JPH1127037A - マルチビームアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射鏡を小型にできるようにする。 【構成】反射鏡１の焦点位置Ｆを間にして２つの一次放
射器２，３を配置する。一次放射器２，３は先端が誘電
体とされており、先端の径が細くされている。このた
め、２つの一次放射器２，３間の距離ｄｏを小さくする
ことができるようになり、反射鏡１の開口寸法Ｄｏを小
さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、複数の衛星放送を
受信することのできる小型化されたマルチビームアンテ
ナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のＣＳ（Communications Satellit
e）衛星は、送信機の出力が増強されていると共に、デ
ィジタル放送に移行しつつある。このように、送信出力
が向上されると共に、ディジタル化されることによりＣ
Ｓ受信アンテナを小型にしてもＣＳ放送を良好に受信す
ることができるようになる。例えば、ＪＣＳＡＴ−３お
よびＪＣＳＡＴ−４、ＳＣＣ−Ｃを例にあげると反射鏡
の大きさを約４５ｃｍとすれば、沖縄を含む日本全国が
受信エリアにはいるようになる。また、ＪＣＳＡＴ−３
とＪＣＳＡＴ−４とは衛星の離角度が約４．５°と小さ
い離角度とされていることから、デュアルビームアンテ
ナとすることにより両ＣＳ衛星からの電波を一つのアン
テナで受信することができるようになる。この際の、反
射鏡の大きさは５０ｃｍ程度の小型のデュアルビームア
ンテナでよい。なお、複数のビームを得ることのできる
アンテナをマルチビームアンテナと呼び、２つのビーム
を得ることのできるデュアルビームアンテナは、マルチ
ビームアンテナの一種である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、反射鏡と一次
放射器とからなるアンテナの一種であるパラボラアンテ
ナを例にあげてデュアルビームアンテナの原理を説明す
る。一次放射器は反射鏡の焦点位置に配置されており、
一次放射器の位置を反射鏡の焦点位置より上下および左
右に移動させると、アンテナの指向性は移動させた方向
と反対の方向へ傾くようになる。この原理を用いて、図
８に示すように１つの反射鏡１００の焦点位置Ｆを間に
してその近傍に２つの一次放射器１０１，１０２を配置
すると、図９に示すように２つの大きな放射ビームの指
向性を得ることができる。このように２つの放射ビーム
を有する指向性が得られるアンテナをデュアルビームア
ンテナと呼んでいる。

【０００４】このデュアルビームアンテナにおいては、
焦点距離をｆ、反射鏡１００の開口寸法をＤとすると、 ｆ≒０．５Ｄ なる関係が広く用いられている。また、２つの放射ビー
ムの中心からの傾き角度を図９に示すようにθ₁とする
と、 θ₁≒｛ｔａｎ^-1（ｄ／ｆ）｝・α ・・・（１） と表される。ただし、ｄは焦点Ｆから一次放射器までの
寸法（または、一次放射器間隔の１／２）、αは指向性
の傾き係数（約０．７５）である。

【０００５】上記（１）式を参照すると、デュアルビー
ムアンテナの２つの放射ビームの離角度（＝２θ₁）を
小さくするには、係数αが定数とされることから、反射
鏡１００の開口寸法Ｄを固定とした場合は、焦点Ｆから
一次放射器１０１，１０２までの間隔ｄを小さくする必
要がある。また、焦点Ｆから一次放射器１０１，１０２
までの間隔ｄを固定とした場合は、反射鏡１００の開口
寸法Ｄを大きくする必要がある。ところで、一次放射器
１０１，１０２の物理的寸法より間隔ｄを小さくするこ
とはできないから、一次放射器１０１，１０２の物理的
寸法により間隔ｄの最小値が決定されることになる。従
って、一次放射器１０１，１０２の物理的寸法より間隔
ｄを小さくしないと所望の離角度が得られない場合は、
反射鏡１００の開口寸法Ｄを大きくしなければならない
ことになる。

