JPH0365042B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0365042B2
JPH0365042B2 JP2016481A JP2016481A JPH0365042B2 JP H0365042 B2 JPH0365042 B2 JP H0365042B2 JP 2016481 A JP2016481 A JP 2016481A JP 2016481 A JP2016481 A JP 2016481A JP H0365042 B2 JPH0365042 B2 JP H0365042B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reflector
antenna
sinα
main
closed curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP2016481A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57135503A (en
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to JP2016481A priority Critical patent/JPS57135503A/en
Publication of JPS57135503A publication Critical patent/JPS57135503A/en
Publication of JPH0365042B2 publication Critical patent/JPH0365042B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/19Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、広角度範囲にわたりアンテナビーム
走査が可能であり、またマルチビームアンテナに
も利用できる高性能化された複反射鏡アンテナに
関するものである。 従来の複反射鏡アンテナをトーラスアンテナを
例にとつて説明する。 主反射鏡を固定したままでアンテナビーム走査
が可能な従来のトーラスアンテナを第1図に示
す。図において、1は主反射鏡面、3は給電ホー
ン(一次放射器)の位置、7はアンテナ開口面を
示す。 y−z面内の断面曲線4は、y−z面内の点2
0に焦点を有する放物線であり、主反射鏡面はそ
の放物線をy軸またはy−z面内でy軸とある角
度だけなすy′軸5を回転軸として回転して得られ
る鏡面として与えられる。従つて主反射鏡1を固
定したまま給電ホーン3を回転軸5を中心に回転
することにより、アンテナビームを広角度にわた
り走査することができる。 この構成のトーラスアンテナでは、給電ホーン
3から主反射鏡1を経て開口面7に至る光路長が
一定でないため収差(位相誤差)が生じ利得が低
下する欠点がある。 この欠点を除去するため、光路長が一定になる
様に、第2図に示すような副反射鏡2を付加した
トーラスアンテナによる検討も行なわれている。
〔クルーテル(R、Kreutel):衛生通信用20/
30GHz帯マルチビームトーラス反射鏡アンテナ
(Amultiple−beam Torus reflector antenna
for20/30GHz satellite communications
systems)、AIAA 6th Communications
Satellite Systems Conference No.76−302〕 しかし、上記のような従来のトーラスアンテナ
では、アンテナ開口面に投影された給電ホーンの
電界分布の写像が一般に“おにぎり形”に歪む欠
点がある。 第3図aは、第1図に示した従来のトーラスア
ンテナの写像の一例を示したものである。この場
合、一次放射器3の電界強度は、第3図bに示す
ような等レベル線が同心円になる分布を仮定して
いる。このように従来のトーラスアンテナではア
ンテナの給電ホーンの電界分布の写像が歪むた
め、交さ偏波特性や高次モードを利用した追尾特
性の劣化が生じるという欠点があつた。 また、衛星通信用地球局では、大口径の開口面
アンテナが用いられるが、この種のアンテナは一
般に衛星を追尾するために大口径の反射鏡系全体
を駆動するように構成されているので、大規模な
駆動装置が必要であるという欠点があつた。ま
た、台風などの強風時には、アンテナを固定して
鏡面を保護するため通信が跡絶えるという欠点が
あつた。 本発明は以上の点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は開口面上で収差が全くなく、給電
ホーンの電界分布の開口面へ投影された写像の歪
が極めて少なく、主反射鏡を固定したまま広角度
範囲にわたりビーム走査が可能な複反射鏡アンテ
ナを提供することにある。 本発明は、従来のトーラスアンテナの主反射鏡
断面曲線が放物線で与えられるのに対し、開口面
への写像が所望の写像になるような断面曲線を求
め、この断面曲線を開口面内にある回転軸又は開
口面と所定の角度を有する回転軸のまわりに回転
して形成された主反射鏡と、この主反射鏡にもと
づいて収差がなくなるように形成された副反射鏡
からなる新しい鏡面系を有し、従来のトーラスア
ンテナの有するビーム走査の特徴を損なうことな
く交さ偏波特性や高次モードによる追尾特性が優
れている点に特徴がある。 以下、実施例により本発明を詳細に説明する。 第4図は本発明にもとずく複反射鏡アンテナの
第1の実施例を示す概略構成図である。第1図お
よび第2図と同じ符号は第1,2図のものと同じ
ものを示す。第4図bは同図aのy−z面内での
断面図を示している。 本実施例のアンテナは、主反射鏡1、副反射鏡
2、および給電ホーン3により構成されている。
