JPH04150602A

JPH04150602A - マルチビームアンテナ

Info

Publication number: JPH04150602A
Application number: JP27596590A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kaneko; 洋一金子; Shiyun Satou; 佐藤　雋; Atsushi Minase; 皆瀬　淳
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1992-05-25
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0831743B2

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本発明は、衛星放送用のパラボラアンテナに適用され、
特に受信用の小口径アンテナに適用されるマルチビーム
アンテナに関する。

［従来の技術］最近の衛星通信においては、利用できる静止軌道上の衛
星が増加してきたため、複数個の通信衛星に対応して複
数のアンテナを用意したり、１個のアンテナに機械的な
対向方向可変の機構を付加することが必要となってきた
。また、地上から見て６″程度離れた衛星に対する、よ
り経済的な受信専用アンテナとして、通常のパラボラ反
射鏡面を用い、複数の衛星からの受信波が集束されるそ
れぞれの焦点位置に１次放射器として複数のホーンアン
テナを配置して構成したマルチビームアンテナがあった
。

［発明が解決しようとする課題］衛星通信方式においては、衛星搭載機器の進歩により地
上への実効放射電力が増大し、地上のアンテナは次第に
小口径化か進む傾向にある。しかしながら、従来の通常
のパラボラ反射鏡と複数のホーンアンテナを用いたマル
チビームアンテナでは、この小口径化が困難であるとい
う問題点を有していた。すなわち、マルチビームアンテ
ナを小口径化しようとする場合、パラボラアンテナの焦
点並びにホーンアンテナの配置間隔も短縮される）面、
ホーンアンテナによる１次放射器はそのビームを一定に
絞る必要があることから一定の開口面積を必要するため
、その外径を小さくすることは困難であった。

一方、衛星通信では、電波の偏波多重技術を利用して、
同一衛星で垂直偏波と水平偏波とを相互にオーバラップ
した周波数帯で使用し、有限な資源である周波数帯域の
有効利用が計られている。

このため、良好な交差偏波識別度を有するマルチビーム
アンテナを、小口径パラボラ面を用い、かつ、１次放射
器をオフセットさせて構成することは、技術的により一
層困難になるという問題点かあった。

また、偏波多重衛星通信において、直線偏波を回転非対
称なアンテナ系で受信する場合、上記アンテナ系の非対
称性に基づく円偏波成分の発生が交差偏波識別度の劣化
の主原因となり、その対策が必要となる。

これは、アンテナ系の振幅位相伝達特性が直線偏波の偏
波角に依存する場合に、不要直交偏波のチャンネルの波
に円偏波成分を生じ、結局偏平な楕円偏波に変換されて
その短軸に相当する偏波成分が希望チャンネルと同じ偏
波面に発生し、妨害を与えるようになるためである。

本発明は上記のような鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、実効口径が１ｍ以下のパラボラアンテ
ナにより、視角で６°程度離れた複数の衛星からの電波
を混信なく、また、偏波多重衛星通信でも希望チャンネ
ルの電波のみを確実に分離選択して受信することが可能
な小口径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及び作用］すなわち本発明
は、（１）　パラボラ反射鏡面と、複数の１次放射器及び給
電線路と、上記複数の１次放射器それぞれを上記パラボ
ラ反射鏡面に対向固定させる支持アームとから構成され
るマルチビームアンテナにおいて、上記パラボラ反射鏡
面は実行開口面が高さに対して横幅を広くし、上記複数
の１次放射器は個々を縦長形状として上記パラボラ反射
鏡面に対して横方向に配列したしので、開口面積が比較
的小さい場合でも自由度の高い形状のパラボラアンテナ
によるマルチビームアンテナを実現できる。

（２）　上記（１）項において、１次放射器で受信され
た偏波多重波の信号のうちの特定の偏波に対し、前記特
定の偏波から補償用の楕円偏波を発生させ、前記特定の
偏波かアンテナ系を通る際に発生する楕円−波を相殺さ
せて元の偏波特性の偏波に還元し、前記特定偏波と直交
した偏波面を選択受信する二とて前記特定偏波を除去す
る偏波面調整器を備えたもので、狭い間隔に配置された
複数の衛星からの電波をそれぞれ分離して効率よく受信
できる。