【０００６】例えば、図１０に示すように２つの一次放
射器１０１，１０２を最接近させて配置したとする。こ
の際の２つの一次放射器１０１，１０２は同一寸法に形
成されており、それぞれホーンアンテナ部１１０，１２
０と、導波管部１１１，１２１と、コンバータ部１１
２，１２２とから構成されている。なお、ホーンアンテ
ナ部１１０，１２０は導波管部１１１，１２１と空間と
を整合させるために設けられており、コンバータ部１１
２，１２２は受信したＣＳ放送のマイクロ波を、中間周
波数にダウンコンバートする部分である。

【０００７】この一次放射器１０１、１０２の具体的構
成の一例を図１１に断面図で示す。図１１に示すよう
に、一次放射器１０１（１０２）は円形導波管の先端に
形成された円錐ホーン１５０と、導波管の後端部に設け
られ、ＲＦ回路に受信信号を導くプローブ１５４と、プ
ローブ１５４からの受信信号を中間周波信号に周波数変
換するコンバータ回路が少なくとも組まれているＲＦ基
板１５３と、周波数変換された中間周波信号を出力する
出力接栓１５５から構成されている。また、一次放射器
１０１（１０２）はカバー１５１により覆われており、
円錐ホーン１５０の開口部には、開口部を覆うように防
塵・防水用のホーンキャップが装着されている。

【０００８】図１０に戻り、反射鏡１００の開口寸法Ｄ
が５０ｃｍとされ、２つの放射ビームの離角度を４．５
°とした場合の焦点Ｆから一次放射器１０１，１０２ま
での間隔ｄ１を（１）式を用いて求めてみると、 ｄ１＝ｆｔａｎ（θ₁／α）≒１３．１ｍｍ となる。従って、間隔ｄ１を決定する一次放射器１０
１，１０２の径として２ｄ１の間隔以下、すなわち約２
６ｍｍ以下の寸法が求められることになる。しかしなが
ら、一般に一次放射器１０１，１０２におけるホーンア
ンテナ部１１０，１２０の開口寸法ｄ２は約４０ｍｍな
いし６０ｍｍとされているため、一次放射器１０１，１
０２の間隔２ｄ１を求められる２６ｍｍ以下とすること
ができないことになる。

【０００９】この場合には反射鏡１００の開口寸法を大
きくして所望の離角度を得る必要があり、反射鏡１００
が大型になることになる。すると、デュアルビームアン
テナが大型になってしまい、重量が重くなるため、支持
手段も強固なものが必要になると共に、取付作業が煩雑
になり、価格も上昇するという問題点があった。そこ
で、本発明は、放射ビームの離角度が小さくても反射鏡
を小型にすることのできるマルチビームアンテナを提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上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、反射鏡と一次放
射器とからなるアンテナにおいて、導波管開口部に軸方
向に長い誘電体材からなるビーム集束手段が装着された
一次放射器を、反射鏡の略焦点位置に複数配置するよう
にしている。また、上記マルチビームアンテナにおい
て、前記ビーム収束手段を構成する誘電体材の両端が円
錐状に形成されており、その一端が前記導波管内に挿入
されるようにしてもよい。さらに、前記ビーム収束手段
が円筒状部と、円筒の径を次第に細めていくよう形成し
た所定肉厚の円錐状部とからなっており、前記円筒状部
が前記導波管内に挿入されるようにしてもよい。

【００１１】さらにまた、上記目的を達成することので
きる本発明の他のマルチビームアンテナは、反射鏡と一
次放射器とからなるアンテナにおいて、開口部に円錐ホ
ーンが形成された円形導波管を備える一次放射器と、該
一次放射器が略焦点位置に複数配置されている反射鏡
と、前記円錐ホーンから前記円形導波管に当接するよう
挿入配置された第２円形導波管と、誘電体材からなり、
前記第２円形導波管の開口部を覆うように、円筒の径を
次第に細めていくよう形成した所定肉厚の第１円錐状部
と、該第１円錐状部から後方へ延伸され、前記円錐ホー
ンの先端の外周縁と、前記円形導波管を覆うカバーとの
間に後縁が挟持されて固着される第２円錐状部からなる
ビーム収束手段とを備えている。

