WO2002071540A1 - Antenne a reflecteur - Google Patents

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WO2002071540A1
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reflector
antenna
axis
antenna device
mirror
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Yoshio Inasawa
Izuru Naito
Shigeru Makino
Naofumi Yoneda
Moriyasu Miyazaki
Yoshihiko Konishi
Shuji Urasaki
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • H01Q3/16Arrangements 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
    • H01Q3/20Arrangements 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

Definitions

  • the present invention relates to a reflector antenna device, and more particularly to a reflector antenna device that performs scanning by rotating around two axes perpendicular to each other.
  • This reflector antenna device usually has a reflector having a sub-reflector receiving irradiation of electromagnetic waves from a radiator, and a main reflector reflecting the electromagnetic waves reflected from the sub-reflector and directing the target to a target.
  • An axially symmetric Cassegrain antenna having not only a height in the azimuth axis direction of the reflector antenna device but also a length dimension in the elevation axis direction and a width dimension in a direction perpendicular thereto. Also, since the elevation rotation center axis does not pass through the reflecting mirror but passes through a position away from the reflecting mirror, changing the direction (angle) of the reflecting mirror inevitably changes its position. Therefore, it was necessary to increase the working area of the reflector of the antenna device, and a large space was required for installing the reflector antenna device.
  • the conventional reflector antenna device when there is a requirement to install a reflector antenna device in a limited, relatively small space, such as when it is mounted on an aircraft, the conventional reflector antenna device has a large operating area for the reflector described above. could not. It has also been proposed that small antenna elements are fixedly arranged in an array to reduce the height, and that the directivity of the antenna elements be electrically controlled for scanning. The equipment for this is extremely expensive and is of little practical use.
  • an object of the present invention is to provide a reflector antenna device which can be installed in a small space, has sufficient practicality, and performs scanning by rotating around two axes perpendicular to each other. Disclosure of the invention
  • means for solving the above-mentioned problems are as follows.
  • the elevation axis is the azimuth axis of the reflector.
  • the reflector has a substantially rectangular opening extending in the direction of the elevation axis, passing through a position substantially at the center of the direction and substantially at the center of the reflection mirror in a direction perpendicular to the elevation axis.
  • the mirror surface is modified so that it receives and reflects substantially all of the supplied electromagnetic wave, so that the antenna height does not increase even when the above-mentioned reflecting mirror rotates around the elevation axis. This is the characteristic reflector antenna device.
  • the reflector may include a sub-reflector that receives electromagnetic waves from the radiator, and a main reflector that reflects the electromagnetic waves reflected from the sub-reflector and directs the target toward a target. it can.
  • the height of the antenna including a part of the power feeding device rotated simultaneously with the reflector antenna may be prevented from increasing.
  • the reflecting mirror may be a reflecting mirror array including a plurality of reflecting mirror elements arranged with the elevation axes aligned.
  • Each of the reflector antennas of the main reflector has a substantially rectangular aperture shape, and in order to suppress grating lobes, each reflector antenna has a rectangular aperture when viewed from the mirror axis direction.
  • the mirror surface was modified so that the electromagnetic field distribution at the aperture became a nearly uniform distribution.
  • the radiator has a mirror surface set parallel to the azimuth rotation plane, and the center axis of the radiator is aligned with the elevation axis.
  • the mirror surface is set so that the sub-reflector does not block when viewed from the mirror axis direction.
  • the reflector antenna is a Cassegrain antenna.
  • the reflector antenna is a Gregorian antenna.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing a reflector antenna device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view showing the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic front view showing the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic front view showing an array-type reflector antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic side view showing an array-type reflector antenna device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic top view showing the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic enlarged front view showing the reflector antenna of the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic side view showing an array-type reflecting mirror antenna device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic top view showing the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic side view showing a reflector antenna of a reflector antenna device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic side view showing an array-type reflector antenna device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic top view showing the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 13 is a schematic side view showing an array-type reflector antenna device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic top view showing the reflector antenna device of FIG.
  • FIG. 15 is a schematic side view showing a reflector antenna device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • Embodiment 1 of a reflector antenna device is shown in FIGS.
  • the reflector antenna device includes a reflector 1 and an And a rotation mechanism 4 that rotates around the rotation axis 2 and the elevation axis 3.
  • the reflecting mirror 1 includes a sub-reflecting mirror 6 receiving electromagnetic waves from a radiator 5 that emits electromagnetic waves, and a main reflecting device that reflects the electromagnetic waves reflected from the sub-reflecting mirror 6 and directs the waves toward a target (not shown).
  • Mirror 7 is provided.
  • the sub-reflector 6 is supported by the support mechanism 8 in a state where the sub-reflector 6 is axially aligned with a distance from the main reflector 7.
  • the reflecting mirror 1 is supported by a rotation support mechanism 9 so as to be rotatable around the rotation axis 3 with respect to the turntable 10, and is rotated by the rotation drive source 11.
  • the first mouth joint 13 is connected to the feeder 12 at a position on the elevation axis 3. Have been purchased.
  • the reflecting mirror 1 thus supported so as to be able to rotate about the elevation axis 3 with respect to the rotary table 10 is also supported so that the rotary table 10 can be rotated about the azimuth axis 2. It can be rotated around the azimuth axis 2 by the rotary drive source 14 together with the rotary table 10.
  • a feed line 12 connecting the feed device 15 and the radiator 5 includes a second joint 1 at the rotation center of the turntable 10, that is, at a position on the azimuth axis 2 of the reflector 1. 6 is provided so that the rotary table 10 and the reflecting mirror 1 thereon can be allowed to rotate around the azimuth axis 2 at this portion.
  • the reflecting mirror 1 has a main reflecting mirror 7 and a sub-reflecting mirror 6, but has a length D (see FIGS. 1 and 2) in the direction of the elevation axis 3 as a whole.
