JPH0691365B2 - 衛星受信アンテナ装置 - Google Patents

衛星受信アンテナ装置

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JPH0691365B2
JPH0691365B2 JP60192273A JP19227385A JPH0691365B2 JP H0691365 B2 JPH0691365 B2 JP H0691365B2 JP 60192273 A JP60192273 A JP 60192273A JP 19227385 A JP19227385 A JP 19227385A JP H0691365 B2 JPH0691365 B2 JP H0691365B2
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裕彦 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、2種の静止衛星,例えば放送衛星と気象衛星
とを単一の反射鏡を共用して受信することのできる衛星
受信アンテナ装置に関するものである。
〈従来の技術〉 近年、多くの静止衛星が打ち上げられ、地上で各衛星か
らの電波を受信することによって各種の放送モードのサ
ービスが受けられるようになってきた。例えば、代表的
なものとして気象衛星受信システムと放送衛星受信シス
テムがあり、前者は気象衛星から送られる主に天気図等
の画像データを、後者は放送衛星から送られるテレビ画
像,音声等をそれぞれサービスするものである。気象衛
星受信システムでは、気象衛星から送られる1.7GHz帯の
電波を約1〜1.2mの直径の反射鏡を備えたパラボラアン
テナで受信され、一方、放送衛星受信システムでは、放
送衛星から送られる12GHz帯の電波を0.5〜0.75mの直径
の反射鏡を備えたパラボラアンテナで受信されている。
この両衛星受信システムは、衛星の送信電力,サービス
画像の内容,受信限界等の相違により、地上受信機のア
ンテナ径つまり前述の反射鏡の直径にかなりの差がある
ことに起因して個別に設置されている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、気象衛星は赤道上空の東経140°の静止軌道
上に設置し、放送衛星は赤道上空の東経110°の静止軌
道上に位置しており、日本の領域付近から前記の両衛星
の方向のなす角度は32.5°〜34°である。この程度の角
度差であれば単一の反射鏡に対し各衛星受信用の2種の
一次放射器を配置した一つのアンテナ装置で両衛星の電
波を受信できる可能性があるように思われる。そこで、
第6図のような構成にすることが考えられる。即ち、対
称形パラボラ反射鏡1の電気的焦点1aに気象衛星2の受
信用一次放射器20を配置するとともに、電気的焦点1aか
ら偏位した位置に放送衛星3の受信用一次放射器30を配
置する。そして、放送衛星3から送信される電波ビーム
3aを反射鏡1で反射させて一次放射器30で受信するよう
にし、放送衛星受信用アンテナを構成する。一方、気象
衛星2から送信される電波ビーム2aを反射鏡1で反射さ
せて一次放射器20で受信するようにし、気象衛星受信用
アンテナを構成する。
ところが、図示のように反射鏡1の回転対称軸1bを気象
衛星2の電波ビーム2aに一致させた場合、気象衛星2か
らの電波ビーム2aは最大感度で受信されるが、放送衛星
受信用一次放射器30は偏位給電する形態となり、偏位給
電による利得低下が生じると云う問題がある。そのため
に、それぞれの衛星受信設備が個別に設置されており、
この種の設備におけるコストにおいて大きな比重を占め
るアンテナ装置およびこれを設置するための設備に多大
の費用を要している。しかも、両衛星受信システムとも
サービス内容の共通点は画像情報の伝送であって画像モ
ニタ等の共通の機器が多いが、アンテナ装置が前述のよ
うに異なることにより何れも個別に備えており、極めて
不経済である。
本発明は、前記従来の問題点に鑑みこれを解消するため
になされたもので、反射鏡の形状並びに配置を工夫する
ことによって反射鏡の電気的焦点に配置された一次放射
器での感度が低下することなく、且つ偏位給電する一次
放射器での感度が上がるようにし、2種の衛星からの放
射電波を単一の反射鏡を共用して受信することのできる
衛星受信アンテナ装置を提供することを目的とするもの
である。
〈問題点を解決する為の手段〉 本発明は、前記目的を達成するために、2種の衛星から
