JPH02219305A - 走査アンテナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明はアンテナシステム、特に、偏波制御装置を有
する回転指向性ビームアンテナに関する。

［従来の技術］ 実際上は、例えば水平走査などの包囲圏内てビムを３６
０°走査できるアンテナシステムを提供することが好ま
しい。そこで、回転アンテナシステムが実用上多く用い
られている。回転アンテナシステムには、ＲＦフィード
がアンテナと共に回転するＲＦ回転ジヨイントが通常使
用されている。しかしながら、ＲＦ回転ジヨイントは、
特にアンテナの回転速度が早い場合や、超時間連続して
使用しなければならない場合に、信頼できないことが分
かっている。また、ミリメートル波周波数で作動する回
転ジヨイントを製造することは困難である。

アンテナシステムの中にはフィードを所定位置に固定し
、フィード軸を中心にリフレクタを回転させて必要な走
査を行うことにより、ＲＦ回転ジヨイントを不要にして
いるものがある。このようなシステムには、走査中に固
定直線偏波ビームを提供できないという欠点がある。フ
ィードが固定されていて動かず、リフレクタがフィード
軸を中心に回転するので、偏波の向きはリフレクタが９
０°回転する毎に９０°だけ変化する。例えば、９００
走査すると偏波は水平から垂直に変わる場合がある。従
って、リフレクタが１回転する度に偏波は垂直と水平と
の間を２回変わることになる。

フィードが円偏波されないと、直角直線偏波のためのエ
ネルギーが受信されなくなってしまう。

方フィードが円偏波されると、直線偏波のために３ｄＢ
のエネルギーを損失し、特に、受信エネルギーの偏波が
フィードの偏波とは反対方向である場合には、エネルギ
ーは完全に失われてしまう。

固定フィードにオルソモードのトランスデユーサを用い
て固定直線偏波を捕獲すると、エネルギはリフレクタの
位置に応じてトランスデユーサのポート間で切り替わる
。従って、トランスデユーサの出力部に切り替え回路を
設けて処理装置に対して所望の偏波を行うと、更に複雑
になる。　走査中に偏波を同一に維持する方法の中に、
１個の回転リフレクタ及び複数個のフィードを用いたも
のがある。この方法は、１９８０年にマグロ−ヒル（Ｍ
ｃＧ　ｒ　ａｗＨｉ　ｌ　１）社から刊行されたＭｌ、
５ｋｏｌｎｉｋ氏のｒＩ　ＮＴＲ０ＤＵＣＴＩＯＮ　　
Ｔｏ　　ＲＡＤＡＲＳＹＳＴＥＭＳｊ第２版２４３〜２
４４ページに記載されている。

しかしながら、このようなシステムは、フィードを起動
するタイミングを含めて単一フィードシステムに比べて
非常に複雑になり、サイズ及び重量が共にかなり増える
。

多くの用途では、走査中は偏波が特定のターゲットと同
じであるアンテナシステムが好ましい。

受信信号の強度を最大にするには、受信アンテナを受信
信号と同じように偏波しなければならない。

直線偏波の向きが異なる場合は、抽出されるエネルギー
は画伯波間の相対的角度の余弦に比例して減少する。円
偏波されるフィードが用いられる場合は、偏波の不整合
により３ｄＢの損失が生じる。

この３ｄＢの損失は、用途によっては大問題である。

従って、回転ジヨイントに関連した問題を除去し、ミリ
メートル波周波数で効率的に機能し、３６００の走査範
囲で直線偏波が一定である回転アンテナシステムが望ま
れている。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、回転リフレクタに円偏波器を取り付
けて、別の円偏波器を有する固定フィードにより両者に
供給することによって、先行技術の上記問題の総べてで
はないにしても、そのほとんどを解決することである。

［課題を解決するための手段、作用、及び発明の効果コ この発明に基づくアンテナシステムでは、回転リフレク
タは所定角度内を隅々までビーム走査するために回転リ
フレクタが用いられている。この角度は３６０’にする
ことができる。リフレクタと関連して使用される円偏波
器は、受信中にはビーム走査により受信した直線偏波エ
ネルギーを円偏波エネルギーに変換する。アンテナの固
定フィトは、反射された円偏波エネルギーを受信して、
受信したエネルギーを直線偏波エネルギーに変換する。

