漏洩を抑制して、ホーンアンテナの系の性能を地上で測定することが可能な接続アダプタ及びホーンアンテナ用測定装置を提供することができる。
測定用ユニットを用いる従来のホーンアンテナ用測定装置の構成の一例を模式的に示す概略図である。 ホーンアンテナを搭載する小型ＳＡＲ衛星の一例を模式的に示す概略図である。 一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置の構成の一例を模式的に示す概略図である。 一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置を構成する接続アダプタの構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。 一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置を構成する接続アダプタの構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。 図６Ａは、接続アダプタの変形例の構成を模式的に示す概略断面図である。図６Ｂは、図６Ａにおける、一点破線で囲まれた領域を拡大して示す概略断面図である。
以下、添付図面を参照して本開示の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通した構成要素には同一の参照符号が付されている。また、或る図面に表現された構成要素が、説明の便宜上、別の図面においては省略されていることがある点に留意されたい。さらにまた、添付した図面が必ずしも正確な縮尺で記載されている訳ではないということに注意されたい。
また、本開示において用いられるように、「１つの」、「前記」、「上記」、「前述」、「該」、「当該」、「この」、「その」等といった単数形は、複数形でないことを明確に示さない限り、複数形を含むことができる。また、「含む」という用語は、「具備する」こと又は「備える」ことを意味し得る。
１．一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置の構成、及び該装置を構成する各要素
一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置の全体構成、及びホーンアンテナ用測定装置１を構成する各要素の概要について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。図１は、測定用ユニット２０を用いる従来のホーンアンテナ用測定装置１の構成の一例を模式的に示す概略図である。図２は、ホーンアンテナ１００を搭載する小型ＳＡＲ衛星５の一例を模式的に示す概略図である。図３は、一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置１の構成の一例を模式的に示す概略図である。図４及び図５は、一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置１を構成する接続アダプタ２００の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。
ホーンアンテナ用測定装置１は、図３に示すように、ホーンアンテナ１００と、ホーンアンテナから放射される電波の特性を測定する測定機器３００と、ホーンアンテナ１００と測定機器３００との間に配される接続アダプタ２００と、を主に含む。以下、ホーンアンテナ用測定装置１を構成する各要素の詳細について説明する。
１－１．ホーンアンテナ１００及びホーンアンテナ１００が搭載される宇宙航行体
ホーンアンテナ１００は、一例として、宇宙航行体としての小型ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）衛星５に搭載される。このような小型ＳＡＲ衛星５は、マイクロ波、ミリ波、又はサブミリ波帯域の電波を観測対象物に放射し、その観測対象物からの反射波を受信することで、観測対象物の観測、分析等を行うことができる。
小型ＳＡＲ衛星５は、図２に示すように、宇宙空間における小型ＳＡＲ衛星５の航行の制御、小型ＳＡＲ衛星５の動作・姿勢の制御等を行う制御ユニット等の機器が搭載される本体部１１０と、宇宙空間において制御ユニット及び通信ユニットを含む様々な構成要素を駆動するための電力を供給する電源ユニット１２０と、宇宙空間に向けて電波を放射するとともに、宇宙空間から電波を受信するための通信ユニット１３０と、を主に含むことができる。
本体部１１０は、不図示のコンピュータ、センサ、アクチュエータ、電源制御回路、バッテリ、通信制御回路等の様々な電子部品等を収容することができる。
電源ユニット１２０は、例えば、不図示のバッテリ、充放電制御回路等を含むことができる。バッテリとしては、ソーラーパネル１２１を利用した太陽電池を一例として用いることができる。電源ユニット１２０は、本体部１１０及び通信ユニット１３０と接続されており、各々に対して電力を供給することができる。
通信ユニット１３０は、主に、輻射器としてのホーンアンテナ１００と、ホーンアンテナ１００に対して所定の角度をもって対向するように配置され、ホーンアンテナ１００から放射される電波を主リフレクタ１３２に反射するための副リフレクタ（副反射鏡）１３１と、副リフレクタ１３１により反射された電波をさらに反射して外部へ電波を放射する主反射鏡としての主リフレクタ１３２と、送信器１３３と、副リフレクタ１３１を支持するための支持ロッド１３５と、を含む。
