JPH04264804A - アンテナ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマルチビームアンテナの
構成に関し、特に、広い角度にわたって電波を送信また
は受信するマルチビームアンテナの構成技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、国内では静止衛星軌道上に複数の
通信衛星あるいは放送衛星が打ち上げられている。これ
ら複数の衛星からの電波を同時に受信できれば、設置す
るアンテナが１台で済むので、設置コストの低減、設置
スペースの有効利用が図られるなどメリットが多い。こ
の場合、１ビームのみを受信するアンテナの大きさに比
べあまり大きくならないほうが、耐風性・設置重量の点
からも望ましい。

【０００３】このようなコンパクトな構成のマルチビー
ム地球局アンテナとして、ある程度離れた２衛星あるい
はそれらの近傍の衛星からの電波を受信することが可能
なアンテナとして、従来双焦点アンテナがよく知られて
いる。この双焦点アンテナは２枚以上の反射鏡で構成さ
れており、大口径用アンテナとして有用であるが、小口
径用アンテナとしては副反射鏡が小さくなりすぎるので
実用的でない。本願発明のアンテナは、１枚の反射鏡で
構成する双焦点（あるいは一般的に多焦点）アンテナで
あり、小口径用アンテナとして有用である。従来、１枚
鏡双焦点アンテナとして、融合放物面反射鏡アンテナと
よばれるアンテナの研究がなされている。そして、この
ようなアンテナについて、例えば、文献「岩田、玉川“
融合放物面鏡によるデュアルビームアンテナとＢＳ−Ｃ
Ｓ同時受信用５ビームアンテナへの応用”電子情報通信
学会アンテナ伝搬研究会資料ＡＰ９０−６９（１９９０
年）」に発表されている。

【０００４】このアンテナの構成法および動作原理を、
図３を用いて説明する。図３（ａ）は融合放物面反射鏡
アンテナの構成概念図、（ｂ）は斜視図である。同図に
おいて、１，２はそれぞれ異なる放物面反射鏡Ｚ１　，
Ｚ２の水平中心断面曲線、３，４はそれぞれ放物面反射
鏡１，２に対する焦点、５，６は焦点３，４を位相中心
として配置された一次放射器、７，８はそれぞれ１，２
に対する中心軸を表わす。中心軸７，８はＺ軸に対して
互いに角度δ／２をなしているものとする。便宜上、中
心軸７の方向を＋δ／２、中心軸８の方向を−δ／２と
し、放物面反射鏡Ｚ１　，Ｚ２　の焦点距離はともにｆ
とする。また、原点Ｏと焦点３，４の距離をそれぞれｄ
とする。

【０００５】焦点３に置かれた一次放射器５と放物面反
射鏡Ｚ１　でアンテナを構成すれば、＋δ／２の方向の
電波を高い利得で受信できる。しかし−δ／２の方向の
電波は、収差が大きいので受信不可能である。同様に、
焦点４に置かれた一次放射器６と放物面反射鏡Ｚ２　で
アンテナを構成すれば、−δ／２の方向の電波を高い利
得で受信できるが、＋δ／２の方向の電波は、収差が大
きいので受信不可能である。

【０００６】ここで、Ｚ１　とＺ２　の中間の鏡面が形
成できれば、利得は多少落ちるが、＋δ／２の方向の電
波と−δ／２の方向の電波を同時に受信できることにな
る。 この、Ｚ１　とＺ２　の中間の鏡面を融合放物面反射鏡
と呼ぶことにして、以下に鏡面の形成方法を述べる。Ｚ
１　とＺ２　と足し合わせる際に、鏡面の中心付近をＺ
１　およびＺ２　にほぼ一致するようにすれば電波の乱
れが少なくなる。すなわち、鏡面の中心付近をなめらか
な鏡面にする。このなめらかな鏡面を形成する条件は、
ある点において座標点が一致し、かつその点における法
線ベクトルが一致することである。

【０００７】Ｚ１　は“数７”、Ｚ２　は“数８”で表
わすことができる。これは、“数９”で表わされるＺを
Ｘ軸方向にそれぞれ−ｄ，＋ｄだけ平行移動し、さらに
受信方向がそれぞれ＋δ／２，−δ／２の方の方向とな
るようにそれぞれ＋δ／２，−δ／２だけ回転して得ら
れる。