  • the antenna has a width of W (see Figs. 2 and 3) in a direction perpendicular to the one-way axis 3 and has a substantially rectangular aperture.
  • the elevation axis 3 is the azimuth axis 2 direction of the reflector 1.
  • the range in which 1 moves that is, the operation area S, is inside the circle Y drawn by the outermost edge of the main reflecting mirror 7 about the elevation axis 3 as shown in FIG.
  • the operating area S represented by the circle Y is extremely large compared to, for example, the antenna described in the aforementioned Wakana paper.
  • the antenna height is small even when the reflector is rotated around the elevation axis.
  • the main reflecting mirror 7 and the sub-reflecting mirror 6 of the reflecting mirror 1 are each mirror-polished so as to receive and reflect substantially all of the electromagnetic waves supplied to the reflecting mirror 1.
  • Mirror modification is a method for controlling the antenna aperture shape and antenna aperture distribution. For example, see IEE Proc. Microw. Antennas Propag. Vol. 146, No. l, pp. 60-64, 1999, etc. Described.
  • the antenna has been modified so that the aperture shape is substantially rectangular, and the mirror surface has been modified so that the aperture distribution is uniform.
  • the radio wave radiated from the primary radiator 5 is reflected by the sub-reflector 6, and the reflected radio wave is reflected by the main reflector 7 and directed to a target (not shown).
  • a target not shown.
  • the main reflecting mirror 7, the sub-reflecting mirror 6, the supporting mechanism 8 for the sub-reflecting mirror, the primary radiator 5, and the first part 1 2a of the feed line 12 rotate about the elevation rotation axis 3. be able to.
  • the power supply path 1 2a is connected to the second part 12 via the rotary joint 13 so that power can be supplied to the primary size scale 5 even when the antenna rotates around the elevation axis 3. .
  • Fig. 2 is a view of the reflector antenna device viewed from above (from the mirror axis direction).
  • this reflector antenna device In order to prevent the antenna height from increasing even when scanning in the elevation direction, this reflector antenna device must have not only the antenna height H but also the size in the direction perpendicular to the elevation axis 3 and the mirror axis (azimuth axis 2) of the antenna. (Width)
  • the antenna is designed so that W becomes small.
  • the design procedure of the reflector antenna device consists of the following two steps.
  • the antenna height H including the main reflector 7 and the sub-reflector 6 is the highest at the same aperture diameter. This is a condition for lowering.
  • Mirror modification is a technique for controlling the shape of the antenna aperture and the antenna aperture distribution.For example, IEE Proc. Micro. Antennas Propag. Vol. 146, No. l, P. 60- 64, 1999. By modifying the mirror surface, various antenna aperture shapes and aperture distributions can be realized.
  • Figure 3 shows the antenna realized when the antenna is designed using the above-described method, as viewed from the direction of the elevation axis 3.
  • the antenna does not go out of the fixed circle Y centered on the rotation axis 3 and can realize a low antenna height.
  • the aperture aperture D of the antenna the antenna gain and the beam width in the azimuth direction can be adjusted.
  • the aperture distribution of the antenna can be controlled to adjust the antenna gain and beam width.
  • This antenna has the effect that it can be applied even when it is rotated around the elevation axis 3 and the antenna height is low, and there are restrictions on where the antenna is installed.
  • FIG. 4 shows the characteristics of the reflector antenna device of the present invention.
  • the feeder was placed below the azimuth-rotating joint, but some feeder circuits 16a and other parts 16b may have the above-mentioned joints depending on the antenna configuration. Azimuth and elevator at the same time as the main reflector
  • This antenna device can be used to construct an antenna including the necessary parts. There is an effect that the height of the corner can be suppressed.
  • FIG. 5 is a side view and FIG. 6 is a top view of another embodiment of the reflector antenna device of the present invention.
  • the same or corresponding parts as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted.
  • Some of them are: 1 is a reflecting mirror, 7 is a main reflecting mirror, 6 is a sub-reflecting mirror, 8 is a supporting mechanism of a sub-reflecting mirror, 5 is a primary radiator, 1 is a feed line, 2 is an azimuth axis
  • Reference numeral 3 denotes an elevation rotation axis
  • reference numerals 13 and 16 denote rotary joints
  • reference numeral 10 denotes a rotary table.
  • the antenna can rotate about two axes, around the azimuth axis 2 and around the elevation axis 3, and its mechanism is the same as that of the reflector antenna device of the above-described embodiment.
  • this reflector antenna device not one reflector (antenna), but an antenna configuration using two antenna elements 1, that is, two Cassegrain antennas.
  • the rotation about the azimuth axis 2 does not mean that each antenna element 1 rotates individually, but that the antenna element 1 supported on the turntable 10 rotates as a whole array.
  • the lowest antenna in the posture where the antenna is not scanned is 1 of the antenna diameter. Therefore, an antenna that is half the size in three directions of the elevation axis of the antenna has half the height. By arranging two of these antennas in the three directions of the elevation axis to form an array antenna, the entire antenna is
  • the antenna height can be made lower than that of the previous embodiment, and there is an effect that the present invention can be applied even when the dimensional installation environment of the reflector-device is more severe.
  • grating lobes generated due to the use of a two-element array antenna that is usually several wavelengths away are suppressed.
  • a mirror finish is applied as shown in Fig.7.
  • 7a is the main reflector before the mirror surface modification
  • 6a is the sub-reflector before the mirror surface modification
  • 7b is the main reflector after the mirror surface modification
  • 6b is the sub-reflector after the mirror surface modification.
  • FIG. 8 is a side view and FIG. 9 is a top view of the reflector antenna device according to the present invention.
  • 1 is a reflecting mirror
  • 7 is a main reflecting mirror
  • 6 is a sub-reflecting mirror
  • 8 is a support mechanism for a sub-reflecting mirror
  • 5 is a primary radiator
  • 1 2 is a feed path
  • 3 is an elevation rotation axis
  • Reference numerals 3 and 16 denote a joint and a rotary table.
