WO2009131177A1 - オフセットパラボラアンテナ - Google Patents

オフセットパラボラアンテナ Download PDF

Info

Publication number
WO2009131177A1
WO2009131177A1 PCT/JP2009/058076 JP2009058076W WO2009131177A1 WO 2009131177 A1 WO2009131177 A1 WO 2009131177A1 JP 2009058076 W JP2009058076 W JP 2009058076W WO 2009131177 A1 WO2009131177 A1 WO 2009131177A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
parabolic reflector
primary radiator
parabolic
antenna
directivity
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/058076
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
寛至 松原
親彦 中根
Original Assignee
マスプロ電工株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by マスプロ電工株式会社 filed Critical マスプロ電工株式会社
Priority to CN2009801144233A priority Critical patent/CN102138253A/zh
Priority to JP2010509217A priority patent/JP5266314B2/ja
Priority to US12/988,578 priority patent/US20110037674A1/en
Publication of WO2009131177A1 publication Critical patent/WO2009131177A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10Combinations 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
    • H01Q19/12Combinations 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
    • H01Q19/13Combinations 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 the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H01Q19/132Horn reflector antennas; Off-set feeding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/02Details
    • H01Q19/021Means for reducing undesirable effects
    • H01Q19/026Means for reducing undesirable effects for reducing the primary feed spill-over

