JPH03106103A - ２周波数共用アレイフィード - 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】 ［発明の目的コ （産゛業上のｆり用分’Ｊ’ｆ　） この発明は、反射鏡アンテナの一次故年Ｊ器として利用
されるアレイフィードの２周波数共用化に関する。

（従来の技術） 衛星搭載用の反射鏡アンテナなどではアンテナ重量の軽
減などの必要性からひとつの反射鏡をいくつかの異なる
周波数帯で共用したいという要求がある。また、衛星搭
載用アンテナとしては、放射パターンをサービスエリア
の形状に応じて戊形したり、不要族射の低減や周波数再
利用のために低サイドローブの放射パターンをつくるこ
とが要求されている。

ビーム成形や低サイドローブ化の方法としては、反射鏡
アンテナの一次放１４器として複数のホーンアンテナで
ひとつのビームを形成するアレイフィード（クラスター
フィード）を溝成し、各エレメントのホーンアンテナの
励振分布を適当に設定することにより所望の放射パター
ンを吏現する方法がある。この方法は、マイクロストリ
ップアンテナなど他のアンテナに比較して広１；シ域、
高効率なホーンアンテナをエレメントとして用いている
ので良好なアンテナ特性を維持したまま、所望の指向性
合成が可能である。

このようなアレイフィードを利用した場合に、異なるふ
たつの比較的離れた周波数で共用する反射鏡アンテナを
実現する方法として第８図や第９図の構成例が考えられ
ている。

第８図に示す反射鏡アンテナシステムは、低周波数用の
一次放射器２０１と高周波数用の一次放射器２０２、周
波数選択板２０３およびパラボラ反射鏡２０４からなる
。

低周波数用の一次放射器２０１は、給電部２０５および
ホーンアンテナ２０６を有し、高周波数用の一次放Ｑ・
Ｊ器２０２は、給電部２０７およびホーンアンテナ２０
８を有する。

この反射鏡アンテナシステムでは一次放射器を低周波数
用と高周波数用で完全に分離して配置し、高周波数を透
過させ、低周波数を反Ω・１させる性質の周波数選択板
２０３を用いることで同一のパラボラ反射２０４に電波
を吹付けるものである。

この反射鏡アンテナシステムは、一次放射器が独立であ
ることからホーンアンテナの構戊や励振分布の設定がふ
たつの周波数において独立に行え、各周波数帯で最適な
パターンが実現できる利点がある。しかし、ふたつの一
次放射器２０１、２０２と周波数選択板２０３が必ず必
要になるため重量やアンテナ全体の大きさの点で問題が
ある。また、ふたつの一次放射器２０１、２０２が離れ
て（７’Ａ−していることは電力を供給するための導波
管等を長くすることになり給電系における電力損失も大
きくなってしまうことになる。

箇９図の反射鏡アンテナシステムは、高周波用給電部２
］１、低周波用給電部２１２、分波器２１３、ホーンア
ンテナ２１４、パラボラ反射ｖｔ２１５を有する。

この反射鏡アンテナシステムでは、一次放射器のアンテ
ナをふたつの周波数で』（用し、分波器２】３によりふ
たつの周波数に分離して給電系を独立に構成するもので
ある。

この反射ｍアンテナシステムは、第８図の方法に比べて
大きさと重瓜を小さくすることができ、励振条件も独立
に設定できる。しかし、この場合には分波器２１３を含
む給電系が複雑になり、電力損失が大きいという欠点が
ある。また、ふたつの離れた周波数帯で所望の電気特性
を維持したホーンアンテナ２１４を構成することは難し
い。さらに、アンテナエレメントを共用しているという
制約により、所望の放射パターンを得ることが困難にな
る。

その一例について以下に説明する。第１０図は低周波数
４１｝のパターン合成の例について示す。図に示すよう
に、コンポーネントビームのクロスオーバー点を−３ｄ
Ｂ程度になるようにエレメントを配置することにより、
広いカバレッジに対応する合成パターンを形或すること
ができる。しかし、この場合に高周波数帯の合或パター
ンは第１１図に示すようにカバレッジ内にレベルの低い
部分が生じてしまう。この原因は、コンポーネントビー
ムのビーム間隔が周波数で変わらないのに対して、コン
ポーネントビームのビーム輻は同じ鏡面を共用している
ため高い周波数ほど狭くなりクロスオーバー点における
レベルが極端に小さくなるためである。第９図のように
アンテナエレメントを共用ずる場合には、このようなパ
ターン合或における問題を解決することは不可能である
。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来のアレイフィードを一次放η・↑
器とする２周波数共用反射鏡アンテナでは、アンテナ系
の重量や大きさが大きくなったり、給電系が反雑になり
電力損失が大きくなる欠点があった。また、アンテナエ
レメントを２周波数で共用することに起因するパターン
合或上の制約を解決することは困難である。