伝送中は、固定フィード内の円偏波器は、処理装置から
受信した直線偏波エネルギーを円偏波エネルギーに変換
してリフレクタに供給する。

すると、リフレクタの円偏波器が伝送用に円偏波エネル
ギーを直線偏波エネルギーに変換する。リフレクタと固
定フィードとの間て円偏波エネルギーだけを供給するこ
とにより、３６０’のビーム走査角全体を通じて同一の
直線偏波エネルギーを一様に受信することが可能になる
。

百円偏波器の向きは、ビーム走査角全体に亙って特定の
直線偏波エネルギーを受信するように相互に調節するこ
とができる。例えば、百円偏波器の向きを調節すること
により、アンテナシステムは垂直偏波エネルギーを受信
したり、水平偏波エネルギーを受信したりすることがで
きる。この発明のアンテナシステムは、このよにして受
信偏波を選択することができる。オルソモードのトラン
スデユーサをフィードに取り付けることや、受信エネル
ギーの両側波成分を処理することができる。

［実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。尚、
以下の説明では同一参照符号は各図に示されている同−
要素又は対応する要素を表示している。

第１図は、先行技術の回転リフレクタアンテナシステム
１０を示している。ＲＦフィード１２は所定位置に固定
されていて、リフレクタ１４はフィード軸を中心に回転
する。リフレクタ１４の表面はビームが所望の形状にな
るように形成されている。典型的な固定ＲＦフィード１
２は、円偏波エネルギーを受信するように構成されてい
る。アンテナシステム１０が直線偏波エネルギーを受信
する場合は、リフレクタ１４により固定フィード１２に
向かって反射される直線偏波エネルギーの向きは、ビー
ム走査角全体に亙って変化する。以下、この特性を第２
図及び第３図を参照して説明する。

第２図は、垂直偏波ＲＦ倍信号回転リフレクタでどのよ
うに反射して、受信エネルギーが第１の偏波を受けたよ
うに見えるかを表わしている。第２図に示すように、ベ
クトルｒａ−ｂＪにより表わされる、ターゲットからの
ＲＦ倍信号、垂直方向に直線偏波され、反斜面１８で反
射する。フィード１６は所定位置に固定されている。反
射信号はフィード１６から見るとベクトル「ａ′　＝ｂ
′」により示される第１の方向に偏波されている。

第３図では、リフレクタ１８は第２図の位置から９０″
回転しているが、固定フィード１６は第２図の位置に止
まっている。ベクトルｒｃ−ｄＪで表わされる垂直偏波
ＲＦ倍信号ターゲットから受信され、フィード１６から
見るとベクトル「ａ′　−ａ′」で表わすように第１の
方向に対して直角な第２の方向に偏波されているように
見える。従って、第２図及び第３図のリフレクタ１８が
受信した信号は同様に偏波されているにも拘らず、反射
により固定フィード１６に入射する信号の向きは９０°
異なっている。

リフレクタ１８が第３図の位置から１８００回転すると
、フィード１６が受信するベクトルは第２の方向に偏波
されるが、第３図に示したベクトルＣ′−ｄ′から１８
０°の方向になる。第２図で１８０°回転させた場合も
同様である。従って、第１図に示す先行技術のアンテナ
システムでは、フィード１６に対するビームの向きは完
全に１回転する間に４回変わることになる。フィード１
６が円偏波される場合、３ｄＢの偏波不整合損失が生じ
る。フィード１６が直線偏波される場合は、受信信号は
３６０°の走査で２サイクルの周期を有する振幅で正弦
的に変わる。

第４図にこの発明の一実施例であるアンテナシステム３
０を示す。この実施例には固定フィードが使用されてい
るが、先行技術で生じる３ｄＢの偏波不整合損失は生じ
ない。アンテナシステム３０は、先行技術のシステムで
生じる直線偏波信号の向きの変化を補正して、３６０°
に亙るアンテナの全走査を通じた一定の直線偏波信号の
受信を可能にする。

ここで説明する構成には相反定理を適用することができ
る。即ち、この構成は送受信機能を有している。ここで
は主に受信機能に付いて説明するが、この説明はこの発
明を制限するものではない。

