JPH07154126A - 一定偏波特性を有するアンテナミラースキャン方法および装置 - Google Patents

一定偏波特性を有するアンテナミラースキャン方法および装置

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JPH07154126A
JPH07154126A JP6141953A JP14195394A JPH07154126A JP H07154126 A JPH07154126 A JP H07154126A JP 6141953 A JP6141953 A JP 6141953A JP 14195394 A JP14195394 A JP 14195394A JP H07154126 A JPH07154126 A JP H07154126A
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antenna
scanner
rotation
axis
reflector
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JP6141953A
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ヘラー ポール
William Edward Meserole
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/16—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
    • H01Q3/20—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is fixed and the reflecting device is movable

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一定した偏波ベクトルを示すアンテナスキャ
ナビームを生成して指向させる。 【構成】 アンテナミラースキャナ５０は回転しない固
定開口アンテナ５２と、反射平面６０，６２を有する平
面型反射器５８を含んでいる。平面型反射器５２の回転
の軸６４は、反射面６０に向けてまたはそれから伝搬す
るアンテナスキャナビームの伝搬方向６６に対して直角
になるように位置決めされている。モーター７０が平面
型反射器５８を回転させ、それにより、反射面６０に入
射したアンテナスキャナビームを、アンテナミラースキ
ャナ５０が受信のモードで作動しているときは、固定開
口アンテナ５２に向けて反射し、送信のモードで作動し
ているときは固定開口アンテナ５２から指向させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アンテナミラースキャ
ン方法と装置に関するが、より特定的には、地勢遠隔探
査用放射測定センサにおいて用いるためのアンテナミラ
ースキャン方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】円錐走査される狭いアンテナビームを生
成するための従来の方法は、回転する傾斜平面型反射器
すなわちスプラッシュプレートを、ホーン型または放物
面型のフィードアンテナのような、回転しない直接開口
の源によってフィードすなわち励起することを含んでい
る。その回転しない直接開口アンテナの対称の軸は、平
面型反射器のスピン軸と揃うように位置決めされてい
る。傾斜平面型反射器の、それのスピン軸の回りでの回
転によって、結果として生ずるアンテナビームは、狭い
平面状または円錐状の走査の中で指向される。傾斜平面
型反射器の傾斜角度が45°である場合、つまり、平面型
反射器の面がスピン軸に対して傾斜している場合には、
平面状（つまり航路横断方向crostrack）の走査が達成
される。傾斜角度が45°以外の角度である場合には、円
錐状走査が行われ得る。
【０００３】放射計は、放射する電磁放射を検出し測定
する。従来の空間的分解能の高い放射計は、典型的に
は、熱雑音放出の地勢遠隔探査のための前述のアンテナ
ビームのような、狭い平面状または円錐状に走査される
アンテナビームを用いている。放射計の中に含まれてい
る平面型反射器が、その回転する平面型反射器の反射平
面に入射する放射エネルギー、すなわち熱雑音放出によ
って励起されているならばよい。アンテナミラースキャ
ナの指向された走査によってトラッキングされた地面の
一部からの放射エネルギーが検出されて測定される。
【０００４】回転する平面型反射器を利用している従来
のアンテナミラースキャナの一つの例は、図７に示し
た、ＮＡＳＡの進歩的なマイクロ波プレシピテーション
放射計２である。この進歩的なマイクロ波プレシピテー
ション放射計２は、スピン軸１０の回りで回転する平面
型反射器４を含んでいて、地勢遠隔探査用放射測定セン
サとして機能する。平面型反射器４の反射面９と１１に
入射する熱的放出の放射が、ホーン集束レンズ５と７の
どちらかを経て、回転しない直接開口アンテナ６と８の
どちらかに指向される。プレッシャーリッド１２が、エ
ンコーダとスキャナの制御エレクトロニクス１４と、キ
ャリブレーション用ロードのセクション１６を包囲して
いる。回転する平面型反射器４のスピン軸１０は、回転
しない直接開口アンテナ６と８の、各々の対称の軸と揃
うように位置決めされている。
【０００５】回転しない直接開口アンテナ６と８の対称
の軸は、それらが平面型反射器４のスピン軸に平行であ
るように位置している。それら軸が平行に位置決めされ
ているので、この進歩的なマイクロ波プレシピテーショ
ン放射計２は、検出された放射を回転しない直接開口ア
ンテナ６と８へと指向させるように、平面型反射器４が
それのスピン軸１０の回りで回転するときに、偏波ベク
トル、すなわち、結果として生ずる、検出された放射の
電界と磁界を回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のミ
ラースキャン方法を用いたアンテナスキャナビームの、
偏波ベクトルの回転は、大きな欠点である。例えば、従
来のミラースキャンの方法を用いて熱雑音の放出を検出
するべく地面を走査する衛星搭載の放射計は、アンテナ
の偏波ベクトルが走査の軌跡の関数として回転するとき
の熱雑音放射のデータの膨大で複雑な処理による解釈を
必要とするであろうからである。
【０００７】したがって本発明の一つの目的は、従来の
アンテナミラースキャナで生成されていた、スキャナビ
ームにおける固有の偏波回転の効果が除去されたアンテ
ナスキャナビームを生成するための、アンテナミラース
キャン方法と装置を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、偏波ベクトルが走査
角度の変化に無関係な方向を示すアンテナスキャナビー
ムを生成するような、アンテナミラースキャン方法と装
置を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、固定の偏波を
示すと共に、従来のアンテナミラースキャナで得られた
スキャナビームよりも大きい感度と分解能を達成するよ
うなアンテナスキャナビームを生成するための、アンテ
ナミラースキャン方法と装置を提供することにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、従来の放射測
定センサと同様の地面走査が得られるが、それがアンテ
ナスキャナビームの偏波の回転なしに得られるようなア
ンテナミラースキャナを用いた、地勢遠隔探査用放射測
定センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの実施態様
に従った方法は、少なくとも一つの反射面を有する反射
器を、回転しない固定開口アンテナに対して、アンテナ
に向けてまたはそれから放射された電磁エネルギーの平
面波の伝搬方向が反射器の回転の軸に対して平行ではな
く直角であるように位置決めするステップを含んでい
る。この方法は、また、反射器を回転の軸の回りで回転
させ、それにより、少なくとも一つの反射面に入射した
アンテナスキャナビームとしての平面波を、回転しない
固定開口アンテナに向かってまたはそれから指向するよ
うにするステップを含んでいる。
【００１２】本発明は、また、少なくとも一つの回転し
ない固定開口受信アンテナと、少なくとも一つの反射平
面を有する少なくとも一つの平面型反射器とを有する地
勢遠隔探査用放射測定センサを含んでいる。前記の少な
くとも一つの平面型反射器の回転の軸は、前記の少なく
とも一つの回転しない直接開口アンテナの対称の軸に対
して直角に位置している。モーターのような回転手段