Definitions

  • the present invention relates to a parabolic antenna mainly used for receiving microwaves, and more particularly to an offset parabolic antenna suitable for satellite broadcast reception and having a particularly good antenna noise figure (G / T).
  • the parabolic reflector that constitutes the offset parabolic antenna is a part of the parabolic surface shifted from the rotation axis, cut out so that the opening surface viewed from the direction of radio wave arrival is circular,
  • a primary radiator is disposed at the focal position via a support arm fixed to the parabolic reflector.
  • This primary radiator usually has the highest sensitivity to radio waves from the center of the pointing range. Further, the reflected wave from the parabolic reflector has the highest level from the center point of the opening surface.
  • the primary radiator usually has a central axis of the directivity range (generally, the axis line in the direction in which the received power is maximized), and the parabolic reflector reflects the direction of arrival of radio waves (specifically, parabolic reflection). It is installed so that the axis passing through the center of the aperture surface when viewed from the direction of arrival of radio waves collected at the focal point of the mirror is directed to a point pointing to the parabolic reflector (hereinafter referred to as the aperture surface center point).
  • the efficiency of receiving reflected waves from parabolic reflectors has been improved by placing the primary radiator with respect to the parabolic reflector so that its beam center axis faces the center of the aperture of the parabolic reflector.
  • the antenna gain is improved.
  • the size of the directivity range which is one of the directivity performances of the primary radiator, is the opening angle of the parabolic reflector (more specifically, the upper and lower ends of the parabolic reflector as viewed from the focal point).
  • the primary radiator is configured so that it substantially coincides with the parabolic reflector, and the primary radiator is arranged as described above with respect to the parabolic reflector, the vicinity of the outermost limit of the directing range of the primary radiator is It protrudes beyond the upper end of the reflector. As a result, the spillover occurs, and the reception performance of the offset parabolic antenna decreases.
  • the primary radiator when configured and arranged as described above, spillover occurs because of the center point of the opening surface of the parabolic reflector, both ends of the parabolic reflector in the major axis direction, and the focal point of the parabolic reflector.
  • the position of the point where the bisector that bisects the aperture angle formed by the two straight lines connecting the two points to the parabolic reflector (hereinafter referred to as the center point of the aperture angle) is different. This is because the point is caused by being positioned above the center point of the opening angle.
  • the line connecting the center point O of the parabolic reflector and the focal point F is OF
  • the line connecting the lower end A of the parabolic reflector and the focal point F is AF
  • the angle ⁇ formed by the line OF and the line BF is smaller than the angle ⁇ formed by the line OF and the line AF. Therefore, the opening angle center point P indicated by the line FP that bisects the angle BFA that is the opening angle is positioned below the opening surface center point O.
  • the directivity range of the primary radiator is designed to have a width that matches the aperture angle (that is, the angle BFA) of the parabolic reflector. If the axis in the direction in which the angle is maximum is directed to the aperture center point O, the outer limit of the directivity range exceeds the upper end of the parabolic reflector, and although the antenna gain can be improved, the effect of reception noise due to spillover The problem of receiving will arise.
  • an antenna performance index representing a ratio of the gain and noise of the antenna.
  • G / T antenna performance index
  • HEMT High Electron Mobility Transistor
  • the directivity range of the primary radiator is made to substantially coincide with the opening angle of the parabolic reflector (that is, the angle BFA), and the central axis (beam center axis) of the directivity range of the primary radiator and a line A method of fixing the primary radiator so that the angle formed by the AF and the angle formed by the beam center axis of the primary radiator and the line BF may be considered.
  • the beam center axis of the primary radiator is installed toward the center point P of the opening angle of the parabolic reflector.
  • this method can reduce spillover, the directional illuminance distribution of the primary radiator at the upper and lower ends of the parabolic reflector is not uniform, so the reflected wave from the reflector should be used efficiently. There is a problem that reception gain is reduced.
  • the lengths in the X direction and the Y direction in the image when the aperture surface of the parabolic reflector is projected onto the XY plane are used.
  • the length L of the parabolic reflector is increased by increasing the length L in the oblique direction to the dimension r so that the projected image tends to be close to a quadrilateral. It has been proposed to reduce spillover without.
  • the length dimension in the X direction of the projection image on the XY plane of the parabolic reflector formed in a substantially quadrilateral shape is larger than the length in the Y direction of the projection image. It has also been proposed to improve the reception gain without increasing the minor axis dimension (see, for example, Patent Document 1).
  • the proposed offset parabolic antenna has a spillover without increasing the minor dimension of the parabolic reflector (generally indicating the size of the antenna) by making the parabolic reflector nearly a quadrilateral.
  • the area of the parabolic reflector itself increases, there are the following problems.
  • the proposed offset parabolic antenna has a larger parabolic reflector area, resulting in a heavier weight or a larger wind receiving area than a commercially available antenna having the same minor axis size. The problem of becoming larger arises.
  • the shape of the parabolic reflector is not a general ellipse, but a special shape, so a new mold for manufacturing the reflector is manufactured to prevent spillover. There is also a problem that this causes an increase in cost.
  • the directivity range (angle BFA) of the primary radiator is conventional. If the central axis is directed to the point O (the center point of the opening surface of the parabolic reflector before extending upward), the extended portion C can reduce spillover and improve gain. It cannot be said that the entire parabolic reflector that should have a large area is effectively used.
  • the directing range of the primary radiator is expanded to the angle CFA so as to be the same as the opening angle of the newly formed substantially square parabolic reflector, and the central axis of the directing range of the primary radiator is the O Although it is possible to install it so that it faces the point, this point O is also the center of the opening angle of the new parabolic reflector, so although it can be expected to improve the spillover, the benefits of widening the parabolic reflector cannot be fully utilized. Further improvement in gain cannot be expected.
  • the directing range of the primary radiator is expanded to the angle CFA so as to be the same as the opening angle of the newly formed substantially square parabolic reflector, and the central axis of the directing range of the primary radiator is the newly formed approximately If a rectangular parabolic reflector is installed so that it faces the new aperture angle center Q located above the point O, it can be expected to further improve the reception gain by taking full advantage of the wide parabolic reflector. Although it is conceivable, spillover will occur again as in the above problem.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide an offset parabolic antenna that can reduce spillover without increasing the area of the parabolic reflector with respect to the directivity range of the primary radiator. There is to do.
  • the first aspect of the present invention made to achieve the above object is to support an elliptical parabolic reflector whose mirror surface has a shape obtained by cutting out a part of a paraboloid, a primary radiator, and the primary radiator.
  • An offset parabolic antenna comprising a support arm that fixes the focal position in front of the mirror surface of the parabolic reflector,
  • the primary radiator is:
  • the beam center axis that maximizes the received power within the directivity range is When the parabolic reflector is viewed from the direction of arrival of radio waves collected at the focal point of the parabolic reflector, the center point of the opening surface is the mirror surface position of the parabolic reflector indicated by the axis passing through the center of the opening surface.
  • the opening angle formed by two straight lines connecting both ends in the major axis direction of the parabolic reflector and the focal point of the parabolic reflector is divided into two equal parts, it is the mirror surface position of the parabolic reflector indicated by the bisecting line.
  • the center point of the opening angle; It is fixed to the support arm so as to face a substantially central position between the two.
  • a second aspect of the present invention is the offset parabolic antenna according to the first aspect, wherein the directivity performance of the primary radiator is configured such that the directivity range is substantially the same as the opening angle of the parabolic reflector. Moreover, the directivity characteristic is characterized in that the limit of the directivity range and the reception power outside the directivity range are configured to be lower than the maximum reception power within the directivity range by a set value.
  • the primary radiator is arranged so that the beam center axis of the primary radiator faces a substantially central position between the center point of the opening surface of the parabolic reflector and the center point of the opening angle. It is fixed to the support arm.
  • the offset parabolic antenna of the present invention as in the prior art shown in FIGS. 8A-8B and FIGS. 9A-9B, the area of the parabolic reflector is not increased from the normal one, and the primary radiator is used. It becomes possible to reduce spillover in which unnecessary radio waves are directly input, and to improve the utilization efficiency of the parabolic reflector. Further, since spillover can be reduced, the antenna performance index (G / T) of the offset parabolic antenna can be improved.
  • the offset parabolic antenna of the present invention can be obtained by directing the central axis (beam central axis) of the directivity range of the primary radiator to a substantially intermediate position between the center point of the aperture plane of the parabolic reflector and the center point of the aperture angle. Since the figure of merit (G / T) can be improved, even with an existing offset parabolic antenna, the antenna characteristics can be improved easily and inexpensively.