  • the reflecting mirror 1 can rotate about two axes, an azimuth axis and an elevation axis, and the mechanism is the same as in the previous embodiment.
  • an array antenna configuration using two offset Cassegrain antennas is used.
  • the influence of blocking due to the sub-reflector can be reduced, the characteristics of the antenna such as the side lobe level can be improved, and not only the dimensional restrictions but also the This has the effect that it can be applied even when the antenna specifications are severe.
  • FIG. 10 shows a side view of a reflector antenna device according to still another embodiment of the present invention.
  • 1 is a reflector
  • 7 is a main reflector
  • 6 is a sub-reflector
  • 8 is a support mechanism for a sub-reflector
  • 5 is a primary radiator
  • 1 is a feeder
  • 2 is an azimuth axis
  • 3 is an elevation rotation axis
  • 16 is a mouth-evening joint
  • 10 is a rotary table.
  • a mirror surface is designed so that the direction of the primary radiator 5 is parallel to the azimuth rotation plane.
  • the primary radiator 5 is The rotation of the primary radiator 5 during the rotation of the elevation is not required. Further, since the power supply path 12 for supplying power to the two primary radiators 5 can be connected without bending, the structure can be simplified. In addition, there is an effect that the structural load is small when driven mechanically.
  • FIG. 11 is a side view and FIG. 12 is a top view of the reflector antenna device according to the present invention.
  • the same or corresponding components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted.
  • Some of them are: 1 is a reflecting mirror, 7 is a main reflecting mirror, 6 is a sub-reflecting mirror, 8 is a supporting mechanism of a sub-reflecting mirror, 5 is a primary radiator, 1 is a feed line, 2 is an azimuth axis , 3 is an elevation rotation axis, 16 is a mouth-to-mouth joint, and 10 is a rotary table.
  • the reflector antenna device of this embodiment is basically the same as that of the previous embodiment, but when viewed from the direction of the azimuth axis 2 (mirror axis), the shadow by the sub-reflector 6 does not block. This is a mirror surface design. In this embodiment, the effect of blocking by the sub-reflector 6 can be eliminated, and there is an effect that the characteristics of the antenna such as the level of the cyclone can be improved.
  • FIG. 13 is a side view and FIG. 14 is a top view of the reflector antenna device according to the present invention.
  • the same or corresponding components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted.
  • Some of them are: 1 is a reflecting mirror, 7 is a main reflecting mirror, 6 is a sub-reflecting mirror, 8 is a supporting mechanism of a sub-reflecting mirror, 5 is a primary radiator, 1 is a feed line, 2 is an azimuth axis
  • Reference numeral 3 denotes an elevation rotation axis
  • reference numerals 13 and 16 denote a rotary joint
  • reference numeral 10 denotes a rotary table.
  • FIGS. 13 and 14 show examples of the reflector 1 having an array antenna configuration using four offset Cassegrain antennas.
  • the aperture diameter of each offset Cassegrain antenna is reduced. Since the height can be reduced, there is an effect that the antenna height of the reflector 1 of the reflector antenna device that can be realized can be further reduced.
  • FIG. 15 is a side view of a reflector antenna device according to still another embodiment of the present invention.
  • 1 is a reflector
  • 7 is a main reflector
  • 6 is a sub-reflector
  • 8 is a support mechanism for a sub-reflector
  • 5 is a primary radiator
  • 1 is a feeder
  • 2 is an azimuth axis
  • Reference numeral 3 denotes an elevation rotation axis
  • reference numerals 13 and 16 denote mouth joints
  • reference numeral 10 denotes a rotary table.
  • an antenna structure using one or a plurality of force segrain antennas as the reflecting mirror 1 is used.
  • a reflection structure in which a Gregorian antenna is applied to an antenna structure having a similar structure is used as a whole. It is a mirror antenna device.
  • FIG. 15 shows a reflector antenna device in which a Gregorian antenna is applied to the reflector antenna device of the fourth embodiment.
  • the effects of the reflector antenna device of the present invention are as follows.
  • the elevation axis is the azimuth axis of the reflector. Passing through a position substantially at the center of the direction and substantially at the center of the reflection mirror in a direction perpendicular to the elevation axis, the reflection mirror has a substantially rectangular opening long in the direction of the elevation axis, and However, the mirror surface is modified so as to receive substantially all of the supplied electromagnetic waves, so that the antenna height does not increase even when the reflecting mirror rotates around the elevation axis. Therefore, it is possible to provide a reflector antenna device that can be installed in a small space, has sufficient practicality, and performs scanning by rotating around two axes perpendicular to each other.
  • the reflecting mirror may include a sub-reflecting mirror that receives the electromagnetic wave from the radiator, and a main reflecting mirror that reflects the electromagnetic wave reflected from the sub-reflecting mirror and directs the target to a target. Because it can be installed in a small space, It is possible to provide an efficient reflector antenna device that has sufficient practicality and performs scanning by rotating around two axes perpendicular to each other.
  • the antenna height was not increased, including the part of the feeder that was rotated simultaneously with the reflector antenna. This has the effect that the height of the antenna can be reduced.
  • the reflector may be a reflector array having a plurality of reflector elements arranged with the elevation axes aligned, so that the antenna height can be further reduced, and a small space can be obtained. It is possible to provide a reflector antenna device that can be installed in a room, has sufficient practicality, and scans by rotating around two axes perpendicular to each other.
  • Each of the reflector antennas of the main reflector has a substantially rectangular aperture shape, and in order to suppress grating lobes, each reflector antenna has a rectangular aperture when viewed from the mirror axis direction.
  • the mirror surface has been modified so that the electromagnetic field distribution at the aperture is a nearly uniform distribution. Therefore, the height of the antenna can be further reduced, the antenna can be installed in a small space, and there is sufficient practicality, and a highly efficient reflector that scans by rotating around two axes perpendicular to each other is provided.
  • An antenna device can be provided.