が、平面型反射器を回転させ、それにより、熱雑音で生
成された電磁エネルギーから結果として生成された、一
定の偏波特性を示すアンテナスキャナビームを指向させ
るようにする。その、熱雑音で生成された電磁エネルギ
ーは、地面から平面波の形で放射され、少なくとも一つ
の反射平面に、アンテナスキャナビームとして入射さ
れ、そこで、前記の少なくとも一つの回転しない直接開
口アンテナへと指向される。
【００１３】
【実施例】本発明の、上記およびその他の目的、特徴お
よび利点が、以降の添付の図面と関係づけて読まれるべ
き、本発明の説明のための実施例の詳しい説明から明ら
かになって来る。
【００１４】本発明の一つのアンテナミラースキャナ５
０が、図１に示されている。アンテナミラースキャナ５
０は、支持構造物６８上に取り付けられた、回転しない
ホーン５２を含んでいる。回転しないホーン５２は、放
物面５４の焦点に位置している。放物面５４の反射面５
６は、それに入射する電磁エネルギーを、指向的に反射
して平行にする。
【００１５】アンテナミラースキャナ５０は、また、相
反する側の第１と第２の反射平面６０と６２を有する平
面型反射器５８を含んでいる。平面型反射器５８は、矢
印Ａおよび／またはＢで示しているように、回転の軸６
４の回りで回転し、それにより、反射器５８の反射平面
６０と６２に平面波の形で入射した電磁エネルギーを反
射的に指向させる。モーター７０が、平面型反射器５８
に機械的に結合されているので、その平面型反射器を回
転の軸６４の回りで回転させる。
【００１６】本発明の第１実施例においては、アンテナ
ミラースキャナ５０が、地勢遠隔探査用放射測定センサ
として、つまり、受動的、すなわち受信のモードで作動
するようにして用いられている。受動的作動の間におい
ては、走査されている大地から放出された熱雑音の放射
を含むアンテナスキャナビームが、走査を実行するため
に平面型反射器５８が回転させられるときに反射平面６
０と６２に入射することで受信される。入射したアンテ
ナスキャナビームは、どちらかの反射平面によって、放
物面５４へと指向される。放物面５４の反射面５６は、
回転しない固定開口アンテナとして働き、さらにアンテ
ナスキャナビームを、回転しないホーン５２の中へと指
向させる。そうすると、受信されたアンテナスキャナビ
ームから抽出された熱的情報について、データ処理が行
われ得る。
【００１７】放物面５４は、それに向けて平面型反射器
５８から伝搬する平面波の伝搬方向６６が、常に、放物
面５４の回転の軸線、すなわち、放物面５４と平面型反
射器５８の間のフィード方向、に対して直角であるよう
に位置決めされている。したがって、平面型反射器５４
がそれの回転の軸６４の回りで回転させられるときに、
従来技術のアンテナミラースキャン方法において見られ
たような、アンテナスキャナビームの偏波ベクトルの回
転がない。
【００１８】本実施例のアンテナミラースキャナ５０
は、また、能動的なスキャナとして、つまり、送信のモ
ードで作動するようにしても用いられ得る。送信のモー
ドで作動する能動的スキャンの間には、地面の特定の領
域を走査するためのアンテナスキャナビームの形で、電
磁エネルギーがアンテナミラースキャナ５０から放出さ
れる。回転しないホーン５２が、放物面５４に向けて電
磁エネルギーを放射する。放物面５４は、アンテナスキ
ャナビームの形での電磁エネルギー、すなわち平面波
を、反射面５６から平面型反射器５８へと改めて指し向
けるアンテナとして働く。平面型反射器５８の反射平面
６０と６２が、アンテナスキャナビームを受け取り、平
面型反射器５８のそれの回転の軸６４の回りでの回転に
よって、走査されるべき領域へとそのビームを指向させ
る。
【００１９】放物面５４は、それが回転しない固定開口
アンテナとして働くように位置決めされている。反射面
５６によって指向されたアンテナスキャナビームの伝搬
方向６６は、常に、平面型反射器５８の回転の軸６４に
対して直角になっている。回転の軸６４に対して伝搬方
向６６が直角となっているので、アンテナスキャナビー
ムの偏波ベクトルの回転がない。
【００２０】本発明のアンテナミラースキャナ５０によ
って示される一定したベクトルの偏波は、従来のアンテ
ナミラースキャナと対照的である。従来のスキャナの中
にあるソース／シンク(source/sink)アンテナの対称の
軸は、そのスキャナの平面型反射器のスピン軸に実質的
に平行に位置決めされている。従来のアンテナミラース
キャナの傾斜角度が固定されているときに、走査を生成
するべく、平面型反射器がそれのスピン軸の回りで回転
する。結果として生成するアンテナスキャナビームの偏
波ベクトルは、平面型反射器のスピン軸の回りでの半径
方向の動きと共に変化する。
【００２１】それに反して、本発明のアンテナミラース
キャナは、スキャナの平面型反射器５８の回転の軸６４
が、放物面５４から反射し、またはそれに向けて伝搬す
る平面波、すなわちスキャナアンテナビームの伝搬方向
６６に対して直角の方向に位置している。このことは、
アンテナミラースキャナが、アンテナスキャナビーム
を、受信するように働くのか反射するように働くのかに
無関係である。このような構造設計は、平面型反射器５
８によって指向されたアンテナスキャナビームの偏波の
方向が一定であることを確実にする。
【００２２】図２は、本発明のアンテナミラースキャナ
の第２実施例８２を示している。アンテナミラースキャ
ナ８２は、平面型反射器８４の中で行われた変更に関す
る以外は、図１で示されたアンテナミラースキャナと同
様である。平面型反射器８４は、一つだけの反射面８６
を含んでいる。平面型反射器８４は、それの回転の軸８
８の回りで、矢印ＡまたはＢのどちらかの回転方向に回
転する。しかし、図１で示された実施例とは異なって、
この実施例の平面型反射器８４は、平面型反射器のそれ
の回転の軸８８の回りでの完全な１回転ごとに、アンテ
ナスキャナビームの１回だけの掃引を行うことを可能に
している。しかし、平面型反射器８４は、それの回転の
軸の回りで、可能な全回転変位 180°のうちのある部分
的範囲内で、振動運動の形で往復的に回転させられるな
らばよい。
【００２３】図３は、本発明のアンテナミラースキャナ
の第３実施例１００を示している。アンテナミラースキ
ャナ１００は、それが、図１および２の平面型反射器５
８、８４の代わりに平面型反射器装置１０２を含んでい
ることにおいて、図１および２で示されたアンテナミラ
ースキャナと異なっている。
【００２４】平面型反射器装置１０２は、６個の平面型
反射器１０４を含んでいて、その各々が一つの反射面１
０６を有している。それら６個の平面型反射器１０４
は、回転の軸１０８の回りに、支持部材１１０によって
取り付けられている。回転の軸１０８は、平面型反射器
装置１０２を回転の軸１０８の回りで回転させるための
モーター７０に機械的に結合されている。６個の平面型
反射器１０４が、六角形の平面型反射器装置１０２の形
を規定している。
【００２５】平面型反射器装置１０２がそれの回転の軸
１０８の回りで回転するときに、各々の平面型反射器１
０４が、回転しない固定開口アンテナ５４に向かってま
たはそれから、アンテナスキャナビームを指向させる。
アンテナ５４は、当業者が知っているどんな、回転しな
い固定開口アンテナであってもよい。例えば、アンテナ
５４は、図５に示した回転しないホーン７８の形になっ
ていてよいし、図７に示した集束ホーンレンズ５のよう
なホーンレンズ、または、図１や図２に示した、回転し
ないホーン５２と放物面５４の組合せも用いられ得る。
アンテナスキャナビームは、送信のモードでのスキャナ
の作動の間には、生成されて、アンテナ５４から平面型
反射器装置１０２の各々の平面型反射器１０４に向けて
指向され得る。また、アンテナスキャナビームは、受信
のモードでのスキャナの作動の間には、地面の走査によ
って生成され、平面型反射器装置１０２の各々の平面型
反射器１０４において受信され得る。
【００２６】図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図の
面から出る方向に飛行する航空機９０によって運ばれて
いる本発明のアンテナミラースキャナによって投射され
た、三つの相異なるアンテナスキャナビームのフットプ
リント９１を示している。スキャナビームのフットプリ
ントの各々は、地面９２の一つの部分に入射していて、
その部分は、平面型反射器５８のそれの回転の軸線６４
の回りでの回転の角度に依存している。
【００２７】図４（ａ）は、地面９２の面に平行な平面
型反射器５８の一つの面に対して45°の回転角度にある
平面型反射器５８を示している。回転角度45°に回転さ
せられた平面型反射器によって投射されたアンテナスキ