【００１２】このような本発明によれば、一次放射器の
先端部の径を細くすることができるため、複数配置され
た一次放射器の間隔を従来より狭めて配置することがで
きるようになる。従って、焦点から一次放射器までの間
隔を小さくすることができるので、反射鏡の開口寸法を
大きくすることなく小さな離角度の複数の放射ビームを
得ることができるようになる。また、本発明の他のマル
チビームアンテナは、従来の一次放射器を使用して、そ
の円錐ホーンの前面にビーム収束手段を設けるようにし
ているため、新たに一次放射器を設計し直す作業を不要
とすることができる。このように、本発明のマルチビー
ムアンテナでは、マルチビームアンテナとしても反射鏡
を小型化することができるため、重量を軽くすることが
でき、その取り付け手段を簡易化して、容易に取り付け
を行うことができる。また、従来の一次放射器を使用す
ることができることからアンテナの価格も安価にするこ
とができるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のマルチビームアンテナの
実施の形態の一例であるデュアルビームアンテナの構成
を図１に示す。図１において、１は開口寸法がＤｏとさ
れたパラボラ反射鏡、２はパラボラ反射鏡１の焦点位置
Ｆを間にして焦点位置Ｆの近傍に配置された一次放射
器、３はパラボラ反射鏡１の焦点位置Ｆを間にして、焦
点位置Ｆの近傍であって一次放射器２に対向するよう配
置された一次放射器である。ここで、一次放射器２と一
次放射器３とは同一の形状とされており、その詳細構成
を図３に示す。

【００１４】一次放射器２は、断面円形の導波管１１
と、その先端に装着された誘電体１０と、導波管１１の
後端に設けられたコンバータ１２とから構成されてい
る。誘電体１０はビームを収束するためのものであり、
導波管１１の内径とほぼ等しい径（直径約２０ｍｍ）の
軸方向に長い棒状体とされており、その両端が円錐状に
形成されている。そして、導波管１１内にその一端が挿
入されている。すなわち、誘電体１０の一端は、導波管
１１とのインピーダンス整合のために円錐状とされてい
る。また、誘電体１０の他端は導波管１１から外部に突
出しており、他端の円錐形状および寸法はビームを収束
して最適な指向性が得られるように調整されている。

【００１５】また、コンバータ１２は受信されて導波管
１１を伝播してきた、衛星から送信されたＣＳ放送の水
平偏波成分あるいは垂直偏波成分のいずれかを中間周波
数信号に周波数変換して、この中間周波数信号をＣＳチ
ューナに伝送している。なお、一次放射器２には、図示
されていないが水平偏波成分と垂直偏波成分の何れを受
信するかを選択する選択手段が設けられている。

【００１６】一次放射器３も同様に、断面円形の導波管
２１と、その先端に装着された誘電体２０と、導波管２
１の後端に設けられたコンバータ２２とから構成されて
いる。ビームを収束する誘電体２０は導波管２１の内径
とほぼ等しい径（直径約２０ｍｍ）の軸方向に長い棒状
体とされており、その両端が円錐状に形成されている。
そして、導波管２１内にその一端が挿入されている。す
なわち、誘電体２０の一端は、導波管２１とのインピー
ダンス整合のために円錐状とされている。また、誘電体
２０の他端は導波管２１から外部に突出しており、他端
の円錐形状および寸法はビームを収束して最適な指向性
が得られるように調整されている。