  • the radiator has a mirror surface set parallel to the azimuth rotation plane, and the center axis of the radiator is aligned with the elevation axis. Therefore, it is possible to provide a reflector antenna device that can be installed in a small space, has sufficient practicality, and has a simple configuration.
  • the mirror surface is set so that the sub-reflector does not block when viewed from the mirror axis direction. Therefore, it is possible to provide a reflector antenna device that can be installed in a small space, has sufficient practicality, and does not cause blocking.
  • the reflector antenna is a Cassegrain antenna, it can be installed in a small space, and a highly efficient reflector antenna device having sufficient practicality can be provided.
  • the reflector antenna device according to the present invention is particularly useful as a reflector antenna device that performs scanning while rotating around two axes perpendicular to each other.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

明 細 反射鏡アンテナ装置 技術分野
この発明は反射鏡アンテナ装置に関するものであり、 特に互いに直角な 2軸回 りに回動して走査を行う反射鏡アンテナ装置に関するものである。 背景技術
アジマス軸とエレベーション軸等の互いに直角な 2軸回りに回動して走査を行 う反射鏡アンテナ装置の例として、 例えば、 Proceedings of ISAP2000, pp.497- 500, JAPAN, H.Wakana et alに記載されたものがある。 この反射鏡アンテナ装置 は、 反射鏡が、 放射器からの電磁波の照射を受ける副反射鏡と、 この副反射鏡か ら反射した電磁波を反射して目標に指向させる主反射鏡とを備えた通常の軸対称 カセグレンアンテナであって、 反射鏡アンテナ装置のアジマス軸方向の高さ寸法 だけでなく、 エレべ一ション軸方向の長さ寸法およびそれに直角方向の幅寸法が 大きい。 また、 そのエレベーション回転中心軸は反射鏡を通らずに反射鏡から離 れた位置を通っているために、 反射鏡の方向 (角度) を変えると必然的にその位 置も変化することになり、 アンテナ装置の反射鏡の作動領域を大きく採る必要が あり、 反射鏡ァンテナ装置の設置に大きな空間が必要であった。
例えば航空機に搭載する等の、 限られた比較的小さな空間内に反射鏡アンテナ 装置を設置する要求がある場合、 従来の反射鏡アンテナ装置は上述の反射鏡作動 領域が大きいため、 適用することができなかった。 小型のアンテナ素子をアレイ に固定配置して高さ寸法を小さく し、 アンテナ素子の指向性を電気的に制御して 走査させることも提案されているが、 このようなアンテナ装置は電気的制御のた めの装置が極めて高価になってしまい、 殆ど実用性が無いものである。
従って、 この発明の課題は、 小さな空間内に設置することができ、 十分な実用 性を備え、 互いに直角な 2軸回りに回動して走査を行う反射鏡アンテナ装置を提 供することである。 発明の開示
この発明によれば上述の課題を解決するための手段は次の通りである。
( 1 ) 反射鏡と、 この反射鏡をアジマス軸およびエレベーション軸の回りに回 転させる回転機構とを備えた反射鏡アンテナ装置に於いて、 上記エレベーション 軸は、 上記反射鏡の上記アジマス軸方向のほぼ中央かつ上記反射鏡の上記エレべ ーシヨン軸に直角な方向のほぼ中央の位置を通り、 上記反射鏡が、 上記エレべ一 シヨン軸の方向に長いほぼ矩形開口を持ちかつ上記反射鏡が、 給電された電磁波 の実質的に全てを受けて反射するように鏡面修整され、 もって上記反射鏡がエレ ベ一シヨン軸回りに回転した際にもアンテナ高が高くならぬようにしたことを特 徴とする反射鏡アンテナ装置である。
( 2 ) 上記反射鏡は、 放射器からの電磁波の照射を受ける副反射鏡と、 上記副 反射鏡から反射した電磁波を反射して目標に指向させる主反射鏡とを備えたもの とすることができる。
( 3 ) 上記反射鏡において、 反射鏡アンテナと同時に回転される給電装置の一 部も含めてアンテナ高が高くならないようにしたものとすることもできる。
( 4 ) 上記反射鏡は、 上記エレベーション軸を整列させて配列された複数の反 射鏡素子を備えた反射鏡アレイとしてもよい。
( 5 ) 上記主反射鏡の各反射鏡アンテナが、 ほぼ矩形の開口形状を持ち、 グレ —ティングローブを抑制するため、 各々の反射鏡アンテナを鏡軸方向から見た際 に、 矩形開口でかつ開口での電磁界分布が一様分布に近い反射鏡アンテナとなる ように鏡面修整を施したものである。
( 6 ) 放射器をアジマス回転面に平行となるように鏡面を設定し、 上記放射器 の中心軸心をエレベーション軸に整列させたものである。
( 7 ) 鏡軸方向からみて上記副反射鏡がブロヅキングにならないよう鏡面を設 定したものである。
( 8 ) 上記反射鏡アンテナが、 カセグレンアンテナである。
( 9 ) 上記反射鏡アンテナが、 グレゴリアンアンテナである。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施形態の反射鏡アンテナ装置を示す概略側面図である。 図 2は図 1の反射鏡アンテナ装置を示す概略上面図である。
図 3は図 1の反射鏡アンテナ装置を示す概略正面図である。
図 4は本発明の別の実施形態のアレー型の反射鏡アンテナ装置を示す概略正面 図である。
図 5は本発明の第 3の実施形態のアレー型の反射鏡アンテナ装置を示す概略側 面図である。
図 6は図 5の反射鏡アンテナ装置を示す概略上面図である。
図 7は図 5の反射鏡アンテナ装置の反射鏡アンテナを示す概略拡大正面図であ る o
図 8は本発明の第 4の実施形態の実施形態のァレ一型の反射鏡ァンテナ装置を 示す概略側面図である。
図 9は図 8の反射鏡アンテナ装置を示す概略上面図である。
図 1 0は本発明の第 5の実施形態の反射鏡アンテナ装置の反射鏡アンテナを示 す概略側面図である。
図 1 1は本発明の第 6の実施形態のアレー型の反射鏡アンテナ装置を示す概略 側面図である。
図 1 2は図 1 1の反射鏡アンテナ装置を示す概略上面図である。
図 1 3は本発明の第 7の実施形態のアレー型の反射鏡アンテナ装置を示す概略 側面図である。
図 1 4は図 1 3の反射鏡アンテナ装置を示す概略上面図である。
図 1 5は本発明の第 8の実施形態の反射鏡アンテナ装置を示す概略側面図であ る。
【発明の実施の形態】
発明を実施するための最良の形態
実施の形態 1 .
