JPH11225018A - 多重ビーム用成形リフレクタ・アンテナ - Google Patents

多重ビーム用成形リフレクタ・アンテナ

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JPH11225018A
JPH11225018A JP10299263A JP29926398A JPH11225018A JP H11225018 A JPH11225018 A JP H11225018A JP 10299263 A JP10299263 A JP 10299263A JP 29926398 A JP29926398 A JP 29926398A JP H11225018 A JPH11225018 A JP H11225018A
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JP
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reflector
primary
feed
power supply
antenna system
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JP10299263A
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English (en)
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Bhaskar Durvasula
ダーバサラ バスカー
Terry M Smith
エム． スミス テリー
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Maxar Space LLC
Original Assignee
Space Systems Loral LLC
Loral Space Systems Inc
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Publication date
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/147—Reflecting surfaces; Equivalent structures provided with means for controlling or monitoring the shape of the reflecting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 一次及び二次ビームにより地球上の二地域を
照射するアンテナ構成において、二次ビーム地域は、一
次ビームアンテナのサイドローブから外れるように構成
する。 【解決手段】衛生２２は、アンテナ２６を搭載し、一次
給電部３０及び二次給電部３２によって照らされるリフ
レクタ２８を有する。給電部３０及び３２はフレーム３
６によってリフレクタ２８の相対位置に配置されてい
る。一次給電部３０、リフレクタ２８により一次ビーム
３８を形成し、足跡４０として地球を照射する。同様に
二次給電部３２は二次ビーム４２により足跡４４を地球
上に照射する。この際に、二次給電部３２のアレイを構
成する各素子の給電の相対位相及び振巾は調整され、ま
たリフレクタ２８の形状は、二次ビーム４２と重ならな
いように一次ビーム３８のサイドローブが形成されるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一次ビームの断面
形状を確定するリフレクタ及びリフレクタを照らす一次
給電部を有するアンテナであって、リフレクタを照ら
し、サイドローブが一次ビームから離れた方向に制御さ
れた二次ビームを生成する給電素子アレイを含む二次給
電部を有するアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】給電部によって照らされるリフレクタか
ら構成されるアンテナは、複数の電磁放射ビームを生成
することが要求される場合に使用される。例えば、衛星
通信において、この種のアンテナを搭載している衛星は
地球の静止軌道を周回する。このアンテナは、地球上の
複数の領域を同時に照射する複数のビームを生成する。
各々のビームは、定められた断面形状を有し、地球上の
それぞれの照射地域に所望の足跡を生成する。
【０００３】給電部によって照らされるリフレクタから
なるアンテナ構成の特徴は、給電部からの放射を所望の
断面形状のビームに形成するためのリフレクタの成形に
ある。これは、給電部からの電磁気力を照射領域に伝達
する最適な効率を与える。一次給電部による一次ビーム
に関して角度をつけた二次ビームを形成するには、二次
給電部を一次給電部と間隔を置いて配置してリフレクタ
を照らすことによって２つのビーム間に角度を導入す
る。リフレクタは、一次給電部の効率を最適化するよう
に形成されているので、二次給電部からの放射エネルギ
ーの送信効率が低下することが起きる。それにもかかわ
らず、この種のアンテナは、地球表面の２つの別々の領
域に２つのビームを照射することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のビームはそれぞれの放射パターンにサイドローブを有
しており、一次ビームのサイドローブが二次ビームのメ
インローブの信号伝搬を妨げるという問題をもたらす。
同様に、二次ビームのサイドローブが一次ビームのメイ
ンローブの方向を向いていて、一次ビームによる信号の
送信を妨げる場合がある。従って、一方のビームのサイ