本発明は、上記問題点を解決し、簡単で電力損失が小さ
くなる構成、で、アンテナ系の大きさや重量を大きくす
ることなく、ふたつの周波数帯で独立のパターン合成が
可能で所望の合或パターンを実現する反射鏡アンテナの
アレイフィードを提供することを目的とする。

［発明の構或］ （課題を解決するための手段） 上記問題点を解決するために本発明は、円形導波管から
なる高周波数用の第１の円形ホーンアンテナの外側に、
第１の円形ホーンアンテナと同心で同軸導波管からなる
低周波数用の同軸ホーンアンテナを配設した複数の２周
波数共用ホーンアンテナと、前記２周波数共用ホーンア
ンテナの周囲に配設される円形導波管からなる高周波数
用の第２の円形ホーンアンテナであって、前記第１の円
形ホーンアンテナと該第２のホーンアンテナの間隔が前
記同軸ホーンアンテナ同志間の間隔よりも狭く配設され
た第２の円形ホーンアンテナとを具備する。

（作用） 低周波数帯には２周波数共用ホーンアンテナの中の同軸
ホーンアンテナ、高周波数シ；冫には２周波数共用ホー
ンアンテナの中の円形ホーンアンテナと２周波数共用ホ
ーンアンテナの間に配列された第２の円形ホーンアンテ
ナが設けられ、各周波数に対応する電波の送受が行われ
る。ふたつの周波数帯で独立にエレメントアンテナが構
成され、励振条件が独立に設定できる。また、低周波数
帯のエレメントの配列間隔に比べ高周波数帯のエレメン
ト間隔が狭くなっているので、ふたつの周波数帯で広い
カバレッジに対するビームを合成できる。

（実施例） 次に図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明のアレイフィードの外観を示す図である
。アレイフィードを構成するエレメントアンテナは、２
周波共用ホーンアンテナ１、２、３、４、５、６、７と
、第２の円形ホーンアンテナ８、９、１０、１１、１２
、１３である。ここで隣接する３個の２周波共川ホーン
アンテナの中央に必ず第２のＥＩＩ形ホーンアンテナが
存在するように配置する。２周波共用ホーンアンテナは
高周波数帯用の円形ホーンアンテナ２１、２２、２３、
２４、２５、２６、２７と、低周波数帯用同軸ホーンア
ンテナ３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７によ
り各々構戊される。ここで２周波共用ホーンアンテナの
中の円形ホーンアンテナ２１、２２、２３、２４、２５
、２６、２７と第２の円形ホーンアンテナ８、９、１０
、１１、１２、１３は同じ周波数で動作させる。２周波
共用ホーンアンテナ１、２、３、４、５、６、７は同軸
導体を円形導波管に置き換えた同軸導波管４２の一端を
開放したものであり、同軸導波管４２の外導体と同軸導
体の径を変えた筆２の同軸導波管５２に接続される。第
２の同軸導波管５２の中に設ける励振ブローブを給電す
るための平面回路は低周波給電部３０の中に納められる
。円形ホーンアンテナ２１、２２、２３、２４、２５、
２６、２７と第２の円形ホーンアンテナ８、９、１０，
１１、１２、１３は円形導波管６２の一端を開放したも
のである。円形導波管６２は円形ホーンアンテナ２２に
接続しており、このような円形導波管の中に設ける励振
ブローブを給電するための甲而回路は高周波給電部４０
の中に納められる。

このようにアレイフィードを構成することにより、低周
波数用アンテナの配置間隔より高周波数用のアンテナの
配置間隔を狭くすることができる。

このアレイによりビームを合或する場合、低周波数帯で
は第１０図に示すようなエレメントパターンに対して実
線に示すような合成バータンが得られ、高周波数４１｝
では第２図に示すようにエレメントパターンが低周波数
・１１シに比較して密に配置されるのでビームが細くな
るにもかかわらず広いカバレッジに対して有効なビーム
が合成できる。このように比較的広いビームをふたつの
周波数帯で実現することが＋ｉＪ能になる。

また、アンテナエレメント、給電系はふたつの周波数４
１｝において全く独立に構成されており、各々の周波数
において独立の励振分布を与え任意の形状のビームを成
形することが可能である。

さらに、一次放射器全体が非常にコンパクトになり重量
も小さくでき、衛星搭載などを考えた場合、大変都合が
良い。特に、給電系は平面同路により構成しているため
、任意の励振分布を与える給電回路が薄型で小さくなる
。ふたつの周波数帯の給電系が完全に分離されるため分
波器やフィルタなど電力損失の大きなコンポーネントが
給電系に不要になり、給電系全体の電力損失を著しく低
減できる。