  • the offset parabolic antenna of the present invention can be configured without changing the size and weight of the parabolic reflector from the conventional one, so that the user-friendliness, such as workability when installing the antenna, is not reduced. .
  • the directivity range is configured to be substantially the same as the opening angle of the parabolic reflector in the directivity performance of the primary radiator, and the directivity characteristics are Since the limit of the directivity range and the received power outside the directivity range are configured to be lower than the maximum received power received by the primary radiator by a set value, the spillover is more reliably reduced and the reception noise is reduced. Can be reduced, and the antenna performance index (G / T) of the offset parabolic antenna can be increased.
  • the set value is within a range of 10 dB to 15 dB (more preferably, as described in the embodiments described later). Is 15 dB).
  • FIG. 1A is the perspective view showing the whole
  • FIG. 1B is a side view of a primary radiator part. It is a partially broken side view showing the structure of the connection part of a primary radiator and a support arm
  • FIG. 2A represents the state before a connection
  • FIG. 2B represents the state after a connection.
  • FIG. 3A is sectional drawing in XZ plane which cut
  • FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams for explaining spillover occurring in the normal positional relationship shown in FIGS. 3A to 3B, in which FIG. 5A is a cross-sectional view in the XZ plane, and FIG. 5B is a projection view on the XY plane.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating a positional relationship between a parabolic reflector and a primary radiator according to the embodiment, FIG. 6A is a cross-sectional view on the XZ plane, and FIG. 6B is a projection view on the XY plane.
  • FIG. 8A is sectional drawing in XZ plane
  • FIG. 8B is a projection drawing of XY plane
  • FIG. 9A is an explanatory diagram showing another shape of a conventional parabolic reflector and a positional relationship with a primary radiator
  • FIG. 9A is a cross-sectional view in the XZ plane
  • FIG. 9B is a projection view on the XY plane.
  • SYMBOLS 1 ... Parabolic reflector, 2 ... Projection figure of opening surface, 3 ... Projection figure of directivity range, 5 * 7 ... Projecting part, 6.8 ... Inside part, A ... Bottom end of parabolic reflector, B ... Parabolic reflection Upper end of mirror, F ... focal point, O ... opening surface center point, P ... opening angle center point, R ... performance base point, 10 ... support arm, 20 ... primary radiator, 22 ... horn, 24 ... case part, 25 ... output Terminals, 26 ... main body, 28 ... resin case, 29 ... fixing part.
  • the offset parabolic antenna of the present embodiment receives a broadcast radio wave transmitted from a geostationary satellite, converts the received signal into a predetermined intermediate frequency band, and outputs it to the terminal side.
  • An antenna for broadcast reception an elliptical parabolic reflector 1 whose mirror surface has a shape obtained by cutting out a part of a parabolic surface, one end fixed to the back side of the parabolic reflector 1, and the other end a parabolic reflector
  • a support arm 10 extended to the vicinity of the focal point of the front surface (mirror surface) of 1, and a primary radiator 20 fixed to the focal position of the parabolic reflector 1 by being fixed to the other end of the support arm 10; It is composed of
  • the parabolic reflector 1 has its mirror surface (front surface) directed toward a geostationary satellite that transmits broadcast radio waves, and vertically through a fixing bracket (not shown) provided on the back surface side. It is a well-known device that is fixed to a support or the like installed on the surface, so that broadcast radio waves from a geostationary satellite are reflected by the front surface (mirror surface) and collected at the focal position of the mirror surface.
  • the primary radiator 20 incorporates a converter circuit for down-converting a radio wave reception signal (ten GHz) collected by the parabolic reflector 1 into an intermediate frequency signal of several GHz.
  • the intermediate frequency signal after the down-conversion is output from the device 20 as a received signal.
  • the primary radiator 20 includes a die cast main body portion 26 formed integrally with a horn 22 of the primary radiator 20 and a case portion 24 that houses a converter circuit and the like. Prepare.
  • the case part 24 of the main body part 26 is for housing a circuit board on which a receiving part for receiving a radio wave incident from the horn 22 and a converter circuit are formed. Then, the reception signal frequency-converted by the converter circuit is output from an output terminal (F-type plug) 25 protruding below the case portion 24.
  • the main body portion 26 is housed in a synthetic resin resin case 28 that protects the main body portion 26 so that rainwater does not enter the case portion 24 from the horn 22.
  • the support arm 10 is configured by a metal pipe. In the main body portion 26 of the primary radiator 20, the support arm 10 is inserted into the pipe from the front end of the support arm 10 below the horn 22, and from the outside. A fixing portion 29 for fixing with screws is projected.
  • the primary radiator 20 is firmly fixed to the support arm 10 and then to the parabolic reflector 1 by inserting the fixing portion 29 into the support arm 10 and screwing, so that the orientation of the support arm 10 is directed.
  • the axis (in other words, the beam center axis of the primary radiator 20) having the highest received intensity within the range is also fixed in a predetermined direction.
  • the position where the beam center axis of the primary radiator 20 hits the mirror surface of the parabolic reflector 1 is determined by the tip position of the support arm 10 and the projecting angle of the fixed portion 29 from the main body portion 26 of the primary radiator 20.
  • the center of the aperture surface is determined.
  • the mirror surface position indicated by the passing axis that is, the center point of the opening surface of the parabolic reflector 1
  • the position where the beam central axis of the primary radiator 20 hits the mirror surface of the parabolic reflector 1 are generally matched. For this reason, there is a problem that the utilization efficiency of the parabolic reflector 1 is reduced and reception noise due to spillover is increased.
  • the utilization efficiency of the parabolic reflector 1 is improved and the spillover is reduced, and the antenna of the offset parabolic antenna The figure of merit (G / T) is improved.
  • FIGS. 3A-3B are explanatory diagrams showing the positional relationship between the primary radiator 20 and the parabolic reflector 1 when the primary radiator 20 is fixed to the focal point F of the parabolic reflector 1 by a normal design method.
  • 3A is a cross-sectional view showing a state in which the parabolic reflector 1 is cut along an XZ plane in the vertical direction passing through the receiving point of the primary radiator (that is, the focal point F of the parabolic reflector 1)
  • FIG. FIG. 6 is a projected view of an XY plane viewed from the arrival direction of radio waves collected at the focal point F.
  • FIGS. 9A and 9B, and FIGS. 5A, 5B, and 6A and 6B described later, (A) and (B) are XZ plane sectional views similar to FIG. 3A, respectively. It is the same XY plane projection view as 3B.
  • the mirror surface of the parabolic reflector 1 in the offset parabolic antenna is a projection of the aperture plane as viewed from the direction of arrival of the radio wave to be collected at the focal point F at the portion shifted from the rotation axis of the paraboloid. Is set to be cut out to be a circle with a radius r. The mirror surface position indicated by the axis passing through the center of the circle having the radius r is the center point of the opening surface of the parabolic reflector 1.
  • a in FIG. 3A is the lower end of the parabolic reflector 1, and B is the upper end of the parabolic reflector 1.
  • P in FIG. 3A denotes a mirror surface position (that is, parabolic reflection) indicated by a bisector (FP) that bisects an angle 2 ⁇ formed by the lines BF and AF (that is, the opening angle of the parabolic reflector 1).
  • the line BF is a line connecting the upper end B of the parabolic reflector 1 and the focal point F
  • the line AF is a line connecting the lower end A of the parabolic reflector 1 and the focal point F.
  • the parabolic reflector 1 constituting the offset parabolic antenna is different in the position of the opening surface center point O and the position of the opening angle center point P, as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the position of the opening surface center point O is positioned above the opening angle center point P.
  • This deviation is several centimeters for a parabolic reflector with an antenna effective diameter (short dimension) of 45 cm, but it varies depending on the effective diameter and offset angle of the parabolic reflector 1, and becomes larger as the effective diameter and offset angle are larger.
  • the primary radiator 20 is disposed through the support arm 10 at the focal point F of the parabolic reflector 1. Further, the primary radiator 20 is usually configured to have the highest sensitivity to radio waves from the center direction of the directivity range.
  • the directivity of the primary radiator 20 is expressed by a directivity range and directivity.
  • the directivity range of the primary radiator 20 indicates the spread of directivity.
  • the directivity range is defined as the aperture angle of the parabolic reflector 1. It is desirable to configure so as to substantially match the size of the.
  • the directivity range is wider than the aperture angle, a part of the radio wave coming from the rear of the parabolic reflector 1 is directly input to the primary radiator without being blocked by the parabolic reflector 1, and reception noise occurs. This is because if the directivity range is narrower than the aperture angle, the reflected wave from the parabolic reflector 1 cannot be received efficiently.
  • the directivity range of the primary radiator 20 is as described above. Is set.
  • the directivity characteristic of the primary radiator 20 shows the sharpness of directivity.
  • the directivity characteristic in order to prevent the influence of the reception power from the vicinity of the limit of the directivity range and from the outside thereof, the directivity characteristic is that the limit of the directivity range and the reception power at the outside of the directivity range are set values more than the maximum reception power. It is comprised so that it may become small.
  • the parabolic reflection is set by setting the directivity range of the primary radiator 20 to be within a range of ⁇ ⁇ with the beam having the maximum received power as the central axis. Matching the aperture angle of the mirror 1, the directivity characteristics of the primary radiator 20 are set so that the limit of the directivity range and the received power outside the directivity range are 15 dB lower than the maximum received power.