【数７】

【数８】

【数９】

【０００８】図３において、点Ｍ０　（０，Ｙ０　，Ｚ
０）を放物面反射鏡Ｚ１　とＺ２　が一致する点とし、
かつＭ０　における法線ベクトル９もまた一致する点と
すると、Ｙ０　は“数１０”により、また、Ｚ０　は“
数１１”により求めることができる。図３の１０は融合
放物面反射鏡Ｚで“数１２”で与える。ただし“数１２
”中のＷ１　，Ｗ２　は“数１３”の条件を満足する係
数である。

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【数１３】

【０００９】図３の１１は一次放射器５の中心レイで、
点Ｍ０　を指向する。“数１２”でＷ１　＝０，Ｗ２　
＝１とすれば、放物面反射鏡１０はＺ２　それ自身とな
り、逆に、Ｗ１　＝１，Ｗ２　＝０とすれば、放物面反
射鏡１０はＺ１　それ自身となる。ここでＷ１　，Ｗ２
　は受信する衛星の位置、数および要求される受信レベ
ルに応じて設定することができる。例えば、７および８
の方向にそれぞれ１個の衛星が存在して、それぞれ同じ
ような受信レベルが要求されるときには、Ｗ１　＝０．
５，Ｗ２　＝０．５と設定して鏡面を形成すれば、それ
ぞれの衛星からの電波を同じようなレベルで受信できる
ことは容易に推定できる。また、７からの電波の受信レ
ベルを８からの電波の受信レベルより高くする必要があ
れば、Ｗ１　を０．５より大きくすればよい。実際には
放射特性を計算した後にＷ１　をいくつに設定するかを
決める。

【００１０】この融合放物面反射鏡アンテナの特性例を
図４に示す。同図において、横軸１２は角度、縦軸１３
は絶対受信レベルを表わしている。７の受信方向を相対
的に角度０°としており、もう一方の８の方向をδ＝−
５２°としている。角度０°が一次放射器５から放射さ
れる電波の中心方向に対応し、角度−５２°が一次放射
器６から放射される電波の中心方向に対応している。１
４，１５，１６，１７は角度０°近傍の衛星からの電波
の受信レベルで、１８は角度−５２°の衛星からの電波
の受信レベルである。この場合のＷｉ　（ｉ＝１，２）
については、７の方向およびその近傍に合計４個の衛星
が存在しているので、Ｗ１　＝０．８程度、Ｗ２　＝０
．２程度とＷ１　を大きく設定して融合面１０を形成し
ている。

【００１１】上述のように、従来の融合放物面反射鏡ア
ンテナにおいては、大きい角度δだけ離れた２衛星ある
いはその近傍の衛星からの電波を受信する場合はほぼ同
等の特性が得られる。ところが、その中間に位置する衛
星、例えば、図４におけるδ＝−２６°付近の衛星から
の電波の受信は不可能となる。この場合、δ＝−２６°
付近の衛星からの電波を受信しようとして一次放射器を
どこに置いても収差が大きいために受信レベルは小さい
。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上の説明のように、
従来の融合放物面反射鏡アンテナでは受信可能な衛星が
、離れた角度にある２衛星あるいはその各々の衛星の近
傍に限定されていたため、それ以外の軌道上にある衛星
からの電波を受信しようとして一次放射器をどこに置い
ても受信できないという欠点があった。本発明は、この
ような従来の問題点を解決するため成されたもので、３
衛星あるいはその各々の近傍の衛星からの電波も受信可
能なアンテナ、さらには一般にＮ個（Ｎ≧３の整数）の
衛星あるいはその各々の近傍の衛星からの電波も受信可
能なアンテナを実現することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成さ
れる。すなわち、本発明は、１枚の反射鏡と、少なくと
も３個の一次放射器からなるアンテナであって、該反射
鏡開口面をＸＹ平面とし、電波の主たる進行方向を−Ｚ
軸方向とする右手系をなすＸＹＺ軸で規定された座標系
において、該一次放射器はＸ軸上あるいはその近傍に配
置され、ＸＺ平面に対して、放物面反射鏡の焦点距離ｆ
、および最も離れた２つのビーム間の角度δを一定とし
、ｄを最も離れた２つの一次放射器の距離の１／２とし
たとき、Ｙ０　を“数１４”のとおりとし、Ｚ０　を“
数１５”のとおりとして、Ｚ１　が“数１６”、Ｚ３　
が“数１７”なる条件において、“数１８”および“数
１９”を同時に満たすｂ３　，ｃ３　に対して、一次放
射器が、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｂ３　／ｃ３　）を満たす
角度θだけなす平面上にあるアンテナ装置である。

