JPS59143405A - マルチビ−ムアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野） 本発明は反射鏡形のマルチビームアンテナに関するもの
である。

（従来技術） 反射鏡を用いて構成されるマルチビームアンテナとして
従来、■オフセットパラボラ、オフセットカセグレンア
ンテナなどの単一焦点アンテナ、■双焦点アンテナなど
がある。

このうち、■のアンテナは反射鏡の近傍および無限遠方
にそれぞれ一つの焦点を持っておシ、本来高利得のシン
グルビームアンテナとして用いられるものである。また
、■のアンテナは主・副詞反射鏡面を適当に選ぶことに
より、反射鏡の近傍と無限遠方にそれぞれ２つの焦点を
持つものである。したがって、該■のアンテナは少くと
も２つの高性能ビームを放射できる点で、■のアンテナ
よりもマルチビームアンテナとして原理的にすぐれたも
のであるといえる。

このような焦点を有するアンテナは、焦点位置から偏移
して給電した場合、アンテナ開口面における位相誤差が
、その偏移量の増加に伴って大きくなるという性質を持
つている。このため、放射ビームの性能（利得、サイド
ローブ特性など）はそのビーム方向き無限遠方の焦点方
向とのなす角度が大きくなるにつれて劣化する。

第１図ｔａ＋は偏移給電時の単一焦点アンテナの放射パ
ターン、同図（ｂ）は同図（ａｌの包絡線の等レベル線
を示す。第１図（ａｌの横軸はビームと無限遠方の焦点
方向とのなす角θ、縦軸は相対電力を示す。

図中、θ＝Ｏはアンテナの正面方向を示す。単一焦点ア
ンテナでは、この方向は無限遠の焦点方向と一致する。

なお、同図（＆）中の破線はピーク包絡線を示す。

また、第２図（ａ）は偏移給電時の双焦点アンテナの放
射パターン、同図（ｂｌは同図（ａ）の包路線の等レベ
ル線を示す。図中、θ＝０はアンテナの正面方向、θ＝
±　００は無限遠の焦点方向を示す。また、同図（ａｌ
中の破線はピーク包絡線を示す。

第１図と第２図から、放射ビームの性能は、ビーム方向
と無限遠の焦点方向とのなす角θが大きくなるにつれて
劣化することは明らかであろう。

単一焦点アンテナあるいは双焦点アンテナは以上のよう
な性質を有するので、これらのアンテナの主反射鏡の前
部に３個以上の多数の給電ホーンを設けてマルチビーム
アンテナを作ろうとすると、どうしても性能の劣るビー
ムが発生する。このため、従来は、この性能の劣るビー
ムの位相を調整する等してマルチビームアンテナを作る
試みがなされている。

しかしながら、ビームの位相等を！ｌ１４整するには多
大な時間がかかり、面倒であるという欠点があった。ま
た、移相器等の電気部品が必要となシ、コスト高になる
という欠点があった。

（目　　的） 本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を除去し、く
−ムの位相等の調整をする必要のない、簡単な構造のマ
ルチビームアンテナを提供する番こある。

（概　要） 本発明の特徴は、主反射鏡と該主反射鏡を励振する複数
のホーンからなる複数ビームアンテナにおいて、該複数
のビームのそれぞれについて、該主反射鏡によって生じ
る位相誤差を補正するための副反射鏡を複数個設けた点
にある。

（実施例） 先ず、本発明の原理について説明する。一般に、回転対
称な主反射鏡および副反射鏡からなる従来の複反射鏡に
よっては、開口面上に収差が生ずることが知られている
。逆に言えば、開口面から主反射鏡上の各点に入射した
光線群は、副反射鏡で反射された後、一点に収束しない
。

しかしながら、第３図に示されているように、おける単
位法線ベクトルを嘔、給電ホーン２をとした時、副反射
鏡３の面Ｘｓを次式から作ると、開口面全面にわたって
収差が全くない複反射鏡アンテナを作ることができるこ
とが、本発明者の研究によって明らかにされている。

Ｋは給電ホーンから副反射鏡面、主反射鏡面をへて開口
面に至る全党路長である。

この式が導き出される過程については、本発明者による
特許出願（特願昭５５−１２６８．特開昭５６−９８９
０５号公報）に明らかにされているので、その説明は省
略する。