  • the primary radiator 20 having such directivity generally has a beam center axis (that is, a maximum received power) of the primary radiator 20 in order to improve the gain as an antenna as described above. Is attached so that the center line O of the opening surface of the parabolic reflector 1 is directed.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining spillover using a normal parabolic reflector
  • FIG. 5A is a sectional view in the XZ plane
  • FIG. 5B is a projected view on the XY plane.
  • reference numeral 3 is a projection view showing a directivity range of the primary radiator 20 when the primary radiator 20 is arranged so that its beam center axis faces the center point O of the opening surface of the parabolic reflector 1. Is an ellipse in which the X direction is longer than the Y direction.
  • the primary radiator 20 is configured such that the directivity range coincides with the aperture angle BFA of the parabolic reflector 1, so that the directivity range of the primary radiator 20 remains the same. If the beam center axis is directed to the aperture center point O, a portion 5 in which the upper limit of the directivity range extends beyond the upper end B of the parabolic reflector 1 to the point C is generated.
  • the lower limit of the directivity range results in a portion 6 that exceeds the lower end A of the parabolic reflector 1 and becomes inside the parabolic reflector 1. That is, when the beam center axis of the primary radiator 20 is mounted so as to face the center O of the opening surface of the parabolic reflector 1, the reception gain is improved, but the protruding portion 5 is caused by the parabolic reflector 1. Since shielding cannot be expected, reception noise increases due to spillover in the protruding portion 5.
  • the limit of the directivity range of the primary radiator 20 may be widened so as to substantially coincide with the lower end A of the parabolic reflector 1, but on the other hand, the upper end of the parabolic reflector 1 is increased.
  • the portion 5 that protrudes beyond B is further enlarged, and the spillover is increased.
  • FIGS. 6A, 6B and FIG. 6A and 6B are explanatory diagrams showing the positional relationship between the parabolic reflector 1 and the primary radiator 20 of the present embodiment
  • FIG. 6A is a cross-sectional view in the XZ plane
  • FIG. 6B is a projection view on the XY plane. is there.
  • FIG. 7 is explanatory drawing showing the electrical property of the offset parabolic antenna of this embodiment.
  • the directivity performance of the primary radiator 20 is the same as that shown in FIG. 4, and the directivity range coincides with the aperture angle BFA of the parabolic reflector 1 shown as the embodiment of the present invention.
  • the directivity characteristic is configured such that the limit of the directivity range and the received power outside the directivity range are lower than the maximum power by a set value (for example, 15 dB).
  • R in FIGS. 6A and 6B is a point indicating a substantially intermediate position between the opening angle center point P and the opening surface center point O.
  • This intermediate position may be an intermediate point of the position along the paraboloid of the parabolic reflector 1 or an intermediate point of a straight line connecting the opening angle center point P and the opening surface center point O. .
  • the beam center axis of the primary radiator 20 (the central axis of the pointing range or the axis line at which the received power is maximized) is the R point, and the performance for optimizing the antenna performance It is in the base point.
  • reference numeral 3 is a projection diagram showing the directivity range of the primary radiator 20 when the beam center axis of the primary radiator 20 is mounted with the performance base point R of the parabolic reflector 1 directed. Is an ellipse in which the X direction is longer than the Y direction.
  • the portion 7 whose directional range protrudes from the upper end B of the parabolic reflector 1 is narrower than the portion 5 shown in FIG. 5A, thereby reducing spillover.
  • the portion 8 located inside the lower end A of the parabolic reflector 1 becomes narrower than the portion 6 shown in FIG. 5A, so that the reflector can be used efficiently.
  • the primary radiator 20 having the above-described directivity has the beam center axis (the axis at the position where the received power is maximized).
  • the parabolic reflector 1 By disposing it so as to face the base point R, it is possible to optimize the parabolic reflector 1 so that the parabolic reflector 1 can be used to the maximum extent in consideration of reception power and reception noise.
  • An offset parabolic antenna having G / T) can be provided.
  • FIG. 7 shows data measured to confirm this effect.
  • This data is the offset parabola when the direction of the beam center axis of the primary radiator 20 having the directivity described above is moved from the aperture angle center point P toward the aperture surface center point O (or in the opposite direction). It is the data which shows the characteristic change of various performance as an antenna.
  • the antenna gain (dB) and the antenna noise temperature (K) indicating the noise level including the reception noise, unnecessary radio waves, the ground, the spatial noise generated in the sky, and the like.
  • the parabolic reflector 1 shields the reception noise from behind the parabolic reflector 1, so Among them, the antenna noise temperature shows a substantially minimum value, and when the beam center axis of the primary radiator 20 is moved in the vertical direction around the point P, the antenna noise temperature deteriorates.
  • the antenna gain does not show the maximum value.
  • the beam center axis of the primary radiator 20 is gradually tilted upward from the aperture angle center point P toward the aperture surface center point O, the directivity range of the primary radiator 20 from the upper end B of the parabolic reflector 1 is increased. Since the vicinity of the outer limit gradually protrudes upward, a part of the received noise from behind the parabolic reflector 1 cannot be shielded, and the antenna noise temperature gradually increases.
  • the primary radiator 20 can gradually receive reflected waves efficiently, and the gain of the antenna gradually improves.
  • the primary radiator 20 can receive the reflected wave efficiently, and the antenna gain shows a substantially maximum value.
  • the antenna performance index (G / T) As the beam center axis of the primary radiator 20 is gradually tilted from the aperture angle center point P toward the aperture surface center point O, the antenna figure of merit (G / T) gradually improves and gradually increases from the middle. It can be seen that there is a tendency to decrease.
  • the antenna figure of merit (G / T) reaches the maximum value because the beam center axis of the primary radiator 20 is an approximately intermediate position between the aperture angle center point P and the aperture surface center point O. Including the case of pointing R, it can be seen that the time is before and after that.
  • the beam center axis of the primary radiator 20 (specifically, the axis of the position where the received power in the directivity range of the primary radiator 20 is maximized (generally the directivity range)
  • the paraboloidal reflector 1 is configured such that the center)) is directed to the performance base point R, which is a substantially intermediate position between the opening surface center point O of the parabolic reflector 1 and the opening angle center point P of the parabolic reflector 1.
  • G / T antenna figure of merit
  • the beam center axis of the primary radiator 20 is the same as that of the parabolic reflector 1 in use, even if the antenna is already commercialized. Since the antenna figure of merit (G / T) can be improved simply by turning to the performance base point R, the characteristics of the product can be improved easily and inexpensively even with existing products.
  • the offset parabolic antenna of the present embodiment can be configured without changing the size and weight compared to the conventional one, and has an excellent antenna performance index (G / T) without greatly changing the usability for the user.
  • a highly practical parabolic reflector and a primary radiator 20 optimization method can be provided.
  • the directivity range of the primary radiator 20 is configured to be approximately the same as the opening angle of the parabolic reflector 1, and the directivity thereof
  • the characteristic is that the limit of the directivity range and the received power outside the directivity range are configured to be lower than the maximum received power received by the primary radiator 20 by at least a set value. It is possible to reduce the reception noise caused by the spillover by suppressing the phenomenon that a part of the radio wave is directly incident on the primary radiator 20 (that is, the spillover).
  • An offset parabolic antenna with T) can be provided.
  • the directivity performance of the primary radiator 20 of the above embodiment is configured such that the directivity range thereof is substantially the same as the opening angle of the parabolic reflector 1, and the directivity characteristics are the limit of the directivity range and the outside thereof. Is set to be lower than the maximum received power received by the primary radiator 20 by a set value, and this set value is preferably 15 dB as described above. , Partially, it may be in the range of 10-15 dB beyond 15 dB.
  • the beam center axis of the primary radiator 20 faces the performance base point R.
  • a predetermined size centered on the performance base point R for example, a radius of 5 mm. It may be directed to any one within the range of a circular shape.
  • shaft of the primary radiator 20 are the aperture-plane center point O of the parabolic reflector 1, and although the description has been made assuming that the parabolic reflector 1 faces the performance base point R, which is a substantially intermediate position with respect to the opening angle center point P of the parabolic reflector 1, as shown in the above data, the opening surface center point O is defined as “the point where the antenna gain becomes maximum”.
  • the opening angle center point P may be rephrased as “a point where the antenna noise temperature is minimized”.
  • the primary radiator 20 has an axis at a position where the received power in the predetermined directivity range is maximum at a substantially intermediate position between the “point where the gain is maximum” and the “point where the antenna noise temperature is minimum”. In other words, it may be fixed to the support arm 10 so as to face a certain performance base point R.
  • an example of an oval reflecting mirror in which the projection of the opening surface of the parabolic reflector is circular has been described.
  • an antenna using a reflecting mirror including a parabolic surface of the offset parabolic antenna is used. If there is, the antenna is not limited to the embodiment, for example, the projection of the aperture surface may be a non-circular antenna.
  • the present invention is applied to an offset parabolic antenna for satellite broadcast reception.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and may be applied to an offset parabolic antenna for transmission.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

