JPH11127026A - 成形されたビーム反射アレイのパターン帯域幅の改善方法およびアンテナビーム成形用反射器 - Google Patents
成形されたビーム反射アレイのパターン帯域幅の改善方法およびアンテナビーム成形用反射器Info
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Abstract
形されたビームパターンの帯域幅を増加させる方法を提
供することを目的とする。 【解決手段】 電磁波路の電気長の変化を減少させてビ
ームの焦点を結ばせるためにパラボラ形状に近付くよう
に反射器表面14を幾何学的に成形すると共に、ビームの
輪郭を成形するために複数の成形された位相調整素子38
を有する反射アレイを形成することによりビームを反射
成形することを特徴とする。位相調整素子38はディスク
リートなダイポールアンテナ素子40により形成される。
Description
の信号の送受信のために定められた区域に対応するよう
に反射アレイが成形されている反射アレイアンテナに関
する。
送受信される。例えば、地球軌道にある衛星のアンテナ
は地球上の地理的区域をカバーするように設計されてい
る。通常のパラボラ反射器は特定の地理的区域に照準さ
れるビームを形成するために物理的に再成形される。反
射アレイもまた特定の地理的区域に照準されるビームを
形成するように設計されることができる。
周波数でフィードされるときペンシル形のビームを生成
する。幾何光学のような光学技術によって焦点からファ
ンフィールド(基準平面上の)のための反射器上の任意
の点への電磁波路は等しい長さであることが解明されて
いる。その結果そのような反射器はフィード装置が動作
する全ての周波数に対して集束されたペンシル形のビー
ムを形成する。したがって、パラボラ反射器のパターン
帯域幅は反射器の電気的大きさ(波長)の変化により生
じるわずかな帯域幅の変動によってのみ制限される。こ
れらの帯域幅の変動は信号波の周波数に反比例し、例え
ば10%の周波数増加は同じ量の帯域幅の減少を生じ
る。
長の変化が小さく、その結果、関連したパターン帯域幅
は比較的良好である。しかしながら、反射器の形状はそ
れぞれの異なったカバー区域に対して特有であり、した
がって、それぞれの用途に対して機械的設計および製造
プロセスが非常に特別注文化されている。これらの反射
器に対するコストおよび設計/製造サイクル時間はそれ
らの特別注文化された形状によって影響される。成形さ
れた反射器の特性に類似する特性が反射アレイを有する
フラットアンテナで得られることが知られている。典型
的に、反射アレイは平坦な表面を有し、その表面上の素
子がその表面に向けられた電磁波の反射位相を乱して反
射された電磁波が所望のカバー区域をカバーする断面形
状のビームを形成し、それは等価の成形された反射器設
計のアンテナによる動作とほとんど同様である。したが
ってフラット反射アレイによって顕著なコストおよびサ
イクル時間の減少が得られ、それにおいては通常の表面
形状、すなわち平面が使用される。特別注文化されたビ
ームの形状は反射アレイ表面上の印刷された素子のパタ
ーンを変化させるだけで合成される。
ト反射アレイは2つのパターン帯域幅制限を受ける。第
1の制限は、反射アレイシステムに固有の電磁波路の電
気長の変化によるものである。第2の制限は、素子に入
射する電磁波の周波数の関数として反射アレイの素子の
位相が変化することによるものである。これらの素子は
さらに反射アレイの帯域幅を悪化させるように悪影響を
及ぼす。その結果、反射アレイから反射されたビームの
形状をカバー区域を限定するビーム形状にしようとする
と、実質上パターン帯域幅を減少させる損失を受け、し
たがって広い周波数帯域にわたって使用するアンテナの
利用を制限する。
欠点を克服することである。
ームパターンの帯域幅を増加させる方法によって達成さ
れる。本発明は、周波数帯域幅にわたるビーム形状の変
化を減少させるように電磁波路の電気長の周波数による
変化を制限することによって上述のような欠点を克服す
るものである。その結果、従来知られているフラットな
反射アレイ装置と関連した典型的な帯域幅制限は実質上
改善される。
整素子の使用と共にパラボラ形状に反射器表面を形成す
ることによって電磁波路の電気長の変化を減少させ、成
形されたビームの収束する。その結果、従来の既知の反
射アレイ装置と関連した実質的なパターン帯域幅制限は
減少する。さらに、本発明では前述のようなコストおよ
びサイクル時間を減少させる利点がある。それは特別注
文化されたビーム形状を得るためにパラボラ形状である
ことが好ましい通常の反射器表面を使用することができ
るからである。
と反射アレイ表面上の表面位相調整との組合わせにより