給電ホーン3から放射された電波は副反射鏡2で
反射され、さらに主反射鏡1で反射された後z方
向に進行し開口面7に至る。以上の構成および動
作は従来のアンテナと同じであるが、本実施例の
アンテナの主反射鏡面は、以下に述べる手順に従
つて設計されたy−z面内の断面曲線4をy−z
面内でy軸と一定の角度をなすy′軸5を回転軸と
して回転して得られる新規な鏡面を有している。 すなわち、従来のトーラスアンテナでは第4図
bの破線4′で示すような放物線で与えられたが、
本発明による断面曲線4はそれと異なつている。 その違いを大ざつぱに述べると、次のように云
うことができる。主反射鏡から副反射鏡に向かう
光線を延長すると、y−z面内において、波線で
示されている従来のトーラスアンテナでは一点A
で交わるのに対し、実線で示されている本発明に
よるアンテナでは一点で交わらない。 以下に、本発明の主反射鏡及び副反射鏡の鏡面
の設計方法について詳しく説明する。 第4図aにおいて、給電ホーン3の位相中心6
を頂点とする錐11(たとえば円錐)を考え、こ
の錐に沿う光線12が副反射鏡上の点13、主反
射鏡上の点14を経て開口面上の点15に至る
時、次の全ての条件を満足するように、主反射鏡
1及び副反射鏡2の鏡面を決定する。 主反射鏡面は断面曲線4をy′軸5を回転軸と
して回転した鏡面である。 点14と点15を結ぶ直線z軸に平行。 点14(及び点13)で、光の反射法則を満
足する。 開口面7上で位相誤差が生じない。即ち、焦
点6から開口面上の点15へ至る光路長が一
定。 開口面上の点15は、開口面上の所望の写像
16(たとえば円)の上に存在する。 なお、点14における光の反射法則と前記の
光路長一定の条件が満足されれば、点13におけ
る光の反射法則は自ずと満足される。 これらの条件〜を満足する鏡面は、次に示
すように、微分方程式を解くことにより決定でき
る。 第4図a又はbに示す座標系において、原点8
から給電ホーンの焦点6、副反射鏡上の点13、
主反射鏡上の点14までのベクトルをそれぞれ
Fe、B、Mとする。以後、記号→はベクトルを
表すものとする。主反射鏡の断面曲線4をy′−
z′座標系でz′=f(y′)で表すこととし、f′は
df(t)/dtを表すものとする。 主反射鏡面は断面曲線4をy′軸5を回転軸とし
て回転して得られる曲面であるから(前記の条件
)、y′軸とy軸のなす角をαとする時、ベクト
ルM→は次式で表せる。なお、以下のマトリクス a b cはae→x+be→y+ce→z を表わすものとする。但し、e→x、e→y、e→zはそ
れぞれx、y、z方向の単位ベクトルである。 M→=Xn yn zn=−f(t)sinη f(t)cosηsinα+tcosα f(t)cosηcosα−tsinα (1) ここで、t及びηは曲面を表わすための媒介変
数である。 主反射鏡上の点14における単位法線n→は になる。主反射鏡1から開口面7に至る光線はz
軸に平行であり(条件)、かつ主反射鏡上の点
14で光の反射法則を満足するから(条件)、
主反射鏡上の点14から副反射鏡上の点13に向
う単位ベクトルsは、 s→=−k→+2(n→・k→)n→=1/1+f
2−2sinη(cosηcosα+f′sinα) 2(cosηsinα−f′cosα)(cosηcosα+f′sinα) 2(cosηcosα+f′sinα)2−(1+f′2) ……(3) になる。ここでk→はz方向の単位ベクトルであ
る。点14と点13の距離をλとするとベクトル
B→は B→=M→+λs→ ……(4) で与えられる。 一方、光路長が常に一定長l0になるために(条
件)、λ及びB→は次式を満足する。 l0=−zn+λ+|B→−F→0| =−zn+λ+|M→+λs→−F→0| ……(5) 式(5)より λ=1/2・(l0+zn2−|M/→−F/→02/l0
+zn+s・(M−F0)……(6) が得られる。 式(6)を式(4)に代入してベクトルB→が得られる。 次に、焦点6を中心とし、焦点6から点10へ
至る方向を天頂方向とする極座標系をとり、天頂
方向からの角度をθ、x軸方向から測つた方位角
をとする。原点から点10へのベクトルをB→0
とするとき、θ及びは次式で与えられる。 cosθ=(B/→−F/→0)・(B/→0−F/→0
/|B−F0|・|B0−F0|……(7) cos=i→・(B/→−F/→0/sinθ・|B−F0| −B/→0−F/→0/tanθ・|B0−F0|)……(8) ここでi→はx方向の単位ベクトルである。 このような極座標系のθとを用いると、給電
ホーン3の位相中心6を頂点とする錐11は、θ
及びの関数C(θ、)=Oとして表わすことが
できる。 たとえば半頂角θbの直円錐の場合は C(θ、)=θ−θb=O ……(9) になる。 また、開口面7上の所望の写像16はxn及び
ynの関数H(xn、yn)=Oとして表せる。たとえ
ば、原点8を中心とする半径ρ0の円は、 H(xn、yn)=xn 2+yn 2−ρ0 2=O ……(10) と表わすことができる。 式(1)よりxn、ynは変数t及びηで表されるの
で、関数Hはt及びηの関数になる。また、前記
の式(1)、(3)、(6)を式(4)に代入することによりベク
トルBはt、η、f及びf′を用いて表すことがで
きる。このため、θとは式(7)、(8)よりt、η、
f及びf′で表すことができ、θ及びの関数であ
るCはt、η、f及びf′を用いて表せる。 次に、上記の関数HとCよりηを消去すること
によりt、f(t)及びdf(t)/dtの関数、即ちf (t)の常微分方程式が得られる。この常微分方
程式を解くことにより関数f(t)が得られる。
関数f(t)が得られると、この関数f(t)を前
記の式(1)、式(4)に代入することにより主反射鏡1
及び副反射鏡2の鏡面が決定する。 たとえば錐11が式(9)の直円錐であり、写像1
6が式(10)の円の場合、微分方程式は次式で表され