ホーンアンテナ１００としては、副リフレクタ１３１に近づくにつれて次第に開口面積が拡がる略ラッパ形状（ホーン型の形状）の外形を有する、一般に知られるものを用いることができる。また、ホーンアンテナ１００の内部の形状は、図３に示すように、一例として、複数の段差が形成される形状を有するが、これに限定されない。例えば、図３では副リフレクタ１３１をカセグレンアンテナの形状で記載しているが、グレゴリアンアンテナなどに変更してもよい。
主リフレクタ１３２は、ハブ１３９、複数のリブ１３６、面状体１３７等を含む。主リフレクタ１３２は、主反射鏡として機能するために、その反射面がパラボラ（放物）形状に形成されている。
ハブ１３９は、主リフレクタ１３２の中心部のアンテナ軸Ｘ上であって、本体部１１０の副リフレクタ１３１が配置される側に設けられる。ハブ１３９は、一例として、プラスチック等の誘電体、チタン・ステンレス等の金属材料により略円柱状に形成される。ハブ１３９は、中心軸Ｘを中心として、その外周面上に、複数のリブ１３６が所定の間隔で放射状に配設される。
リブ１３６は、複数のリブを含む。各リブ１３６は、ハブ１３９を中心として所定の間隔でハブ１３９の外周にパラボラ形状（放射状）に配設される。また、各リブ１３６には面状体１３７が架設されて反射鏡面が形成されている。
副リフレクタ１３１は、主リフレクタ１３２に対向して配置され、その下面側が、支持ロッド１３５によって支持されている。副リフレクタ１３１は、支持ロッド１３５によって、その中心軸Ｘの線上に配置される輻射器としてのホーンアンテナ１００から所定距離だけ離隔して配置される。副リフレクタ１３１は、主リフレクタ１３２の面状体１３７と同様に、電波を反射可能な材料により、全体として主リフレクタ１３２の面に向かって二次曲面形状を有する。そして、副リフレクタ１３１は、ホーンアンテナ１００から輻射された電波を主リフレクタ１３２に向けて反射する。
支持ロッド１３５は、一端が副リフレクタ１３１に他端がジョイント１３８に接続される第１支持ロッド１３５ｐと、一端がジョイント１３８に接続され他端が本体部１１０接続される第２支持ロッド１３５ｑとを含む。
送信器１３３は、不図示の発振器や増幅器等を含み、発振器で生成された所定の周波数帯域の周波数を有する電波を増幅器で増幅する。増幅された電波は、輻射器としてのホーンアンテナを介して副リフレクタ１３１で主リフレクタ１３２に向かって一旦反射された後、主リフレクタ１３２によって外部（例えば、宇宙空間）へ放射される。なお、外部から受信した反射波は、逆の経路を通じて、通信ユニット１３０に含まれる受信器で受信される。
通信ユニット１３０は、８ＧＨｚ以下の周波数帯域、８ＧＨｚ～１２ＧＨｚ帯域（いわゆるＸバンド帯域）、１２ＧＨｚ～１８ＧＨｚ（いわゆるＫｕバンド帯域）等のマイクロ波帯域、３０ＧＨｚ以上のミリ波帯域、３００ＧＨｚ以上のサブミリ波帯域等、適宜の周波数の電波を放射するべく調整することができる。
また、通信ユニット１３０は、小型ＳＡＲ衛星５から地上局（図示せず）へのデータ送信に用いられる追加の輻射器１４０を含むことができる。輻射器１４０は、ホーンアンテナ１００と同様に、ホーン型のアンテナを用いることができ、一例として、１２ＧＨｚ～１８ＧＨｚ帯域の周波数帯域の通信に利用される。
以上のとおり説明した小型ＳＡＲ衛星５の構成は、あくまで一例であって、適宜に他の構成要素を付加してもよい。また、以上の通り説明した各構成要素の形状や個数等は、適宜に変更することができる。
１－２．接続アダプタ２００
接続アダプタ２００は、図３に示すように、内部に第１導波管２０１を有することで、ホーンアンテナ１００から放射される電波を、第１導波管２０１に連結される第２導波管２５０を介して後述する測定機器３００へと閉鎖系で（ホーンアンテナ１００から放射される電波を、外部空間に漏洩させることなく）案内することができる。第１導波管２０１の一端の断面形状は、ホーンアンテナ１００の電波開口端１０１（ホーンアンテナ１００につながる導波管部２６０の電波開口端１０１）の断面形状と同一とされている。また、第１導波管２０１の他端の断面形状は、第２導波管２５０の断面形状と同一とされている。
なお、電波を発振する送信器１３３からの電波が発振される電波開口端１０１の断面形状と、第２導波管２５０の断面形状とが異なる場合（例えば、電波開口端１０１の断面形状が円形であり、第２導波管２５０の断面形状が方形である場合）、接続アダプタ２００における第１導波管２０１には（又は第１導波管２０１の近傍であって、例えば第２導波管２５０の上流側には）、導波管変換器（図示せず）を別途設けてもよい。
接続アダプタ２００は、図３～図５に示すように、一例として、ホーンアンテナ１００の内壁の形状に対応する外面２００ａの形状を有する。つまり、ホーンアンテナ１００の内壁が、図３に示すように、一例として複数の段差形状を有する場合、接続アダプタ２００は、当該段差形状に対応する段差形状の外面２００ａが形成される。これにより、接続アダプタ２００は、ホーンアンテナ１００の内壁の形状に沿って、実質的な隙間を形成することなく、ホーンアンテナ１００の内壁に着脱自在に嵌装されうる。なお、接続アダプタ２００がホーンアンテナ１００に対して固定（嵌装）される限りにおいては、必ずしも接続アダプタ２００の外面２００ａの形状の全てがホーンアンテナ１００の内壁の形状に対応している必要はない。換言すれば、接続アダプタ２００の外面２００ａの一部のみが、ホーンアンテナ１００の内壁の形状に対応していてもよい。