ャナビームは、航空機の直下のフットプリント９１を残
す。
【００２８】図４（ｂ）は、図４（ａ）のフットプリン
トに対しては航空機９０の進行方向左側にシフトしたア
ンテナスキャナビームのフットプリント９１を示してい
る。これは、平面型反射器５８の回転角度が45°より小
さい回転角度に変わった結果である。図４（ｃ）は、図
４（ａ）のフットプリントに対しては航空機９０の進行
方向右側にシフトしたアンテナスキャナビームのフット
プリント９１を示している。これは、平面型反射器５８
の回転角度が45°より大きい回転角度に変わった結果で
ある。平面型反射器５８の回転角度を変えることによっ
て、走査の経路が規定される。
【００２９】図５は、本発明のアンテナミラースキャナ
の第４実施例７６を示しており、このものにおいては、
回転しないホーン７８が、平面波の形での電磁エネルギ
ーを平面型反射器５８に直接的にフィードしている。ホ
ーン７８は、回転しない直接開口アンテナとして働く。
図７に示した集束レンズ５のようなホーン集束レンズ
も、回転しない直接開口アンテナとして用いられ得る。
この構造設計は、ある走査の状態では、フィードアンテ
ナ、すなわち回転しないホーン７８と、平面型反射器５
８の間において、放物面でのさらなるエネルギー集束能
力が必要ではないという理由で提供されている。ホーン
７８の対称の軸８０は、平面型反射器５８の回転の軸６
４（つまり、図の面に対する垂線）に対して直角に位置
決めされている。
【００３０】回転しないホーン７８の対称の軸８０が、
平面型反射器５８に対して直角に位置決めされているの
で、そこから放射される平面波、すなわちアンテナスキ
ャナビームの伝搬方向６６は、平面型反射器５８の回転
の軸に対して直角になっている。したがって、生成され
たアンテナスキャナビームの偏波ベクトルは、ビームが
走査しているとき、一定に維持される。
【００３１】平面型反射器５８の反射平面６０または６
２への平面波の源を設ける正確な方法は本発明の場合に
厳格を要することはない。その方法は、当業者によって
決められてもよい。厳格を要することは、平面波の伝搬
方向６６が常に平面型反射器の回転の軸と直角になって
いることである。図５は、平面型反射器５８に向けてエ
ネルギーを放射している（つまり、送信モードで作動し
ている）回転しないホーン７８を示しているが、ホーン
７８は、受信モードででも用いられ得るのであり、その
ときには、アンテナミラースキャナ７６は、受動的なス
キャナとして作動する。
【００３２】上述した構造の平面型反射器５８の回転
は、パドルホイールの回転に全く良く似ている。平面型
反射器５８が二つの、背中合わせの反射平面、すなわち
反射平面６０と６２を有して形成されているので、平面
型反射器５８の回転の軸６４の回りでの完全な１回転ご
とに、それによって生成されたアンテナスキャナビーム
の２回の完全な走査が行われる。そのために、反射平面
６０と６２の両方が、入射したエネルギーを反射するよ
うに研磨されていればよい。
【００３３】図示のモーター７０は、平面型反射器を、
例えば96回転／分の連続した角速度で駆動するための、
簡単な宇宙用認定の（つまり、少ない重力において作動
することを認定された）モーターであればよい。平面型
反射器５８の反射平面６０と６２が背中合わせになって
いるので、96回転／分ならば、約３回／秒の走査が行わ
れ得る。平面型反射器５８の１回転当たり２回の走査
は、走査されるべき面に入射するアンテナスキャナビー
ムのジグザグパターンを生成する。平面型反射器５８の
回転の軸６４の回りでの回転角度１°ごとに、そのアン
テナミラースキャナ５０を地面を覆うように運んでいる
飛行中の航空機の面から延びている垂線に対するビーム
の方向の２°の変化が結果として生ずる。
【００３４】アンテナスキャナビームを指向するために
は、当業者が知っているどんなアンテナ手段でも用いら
れ得る。例えば、図５に示した回転しないホーン７８、
図７に示した集束ホーンレンズ５のようなホーンレン
ズ、または、図１や図２に示した、回転しないホーン５
２と放物面５４の組合せが用いられ得る。アンテナスキ
ャナビームは、それの伝搬方向６６が平面型反射器５８
の回転の軸６４に対して直角になっている限り、平面型
反射器に向かって指向させ、またはそれから受取ること
ができる。それによって生成されるアンテナスキャナビ
ームは、常に、一定した偏波ベクトルの方向を示す。
【００３５】図６は、本発明のアンテナミラースキャナ
５０を運んでいる航空機９０を示している。航空機９０
の進行方向は、図６の面から出る方向にあり、アンテナ
ミラースキャナ５０の中に含まれている平面型反射器５
８の回転の軸６４と揃っている。放物面５４の対称の軸
６６は、回転の軸６４に対して直角に位置決めされてい
る。この位置決めは、回転しないホーン５２から放物面
５４に向けて放射される電磁エネルギーが常に平面波で
形成され、それの伝搬方向が平面型反射器５８の回転の
軸６４に対して直角になることを確実にする。航空機９
０から、地面９２と平行な航空機９０の面に対して垂線
の方向に放射されているアンテナスキャナビーム９４が
示されている。
【００３６】伝搬するアンテナスキャナビーム９４は、
航空機９０に近い間では、集束された電磁エネルギーの
円筒によく似ている。しかし、アンテナスキャナビーム
の断面積は、航空機からの距離が増すにつれて増大つま
り拡張する。アンテナスキャナビームが伝搬するとき
に、垂線に対してのアンテナスキャナビームの拡張と結
合する角度変位は、ビーム幅と言われる。ビーム幅は、
ほぼ60λ／ｄに等しい。ただし、λは放射された電磁エ
ネルギーの波長であり、ｄは平面型反射器５８において
のビームの直径である。ビームの直径は平面型反射器５
８の幅で近似され得る。何故ならば、多くの走査角度に
おいて、アンテナスキャナビームの断面積は、大きさに
おいて、平面型反射器５８の表面積に近いからである。
【００３７】約12 GHzの周波数で生成されたアンテナス
キャナビームは、約２．５４ｃｍ（１インチ）に等しい
波長λを有する。表面積が約２．７８７ｍ2（３０ f
t2）の平面型反射器５８は、直径１５２．４ｃｍ（５ f
t）に近似され得る直径ｄを有する。上記の方程式にあ
るそれら寸法を守っている本発明のアンテナミラースキ
ャナの中で生成されるアンテナスキャナビームでの、結
果として生ずるビーム幅は、約１°になるはずである。
【００３８】ビーム幅が１°であることによって決まっ
てくるのは、地面９２においてアンテナスキャナビーム
９４によって結果的に作られるフットプリント９８のス
ポット幅である。スポット幅ＳはＲθに等しい。ここ
で、Ｒは地面までの距離に等しく、θはラジアンで表し
たビーム幅である。地面９２からの距離Ｒが１６０ｋｍ
（100マイル）のところでビーム幅１°を示しているス
キャナビーム９４は、スポット幅が直径約２．７９２ｋ
ｍ（１．７４５マイル）に等しいフットプリント９８を
生成する。平面型反射器５８をそれの回転の軸６４の回
りで回転させるならば、地面９２上の奥行き約２．７９
２ｋｍ（１．７４５マイル）の一走査をするようにスキ
ャナビームを指向させる。そして、その走査の見て行く
線の長さは、平面型反射器５８の回転の角度の２倍に比
例する。
【００３９】図示のように、本発明のアンテナミラース
キャナ５０が、アンテナスキャナビーム９６を角度θで
生成していて、地面９２上ではスポット幅１００を有す
るフットプリント１００ができている。垂線に対しての
角度がθであるスキャナビームを生成している平面型反
射器の回転の角度は、角度θの半分である。例えば、も
し平面型反射器が±15°回転させられたならば、アンテ
ナスキャナビームは±30°に等しい角度θで生ずる。地
面から１６０ｋｍ（１００マイル）離れているならば、
アンテナスキャナビームは、進行方向左側から右側への
航路横断方向に、Ｒ（tan ２θ）の２倍つまり約９１．
２ｋｍ（５７マイル）にほぼ等しい地面上の距離を延び
る。
【００４０】本発明の水車式の概念においては、回転し
ない固定開口アンテナが、従来の平面型反射器スキャナ
におけると全く同様に、アンテナスキャナビームの送信
にも受信にも用いられることが望まれる。しかし、形成
されたアンテナスキャナビームの分解能が空間的に決ま
る故に、従来のミラースキャナによって用いられた傾斜
した平面型反射器で必要とされた表面積と、本発明との
関係で用いられる平面型反射器で必要とされる表面積と
は相異なる。
【００４１】従来のスキャナにおいて用いられた平面型
反射器の傾斜角度は固定であるので、その平面型反射器
のためには、必要な一定した表面積が決まっている。そ
れとは対照的に、本発明の平面型反射器では、回転角度
が常に変化するので、それと共に、平面型反射器の各反
射平面上に投射されるアンテナスキャナビームの断面積
