JPH04100302A

JPH04100302A - マルチビームアンテナ

Info

Publication number: JPH04100302A
Application number: JP21770990A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Marumoto; 恒久丸本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-08-18
Filing date: 1990-08-18
Publication date: 1992-04-02

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〕本発明は１台のアンテナで複数個の静止軌道上の衛星と
同時に通信可能としたマルチビームアンテナに関する。

〔従来の技術〕

従来のマルチビームアンテナとして、例えば鏡面を全面
トーラス曲面としたトーラスアンテナがある。例えば、
４ビームの場合のトーラスアンテナの一例を第４図に示
す。同図に示すように、反射！１は、中心軸４の放物線
からなる母曲線７を有し、この母曲線７と前記中心軸４
を含む平面内の直線（トーラス回転軸）５を中心に、母
曲線７を回転させることにより得られるトーラス曲面で
構成されている。

そして、この反射鏡工に対して複数個の一次放射器２１
〜２４を配設し、これら一次放射器２１〜２４から発せ
られた電波は、反射鏡１により反射され、それぞれ同一
平面内の異なった方向３１〜３４にビームを形成する。

〔発明が解決しようとする課題］しかし、トーラスアンテナは開口面位相誤差が大きく、
位相能率が低いという問題がある。この問題を解消する
ため、トーラスアンテナでは次の２つの対策が取られて
いる。すなわち、第１はアンテナ開口面積を大きくする
ことにより、アンテナ利得を確保する対策である。また
、第２はトーラス母曲線７の放物線焦点距離を長くとる
ことにより、位相誤差をなるべく小さくし、位相能率の
低下を抑制しようとする対策である。

しかしながら、これらの対策では、いずれか−方あるい
は両方の対策をとるにしろ、反射鏡ｌが大きくなること
は避けられず、この結果アンテナの設置面積が必然的に
大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、トーラスアンテナの根本的な問題とな
っている位相誤差を改善することにより、より小さな設
置面積のマルチビームアンテナを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のマルチビームアンテナは、反射鏡をトーラス曲
面部と、その両側に配設したパラボラ曲面部とで構成し
ている。

例えば、トーラス曲面部は、放物線を母曲線とし、この
放物線と放物線の中心軸を含む平面内の直線を中心とし
て両側に一定角だけ回転させて構成し、またパラボラ曲
面部は、前記回転によりそれぞれ移動された放物線を、
この放物線の中心軸を中心としてそれぞれ回転させるこ
とにより形成される回転放物面の一部で構成する。

〔作用〕

本発明によれば、反射鏡を３つの曲面部で構成すること
で、小面積の反射鏡を用いても給電点を反射鏡の焦点に
近接でき、位相誤差を抑制しかつ高利得を得ることが可
能となる。

〔実施例］次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明を４ビームのマルチビームアンテナに適
用した一実施例である。同図において、１は反射鏡であ
り、これに対向して４個の一次放射器２１〜２４を配置
している。前記一次放射器２１から発せられた電波は反
射鏡１により反射され、符号３１の方向にビームを形成
する。同様に、一次放射器２２〜２４から発せられた電
波は、反射鏡１により反射され、それぞれ符号３２〜３
４の方向にビームを形成している。

前記反射鏡Ｉは３つの異なる曲面、すなわちトーラス曲
面部１１．第１パラボラ曲面部１２．第２パラボラ曲面
部１３で構成され、トーラス曲面部１１を中心に、その
両側に第１および第２のパラボラ曲面部１２．１３を配
設し、これらを接合することによりできた複合鏡面とな
っている。前記各曲面部はそれぞれ次のように構成され
る。

（Ａ）　トーラス曲面部放物線からなる母曲線７を、トーラス回転軸５を中心に
して両側に一定角（鏡面分割角）βだけ回転することに
より形成されるトーラス曲面で構成される。

