JPH0612853B2 - マルチビ−ムアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は１つのアンテナで静止軌道上の２個の衛星との
同時通信を可能にする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は、例えば第６図に示すよ
うに、２個の１次放射器２１、同２２と、これらの１次
放射器の放射電波をそれぞれ異なる方向へ反射する１つ
の回転放物面反射鏡６とからなり、１次放射器２１、同
２２は回転放物面の焦点Ｆの近傍に適宜距離離隔して配
設されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、第６図に示す従来のマルチビームアンテナにお
いては、回転放物面反射鏡６から放射されるビームの偏
移を大きくするには、１次放射器２１、同２２の配置間
隔を広げる必要があるが、そうすると、配置位置が焦点
Ｆから離れることになるので、回転放物面反射鏡６の開
口面における波面に乱れが生じアンテナ利得が低下す
る。

そこで、本出願人は、従来のこのような問題点に鑑み、
第５図に示す如きマルチビームアンテナを開発し、先に
出願した（未公開）。

このマルチビームアンテナは、１つの主反射鏡１と、２
つの１次放射器２１、同２２とからなる。

主反射鏡１は、回転放物面Ａの１部からなる部分反射鏡
３１および回転放物面Ｂの１部からなる部分反射鏡３２
を回転放物面Ａの中心軸４１と回転放物面Ｂの中心軸４
２とが交差するように接合境界線２に沿って継ぎ合わせ
たものである。

なお、回転放物面Ａの回転中心軸４１と回転放物面Ｂの
回転中心軸４２とは、それぞれ当該アンテナの中心軸５
０に対し角度δ／２傾斜し、またそれらの軸上に在る焦
点Ｆ_ａと同Ｆ_ｂは距離２ｄだけ離れている。

一方、１次放射器２１は中心軸４１上の焦点Ｆ_ａの位置
に、また１次放射器２２は中心軸４２上の焦点Ｆ_ｂの位
置にそれぞれ配置され、１次放射器２１は部分反射鏡３
１側の照射領域（イ）を、１次放射器２２は部分反射鏡
３２側の照射領域（ロ）をそれぞれ主として照射するよ
うになっている。

なお、照射領域（イ）と同（ロ）には接合境界線２の部
分において重なり部分（ハ）が存在する。つまり、照射
領域（イ）は部分反射鏡３１と部分反射鏡３２の一部と
からなり、照射領域（ロ）は部分反射鏡３２と部分反射
鏡３１の一部とからなる。しかし、１次放射器２１と同
２２の配置位置間の距離２ｄを適宜に選択設定すること
で、照射領域（イ）の曲面形状を回転放物面Ａに近似的
に一致させ、また照射領域（ロ）の曲面形状を回転放物
面Ｂに近似的に一致させることができる。

その結果、主反射鏡１では、照射領域（イ）への照射電
波を中心軸４１と平行な方向（ビームＡ放射方向）へ、
照射領域（ロ）への照射電波を中心軸４２と平行な方向
（ビームＢ放射方向）へそれぞれ反射し放射できる。

ここに、放射ビームの偏移角は照射領域（イ）や同
（ロ）の曲面形状で定まるから、本出願人に係るこのマ
ルチビームアンテナによれば、開口面における波面の乱
れを大きくすることなく放射ビームの偏移を大きくで
き、即ちアンテナ効率の向上が図れるのである。

ところが、重なり部分（ハ）の取扱いを前述の如くにし
たとしても、それはあくまでも近似ができたということ
であり、照射領域（イ）の一部、即ち重なり部分（ハ）
の曲面形状は回転放物面Ｂであり、照射領域（ロ）の一
部、即ち重なり部分（ハ）の曲面形状は回転放物面Ａで
あるという事実には変化がない。つまり、例えば、焦点
Ｆ_ａは部分反射鏡３２（回転放物面Ｂ）の焦点と一致し
ていないから、焦点Ｆ_ａから発せられた光線のうち重な
り部分（ハ）の部分反射鏡３２を照射する光線は部分反
射鏡３２で反射された後にはおおむね中心軸４１の方向
と平行な光線となるが、完全に平行とはならないので、
焦点Ｆ_ａを発し部分反射鏡３２を経て中心軸４１に垂直
な１つの平面に至る光路長は一定とならず、わずかな誤
差（位相誤差）を生じるのである。