（３）　ビーム軸に対して非回転対称な開口面を有する
パラボラアンテナを利用したマルチビームアンテナにお
いて、１次放射器で受信された偏波多重波の信号のうち
の特定の偏波に対し、前記特定の偏波から補償用の楕円
偏波を発生させ、前記特定の偏波がアンテナ系を通る際
に発生する楕円偏波を相殺させて元の偏波特性の偏波に
還元し、前記特定偏波と直交した偏波面を選択受信する
ことで前記特定偏波を除去する偏波面調整器を備えたも
ので、劣化する交差偏波識別度を小型の導波管系で改善
できる。

（４）　上記（１）項において、複数の１次放射器はそ
れぞれ縦長の開口に単位放射素子を複数個配置したアレ
ーアンテナで構成したもので、開口面積か比較的小さい
場合でも自由度の高い形状のパラボラアンテナによるマ
ルチビームアンテナを実現しなから、受信特性を向上で
きる。

（５）　上記（４）項において、上記単位放射素子は偏
波方向を可変としたもので、アンテナの取付は場所の自
由度を広げ、限られた空間でも複数個の衛星通信の受信
を可能とする。

［実施例］以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図はその外観構成を示すものである。横幅を減じ、
縦長としたホーンで構成したそれぞれ２組の１次放射器
１．２、偏波面調整器３，４及び受信コンバータ５，６
かそれぞれ水平取付金具７上に隣接して配置固定され、
これらを、支持アーム９により支柱１０に取り付けられ
た横長のパラホラ面８と対向させて受信用マルチビーム
アンテナを構成する。

上記アンテナ装置においては、所謂オフセットパラボラ
方式を採用しており、１次放射器１，２は到来電波に対
して主反射鏡面であるパラホラ面８にその影を生しるこ
とのないよう、下方向にオフセットして配置される。

横幅を減じて縦長となった１次放射器１．２の放射パタ
ーンは、横に偏平なビーム、すなわちファンビームとな
り、これに対応して、主反射鏡面のパラボラ面８を、実
効開口が横幅を広くしたパラボラ面８を用いる。ここで
実効開口とは、主ビームの方向に対して投影した主反射
鏡面の開口形状である。パラボラ面８をこのような形状
とすることにより、衛星からの電波か水平方向に充分に
分離して収束され、それぞれの１次放射器１，２で混信
なくとらえることが可能となる。

第２図は上記第１図に示す構成のアンテナ装置て円偏波
を受信する場合の１次放射器１（２）、偏波面調整器３
．４及びその周辺部分の縦断面構造を示すものである。

同図で、方形のホーン１１で受信された垂直水平各直交
成分は円形導波管１２から偏波面調整器３（４）に導か
れる。

偏波面調整器３ては、まず上記円形導波管１２の内面に
接触して回動移動可能な端部がテーパ状となった内部円
形導波管１４と、管軸を含む面に張設された誘電体板１
５とで楕円偏波発生部を構成する。この楕円偏波発生部
を通過したマイクロ波は、さらに偏波面調整器３内のテ
ーパ部１６、方形導波管１７で一定の偏波成分のみか選
択抽出され、後段の上記受信コンバータ５（６）で示し
た低雑音コンバータ１８に供給される。

上記誘電体板１５は、上記方形導波管１７の広い方の面
である上下面に平行に、あるいは若干の傾斜角を持たせ
て略平行に配設する。

また、上記ホーン１１の開口とは反対の低雑音コンバー
タ１８側には、方形導波管１７外部の上下に配設したス
プリング１９．２０により係止固定するための多数の溝
２１かその周方向に形成される。この満２１は、スプリ
ング１９．２０の係止位置を選択することでホーン１１
をＺ方向（ホーン１１、偏波面調整器３の軸方向）にス
ライド移動し、その線路長を調節するためのものである
。