また、接続アダプタ２００は、第２導波管２５０との接続のためのプレート部２０２を有することができる。プレート部２０２には、第２導波管２５０と接続アダプタ２００とを固定するための接続部２０３が設けられており、接続部２０３を介して、第２導波管２５０と接続アダプタ２００とを螺合することができる。
接続アダプタ２００は、例えば、アルミ等の金属材料から製造することができる。
１－３．測定機器３００
測定装置３００は、ホーンアンテナ１００から放射される電波の特性、具体的には電力、波形、位相、等について測定することができる。測定装置３００の構成及び方法としては、周知のもの（例えば、ループバック試験）を用いることができる。測定装置３００によって測定される様々な情報は、測定装置３００の端子３０１に接続される同軸ケーブル（図示せず）を介して記録装置、計算装置（図示せず）等に伝送される。
なお、測定装置３００の下流側には、ホーンアンテナ１００から放射される電波を減衰させる終端器４００が接続されうる。
測定機器３００と前述の接続アダプタ２００との間は、所定の長さの第２導波管２５０により接続されている。第２導波管２５０の形状は、直線状であってもよいし、図３に示すように、例えば略Ｌ字に折れ曲がる曲がり形状のものであってもよい。
以上のとおり各要素を有する一実施形態に係るホーンアンテナ用測定装置１は、接続アダプタ２００を用いることにより、ホーンアンテナ１００を取り外すことなく、ホーンアンテナ１００から測定装置３００までにおいて、外部空間への電波漏洩を抑制して、当該電波の特性を効率的に測定装置３００にて測定することが可能となる。
２．変形例
次に、接続アダプタ２００の変形例について、図６Ａ及び図６Ｂを参照しつつ説明する。図６Ａは、接続アダプタ２００の変形例の構成を模式的に示す概略断面図である。図６Ｂは、図６Ａにおける、一点破線で囲まれた領域を拡大して示す概略断面図である。
ホーンアンテナ１００から放射される電波の外部空間への漏洩をさらに効率的に抑制するために、変形例に係る接続アダプタ２００においては、図６Ｂに示すようにチョーク部２０５が形成される。チョーク部２０５は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、接続アダプタ２００のホーンアンテナ１００に対向する外面２００ａにおいて形成され、接続アダプタ２００の内部に向かって延びる切欠き形状を有する。
これにより、接続アダプタ２００とホーンアンテナ１００の内壁との間に僅かな隙間Ｇが形成される場合であっても、その隙間を電波が進行する際にチョーク部２０５にて反射波を形成することで進行波を減衰することができる。これにより、外部空間への電波漏洩をさらに効率的に抑制することが可能となる。
以上、前述の通り、様々な実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。また、前述のとおり説明したホーンアンテナ１００は、観測対象物の観測、分析等に用いられる場合に限定されず、例えば、小型ＳＡＲ衛星５からの撮像データ等のダウンリンク用に用いられてもよい。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、及び技術規格は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
１ ホーンアンテナ用測定装置
５ 宇宙航行体（小型ＳＡＲ衛星）
１００ ホーンアンテナ
２００ 接続アダプタ
２０１ 第１導波管
２０５ チョーク部
２５０ 第２導波管
２６０ 導波管部
３００ 測定機器

Claims (6)

  1. ホーンアンテナにつながる導波管部に接続される第１導波管を内部に有し、前記ホーンアンテナに対して着脱自在に嵌装され、前記第１導波管に連結される第２導波管を介して測定機器に接続され、前記ホーンアンテナから放射される電波を前記測定機器に閉鎖系で案内する、接続アダプタ。
  2. 前記第１導波管の一端の断面形状は、前記ホーンアンテナの電波開口端の断面形状と同一であり、前記第１導波管の他端の断面形状は、前記第２導波管の断面形状と同一である、請求項１に記載の接続アダプタ。
  3. 外面には、前記内部に向かって延びるチョーク部が形成される、請求項１又は２に記載の接続アダプタ。
  4. ホーンアンテナと、
    前記ホーンアンテナから放射される電波を測定する測定機器と、
    前記ホーンアンテナにつながる導波管部に接続される第１導波管を内部に有し、前記ホーンアンテナに対して着脱自在に嵌装され、前記第１導波管に連結される第２導波管を介して前記測定機器に接続され、前記ホーンアンテナから放射される電波を前記測定機器に閉鎖系で案内する接続アダプタと、
    を具備する、ホーンアンテナ用測定装置。
  5. 前記第１導波管の一端の断面形状は、前記ホーンアンテナの電波開口端の断面形状と同一であり、前記第１導波管の他端の断面形状は、前記第２導波管の断面形状と同一である、請求項４に記載のホーンアンテナ用測定装置。
  6. 前記接続アダプタの外面には、前記内部に向かって延びるチョーク部が形成される、請求項４又は５に記載のホーンアンテナ用測定装置。
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