この発明は伝送機能をも有している。便宜上、ここでは
受信機能に関する説明だけを行なう。

第４図に示すオフセットのカセグレンアンテナシステム
３０は、離れたフィールドからエネルギを受信するよう
に配置されている第１リフレクタ３２を有している。同
アンテナシステム３０は第１リフレクタ３２と共に移動
し、第１リフレクタ３２との関連で反射エネルギーを受
信できるように配置されている第２リフレクタ３４（サ
ブリフレクタ）を更に有している。サブリフレクタ３４
は、反射エネルギーを円偏波する反射型円偏波器３６を
有している。また、アンテナシステム３０は固定フィー
ド３８をも有している。固定フィード３８は、この実施
例では円形導波管であるが、円偏波器４０を有している
。円偏波器４０は、誘電又は金属スラブ、ボタン、押し
潰された導波管、あるいは当業者が熟知しているその他
の技法により形成することができる。このような装置に
関する詳細は、１９８４年にマグロ−ヒル社から出版さ
れたＲ、Ｃ３Ｊｏｈｎｓｏｎ及びＨｌＪａｓｉｋのｒＡ
ＮＴＥＮＮＡ　　ＥＮＧＩ−ＮＥＥＲＩ　ＮＧ　　ＨＡ
ＮＤＢＯＯＫＪ第２版２３−２０〜２３−２８ページを
参照されたい。

サブリフレクタ３４に取り付けられている円偏波器３６
は、固定フィード３８から一定距離だけ離れて配置され
、フィード軸４２を中心にして回転する。第１リフレク
タ３２もフィード軸４２を中心にして回転する。

第５図の反射型の円偏波器３６は、第６図に詳細を示し
た溝付プレート又はグリッドを有している。フィン４４
相互の離隔距離はλ／２未満であり、フィン４４の高さ
は約λ／８である。各フィンの幅はλより遥かに小さい
。他の型の円形偏波器を使用することもできる。第５図
及び第６図に示した偏波器に関する説明は、この発明を
限定するものではなく、単に例を挙げているに過ぎない
。

このような装置の詳細は、１９８４年にマグロ−ヒル社
から出版されたＲ、Ｃ，ＪｏｈｎｓｏｎとＨ，Ｊａｓｉ
ｋのｒＡＮＴＥＮＮＡ　　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　　
ＨＡＮＤＢＯＯＫＪ第２版２３−２５〜２３−２８を参
照されたい。

第４図に戻って、直線偏波信号４６は第１リフレクタ３
２により受信される。第１リフレクタ３２は、円偏波器
３６を有するサブリフレクタ３４にエネルギーを反射す
る。円偏波器３６は、反射エネルギーを円形に偏波し、
円偏波されたエネルギー４８を固定フィード３８に送る
。円偏波エネルギー４８は第４図に絵画的に示されてい
る。

固定フィード３８及びその円偏波器４０は、受信した円
偏波エネルギーを直線偏波する。従って、アンテナシス
テム３０を受信モードで使用すると、受信エネルギーは
固定フィード３８内の円偏波器４０により減極されて直
線偏波状態に戻る。アンテナシステム３０を用いてエネ
ルギーを伝達すると、エネルギーは固定フィード３８内
の円偏波器４０により円偏波され、次にサブリフレクタ
３４の円偏波器３６により減極されて直線偏波状態に戻
る。

従って、上記の通り、円偏波エネルギーだけが回転装置
とその固定フィードとの間で結合する。

この特徴により、類似した偏波信号は総べてか出力５０
で受信されるので、固定フィード３８に対する第１リフ
レクタ３２の回転位置は固定フィード３８により出力さ
れる信号５０の向きに影響しない。との偏波がアンテナ
システム３０により最も効率的に処理されるかは、グリ
ッド偏波器３６の回転位置により決まる。この相対的な
回転は、サブリフレクタ３４に載置されている円偏波器
３６が軸５２を中心に回転することにより達成される。

例えば、円偏波器３６の偏波グリッドが輔５２を中心に
４５°回転すれば、４５°斜めに直線偏波された信号を
受信することができる。

２個の円偏波器３６．４０を縦続接続することにより回
転可能な直線偏波器ができやことが知られている。第１
円偏波器はＥフィールドベクトルの一方の成分を他方の
成分に対して例えば９０゜という選択した量だけ前進又
は遅延させる。第２円偏波器を付加することにより、同
一成分を前進若しくは遅延させないか、又は更に前進若
しくは遅延させることができる。可変偏波アンテナシス
テムが望まれる場合は、走査中に第１リフレクタ３２の
位置に従って軸５２を中心に円偏波器３６を回転させる
手段を設ける。円偏波器は向きが同じである。即ち、ど
ちらも右回りに円偏波するか、左回りに円偏波する。第
４図の実施例では、円偏波器３６はフィードの固定円偏
波器４０と向きが同一になるように配置されている。