ドローブが他方のビームのメインローブに干渉すること
を避けるようにアンテナを構成することが望ましい。し
かしながら、これまで、複数のビームを十分に分離した
アンテナを構成することができず、別々のビームを生成
するには別々のアンテナが必要であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によるアンテナに
よって、上述した問題は克服され、他の利点が得られ
る。本発明によるアンテナは、一次給電部及び二次給電
部によって照らされるリフレクタを含み、それぞれのビ
ーム間の分離が保たれた複数のビームを生成することが
できる。本発明は、リフレクタ及びリフレクタを照らす
ように配置された一次給電部を設け、このリフレクタは
一次給電部の放射を反射して所望の断面のビームを形成
するように構成されている。これにより、一次給電部に
よって放射される電力の全てが実際上足跡内に捕らえら
れるという意味において、電磁気力の送信効率は最適化
される。通常、一次給電部はホーン等の単一の放射素子
からなるが、複数の放射素子、例えば４つのホーンのク
ラスタから構成されていてもよい。また、本発明による
アンテナは、一次給電部に対し位置オフセットを有し、
リフレクタを照らして二次ビームを生成するための二次
給電部を含む。二次ビームは、一次ビームの方向に対し
異なる方向に向けられている。リフレクタは、特に一次
ビームのカバレッジに合わせて成形されているので、二
次給電部から放射される二次ビームの放射エネルギーの
送信効率は低い。
【０００６】アンテナの構造において、一次ビームのサ
イドローブはリフレクタの断面形状及びリフレクタ表面
の輪郭に依存していることがわかる。例えば、通常のア
ンテナでは、リフレクタの放射アパーチャの直径は、一
次給電部の放射アパーチャの直径の５０ないし１００倍
大きい。リフレクタの放射アパーチャの直径を増やすこ
とによって、一次ビームのサイドローブを一次ビームの
メインローブへ角度的により近づけることができる。二
次ビーム送信に対する干渉を最小にするために、リフレ
クタは二次ビーム方向の一次ビームのサイドローブを抑
制するように成形される。さらに、リフレクタは特に、
一次ビームのローブが二次ビームの軸から離れた方向を
向くような表面輪郭に成形される。
【０００７】本発明の更なる特徴によれば、二次給電部
は、リフレクタと協働して、メインローブ及びサイドロ
ーブからなる二次ビームを生成する給電素子のアレイか
ら構成される。そのリフレクタの形状は、一次ビームの
形状を最適化するためにすでに確定されている。従っ
て、二次ビームの形状の最適化は、アレイ内の給電素子
の間隔の選択、アレイの各給電素子から送信される信号
への位相テーパの使用、及び各給電素子から送信される
信号の相対振幅の調整によってなされる。この間隔、位
相調整及び振幅のパラメータは、メインローブに対する
サイドローブの方向を調整し二次ビームを形成するため
に使用される。特に、一次ビームのメインローブの方向
にサイドローブ放射が送信されることが本質的にないよ
うにサイドローブが配置される。従って、本発明によれ
ば、一次ビーム及び二次ビームのメインローブを通して
送られる信号を所望に応じて分離することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の前述の特徴及び他の特徴
について、以下に、添付の図面を参照して説明する。
尚、異なる図において同一の要素には同一の参照符を付
すが、全てが図の説明において参照されるとは限らな
い。図１は、地球２４を周回する衛星２２を有する通信
システム２０を示す。衛星２２は、本発明によるアンテ
ナ２６を搭載し、一次給電部３０及び二次給電部３２に
よって照らされるリフレクタ２８を有する。給電部３０
及び３２は給電アセンブリ３４を構成し、フレーム３６
によってリフレクタ２８の相対位置に配置されている。
一次給電部３０はリフレクタ２８に向けて放射をなし、
リフレクタ２８はそれを反射して一次ビーム３８を形成
し、一次ビーム３８は、図に一次ビーム足跡４０として
示すように地球の一部に照射される。二次給電部３２は
リフレクタ２８に向けて放射をなし、リフレクタ２８は
それを反射して二次ビーム４２を形成し、二次ビーム４
２は、図に二次ビーム足跡４４として示すように地球上
の別の場所に照射される。
【０００９】図２は、方位角及び仰角の座標系に、給電
アセンブリ３４に地球への投影角を表す円４６（一部を
示してある）を重ねたものを示す。方位角のゼロ度及び
仰角のゼロ度の交差は、円４６の中心４６Ａを表す。一
次給電部３０は、図２に示されており、ビーム１として
示される矩形の放射アパーチャによって示される。二次
給電部３２は、例えば、数字１から８、あるいは集合的
にビーム２として示される８つの給電素子５２からなる
複雑な形状を有する。給電素子５２のアレイの中心は、
一次給電部３０の中心からずれている。
【００１０】図３において、二次給電部３２の給電素子
５２は、図１に示すビーム制御装置５６により、給電素
子５２の各々に接続された送信機５４から供給される電
磁信号を放射する。図３には、図面の単純化のため、給
電素子５２のうちの３つだけを示す。ビーム制御装置５
６は、給電素子５２のそれぞれに送信機５４の電力を分
配する電力デバイダ５８を有し、各信号チャネルは増幅
器６０及び移相器６２からなる。増幅器６０の各々は、
予め設定された利得を有し、移相器６２の各々は特定の
位相シフト量に予め設定され、所望形状の二次ビームが
得られる。
【００１１】二次給電部３２が放射エネルギーを送信し
リフレクタ２８（図１）によってビーム形成がなされる
状況でのビーム制御装置５６及び送信機５４について説