がその回転に応じて変化することの故に、より大きい表
面積を必要とするのが普通である。
【００４２】本発明によって用いられるための平面型反
射器の必要とする表面積は、平面型反射器５８が回転さ
れる、その回転の角度の変化に比例している。平面型反
射器５８の回転の角度を制限すること、つまり、回転を
360°よりも小さく制限することにより、平面型反射器
の必要とする表面積が変更され得る。例えば、平面型反
射器５８のそれの回転の軸線の回りでの回転を両方向に
±10°に制限することによって、走査が制限されてよ
い。その結果は、平面型反射器５８が、それの回転の軸
６４の回りで、垂線に対して35°と55°の角度間で振動
することとなる。その結果、35°と55°の間で変化する
角度で各平面６０または６２上に投射されるアンテナス
キャナビームのフットプリントは、例えば、25°または
65°の回転角度で形成されるフットプリントよりも、よ
り少ない表面を必要とする、ということになる。
【００４３】平面型反射器は、連続的に回転しても、そ
れが必要とする平面型反射器表面積を制限することがで
きる。このことは、情報の処理を、各走査の特定の角度
変位に対応する一部分の間に形成されたアンテナスキャ
ナビームの情報だけに限定する、ということによって達
成される。平面型反射器は、全体走査として指向される
アンテナビームの要求に応ずる大きさにすることを必要
としないので、必要な表面積は、制限された回転角度に
比例して減少する。例えば、平面型反射器の回転は、垂
線に対して35°と55°の間に制限され得る。したがっ
て、各反射平面６０または６２の大きさは、それに入射
する、上記の制限された回転の角度において形成された
アンテナスキャナビームの完全な断面を収容するに十分
でありさえすればよい。
【００４４】アンテナミラースキャナは、平面型反射器
５８がそれの回転の軸６４の回りで、特定の角度範囲内
で（制限された走査を規定するように）振動することと
して作動させられ得るが、平面型反射器をそれの回転の
軸の回りで完全に回転させることは、幾つかの利点を提
供する。例えば、制限された走査から得られる情報しか
必要としないいくつかの移動プラットフォーム、例えば
人工衛星は、そのような振動的作動によって影響を被
る。平面型反射器のそれの軸線の回りでの部分的回転に
おいて必ずある周期的なスタートとストップの結果とし
て機械的動揺が生じ、それが衛星に有害な影響を及ぼす
ことがある。したがって、情報処理を特定の角度範囲に
限定することとして、平面型反射器５８をそれの回転の
軸６４の回りで連続的に回転させることが、望ましくな
い機械的動揺を避けるための一つの方法であることとな
る。
【００４５】平面型反射器５８をそれの回転の軸６４の
回りで完全に回転させ、しかしながら情報処理を、制限
された角度範囲で形成されたアンテナスキャナビームの
特定の部分に限定する、ということの他の利点は、用い
られない範囲を、アンテナミラースキャナの目盛較正の
ために用いるべく利用し得る、ということにある。つま
り、平面型反射器５８の回転によって形成されるスキャ
ナビームの幾らかの部分、例えば、垂線に対して35°よ
り小さい回転角度、および５５°より大きい回転角度で
形成された部分は、温度が既知のロードつまり移動中の
飛行体上方の冷気へと指向させればよい。温度が既知の
ロードからのアンテナスキャナビームの情報を受信する
ことにより、アンテナミラースキャナが目盛較正され
る。さらに、そのような方法は、平面型反射器５８のそ
れの回転の軸６４の回りでの完全な１回転ごとに目盛較
正が行われることを可能にしている。
【００４６】ここでは、本発明の説明用の実施例を添付
の図面を参照しつつ説明したが、本発明がそれら詳細な
実施例に限定されるのでなく、それら実施例の中で、任
意の他の変更／変形が、本発明の範囲と理念から外れる
ことなしに、当業者によって実行され得る、ということ
が理解されるようである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナミラースキャナの第１実施例
の側面視図である。
【図２】本発明のアンテナミラースキャナの第２実施例
の側面視図である。
【図３】本発明のアンテナミラースキャナの第３実施例
の側面視図である。
【図４】（ａ）は図１で示した実施例の側面視図におい
て、アンテナスキャナビームの地面上のフットプリント
を示している図である。（ｂ）は（ａ）で示した実施例
の側面視図において、アンテナスキャナビームのフット
プリントが右方にシフトしたときを示す図である。
（ｃ）は（ａ）で示した実施例の側面視図において、ア
ンテナスキャナビームのフットプリントが左方にシフト
したときを示す図である。
【図５】図１で示した本発明の第１実施例の一つの変形
である第４実施例の側面視図である。
【図６】本発明のアンテナミラースキャナによって生成
されたアンテナスキャナビームが、飛行中の航空機から
指向されている、その航空機の正面視図である。
【図７】従来のミラースキャナの方法を用いている進歩
的マイクロ波プレシピテーション放射計の側面視図であ
る。
【符号の説明】 ５０ アンテナミラースキャナ ５２ 回転しないホーン ５４ 放物面 ５６ 反射面（放物面５４の） ５８ 平面型反射器 ６０，６２ 反射平面 ６４ 回転の軸 ６６ 伝搬方向 ６８ 支持構造物 ７０ モーター ７６ アンテナミラースキャナ ７８ 回転しないホーン ８０ 対称の軸 ８２ アンテナミラースキャナ ８４ 平面型反射器 ８６ 反射面 ８８ 回転の軸 ９０ 航空機 ９１ フットプリント ９２ 地面 ９４，９６ アンテナスキャナビーム ９８，１００ フットプリント、スポット幅 １００ アンテナミラースキャナ １０２ 平面型反射器装置 １０４ 平面型反射器 １０６ 反射面 １０８ 回転の軸 １１０ 支持部材 １１２ 航路横断方向
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年９月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 一定偏波特性を有するアンテナミラー
スキャン方法および装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アンテナミラースキャ
ン方法と装置に関するが、より特定的には、地勢遠隔探
査用放射測定センサにおいて用いるためのアンテナミラ
ースキャン方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】円錐走査される狭いアンテナビームを生
成するための従来の方法は、回転する傾斜平面型反射器
すなわちスプラッシュプレートを、ホーン型または放物
面型のフィードアンテナのような、回転しない直接開口
の源によってフィードすなわち励起することを含んでい
る。その回転しない直接開口アンテナの対称の軸は、平
面型反射器のスピン軸と揃うように位置決めされてい
る。傾斜平面型反射器の、それのスピン軸の回りでの回
転によって、結果として生ずるアンテナビームは、狭い
平面状または円錐状の走査の中で指向される。傾斜平面
型反射器の傾斜角度が45°である場合、つまり、平面型
反射器の面がスピン軸に対して傾斜している場合には、
平面状（つまり航路横断方向crostrack）の走査が達成
される。傾斜角度が45°以外の角度である場合には、円
錐状走査が行われ得る。
【０００３】放射計は、放射する電磁放射を検出し測定
する。従来の空間的分解能の高い放射計は、典型的に
は、熱雑音放出の地勢遠隔探査のための前述のアンテナ
ビームのような、狭い平面状または円錐状に走査される
アンテナビームを用いている。放射計の中に含まれてい
る平面型反射器が、その回転する平面型反射器の反射平
面に入射する放射エネルギー、すなわち熱雑音放出によ
って励起されているならばよい。アンテナミラースキャ
ナの指向された走査によってトラッキングされた地面の
一部からの放射エネルギーが検出されて測定される。
【０００４】回転する平面型反射器を利用している従来
のアンテナミラースキャナの一つの例は、図９に示し
た、ＮＡＳＡの進歩的なマイクロ波プレシピテーション
放射計２である。この進歩的なマイクロ波プレシピテー
ション放射計２は、スピン軸１０の回りで回転する平面
型反射器４を含んでいて、地勢遠隔探査用放射測定セン
サとして機能する。平面型反射器４の反射面９と１１に
入射する熱的放出の放射が、ホーン集束レンズ５と７の
どちらかを経て、回転しない直接開口アンテナ６と８の
どちらかに指向される。プレッシャーリッド１２が、エ
ンコーダとスキャナの制御エレクトロニクス１４と、キ
ャリブレーション用ロードのセクション１６を包囲して
いる。回転する平面型反射器４のスピン軸１０は、回転