 オフセットパラボラアンテナは、鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡と、一次放射器と、一次放射器を支持してパラボラ反射鏡の焦点位置に固定する支持アームとを備える。一次放射器は、その指向範囲内で受信電力が最大となるビーム中心軸が、パラボラ反射鏡の焦点に集波される電波の到来方向からパラボラ反射鏡を見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示されるパラボラ反射鏡の鏡面位置である開口面中心点と、パラボラ反射鏡の長径方向の両端と前記パラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ2直線がなす開口角を2等分したとき、その2等分線にて示されるパラボラ反射鏡の鏡面位置である開口角中心点との間の略中心位置を向くように、支持アームに固定されている。

Description

オフセットパラボラアンテナ
 本発明は、主にマイクロ波の受信に利用されるパラボラアンテナに関し、詳しくは、衛星放送受信に好適で、特に良好なアンテナ雑音指数(G/T)を有するオフセットパラボラアンテナに関する。
 一般的に、オフセットパラボラアンテナを構成しているパラボラ反射鏡は、放物面の回転軸からずらした部分を、電波到来方向から見た開口面が円形になるように切り出したものであり、その焦点位置には、前記パラボラ反射鏡に固定された支持アームを介して、一次放射器が配置される。
 この一次放射器は、通常、指向範囲の中心方向からの電波に対して最高の感度を有する。また、パラボラ反射鏡からの反射波は、その開口面の中心点からのものが最も高レベルとなる。
 このため、オフセットパラボラアンテナにおいて、一次放射器は、通常、指向範囲の中心軸(一般的には、受信電力が最大となる方向の軸線)が、パラボラ反射鏡を電波到来方向(詳しくはパラボラ反射鏡の焦点位置に集波される電波の到来方向)から見たときの開口面の中心を通る軸線がパラボラ反射鏡を指し示す点(以下、開口面中心点という)に向くように設置される。
 つまり、従来では、パラボラ反射鏡に対し、一次放射器を、そのビーム中心軸がパラボラ反射鏡の開口面中心点を向くように配置することによって、パラボラ反射鏡からの反射波の受信効率を高め、アンテナ利得を向上するようにしている。
 ところが、一次放射器の指向性能によっては、例えば、パラボラ反射鏡の背面方向からの電波の一部が、パラボラ反射鏡によって遮られずに一次放射器に直接入射する現象(所謂、スピルオーバー)が発生することがあった。そして、このスピルオーバーは、受信雑音の要因となり、スピルオーバーが大きいほど受信雑音が増え、受信性能に影響を与えるといった問題があった。
 つまり、例えば、アンテナ利得の向上のために、一次放射器の指向性能の一つである指向範囲の大きさが、パラボラ反射鏡の開口角(詳しくは、焦点から見てパラボラ反射鏡の上下端がなす角度)と略一致するように、一次放射器を構成し、その一次放射器をパラボラ反射鏡に対し上記のように配置すると、一次放射器の指向範囲の最も外側の限界付近が、パラボラ反射鏡の上端を越えてはみ出てしまう。この結果、上記スピルオーバーが発生し、オフセットパラボラアンテナの受信性能が低下するのである。
 なお、一次放射器を上記のように構成して配置した場合に、スピルオーバーが発生するのは、パラボラ反射鏡の開口面中心点と、パラボラ反射鏡の長径方向の両端とパラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ2直線がなす開口角を2等分する2等分線がパラボラ反射鏡を指し示す点(以下、開口角中心点という)の位置が異なり、上側にオフセットしたパラボラ反射鏡では、開口面中心点が開口角中心点より上側に位置することによって生じるためである。
 すなわち、図8A,8Bに示すように、オフセットパラボラアンテナにおいては、パラボラ反射鏡の開口面中心点Oと焦点Fを結ぶ線をOF、パラボラ反射鏡の下端Aと焦点Fを結ぶ線をAF、パラボラ反射鏡の上端Bと焦点Fを結ぶ線をBF、とした場合、線OFと線AFとがなす角度αに比べ、線OFと線BFとがなす角度βのほうが小さくなる。このため、開口角である角BFAを2等分する線FPが指し示す開口角中心点Pは、開口面中心点Oより下側に位置することになる。
 よって、一次放射器の指向範囲を、上記のように、パラボラ反射鏡の開口角(つまり、角BFA)と一致する広さとなるように設計しておいて、一次放射器の指向範囲における受信電力が最大となる方向の軸線を前記開口面中心点Oに向ければ、指向範囲の外側限界付近がパラボラ反射鏡の上端を越えることになり、アンテナ利得の向上は望めるものの、スピルオーバーによって受信雑音の影響を受けるといった問題が生じるのである。
 ところで、衛星アンテナの総合的な性能の良し悪しの判定は、アンテナの利得とノイズとの比を表すアンテナ性能指数(G/T)で行われ、その数値は高いほど良いのであるが、近年における高周波増幅素子、例えばHEMT(High Electron Mobility Transistor)の特性向上によって、雑音指数の小さなコンバータが提供されるようになると、優れたアンテナ性能指数(G/T)を有したアンテナを提供するためには、アンテナ利得の向上を図るばかりでなく、上述のようなスピルオーバーによる受信雑音の影響を低減することが要求される。
 そして、この要求に応えるために、一次放射器の指向範囲をパラボラ反射鏡の開口角(つまり角BFA)と略一致させ、しかも、一次放射器の指向範囲の中心軸(ビーム中心軸)と線AFとがなす角度と、一次放射器のビーム中心軸と線BFとがなす角度とが一致するように一次放射器を固定する方法が考えられる。
 つまり、一次放射器のビーム中心軸を、パラボラ反射鏡の開口角中心点Pに向けて設置するのである。しかし、この方法では、スピルオーバーを少なくすることができるものの、パラボラ反射鏡の上下端における一次放射器の指向性の照度分布が一様でなくなるため、反射鏡からの反射波を効率よく利用することができず、受信利得の低下を招くといった問題があった。
 また、これらの問題に対応するために、従来では、図8A,8Bに示すように、パラボラ反射鏡の開口面を、XY平面上へ投影したときの像における、X方向及びY方向の長さ寸法rよりも、これらに斜交する方向の長さLを大きくし、その投影像が四辺形に近い傾向を有するように構成することによって、パラボラ反射鏡の長径寸法及び短径寸法を増大させること無くスピルオーバーを軽減することが提案されている。
 また、従来では、図9A,9Bに示すように、略四辺形に形成された上記パラボラ反射鏡のXY平面上の投影像におけるX方向の長さ寸法を、同投影像のY方向の長さよりも大であるように構成することによって、短径寸法を増大させずに受信利得を向上することも提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11-103214号公報
 しかし、上記提案のオフセットパラボラアンテナは、パラボラ反射鏡を四辺形に近い形状にすることによって、パラボラ反射鏡の短径寸法(一般的にアンテナの大きさを示す寸法)を増大させることなく、スピルオーバーを軽減することはできるものの、パラボラ反射鏡の面積自体は大きくなるため、次のような問題があった。
 すなわち、上記提案のオフセットパラボラアンテナは、パラボラ反射鏡の面積を大きくしたことによって、一般的に市販されている短径寸法が同じ寸法のアンテナと比べて、重量が重くなるとか、受風面積が大きくなるという問題が生じる。
 また、これに伴ってアンテナ支持具や取付金具の強度を強くする必要があり、オフセットパラボラアンテナのコストアップを招くという問題が生じ、更に、ユーザーサイドから見れば、屋根やベランダなどの取り付け対象に取り付ける際の作業性が低下するという問題が発生する。
 また、上記提案のオフセットパラボラアンテナでは、パラボラ反射鏡の形状が、一般的な楕円形ではなく、特殊な形状になるので、スピルオーバーの対策の為に、新たに反射鏡製造用の金型を作製する必要があり、これによってコストアップを招くという問題もある。
 また更に、図9A,9Bに示したオフセットパラボラアンテナのように、パラボラ反射鏡の上端を、通常の上端Bより上方のC点まで延長した場合、一次放射器の指向範囲(角BFA)が従来のままで、その中心軸がO点(上方に延長する前のパラボラ反射鏡の開口面中心点)を向いている場合は、延長した部分Cによって、スピルオーバーの低減と利得の向上は実現できるものの、面積を大きくしたはずのパラボラ反射鏡の全体を有効に使用しているとはいえない。
 これに対して、一次放射器の指向範囲を、新しく形成された略四角形のパラボラ反射鏡の開口角と同じになるように角CFAまで広げ、一次放射器の指向範囲の中心軸が、前記O点に向くように設置する方法が考えられるが、このO点は新しいパラボラ反射鏡の開口角中心点でもあるので、スピルオーバーの改善は望めるものの、パラボラ反射鏡を広くしたメリットを最大に生かしきれず、利得の更なる向上は望めない。
 また、一次放射器の指向範囲を、新しく形成された略四角形のパラボラ反射鏡の開口角と同じになるように角CFAまで広げ、一次放射器の指向範囲の中心軸が、新しく形成された略四角形のパラボラ反射鏡の、O点より上側に位置する新しい開口角中心点Qに向くように設置すれば、パラボラ反射鏡を広くしたメリットを最大に生かして、更なる受信利得の向上が望めると考えられるが、上記問題と同様に、再びスピルオーバーが発生することになる。
 すなわち、上記提案の技術では、少なくともパラボラ反射鏡の短径寸法を変えないようにすることで、オフセットパラボラアンテナが見かけ上大きくなるのを防止しているものの、スピルオーバーの低減の為にパラボラ反射鏡の面積自体は大きくなっており、パラボラ反射鏡を最大限に効率的に使用することについては検討されていなかった。
 本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、その目的は、一次放射器の指向範囲に対してパラボラ反射鏡の面積を大きくすることなく、スピルオーバーを低減することのできるオフセットパラボラアンテナを提供することにある。
 かかる目的を達成するためになされた本発明の第1局面は、鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡と、一次放射器と、前記一次放射器を支持して前記パラボラ反射鏡の鏡面前方の焦点位置に固定する支持アームとを備えたオフセットパラボラアンテナにおいて、
 前記一次放射器は、
 その指向範囲内で受信電力が最大となるビーム中心軸が、
 前記パラボラ反射鏡の焦点に集波される電波の到来方向から前記パラボラ反射鏡を見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口面中心点と、
 前記パラボラ反射鏡の長径方向の両端と前記パラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ2直線がなす開口角を2等分したとき、その2等分線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口角中心点と、
 の間の略中心位置を向くように、前記支持アームに固定されていることを特徴とする。
 また本発明の第2局面は、第1局面のオフセットパラボラアンテナにおいて、前記一次放射器の指向性能は、前記指向範囲が前記パラボラ反射鏡の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、その指向特性は、前記指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、前記指向範囲内の最大受信電力に比べて設定値だけ低くなるように構成されていることを特徴とする。
 本発明の第1局面のオフセットパラボラアンテナにおいては、一次放射器のビーム中心軸がパラボラ反射鏡の開口面中心点と開口角中心点との間の略中心位置を向くように、一次放射器が支持アームに固定されている。