本発明に係わる反射鏡ァンテナ装置の実施形態 1を図 1および図 2に示す。 こ れらの図に於いて、 反射鏡アンテナ装置は、 反射鏡 1と、 この反射鏡 1をアジマ ス軸 2およびエレベーション軸 3の回りに回転させる回転機構 4とを備えている。 反射鏡 1は、 電磁波を発射する放射器 5からの電磁波の照射を受ける副反射鏡 6 と、 副反射鏡 6から反射した電磁波を反射して目標 (図示してない) に指向させ る主反射鏡 7とを備えている。 副反射鏡 6は主反射鏡 7に対して離間して軸整列 した状態で支持機構 8により支持されている。
反射鏡 1は、 回転支持機構 9により、 回転テーブル 1 0に対してエレべーショ ン軸 3回りに回転できるように支持されており、 回転駆動源 1 1によって回転さ せられる。 放射器 5に接続された給電路 1 2がこのような反射鏡 1の回転を妨げ ないように、 エレベーション軸 3上の位置で給電路 1 2に第 1の口一夕リージョ イント 1 3を揷入してある。
このように回転テーブル 1 0に対してエレベーション軸 3回りに回転できるよ うに支持された反射鏡 1はまた、 回転テーブル 1 0がアジマス軸 2回りに回転で きるように支持されているので、 回転テーブル 1 0と共に回転駆動源 1 4により アジマス軸 2回りに回転できる。 給電装置 1 5と放射器 5との間を連結する給電 路 1 2には、 回転テーブル 1 0の回転中心即ち反射鏡 1のアジマス軸 2上の位置 で、 第 2の口一タリ一ジョイント 1 6が設けられていて、 この部分で回転テープ ル 1 0とその上の反射鏡 1のアジマス軸 2回りの回転運動が許容されるようにし てある。
反射鏡 1は、 主反射鏡 7と副反射鏡 6とを備えているが、 全体としてエレべ一 シヨン軸 3の方向に長さ D (図 1および図 2参照) の寸法を持ち、 エレべ一ショ ン軸 3に直角な方向に幅 W (図 2および図 3参照) の寸法を持ったほぼ矩形開口 を持つアンテナである。 エレベーション軸 3は、 反射鏡 1のアジマス軸 2方向
(高さ方向) の距離 (高さ) Hのほぼ中央の位置を通り (図 1および図 3参照) 、 また反射鏡 1のエレベーション軸 3に直角な方向 (幅方向) Wのほぼ中央の位置
(図 2および図 3参照) を通る軸心である。
従って、 反射鏡 1がエレベーション軸 3回りに回転させられたときに、 反射鏡
1が運動する範囲即ち作動領域 Sは図 3に示すようにエレベーション軸 3を中心 とする主反射鏡 7の最外縁の描く円 Yの内側となる。 この円 Yで表される作動領 域 Sは、 例えば先に述べた W a k a n a論文記載のアンテナに比較すると極めて 小さく、 反射鏡がエレベーション軸回りに回転した際にもアンテナ高が高くなら ない。
反射鏡 1の主反射鏡 7と副反射鏡 6とは、 それそれ鏡面修整されていて反射鏡 1に給電された電磁波の実質的に全てを受けて反射するようにしてある。 このよ うな鏡面修整の具体的な手順はこの技術分野では周知であるのでここには詳細は 説明しない。 鏡面修整はアンテナの開口形状や、 アンテナの開口分布を制御する ための手法であり、 例えば IEE Proc. Mi crow. Antennas Propag. Vol .146, No. l, pp.60- 64, 1999などに詳しく説明されている。 ここでは、 アンテナの開口 形状をほぼ矩形状とする修整、 及び開口分布を一様にする鏡面修整を施してある。 この反射鏡アンテナ装置に於いては、 一次放射器 5から放射された電波は副反 射鏡 6で反射し、 さらにこの反射した電波が主反射鏡 7で反射し図示してない目 標に向けて電波が照射される 2枚鏡カセグレンアンテナである。 エレベーション 方向には主反射鏡 7、 副反射鏡 6、 副反射鏡の支持機構 8、 一次放射器 5および 給電路 1 2の第 1部分 1 2 aがエレベーション回転軸 3を中心に回転することが できる。 給電路 1 2 aはロータリージョイント 1 3を介して、 第 2部分 1 2わに 接続されており、 アンテナがエレベーション軸 3回りに回転しても一次放身寸器 5 に給電することができる。
またエレベーション軸 3回りに回転する上述の構造物の他に、 ロー夕リージョ イント 1 3および給電路 1 2の第 2部分 1 2 bは回転テーブル 1 0上に固定され ており、 アジマス軸 2回り (アジマス方向) に回転することができる。 このアン テナはエレベーションとアジマスの 2軸で自由に走査できるため任意の方向にァ ンテナのビームを向けることができる。 図 2はこの反射鏡アンテナ装置を上方か ら (鏡軸方向から) 見た図である。
この反射鏡アンテナ装置はエレベーション方向に走査した際にもアンテナ高が 高くならないように、 アンテナ高 Hだけでなくエレベーション軸 3とアンテナの 鏡軸 (アジマス軸 2 ) に垂直な方向の大きさ (幅) Wが小さくなるようにアンテ ナを設計したことを特徴とするもので、 反射鏡アンテナ装置の設計手順の概略は 以下の 2ステップからなる。