しない直接開口アンテナ６と８の、各々の対称の軸と揃
うように位置決めされている。
【０００５】回転しない直接開口アンテナ６と８の対称
の軸は、それらが平面型反射器４のスピン軸に平行であ
るように位置している。それら軸が平行に位置決めされ
ているので、この進歩的なマイクロ波プレシピテーショ
ン放射計２は、検出された放射を回転しない直接開口ア
ンテナ６と８へと指向させるように、平面型反射器４が
それのスピン軸１０の回りで回転するときに、偏波ベク
トル、すなわち、結果として生ずる、検出された放射の
電界と磁界を回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のミ
ラースキャン方法を用いたアンテナスキャナビームの、
偏波ベクトルの回転は、大きな欠点である。例えば、従
来のミラースキャンの方法を用いて熱雑音の放出を検出
するべく地面を走査する衛星搭載の放射計は、アンテナ
の偏波ベクトルが走査の軌跡の関数として回転するとき
の熱雑音放射のデータの膨大で複雑な処理による解釈を
必要とするであろうからである。
【０００７】したがって本発明の一つの目的は、従来の
アンテナミラースキャナで生成されていた、スキャナビ
ームにおける固有の偏波回転の効果が除去されたアンテ
ナスキャナビームを生成するための、アンテナミラース
キャン方法と装置を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、偏波ベクトルが走査
角度の変化に無関係な方向を示すアンテナスキャナビー
ムを生成するような、アンテナミラースキャン方法と装
置を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、固定の偏波を
示すと共に、従来のアンテナミラースキャナで得られた
スキャナビームよりも大きい感度と分解能を達成するよ
うなアンテナスキャナビームを生成するための、アンテ
ナミラースキャン方法と装置を提供することにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、従来の放射測
定センサと同様の地面走査が得られるが、それがアンテ
ナスキャナビームの偏波の回転なしに得られるようなア
ンテナミラースキャナを用いた、地勢遠隔探査用放射測
定センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの実施態様
に従った方法は、少なくとも一つの反射面を有する反射
器を、回転しない固定開口アンテナに対して、アンテナ
に向けてまたはそれから放射された電磁エネルギーの平
面波の伝搬方向が反射器の回転の軸に対して平行ではな
く直角であるように位置決めするステップを含んでい
る。この方法は、また、反射器を回転の軸の回りで回転
させ、それにより、少なくとも一つの反射面に入射した
アンテナスキャナビームとしての平面波を、回転しない
固定開口アンテナに向かってまたはそれから指向するよ
うにするステップを含んでいる。
【００１２】本発明は、また、少なくとも一つの回転し
ない固定開口受信アンテナと、少なくとも一つの反射平
面を有する少なくとも一つの平面型反射器とを有する地
勢遠隔探査用放射測定センサを含んでいる。前記の少な
くとも一つの平面型反射器の回転の軸は、前記の少なく
とも一つの回転しない直接開口アンテナの対称の軸に対
して直角に位置している。モーターのような回転手段
が、平面型反射器を回転させ、それにより、熱雑音で生
成された電磁エネルギーから結果として生成された、一
定の偏波特性を示すアンテナスキャナビームを指向させ
るようにする。その、熱雑音で生成された電磁エネルギ
ーは、地面から平面波の形で放射され、少なくとも一つ
の反射平面に、アンテナスキャナビームとして入射さ
れ、そこで、前記の少なくとも一つの回転しない直接開
口アンテナへと指向される。
【００１３】
【実施例】本発明の、上記およびその他の目的、特徴お
よび利点が、以降の添付の図面と関係づけて読まれるべ
き、本発明の説明のための実施例の詳しい説明から明ら
かになって来る。
【００１４】本発明の一つのアンテナミラースキャナ５
０が、図１に示されている。アンテナミラースキャナ５
０は、支持構造物６８上に取り付けられた、回転しない
ホーン５２を含んでいる。回転しないホーン５２は、放
物面５４の焦点に位置している。放物面５４の反射面５
６は、それに入射する電磁エネルギーを、指向的に反射
して平行にする。
【００１５】アンテナミラースキャナ５０は、また、相
反する側の第１と第２の反射平面６０と６２を有する平
面型反射器５８を含んでいる。平面型反射器５８は、矢
印Ａおよび／またはＢで示しているように、回転の軸６
４の回りで回転し、それにより、反射器５８の反射平面
６０と６２に平面波の形で入射した電磁エネルギーを反
射的に指向させる。モーター７０が、平面型反射器５８
に機械的に結合されているので、その平面型反射器を回
転の軸６４の回りで回転させる。
【００１６】本発明の第１実施例においては、アンテナ
ミラースキャナ５０が、地勢遠隔探査用放射測定センサ
として、つまり、受動的、すなわち受信のモードで作動
するようにして用いられている。受動的作動の間におい
ては、走査されている大地から放出された熱雑音の放射
を含むアンテナスキャナビームが、走査を実行するため
に平面型反射器５８が回転させられるときに反射平面６
０と６２に入射することで受信される。入射したアンテ
ナスキャナビームは、どちらかの反射平面によって、放
物面５４へと指向される。放物面５４の反射面５６は、
回転しない固定開口アンテナとして働き、さらにアンテ
ナスキャナビームを、回転しないホーン５２の中へと指
向させる。そうすると、受信されたアンテナスキャナビ
ームから抽出された熱的情報について、データ処理が行
われ得る。
【００１７】放物面５４は、それに向けて平面型反射器
５８から伝搬する平面波の伝搬方向６６が、常に、放物
面５４の回転の軸線、すなわち、放物面５４と平面型反
射器５８の間のフィード方向、に対して直角であるよう
に位置決めされている。したがって、平面型反射器５８
がそれの回転の軸６４の回りで回転させられるときに、
従来技術のアンテナミラースキャン方法において見られ
たような、アンテナスキャナビームの偏波ベクトルの回
転がない。
【００１８】本実施例のアンテナミラースキャナ５０
は、また、能動的なスキャナとして、つまり、送信のモ
ードで作動するようにしても用いられ得る。送信のモー
ドで作動する能動的スキャンの間には、地面の特定の領
域を走査するためのアンテナスキャナビームの形で、電
磁エネルギーがアンテナミラースキャナ５０から放出さ
れる。回転しないホーン５２が、放物面５４に向けて電
磁エネルギーを放射する。放物面５４は、アンテナスキ
ャナビームの形での電磁エネルギー、すなわち平面波
を、反射面５６から平面型反射器５８へと改めて指し向
けるアンテナとして働く。平面型反射器５８の反射平面
６０と６２が、アンテナスキャナビームを受け取り、平
面型反射器５８のそれの回転の軸６４の回りでの回転に
よって、走査されるべき領域へとそのビームを指向させ
る。
【００１９】放物面５４は、それが回転しない固定開口
アンテナとして働くように位置決めされている。反射面
５６によって指向されたアンテナスキャナビームの伝搬
方向６６は、常に、平面型反射器５８の回転の軸６４に
対して直角になっている。回転の軸６４に対して伝搬方
向６６が直角となっているので、アンテナスキャナビー
ムの偏波ベクトルの回転がない。
【００２０】本発明のアンテナミラースキャナ５０によ
って示される一定したベクトルの偏波は、従来のアンテ
ナミラースキャナと対照的である。従来のスキャナの中
にあるソース／シンク(source/sink)アンテナの対称の
軸は、そのスキャナの平面型反射器のスピン軸に実質的
に平行に位置決めされている。従来のアンテナミラース
キャナの傾斜角度が固定されているときに、走査を生成
するべく、平面型反射器がそれのスピン軸の回りで回転
する。結果として生成するアンテナスキャナビームの偏
波ベクトルは、平面型反射器のスピン軸の回りでの半径
方向の動きと共に変化する。
【００２１】それに反して、本発明のアンテナミラース
キャナは、スキャナの平面型反射器５８の回転の軸６４
が、放物面５４から反射し、またはそれに向けて伝搬す
る平面波、すなわちスキャナアンテナビームの伝搬方向
６６に対して直角の方向に位置している。このことは、
アンテナミラースキャナが、アンテナスキャナビーム
を、受信するように働くのか反射するように働くのかに
無関係である。このような構造設計は、平面型反射器５
８によって指向されたアンテナスキャナビームの偏波の
方向が一定であることを確実にする。