る。 f′2(K2H3-H2K3)+f′(K1H3-H1K3) +(K0H3−H0K3)=O ここで、K0、K1、K2、K3、H0、H1、H2およ
びH3は次式で与えられる。 K0=l0+Fz+2(cosηcos2α+sin2α)×{sinη
cosαxn+sinαcosα (cosα-1)(yn−Fy)+(cosηcos2α+sin2α)
(zn+Fz)} K1=2xnsinηsinα{2(cosη-1)cos2α+1}−2(
yn−Fy){cosη+2(cosη-1)2 sin2αcos2α}−4(zn−Fz)sinαcosα(cosη
-1)(cosηcos2α+sin2α) K2=l0+Fz−2sinαcosα(cosη−1){sinηsin
αxn−(sin2αcosη+cos2α)(yn−Fy) −(cosη−1)cosαsinα(zn−Fz)} K3=1/2{(l0+zn2−xn 2−(yn−Fy2−(z
n−Fz2} H0=−cosθb+cosθ0−2(cosηcos2α+sin2α){cos
ηcosαcos(θ0-α)-sinαsin(θ0-α)} H1=2sinθ0(cosηcos2α+sin2α)+2sinα(cosη-1)
{2cosηcos(θ0-α)cos2α+sinαsin(2α-θ0)} H2=−cosθb+cosθ0−(cosη-1)sin2α{cosηsinα
cos(θ0-α)+cosαsin(θ0-α)} H3=−cosθb・(l0+zn)+(yn−Fy)sinθ0+(
zn−Fz)cosθ0 但し、 η=cos-1{sinα(t・cosα−f(t)sinα)+
√f2(t)+t2−ρ0 2/cosα(f(t)cosα+t・si
nα)} F→0=O Fy Fz である。また、θ0は点6から点10へ至る方向と
z軸のなす角度を表す。この微分方程式は電子計
算機で容易に解くことができる。 次に、上記の設計方法により合成された鏡面の
一具体例を示す。本具体例では、鏡面の作成にあ
たつて、初期条件を下記のように設定する。 C(θ、)=θ−15.33゜ H(xn、yn)=xn 2+yn 2−(0.15)2=O θ0=O α=O l0=1.572 但し、 点9の座標は(O、O、−1) 点10の座標は(O、−0.263、−0.737) 点6の座標は(O、−0.263、−0.937) 上記の初期条件のもとで主反射鏡の断面曲線4
の座標(O、yn、zn)を求めると、第1表のよ
うになる。
The present invention relates to a high-performance double-reflector antenna that can scan an antenna beam over a wide angle range and can also be used as a multi-beam antenna. A conventional double-reflector antenna will be explained using a torus antenna as an example. FIG. 1 shows a conventional torus antenna that can scan the antenna beam while keeping the main reflecting mirror fixed. In the figure, 1 indicates the main reflecting mirror surface, 3 indicates the position of the feeding horn (primary radiator), and 7 indicates the antenna aperture surface. The cross-sectional curve 4 in the y-z plane is the point 2 in the y-z plane.
It is a parabola having a focal point at 0, and the main reflecting mirror surface is given as a mirror surface obtained by rotating the parabola around the y-axis or the y'-axis 5, which forms a certain angle with the y-axis in the y-z plane, as the rotation axis. Therefore, by rotating the feeding horn 3 around the rotation axis 5 while keeping the main reflecting mirror 1 fixed, the antenna beam can be scanned over a wide angle. The torus antenna having this configuration has the drawback that the optical path length from the feeding horn 3 to the aperture surface 7 via the main reflecting mirror 1 is not constant, resulting in aberrations (phase errors) and a decrease in gain. In order to eliminate this drawback, a torus antenna with a sub-reflector 2 as shown in FIG. 2 is also being considered so that the optical path length is constant.