ただし、回転軸５は母曲線７および母曲線７の中心軸４
を含む平面内の直線とする。

（Ｂ）第１パラボラ曲面部鏡面境界線７Ａの中心軸６Ａを中心に、鏡面境界線７Ａ
を回転させることにより作られる回転放物面の一部で構
成される。

ただし、鏡面境界線７Ａはトーラス曲面部の回転により
母曲線７が移動した放物線の１つである。

（Ｃ）第２パラボラ曲面部鏡面境界線７Ｂの中心軸６Ｂを中心に、鏡面境界線７Ｂ
を回転させることにより作られる回転放物面の一部で構
成される。

ただし、鏡面境界線７Ｂはトーラス曲面部の回転により
母曲線７が移動した放物線の１つである。

以上のように構成された各曲面部においては、トーラス
曲面部１１と第１パラボラ曲面部１２および第２パラボ
ラ曲面部１３の曲面は、それぞれ鏡面境界線７Ａ、鏡面
境界線７Ｂの両側で１次の微係数まで連続であり、鏡面
は滑らかに接合して形成される。

一方、前記４個の一次放射器２１〜２４は、母曲線７の
焦点Ｆをトーラス回転輪５０回りに回転することにより
作られる。円弧状のトーラス焦点線９に沿った位置に配
置され、かつそれぞれ所望の方向３１〜３４にビームを
出せるような向きに設定される。

次にこのアンテナがトーラスアンテナに比べ、高利得が
得られる理由を述べる。

第２図は本発明のアンテナとトーラスアンテナとの比較
図である。ここでは、説明を簡単にするため、一次放射
器２１を１つだけ配置した場合を示している。

第２図（ａ）において、アンテナ鏡面は鏡面分割角±β
を境として、トーラス曲面部１１、第１パラボラ曲面部
１２、第２パラボラ曲面部１３に分けられる。ここで、
第１パラボラ曲面部１２と第２パラボラ曲面部１３の焦
点はそれぞれ図中の点ＦＡ、Ｆ、であり、またトーラス
曲面部１１の焦点は厳密な意味では存在しておらず、言
わば円弧Ｆ、上に分散している。

これに対し、従来のトーラスアンテナでは、同図（ｂ）
のように、点ＦＡ９点Ｆ、のような厳密な焦点は一切な
く、円弧ＦＴ′上に分布しており、この円弧Ｆア′は本
発明のアンテナの円弧ＦＴに比べ、かなり広範囲になっ
ている。

いま、第２図（ａ）のように、点ＰＦ上に一次放射器２
１を置いた場合、その照射領域は鏡面の種類に応じて次
のように分類される。

領域ａ、ニドーラス曲面部１１の照射領域領域ａ２　：
第１パラボラ曲面部１２の照射領域領域ａ３　：第２パ
ラボラ曲面部１３の照射領域したがって、領域ａＺ＋ａ
２の焦点はそれぞれ点Ｆａ、Ｆｍであり、領域ａ１の焦
点は円弧ＦＴ上に分布している。

第２図（ｂ）のトーラスアンテナにおいても、仮想的に
鏡面を分割角±βで分けることにより、前記領域ａｌ　
ｒ　　ａｘ　ｌ　　ａ３に対応する領域ａ。

ａ％＋　　ａ３′を構成することができる。なお、領域
ａｌ’、　　　’、ａｘ’の焦点はそれぞれ円ｌ弧Ｆｙ＋　　、　　ＦＴ□Ｚ　　ＦＴ％上に分布してい
る。

ここで、本発明によるアンテナと従来のトーラスアンテ
ナの焦点の対応関係を見ると、従来のトーラスアンテナ
においては、領域ａｘ’、ａ３の焦点は円弧ＦＴ！’　
＋　　ＦＴ３′に広く分布しているのに対し、本発明の
アンテナでは領域ａＺ＋８３に焦点は点ＦＡ、Ｆｌとな
っている。

ところで、鏡面アンテナにおいては、一般に給電点が鏡
面の焦点に近いほど、位相誤差が小さくなり、高利得が
得られる。この原則に基づいて焦点の対応関係を見直す
と、従来のトーラスアンテナでは円弧ＦＴ、’　＋　Ｆ
ア、′上に分散していた焦点が本発明によるアンテナで
は点ＦＡ、Ｆｉに集約され、給電点ＰＦに近づいた分だ
け有利になっていることが分る。

なお、以上の説明ではビーム方向が１つの場合であるが
、実際にアンテナを設計するに際しては、例えば４ビー
ムアンテナならば、全体のバランスを考えて４つのビー
ムの利得を同程度にする必要がある。