成形されたビームパターンの帯域幅を改善する。さら
に、本発明は、焦点を結んだビームを入射源ビームの反
射により生成するためのパラボラであることが好ましい
成形された表面と、焦点を結んだビームを成形するため
に成形された表面によって支持された表面位相調整素子
とを具備しているアンテナのビーム成形用反射アレイを
提供する。
下の好ましい実施形態の詳細な説明によって明瞭に理解
されるであろう。図面において同じ素子は同じ参照符号
で示されている。
ロード通信システム10と共に示されている。通信システ
ム10は衛星に搭載され、反射アレイ表面14を有するビー
ムアンテナ12を備えている。通信システム10は、信号送
信モード、信号受信モード、または、送受信の両モード
で動作する。信号波、好ましくは球面波はフィード点16
から発生され、或いはフィード点16に集められ、フィー
ド点16は導波管ホーン73(図2)のようなフィード装置
18を備えている。フィード装置18は導波管または同軸ケ
ーブルのような伝送ラインによりシステム10中の無線周
波数送信機および/または受信機20に接続されている。
ト22および24はフィード装置18、反射器表面14、および
ビーム26(図1)と関係する電磁波の関係を示してい
る。送信モードでは、電磁波路セグメント24は反射アレ
イ表面14により焦点を結び、地理的区域28(図1)のカ
バー範囲に向けられたビーム26(図1)を形成する。そ
れ故、地上の受信区域28は区域30で重なっている。
理的区域に向けて焦点を結ぶ。アンテナは幾何学的に成
形された表面、好ましくは図2に示されるようにパラボ
ラ形状に成形された表面を有する反射アレイを構成する
ことによってビームの電磁波路のセグメント24を集束す
る。この実施形態で使用されている反射アレイ表面の成
形とは、反射アレイ表面の幾何学的または物理的成形に
ついて言うものであり、それはパラボラ形状と正確に一
致する必要はなく、またパラボラ形状から外れたもので
もよい。説明はむしろ表面位相調整と関連して特定のビ
ーム形状またはカバー区域にビームを照準するために必
要な成形によってのみ限定される。それにもかかわら
ず、好ましい実施形態ではパラボラ形状にほぼしたがっ
た幾何学的成形は、反射アレイの欠点である前述したパ
ターン帯域幅の制限を除去する。
善は電磁波路セグメントの電気長の変化の減少によって
直接生じるものである。この電磁波路セグメントの電気
長の変化の減少は図3および5に概略的に描かれてい
る。図3はフィード装置の位置72を有するフラット反射
アレイ70を示している。図4は、設計(中心)周波数に
おける関連した成形されたビームの形状パターン74を示
している。フラット反射アレイと関連する例示的な1対
の重なった形状のビームパターンは設計周波数における
実線の形状パターン74を含み、破線の形状パターン75は
周波数帯域の下端におけるパターンを示している。同じ
成形されたビーム形状パターン74を生成する等価な成形
された反射器76もまた参照のために示されている。基準
パラボラ表面78は基準のために含まれている。典型的な
電磁波路80および82はそれぞれフラット反射器および成
形された反射器に対して示されている。各電磁波路80お
よび82は電磁波路セグメント22および24(図2)を含ん
でいる。もっとも、セグメントの長さは各電磁波路で異
なっている。電磁波路80および82の間の波長における路
長の差は円84で囲まれて示されている。
射アレイ90を示している。図6は設計(中心)周波数に
おける関連した成形されたビームの形状パターン94を示
している。図5のパラボラ反射アレイと関連する例示的
な1対の重なった形状のビームパターンは設計周波数に
おける実線の形状パターン94を含み、破線の形状パター
ン95は周波数帯域の下端におけるパターンを示してい
る。同じ成形されたビーム形状のパターンを生成する等
価な成形された反射器96もまた基準のために示されてい
る。典型的な電磁波路98および100 はそれぞれパラボラ
反射器90および成形された反射器96に対して示されてい
る。電磁波路98および100 間の波長における路長の差は
円86で囲まれて示されている。図3に円84で囲まれて示
されている路長の差は、図5のパラボラ反射アレイに対
して円86で囲まれて示されている電磁波路の路長の差よ
りも実質的に大きいことが容易に認められる。パラボラ
反射アレイ90と関連する電磁波路の路長の差が小さいこ
とによってパターン帯域幅は顕著に増加することができ
る。これは図4および6の形状パターンの比較から明ら
かである。
の表面14は反射アレイ表面の位相調整なしに焦点を結ん
だペンシルビームを生成することができる。再び図2を