明する。しかしながら、本発明の教示するところは、二
次給電部３２が二次ビーム４２（図１）を介して信号を
受信する場合にも適用でき、その場合、ビーム制御装置
５６は受信機（図示しない）に接続された電力結合器
（図示しない）を含む。信号を受信する場合、それぞれ
の給電素子５２の信号チャネルは移相器６２等の移相
器、及び調整可能な減衰器（図示しない）を含む増幅器
を有する。信号を受信する場合には、信号振幅及び位相
はメモリ６４に格納された信号によって電子的に調整可
能である。
【００１２】図４は、一次給電部３０の放射によって生
じる一次ビーム３８（図１）のアンテナ放射パターン６
６を実線で示している。また、図４は、二次給電部３２
から放射された二次ビーム４２（図１）のアンテナ放射
パターン６８を破線で示している。放射パターン６６
は、メインローブ６６Ａ及び複数のサイドローブ６６Ｂ
を有する。放射パターン６８もまた、メインビーム６８
Ａ及び複数のサイドローブ６８Ｂを有する。本発明は、
放射パターン６６及び６８のうちの一方のサイドローブ
が放射パターン６６及び６８の他方のメインローブを妨
げないような放射パターン６６及び６８の構成を提供す
る。
【００１３】また、一次ビーム３８及び二次ビーム４２
の生成は図５に示されており、アンテナ２６（図１）の
構成要素は座標軸Ｘ、Ｙ及びＺに重ねて概略的に示され
ている。特定のビーム形状を与えるリフレクタ２８の形
状は、波形の線によって示されている。また、給電部３
２の給電素子５２及び給電部３０のオフセットが、Ｘ，
Ｙ，Ｚ座標軸に関して示されている。図面の単純化のた
め、二次給電部３２の給電素子５２のうち、３つのみに
ついて示している。二次給電部３２の中心は、給電部３
０の中心とオフセットを有し、一次ビーム３８は二次ビ
ーム４２に対して角度を有している。
【００１４】本発明の動作において、一次ビーム３８の
二次ビーム４２に対する角度付けは、足跡４０及び４４
により表される地球上の離れた領域に照射する衛星２２
（図１）のミッションに応じて選ばれる。本発明の特徴
によれば、リフレクタ２８の形状、二次給電部３２の給
電素子５２のアレイ形状、各給電素子５２の信号間の相
対振幅及び各給電素子５２の信号間の相対位相が一次ビ
ーム３０及び二次ビーム３２の放射パターン６６及び６
８のローブ間の関係を確定し、前述したように、放射パ
ターンのうち、一方の放射パターンのサイドローブが他
方の放射パターンを妨げることはない。
【００１５】図２及び図５に示したように一次給電部３
０が１つの給電素子のみを有する場合には、一次放射パ
ターン６６のローブ形状の調整はリフレクタ２８の放射
アパーチャの断面および表面形状寸法の選択によって得
られる。通常、アンテナの構成において、リフレクタ２
８の放射アパーチャの直径は、例えば一次給電部３０の
放射アパーチャの直径の５０ないし１００倍の程度で大
きい。より大きなアパーチャを用いれば、サイドローブ
６６Ｂ間の角度間隔は減少し、より小さな放射アパーチ
ャを用いれば、サイドローブ６６Ｂ間の角度間隔は拡大
する。特に、一次放射パターン６６のサイドローブ６６
Ｂ間の角度間隔は、リフレクタの表面形状を適切に成形
し、二次放射パターン６８のメインローブ６８Ａの方向
で本質的にゼロ放射となるように選ばれる。
【００１６】さらに、二次給電部３２において、給電素
子５２の相互間隔、各給電素子５２の放射する信号の振
幅及び各給電素子５２の信号間の位相調整値は、二次放
射パターン６８のサイドローブ６８Ｂ間の角度間隔を調
整するように選ばれ、一次放射パターン６６のメインロ
ーブ６６Ａの方向にサイドローブ６８Ｂのいずれからの
サイドローブ放射も本質的にないようにされる。二次給
電部３２の構成においては、通常、隣接する給電素子５
２の間隔は、それぞれの給電素子５２によって放射され
る波長の０．５ないし５．０の範囲にある。前述した、
放射パターン６６及び６８のそれぞれのサイドローブの
相対角度位置の制御は、給電部３０及び３２により放射
される信号が同じ周波数または異なる周波数の場合、ま
た同じ偏波または異なる偏波の場合にも得ることができ
る。
【００１７】上記したように、本発明は、共通のリフレ
クタを有し別々の給電部を用いて別々のビームを生成す
る。これは、一方の放射パターンのローブが他の放射パ
ターンのメインローブを妨げないようなインタレースさ
れたローブ構成により実現された。アンテナのリフレク
タは、１つの給電部、すなわち一次給電部３０のみを最
適化するように成形されているので、前述したビーム間
の分離を改善するという利点は、二次給電部３２の信号
の送信効率を減少させるという犠牲の下で達成される。
【００１８】尚、上記した本発明の実施例は例示にすぎ
ず、当業者であればその変形は可能である。従って、本
発明はここに開示された実施例に限定されず、添付の特
許請求の範囲にのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナを搭載し地球を周回する
衛星の模式図である。
【図２】図１のアンテナにおける給電アセンブリ内の給
電素子の配列を示す図である。
【図３】図１のアンテナにおけるビーム制御装置の構成
装置を示す図である。
【図４】図１のアンテナにおける一次ビーム及び二次ビ
ームの放射パターンを示す図である。
【図５】図１のアンテナにおける、一次給電部及び二次
給電素子アレイによってそれぞれ生成された、一次ビー
ム及び二次ビームの相対的な方向を模式的に示す図であ
る。
【主要部分の符号の説明】