 このため、本発明のオフセットパラボラアンテナによれば、図8A-8B,図9A-9Bに示した従来技術のように、パラボラ反射鏡の面積を通常のものから大きくすることなく、一次放射器に不要電波が直接入力されるスピルオーバーを低減することができるようになり、パラボラ反射鏡の利用効率を高めることができる。また、スピルオーバーを低減できるので、オフセットパラボラアンテナのアンテナ性能指数(G/T)を向上することができる。
 また、本発明のオフセットパラボラアンテナは、一次放射器の指向範囲の中心軸(ビーム中心軸)を、パラボラ反射鏡の開口面中心点と開口角中心点との略中間位置に向けるだけで、アンテナ性能指数(G/T)を改善できることから、既存のオフセットパラボラアンテナであっても、簡単且つ安価にアンテナ特性を改善することができる。
 また、本発明のオフセットパラボラアンテナは、パラボラ反射鏡の大きさや重さなどを従来のものから変更することなく構成できるので、アンテナ設置時の作業性等、ユーザーにとっての使い勝手を低下させることもない。
 次に、第2局面のオフセットパラボラアンテナにおいては、一次放射器の指向性能の内、指向範囲が、パラボラ反射鏡の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、指向特性は、その指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、一次放射器が受信する最大受信電力に比べて設定値だけ低くなるように構成されているので、スピルオーバーをより確実に小さくして、受信雑音を低減化することができるようになり、オフセットパラボラアンテナのアンテナ性能指数(G/T)を高めることができる。
 なお、このように受信雑音を低減化して、アンテナ性能指数(G/T)を高めるためには、後述の実施形態に記載のように、上記設定値を、10dB~15dBの範囲内(より好ましくは15dB)にするとよい。
実施形態のオフセットパラボラアンテナの構成を表す説明図であり、図1Aはその全体を表す斜視図、図1Bは一次放射器部分の側面図である。 一次放射器と支持アームとの接続部分の構成を表す一部破断側面図であり、図2Aは接続前の状態を表し、図2Bは接続後の状態を表す。 パラボラ反射鏡と一次放射器との通常の位置関係を表す説明図であり、図3Aはパラボラ反射鏡を垂直方向に切断したXZ平面における断面図、図3Bはパラボラ反射鏡をその焦点に集波される電波の到来方向から見たXY平面の投影図である。 実施形態のオフセットパラボラアンテナを構成する一次放射器の指向性能を説明するための特性図である。 図3A-3Bに示した通常の位置関係において生じるスピルオーバーを説明する説明図であり、図5AはXZ平面における断面図、図5BはXY平面への投影図である。 実施形態におけるパラボラ反射鏡と一次放射器と位置関係を表す説明図であり、図6AはXZ平面における断面図、図6BはXY平面への投影図である。 実施形態のオフセットパラボラアンテナの電気的特性を説明するための図である。 従来のパラボラ反射鏡の形状及び一次放射器との位置関係を表す説明図であり、図8AはXZ平面における断面図、図8BはXY平面の投影図である。 従来のパラボラ反射鏡の他の形状及び一次放射器との位置関係を表す説明図であり、図9AはXZ平面における断面図、図9BはXY平面への投影図である。
 1…パラボラ反射鏡、2…開口面の投影図、3…指向範囲の投射図、5・7…はみ出る部分、6・8…内側になる部分、A…パラボラ反射鏡の下端、B…パラボラ反射鏡の上端、F…焦点、O…開口面中心点、P…開口角中心点、R…性能基点、10…支持アーム、20…一次放射器、22…ホーン、24…ケース部、25…出力端子、26…本体部、28…樹脂ケース、29…固定部。
 以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
 本実施形態のオフセットパラボラアンテナは、図1A,1Bに示すように、静止衛星から送信された放送電波を受信し、その受信信号を所定の中間周波数帯に変換して、端末側に出力する衛星放送受信用のアンテナであり、鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡1と、一端がパラボラ反射鏡1の裏面側に固定され、他端がパラボラ反射鏡1の前面(鏡面)の焦点付近まで延出された支持アーム10と、この支持アーム10の他端に固定されることにより、パラボラ反射鏡1の焦点位置に固定される一次放射器20と、から構成されている。
 ここで、パラボラ反射鏡1は、その鏡面(前面)を、放送電波を送信してくる静止衛星に向けた状態で、裏面側に設けられた固定用金具(図示せず)を介して鉛直方向に設置された支柱等に固定することで、静止衛星からの放送電波を前面(鏡面)で反射し、その鏡面の焦点位置に集波させる周知のものである。
 また、一次放射器20には、パラボラ反射鏡1にて集波された電波の受信信号(十数GHz)を、数GHzの中間周波信号にダウンコンバートするコンバータ回路が組み込まれており、一次放射器20からは、そのダウンコンバート後の中間周波信号が受信信号として出力される。
 また、図2A,2Bに示すように、一次放射器20は、一次放射器20のホーン22と、コンバータ回路等を収納するケース部24とを一体形成してなるダイキャスト製の本体部26を備える。
 この本体部26のケース部24は、ホーン22から入射した電波を受信する受信部やコンバータ回路等を形成した回路基板を収納するためのものである。そして、コンバータ回路にて周波数変換された受信信号は、ケース部24の下方に突設された出力端子(F型接栓)25から出力される。
 また、本体部26は、ホーン22からケース部24内に雨水が浸入することのないよう、本体部26を保護する、合成樹脂製の樹脂ケース28内に収納されている。
 また、支持アーム10は、金属製のパイプにて構成されており、一次放射器20の本体部26において、ホーン22の下方には、支持アーム10の先端からパイプ内に挿通して、外からねじ止め固定するための固定部29が突設されている。
 このため、一次放射器20は、この固定部29を支持アーム10内に挿通してねじ止めすることで、支持アーム10、延いてはパラボラ反射鏡1にしっかりと固定され、支持アーム10の指向範囲内で受信強度が最も高くなる軸線(換言すれば一次放射器20のビーム中心軸)も、所定方向に固定されることになる。
 従って、一次放射器20のビーム中心軸がパラボラ反射鏡1の鏡面に当たる位置は、支持アーム10の先端位置と、一次放射器20の本体部26からの固定部29の突設角度とによって決まる。
 これら各パラメータは、オフセットパラボラアンテナの設計時に決定されるが、従来の設計手法では、パラボラ反射鏡1をその焦点位置に集波される電波の到来方向から見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示される鏡面位置(つまり、パラボラ反射鏡1の開口面中心点)と、一次放射器20のビーム中心軸がパラボラ反射鏡1の鏡面に当たる位置とを一致させるのが一般的であるため、パラボラ反射鏡1の利用効率が低下し、スピルオーバーによる受信雑音が増大するという問題があった。
 そこで、本実施形態では、一次放射器20の特性及びビーム中心軸の方向を以下のように設定することで、パラボラ反射鏡1の利用効率を改善すると共にスピルオーバーを低減し、オフセットパラボラアンテナのアンテナ性能指数(G/T)を向上している。
 以下、本実施形態のオフセットパラボラアンテナの設計手法について詳しく説明する。
 まず、図3A-3Bは、通常の設計手法で一次放射器20をパラボラ反射鏡1の焦点Fに固定したときの一次放射器20とパラボラ反射鏡1との位置関係を表す説明図であり、図3Aは、一次放射器の受信点(つまりパラボラ反射鏡1の焦点F)を通る垂直方向のXZ平面にてパラボラ反射鏡1を切断した状態を表す断面図、図3Bはパラボラ反射鏡1をその焦点Fに集波される電波の到来方向から見たXY平面の投影図である。
 なお、上述の図8A,8B、図9A,9B及び後述する図5A,5B、図6A,6Bにおいても、(A)、(B)は、それぞれ、図3Aと同様のXZ平面断面図、図3Bと同様のXY平面投影図である。
 図3Bに示すように、オフセットパラボラアンテナにおけるパラボラ反射鏡1の鏡面は、放物面の回転軸からずらした部分を、焦点Fに集波させるべき電波の到来方向から見た開口面の投影図が半径rの円形になるように切り出したものとして設定される。そして、この半径rの円の中心を通る軸線にて示される鏡面位置が、パラボラ反射鏡1の開口面中心点である。
 次に、図3AにおけるAはパラボラ反射鏡1の下端であり、Bはパラボラ反射鏡1の上端である。また、図3AにおけるPは、線BF、AFがなす角度2θ(即ち、パラボラ反射鏡1の開口角)を2等分する2等分線(FP)にて示される鏡面位置(つまり、パラボラ反射鏡1の開口角中心点)を表している。なお、線BFは、パラボラ反射鏡1の上端Bと焦点Fを結ぶ線であり、線AFは、パラボラ反射鏡1の下端Aと焦点Fを結ぶ線である。
 図3A,3Bからわかるように、オフセットパラボラアンテナを構成するパラボラ反射鏡1は、開口面中心点Oの位置と開口角中心点Pの位置とが異なり、図3A,3Bに示すように上側にオフセットしたパラボラ反射鏡1では、開口面中心点Oの位置は、開口角中心点Pより上方に位置するようになる。
 このズレは、アンテナ有効径(短径寸法)が45cmのパラボラ反射鏡で数cmであるが、パラボラ反射鏡1の有効径やオフセット角によっても異なり、有効径やオフセット角が大きいほど大きくなる。
 一方、パラボラ反射鏡1の焦点Fには、支持アーム10を介して一次放射器20が配置される。また、一次放射器20は、通常、指向範囲の中心方向からの電波に対して最高の感度を有するように構成される。
 ところで、一次放射器20の指向性能は、指向範囲と指向特性で表される。
 そして、一次放射器20の指向範囲は、指向性の広がりを示すものであり、パラボラ反射鏡1からの反射波を効率よく受信するためには、その指向範囲を、パラボラ反射鏡1の開口角の大きさと略一致させるよう構成するのが望ましい。
 これは、開口角より指向範囲が広ければ、パラボラ反射鏡1の後方からくる電波の一部が、パラボラ反射鏡1に遮断されずに一次放射器に直接入力され受信雑音が生じ、逆に、開口角より指向範囲が狭ければ、パラボラ反射鏡1からの反射波を効率よく受信することができないからである。
 このため、一次放射器20の指向範囲は、例えば図3Aで示されるパラボラ反射鏡1の開口角BFA(=2θ)とすればよく、本実施形態においても一次放射器20の指向範囲をこのように設定している。
 これに対し、一次放射器20の指向特性は指向性の鋭さを示すものである。
 そして、本実施形態では、指向範囲の限界付近及びその外側からの受信電力の影響を防ぐため、その指向特性は、指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、最大受信電力よりも設定値だけ小さくなるように構成されている。
 つまり、指向範囲の限界及びその外側における遮断量が大きければ、受信雑音の影響をより少なくできる。
 そこで、本実施形態では、図4に例示するように、一次放射器20の指向範囲を、受信電力が最大となるビームを中心軸として±θの範囲となるように設定することで、パラボラ反射鏡1の開口角と一致させ、一次放射器20の指向特性を、指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、最大受信電力よりも15dBだけ低くなるように設定している。
 これによって、指向範囲の外側から一次放射器20に直接飛び込む電波や、パラボラ反射鏡1の周縁を回析する電波の影響を抑えることができる。
 このような指向性能を有した一次放射器20は、一般的には、上述したようにアンテナとしての利得の向上を図るために、一次放射器20のビーム中心軸(すなわち、受信電力が最大となる位置の軸線)が、パラボラ反射鏡1の開口面中心点Oを向くように取り付けられる。
 この状態について図5A,5Bを用いて詳しく説明する。なお、図5A,5Bは通常のパラボラ反射鏡を使ってスピルオーバーを説明するための図であり、図5AはXZ平面における断面図、図5BはXY平面への投影図である。