【００２２】図２は、本発明のアンテナミラースキャナ
の第２実施例８２を示している。アンテナミラースキャ
ナ８２は、平面型反射器８４の中で行われた変更に関す
る以外は、図１で示されたアンテナミラースキャナと同
様である。平面型反射器８４は、一つだけの反射面８６
を含んでいる。平面型反射器８４は、それの回転の軸８
８の回りで、矢印ＡまたはＢのどちらかの回転方向に回
転する。しかし、図１で示された実施例とは異なって、
この実施例の平面型反射器８４は、平面型反射器のそれ
の回転の軸８８の回りでの完全な１回転ごとに、アンテ
ナスキャナビームの１回だけの掃引を行うことを可能に
している。しかし、平面型反射器８４は、それの回転の
軸の回りで、可能な全回転変位 180°のうちのある部分
的範囲内で、振動運動の形で往復的に回転させられるな
らばよい。
【００２３】図３は、本発明のアンテナミラースキャナ
の第３実施例１００を示している。アンテナミラースキ
ャナ１００は、それが、図１および２の平面型反射器５
８、８４の代わりに平面型反射器装置１０２を含んでい
ることにおいて、図１および２で示されたアンテナミラ
ースキャナと異なっている。
【００２４】平面型反射器装置１０２は、６個の平面型
反射器１０４を含んでいて、その各々が一つの反射面１
０６を有している。それら６個の平面型反射器１０４
は、回転の軸１０８の回りに、支持部材１１０によって
取り付けられている。回転の軸１０８は、平面型反射器
装置１０２を回転の軸１０８の回りで回転させるための
モーター７０に機械的に結合されている。６個の平面型
反射器１０４が、六角形の平面型反射器装置１０２の形
を規定している。
【００２５】平面型反射器装置１０２がそれの回転の軸
１０８の回りで回転するときに、各々の平面型反射器１
０４が、回転しない固定開口アンテナ５３に向かってま
たはそれから、アンテナスキャナビームを指向させる。
アンテナ５３は、当業者が知っているどんな、回転しな
い固定開口アンテナであってもよい。例えば、アンテナ
５３は、図７に示した回転しないホーン７８の形になっ
ていてよいし、図９に示したホーン集束レンズ５のよう
なホーンレンズ、または、図１や図２に示した、回転し
ないホーン５２と放物面５４の組合せも用いられ得る。
アンテナスキャナビームは、送信のモードでのスキャナ
の作動の間には、生成されて、アンテナ５３から平面型
反射器装置１０２の各々の平面型反射器１０４に向けて
指向され得る。また、アンテナスキャナビームは、受信
のモードでのスキャナの作動の間には、地面の走査によ
って生成され、平面型反射器装置１０２の各々の平面型
反射器１０４において受信され得る。
【００２６】図４、図５および図６は、図の面から出る
方向に飛行する航空機９０によって運ばれている本発明
のアンテナミラースキャナによって投射された、三つの
相異なるアンテナスキャナビームのフットプリント９１
を示している。スキャナビームのフットプリントの各々
は、地面９２の一つの部分に入射していて、その部分
は、平面型反射器５８のそれの回転の軸線６４の回りで
の回転の角度に依存している。
【００２７】図４は、地面９２の面に平行な平面型反射
器５８の一つの面に対して45°の回転角度にある平面型
反射器５８を示している。回転角度45°に回転させられ
た平面型反射器によって投射されたアンテナスキャナビ
ームは、航空機の直下のフットプリント９１を残す。
【００２８】図５は、図４のフットプリントに対しては
航空機９０の進行方向左側にシフトしたアンテナスキャ
ナビームのフットプリント９１を示している。これは、
平面型反射器５８の回転角度が45°より小さい回転角度
に変わった結果である。図６は、図４のフットプリント
に対しては航空機９０の進行方向右側にシフトしたアン
テナスキャナビームのフットプリント９１を示してい
る。これは、平面型反射器５８の回転角度が45°より大
きい回転角度に変わった結果である。平面型反射器５８
の回転角度を変えることによって、走査の経路が規定さ
れる。
【００２９】図７は、本発明のアンテナミラースキャナ
の第４実施例７６を示しており、このものにおいては、
回転しないホーン７８が、平面波の形での電磁エネルギ
ーを平面型反射器５８に直接的にフィードしている。ホ
ーン７８は、回転しない直接開口アンテナとして働く。
図７に示した集束レンズ５のようなホーン集束レンズ
も、回転しない直接開口アンテナとして用いられ得る。
この構造設計は、ある走査の状態では、フィードアンテ
ナ、すなわち回転しないホーン７８と、平面型反射器５
８の間において、放物面でのさらなるエネルギー集束能
力が必要ではないという理由で提供されている。ホーン
７８の対称の軸８０は、平面型反射器５８の回転の軸６
４（つまり、図の面に対する垂線）に対して直角に位置
決めされている。
【００３０】回転しないホーン７８の対称の軸８０が、
平面型反射器５８に対して直角に位置決めされているの
で、そこから放射される平面波、すなわちアンテナスキ
ャナビームの伝搬方向６６は、平面型反射器５８の回転
の軸に対して直角になっている。したがって、生成され
たアンテナスキャナビームの偏波ベクトルは、ビームが
走査しているとき、一定に維持される。
【００３１】平面型反射器５８の反射平面６０または６
２への平面波の源を設ける正確な方法は本発明の場合に
厳格を要することはない。その方法は、当業者によって
決められてもよい。厳格を要することは、平面波の伝搬
方向６６が常に平面型反射器の回転の軸と直角になって
いることである。図７は、平面型反射器５８に向けてエ
ネルギーを放射している（つまり、送信モードで作動し
ている）回転しないホーン７８を示しているが、ホーン
７８は、受信モードででも用いられ得るのであり、その
ときには、アンテナミラースキャナ７６は、受動的なス
キャナとして作動する。
【００３２】上述した構造の平面型反射器５８の回転
は、パドルホイールの回転に全く良く似ている。平面型
反射器５８が二つの、背中合わせの反射平面、すなわち
反射平面６０と６２を有して形成されているので、平面
型反射器５８の回転の軸６４の回りでの完全な１回転ご
とに、それによって生成されたアンテナスキャナビーム
の２回の完全な走査が行われる。そのために、反射平面
６０と６２の両方が、入射したエネルギーを反射するよ
うに研磨されていればよい。
【００３３】図示のモーター７０は、平面型反射器を、
例えば96回転／分の連続した角速度で駆動するための、
簡単な宇宙用認定の（つまり、少ない重力において作動
することを認定された）モーターであればよい。平面型
反射器５８の反射平面６０と６２が背中合わせになって
いるので、96回転／分ならば、約３回／秒の走査が行わ
れ得る。平面型反射器５８の１回転当たり２回の走査
は、走査されるべき面に入射するアンテナスキャナビー
ムのジグザグパターンを生成する。平面型反射器５８の
回転の軸６４の回りでの回転角度１°ごとに、そのアン
テナミラースキャナ５０を地面を覆うように運んでいる
飛行中の航空機の面から延びている垂線に対するビーム
の方向の２°の変化が結果として生ずる。
【００３４】アンテナスキャナビームを指向するために
は、当業者が知っているどんなアンテナ手段でも用いら
れ得る。例えば、図７に示した回転しないホーン７８、
図９に示したホーン集束レンズ５のようなホーンレン
ズ、または、図１や図２に示した、回転しないホーン５
２と放物面５４の組合せが用いられ得る。アンテナスキ
ャナビームは、それの伝搬方向６６が平面型反射器５８
の回転の軸６４に対して直角になっている限り、平面型
反射器に向かって指向させ、またはそれから受取ること
ができる。それによって生成されるアンテナスキャナビ
ームは、常に、一定した偏波ベクトルの方向を示す。
【００３５】図８は、本発明のアンテナミラースキャナ
５０を運んでいる航空機９０を示している。航空機９０
の進行方向は、図８の面から出る方向にあり、アンテナ
ミラースキャナ５０の中に含まれている平面型反射器５
８の回転の軸６４と揃っている。放物面５４の対称の軸
６６は、回転の軸６４に対して直角に位置決めされてい
る。この位置決めは、回転しないホーン５２から放物面
５４に向けて放射される電磁エネルギーが常に平面波で
形成され、それの伝搬方向が平面型反射器５８の回転の
軸６４に対して直角になることを確実にする。航空機９
０から、地面９２と平行な航空機９０の面に対して垂線
の方向に放射されているアンテナスキャナビーム９４が
示されている。
【００３６】伝搬するアンテナスキャナビーム９４は、
航空機９０に近い間では、集束された電磁エネルギーの
円筒によく似ている。しかし、アンテナスキャナビーム
の断面積は、航空機からの距離が増すにつれて増大つま
り拡張する。アンテナスキャナビームが伝搬するとき
に、垂線に対してのアンテナスキャナビームの拡張と結