第３図には第１図の丈施例の上面図、第４図には第１図
の実施例において第２図のＡ−Ｂで切断した場合の断面
図をそれぞれ示したものである。

ここで、第２のホーンアンテナ９、１２と、円形ホーン
アンテナ２７と同軸ホーンアンテナ３７により構成され
る２周波共用ホーンアンテナ７を例にとり説明する。

第２の円形ホーンアンテナ９、１２は、円形導波管６２
ａ，６２ｂの一端を開放したものであり、円形ホーンア
ンテナ２７は円形導波管６２ｃの一端を開放したもので
あり、同軸ホーンアンテナ３７は円形導波管６２ｃを同
軸導体とみなして形戊される同情導波管４２ａの一端を
開放したものである。ここで同軸導波管４２ａは外導体
、同軸導体の径の違う第２の同軸導波管５２ａに接続さ
れる。外専一体の内径と同軸導体の外径の和が同軸導波
管４２ａと第２の同軸導波管５２ａにおいて同じであれ
ば、このふたつの同軸導波管内の特性インピーダンスは
一定となり、ふたつの導波管における電波の伝達が整合
良く行える。

同軸導波管５２ａを励振するために低周波給電部３０を
設ける。低周波給電部３０の中には、ふたつの誘電体基
板８１、８２にエッチングにより導体膜のパターンを形
成し、重ねることによりトリプレートラインによる平面
回路を形成する。

間様に円形導波管６　２　ａ　ｓ　６　２　ｂ　ｓ　６
　２　ｃを励振するための高周波給電部４０の中には、
ふたつの誘電体乱盤８３、８４にエッチングにより導体
膜のパターンを形成し、重ねることによりトリプレート
ラインによる平面目路を形威している。

第５図、第６図には各々低周波給電部３０、高周波給電
部４０の平面同路の様子を示す図である。

第５図において６２ａ１・・・　６２ｍは円形噂波管で
あり、９２はトリプレートラインの中心導体のパターン
を示す。点９３にコネクタなどを接続することにより外
部への人出力を行う。

この平面同路により分配・合戊が行われ、各エレメント
への励振が行われる。ここで各エレメントへ分配された
線路の先端近くで同軸導波管内に線路を電気的に露出さ
せることにより同軸導波管内への？｛Ｓ波の伝達を行え
る。この平面回路の中には任意の分配比（合成比）を与
える電力分配器（電力合或器）や移ト目器などが容易に
でき、ビーム形成や低サイドローブ化のために任意の励
振分布をアンテナに設定できる。

また、同抽導波管出に電気的に露出する励振プローブを
互いに垂直になるようにふたつ設け、９０度の位相差で
励振することにより、容易に円偏波化が行える。さらに
、第２の同軸導波管５２ａで外導体の径を小さくし同軸
導体の径を大きくしたことにより、低周波給電部３０の
平面回路の配置するスペースが大きくなる利点がある。

励振プロープにおける整合性については、オープンスタ
ブにより励振点のリアクタンス成分が調整でき、線路輻
を変えた１７４波長変或器を設けることにょり励振点に
おける人力インピーダンスの大きさを調整できるので非
常に整合がとりやすい。

第６図に示す高周波用給電部４０の平面回路についても
低周波用給電部３０の平面回路と同様にトリプレートラ
インにより構威される。ここで９５は入出力コネクタの
位置、９４はトリプレートラインの中心導体である。こ
の線路の先端は円形導波管６２内に電気的に露出し、円
形導波菅内に電波が励起される。

以上に述べたように給電系はふたつの周波数とも薄型に
構成てき、任意の励振条件が設定できる。

この平面回路はトリプレートラインにより構成されてい
るので、ＭＭＩＣ化した移用器やＬＮＡ（低雑音増幅器
）　、ＨＰＡ　（高出力増幅器）を平面回路内に組込む
ことが可能である。この結果、電気信号によりビームを
走査したり、ビームの形状を状６とに応じて変化させた
りするなどの高度な機能をコンパクトな状態のまま実現
できる。なお、ここまでの説明において、平面回路に誘
電体基板を用いたが、この代りにハニカムなどの構造物
を用いても全く同桟の効東がある。また、トリプレート
ラインの代りにサスペンデットラインを用いてもかまわ
ない。

以上、反Ｉ・ｌ鏡アンテナにおいて、ビーム成形、低サ
イドローブ化などの要求に対して有効な一時放射器であ
るアレイフィードについて説明したが、本発明の構或は
直接放射型のアレイアンテナとしても有効である。