 図5A,5Bにおいて、符号3は、一次放射器20を、そのビーム中心軸がパラボラ反射鏡1の開口面中心点Oを向くように配置したとき、一次放射器20の指向範囲を示す投射図を電波到来方向から見た図であり、X方向がY方向より長い長円となる。
 この図から明らかなように、一次放射器20は、指向範囲がパラボラ反射鏡1の開口角BFAと一致するように構成されていることから、一次放射器20の指向範囲の大きさがそのままで、そのビーム中心軸を開口面中心点Oに向ければ、指向範囲の上側限界が、パラボラ反射鏡1の上端Bを超えてC点まではみ出る部分5が生じることになる。
 また逆に、指向範囲の下側限界は、パラボラ反射鏡1の下端Aを上方に超えてパラボラ反射鏡1の内側になる部分6が生じることになる。
 つまり、一次放射器20のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡1の開口面中心点Oを向くように取り付けられる場合は、受信利得が向上するものの、上記はみ出た部分5は、パラボラ反射鏡1による遮蔽を期待できないので、はみ出た部分5におけるスピルオーバーによって受信雑音が増大することになる。
 また、反射鏡の更なる有効利用のために、一次放射器20の指向範囲の限界を、パラボラ反射鏡1の下端Aに略一致するように広げればよいが、一方でパラボラ反射鏡1の上端Bを超えてはみ出る部分5が更に拡大することになり、スピルオーバーが大きくなる。
 上空から到来する雑音は、大地等から発生する水平方向等からくる雑音より小さいものの、スピルオーバーの拡大による受信雑音の影響は無視できないものとなる。
 一方、一次放射器20のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡1の開口角中心点Pを向けて取り付けられる場合を考えると、スピルオーバーは小さくなり受信雑音の影響を減少させることができるものの、利得の向上は望めない。
 そこで、本実施形態では、アンテナ利得の向上やスピルオーバーの低減に着目するだけではなく、アンテナ性能指数(G/T)に着目することで、例え従来型のパラボラ反射鏡であっても、そのパラボラ反射鏡を最大限に有効利用することによって、優れたアンテナ性能指数(G/T)を有するオフセットパラボラアンテナを提供する。
 以下、この点について、図6A,6B及び図7を用いて詳しく説明する。
 なお、図6A,6Bは本実施形態のパラボラ反射鏡1と一次放射器20との位置関係を表す説明図であり、図6AはXZ平面における断面図、図6BはXY平面への投影図である。また、図7は本実施形態のオフセットパラボラアンテナの電気的特性を表す説明図である。
 また、本実施形態において、一次放射器20の指向性能は、図4で示したものと同じであり、その指向範囲は、本発明の実施例として示したパラボラ反射鏡1の開口角BFAと一致する2θであり、その指向特性は、前記指向範囲の限界及びその外側の受信電力が、最大電力より設定値(例えば15dB)だけ低くなるように構成されたものである。
 図6A,6BにおけるRは、開口角中心点Pと開口面中心点Oとの略中間位置を示す点である。
 この中間位置とは、パラボラ反射鏡1の放物面に沿った位置の中間点であっても良いし、開口角中心点Pと開口面中心点Oを結ぶ直線の中間点であっても良い。
 本実施形態の特徴は、一次放射器20のビーム中心軸(指向範囲の中心軸若しくは受信電力が最大になる位置の軸線)を、前記R点である、アンテナの性能を最適化するための性能基点に向けたことにある。
 なお、図6A,6Bにおいて、符号3は、一次放射器20のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡1の性能基点Rを向けて取り付けられたときに、一次放射器20の指向範囲を示す投射図を電波到来方向から見た図であり、X方向がY方向より長い長円となる。
 この状態では、図6A,6Bに示されるように、指向範囲がパラボラ反射鏡1の上端Bからはみ出る部分7が、図5Aに示した部分5に対して狭くなることで、スピルオーバーが少なくなると共に、パラボラ反射鏡1の下端Aより内側になる部分8が、図5Aに示した部分6に対して狭くなることによって反射鏡が効率よく使用できることになる。
 つまり、本実施形態によれば、上述した指向性能(換言すれば従来と同様の指向性能)を有した一次放射器20を、そのビーム中心軸(受信電力が最大となる位置の軸線)が性能基点Rに向くように配置することによって、受信電力と受信雑音とを勘案して、パラボラ反射鏡1を最大限に有効に利用できるように最適化することができ、極めて良好なアンテナ性能指数(G/T)を有したオフセットパラボラアンテナを提供できるのである。
 図7は、この効果を確認するために測定したデータを表している。このデータは、上述の指向性能を有する一次放射器20のビーム中心軸が向く方向を、開口角中心点Pから開口面中心点Oに(若しくは逆方向に)向けて動かしたときの、オフセットパラボラアンテナとしての諸性能の特性変化を示すデータである。
 なお、本実施形態では、オフセットパラボラアンテナの諸性能として、アンテナ利得(dB)と、受信雑音である不要電波や大地、天空等において発生する空間雑音を含んだ雑音レベルを示すアンテナ雑音温度(K)、及び、アンテナ性能指数(G/T(=dB/K))の3つを測定した。
 このデータによると、一次放射器20のビーム中心軸を開口角中心点Pに向けたときは、パラボラ反射鏡1が、パラボラ反射鏡1の背後からの受信雑音を遮蔽するので、前記諸性能の内、アンテナ雑音温度が略最小値を示し、一次放射器20のビーム中心軸を、P点を中心として上下方向に動かすと、それぞれアンテナ雑音温度は劣化する。
 また、一次放射器20のビーム中心軸が反射波を効率よく受信する方向に向いていないのでアンテナの利得は最大値を示さない。
 次に、一次放射器20のビーム中心軸を開口角中心点Pから開口面中心点Oに向けて徐々に上方に傾けていくと、パラボラ反射鏡1の上端Bから一次放射器20の指向範囲の外側限界付近が徐々に上方にはみ出るので、パラボラ反射鏡1の背後からの受信雑音の一部を遮蔽することができなくなり、アンテナ雑音温度は次第に増大する。
 しかしながら、一次放射器20は、徐々に反射波を効率よく受信することができるようになり、アンテナの利得は次第に向上していく。
 そして、一次放射器20のビーム中心軸が開口面中心点Oに向いた時は、一次放射器20は反射波を効率よく受信することができるようになり、アンテナ利得は略最大値を示す。
 更に上方に向けていくとアンテナ利得は急激に劣化する。
 次に、アンテナ性能指数(G/T)に着目する。
 一次放射器20のビーム中心軸を開口角中心点Pから開口面中心点Oに向けて徐々に傾けていくと、アンテナ性能指数(G/T)は、徐々に向上していき、途中から徐々に低下していく傾向にあることがわかる。
 詳しく見ると、アンテナ性能指数(G/T)が最大値を迎えるのは、一次放射器20のビーム中心軸が、開口角中心点Pと開口面中心点Oの略中間位置である前記性能基点Rを指し示す場合を含み、その前後にあるときであることがわかる。
 この実験の結果によれば、一次放射器20のビーム中心軸がこの位置に向いているときは、他の条件のときよりもアンテナ性能指数(G/T)が0.5から1dB程改善することがわかった。
 すなわち、本実施形態のオフセットパラボラアンテナによれば、一次放射器20のビーム中心軸(詳しくは、一次放射器20の指向範囲における受信電力が最大となる位置の軸線(一般的には指向範囲の中心))が、パラボラ反射鏡1の開口面中心点Oと、パラボラ反射鏡1の開口角中心点Pとの略中間位置である性能基点Rに向くように構成することによって、パラボラ反射鏡1を効率よく使いこなすことができるアンテナの最適な構成方法を提供できるばかりで無く、これによって、優れたアンテナ性能指数(G/T)を有したオフセットパラボラアンテナを簡単且つ安価に提供することができる。
 また、上述のように最適化の方法が簡単であることから、既に製品化されているアンテナであっても、今ある一次放射器20のビーム中心軸を、使用しているパラボラ反射鏡1の性能基点Rに向けるだけで、アンテナ性能指数(G/T)の改善ができるので、既存製品であっても簡単且つ安価に製品の特性改善が可能である。
 更に、本実施形態のオフセットパラボラアンテナによれば、従来と比べても大きさや重さなどを変えずに構成でき、ユーザーにとっての使い勝手を大きく変えることなく、優れたアンテナ性能指数(G/T)を有したオフセットパラボラアンテナが実現できるなど、実用性の高いパラボラ反射鏡と一次放射器20の最適化方法を提供できる。
 また、本実施形態のオフセットパラボラアンテナによれば、一次放射器20の指向性能の内、指向範囲がパラボラ反射鏡1の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、その指向特性は、指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、一次放射器20が受信する最大受信電力より少なくとも設定値だけ低くなるように構成されていることから、パラボラ反射鏡1の背面方向からの電波の一部が一次放射器20に直接入射する現象(つまりスピルオーバー)を抑えて、スピルオーバーにより生じる受信雑音を低減することができ、受信雑音による影響のない、極めて良好なアンテナ性能指数(G/T)を有したオフセットパラボラアンテナを提供することができる。
 尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
 上記実施形態の一次放射器20の指向性能は、その指向範囲がパラボラ反射鏡1の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、その指向特性は指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、一次放射器20が受信する最大受信電力より設定値だけ低くなるように構成されており、この設定値は上述の如く15dBであるのが望ましいが、量産性を考慮するならば、部分的には15dBを超えて10~15dBの範囲があっても良い。
 また、上記実施形態では、一次放射器20のビーム中心軸が性能基点Rを向くように構成した例を示したが、例えば、前記性能基点Rを中心とする所定の大きさ(例えば、半径5mm程度の円形)の範囲内の何れかに向くようにしても良い。
 これによって、良好なアンテナ性能指数(G/T)を維持しつつ、部品の寸法を精度よく作る必要が無くなり、また、組み付け工数の低減ができることから、延いては製品のコストダウンができる。
 また、上記実施形態では、一次放射器20がもつ所定の指向範囲における受信電力が最大となる位置の軸線若しくは一次放射器20のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡1の開口面中心点Oと、パラボラ反射鏡1の開口角中心点Pとの略中間位置である性能基点Rに向くものとして説明したが、上記データが示すように、開口面中心点Oを「アンテナ利得が最大となる点」、開口角中心点Pを「アンテナ雑音温度が最小になる点」と言い換えても良い。
 すなわち、一次放射器20は、その所定の指向範囲における受信電力が最大となる位置の軸線が「利得が最大となる点」と、「アンテナ雑音温度が最小になる点」との略中間位置である性能基点Rを向くように、支持アーム10に固定されていると言うように言い換えても良い。
 また、上記実施形態では、パラボラ反射鏡の開口面の投影図が円形となる長円形の反射鏡の例を使って説明したが、オフセットパラボラアンテナの放物面を含む反射鏡を使ったアンテナであれば、開口面の投影図が円形でないアンテナであっても良い等、実施形態に限定されるものではない。
 また、本発明の実施形態では、衛星放送受信用のオフセットパラボラアンテナに適応する例を示したが、この実施例に限定されるものではなく、送信用オフセットパラボラアンテナに適応しても良い。
 これによって、更に効率の良いアンテナを提供できる。