[Kreutel (R, Kreutel): For sanitary communication 20/
30GHz band multi-beam torus reflector antenna
for20/30GHz satellite communications
systems), AIAA 6th Communications
Satellite Systems Conference No. 76-302] However, the conventional torus antenna as described above has the disadvantage that the mapping of the electric field distribution of the feeding horn projected onto the antenna aperture is generally distorted into a "rice ball shape". FIG. 3a shows an example of a mapping of the conventional torus antenna shown in FIG. In this case, the electric field strength of the primary radiator 3 is assumed to have a distribution in which equal level lines are concentric circles as shown in FIG. 3b. As described above, conventional torus antennas have the disadvantage that the mapping of the electric field distribution of the feeding horn of the antenna is distorted, resulting in deterioration of cross-polarization characteristics and tracking characteristics using higher-order modes. In addition, large-diameter aperture antennas are used in earth stations for satellite communications, and this type of antenna is generally configured to drive the entire large-diameter reflector system in order to track the satellite. The disadvantage was that a large-scale drive system was required. Additionally, during strong winds such as typhoons, the antenna was fixed to protect the mirror surface, resulting in a loss of communication. The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to have no aberration at all on the aperture surface, extremely little distortion of the mapping of the electric field distribution of the feeding horn projected onto the aperture surface, and to provide a main reflecting mirror. An object of the present invention is to provide a multi-reflector antenna capable of beam scanning over a wide angle range while being fixed. Whereas the main reflector cross-sectional curve of a conventional torus antenna is given by a parabola, the present invention calculates a cross-sectional curve that maps to the aperture plane as desired, and converts this cross-sectional curve into a shape that is within the aperture plane. A new mirror system consisting of a main reflecting mirror that is rotated around a rotational axis or a rotational axis that has a predetermined angle with the aperture surface, and a sub-reflecting mirror that is formed based on this main reflecting mirror to eliminate aberrations. It is characterized by excellent cross-polarization characteristics and tracking characteristics by higher-order modes without sacrificing the beam scanning characteristics of conventional torus antennas. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples. FIG. 4 is a schematic diagram showing a first embodiment of a double-reflector antenna according to the present invention. The same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 indicate the same parts as in FIGS. FIG. 4b shows a cross-sectional view in the yz plane of FIG. 4a. The antenna of this embodiment includes a main reflecting mirror 1, a sub-reflecting mirror 2, and a feeding horn 3.
The radio waves radiated from the feeding horn 3 are reflected by the sub-reflector 2, further reflected by the main reflector 1, and then proceed in the z direction to reach the aperture surface 7. The above configuration and operation are the same as those of the conventional antenna, but the main reflecting mirror surface of the antenna of this example is a cross-sectional curve 4 in the y-z plane designed according to the procedure described below.
It has a novel mirror surface obtained by rotating around the y' axis 5, which forms a constant angle with the y axis in the plane. In other words, in the conventional torus antenna, it is given by a parabola as shown by the broken line 4' in Figure 4b, but
The cross-sectional curve 4 according to the invention differs therefrom. The difference can be summarized as follows. If you extend the light ray from the main reflector to the sub-reflector, in the y-z plane, the conventional torus antenna shown by the wavy line will reach one point A.
On the other hand, in the antenna according to the present invention shown by a solid line, the antennas do not intersect at a single point. Below, a method for designing the mirror surfaces of the main reflecting mirror and the sub-reflecting mirror of the present invention will be explained in detail. In FIG. 4a, the phase center 6 of the feeding horn 3
Consider a cone 11 (for example, a cone) with the apex at The mirror surfaces of the main reflecting mirror 1 and the sub-reflecting mirror 2 are determined so as to satisfy the following conditions. The main reflecting mirror surface is a mirror surface rotated around the cross-sectional curve 4 with the y' axis 5 as the rotation axis. A straight line connecting points 14 and 15, parallel to the z-axis. Point 14 (and point 13) satisfies the law of reflection of light. No phase error occurs on the aperture surface 7. That is, the optical path length from the focal point 6 to the point 15 on the aperture surface is constant. A point 15 on the aperture plane lies on a desired mapping 16 (for example, a circle) on the aperture plane. Note that if the law of light reflection at point 14 and the above-mentioned condition of constant optical path length are satisfied, the law of light reflection at point 13 is naturally satisfied. A mirror surface that satisfies these conditions can be determined by solving differential equations as shown below. In the coordinate system shown in Figure 4 a or b, the origin 8
From the focal point 6 of the feeding horn, the point 13 on the sub-reflector,