の放射電波を単一の反射鏡を共用して受信する衛星受信
アンテナ装置であって、電波反射面が回転放物面の非対
称な一部から成るオフセットパラボラ反射鏡と、この反
射鏡の電気的焦点に配置され反射鏡とともに第1の衛星
受信用アンテナを構成する第1の衛星受信用一次放射器
と、前記電気的焦点から偏位した位置に配置され前記反
射鏡とともに第2の衛星受信用アンテナを構成する第2
の衛星受信用一次放射器とを具備し、前記反射鏡が、こ
れの電波反射面の前記第2の衛星から見た楕円開口面の
長軸が前記2種の衛星からの電波ビームを含む平面に対
し同一面若しくは平行に位置するよう配置された構成と
したことを要旨とするものである。
〈作用〉 前記構成としたことにより、第1の衛星からの信号電波
を反射鏡で反射させて電気的焦点に位置する一次放射器
で受信し、一方の第2の衛星からの信号電波を反射鏡で
反射させて電気的焦点から偏位した一次放射器で受信す
る。この時、第2の衛星から見た反射鏡の実効反射面
は、回転放物面の非対称な一部から成る電波反射面を有
するオフセットパラボラ反射鏡が、第2の衛星から見た
楕円開口面の長軸を両衛星からの電波ビームを含む平面
に対し同一若しくは平行に配置されていることにより、
対称形パラボラ反射鏡に比し十分に大きいから、この大
きな実効反射面により、第2の衛星受信用アンテナは、
偏位給電による利得の低下を十分に補える受信利得を得
る。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を詳説する。
第1図は本発明の好ましい一実施例の概略構成を示し、
気象衛星を第1の衛星4とし、放送衛星を第2の衛星5
とする。反射鏡6としては、回転放物面の非対称な一部
を抜きとった曲面の電波反射面を有するオフセットパラ
ボナ反射鏡が用いられ、この反射鏡6とともに第1の衛
星受信用アンテナを構成する第1の衛星受信用一次放射
器40は、反射鏡6の電気的焦点6aに配置され、第1の衛
星4から放射送信された電波ビーム4aを反射鏡6で反射
させてその反射波を受信する。一方、反射鏡6とともに
第2の衛星受信用アンテナを構成する第2の衛星受信用
一次放射器50は、反射鏡6の電気的焦点から偏位した位
置に配置され、第2の衛星5から放射送信された電波ビ
ーム5aを反射鏡6で反射させてその反射波を受信する。
第1の衛星受信用一次放射器40が第1の衛星4からの電
波ビーム4aに対し最大感度で受信できるように、反射鏡
6の回転対称軸6bが第1の衛星4の方向に一致するよう
に反射鏡6が配置されている。更に、第2の衛星2から
の電波ビーム5aを感度良く受信するために、反射鏡6は
以下のように配置されている。即ち、反射鏡6はオフセ
ットパラボラ面であるから、第2の衛星5から見た反射
鏡6の周縁部が楕円形状となり、この楕円開口面の長軸
が両衛星4,5からの電波ビーム4a,5aを含む平面に対し同
一面又は平行に位置し、且つ開口面が第2の衛星5の電
波ビーム5aとなす角が大きくなる向きに反射鏡6が配置
される。但し、この場合、回転対称軸6bが第1の衛星4
の方向から外れないよう配置される。
このように反射鏡6を配置した場合において、両衛星4,
5からの電波ビーム4a,5aを含む平面で反射鏡6を仮りに
切断すると第2図のようになる。放物線断面の反射鏡6
における第2の衛星5の電波ビーム5aの方向への射影の
長さD2は、第1の衛星4の電波ビーム4aの方向への射影
の長さD1よりも大きくなる。従って、第2の衛星5の電
波ビーム5aの方向から見た反射鏡6の開口は、第3図に
示すような楕円開口面となる。これに対し比較のため
に、第6図に示した対称形パラボラ反射鏡1における第
1の衛星からの電波ビーム2aの方向から見た開口径をD1
とした場合を第4図に示す。同図から明らかなように、
第2の衛星の電波ビーム3aの方向への反射鏡1の射影の
長さD3は第1の衛星の電波ビーム2aの方向への射影D1よ
りも小さくなるから、第2の衛星の電波ビーム3aから見
た反射鏡1の開口は、第5図に示すような楕円開口とな
る。
ここで、上述の点について、もう少し詳しく説明する。
一般に、第7図(A)に示すようなz軸に関して対称な
回転放物面は、その焦点距離をfとすると、x2+y2=4f
zで表される。そして、本実施例におけるオフセットパ
ラボラアンテナの反射鏡は、このような回転放物面の一
部を非対称に抜き取って構成される。
上記のように回転放物面が構成されるとき、その回転放