Claims (2)

  1.  鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡と、一次放射器と、前記一次放射器を支持して前記パラボラ反射鏡の焦点位置に固定する支持アームと、を備えたオフセットパラボラアンテナにおいて、
     前記一次放射器は、
     その指向範囲内で受信電力が最大となるビーム中心軸が、
     前記パラボラ反射鏡の焦点に集波される電波の到来方向から前記パラボラ反射鏡を見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口面中心点と、
     前記パラボラ反射鏡の長径方向の両端と前記パラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ2直線がなす開口角を2等分したとき、その2等分線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口角中心点と、
     の間の略中心位置を向くように、前記支持アームに固定されていることを特徴とするオフセットパラボラアンテナ。
  2.  前記一次放射器の指向性能は、前記指向範囲が前記パラボラ反射鏡の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、その指向特性は、前記指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、前記指向範囲内の最大受信電力に比べて設定値だけ低くなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のオフセットパラボラアンテナ。
PCT/JP2009/058076 2008-04-23 2009-04-23 オフセットパラボラアンテナ WO2009131177A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009801144233A CN102138253A (zh) 2008-04-23 2009-04-23 偏置抛物面天线
JP2010509217A JP5266314B2 (ja) 2008-04-23 2009-04-23 オフセットパラボラアンテナ
US12/988,578 US20110037674A1 (en) 2008-04-23 2009-04-23 Offset parabola antenna

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008113020 2008-04-23
JP2008-113020 2008-04-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009131177A1 true WO2009131177A1 (ja) 2009-10-29

Family

ID=41216906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/058076 WO2009131177A1 (ja) 2008-04-23 2009-04-23 オフセットパラボラアンテナ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110037674A1 (ja)
JP (1) JP5266314B2 (ja)
CN (1) CN102138253A (ja)
WO (1) WO2009131177A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102427169B (zh) * 2011-08-30 2014-11-26 四川大学 微波合束发射装置
CN104579387A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 健富塑胶五金制品(东莞)有限公司 一种增强型卫星信号接收器
CN110334480B (zh) * 2019-07-26 2022-11-22 中国电子科技集团公司第五十四研究所 用于降低噪声温度的双偏置天线副面扩展曲面设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990006004A1 (en) * 1988-11-14 1990-05-31 Crooks Michell Peacock Stewart (Qld) Pty. Limited Offset parabolic reflector antenna
GB2242072A (en) * 1990-03-16 1991-09-18 C S Antennas Ltd Reflector antenna
JPH11103214A (ja) * 1997-09-26 1999-04-13 Dx Antenna Co Ltd パラボラアンテナ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3696435A (en) * 1970-11-24 1972-10-03 Bell Telephone Labor Inc Offset parabolic reflector antenna
JPS63275209A (ja) * 1987-05-06 1988-11-11 Maspro Denkoh Corp Shf受信用パラボラアンテナ用の一次放射器
JP3844885B2 (ja) * 1998-07-27 2006-11-15 Dxアンテナ株式会社 オフセットパラボラアンテナ
US6188372B1 (en) * 1999-06-17 2001-02-13 Channel Master Llc Antenna with molded integral polarity plate
CN101026264A (zh) * 2007-03-09 2007-08-29 电子科技大学 喇叭馈源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990006004A1 (en) * 1988-11-14 1990-05-31 Crooks Michell Peacock Stewart (Qld) Pty. Limited Offset parabolic reflector antenna
GB2242072A (en) * 1990-03-16 1991-09-18 C S Antennas Ltd Reflector antenna
JPH11103214A (ja) * 1997-09-26 1999-04-13 Dx Antenna Co Ltd パラボラアンテナ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAMADA ET AL.: "Tei Sidelobe 2 Shuha Kyoyo Offset Parabola Antenna", DENSHI TSUSHIN GAKKAI GIJUTSU KENKYU HOKOKU, vol. 82, no. 135, 24 September 1982 (1982-09-24), pages 33 - 38 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20110037674A1 (en) 2011-02-17
JPWO2009131177A1 (ja) 2011-08-18
JP5266314B2 (ja) 2013-08-21
CN102138253A (zh) 2011-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013168319A1 (ja) アンテナ装置およびアンテナ装置の取りつけ方法
US8102324B2 (en) Sub-reflector of a dual-reflector antenna
EP2912719B1 (en) Communication arrangement
US7075492B1 (en) High performance reflector antenna system and feed structure
US6184840B1 (en) Parabolic reflector antenna
Theron et al. The design of the MeerKAT dish optics
WO2014103092A1 (ja) アンテナ装置
JP5266314B2 (ja) オフセットパラボラアンテナ
TWI449445B (zh) 束波調整裝置
JP3607825B2 (ja) マルチビームアンテナ
JP5337621B2 (ja) 衛星放送・地上デジタル放送兼用アンテナ
JP2008187628A (ja) 展開アンテナ
KR101032190B1 (ko) 유전체 장하혼 및 이를 이용한 이중 반사판 안테나
JP4976533B2 (ja) アンテナ
JP3925494B2 (ja) 電波レンズアンテナ装置
KR101727961B1 (ko) 위성신호 통신 장치
JP4510868B2 (ja) パラボナアンテナ用一次放射器、ローノイズ・ブロックダウン・コンバータおよび衛星受信用アンテナ装置
CN221379742U (zh) 一种新型角锥喇叭天线
KR102023959B1 (ko) 파라볼라 안테나
JP4512279B2 (ja) アンテナ
JP4083848B2 (ja) パラボラアンテナ
US7102583B1 (en) Multi-band antenna having a reflector
WO2015100540A1 (zh) 双反射面微波天线
JP2008109456A (ja) アンテナ装置
JP6537387B2 (ja) フィードーム及び可搬式パラボラアンテナ

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980114423.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09735219

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12988578

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010509217

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 4324/KOLNP/2010

Country of ref document: IN

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09735219

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1