アンテナシステムの回転部と固定フィード３８との間で
結合するエネルギーは円偏波され、固定フィードはエネ
ルギーを直線偏波状態に戻す別の円偏波器を有している
ので、先行技術で生じるような３ｄＢの偏波整合損失は
発生しない。

以上の諸特徴により、走査中にターゲットの位置の影響
を受けないアンテナシステムが得られる。

例えば、垂直に直線偏波されたターゲットを第１リフレ
クタの３６０°に亙る走査で検出することが望まれる場
合、この発明のアンテナシステムでは第１リフレクタ３
２及びサブリフレクタ３４の位置には無関係に、固定フ
ィード３８からターゲット信号と同じ向きの出力が得ら
れる。このようなことが起きるのは、主に第１リフレク
タ３２で受信されるエネルギーが第１円偏波器３６に対
して常に同じ極性であり、しかも円偏波されたエネルギ
ーが固定フィード３８に伝達されるからである。

この発明の別の実施例であるアンテナシステム３０を第
７図に示す。この実施例では、固定フィード３８はハウ
ジング５４に取り付けられている。

フレーム５６はハウジング５４に回転可能に取り付けら
れており、第１リフレクタ３２及びサブリフレクタ３４
を支承している。第１リフレクタ３２は所望のアンテナ
ゲイン及びパターンが得られるように形成されている。

反射型の円偏波器３６はサブリフレクタ３４に結合して
いる。固定フィード３８は、円偏波器４０及び直角偏波
の受信に使用されるオルソモードのトランスデユーサ５
８を有している。第４図にはオルソモードのトランスデ
ユーサ５８も示されている。

オルソモードのトランスデユーサ５８を使用すると、円
偏波器３６の溝４３は受信したい直線偏波の向きに対し
て空間内で４５°の方向に向く。

例えば、垂直又は水平偏波の場合、溝４３はオルソモー
ドのトランスデユーサのどのポートが使用されるか、又
は円偏波器４０がどの方向の円形であるかによって、垂
直から±４５°傾斜して配置される。オルソモードのト
ランスデユーサを使用した場合、１つのポートが垂直偏
波信号を受信し、直角ポートは水平偏波信号を受信する
。偏波溝４３が垂直又は水平方向に向いていると、受信
信号はオルソモードのトランスデユーサのポートに応じ
て±４５°傾斜した直線に整合する。

この発明の他の実施例では、円偏波器はサブリフレクタ
３４にではなく、第１リフレクタ３２に取り付けられて
いる。

この発明の更に別の実施例では、単一リフレクタアンテ
ナシステムを使用する。単一リフレクタアンテナシステ
ムは、第１円偏波器を上に取り付けることができる。こ
のリフレクタの形状は、ビームが所望の形状になるよう
に形成される。

第８図に更に別の実施例の概略を示す。この実施例では
、レードーム６０がリフレクタ６２を取り囲んでいる。

このレードーム６０には、ジグザグ状のラインなど、伝
送型の円偏波器６４が取り付けられている。（このよう
な円偏波器の詳細については、１９８４年にマグロ−ヒ
ル社から刊行されたＲ、Ｃ，Ｊｏｈｎｓｏｎ（！：Ｈ，
ＪａｓｉｋのｒＡＮＴＥＮＮＡ　　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩ
ＮＧＨＡＮＤＢ００ＫＪ第２版の４６−１０〜４６−１
４ページを参照されたい。）レードーム６０からの円偏
波されたエネルギーは、リフレクタ６２で反射して円偏
波器４０を有する固定フィード３８に向かう。

以上、回転ジヨイントを使用せずにビーム走査を行なう
ことのできる新規なアンテナシステムを例を挙げて説明
した。このアンテナシステムは３６０°に亙るビーム走
査角全体を通じて直角偏波又は偏波不整合による電力損
失もなくエネルギーの選択的直線偏波を固定フィードに
より効率良く処理できる。