次に実際に計算した結果をもとに、鏡面分割角βの決定
方法を説明する。

第３図はビーム偏向角δと利得の関係を表したグラフで
あり、ａはパラボラアンテナの特性、ｂ〜ｅは本発明の
マルチビームアンテナの特性、ｒは従来のトーラスアン
テナの特性をそれぞれ示している。なお、ｂ　−ｅで示
す本発明のマルチビームアンテナでは、鏡面分割角βを
それぞれ２．３゜４．６　＠、　　６．９＠、　　９．
２＠に設定している。

また、アンテナ開口の大きさ、母曲線焦点距離の大きさ
、および周波数はａ〜ｆのいずれの場合も同じで、次の
通りである。

アンテナ開口　　　：　２２００Ｘ１６００　ｎａ＋２
母曲線焦点距Ｍ　　　：　１３００ｓ＋ｍ周波数　　　
　　　：　１２．５Ｇ　Ｈ２ここで、第３図から明らか
なように、本発明のマルチビームアンテナでは、βが小
さいほどパラボラアンテナの特性に、βが大きいほど従
来のトーラスアンテナの特性にそれぞれ近くなっている
。

最適な鏡面分割角βの値は、どの方向の衛星を狙うかに
よって異なる０例えば、いま、マルチビームアンテナの
ターゲットをδ＝±２．２５”とδ＝±６．７５°にあ
る４個の衛星とした場合、δ＝２．２５゜とδ＝６．７
５°付近で、同程度の利得となるのが望ましいから、β
の値は６．９（ｅ線）近辺が適当である。β＝６．９°
の場合の本発明のマルチビームアンテナと、従来のトー
ラスアンテナとを比較すると、δ＝２．２５’では０．
６ｄＢ、δ＝６．７５”では０．８ｄＢ程度の改善が認
められる。また、−８゜≦δ≦８°では、常に本発明の
アンテナ利得がトーラスアンテナのそれを上回っており
、最大で約１．０ｄＢ（δ＝±５″のとき）の、また最
小でも０．４ｄＢ（δ−±０°のとき）の利得上昇が認
められる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、反射鏡をトーラス曲面部
と、その両側に設けたパラボラ曲面部とで構成している
ので、アンテナ能率を改善してアンテナ利得を向上させ
、しかもより小さい設置面積でのマルチビームアンテナ
が実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマルチビームアンテナの模式的な斜視
図、第２図（ａ）および（ｂ）は本発明と従来の各マル
チビームアンテナの構成の相違を示す平面図、第３図は
本発明と従来のマルチビームアンテナの各ビーム偏向特
性図、第４図は従来のマルチビームアンテナの模式的な
斜視図である。Ｉ・・・反射鏡、４・・・母曲線中心軸、５・・・トー
ラス回転軸、６Ａ、６Ｂ・・・鏡面境界線中心軸、７・
・・母曲線、７Ａ、７Ｂ・・・鏡面境界線、９・・・ト
ーラス焦点線、１１・・・トーラス曲面部、１２・・・
第１パラボラ曲面部、１３・・・第２パラボラ曲面部、
２１〜２４・・・一次放射器、３１〜３４・・・ビーム
方向。第１図（ａ）第２図（ｂ）２１〜２４−シス５ノ１シ：射各３１〜３４　　ビーＡ−，方飴

Claims

【特許請求の範囲】１、１つの反射鏡と、複数個の一次放射器から構成され
、前記一次放射器からそれぞれ放射された電波が前記反
射鏡により反射された後に、それぞれ異なる方向にビー
ムを形成するマルチビームアンテナであって、前記反射
鏡はトーラス曲面部と、その両側に配設したパラボラ曲
面部とで構成したことを特徴とするマルチビームアンテ
ナ。２、前記トーラス曲面部は、放物線を母曲線とし、この
放物線と放物線の中心軸を含む平面内の直線を中心とし
て両側に一定角だけ回転させて構成し、前記パラボラ曲
面部は、前記回転によりそれぞれ移動された放物線を、
この放物線の中心軸を中心としてそれぞれ回転させるこ
とにより形成される回転放物面の一部で構成してなる特
許請求の範囲第１項記載のマルチビームアンテナ。