JPH0287808A - マルチビームアンテナ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は衛星に搭載するアンテナとして利用するに適す
る。

本発明はひねり反射鏡を用いたアンテナ系を含むマルチ
ビームアンテナにおいて、各アンテナ系の主反射鏡開口
面における最大電界方向が複数のアンテナ系について互
いに平行または直交するように、各アンテナ系の一次放
射器をそれぞれ中心軸まわりに回転して配置することに
より、相手局の交差偏波特性が複雑になることを回避し
て経済的な地上局の設計ができるようにしたものである
。

〔従来の技術〕

第３図（ａ）に示すように、衛星に搭載してＫｕ。

に、Ｋａ帯の電波信号の送受信を行うアンテナとして、
回転放物面を反射面とする主反射鏡３１ａと、この主反
射鏡３１ａの焦点近傍に配置され回転二次曲面を反射面
とする副反射鏡３１ｂと、この副反射鏡３１ｂに対向す
る複数の一次放射器３１ｃとを備えたアンテナ系が広く
使用されている。この一次放射器３１ｃは第３図（Ｃ）
に示すように、使用する周波数帯に対応して複数（この
例では３個）の一次放射器が密接して配置されている。

しかも、衛星では機器の実装構造その他の理由で、受信
用のアンテナと送信用のアンテナを共用することなく、
別のアンテナ系として設けることが有利な場合がある。

すなわち第３図（ａ）に示すように、上述の主反射鏡３
１ａ、副反射鏡３１ｂおよび一次放射器３１ｃからなる
第一のアンテナ系を受信電波の中心レイ３を受信する受
信用アンテナ系として使用し、このアンテナ系とは別に
、主反射鏡３２ａ、副反射鏡３２ｂおよび一次放射器３
２ｃからなる第二のアンテナ系を送信電波の中心レイ４
を送信する送信用アンテナ系として設け、マルチビーム
アンテナとしている。

第３図（ａ）で、符号５はアンテナ塔、符号６は衛星筐
体を示す。

さらに、このようなアンテナ系を位置的な制約の大きい
衛星に設備するために、ひねり反射鏡が考案された。こ
れは、その主反射鏡（第３図（ａ）の例では３２ａ）は
その回転放物面の焦点を通りその回転放物面の回転中心
軸にほぼ直交する軸まわりに小さいひねり角（第３図（
ｄ）に示す角ｒ）を設けて設置するものである。このひ
ねり角は小さい角度であるから第３図（ａ）または（ｄ
）には図示できないが、このひねり反射鏡を主反射鏡に
用いると、スペースの小さい衛星に合理的に配置するこ
とができる。

本願発明者らは、ひねり反射鏡を用いる場合に複数の一
次放射器についてもそれぞれひねりを与えて配置するこ
とが特性上有利であることに気づき、特願昭６３−２８
７９６号（本願出願時において未公開、以下「先願」と
いう）により特許出願した。

これは、一次放射器をその開口側から見たとき、第３図
（Ｃ）に示すように単純に並べて配置するのではなく、
主反射鏡３２ａがひねり反射鏡であるときには、第３図
（ｅ）に示すように、ひとつひとつの一次放射器にそれ
ぞれ開口側からみて角度φ。で示すように回転を与えて
配置すると、送信または受信される電波の偏波特性が改
善できることを開示したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この先願に開示した技術を衛星に搭載するマルチビーム
アンテナに実施すると、次のような問題があることに気
づいた。すなわち、このような構造の衛星に対して、こ
の衛星の相手局となる地球局では、一般にアンテナ利得
を大きく得るためにきわめて口径の大きい主反射鏡を使
用するから、送信用アンテナ系と受信用アンテナ系とを
別に構築することは経済的でなく、送受信共用のアンテ
ナが用いられる。この場合に、衛星のアンテナ系にひね
り反射鏡が用いられると地球局の送受信共用アンテナで
、送信電波と受信電波の偏波面が必ずしも平行あるいは
直交などのように単純でなくなり、地球局の送受信共用
アンテナではそれぞれ最大電界での送信および受信がで
きな（なることがわかった。

さらに詳しく説明すると、衛星側で、実装配置の上から
受信用のアンテナ系についてはひねりのない反射鏡を用
いることができるが、送信用のアンテナ系については配
置に制約があり、ひねり反射鏡を用いその一次放射器に
ついても合わせてひねりを与えて配置するような構造を
とることになる場合がある。これは第３図に示す場合で
ある。

この場合には、第３図（ａ）に示すそれぞれの電波の中
心レイ３および同４を平行に設定しても、その交差偏波
特性は主反射鏡３２ａおよび一次放射器３２ｃに与えた
ひねりにしたがって互いに小さく異なり、二つのアンテ
ナ系の各主反射鏡開口面における最大電界方向が互いに
平行または直交しない。

これは、第３図（ａ）のように二つのアンテナ系のうち
一方にひねりを与え他方にひねりを与えていない場合に
限らず、二つのアンテナ系に共にひねりを与えた場合に
も、一般に、そのひねり角度の値は原則的に構造配置に
より決められるから、それぞれのひねり角度が異なり、
したがって二つのアンテナ系について各主反射鏡開口面
における最大電界方向が互いに平行または直交するよう
に設定することはできない。