スプリング１９．２０は、その弾力によりホーンユ１の
周方向への回転を円滑にする作用も有する。

上記のような構成のアンテナ装置にあって、誘電体板１
５の面は希望波とほぼ直交している。偏波面調整器３を
回転させ、希望波と直交した非除主波の偏波面の角度付
近となるように誘電体板１５を位置させると、その角度
差かｒＯＪのときには何ら変化は起きないが、角度差を
有するときにはその角度差の値に応じて非除去波か誘電
体板１５の面方向とそれに直交する面方向との２成分に
分解される。このうち、誘電体板１５の面方向の偏波成
分は伝搬時に他方の直交する偏波成分に比較して移相遅
れを生じるため、その偏角に応じた旋回方向及び軸比の
楕円偏波を発生させる。

そこで、内部円形導波管１４を回転させることにより、
偏波面調整器３の誘電体板１５で発生して方形導波管１
７を伝搬する非除去波の大きさを加減することができ、
すでにアンテナ系で発生している同成分と同じ振幅にす
ることができる。そして、両者の位相が、内部円形導波
管１４の線路長を可変して逆位相となるように調節する
ことにより、不要波を完全に相殺してなくすことができ
る。

なお、上記第１図及び第２図に示した構成では直線偏波
の不要波除去に適用したが、円偏波に対しても同様に楕
円偏波の発生を除去することができる。

また、上記偏波面調整器３，４は、比較的広い調節範囲
を持ち、楕円偏波補償機能を有するものとして説明した
が、特定のアンテナ系で使用する場合は、一部の機能を
固定とし、極端な際には楕円偏波補償機能を全部省略し
て、一定の偏波成分のみを選択するように構成すること
も考えられる。

さらに、上記第１図及び第２図では、１次放射器１，２
の開口を縦長の方形状としたが、その形状は縦長であれ
ば楕円、菱形等、線対称であれば他のものを選定しても
よく、このような場合は１次放射器をそのビーム軸を中
心にして多少回転させる二とができるため、交差偏波識
別度の調整に利用することができる。

また、上記楕円偏波相殺機能を有する偏波面調整器３．
４は、円形の開口を有するものとして、主ビーム軸から
見て非回転対称なアンテナ系とし、さらに高度な交差偏
波識別度を得ることも可能である。

次いで第３図及び第４図により１次放射器の他の構成例
を説明する。

第３図はその正面図を示すものである。同図で３０は一
体型１次放射器を示す、この一体型１次放射器３０は、
単位放射素子となる正方形ホーンアンテナ３１と３２．
３３と３４をそれぞれ縦に配列して実質的に縦長の開口
を有する２組の１次放射器を構成し、二の２ａの１次放
射器を横に配列して一体型に成形したものである。正方
形ホーン３１．３２で受信されたマイクロ波信号は合成
されて導波管端子４０に、正方形ホーンアンテナ３３．
３４で受信されたマイクロ波信号は合成されて導波管端
子４１にそれぞれ導かれ、後段の偏波面調整器に出力さ
れる。

各単位放射素子３１〜３４には、その底部に先端かＬ字
状に折曲形成された棒状導体を有する回転型の直線偏波
結合器３６〜３９がそれぞれ配置されており、この直線
偏波結合器３６〜３９及びの先端部の向きを選択設定す
ることにより直線偏波の電波を偏波面を選択して受信す
ることが可能となり、到来波の偏波面に対応した電界と
結合させることかできる。

また、ここでは図示しないが、一体型１次放射器３０の
開口前面全体を覆うように保護カバーとしてレドーム３
５が取り付けられる。

続く第４図は上記第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面
構成を示すものである。同図で、上述した誘電体で構成
されたレドーム３５を介して正方形ホーンアンテナ３３
．３４で受信されたマイクロ波は、先端がＬ字状に折曲
形成され、上記直線偏波結合器３８．３９の棒状導体４
８．４９で電磁結合される。この直線偏波結合器３８．
３９は、誘電体ロッド４６，４７とこの誘電体ロッド４
６゜４７に埋設された上記棒状導体４８．４９とを主要
素として構成されるもので、誘電体ロッド４６゜４７は
導波管端子４１からスロット４３を介してＴ字状に分岐
された導波管４４．４５内に挿入される。この誘電体ロ
ッド４６，４７の棒状導体４８．４９を埋設していない
他端である底部にはそれぞれ切り欠き５０．５１か形成
される。この切り欠き５０．５１は、一体型１次放射器
３０の背面よりドライバ等を差し込んで誘電体口・ノド
４６４７をその軸方向に回動させ、棒状導体４８．４９
の先端部の向きを変えることで、受信する偏波面を先端
するためのものである。この切り欠き５０．５１部分は
、通常のアンテナ使用時はシール材５３．５４にてシー
ルされ、雨水や塵埃等の侵入か防止されるようになって
いる。