合する角度変位は、ビーム幅と言われる。ビーム幅は、
ほぼ60λ／ｄに等しい。ただし、λは放射された電磁エ
ネルギーの波長であり、ｄは平面型反射器５８において
のビームの直径である。ビームの直径は平面型反射器５
８の幅で近似され得る。何故ならば、多くの走査角度に
おいて、アンテナスキャナビームの断面積は、大きさに
おいて、平面型反射器５８の表面積に近いからである。
【００３７】約12 GHzの周波数で生成されたアンテナス
キャナビームは、約２．５４ｃｍ（１インチ）に等しい
波長λを有する。表面積が約２．７８７ｍ2（３０ f
t2）の平面型反射器５８は、直径１５２．４ｃｍ（５ f
t）に近似され得る直径ｄを有する。上記の方程式にあ
るそれら寸法を守っている本発明のアンテナミラースキ
ャナの中で生成されるアンテナスキャナビームでの、結
果として生ずるビーム幅は、約１°になるはずである。
【００３８】ビーム幅が１°であることによって決まっ
てくるのは、地面９２においてアンテナスキャナビーム
９４によって結果的に作られるフットプリント９８のス
ポット幅である。スポット幅ＳはＲθに等しい。ここ
で、Ｒは地面までの距離に等しく、θはラジアンで表し
たビーム幅である。地面９２からの距離Ｒが１６０ｋｍ
（100マイル）のところでビーム幅１°を示しているス
キャナビーム９４は、スポット幅が直径約２．７９２ｋ
ｍ（１．７４５マイル）に等しいフットプリント９８を
生成する。平面型反射器５８をそれの回転の軸６４の回
りで回転させるならば、地面９２上の奥行き約２．７９
２ｋｍ（１．７４５マイル）の一走査をするようにスキ
ャナビームを指向させる。そして、その走査の見て行く
線の長さは、平面型反射器５８の回転の角度の２倍に比
例する。
【００３９】図示のように、本発明のアンテナミラース
キャナ５０が、アンテナスキャナビーム９６を角度θで
生成していて、地面９２上ではスポット幅１００を有す
るフットプリント１００ができている。垂線に対しての
角度がθであるスキャナビームを生成している平面型反
射器の回転の角度は、角度θの半分である。例えば、も
し平面型反射器が±15°回転させられたならば、アンテ
ナスキャナビームは±30°に等しい角度θで生ずる。地
面から１６０ｋｍ（１００マイル）離れているならば、
アンテナスキャナビームは、進行方向左側から右側への
航路横断方向１０３に、約Ｒ（tan ２θ）の２倍つまり
約９１．２ｋｍ（５７マイル）にほぼ等しい地面上の距
離を延びる。
【００４０】本発明の水車式の概念においては、回転し
ない固定開口アンテナが、従来の平面型反射器スキャナ
におけると全く同様に、アンテナスキャナビームの送信
にも受信にも用いられることが望まれる。しかし、形成
されたアンテナスキャナビームの分解能が空間的に決ま
る故に、従来のミラースキャナによって用いられた傾斜
した平面型反射器で必要とされた表面積と、本発明との
関係で用いられる平面型反射器で必要とされる表面積と
は相異なる。
【００４１】従来のスキャナにおいて用いられた平面型
反射器の傾斜角度は固定であるので、その平面型反射器
のためには、必要な一定した表面積が決まっている。そ
れとは対照的に、本発明の平面型反射器では、回転角度
が常に変化するので、それと共に、平面型反射器の各反
射平面上に投射されるアンテナスキャナビームの断面積
がその回転に応じて変化することの故に、より大きい表
面積を必要とするのが普通である。
【００４２】本発明によって用いられるための平面型反
射器の必要とする表面積は、平面型反射器５８が回転さ
れる、その回転の角度の変化に比例している。平面型反
射器５８の回転の角度を制限すること、つまり、回転を
360°よりも小さく制限することにより、平面型反射器
の必要とする表面積が変更され得る。例えば、平面型反
射器５８のそれの回転の軸線の回りでの回転を両方向に
±10°に制限することによって、走査が制限されてよ
い。その結果は、平面型反射器５８が、それの回転の軸
６４の回りで、垂線に対して35°と55°の角度間で振動
することとなる。その結果、35°と55°の間で変化する
角度で各平面６０または６２上に投射されるアンテナス
キャナビームのフットプリントは、例えば、25°または
65°の回転角度で形成されるフットプリントよりも、よ
り少ない表面を必要とする、ということになる。
【００４３】平面型反射器は、連続的に回転しても、そ
れが必要とする平面型反射器表面積を制限することがで
きる。このことは、情報の処理を、各走査の特定の角度
変位に対応する一部分の間に形成されたアンテナスキャ
ナビームの情報だけに限定する、ということによって達
成される。平面型反射器は、全体走査として指向される
アンテナビームの要求に応ずる大きさにすることを必要
としないので、必要な表面積は、制限された回転角度に
比例して減少する。例えば、平面型反射器の回転は、垂
線に対して35°と55°の間に制限され得る。したがっ
て、各反射平面６０または６２の大きさは、それに入射
する、上記の制限された回転の角度において形成された
アンテナスキャナビームの完全な断面を収容するに十分
でありさえすればよい。
【００４４】アンテナミラースキャナは、平面型反射器
５８がそれの回転の軸６４の回りで、特定の角度範囲内
で（制限された走査を規定するように）振動することと
して作動させられ得るが、平面型反射器をそれの回転の
軸の回りで完全に回転させることは、幾つかの利点を提
供する。例えば、制限された走査から得られる情報しか
必要としないいくつかの移動プラットフォーム、例えば
人工衛星は、そのような振動的作動によって影響を被
る。平面型反射器のそれの軸線の回りでの部分的回転に
おいて必ずある周期的なスタートとストップの結果とし
て機械的動揺が生じ、それが衛星に有害な影響を及ぼす
ことがある。したがって、情報処理を特定の角度範囲に
限定することとして、平面型反射器５８をそれの回転の
軸６４の回りで連続的に回転させることが、望ましくな
い機械的動揺を避けるための一つの方法であることとな
る。
【００４５】平面型反射器５８をそれの回転の軸６４の
回りで完全に回転させ、しかしながら情報処理を、制限
された角度範囲で形成されたアンテナスキャナビームの
特定の部分に限定する、ということの他の利点は、用い
られない範囲を、アンテナミラースキャナの目盛較正の
ために用いるべく利用し得る、ということにある。つま
り、平面型反射器５８の回転によって形成されるスキャ
ナビームの幾らかの部分、例えば、垂線に対して35°よ
り小さい回転角度、および５５°より大きい回転角度で
形成された部分は、温度が既知のロードつまり移動中の
飛行体上方の冷気へと指向させればよい。温度が既知の
ロードからのアンテナスキャナビームの情報を受信する
ことにより、アンテナミラースキャナが目盛較正され
る。さらに、そのような方法は、平面型反射器５８のそ
れの回転の軸６４の回りでの完全な１回転ごとに目盛較
正が行われることを可能にしている。
【００４６】ここでは、本発明の説明用の実施例を添付
の図面を参照しつつ説明したが、本発明がそれら詳細な
実施例に限定されるのでなく、それら実施例の中で、任
意の他の変更／変形が、本発明の範囲と理念から外れる
ことなしに、当業者によって実行され得る、ということ
が理解されるようである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナミラースキャナの第１実施例
の側面視図である。
【図２】本発明のアンテナミラースキャナの第２実施例
の側面視図である。
【図３】本発明のアンテナミラースキャナの第３実施例
の側面視図である。
【図４】図１で示した実施例の側面視図において、アン
テナスキャナビームの地面上のフットプリントを示して
いる図である。
【図５】図４で示した実施例の側面視図において、アン
テナスキャナビームのフットプリントが右方にシフトし
たときを示す図である。
【図６】図４で示した実施例の側面視図において、アン
テナスキャナビームのフットプリントが左方にシフトし
たときを示す図である。
【図７】図１で示した本発明の第１実施例の一つの変形
である第４実施例の側面視図である。
【図８】本発明のアンテナミラースキャナによって生成
されたアンテナスキャナビームが、飛行中の航空機から
指向されている、その航空機の正面視図である。
【図９】従来のミラースキャナの方法を用いている進歩
的マイクロ波プレシピテーション放射計の側面視図であ
る。