先ず、 アンテナを走査しない状態の高さが低くなるようにアンテナ高: H = D / 4となる軸対称カセグレンアンテナを設計する。 この条件は副反射鏡 6を完全 な双曲面、 主反射鏡 7を完全な放物面とした際に主反射鏡 7と副反射鏡 6を含め たアンテナ高 Hが、 同一開口径で最も高さが低くなる条件である。
次に、 エレベーション軸 3回り (エレベーション方向) に走査した際のアンテ ナ高 Hを低くするため、 アジマス軸 2とエレベーション軸 3の双方に垂直な方向 の主反射鏡 7の大きさ (幅) Wが小さくなるように鏡面修整をおこなう。 鏡面修 整はアンテナの開口の形状や、 アンテナの開口分布を制御するための手法であり、 例えば先に挙げた、 IEE Proc. Micro . Antennas Propag. Vol .146, No. l , P.60-64, 1999などに説明されている。 鏡面修整を行うことにより様々なアンテ ナ開口の形状や、 開口分布を実現することができる。
上述した手法でアンテナを設計した際に実現されるアンテナをエレベーション 軸 3の方向から見た図を図 3に示す。 同図においてアンテナをエレベーション方 向に回転しても、 アンテナは回転軸 3を中心とした一定の円 Y内を出ることはな く低いアンテナ高を実現することができる。 また、 このアンテナの開口怪 Dを調 節しアンテナの利得やアジマス方向のビーム幅を調節することもできる。 また、 鏡面修整する際にアンテナの開口分布を制御しアンテナの利得やビーム幅などを 調節することもできる。
このアンテナはエレベーション軸 3回りに回転してもアンテナ高が低く、 アン テナの設置個所に制約がある場合にも適用可能であるという効果がある。
実施の形態 2 .
この発明の反射鏡アンテナ装置の特徴を図 4に示す。 図 1においては給電装置 はアジマス回転の口一夕リージョイント下に配置されていたが、 アンテナ構成に より一部の給電回路 1 6 aやそのほかの部品 1 6 bは、 上記口一タリ一ジョイン 卜よりも上に配置され主反射鏡などと同時にアジマスおよびエレべ
—シヨン方向に回転する必要がある。 この際にこれらの部品の占有スペースを確 保する必要がある。 そこでこれらの占有スペースを予め考慮して主反射鏡を含む 全アンテナ装置でエレベーション回転時にもアンテナの高さが高くならないよう にしたアンテナ装置である。
このアンテナ装置は実際に必要な部品も含めてアンテナを構成した際にアンテ ナの高さを抑えることができるという効果がある。
実施の形態 3 .
この発明の反射鏡アンテナ装置の別の実施形態の側面図を図 5に、 上面図を図 6に示す。 同図において図 1乃至図 3に示す部品と同じあるいは対応する部品に は同じ符号を付けて示し、 それらの説明は省略してある。 それらの一部を挙げれ ば、 1は反射鏡、 7は主反射鏡、 6は副反射鏡、 8は副反射鏡の支持機構、 5は 一次放射器、 1 2は給電路、 2はアジマス軸、 3はエレベーション回転軸、 1 3、 1 6はロー夕リ一ジョイント、 1 0は回転テーブルである。
本実施例においてもアンテナはアジマス軸 2回りと、 エレベーション軸 3回り の 2軸で回転することができ、 その機構は上述の実施形態の反射鏡アンテナ装置 と同様である。 この反射鏡アンテナ装置では一つの反射鏡 (アンテナ) ではなく、 2つのアンテナ素子 1即ち 2つのカセグレンアンテナを用いたァレ一アンテナ構 成としてある。 アジマス軸 2回りの回転は、 各アンテナ素子 1がそれそれ回転す るのではなく、 回転テーブル 1 0に支持されたアンテナ素子 1がアレー全体とし て回転するのである。
先の実施形態において述べたように、 軸対称カセグレンアンテナにおいてアン テナを走査しない姿勢で最も低くなるアンテナは、 アンテナ閧口径の 1 / 4であ る。 従ってアンテナのエレベーション軸 3方向に半分の大きさのアンテナは半分 の高さになる。 このアンテナをエレベーション軸 3方向に 2つ並べアレーアンテ ナ構成とすることにより、 全体のアンテナにおいても先の実施形態のものよりも
-高を半分にすることができる。
.の実施形態では先の実施形態よりアンテナ高を低くすることができ、 反射鏡 -装置の寸法的設置環境がより厳しい場合にも適用することができるとい う効果がある。
また、 この実施形態に於いては、 通常は数波長離れた 2素子のアレーアンテナ を用いているために発生するグレーティングローブが抑制してある。 このグレ一 ティングローブを抑えるために、 図 7に示すような鏡面修整が施されている。 同 図において 7 aは鏡面修整前の主反射鏡、 6 aは鏡面修整前の副反射鏡、 7 bは 鏡面修整後の主反射鏡、 6 bは鏡面修整後の副反射鏡である。 まず鏡軸方向から 見た開口をできるだけ矩形開口に近くなるように鏡面修整を行う。 また実現する 開口分布がー様分布になるように設定する。 2つの一様な開口分布を有する矩形 開口のアンテナは一つの大きな開口を有するアンテナと等価であり、 原理的にグ レ一ティングローブは発生しない。
この実施形態では適切な鏡面修整を実行することにより、 2つの反射鏡を用い たアレーアンテナ構成としたことにより通常発生する望ましくないグレーティン グローブを抑えることができ、 アンテナ高さおよびサイ ドロ一ブなどのアンテナ のスペックが厳しい場合にも適用可能であるという効果がある。
実施の形態 4 .