この位相誤差はわずかであること、照射領域（イ）の大
部分の曲面形状が回転放物面Ａであること、照射領域
（ロ）の大部分の曲面形状が回転放物面Ｂであることか
ら、この位相誤差による開口面位相能率の低下は第６図
に示した従来のマルチビームアンテナにおいて１次放射
器を焦点位置からずらした場合に生ずる位相誤差による
位相能率の低下よりも少ないのであるが、位相能率を低
下させる要因が存在することになる。この開口面位相能
率の低下を避けるためには、照射領域（イ）はなるべく
部分反射鏡３１を主に使用するように、また、照射領域
（ロ）はなるべく部分反射鏡３２を主に使用するよう
に、即ち重なり部分（ハ）を小さくしなければならず、
そうすると主反射鏡１の横方向の長さが長くなるという
問題点が生ずる。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、そ
の目的は、主反射鏡と１次放射器との間に副反射鏡を介
在させることによって開口面位相能率の低下の軽減が図
れ、併せて主反射鏡の横方向の大きさを小さくできるマ
ルチビームアンテナを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明のマルチビームアン
テナは次の如き構成を有する。

即ち、本発明のマルチビームアンテナは、第１および第
２の回転放物面のそれぞれの１部からなる第１および第
２の部分反射鏡を第１および第２の回転放物面のそれぞ
れの回転中心軸が交差するように接合した１つの主反射
鏡と；前記それぞれの中心軸上に存在する第１の回転放
物面の焦点（第１の焦点）位置および第２の回転放物面
の焦点（第２の焦点）位置と前記主反射鏡との間に設け
られる副反射鏡であって、主反射鏡の接合境界線に対し
て前記第１の部分反射鏡と同じ側に位置される第１の曲
面部と主反射鏡の接合境界線に対して前記第２の部分反
射鏡と同じ側に配置される第２の曲面部と該第１および
第２の曲面部を連接する中央部とからなる副反射鏡と；
前記副反射鏡に関して前記第１の焦点位置と対称な第
１の鏡像点位置に配置され副反射鏡の前記中央部と前記
第２の曲面部を主に電波照射する第１の１次放射器およ
び前記副反射鏡に関して前記第２の焦点位置と対称な第
２の鏡像点位置に配置され副反射鏡の前記中央部と前記
第１の曲面部を主に電波照射する第２の１次放射器と；
を備え、前記副反射鏡における、前記中央部は前記第
１の１次放射器の照射電波を前記第１の部分反射鏡に向
けてそのまま反射し前記第２の１次放射器の照射電波を
前記第２の部分反射鏡に向けてそのまま反射する平坦面
に設定してある一方、前記第１の曲面部の曲面形状は前
記第２の１次放射器の照射電波が当該曲面部および第１
の部分反射鏡で順次反射され前記第２の回転放物面の回
転中心軸と平行な方向へ向かうときの位相誤差を補正な
いしは軽減するように設定し、前記第２の曲面部の曲面
形状は前記第１の１次放射器の照射電波が当該曲面部お
よび第２の部分反射鏡で順次反射され前記第１の回転放
物面の回転中心軸と平行な方向へ向かうときの位相誤差
を補正ないしは軽減するように設定してあること；を特
徴とするマルチビームアンテナである。

（作 用） 次に、前記の如く構成される本発明のマルチビームアン
テナの作用を説明する。

例えば、第１の鏡像点位置に配置された第１の１次放射
器の出射電波は副反射鏡の中央部と第２の曲面部を主に
照射することになる。中央部は平坦面からなるので、中
央部を照射した電波はそのまま反射される。この反射電
波は第１の焦点位置から第１の部分反射鏡に向けて発し
た如くにして第１の部分反射鏡に到達するから、第１の
部分反射鏡では入射電波を第１の回転放物面の中心軸と
平行な方向へ放射することとなる。このとき、全ての光
路長は一定となる。また、第２の曲面部を照射した電波
は第１の焦点位置から第２の部分反射鏡に向けて発した
如く反射され第２の部分反射鏡に到達するが、第２の曲
面部の曲面形状は当該曲面部の反射電波が第２の部分反
射鏡を経て第１の回転放物面の中心軸と平行な方向へ放
射されるときの位相誤差を補正ないしは軽減するように
設定してある、即ち光路長が一定となるように設定して
あるので、第２の部分反射鏡での反射電波は従来の如く
位相誤差による開口面位相能率を低下させることなく前
記第１の回転放物面の中心軸と平行な方向へ放射される
ことになる。

以上のことは第２の鏡像点位置に配置された第２の１次
放射器（この場合には中央部と第１の曲面部が対象とな
る）についても同様であり、主反射鏡からは第２の回転
放物面の中心軸と平行な方向へ放射される。

ここで注意すべきことは、中央部が２つの１次放射器の
共用となるが、中央部は平坦面であるからここでの位相
誤差は生じない。つまり、副反射鏡は２つの電波放射方
向に対し主反射鏡で生ずる位相誤差を予め同時に補正し
ているのである。なお、アンテナの構成によっては例え
ば、第１の１次放射器から放射された電波は副反射鏡の
中央部および第２の曲面部のみならず第１の曲面部をも
照射することがあり得る。このときには、第１の曲面部
で反射された電波は主反射鏡の外に向かうか、あるいは
主反射鏡で反射されるかのどちらかであるが、いずれの
場合にもその電力はわずかであり、アンテナの能率に対
する影響はわずかである。