The vectors up to point 14 on the main reflector are respectively
Let them be Fe, B, and M. Hereinafter, the symbol → represents a vector. The cross-sectional curve 4 of the main reflecting mirror is y′−
It is expressed as z′=f(y′) in the z′ coordinate system, and f′ is
Let df(t)/dt be expressed. Since the main reflecting mirror surface is a curved surface obtained by rotating the cross-sectional curve 4 about the y'-axis 5 as the rotation axis (the above condition), when the angle between the y'-axis and the y-axis is α, the vector M→ It can be expressed by the following formula. Note that the following matrix a b c represents ae→ x +be→ y +ce→ z . However, e→ x , e→ y , and e→ z are unit vectors in the x, y, and z directions, respectively. M = The unit normal n→ at point 14 on the main reflector is become. The light ray from the main reflecting mirror 1 to the aperture surface 7 is z
Since it is parallel to the axis (condition) and satisfies the law of reflection of light at point 14 on the main reflector (condition),
The unit vector s from point 14 on the main reflector to point 13 on the sub-reflector is s→=-k→+2(n→・k→)n→=1/1+f
2 −2 sin η (cos η cos α + f′ sin α) 2 (cos η cos α − f′ cos α) (cos η cos α + f′ sin α) 2 (cos η cos α + f′ sin α) 2 − (1 + f′ 2 ) ...(3). Here, k→ is a unit vector in the z direction. When the distance between points 14 and 13 is λ, vector B→ is given by B→=M→+λs→ ……(4). On the other hand, since the optical path length is always a constant length l 0 (condition), λ and B→ satisfy the following equation. l 0 =-z n +λ+ |B→-F→ 0 | =-z n +λ+ |M→+λs→-F→ 0 | ...(5) From equation (5), λ=1/2・(l 0 +z n ) 2 −|M/→−F/→ 0 | 2 /l 0
+z n +s·(M−F 0 )...(6) is obtained. Vector B→ is obtained by substituting equation (6) into equation (4). Next, a polar coordinate system is set with the focal point 6 as the center and the direction from the focal point 6 to the point 10 as the zenith direction, and the angle from the zenith direction is θ, and the azimuth angle measured from the x-axis direction is taken. The vector from the origin to point 10 is B→ 0
When, θ and are given by the following equations. cosθ=(B/→−F/→ 0 )・(B/→ 0 −F/→ 0 )
/|B−F 0 |・|B 0 −F 0 |……(7) cos=i→・(B/→−F/→ 0 /sinθ・|B−F 0 | −B/→ 0 −F /→ 0 /tanθ・|B 0 −F 0 |)...(8) Here, i→ is a unit vector in the x direction. Using θ in such a polar coordinate system, the cone 11 whose apex is the phase center 6 of the feeding horn 3 is θ
and can be expressed as a function C(θ,)=O. For example, in the case of a right circular cone with half apex angle θ b , C(θ, )=θ−θ b =O (9). Also, the desired mapping 16 on the aperture plane 7 is x n and
It can be expressed as a function of y n H(x n , y n )=O. For example, a circle with radius ρ 0 centered on the origin 8 can be expressed as H(x n , yn )=x n 2 + yn 2 −ρ 0 2 =O (10). From equation (1), x n and y n are expressed by the variables t and η, so the function H becomes a function of t and η. Furthermore, by substituting the above equations (1), (3), and (6) into equation (4), vector B can be expressed using t, η, f, and f'. Therefore, from equations (7) and (8), θ is t, η,
It can be expressed by f and f', and C, which is a function of θ, can be expressed using t, η, f and f'. Next, by eliminating η from the above functions H and C, the functions of t, f(t) and df(t)/dt, that is, the ordinary differential equation of f(t) are obtained. A function f(t) is obtained by solving this ordinary differential equation.
Once the function f(t) is obtained, by substituting this function f(t) into the above equations (1) and (4), the main reflecting mirror 1
And the mirror surface of the sub-reflector 2 is determined. For example, cone 11 is a right circular cone in equation (9), and map 1
If 6 is the circle of equation (10), the differential equation is expressed by the following equation. f' 2 (K 2 H 3 -H 2 K 3 ) + f' (K 1 H 3 -H 1 K 3 ) + (K 0 H 3 -H 0 K 3 )=O Here, K 0 , K 1 , K 2 , K 3 , H 0 , H 1 , H 2 and H 3 are given by the following equations. K 0 = l 0 + F z +2 (cos η cos 2 α + sin 2 α) × {sin η
cosαx n +sinαcosα (cosα-1)(y n −F y )+(cosηcos 2 α+sin 2 α)
(z n +F z )} K 1 =2x n sinηsinα{2(cosη-1)cos 2 α+1}−2(
y n −F y ) {cosη+2(cosη-1) 2 sin 2 αcos 2 α}−4(z n −F z ) sinαcosα(cosη
-1)(cosηcos 2 α+sin 2 α) K 2 =l 0 +F z −2sinαcosα(cosη−1) {sinηsin
αx n −(sin 2 αcosη+cos 2 α) (y n −F y ) −(cosη−1)cosαsinα(z n −F z )} K 3 = 1/2 {(l 0 +z n ) 2 −x n 2 −(y n −F y ) 2 −(z
n −F z ) 2 } H 0 = −cosθ b +cosθ 0 −2(cosηcos 2 α+sin 2 α){cos
ηcosαcos(θ 0 -α)-sinαsin(θ 0 -α)} H 1 =2sinθ 0 (cosηcos 2 α+sin 2 α)+2sinα(cosη-1)
{2cosηcos(θ 0 -α)cos 2 α+sinαsin(2α-θ 0 )} H 2 =−cosθ b +cosθ 0 −(cosη-1)sin2α{cosηsinα
cos(θ 0 -α)+cosαsin(θ 0 -α)} H 3 =−cosθ b・(l 0 +z n )+(y n −F y ) sinθ 0 + (
z n −F z ) cosθ 0 However, η=cos −1 {sinα(t・cosα−f(t)sinα)+
√f 2 (t) + t 2 −ρ 0 2 /cosα(f(t)cosα+t・si
nα)} F→ 0 = O F y F z . Further, θ 0 represents the angle between the direction from point 6 to point 10 and the z-axis. This differential equation can be easily solved using an electronic computer. Next, a specific example of a mirror surface synthesized by the above design method will be shown. In this specific example, when creating a mirror surface, initial conditions are set as follows. C(θ,)=θ−15.33゜H(x n , y n )=x n 2 +y n 2 −(0.15) 2 =O θ 0 =O α=O l 0 =1.572 However, the coordinates of point 9 are (O, O, -1) The coordinates of point 10 are (O, -0.263, -0.737) The coordinates of point 6 are (O, -0.263, -0.937) Under the above initial conditions, the cross-sectional curve of the main reflector 4
The coordinates (O, y n , z n ) of are determined as shown in Table 1.