この発明に係わる反射鏡アンテナ装置の側面図を図 8、 上面図を図 9に示す。 これらの図において 1は反射鏡、 7は主反射鏡、 6は副反射鏡、 8は副反射鏡の 支持機構、 5は一次放射器、 1 2は給電路、 3はエレベーション回転軸、 1 3、 1 6は口一タリ一ジョイント、 1 0は回転テーブルである。
この実施形態においても、 反射鏡 1はアジマス軸とエレべ一ション軸の 2軸回 りに回転することができ、 その機構は先の実施形態と同様である。 この実施形態 では先の実施形態と異なり 2つのオフセヅ トカセグレンアンテナを用いたアレー アンテナ構成としたものである。 この実施形態においては副反射鏡によるブ口ヅ キングの影響を少なくすることができ、 サイ ドローブレベルなどのアンテナの特 性を改善することができ、 寸法的制約だけでなくサイ ドロ一ブなどのアンテナの スペックが厳しい場合にも適用可能であるという効果がある。
実施の形態 5 .
この発明の更に別の実施形態に係わる反射鏡アンテナ装置の側面図を図 1 0に 示す。 同図において図 1乃至図 3に示す部品と同じあるいは対応する部品には同 じ符号を付けて示し、 それらの説明は省略してある。 それらの一部を挙げれば、 1は反射鏡、 7は主反射鏡、 6は副反射鏡、 8は副反射鏡の支持機構、 5は一次 放射器、 1 2は給電路、 2はアジマス軸、 3はエレベーション回転軸、 1 6は口 —夕リージョイント、 1 0は回転テーブルである。
この実施形態は、 一次放射器 5の方向をアジマス回転面に平行となるように鏡 面設計を行ったものである。 この実施形態では、 一次放射器 5を主反射鏡 7に対 して回転させることができるので、 エレべ一ション回転の際に一次放射器 5を回 転する必要がなくなるという効果がある。 また、 2つの一次放射器 5を給電する 給電路 1 2を折り曲げることなく、 接続することができるためその構造を簡単に することができるという効果がある。 また機械駆動する際にも構造的な負担が少 ないという効果がある。
実施の形態 6 .
この発明に係わる反射鏡アンテナ装置の側面図を図 1 1、 上面図を図 1 2に示 す。 これらの図において図 1乃至図 3に示す部品と同じあるいは対応する部品に は同じ符号を付けて示し、 それらの説明は省略してある。 それらの一部を挙げれ ば、 1は反射鏡、 7は主反射鏡、 6は副反射鏡、 8は副反射鏡の支持機構、 5は 一次放射器、 1 2は給電路、 2はアジマス軸、 3はエレベーション回転軸、 1 6 は口一夕リ一ジョイント、 1 0は回転テーブルである。
この実施形態の反射鏡ァンテナ装置は基本的には先の実施形態のものと同様で あるが、 アジマス軸 2 (鏡軸) 方向から見た際に副反射鏡 6による陰がブロッキ ングにならないよう鏡面設計を行ったものである。 この実施形態においては副反 射鏡 6によるブロッキングの影響をなくすことができ、 サイ ドロ一ブレベルなど のアンテナの特性を改善することができるという効果がある。
実施の形態 7 .
この発明に係わる反射鏡アンテナ装置の側面図を図 1 3、 上面図を図 1 4に示 す。 これらの図において図 1乃至図 3に示す部品と同じあるいは対応する部品に は同じ符号を付けて示し、 それらの説明は省略してある。 それらの一部を挙げれ ば、 1は反射鏡、 7は主反射鏡、 6は副反射鏡、 8は副反射鏡の支持機構、 5は 一次放射器、 1 2は給電路、 2はアジマス軸、 3はエレベーション回転軸、 1 3、 1 6はロー夕リージョイント、 1 0は回転テーブルである。
実施形態 4、 5および 6では反射鏡 1として 2つのオフセヅ トカセグレンアン テナを用いたアレーアンテナ構造としたが、 3つ以上のオフセッ トカセグレンァ ンテナを用いたアレーアンテナとすることもできる。 図 1 3および図 1 4は 4つ のオフセヅ トカセグレンアンテナを用いたアレーアンテナ構成とした反射鏡 1の 例である。 この実施形態では個々のオフセットカセグレンアンテナの開口径を小 さくすることができるため、 実現できる反射鏡ァンテナ装置の反射鏡 1のアンテ ナ高をより小さくすることができるという効果がある。
実施の形態 8 .