以上、この発明について例を挙げて詳細に説明したが、
ここに挙げた例はいずれもこの発明を説明するのための
便宜的手段であるに過ぎない。従って、この発明かここ
に挙げた例によって限定されるものと解釈してはならな
い。また、当業者であれば以上の説明に基づいてこの発
明を様々に変更することができるが、特許請求の範囲に
特に限定されていない限り、そのような変更もこの発明
の範囲に含まれることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転リフレクタ及び円偏波フィードを有する先
行技術のアンテナシステムを示し、第２図は回転リフレ
クタ及び円偏波フィードを有する先行技術のアンテナシ
ステム並びに垂直偏波信号の受信を示し、 第３図は第２図の信号から９０°離隔した位置にある垂
直偏波信号を受信する第２図のアンテナシステムを示し
、 第４図はこの発明に基づくアンテナシステムの概略を示
し、 第５図はこの発明の実施例に使用される反射型の円偏波
器を示し、 第６図は第５図に示した円偏波器の側面の一部を示し、 第７図はこの発明の原理を実施したオフセットのカセグ
レン型アンテナシステムを示し、第８図はレードームに
伝送型の円偏波器を有した、この発明に基づくアンテナ
システムの更に別の実施例を示す。 ３２・・・第１リフレクタ、３４・・・第２リフレクタ
、３８・・・固定フィード、４０・・・円偏波器、５０
・・・出力、５８・・・オルソモードのトランスデユー
サ出願人代理人　弁理士　鈴江　武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線偏波信号を処理して所定の走査角度で走査可能
   なビームを生成する走査アンテナシステムにおいて、 処理されたエネルギーに作用する第１円偏波器を有し、
   軸を中心に旋回して、ビームを形成し、ビームのエネル
   ギーを反射し、エネルギーを軸に沿って反射するリフレ
   クタ手段と、 第１ポートを有し、軸に沿って配置され、軸に対して所
   定の位置に固定されており、軸に沿って円状の偏波エネ
   ルギーを第１ポートとリフレクタ手段との間に供給し、
   直線偏波エネルギーを供給する第２ポートを有する固定
   フィードと、 固定フィードに配置されて固定フィードにより処理され
   るエネルギーに作用し、偏波方向が第１円偏波器と同一
   である第２円偏波器とを具備する走査アンテナシステム
   。 ２、第１円偏波器は軸と交差するように配置されている
   請求項１に記載の走査アンテナシステム。 ３、第１円偏波器はりふれくたー手段に載置されている
   請求項２に記載の走査アンテナシステム。 ４、リフレクタ手段は、ビームが所望の形状になるよう
   に選択された形状の第１リフレクタと、軸を遮断して第
   １リフレクタと共に軸を中心に回転するサブリフレクタ
   とを備えている請求項３に記載の走査アンテナシステム
   。 ５、第１円偏波器はサブリフレクタに載置されている請
   求項３に記載の走査アンテナシステム。 ６、第１円偏波器は反射型円偏波器を有している請求項
   ５に記載の走査アンテナシステム。 ７、固定フィードは直線偏波エネルギーの直角偏波を供
   給するオルソモードトランスデューサを有している請求
   項５に記載の走査アンテナシステム。 ８、第１円偏波器はリフレクタ手段によりビームエネル
   ギーが軸に沿って反射する前にビームエネルギーに作用
   するように配置されている請求項１に記載の走査アンテ
   ナシステム。 ９、第１円偏波器はビーム走査角によりリフレクタ手段
   を囲繞するように配置されている請求項８に記載の走査
   アンテナシステム。 １０、リフレクタ手段を囲繞し、第１円偏波器を収納し
   ているレードームを更に有している請求項９に記載の走
   査アンテナシステム。 １１、第１円偏波器はリフレクタ手段によりビームエネ
   ルギーが軸に沿って反射してからビームエネルギーに作
   用するように配置されている請求項１に記載の走査アン
   テナシステム。 １２、第１円偏波器はビーム走査角によりリフレクタ手
   段を囲繞するように配置されている請求項１１に記載の
   走査アンテナシステム。 １３、リフレクタ手段を囲繞し、第１円偏波器を収納し
   ているレードームを更に有している請求項１２に記載の
   走査アンテナシステム。