【００１７】また、コンバータ２２は受信されて導波管
２１を伝播してきた他の衛星から送信されたＣＳ放送の
水平偏波成分あるいは垂直偏波成分のいずれかを中間周
波数信号に周波数変換して、この中間周波数信号をＣＳ
チューナに伝送している。なお、一次放射器３には、図
示されていないが水平偏波成分と垂直偏波成分の何れを
受信するかを選択する選択手段が設けられている。

【００１８】このように本発明においては、一次放射器
２，３の先端に円錐ホーンに替えて誘電体１０，２０か
らなるビーム収束手段を設けるようにしたため、その径
を細くすることができる。このため、一次放射器２と一
次放射器３とを、図３に示すようにその先端を内側に傾
けて配置させることにより、コンバータ１２，２２の幅
が許容幅以上であっても、一次放射器１２と一次放射器
２２との間隔ｄｏとして所望の狭い間隔を得ることがで
きる。これにより、例えば、一次放射器１２と一次放射
器２２との間隔ｄｏを約２６ｍｍとすることができるの
で、反射鏡１の開口寸法Ｄｏを５０ｃｍとしても放射ビ
ームの離角度として４．５°を得ることができるように
なる。一次放射器１２と一次放射器２２との間隔ｄｏを
約２６ｍｍとした際の図１に示すデュアルビームアンテ
ナの指向性を示す放射パターンの一例を図２に示す。こ
の図に示されるように、２つのメインビームの離角度は
４．５°とされる。従って、反射鏡１を必要最小限の開
口寸法とすることができるので、デュアルビームアンテ
ナを小型化することができるようになる。

【００１９】なお、一次放射器２，３の構成は図３に示
す構成に限らず、図４に示す構成としてもよい。ただ
し、図４には導波管２６の先端とビーム収束手段である
誘電体２５の部分だけの構成を示している。図４に示す
ように、誘電体２５は内部がくりぬかれた所定肉厚の円
筒状部分２５−１と、内部がくりぬかれた所定肉厚の円
錐状部分２５−２とからなり、円筒状部分２５−１が導
波管２６内に挿入されて固着されている。この場合、円
筒状部分２５−１の肉厚は薄くされているので、円筒状
部分２５−１を導波管２６内に挿入するだけで導波管２
６と誘電体２５との整合をほぼとることができる。ま
た、円錐状部分２５−２の形状および寸法はビームを収
束して最適な指向性が得られるように調整されている。
このように、ビーム収束手段である誘電体２５を内部が
充填する構成に替えて所定肉厚の構成すると、誘電材を
成形して誘電体２５を作製する際に、成形後に体積が小
さくなるいわゆるヒケが生じにくくなり、作製時に誘電
体の２５の寸法の狂いや変形を生じにくくすることがで
きる。

【００２０】次に、本発明のマルチビームアンテナに係
る一次放射器のさらに他の構成を図５に示す。ただし、
図５には導波管および円錐ホーンの先端とビーム収束手
段の部分だけの構成を示している。図５に示す例は、前
記図１１に示す従来の一次放射器を利用して、その円錐
ホーンにビーム収束手段を装着することにより、マルチ
ビームアンテナにおける反射鏡の開口寸法によらず、共
通して一次放射器を使用できるようにしたものである。
この実施の形態では、図５に示すように、ビーム収束手
段として誘電体アンテナ兼キャップ３２が、円錐ホーン
５０の先端に装着されている。この誘電体アンテナ兼キ
ャップ３２内には、一次放射器５（６）の円形導波管の
先端部に当接する第２円形導波管３１が内蔵されてい
る。このように円形導波管が第２円形導波管３１により
延伸されて、第２円形導波管３１の開口部が誘電体アン
テナ兼キャップ３２の円錐状部分により覆われている。