上記の式を満す副反射鏡３は、主反射鏡１上のあらゆる
ところで反射された一つの到来波を給電ホーン２の位置
で一点に収束させる働きをもっている。換言すれば、副
反射鏡３は給電ホーン２から、副反射鏡３．主反射鏡１
をへて開口面に至る光路長を給電ホーン２から出た全て
の光に対して一定（無収差）とする働きをもっている。

この発明は、このような本発明者の研究を基礎にしてな
されたものであシ、以下に実施例によって詳細に説明す
る。

第４図は、Ｎ個のビーム方向が固定され、しかも互いに
隣接する２つのビーム間の角度（分離角度）が比較的大
きい場合の本発明の一実施例を示人　は主反射鏡に到来
する波面の方向をそれぞれ表す。また、潟。は主反射鏡
上のほぼ中心に位置する点のベクトルを示し、Ｘ８．ｏ
＃　Ｘ、□。、・・・・・・・・・　。

Ｘ５ＮＯは各ｎ。で反射された各到来波（一本の光線で
示してあり以後中心光線と呼ぶ）が副反射鏡と交わる点
のベクトルである。また、主反射鏡面Ｘｍ上のビーム反
射点における単位法線ベクトルを嘔とする。

本実施例の各副反射鏡Ｘ、、、（１＝１　、２　、・・
・・・・Ｎ）は与えられている時、具体的に次の（１）
式から形成された曲面である。

また、Ｋｉ　　は、原点を通る１番目の波面（平面波）
を考えた場合の給電ホーンから、その波面までの光路長
である。

なお、上記’ｓｌおよびＳ、は、それぞれ物理的射した
点の反射方向単位ベクトル、および主反射鏡面上の１番
目のビームの反射点と副反射鏡面上の該１番目のビーム
の反射点との間の距離を表わしている。

上記のように、各副反射鏡へ、は、（１）式によって作
られた曲面であるので、各給電ホーンｘｆ１゜又はビー
ムに対して全く収差のないＮ焦点アンテナということが
できる。したがって、このアンテすはマルチビームアン
テナとして使用することができる。

本実施例のマルチビームアンテナは、給電ホーンで受け
た、あるいは給電ホーンから出ていくビームの位相を調
整する必要がなく、また移相手段も必要でないので、取
り扱いが容易で、かつ構成が簡単であるという利点を有
する。

なお、アンテナの構成条件としては、Ｎ個の特定方向か
らの到来波が主反射鏡で反射されて対応する副反射鏡に
向うとき、各副反射鏡面上で光線が重ならないことが必
要となる。その他、電波通路を互いに遮ぎらないような
オフセット形の構成とすること、オフセットの方向を含
む面に関して構造が対称であることなどが副次的な条件
となる。

このため、本実施例のアンテナは、ビーム方向が固定で
、しかも分離角度が大きい場合には有効である。しかし
ビーム方向を連続約６こ変えようとする場合や、ビーム
の分離角度が小さい場合には、副反射鏡が不連続に重り
合い（多価となって）実現不可能となる。

第５図は、本発明の第２実施例のマルチビームアンテナ
を示す。このマルチビームアンテナは、ビーム方向を連
続的に変えようとする場合や、ビームの分離角度が小さ
い場合にも実現可能なアンテナである。

本実施例のアンテナは、第１実施例において、複数の重
シ合った副反射鏡を一個の滑らかな副反射鏡４（以下、
仮想副反射鏡と呼ぶ）で置き換え、その際に発生する複
数のビーム方向での開口面位相誤差（収差）を極小化し
たものである。

この実施例のアンテナは、複数の給電ホーンと、主反射
鏡および副反射鏡面、各一枚で構成され、−見従来のア
ンテナと何ら変わる所がない。

しかし、主反射鏡および仮想副反射鏡４は、オフセット
カセグレンアンテナや、オフセット双焦点アンテナのそ
れらとは異なシ、複数の方向で勿開口面位相誤差が最小
となるよう１こ設計された全（新しい曲面である。