参照すると、反射アレイ表面はさらにビーム形状を修正
するために複数の表面位相調整素子38を有して設計され
る。表面上の各素子38は入射電磁波路セグメント22から
散乱された電磁波の経路セグメント24の位相制御を可能
にしている。例えば、図2に示されているように交差ダ
イポール40と接地平面42よりなる素子38間に定在波が設
定される。ダイポールのリアクタンスと定在波との組合
わせによって電磁波路セグメント24を入射電磁波路セグ
メント22に関して位相シフトさせることができる。この
位相シフトはダイポール40の長さおよび厚さ、接地平面
42からの距離、支持基体44の誘電率、および電磁波路セ
グメント22の入射角度、ならびに隣接するダイポール40
の影響の関数である。したがって、位相調整素子パター
ン36は地上区域30の形状をカバーする成形されたビーム
26を生成する。
む物理的に異なった位相調整素子が使用されることが好
ましい。これらの回路は、エッチングされ、メッキされ
た導体、或いはクラッド誘電体基体上に塗られた導電性
塗料を含む。これらの製造処理は比較的高い静的および
/または動的機械的負荷、極端な温度、およびその他の
周囲条件に耐えることのできるモノリシック構造を生成
する比較的廉価な材料により、光化学的処理を必要とす
る。各位相調整素子38は、例えば特定の位相長のマイク
ロストリップ導体に接続することにより、或いは素子の
寸法または形状を変化させることによりビーム26の形状
を調節するためにインダクチブ、キャパシチブ、または
抵抗インピーダンスの変化またはスイッチ可能なダイオ
ードの動作により個別に位相調整される。
ために反射器表面をパラボラに成形することによって成
形されたビームパターンの帯域幅を改善し、成形された
アンテナビームを生成する複数の位相調整素子を有する
反射アレイ表面を形成することによりビームを成形する
ために反射電磁波の電磁波路セグメントの位相を調整す
る方法を提供する。したがって、本発明はまた入射源か
ら焦点を結んだビームを生成するためにパラボラ表面
と、焦点を結んだビームを形成するためのパラボラ表面
により支持された表面位相調整素子を有する成形された
ビームのアンテナの送信または受信用反射器を提供す
る。その結果、本発明は従来知られている反射アレイに
比較して実質的に増加された帯域幅を得る利点が得られ
る。
求の範囲に記載された本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく、多くの変更、修正が可能であることは当業者に
は明白であろう。
的通信システムペイロードを有する衛星の概略図。
る図1に示された反射アレイの拡大図。
よび関連する成形されたビーム形状パターンの2次元の
概略図。
域における影響をシミュレートする図3のフラット反射
アレイに対するビームカバー区域の平面図。
等価な形状の反射器、および関連する成形されたビーム
形状パターンの2次元の概略図。
域における影響をシミュレートする図5のパラボラ反射
アレイに対するビームカバー区域の平面図。
Claims (8)
- 【請求項1】 電磁波路の電気長の変化を減少させ、ビ
ームの焦点を結ばせるためにパラボラ形状に近付けるよ
うに反射器表面を幾何学的に成形し、 ビームの輪郭を成形するために複数の成形された位相調
整素子を有する反射アレイを形成することにより前記ビ
ームを反射成形することを特徴とする成形されたビーム
パターンの帯域幅を増加させる方法。 - 【請求項2】 前記反射成形において前記反射器表面に
物理的に異なった位相調整素子を配置する請求項1記載
の方法。 - 【請求項3】 前記位相調整素子はディスクリートなア
ンテナ素子である請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記ディスクリートな素子はダイポール
アンテナ素子を含んでいる請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 焦点を結んだビームを入射源ビームから
生成するためのパラボラ表面と、 前記焦点を結んだビームを成形するために前記パラボラ
表面によって支持された表面位相調整素子パターンとを
具備していることを特徴とするアンテナのビーム成形用
反射器。 - 【請求項6】 前記表面位相調整素子パターンが複数の
位相調整素子を含んでいる請求項5記載の反射器。 - 【請求項7】 前記複数の位相調整素子はディスクリー
トなアンテナ素子である請求項6記載の反射器。 - 【請求項8】 前記ディスクリートな素子はダイポール
アンテナ素子を含んでいる請求項7記載の反射器。
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