【表】 本発明により得られた第4図bで示される断面
曲線4により構成されるアンテナの放射指向性の
計算結果を第5図に示す。この図は、第3図と同
様に、アンテナビームの形状を等レベル線を用い
て表したもので、給電ホーン3の指向性は第3図
bのような円形のビームを仮定している。この場
合、アンテナビームは第3図aのように歪むこと
なくほぼ円形になつている。 上記のようにして形成された本実施例のアンテ
ナにおいて、ビーム走査をx−z面内で行なう場
合には、y′軸とy軸を一致させればよい。また、
本アンテナを固定衛星通信の地球局アンテナとし
て用いる場合は、地球局の緯度からy′軸とy軸の
なす角度を決定し、衛星軌道に沿つてビーム走査
を行なうことができる。この場合その角度は10゜
を超えることはなく、たとえば緯度30゜に位置す
る地球局の場合は約4゜である。 また、本実施例のアンテナにおいては、開口面
での写像16が点8を中心とし、x軸方向に長い
楕円になる鏡面を用いることにより、衛星軌道に
垂直な方向に長い楕円形のアンテナビームが得ら
れ、この方向への追尾を省略する簡易な方式も考
えられる。 なお、第4図aにおいて、主反射鏡1の輪かく
は矩形状に描かれているが、これは本質的なこと
ではなく、円形あるいは楕円形のものであつても
よい。 第6図は本発明の複反射鏡アンテナをマルチビ
ームアンテナとして用いた場合の一応用例を示し
ている。 主反射鏡1が、y′軸5を回転軸とする回転体で
あるから、給電ホーン3及び副反射鏡2の位置関
係を保つたままこれらをy′軸のまわりに回転させ
た位置に配置し、これらを固定することにより、
光学的には何ら特性の変化することなく複数のア
ンテナビームを構成することができる。例えば、
副反射鏡2,2′,2″と給電ホーン3,3′,
3″を図示されているように、対で配置すればよ
い。また、これらの給電ホーン3,3′,3″及び
副反射鏡2,2′,2″をy′軸を中心に移動するこ
とにより、ビーム偏移形のマルチビームアンテナ
として使用することもできる。 本発明の他の応用例を第7図に示す。主反射鏡
1及び副反射鏡2は先の本実施例と同様にして設
計された鏡面を有し、光線は焦点6で集光されて
いる。鏡面17,18は、従来と同様に設計され
る回転軸が平行な2枚の回転放物面鏡であり、焦
点6から発する光線は再び次の焦点19に集光さ
れる。焦点19は、主反射鏡の鏡面の回転軸5上
に位置しており、給電ホーン3はその中心軸が軸
5に一致するように置かれている。 この応用例では、副反射鏡2及び2枚の回転放
物面鏡17,18を用いたビーム給電反射鏡、す
なわち第7図で点線で囲まれた部分Aを軸5を中
心に回転することにより、主反射鏡1のみなら
ず、給電ホーン3の位置を固定したままアンテナ
ビームを広角度にわたり走査することができる。 以上説明したように、本発明による複反射鏡ア
ンテナによれば、アンテナ放射ビームの形を成形
できるという効果がある。また、本発明によるア
ンテナにおいては、主反射鏡の回転軸のまわりに
副反射鏡及び波源を回転することにより、主反射
鏡を固定したまま成形されたアンテナビームを特
性の劣化なく走査でき、またビーム偏移の可能な
マルチビームアンテナが得られるという効果があ
る。さらに、給電ホーンの放射ビームの形と本ア
ンテナの放射ビームの形をほぼ相似にすることが
できるので、交さ偏波特性や高次モードによる追
尾特性を良くすることができるという効果もあ
る。 本発明によるアンテナは、上記のような効果を
有するので、衛星通信地球局の大口径アンテナな
どに有効である。
[Table] FIG. 5 shows the calculation results of the radiation directivity of the antenna constituted by the cross-sectional curve 4 shown in FIG. 4b obtained according to the present invention. Similar to FIG. 3, this figure shows the shape of the antenna beam using equilevel lines, and assumes that the directivity of the feeding horn 3 is a circular beam as shown in FIG. 3b. In this case, the antenna beam is almost circular without distortion as shown in FIG. 3a. In the antenna of this embodiment formed as described above, when beam scanning is performed in the xz plane, the y' axis and the y axis may be aligned. Also,
When this antenna is used as an earth station antenna for fixed satellite communication, the angle between the y' axis and the y axis can be determined from the latitude of the earth station, and beam scanning can be performed along the satellite orbit. In this case, the angle does not exceed 10°, for example approximately 4° for an earth station located at 30° latitude. In addition, in the antenna of this embodiment, by using a mirror surface in which the mapping 16 on the aperture plane is centered at point 8 and becomes an ellipse long in the x-axis direction, the antenna beam becomes an ellipse long in the direction perpendicular to the satellite orbit. is obtained, and a simple method that omit tracking in this direction is also conceivable. Although the ring of the main reflecting mirror 1 is drawn in a rectangular shape in FIG. 4a, this is not essential and may be circular or elliptical. FIG. 6 shows an example of application in which the multi-reflector antenna of the present invention is used as a multi-beam antenna. Since the main reflecting mirror 1 is a rotating body with the y'-axis 5 as the rotation axis, the feeding horn 3 and the sub-reflecting mirror 2 are placed in a position rotated around the y'-axis while maintaining their positional relationship. By fixing these,
Optically, a plurality of antenna beams can be configured without any change in characteristics. for example,
Sub-reflector 2, 2', 2'' and feeding horn 3, 3',