いま、これら、２つの鏡面の一決定法を以下に示す。

まず、主反射鏡面を次式で表す。

嘔＝嘔（ＸＩＴｌ、−ｈ　ａ）・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（２）この場合、上記
鏡面に対する法線は で表される。ここで、ａは未知パラメータベクトル（Ｍ
ａ次元）をまたｚｍはａ２ｚｍ／ａｘｍａｙｍ”’　８
２３ｍ　７８７ｍ　ａＸｍ　　を満たす任意の与えられ
た関数をそれぞれ表す。さらに仮想副反射鏡面４は、展
開係数列すと展開関数列ｇ　（ｘｓ　、）’８　）（各
々■次元）の線形結合によって ｚ、　＝　ｔτ・ｇ　（Ｘ８ｒ　ｙ、　）・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・　（３）と表せるもの
とする。ここに、ｔｂ　は展開係数列すの転置行列を示
す。

を与えると、式（１１、（２１から対応する副反射鏡上
の点ｘｓｌ＝（ｘＢｉ、ｙ８ｉ、ｚｓｉ）が求まる。す
なわち、Ｘｆｉ、π０．に、が与えられると、前記（１
）式の右辺の第２項が求まる。また、”ｍ　　”ｍ　　
’　ａが与えられると、（２）式から陥が求まる。とこ
ろで、前記（１）式の右辺の第１項の稲は（Ｘｒｎ　”
ｍ　’陥）の成分を有するので、（１）式の右辺の第１
項が求まる。Ｘｌが求まると、仮想副反射鏡面ｚ、。

は、このｘａｔ　”＋ｉｌを（３）式に代入して求めら
れる。

そこで、Ｎ本のビームの各々について、主反射鏡上の点
をＭ個キシ、総計ＭＮ個の点についてｚ３とｚｓｌの差
の最小自乗値工を求めると、その結果は Ｉ＝；”７ｔマ〔Ｇ）τ　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・　（４）となる。

ここで〔Ｇ〕はＭ−Ｎ個のベクトルから構成されるＭＮ
ＸＭｂ（７）行列である。また、２はｚｓ　−１＋＋ｉ
を要素とするベクトル（ＭＮ次元）である。ざらにｂは
、次の（５）式で与えられるベクトルである。

τ＝吠Ｇ〕〔Ｇ〕〕−１・’〔Ｇ　）　ｚ　　・・・・
・　（５）次に以上の手順により求めた（４）式のＩ　
＠　ａ　１ＫｌｌＸｆｌ　　に関する最適化問題ｐ目的
関数とみなしてＩの極小値を求める。このようにして求
めた工が極小となるアンテナ構成が、各ビーム方向で開
口面位相誤差の最も少ないものである。

（効　果） 以上のように、本発明によれば、ビームの位相等の調整
をする必要がなく、かつ簡単な構造であシながら、収差
の少ないあるいは収差の全くないマルチビームアンテナ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の単一焦点アンテナにおける偏移給
電時の放射パターン図、同図（ｂ）は該（ａ）図の包絡
線の等レベル線図、第２図（ａ）は従来の双焦点アンテ
ナにおける偏移給電時の放射パターン図、同図（ｂ）は
該（ａ１図の包絡線の等レベル線図、第３図は開口面全
面にわたって収差が全くない複反射鏡アンテナの説明図
、第４図は本発明の第１実施例の概念図、第５図は本発
明の第２実施例の概念図である。 １・・・主反射鏡、２・・・給電ホーン、３・・・副反
射鏡、４・・・仮想副反射鏡 牙　１　図 （α） 和女１蝮力 （シ） ′″−７２　　図 （シ） 一〇。　　　　　　　　　　　　　θ。 牙　３　霞 牙５０

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主反射鏡と該主反射鏡を励振する複数のホーンか
   らなる複数ビームアンテナにおいて、該複数のビームの
   それぞれについて、該主反射鏡によって生じる位相誤差
   を補正するための副反射鏡を複数細膜けたことを特徴と
   するマルチビームアンテナ。
2. （２）前記副反射鏡の１番目の鏡面形状はによって決定
   されていることを特徴とする特許許請求の範囲第１項記
   載のマルチビームアンテナ。 主反射鏡面のベクトル、πｌ　は主反射鏡上に到来する
   波面の方向のベクトル、ｘｆｌは給電ホーンのベクトル
   、堀　は主反射鏡上のビーム反射点における単位法線ベ
   クトル、Ｋ１　　は全光路長を表す。
3. （３）前記複数の副反射鏡を一体化して一枚の副反射鏡
   に形成したことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のマルチビームアンテナ。
4. （４）前記一枚の副反射鏡が各ビーム方向で開口面位相
   誤差が最小になるように形成されていることを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第３項記載のマルチビームアンテ
   ナ。