【数１４】

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【数１９】

【００１４】

【作用】上記手段によれば、任意の３方向あるいは、そ
れ以上の方向からの衛星の電波を受信することの可能な
マルチビームアンテナを実現することができる。以下本
発明の作用等に関し、実施例に基づいて詳細に説明する
。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の一実施例のアンテナの全体図
、図２は実施例のアンテナの一次放射器の配置の様子を
示す図である。これらの図において、数字符３〜９、お
よび１１は先に説明した図３の場合と同じであり、２２
は新たに融合させる３番めの放物面反射鏡Ｚ３　の焦点
、１９は新たな放物面反射鏡、２０は焦点２２を位相中
心とする一次放射器、２１は中心レイである。この図で
は、Δ１　＝δ／２の方向、Δ２　＝−δ／２の方向に
加えて、Δ３　として０°の方向からの電波も受信でき
るように融合放物面反射鏡および一次放射器を構成して
いるが、Δ３　はもちろんそれ以外の方向でもよい。２
３は中心軸で、ＸＺ面に平行である。

【００１６】また、焦点２２はＹＺ面にあり、原点Ｏと
焦点２２を結ぶ線分はＺ軸に対して角度θだけ傾いてい
る。すなわち、焦点３，４，２２はある同一平面上にあ
り、この平面はＸＺ面に対して角度θだけ傾いているこ
とになる。以下にこの動作原理およびθの値について説
明する。まず、Δ１　＝δ／２の方向、Δ２　＝−δ／
２の方向の衛星からの電波を受信するための放物面Ｚ１
　，Ｚ２　は図３の場合と同じとする。すなわち、点Ｍ
０　（０，Ｙ０　，Ｚ０　）で鏡面座標値が一致しかつ
その点における法線ベクトル９が一致するようにパラメ
ータを決める。 つぎに、Δ３　＝０°の方向からの電波も受信できるよ
うに新たに融合する放物面反射鏡Ｚ３　を“数２０”の
ように決める。（０，ｂ３　，ｃ３　）が焦点２２の位
置となる。“数２０”において、点Ｍ０（０，Ｙ０　，
Ｚ０　）を通り、かつ点Ｍ０　における法線ベクトルが
一致するようにｂ３　，ｃ３　が、“数２１”“数２２
”より一義的に求まる。このとき、θは“数２３”のよ
うになる。ｂ３　，ｃ３　が決まれば融合すべき放物面
反射鏡Ｚ３が決まるので、“数２４”であらたな融合放
物面反射鏡Ｚが決定される。ただし、Ｗ１　，Ｗ２　，
Ｗ３　は“数２５”に示すとおりである。

【数２０】

【数２１】

【数２２】

【数２３】

【数２４】

【数２５】

【００１７】これにより、Δ１　，Δ２　の方向のみな
らずΔ３　＝０°の方向からの電波も受信可能となる。 この融合放物面反射鏡Ｚが１９である。θの値は、例え
ば、ｆ＝５５０ｍｍ、ｄ＝３００ｍｍ、δ＝５２°とパ
ラメータを決めると８°程度の値となる。以上は、角度
δ／２°，０°，−δ／２°の方向の３衛星あるいはそ
の近傍にある衛星からの電波の受信を可能とするアンテ
ナの構成方法であったが、一般のＮ個の衛星からの電波
の受信を可能とするアンテナも同様に構成できる。すな
わち、いま、任意の受信方向Δｉ　（ｉ＝１，２，３・
・・Ｎ：Ｎ≧３）に対して融合すべき放物面反射鏡Ｚｉ
　を“数２６”で表わす。

【数２６】

【００１８】これは、“数１０”，“数１１”で、焦点
位置をさらにＸ軸にｄｉ　だけ平行移動して、さらに受
信方向をΔｉ　にするために、Δｉ　だけ回転したもの
である。（ただし、Δｉ　≠０とする。Δｉ　＝０のと
きは“数１０”，“数１１”を用いる。）点（ｄｉ　，
ｂｉ　，ｃｉ　）はｉ番目の融合すべき放物面反射鏡の
焦点位置を表わす。“数２６”において、点Ｍ０　（０
，Ｙ０，Ｚ０　）を通り、かつ点Ｍ０　における法線ベ
クトルが９と一致するようにｄｉ　，ｂｉ　，ｃｉ　が
一義的に求まる。ｄｉ　，ｂｉ　，ｃｉ　が決まれば融
合すべき放物面反射鏡Ｚｉ　が決まるので、“数２７”
であらたな融合放物面反射鏡ができる。ここでｄｉ　を
＋ｄから−ｄまで変化させると、焦点位置（ｄｉ　，ｂ
ｉ　，ｃｉ　）は（＋ｄ，０，０）と（−ｄ，０，０）
を通るある曲線上にのる。