物面の焦点に一次放射器を配置すると、オフセットパラ
ボラアンテナの主ビームの方向はz軸方向となる。い
ま、回転放物面および一次放射器を第7図(B)に示す
ようにx軸に関してθ(0<θ<π/2)だけ回転させた
とき、回転放物面は次の式(1)のように表される。
x2+(ycosθ−zsinθ)=4f(ysinθ−zcosθ)……
(1) ここで、f:回転放物面の焦点距離. 次に、kを、設計するオフセットパラボラアンテナの大
きさに合わせて適当に設定する実定数とし、z=kで表
される平面と前記式(1)で示される回転放物面との交
わりを求めると、次式(2)に示す曲線となる。
x2+(y cosθ−k sinθ)=4f(y sinθ+k cosθ)
……(2) この式(2)を変形すると、次式(3)が得られる。
x2+cos2θ・(y+A)2=B2 ……(3) ここで、式(3)において、AおよびBは、以下のよう
に表される。
これは、x軸に短軸(その長さはB)、yz面上に長軸
(その長さはB/cosθ)をそれぞれ有する楕円の方程式
を示す。したがって、前記のような平面で回転放物面を
切って抜き出したとき、その周縁部の形状は楕円とな
る。
このような楕円をyz面内のy>0、z>0となる任意の
一点Pから見た場合、その形状は楕円となる。すなわ
ち、第7図(B)において、点Pと前記式(3)で示さ
れる楕円の中心とを結ぶ直線Lおよびyz面に垂直な面に
前記楕円を投影した図形は楕円となる。この楕円のyz面
に含まれる軸の長さは、z軸と直線Lとのなす角度をφ
とすると、式(3)で表される楕円の長軸の長さがB/co
sθであるから、(B/cosθ)×cosφとなる。一方、同
楕円のyz面に直交する軸の長さはBであるから、短軸と
長軸の長さが一致するとき、言い換えれば投影図形が円
となるのはφ=0、つまり回転対称軸の方向(焦点にお
いた一次放射器の電波の主ビーム方向)に点Pがあると
きである。このとき、第2図におけるD1はBと等しくな
る。また、上述の議論よりθ>φのとき、yz面に含まれ
る軸が楕円の長軸となり、第2図におけるD2が(B/cos
θ)×cosθと等しくなる。したがって、第2の衛星5
から見たオフセットパラボラ面は長軸がD2、短軸がD1と
なる楕円形、つまり第3図のように見えるのである。ま
た、前記の内容において、θ=0のときが第7図(C)
に示すような対称形パラボラとなる場合であるが、この
とき第4図におけるD3はB・cosφに等しくなり、第5
図に示すような長軸がD1で短軸がD3となる楕円形に見え
るのである。
なお、以上の説明では、回転放物面を平面で切って形成
されるオフセットパラボラ面について説明したが、(通
常は、このように設計される)、これに限らず、さまざ
まなオフセットパラボラ面に適用できることは言うまで
もない。
上述の説明から、第2図と第3図の関係については、次
のように言える。
第2図において、第1の衛星4の電波ビーム4aの方向か
ら反射鏡6を見ると、同反射鏡6の開口は、直径D1の円
形に見える。一方、第2の衛星5の電波ビーム5aの方向
から反射鏡6を見ると、同反射鏡6の開口は第2図の紙
面に沿った方向を長軸とする楕円に見え、その長軸の長
さはD2となる。そして、この状態で短軸側は前記4a方向
から見たときと同じ長さD1となり、その方向は、第2図
の紙面に垂直な方向となる。また、第3図は、第2図の
状態から反射鏡6をその長軸の回りに90度だけ回転させ
た状態を示したものである。したがって、第2図におい
て、D1は、第1の衛星4の電波ビーム4aの方向から見た
ときの反射鏡6の直径を表しており、第2の衛星5の電
波ビーム5aの方向から反射鏡6を見たときの長軸D2に直
交する短軸D1を表したものではない(ただし、長さは同
じD1である)。このような関係は、第4図と第5図との
関係についても同様である。楕円の面積は、その長軸を
aとし、且つ短軸をbとした場合に、πabで表わされる
から、前記実施例の反射鏡6の開口面積はπ・D1・D2と
なり、第4図および第5図に示した対称形パラボラ反射
鏡の場合はπ・D1・D3となる。D2>D1>D3であるから、
π・D1・D2>π・D1・D3となり、実施例の反射鏡6を用
いた方が対称形パラボラ反射鏡1を用いた場合より開口
面積が大きくなる。一般に、反射鏡アンテナの受信利得
は開口面積に比例するので、実施例のような反射鏡6の
形状とし且つ配置することにより、受信利得が改善され
て偏位給電による利得低下を十分に補うことができる。