3" may be arranged in pairs as shown in the figure. Also, these feeding horns 3, 3', 3" and sub-reflectors 2, 2', 2" may be moved around the y' axis. Accordingly, it can also be used as a beam-shifting multi-beam antenna.Another application example of the present invention is shown in Fig. 7.The main reflector 1 and the sub-reflector 2 are the same as in the previous embodiment. The mirror surfaces 17 and 18 are two parabolic mirrors of revolution with parallel axes of rotation designed in the same way as before, and the light rays are focused at a focal point 6. The light beam emitted from the main reflector 6 is again focused on the next focal point 19. The focal point 19 is located on the rotation axis 5 of the mirror surface of the main reflecting mirror, and the feeding horn 3 is arranged so that its center axis coincides with the axis 5. In this application example, a beam feeding reflector using a sub-reflector 2 and two parabolic mirrors 17 and 18, that is, a portion A surrounded by a dotted line in FIG. By rotating around , it is possible to scan the antenna beam over a wide angle while fixing the positions of not only the main reflector 1 but also the feeding horn 3. As described above, the double reflector antenna according to the present invention According to the method, there is an effect that the shape of the antenna radiation beam can be shaped.Furthermore, in the antenna according to the present invention, by rotating the sub-reflector and the wave source around the rotation axis of the main reflector, the main reflector can be shaped. This has the advantage of being able to scan a fixed shaped antenna beam without deteriorating its characteristics, and also providing a multi-beam antenna that can shift the beam.Furthermore, the shape of the feeding horn's radiation beam and the radiation beam of this antenna can be Since the shapes can be made almost similar, there is also the effect that cross polarization characteristics and tracking characteristics by higher-order modes can be improved.The antenna according to the present invention has the above-mentioned effects, so Effective for large-diameter antennas of satellite communications earth stations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図はそれぞれ従来のトーラス
アンテナの具体例を示す構成図、第3図は従来の
トーラスアンテナの放射指向性を説明するための
説明図、第4図は本発明による第1の実施例を示
す構成図、第5図は本発明による複反射鏡アンテ
ナの放射指向性図、第6図および第7図はそれぞ
れ本発明の応用例を示す構成図である。 1……主反射鏡、2……副反射鏡、3……給電
ホーン、4……主反射鏡の断面曲線、5……軸、
6……位相中心、7……開口面、8……原点、1
1……錐、12……光線、16……写像。
1 and 2 are block diagrams showing specific examples of conventional torus antennas, FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the radiation directivity of the conventional torus antenna, and FIG. FIG. 5 is a radiation directivity diagram of a double-reflector antenna according to the present invention, and FIGS. 6 and 7 are configuration diagrams showing application examples of the present invention. 1... Main reflecting mirror, 2... Sub-reflecting mirror, 3... Feeding horn, 4... Cross-sectional curve of main reflecting mirror, 5... Axis,
6...Phase center, 7...Aperture plane, 8...Origin, 1
1...cone, 12...ray, 16...mapping.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 回転対称な面の一部よりなる主反射鏡と、少
なくとも1つの副反射鏡と、少なくとも1つの波
源を有する複反射鏡アンテナにおいて、開口面上
に原点を置いた座標系を用い、その原点から前記
主反射鏡の鏡面へのベクトルをM→、該原点から前
記副反射鏡の鏡面へのベクトルをB→としたとき、
該ベクトルM→およびB→がそれぞれ下記の(1)式、(2)
式で与えられ、かつ該(1)式、(2)式のf(t)が前
記波源の開口上の1つの閉曲線C1を通る電波通
路と、アンテナ開口面上の1つの閉曲線C2を通
る電波通路が一致する条件によりつくられた微分
方程式の解によつて実質的に決められた主反射鏡
および副反射鏡を具備した複反射鏡アンテナ。 M→=−f(t)sinη f(t)cosηsinα+tcosα f(t)cosηcosα−tsinα ……(1) B→=M→+λs→ ……(2) 但し、 s→=1/1+f′(t)2−2sinη(cosηcos
α+f′(t)sinα) s→=1/1+f′(t)2−2sinη(cosηcos
α+f′(t)sinα) 2(cosηsinα−f′(t)cosα)(cosηcosα+f′
(t)sinα) s→=1/1+f′(t)2−2sinη(cosηcos
α+f′(t)sinα) 2(cosηsinα−f′(t)cosα)(cosηcosα+f′
(t)sinα) 2(cosηcosα+f′(t)sinα)2−(1+f′(t)
2) λ=1/2・(l0+f(t)cosηcosαts
inα)2−|M/→−F/→02/l0+f(t)cosηco
sα−tsinα+s・(M−F0) ここで、tおよびηは曲面を表わす媒介変数、
αは主反射鏡の回転軸とアンテナ開口面との角
度、l0は波源から副・主反射鏡を経てアンテナ開
口面に至る電波通路長、F→0は原点から給電ホー
ンの焦点までのベクトル、f′(t)はdf(t)/dtで
あ る。 2 前記閉曲線C1と閉曲線C2が相似であること
を特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載の複
反射鏡アンテナ。 3 前記閉曲線C1は円であり、閉曲線C2は楕円
であることを特徴とする前記特許請求の範囲第1
項記載の複反射鏡アンテナ。
[Claims] 1. In a multi-reflector antenna having a main reflector made up of a part of a rotationally symmetrical surface, at least one sub-reflector, and at least one wave source, coordinates with the origin placed on the aperture plane Using a system, when the vector from the origin to the mirror surface of the main reflecting mirror is M→, and the vector from the origin to the mirror surface of the sub-reflecting mirror is B→,
The vectors M→ and B→ are expressed by the following equations (1) and (2), respectively.