【００２１】これにより、第２円形導波管３１から放射
された電磁波は、誘電体アンテナ兼キャップ３２におけ
る先端部の所定肉厚で形成された円錐状部によりビーム
が収束されるようになる。このような一次放射器５
（６）を備える本発明のデュアルビームアンテナの構成
を図６に示す。図６において、反射鏡１は開口寸法がＤ
ｏとされており、その焦点位置がＦとされている。この
焦点位置Ｆを挟むように２つの一次放射器５，６が先端
間隔ｄｏとなるように配置されている。この一次放射器
５、６の構成は図５に示すとおりである。また、一次放
射器５、６に備えられているコンバータ３３，３４は、
一次放射器５、６により受信された衛星から送信された
ＣＳ放送の水平偏波成分あるいは垂直偏波成分のいずれ
かを、中間周波数信号に周波数変換してＣＳチューナに
伝送している。なお、一次放射器５，６には、図示され
ていないが水平偏波成分と垂直偏波成分の何れを受信す
るかを選択する選択手段が設けられている。

【００２２】このような本発明の他の実施の形態におい
ては、一次放射器５，６の先端を延伸すると共に、ビー
ム収束手段を設けるようにしたため、一次放射器５と一
次放射器３６を、図６に示すようにその先端を内側に傾
けて配置させることにより、コンバータ３３，３４の幅
が許容幅以上であっても、一次放射器５と一次放射器６
との間隔をｄｏとして所望の狭い間隔を得ることができ
る。これにより、例えば、一次放射器５と一次放射器６
との間隔ｄｏを約２６ｍｍとすることができるので、反
射鏡１の開口寸法Ｄｏを約５０ｃｍとしても放射ビーム
の離角度として４．５°を得ることができるようにな
る。従って、反射鏡１を必要最小限の開口寸法とするこ
とができるので、デュアルビームアンテナを小型化する
ことができるようになる。

【００２３】また，図５に示す一次放射器５（６）の具
体的構成の一例を示す断面図を図７に示している。ただ
し、図７においては、従来の一次放射器として前記図１
１に示す一次放射器を使用している。図７において、一
次放射器５（６）は円形導波管の先端に形成された円錐
ホーン５０と、導波管の後端部に設けられ、ＲＦ回路に
受信信号を導くプローブ５４と、プローブ５４からの受
信信号を中間周波信号に周波数変換するコンバータ回路
が少なくとも組まれているＲＦ基板５３と、周波数変換
された中間周波信号を出力する出力接栓５５から構成さ
れている。

【００２４】また、一次放射器５（６）はカバー５１に
より覆われており、円錐ホーン５０の開口部の外周縁
と、カバー５１の先端内周縁との間に誘電体アンテナ兼
キャップ３２の後端縁が挟持されている。このビーム収
束手段である誘電体アンテナ兼キャップ３２内には、第
２円形導波管３１が内蔵されており、その一端は一次放
射器５（６）の円形導波管の先端に当接している。さら
に、第２円形導波管３１の他端の開口部は、誘電体アン
テナ兼キャップ３２の先端部に形成されている所定肉厚
の第１円錐状部３２−１により覆われており、第１円錐
状部３２−１から後方へ第２円錐状部３２−２が延伸さ
れている。そして、この第２円錐状部３２−２の後端縁
が円錐ホーン５０とカバー５１とで形成された間隙に嵌
着されている。このように、従来構成の一次放射器に誘
電体アンテナ兼キャップ３２を取り付けることにより、
従来の一次放射器を使用しても、反射鏡１の開口寸法を
必要最小限の開口寸法とすることができるようになる。