【符号の説明】 ５０ アンテナミラースキャナ ５２ 回転しないホーン ５４ 放物面 ５６ 反射面（放物面５４の） ５８ 平面型反射器 ６０，６２ 反射平面 ６４ 回転の軸 ６６ 伝搬方向 ６８ 支持構造物 ７０ モーター ７６ アンテナミラースキャナ ７８ 回転しないホーン ８０ 対称の軸 ８２ アンテナミラースキャナ ８４ 平面型反射器 ８６ 反射面 ８８ 回転の軸 ９０ 航空機 ９１ フットプリント ９２ 地面 ９４，９６ アンテナスキャナビーム ９８，１００ フットプリント、スポット幅 １００ アンテナミラースキャナ １０２ 平面型反射器装置 １０３ 航路横断方向 １０４ 平面型反射器 １０６ 反射面 １０８ 回転の軸 １１０ 支持部材
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｑ 19/18 (72)発明者 ウィリアム エドワード メセロール アメリカ合衆国、33435、フロリダ州、ボ ーイントン、エス．イー．25 アヴェニュ ー、243 (72)発明者 ジェラルド マイケル カニスカック アメリカ合衆国、12835、ニューヨーク州、 ハドリー、スノー ロード、383

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一定の偏波特性を示すアンテナスキャナ
    ビームを生成するための、アンテナミラースキャン方法
    であって、 少なくとも一つの反射面（６０，６２，８６，１０６）
    を有する反射器（５８，８４，１０４）を、回転しない
    固定開口アンテナ（５２，７８）に対して、前記アンテ
    ナ（５２，７８）に向けてまたはそれから放射された電
    磁エネルギーの平面波の伝搬方向（６６）が前記反射器
    （５８，８４，１０４）の回転の軸（６４，８８，１０
    ８）に対して直角になるように調整する手順と、 前記反射器（５８，８４，１０２）を回転の軸（６４，
    ８８，１０８）の回りで回転させ、それにより、平面波
    が、少なくとも一つの反射面（６０，６２，８６，１０
    ６）に入射するアンテナスキャナビームとして、回転し
    ない固定開口アンテナ（５２，７８）に向けてまたはそ
    れから放射されるようにする手順とを含む、アンテナミ
    ラースキャン方法。
  2. 【請求項２】 一定の偏波特性を示すアンテナスキャナ
    ビームを生成して指向するための、アンテナミラースキ
    ャナであって、 アンテナスキャナビームの形での電磁エネルギーを送信
    または受信するための回転しない直接開口アンテナ（５
    ２，７８）と、 少なくとも一つの反射面（６０，６２，８６，１０６）
    を有していて、自らの回転の軸（６４，８８，１０８）
    が、少なくとも一つの反射面（６０，６２，８６，１０
    ６）に向けてまたはそれから伝搬するアンテナスキャナ
    ビームの伝搬方向（６６）に対して直角に位置決めされ
    ている、反射器（５８，８４，１０２）と、 反射器（５８，８４，１０２）を回転の軸（６４，８
    ８，１０８）の回りで回転させ、それにより、少なくと
    も一つの反射面（６０，６２，８６，１０６）に入射す
    るアンテナスキャナビームを指向させるようにするため
    の回転手段（７０）とを含むアンテナミラースキャナ
    （５０，８２，１００）。
  3. 【請求項３】 一定の偏波ベクトル方向を示すアンテナ
    スキャナビームを生成して指向させる方法であって、 電磁エネルギーを生成する手順と、 前記電磁エネルギーを、回転しない固定開口アンテナ
    （７８）から 回転の軸線（６４）が、前記回転しない
    固定開口アンテナ（７８）の対称の軸（８０）に対して
    直角に位置決めされている平面型反射器（５８）の反射
    平面（６０，６２）に向けて放射させる手順と、 前記平面型反射器（５８）を回転の軸（６４）の回りで
    回転させ、それにより、前記反射平面（６０）に向かう
    平面波を指向的に反射させてアンテナスキャナビームを
    形成する手順とを含む、アンテナスキャナビームを生成
    して指向させる方法。
  4. 【請求項４】 一定の偏波特性を示すアンテナスキャナ
    ビームを生成して指向するためのアンテナミラースキャ
    ナであって、 アンテナスキャナビームの形の電磁エネルギーを送信ま
    たは受信するための、回転しない直接開口アンテナ（５
    ２，７６）と、 少なくとも一つの反射平面（６０．６２，８６，１０
    ６）を有していて、自らの回転の軸（６４，８８，１０
    ８）が、前記回転しない直接開口アンテナ（５２，７
    ６）の対称の軸（８０）に対して直角に位置決めされて
    いる平面型反射器（５８，８４，１０４）と、 前記平面型反射器（５８，８４，１０４）を回転の軸
    （６４，８８，１０８）の回りで回転させ、それによ
    り、少なくとも一つの反射平面（６０，６２，８６，１
    ０６）に入射するアンテナスキャナビームを、アンテナ
    に向かってまたはそれから指向させるようにするための
    回転手段（７０）とを含むアンテナミラースキャナ（５
    ０，７６，８２，１００）。
  5. 【請求項５】 前記回転しない直接開口アンテナ（５
    ２，７８）が、前記平面型反射器（５８，８４，１０
    ４）の回転の軸（６４，８８，１０８）に対して直角に
    位置決めされた対称の軸を有する放物面型反射器（５
    ４）を含む、請求項４記載のアンテナミラースキャナ
    （５０，７６，８２，１００）。
  6. 【請求項６】 前記平面型反射器（５８，８４，１０
    ４）が二つの反射平面（６０，６２，８６，１０６）を
    含んでいて、それにより、前記平面型反射器（５８，８
    ４，７６，１００）の自身の回転の軸（６４，８８，１
    ０８）の回りでの、１回の回転によって形成されるアン
    テナスキャナビームの、２回の掃引を可能にしている請
    求項４記載のアンテナミラースキャナ（５０，７６，８
    ２，１００）。
  7. 【請求項７】 地勢遠隔探査用放射測定センサであっ
    て、 少なくとも一つの回転しない直接開口受信アンテナ（５
    ２，７８）と、 少なくとも一つの反射平面（６０，６２，８６，１０
    ６）を有していて、自らの回転の軸（６４，８８，１０
    ８）が、少なくとも一つの回転しない直接開口受信アン
    テナ（５２，７８）の対称の軸（８０）に対して直角に
    位置決めされている、少なくとも一つの平面型反射器
    （５８，８４，１０４）と、 前記の少なくとも一つの平面型反射器（５８，８４，１
    ０４）を回転させ、それにより、平面波の形で地面から
    放射されて少なくとも一つの反射平面（６０，６２，８
    ６，１０６）に入射する電磁エネルギーから結果として
    生じた、一定の偏波特性を示すアンテナスキャナビーム
    を、前記の少なくとも一つの回転しない直接開口受信ア
    ンテナ（５２，７８）に指向させるようにするための回
    転手段（７０）とを含む地勢遠隔探査用放射測定セン
    サ。
  8. 【請求項８】 前記の少なくとも一つの平面型反射器
    （５８，８４，１０４）が二つの反射平面（６０，６
    ２）を含んでいて、それにより、平面型反射器の完全な
    １回転ごとに、アンテナスキャナビームによっての二つ
    の完全な地面走査が行われ得る請求項７記載の地勢遠隔
    探査用放射測定センサ。
  9. 【請求項９】 センサそのものが、移動しているプラッ
    トフォーム（９０）上に取り付けられており、前記平面
    型反射器（５８，８４，１０４）の回転の軸（６４，８
    ８，１０８）は、前記移動しているプラットフォーム
    （９０）の移動方向と揃うように位置決めされていて、
    それにより、前記平面型反射器（５８，８４，１０４）
    の、それの回転の軸（６４，８８，１０８）の回りでの
    回転により、アンテナスキャナビームが、前記移動して
    いるプラットフォーム（９０）の移動方向に対して航路
    横断方向（１０２）にある地面の直線状部分に亘るよう
    に指向される請求項７記載の地勢遠隔探査用放射測定セ
    ンサ。
  10. 【請求項１０】 前記の少なくとも一つの回転しない直
    接開口受信アンテナ（５２，７８）が、前記平面型反射
    器（５８，８４，１０４）の回転の軸に対して直角に位
    置決めされた対称の軸（８０）を有する放物面型反射器
    （５４）を含んでいる請求項７記載の地勢遠隔探査用放
    射測定センサ。
JP6141953A 1993-06-23 1994-06-23 一定偏波特性を有するアンテナミラースキャン方法および装置 Pending JPH07154126A (ja)

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