and f(t) in equations (1) and (2) define a radio wave path passing through one closed curve C 1 on the aperture of the wave source and one closed curve C 2 on the antenna aperture. A multi-reflector antenna comprising a main reflector and a sub-reflector that are substantially determined by the solution of a differential equation created under the condition that the radio wave paths are matched. M→=−f(t) sinη f(t) cosηsinα+tcosα f(t) cosηcosα−tsinα ……(1) B→=M→+λs→ ……(2) However, s→=1/1+f′(t) 2−2sinη (cosηcos
α+f′(t)sinα) s→=1/1+f′(t) 2 −2sinη(cosηcos
α+f′(t)sinα) 2(cosηsinα−f′(t)cosα)(cosηcosα+f′
(t) sinα) s→=1/1+f′(t) 2 −2sinη(cosηcos
α+f′(t)sinα) 2(cosηsinα−f′(t)cosα)(cosηcosα+f′
(t) sinα) 2 (cosηcosα+f′(t) sinα) 2 −(1+f′(t)
2 ) λ=1/2・(l 0 +f(t)cosηcosαts
inα) 2 −|M/→−F/→ 0 | 2 /l 0 +f(t)cosηco
sα−tsinα+s・(M−F 0 ) Here, t and η are parameters representing the curved surface,
α is the angle between the rotation axis of the main reflector and the antenna aperture, l 0 is the radio wave path length from the wave source to the antenna aperture via the secondary and main reflectors, and F→ 0 is the vector from the origin to the focal point of the feeding horn. , f'(t) is df(t)/dt. 2. The multi-reflector antenna according to claim 1, wherein the closed curve C 1 and the closed curve C 2 are similar. 3. The first claim, wherein the closed curve C 1 is a circle, and the closed curve C 2 is an ellipse.
Multi-reflector antenna described in section.
JP2016481A 1981-02-16 1981-02-16 Double reflecting mirror antenna Granted JPS57135503A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016481A JPS57135503A (en) 1981-02-16 1981-02-16 Double reflecting mirror antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016481A JPS57135503A (en) 1981-02-16 1981-02-16 Double reflecting mirror antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57135503A JPS57135503A (en) 1982-08-21
JPH0365042B2 true JPH0365042B2 (en) 1991-10-09

Family

ID=12019510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016481A Granted JPS57135503A (en) 1981-02-16 1981-02-16 Double reflecting mirror antenna

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS57135503A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61182303A (en) * 1985-02-07 1986-08-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Offset type dual reflection mirror antenna

Also Published As

Publication number Publication date
JPS57135503A (en) 1982-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3922682A (en) Aberration correcting subreflectors for toroidal reflector antennas
US4298877A (en) Offset-fed multi-beam tracking antenna system utilizing especially shaped reflector surfaces
JPS6311806B2 (en)
US4535338A (en) Multibeam antenna arrangement
JPH0359603B2 (en)
JPH0352682B2 (en)
JPH0359602B2 (en)
US4491848A (en) Substantially frequency-independent aberration correcting antenna arrangement
JPH0373171B2 (en)
US4109253A (en) Method and apparatus for substantially reducing cross polarized radiation in offset reflector antennas
JPH0365042B2 (en)
JPS603210A (en) Antenna in common use for multi-frequency band
JPS62154905A (en) Multibeam antenna
JP2605939B2 (en) Multi-beam antenna
JP2643560B2 (en) Multi-beam antenna
JP2539104B2 (en) Antenna device
JP2710416B2 (en) Elliptical aperture double reflector antenna
JPS60264106A (en) Antenna using shaped reflection mirror
JP2822768B2 (en) Antenna device
JPS5939104A (en) Shaped beam antenna
JPS6129569B2 (en)
JPH09246855A (en) Spherical mirror antenna
JPH053762B2 (en)
JPS6129570B2 (en)
Werntz et al. A high-gain trireflector antenna configuration for beam scanning