２０ 通信システム ２２ 衛星 ２４ 地球 ２６ アンテナ ２８ リフレクタ ３０，３２ 給電部 ３４ 給電アセンブリ ３６ フレーム ３８ 一次ビーム ４０ 一次ビーム足跡 ４２ 二次ビーム ４４ 二次ビーム足跡 ５２ 給電素子 ５４ 送信機 ５６ ビーム制御装置 ５８ 電力デバイダ ６０ 増幅器 ６２ 移相器 ６６，６８ アンテナ放射パターン ６６Ａ，６８Ａ メインローブ ６６Ｂ，６８Ｂ サイドローブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テリー エム． スミス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94020 ラホンダ アルパインロード 9703

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アンテナシステムであって、 リフレクタと、 前記リフレクタを照らして一次ビームを生成するように
    配置された一次給電部と、 前記リフレクタを照らして前記一次ビームに対し角度を
    有する二次ビームを生成するように配置され、所定の間
    隔で互いに配置されて前記二次ビームのサイドローブの
    方向を確定する二次給電素子のアレイを含む二次給電部
    と、 前記二次給電素子の各信号間の相対位相及び振幅を確定
    し、前記一次ビームの方向から前記サイドローブの各々
    をずらすよう調整する手段と、を有し、 前記リフレクタの表面は、前記二次ビームの電力の放射
    効率より大きな放射効率で前記一次ビームの電力を放射
    するように成形され、前記リフレクタは、前記二次ビー
    ムの放射方向から前記一次ビームのサイドローブの方向
    をずらす形状であることを特徴とするアンテナシステ
    ム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のアンテナシステムであ
    って、 前記所定の間隔は、前記二次給電部の発する放射の略
    ０．５ないし５．０波長の範囲にあることを特徴とする
    アンテナシステム。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のアンテナシステムであ
    って、 前記リフレクタの直径は、前記二次給電素子のアレイの
    直径の略５０ないし１００のファクタだけ大なることを
    特徴とするアンテナシステム。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のアンテナシステムであ
    って、 前記ファクタは、前記一次ビームのメインローブに対す
    る前記一次ビームのサイドローブの方向付けをなし、前
    記二次ビームの方向に対して前記一次ビームのサイドロ
    ーブをずらす値を有することを特徴とするアンテナシス
    テム。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のアンテナシステムであ
    って、 前記リフレクタは、前記一次ビームの最大放射効率を与
    える表面形状を有することを特徴とするアンテナシステ
    ム。
  6. 【請求項６】 一次給電部により照らされるリフレクタ
    を有し、二次給電部の給電を受けて互いに角度をなす一
    次ビーム及び二次ビームを生成するアンテナを修正する
    方法であって、 給電素子のアレイからなる二次給電部を構成するステッ
    プと、 前記リフレクタに対し前記リフレクタを照らす前記二次
    給電部を配置するステップと、 前記二次給電部の前記給電素子間の間隔、前記二次給電
    部の前記給電素子の信号間の位相調整値及び前記信号間
    の振幅の値を確定し、前記一次ビームのメインローブか
    らずらされた全てのローブを有する前記二次ビームの放
    射パターンを確定するステップと、を有し、 前記配置するステップは、前記一次給電部に対し前記二
    次給電部の位置をずらすことを含むことを特徴とする方
    法。
JP10299263A 1997-10-30 1998-10-21 多重ビーム用成形リフレクタ・アンテナ Pending JPH11225018A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/961169 1997-10-30
US08/961,169 US6137451A (en) 1997-10-30 1997-10-30 Multiple beam by shaped reflector antenna

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Publication Number Publication Date
JPH11225018A true JPH11225018A (ja) 1999-08-17

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ID=25504158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10299263A Pending JPH11225018A (ja) 1997-10-30 1998-10-21 多重ビーム用成形リフレクタ・アンテナ

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US (1) US6137451A (ja)
EP (1) EP0920076A3 (ja)
JP (1) JPH11225018A (ja)
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