また、スロット４３と導波管４４．４５との交差部には
、導体あるいは高誘電率の絶縁体で作られた調整ビス５
５が配設される。この調整ビス５５は、導波管内に突出
する長さを調節することにより整合の状態を可変するた
めのものである。

上記のような構成にあって、棒状導体４８゜４９で電磁
結合したマイクロ波は、ホーンアンテナ３３３４底部の
小孔を通り、一端を短絡した導波管４４．４５に導かれ
た後に、調整ビス５５の部分て集められ、スロット４３
を介して導波管端子４１より導出される。

しかして、ホーンアンテナ３３．３４を進行するマイク
ロ波は、ホーンアンテナ３３．３４の軸方向と直交する
方向の電界成分を有するので、誘電体ロッド４６，４７
底部の切り欠き５０．５１を利用して直線偏波結合器３
８．３９を回動すると、棒状導体４８．４９の先端の対
向する方向の電界かピックアップされる。したかって、
この棒状導体４８．４９の先端を任意の方向に対向させ
ることにより、所望する偏波成分のみを選択受信するこ
とかできる。

以上のように、一体型１次放射器３０を分割開口構成と
したことて、偏波面を変化したときの指向性の変化とア
ンテナの入力インピーダンスの変化を共に小さいものに
てきるという利点を有する。

これはすなわち、２組を一体にした放射器３０か縦横と
も同寸法であるために、偏波面の回動による影響か少な
く、入力インピーダンスの変化か小さくなると共に、ア
ンテナアレーの配置によって決定される指向性の変化も
小さくなるものである。

したがって、偏波特性を任意に調節した場合でも所定の
ファンビーム特性を得ることができる。

なお、上記第３図及び第４図では正方形開口のホーンア
ンテナを組み合わせて縦長開口の１次放射器を構成した
か、これに限らず、円形のホーンアンテナを配列したり
、プリント基板技術を用いたマイクロスプリットパッチ
アンテナやスロ・ントアンテナを配列することて構成し
てもよい。特に後者のマイクロスプリットバッチアンテ
ナやスロットアンテナを配列して構成する場合は、給電
系に導波管ではなくストリップ線路を使用することがで
きるため、１、次放射器を著しく小型軽量化可能であり
、給電線路長も短くできるため、回路損失も最小限に抑
えることができる。

また、上記実施例ではアンテナ装置をオフ七・ノドパラ
ボラを用い、パラボラ反射面の実行開口を横長としたか
、縦と横の実寸か同じでも、実行開口か横長であれば問
題はない。

さらに、上記実施例で示したマルチビームアンテナの構
造を簡略化し、主反射鏡か上下対称となるセンターフィ
ード方式を採用することも考えられる。

［発明の効果］以上詳記した如く本発明によれば、（１）　パラボラ反射鏡面と、複数の１次放射器及び給
電線路と、上記複数の１次放射器それぞれを上記パラボ
ラ反射鏡面に対向固定させる支持アームとから構成され
るマルチビームアンテナにおいて、上記パラボラ反射鏡
面は実行開口面が高さに対して横幅を広くし、上記複数
の１次放射器は個々を縦長形状として上記パラボラ反射
鏡面に対して横方向に配列したので、開口面積が比較的
小さい場合でも自由度の高い形状のパラボラアンテナに
よるマルチビームアンテナを実現できる。

（２）　上記（１）項において、１次放射器で受信され
た偏波多重波の信号のうちの特定の偏波に対し、前記特
定の偏波から補償用の楕円偏波を発生させ、前記特定の
偏波がアンテナ系を通る際に発生する楕円偏波を相殺さ
せて元の偏波特性の偏波に還元し、前記特定偏波と直交
した偏波面を選択受信することで前記特定偏波を除去す
る偏波面調整器を備えたので、狭い間隔に配置された複
数の衛星からの電波をそれぞれ分離して効率よく受信で
きる。