第７図は本発明を直接放身・Ｊ型のアレイアンテナとし
て利用した場合の上面図を示す。ここで１０１は同軸ホ
ーンアンテナ、１０２は円形ホーンアンテナであり、こ
のふたつにより２周波ノ（用アンテナが形成される。こ
の２周波共用アンテナを図に示すように規則正しく配列
し、互いに隣接する３個の２周波共用゛Ｔンテナの中央
に第２の円形ホーンアンテナ１０３がくるように配置す
る。同軸ホーンアンテナは低周波数帯で、円形ホーンア
ンテナと第２の円形ホーンアンテナは高周波数帯で動作
し、低周波数帯アンテナのアレイ間隔に対して高周波数
帯アンテナのアレイ間隔が狭くなる。

グレーティングローブを出さないようにしたり、最適の
アレイ利得を得ようとする場合には、アレイのエレメン
ト間隔をふたつの周波数で一定の波長間隔にすることが
要求される。本実施例の構成によりこのような要求を満
足することが可能でゐる。

［発明の効果］ 上記のような構成により、ふたつの周波数で動作する反
身・１鏡アンテナのアレイフィードを小型、軽量に構戊
でき、アンテナ系全体の大きさを小さくできる。また、
アレイフィードの各エレメントへの励振条件の設定がふ
たつの周波数に関して独立に行え、低いサイドローブ化
、ビーム或形などの各周波数帯の要求に合う最適な合成
パターンが得られる。給７じ系は平面回路により構戊さ
れ、薄型、小型化になり、任意の励振条件をエレメント
アンテナに与える給電回路が容易に形成できる。

また、ふたつの周波数帯の給電系が分離されているため
分波器などが不必要になり、低損失な給電系を構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一丈施例に係る２周波数共用アレイフ
ィードの斜視図、第２図は大施例におけるアレイフィー
ドの合成パターンとエレメントパターンの関係を示す図
、第３図は２周波数共用アレイフィードの上面図、第４
図は第３図におけるＡ−Ｂによる断面図、第５図は低周
波給電部の給電回路を示す図、第６図は高周波給電部の
給電回路を示す図、第７図は本発明の他の実施例に係る
直接放射型アレイアンテナの構成を示す図、第８図およ
び第９図は従来の反射鏡アンテナシステムを示す図、第
１０図および第１１図は従来例におけるアレイフィード
の合成パターンとエレメントパターンの関係を示す図で
ある。 １、２、３、４、５、６、７・・・・・・・・・２周波
数共用ホーンアンテナ ８、９、１０、１］、］２、１３・・・・・・・・・第
２の円形ホーンアンテナ ２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７・・・・・
・・・・高周波数帯用の円形ポーンアンテナ３１、３２
、３３、３４、３５．、３６、３７・・・・・・・・・
低周波数シ：シ用の同軸ホーンアンテナ３０・・・・・
・・・・低周波給電部 ４０・・・・・・・・・高周波給電部 １ １ １ ４２・・・・・・・・・同軸導波管 ５２・・・・・・・・・第２の同軸導波管６２・・・・
・・・・・円形導波管 ０１・・・・・・・・・同軸ホーンアンテナ０２・・・
・・・・・・円形ホーンアンテナ０３・・・・・・・・
・第２の円形ホーンアンテナ出別人　　　　　　株式会
社　東芝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）円形導波管からなる高周波数用の第１の円形ホー
   ンアンテナの外側に、第１の円形ホーンアンテナと同心
   で同軸導波管からなる低周波数用の同軸ホーンアンテナ
   を配設した複数の２周波数共用ホーンアンテナと、 前記２周波数共用ホーンアンテナの周囲に配設される円
   形導波管からなる高周波数用の第２の円形ホーンアンテ
   ナであって、前記第１の円形ホーンアンテナと該第２の
   円形ホーンアンテナの間隔が前記同軸ホーンアンテナ間
   の間隔よりも狭く配設された第２の円形ホーンアンテナ
   と、 を具備する２周波数共用アレイフィード。
2. （２）前記同軸導波管の外導体の内径よりも小さな内径
   の外導体を有し、前記第１の円形ホーンアンテナをつく
   る円形導波管の外径よりも大きな外径の同軸導体をもつ
   第２の同軸導波管を前記同軸導波管と接続し、前記第２
   の同軸導波管内に低周波数用の励振手段を設けた請求項
   第１項記載の２周波数共用アレイフィード。
3. （３）前記低周波数用の励振手段は、サスペンデッドラ
   インもしくはトリプレートラインを用いた平面回路によ
   り形成され、その一部が前記第２の同軸導波管内に電気
   的に露出している請求項第２項記載の２周波数共用アレ
   イフィード。
4. （４）前記円形導波管内に高周波数用の励振手段を設け
   、前記高周波数用の励振手段はサスペンデッドラインも
   しくはトリプレートラインを用いた平面回路により形成
   され、その一部が前記第２の同軸導波管内に電気的に露
   出している請求項第１項記載の２周波数共用アレイフィ
   ード。