【数２７】

【００１９】この様子を図２（ｂ）に示す。この図は、
４の放物面から融合放物面反射鏡を合成する様子を表わ
したものである。２４は、ｄｉ　を＋ｄから−ｄまで変
化させたときの、焦点位置（ｄｉ　，ｂｉ　，ｃｉ　）
の軌跡である。２６は２４上の点で、この点を焦点とす
る放物面をＺ４　とする。２５は２６を位相中心とする
一次放射器、２７は中心軸、２８は２７をＸＺ面に投影
したもので、２８と−Ｚ軸のなす角は−δ／２とδ／２
の間のある任意の角度とする。θ＝ａｒｃｔａｎ（ｂｉ
　／ｃｉ　）は一定値となり、“数２４”で表わされる
値と一致することは式変形により解析的にも求められる
。図２（ｂ）では４個の放物面反射鏡の融合を例にとっ
たが、“数２６”“数２７”を用いれば一般にＮ個の放
物面反射鏡の融合が可能であり、一次放射器の位相中心
を曲線２４上に配置することにより、Ｎ個の方向の衛星
あるいはその近傍の衛星からの電波の受信が可能となる
。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意の３方向あるいはそれ以上の方向からの衛星の電波
を受信できるマルチビームアンテナが実現できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のアンテナの全体図である。

【図２】実施例のアンテナの一次放射器の配置の様子を
示す図である。

【図３】従来の融合放物面反射鏡アンテナの構成を示す
図である。

【図４】従来の融合放物面反射鏡アンテナの特性の例を
示す図である。

【符号の説明】

１，２　　　　それぞれ異なる放物面反射鏡Ｚ１　，Ｚ
２　の水平中心断面曲線 ３，４　　　　それぞれ１，２に対する焦点５，６　　
　　それぞれ３，４を位相中心として配置された一次放
射器 ７，８　　　　それぞれ１，２に対する中心軸９　　　
　点Ｍ０　における法線ベクトル１０　　　　放物面反
射鏡Ｚ１　とＺ２　の融合放物面反射鏡１１　　　　一
次放射器５の中心レイ １２　　　　横軸の角度 １３　　　　縦軸の絶対受信レベル １４，１５，１６，１７　　　　角度０°近傍の衛星か
らの電波の受信レベル １８　　　　角度−５２°の衛星からの電波の受信レベ
ル１９　　　　Ｚ１　，Ｚ２　，Ｚ３　で作られる融合
放物面反射鏡２０　　　　一次放射器 ２１　　　　２０からの電波の中心レイ２２　　　　Ｚ
３　の焦点位置 ２３　　　　Ｚ３　の中心軸 ２４　　　　融合すべき放物面反射鏡Ｚｉ　（ｉ＝１，
２，３・・・Ｎ：Ｎ≧３）の焦点の軌跡 ２５　　　　一次放射器 ２６　　　　Ｚ４　の焦点位置 ２７　　　　Ｚ４　の中心軸 ２８　　　　２７のＸＺ面への投影

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１枚の反射鏡と、少なくとも３個の一
   次放射器からなるアンテナであって、該反射鏡開口面を
   ＸＹ平面とし、電波の主たる進行方向を−Ｚ軸方向とす
   る右手系をなすＸＹＺ軸で規定された座標系において、
   該一次放射器はＸ軸上あるいはその近傍に配置され、Ｘ
   Ｚ平面に対して、放物面反射鏡の焦点距離をｆ、最も離
   れた２つのビーム間の角度をδとし、ｄを最も離れた２
   つの一次放射器の距離の１／２としたとき、Ｙ０　を“
   数１”のとおりとし、Ｚ０　を“数２”のとおりとして
   、Ｚ１　が“数３”、Ｚ３　が“数４”なる条件におい
   て、“数５”および“数６”を同時に満たすｂ３　，ｃ
   ３　に対して、一次放射器が、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｂ３
   　／ｃ３　）を満たす角度θだけなす平面上にあること
   を特徴とするアンテナ装置。 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】 【数５】 【数６】