（３）　ビーム軸に対して非回転対称な開口面を有する
パラボラアンテナを利用したマルチビームアンテナにお
いて、１次放射器で受信された偏波多重波の信号のうち
の特定の偏波に対し、前記特定の偏波から補償用の楕円
偏波を発生させ、前記特定の偏波かアンテナ系を通る際
に発生する楕円偏波を相殺させて元の偏波特性の偏波に
還元し、前記特定偏波と直交した偏波面を選択受信する
ことで前記特定偏波を除去する偏波面調整器を備えたの
で、劣化する交差偏波識別度を小型の導波管系で改善で
きる。

（４）　上記（］）項において、複数の１次放射器はそ
れぞれ縦長の開口に単位放射素子を複数個配置したアレ
ーアンテナで構成したので、開口面積か比較的小さい場
合でも自由度の高い形状のパラボラアンテナによるマル
チビームアンテナを実現しながら、受信特性を向上でき
る。

（５）　上記（４）項において、上記単位放射素子は偏
波方向を可変としたので、アンテナの取付は場所の自由
度を広げ、限られた空間でも複数個の衛星通信の受信を
可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るアンテナの外観構成を
示す斜視図、第２図は第１図の主として１次放射器と偏
波面調整器の構造を示す縦断面図、第３図は第１図の１
次放射器の他の構造例を示す正面図、第４図は第３図の
ＴＶ−ＴＶ線に沿った縦断面図である。１．２・・１次放射器、３，４・・・偏波面調整器、５
．６・受信コンバータ、７・・・水平取付金具、８・・
バラホラ面、９・・・支持アーム、１０・・・支柱、１
１・・・ホーン、１２・・円形導波管、１３・・偏波面
調整器、１４・・内部円形導波管、１５・誘電体板、１
６　テーパ部、１７・・方形導波管、１８・・低雑音コ
ンバータ、１９．２０・・・スプリング、２１・溝、３
０・・一体型１次放射器、３１〜３４・・・ホーンアン
テナ、３５・・・レドーム、３６〜３９・・・直線偏波
結合器、４０．４１・・・導波管端子、４３　スロット
、４４．４５・・・導波管、４６．４７　　誘電体ロッ
ド、４８．４９・・棒状導体、５０５１・切り欠き、５
３．５４　・シール材、５５・調整ビス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パラボラ反射鏡面と、複数の１次放射器及び給電
線路と、上記複数の１次放射器それぞれを上記パラボラ
反射鏡面に対向固定させる支持アームとから構成される
マルチビームアンテナにおいて、上記パラボラ反射鏡面は実行開口面が高さに対して横幅
を広くし、上記複数の１次放射器は個々を縦長形状とし
て上記パラボラ反射鏡面に対して横方向に配列したこと
を特徴とするマルチビームアンテナ。
（２）上記１次放射器で受信された偏波多重波の信号の
うちの特定の偏波に対し、前記特定の偏波から補償用の
楕円偏波を発生させ、前記特定の偏波がアンテナ系を通
る際に発生する楕円偏波を相殺させて元の偏波特性の偏
波に還元し、前記特定偏波と直交した偏波面を選択受信
することで前記特定偏波を除去する偏波面調整器を備え
たことを特徴とする請求項（１）記載のマルチビームア
ンテナ。
（３）ビーム軸に対して非回転対称な開口面を有するパ
ラボラアンテナを利用したマルチビームアンテナにおい
て、１次放射器で受信された偏波多重波の信号のうちの特定
の偏波に対し、前記特定の偏波から補償用の楕円偏波を
発生させ、前記特定の偏波がアンテナ系を通る際に発生
する楕円偏波を相殺させて元の偏波特性の偏波に還元し
、前記特定偏波と直交した偏波面を選択受信することで
前記特定偏波を除去する偏波面調整器を備えたことを特
徴とするマルチビームアンテナ。
（４）上記複数の１次放射器は、それぞれ縦長の開口に
単位放射素子を複数個配置したアレーアンテナで構成し
たことを特徴とする請求項（１）記載のマルチビームア
ンテナ。
（５）上記単位放射素子は偏波方向を可変としたことを
特徴とする請求項（４）記載のマルチビームアンテナ。