また、位相誤差が補正される結果、２つの１次反射器に
対応した主反射鏡の２つの照射領域の重なり部分の割合
が大きくでき主反射鏡の横方向の大きさを小さくできる
ことになる。

このように、本発明のマルチビームアンテナによれば、
副反射鏡を介在させたことによって開口面位相能率の低
下を軽減ないしは改善でき、また主反射鏡の横方向の大
きさを小さくできるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明の一実施例に係るマルチビームアンテナを示
す。このマルチビームアンテナは、主反射鏡１と、２つ
の１次放射器２１、同２２と、１つの副反射鏡５とを備
える。

主反射鏡１は、（第１の）回転放物面Ａの１部からなる
（第１の）部分反射鏡３１および（第２の）回転放物面
Ｂの１部からなる（第２の）部分反射鏡３２を回転放物
面Ａの中心軸４１と回転放物面Ｂの中心軸４２が交差す
るように接合境界線２に沿って継ぎ合わせたものであ
る。

副反射鏡５は、中心軸４１上に存在する回転放物面Ａの
（第１の）焦点Ｆ_ａおよび中心軸４２上に存在する回転
放物面Ｂの（第２の）焦点Ｆ_ｂと前記主反射鏡１との間
に設けてある。

この副反射鏡５は、接合境界線２に対し部分反射鏡３１
と同じ側にある（第１の）曲面部５２と接合境界線２に
対し部分反射鏡３２と同じ側にある（第２の）曲面部５
３とその両曲面部を連接する中央部５１とからなり、中
央部は平坦面に設定してある一方、曲面部５２、同５３
のそれぞれの曲面形状は後述する如くして設定される所
定の曲面形状となっている。第２図に副反射鏡５の具体
的な外観図を示してある。

（第１の）１次放射器２１は、副反射鏡５に関して焦点
Ｆ_ａと対称な（第１の）鏡像点Ｆ′_aの位置に、また同
様に（第２の）１次放射器２２は焦点Ｆ_ｂと対称な鏡像
点Ｆ′_bの位置にそれぞれ設けられ副反射鏡５に向けて
電波放射を行うようになっている。

次いで、第３図および第４図を参照して副反射鏡の曲面
形状の決定方法を説明する。

第３図において、副反射鏡５がない場合、焦点Ｆ_ａから
発せられた多数の光線のうち部分反射鏡（回転放物面
Ａ）３１に入射する光線はすべて回転放物面Ａで反射さ
れた後中心軸４１と平行な平行光線となり、焦点Ｆ_ａか
ら回転放物面Ａを経て中心軸４１に垂直な平面に至る距
離が等しくなっている。したがって、副反射鏡５のう
ち、回転放物面Ａに対応する部分（中央部５１）を平面
反射鏡としておけばＦ′_aから発せられた光線のうち中
央部５１に入射する光線は反射された後、回転放物面Ａ
で反射され、中心軸４１と平行な平行光線となる。

他方、副反射鏡５がない場合、焦点Ｆ_ａから発せられた
光線のうち部分反射鏡（回転放物面Ｂ）３２に入射する
光線は、回転放物面Ｂで反射された後おおむね中心軸４
１に平行な光線となるが、焦点Ｆ_ａから回転放物面Ｂを
経て中心軸４１に垂直な平面に至る距離は一定となら
ず、わずかな誤差を生じる。そこで、副反射鏡のうち、
回転放物面Ｂに対応する部分（曲面部５３）を平面から
わずかに変位させた所定の曲面形状にする。

そうすると、Ｆ′_aから発せされ曲面部５３で反射され
た後、回転放物面Ｂで反射され中心軸４１に垂直な平面
に至る光線の光路長をそれぞれの光線について等しくで
きる。したがって回転放物面Ｂに基づく位相誤差による
能率低下を少なくすることができる。

第４図は点Ｆ′_bから発せられ中心軸４２の方向に放射
される光線について第３図と同様に説明したものであ
る。

要するに、曲面部５２、同５３の曲面形状は、当該曲面
部の反射電波がその曲面部側の前記部分反射鏡を経て対
応する回転放物面の回転中心軸に平行な方向へ放射され
るときの位相誤差を補正ないしは軽減するように設定し
てあるのである。

以上説明した決定方法から明らかなように、曲面部５２
や同５３の大きさは対応する部分反射鏡の大きさと焦点
位置および当該副反射鏡の配置位置によって定まるもの
である。また中央部５１の大きさは図示例では曲面部と
ほぼ同じ大きさであるが、両回転放物面の焦点距離の差
違などに応じて種々の大きさとなり得る。