実測結果によると、f/D比を0.43,オフセット角を60.2
°,両衛星4,5からの各電波ビーム4a,5aのなす角度を30
°としたオフセットパラボラ反射鏡6の場合、D2=1.3D
1となり、これに対し同一f/D比を有する対称形パラボラ
反射鏡1を備えた中央給電型アンテナの場合には、D3=
0.87D1となる。従って、この2種の反射鏡6,1の開口面
積を比較すると、オフセットパラボラ反射鏡6の方が対
称形パラボラ反射鏡1に対し1.3/0.87=1.5倍大きくな
る。受信利得は前述のように反射鏡の開口面積に比例す
るから、10log1.5=1.76dBの利得向上となる。
尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種
々の実施態様が考えられるのは勿論であり、例えば、前
記実施例では、利得向上の効果が最大となるようにオフ
セットパラボラ反射鏡の第2の衛星の電波ビームから見
た楕円開口面の長軸を、両衛星からの電波ビームを含む
平面に対し同一面又は平行に配置した場合に付いて説明
したが、これに限定されなく、オフセットパラボラ反射
鏡の楕円開口面の面積が対称形パラボラ反射鏡の楕円開
口面の面積より大きければ、本発明の効果を得ることが
できる。
〈発明の効果〉 以上のように本発明の衛星受信アンテナ装置によると、
単一の反射鏡を共用して2種の衛星の電波を受信する際
に生じる一方の衛星受信用アンテナの偏位給電による利
得低下を、反射鏡をオフセットパラボラ反射鏡とすると
ともに偏位給電となる方の衛星から見た実効反射面が最
大となる向きに反射鏡を配置することで補える構成とし
たので、単一の反射鏡で2種の衛星を利得の低下を少な
く受信でき、反射鏡のコストおよびこれの設置費用を半
減でき、しかも、画像モニタ等の共通の機器を共用する
ことができ、画期的なコストダウンを図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の衛星受信アンテナ装置の一実施例の概
略斜視図、第2図は第1図の両衛星からの電波ビームを
含む平面で反射鏡を切断した場合の説明図、第3図は第
1図における第2の衛星の電波ビームの方向から見た反
射鏡の開口面を示す図、第4図は比較のために示した対
称形パラボラ反射鏡を両衛星の電波ビームで切断した場
合の説明図、第5図は第4図の反射鏡における第2の衛
星の電波ビームの方向から見た開口面を示す図、第6図
は対称形パラボラ反射鏡を用いて2種の衛星の電波を受
信する場合の説明図、第7図の(A)および(B)は、
第1図における第2の衛星の電波ビームの方向から見た
反射鏡の開口面が第3図のように見える理由を説明する
ために使用した参考説明図、同図の(C)は第4図の対
称形パラボラ反射鏡における第2の衛星の電波ビームの
方向から見た開口面が第5図のように見える理由を説明
するために使用した参考説明図である。 4…第1の衛星、5…第2の衛星 4a…第1の衛星の電波ビーム 5a…第2の衛星の電波ビーム 6…オフセットパラボラ反射鏡 6a…電気的焦点 40…第1の衛星受信用一次放射器 50…第2の衛星受信用一次放射器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2種の衛星からの放射電波を単一の反射鏡
    を共用して受信する衛星受信アンテナ装置であって、電
    波反射面が回転放物面の非対称な一部から成るオフセッ
    トパラボラ反射鏡と、この反射鏡の電気的焦点に配置さ
    れ反射鏡とともに第1の衛星受信用アンテナを構成する
    第1の衛星受信用一次放射器と、前記電気的焦点から偏
    位した位置に配置され前記反射鏡とともに第2の衛星受
    信用アンテナを構成する第2の衛星受信用一次放射器と
    を具備し、前記反射鏡が、これの電波反射面の前記第2
    の衛星から見た楕円開口面の長軸が前記2種の衛星から
    の電波ビームを含む平面に対し同一面若しくは平行に位
    置するよう配置された構成としたことを特徴とする衛星
    受信アンテナ装置。
  2. 【請求項2】第1の衛星受信用アンテナのビーム軸を前
    記第1の衛星からの放射電波の向きに一致させて前記反
    射鏡を配設したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の衛星受信アンテナ装置。
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