この発明の更に別の実施形態に係わる反射鏡アンテナ装置の側面図を図 1 5に 示す。 同図において図 1乃至図 3に示す部品と同じあるいは対応する部品には同 じ符号を付けて示し、 それらの説明は省略してある。 それらの一部を挙げれば、 1は反射鏡、 7は主反射鏡、 6は副反射鏡、 8は副反射鏡の支持機構、 5は一次 放射器、 1 2は給電路、 2はアジマス軸、 3はエレベーション回転軸、 1 3、 1 6は口一夕リージョイント、 1 0は回転テ一ブルである。
先の実施形態 2乃至 7では 1つ、 あるいは複数の力セグレンアンテナを反射鏡 1として用いたアンテナ構造としていたが、 この実施形態では全体として同様の 構造のアンテナ構造にグレゴリアンアンテナを適用した反射鏡アンテナ装置であ る。 先の実施形態 4の反射鏡ァンテナ装置にグレゴリアンアンテナを適用した反 射鏡アンテナ装置を図 1 5に示す。
この実施形態ではアンテナの構成が異なるため、 設計によってアンテナ高を低 くできるという効果がある。
以上の如く本発明の反射鏡アンテナ装置による効果は次の通りである。
( 1 ) 反射鏡と、 この反射鏡をアジマス軸およびエレベーション軸の回りに回 転させる回転機構とを備えた反射鏡アンテナ装置に於いて、 上記エレベーション 軸は、 上記反射鏡の上記アジマス軸方向のほぼ中央かつ上記反射鏡の上記エレべ ーシヨン軸に直角な方向のほぼ中央の位置を通り、 上記反射鏡が、 上記エレべ一 シヨン軸の方向に長いほぼ矩形開口を持ちかつ上記反射鏡が、 給電された電磁波 の実質的に全てを受けるように鏡面修整され、 もって上記反射鏡がエレべーショ ン軸回りに回転した際にもアンテナ高が高くならぬようにしたものである。 従つ て、 小さな空間内に設置することができ、 十分な実用性を備え、 互いに直角な 2 軸回りに回動して走査を行う反射鏡アンテナ装置を提供することができる。
( 2 ) 上記反射鏡は、 放射器からの電磁波の照射を受ける副反射鏡と、 上記副 反射鏡から反射した電磁波を反射して目標に指向させる主反射鏡とを備えたもの とすることができるので、. 小さな空間内に設置することができるだけでなく、 十 分な実用性を備え、 互いに直角な 2軸回りに回動して走査を行う効率のよい反射 鏡アンテナ装置とできる。
( 3 ) 上記反射鏡において、 反射鏡アンテナと同時に回転される給電装置の一 部も含めてアンテナ高が高くならないようにしたので、 アンテナ装置は実際に必 要な部品も含めてアンテナを構成した際にアンテナの高さを抑えることができる という効果がある。
( 4 ) 上記反射鏡は、 上記エレベーション軸を整列させて配列された複数の反 射鏡素子を備えた反射鏡アレイとしてもよいので、 アンテナ高さを更に小さくす ることができ、 小さな空間内に設置することができ、 十分な実用性を備え、 互い に直角な 2軸回りに回動して走査を行う反射鏡アンテナ装置を提供することがで きる。
( 5 ) 上記主反射鏡の各反射鏡アンテナが、 ほぼ矩形の開口形状を持ち、 グレ —ティングローブを抑制するため、 各々の反射鏡アンテナを鏡軸方向から見た際 に、 矩形開口でかつ開口の電磁界分布が一様分布に近い反射鏡アンテナとなるよ うに鏡面修整を施したものである。 従って、 アンテナ高さを更に小さくし、 小さ な空間内に設置することができ、 十分な実用性を備え、 より高効率の、 互いに直 角な 2軸回りに回動して走査を行う反射鏡アンテナ装置を提供することができる。
( 6 ) 放射器をアジマス回転面に平行となるように鏡面を設定し、 上記放射器 の中心軸心をエレベーション軸に整列させたものである。 従って、 小さな空間内 に設置することができ、 十分な実用性を備え、 しかも構成の簡単な反射鏡アンテ ナ装置を提供することができる。
( 7 ) 鏡軸方向からみて上記副反射鏡がブロッキングにならないよう鏡面を設 定したものである。 従って、 小さな空間内に設置することができ、 十分な実用性 を備え、 しかもブロッキングが起こらない反射鏡アンテナ装置を提供することが できる。
( 8 ) 上記反射鏡アンテナが、 カセグレンアンテナであるので、 小さな空間内 に設置することができ、 十分な実用性を備えた高効率の反射鏡アンテナ装置を提 供することができる。
( 9 ) 上記反射鏡アンテナが、 グレゴリアンアンテナであるので、 小さな空間 内に設置することができ、 十分な実用性を備えた高効率の反射鏡アンテナ装置を 提供することができる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる反射鏡アンテナ装置は、 特に互いに直角な 2軸 回りに回動して走査を行う反射鏡アンテナ装置として有用なものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 反射鏡と、 この反射鏡をアジマス軸およびエレべ一シヨン軸の回りに回転 させる回転機構とを備えた反射鏡アンテナ装置に於いて、
上記エレベーション軸は、 上記反射鏡の上記アジマス軸方向のほぼ中央かつ上 記反射鏡の上記エレベーション軸に直角な方向のほぼ中央の位置を通り、
上記反射鏡が、 上記エレベーション軸の方向に長いほぼ矩形開口を持ち、 上記反射鏡が、 給電された電磁波の実質的に全てを受けて反射するように鏡面 修整され、
もって上記反射鏡がエレベーション軸回りに回転した際にもアンテナ高が高く ならぬようにしたことを特徴とする反射鏡:
2 . 上記反射鏡は、 放射器からの電磁波の照射を受ける副反射鏡と、 上記副反 射鏡から反射した電磁波を反射して目標に指向させる主反射鏡とを備えたことを 特徴とする請求項 1記載の反射鏡アンテナ装置。
3 . 上記反射鏡において、 反射鏡アンテナと同時に回転される給電装置の一部 も含めてアンテナ高が高くならないようにしたことを特徴とする請求項 1記載の 反射鏡アンテナ装置
4 . 上記反射鏡は、 上記エレベーション軸を整列させて配列された複数の反射 鏡素子を備えた反射鏡ァレイであることを特徴とする請求項 1記載の反射鏡ァン テナ装置。
5 . 上記主反射鏡の各反射鏡アンテナが、 ほぼ矩形の開口形状を持ち、 グレー ティングローブを抑制するため、 各々の反射鏡アンテナを鏡軸方向から見た際に、 矩形開口でかつ開口での電磁界が一様分布に近い反射鏡アンテナとなるように鏡 面修整を施したことを特徴とする請求項 4記載の反射鏡アンテナ装置。
6 . 放射器をアジマス回転面に平行となるように鏡面を設定し、 上記放射器の 中心軸心をエレベーション軸に整列させたことを特徴とする請求項 1記載のアン テナ装置。
7 . 鏡軸方向からみて上記副反射鏡がブロッキングにならないよう鏡面を設定 したことを特徴とする請求項 6記載のアンテナ装置。
8 . 上記反射鏡アンテナが、 カセグレンアンテナであることを特徴とする請求 項 1記載の反射鏡アンテナ装置。
9 . 上記反射鏡アンテナが、 グレゴリアンアンテナであることを特徴とする請 求項 1記載の反射鏡アンテナ装置。
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