また、第３図と第４図を比べればわかるように、副反射
鏡５のうち点Ｆ′_aから発せられる光線と、点Ｆ′_bから
発せさらる光線の両方が入射する領域は、中央部５１の
中に含まれ、しかも中央部５１は平面反射板であるため
両者の光線に対して共通して使っても位相誤差は生じな
い。

したがって、副反射鏡５は２つのビーム放射方向に対し
て、主反射鏡１で生じる位相誤差を同時に補正すること
ができる。なお、アンテナの構成によっては例えば、１
次放射器２１から放射された電波は副反射鏡５の中央部
５１および曲面部５３のみならず曲面部５２をも照射す
ることがあり得る。このときには、曲面部５２で反射さ
れた電波は主反射鏡１の外に向かうか、あるいは主反射
鏡１で反射されるかのどちらかであるが、いずれの場合
にもその電力はわずかであり、アンテナの能率に対する
影響はわずかである。

その結果、１次放射器２１から放射される電波のうち部
分反射鏡３２に入射する電波の位相誤差が補正されるた
め、１次放射器２１から放射される電波は主に部分反射
鏡３１を使わねばならないという如き制約がなくなる。

そのため、第３図および第４図に示すように、主反射鏡
１の同じ領域を２つのビームに対して共通して使うこと
ができ、その分、主反射鏡１の横方向の大きさを小さく
できる。

（発明の効果） 以上のように、本発明のマルチビームアンテナによれ
ば、主反射鏡で電波放射をする際に生ずる位相誤差を予
め補正できる副反射鏡を主反射鏡と１次放射器との間に
介在させたので、開口面位相能率の低下を軽減ないしは
改善できる。

また、副反射鏡によって位相誤差が補正できる結果、２
つの１次反射器に対応した主反射鏡の２つの照射領域の
重なり部分の割合が大きくでき主反射鏡の横方向の大き
さを小さくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るマルチビームアンテナ
の構成見取図、第２図は本発明に係る副反射鏡の外観
図、第３図および第４図は本発明に係る副反射鏡の曲面
形状の決定方法の説明図、第５図は本発明の基礎となる
マルチビームアンテナの構成見取図、第６図は従来のマ
ルチビームアンテナの構成例である。 １……主反射鏡、２……接合境界線、５……副反射鏡、
６……回転放物面反射鏡、２１，２２……１次放射器、
３１，３２……部分反射鏡、４１……回転放物面Ａの回
転中心軸、４２……回転放物面Ｂの回転中心軸、５１…
…中央部、５２，５３……曲面部、（イ），（ロ）……
照射領域、（ハ）……重なり部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１および第２の回転放物面のそれぞれの
   １部からなる第１および第２の部分反射鏡を第１および
   第２の回転放物面のそれぞれの回転中心軸が交差するよ
   うに接合した１つの主反射鏡と； 前記それぞれの中心
   軸上に存在する第１の回転放物面の焦点（第１の焦点）
   位置および第２の回転放物面の焦点（第２の焦点）位置
   と前記主反射鏡との間に設けられる副反射鏡であって、
   主反射鏡の接合境界線に対して前記第１の部分反射鏡と
   同じ側に配置される第１の曲面部と主反射鏡の接合境界
   線に対して前記第２の部分反射鏡と同じ側に配置される
   第２の曲面部と該第１および第２の曲面部を連接する中
   央部とからなる副反射鏡と； 前記副反射鏡に関して前
   記第１の焦点位置と対称な第１の鏡像点位置に配置され
   副反射鏡の前記中央部と前記第２の曲面部を主に電波照
   射する第１の１次放射器および前記副反射鏡に関して前
   記第２の焦点位置と対称な第２の鏡像点位置に配置され
   副反射鏡の前記中央部と前記第１の曲面部を主に電波照
   射する第２の１次放射器と； を備え、前記副反射鏡に
   おける、前記中央部は前記第１の１次放射器の照射電波
   を前記第１の部分反射鏡に向けてそのまま反射し前記第
   ２の１次放射器の照射電波を前記第２の部分反射鏡に向
   けてそのまま反射する平坦面に設定してある一方、前記
   第１の曲面部の曲面形状は前記第２の１次放射器の照射
   電波が当該曲面部および第１の部分反射鏡で順次反射さ
   れ前記第２の回転放物面の回転中心軸と平行な方向へ向
   かうときの位相誤差を補正ないしは軽減するように設定
   し、前記第２の曲面部の曲面形状は前記第１の１次放射
   器の照射電波が当該曲面部および第２の部分反射鏡で順
   次反射され前記第１の回転放物面の回転中心軸と平行な
   方向へ向かうときの位相誤差を補正ないしは軽減するよ
   うに設定してあること； を特徴とするマルチビームア
   ンテナ。