【００２５】上記の説明においては、コンバータ１２，
２２，３３，３４の幅寸法が一次放射器の円形導波管の
径に比較して大きいものとされていたが、コンバータ１
２，２２，３３，３４の幅寸法を狭くすれば一次放射器
２，３，５，６を平行に配置しても、一次放射器２，
３，５，６間の間隔ｄを狭い間隔とすることができる。
また、上記の実施の形態においては一次放射器を２つ配
置するようにしてデュアルビームアンテナとしたが、本
発明はこれに限るものではなく複数の一次放射器を配置
するようにしてマルチビームアンテナとしてもよいもの
である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、一次放射器の先端部の径を細くすることができ、複
数配置された一次放射器の間隔を従来より狭めて配置す
ることができるようになる。従って、焦点から一次放射
器までの間隔を小さくすることができるので、反射鏡の
開口寸法を大きくすることなく小さな離角度の複数の放
射ビームを得ることができるようになる。また、本発明
の他のマルチビームアンテナは、従来の一次放射器を使
用して、その円錐ホーンの前面にビーム収束手段を設け
るようにしているため、新たに一次放射器を設計し直す
作業を不要とすることができる。このように、本発明の
マルチビームアンテナでは、マルチビームアンテナとし
ても反射鏡を小型化することができるため、重量を軽く
することができ、その取り付け手段を簡易化して、容易
に取り付けを行うことができる。また、従来の一次放射
器を使用することができることからアンテナの価格も安
価にすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチビームアンテナの実施の形態の
一例であるデュアルビームアンテナの構成を示す図であ
る。

【図２】本発明のマルチビームアンテナの実施の形態の
一例であるデュアルビームアンテナの放射パターンを示
す図である。

【図３】本発明のマルチビームアンテナの実施の形態の
一例であるデュアルビームアンテナにおける一次放射器
の構成を示す図である。

【図４】本発明のマルチビームアンテナにおける一次放
射器の他の構成を示す図である。

【図５】本発明のマルチビームアンテナにおける一次放
射器のさらに他の構成を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態における図５に示す一次放
射器を用いたデュアルビームアンテナの構成を示す図で
ある。

【図７】本発明のマルチビームアンテナに係る図５に示
す一次放射器の詳細構成を示す断面図である。

【図８】従来のデュアルビームアンテナの構成を示す図
である。

【図９】従来のデュアルビームアンテナの放射パターン
を示す図である。

【図１０】従来のデュアルビームアンテナにおける一次
放射器の構成を示す図である。

【図１１】従来の一次放射の詳細を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 反射鏡 ２，３，５，６ 一次放射器 １０，２０，２５ 誘電体 １１，２１，２６ 導波管 １２，２２，３３，３４ コンバータ ２５−１ 円筒状部分 ２５−２ 円錐状部分 ３１ 第２円形導波管 ３２ 誘電体アンテナ兼キャップ ３２−１ 第１円錐状部 ３２−２ 第２円錐状部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射鏡と一次放射器とからなるアンテナ
   において、 導波管開口部に軸方向に長い誘電体材からなるビーム集
   束手段が装着された一次放射器が、反射鏡の略焦点位置
   に複数配置されていることを特徴とするマルチビームア
   ンテナ。
2. 【請求項２】 前記ビーム収束手段を構成する誘電体材
   の両端が円錐状に形成されており、その一端が前記導波
   管内に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の
   マルチビームアンテナ。
3. 【請求項３】 前記ビーム収束手段が円筒状部と、円筒
   の径を次第に細めていくよう形成した所定肉厚の円錐状
   部とからなっており、前記円筒状部が前記導波管内に挿
   入されていることを特徴とする請求項１記載のマルチビ
   ームアンテナ。
4. 【請求項４】 反射鏡と一次放射器とからなるアンテナ
   において、 開口部に円錐ホーンが形成された円形導波管を備える一
   次放射器と、 該一次放射器が略焦点位置に複数配置されている反射鏡
   と、 前記円錐ホーンから前記円形導波管に当接するよう挿入
   配置された第２円形導波管と、 誘電体材からなり、前記第２円形導波管の開口部を覆う
   ように、円筒の径を次第に細めていくよう形成した所定
   肉厚の第１円錐状部と、該第１円錐状部から後方へ延伸
   され、前記円錐ホーンの先端の外周縁と、前記円形導波
   管を覆うカバーとの間に後縁が挟持されて固着される第
   ２円錐状部からなるビーム収束手段と、 を備えることを特徴とするマルチビームアンテナ。