これを地球局で従来から利用している大口径の主反射鏡
送受信共用アンテナで対向して送受信することになると
、衛星のマルチビームに対向してそれぞれ最大電界方向
で送受信することができないことになる。これを地球局
設備で補償するには、送受信共用のアンテナ系に複雑な
構造を工作することが必要であり適当ではない。

本発明はこれを改良する方策を提供するもので、衛星の
マルチビームアンテナに少なくともその一部のアンテナ
系について、ひねり反射鏡が主反射鏡として利用される
場合にも、地球局で共用アンテナを利用し、その地球局
のアンテナ設備を変更することなく、はぼ最大電界方向
の送受信を行うことができる装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、複数のアンテナ系のうちの少な（とも一つの
系について、その主反射鏡がその回転放物面の焦点を通
りその回転放物面の回転中心軸にほぼ直交する軸まわり
に小さいひねり角を設けたひねり反射鏡であるとき、各
アンテナ系の主反射鏡開口面における最大電界方向が複
数のアンテナ系について互いにほぼ平行または直交する
ように、各アンテナ系の各一次放射器をそれぞれ中心軸
まわりに回転配置することを特徴とする。

〔作用〕

衛星に設けた複数のアンテナ系のうち少なくとも一つの
系につ゛いて、その主反射鏡がひねり反射鏡であるとき
には、そのひねり反射鏡の角度に対応してそのアンテナ
系の複数の一次放射器について、その開口面からみてそ
れぞれの中心軸まわりに適当な回転角度を与えて設定す
る。これは上述の先願についての説明の通りである。こ
のとき、その回転角度を複数のアンテナ系にわたり、そ
の主反射鏡開口面における最大電界方向が互いにほぼ平
行または直交するように設定する。

〔実施例〕

つぎに、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明
する。

実施例の説明 第１図は本発明一実施例の説明図である。第１図（ａ）
は本実施例の構成を示す斜視図である。第１図（ａ）に
おいて、２組のアンテナ系は、それぞれ回転放物面を反
射面とする主反射鏡１ａ、２ａと、各主反射鏡の焦点近
傍に配置され回転二次曲面を反射面とする副反射鏡１ｂ
、２ｂと、各副反射鏡に対向するそれぞれ３個の一次放
射器ＩＣ，２Ｃとを備え、各主反射鏡１ａ、２ａが遠方
にある一つの相手局の主反射鏡（図示せず）に、受信電
波の中心レイ３および送信電波の中心レイ４により対向
するよう衛星筐体６のアンテナ塔５に搭載された構造の
マルチビームアンテナとなっている。

第１図ら）および第１図（ｄ）は、それぞれ主反射鏡１
ａｓ２ａを含むアンテナ系の座標系の説明図である。

この第１図（ｂ）および（ｄ）において各一次放射器Ｉ
Ｃ１２Ｃはそれぞれアンテナ焦点にある１個のもののみ
を示している。すなわち副反射鏡１ｂ、２ｂに対向する
各一次放射器ＩＣ％２Ｃの各座標軸Ｚｆ。

およびＺｆｚのもののみを示す。第１図（Ｃ）および（
ｅ）は各一次放射器１ｃ、２ｃについて第１図（ｂ）、
（６）に示す座標軸Ｚｆ＋、Ｚｒ２より見た平面配置図
である。

ここに本発明の特徴とするところは、一方のアンテナ系
について、その主反射鏡２ａは第１図（ｄ）に示すよう
に、その回転放物面の焦点を通りその回転放物面の回転
中心軸にほぼ直交する軸（第１図（ｄ）に示す軸Ｘｉ）
まわりに小さいひねり角γが設けられたひねり反射鏡で
あるとき、各アンテナ系の主反射鏡１ａおよび２ａ（第
１図ら）および（６）参照）の各開口面における最大電
界方向が複数のアンテナ系について互いにほぼ平行また
は直交する角度（第１図（Ｃ）Ｊよび（ｅ）に示す角φ
。／２）に、各アンテナ系の各一次放射器１ｃ、２ｃが
それぞれの中心軸く第１図（Ｃ）および（ｅ）に示す軸
Ｚｆ、、Ｚｒ２）まわりに回転された状態で配置された
ことにある。

第２図は各一次放射器の給電偏波方向に対する観測面で
の最大受信電界方向における各偏波レベル特性図である
。

特性を理解するための比較例の説明 前述のように衛星側のアンテナでは、送信用のもの、受
信用のものをそれぞれ別のアンテナとすることができる
が、地上側では同一のアンテナで送信と受信を共用する
ことが経済的に有利である。

このような場合、使用する偏波の方向が送信と受信で一
致していなければ、地球局アンテナの給電回路が複雑に
なる。そこで、以下比較例として第３図（ａ）で示すア
ンテナ系の偏波特性を第３図ら）および（６）を用いて
説明する。

第３図ら）において、一次放射器３１ｃは、アンテナ焦
点にあるもののみを示す。符号７は観測面を表す。（Ｘ
Ｉ　、　Ｙｌ　、Ｚｌ　）はアンテナ座標系であり、（
Ｘ　ｆ、　、　Ｙ　ｆ、　、Ｚ　ｆ、　）　Ｉｔ一次放
射器の座標系であり、（Ｘ　ｂ＋　、Ｙ　ｂ＋　）は観
測面７における座標系を表す。ｘ１軸とｘｂＩ軸とは平
行でありＹ１軸とＹｂ、軸とＹ　ｆ　ｔ　軸とはそれぞ
れ平行である。主反射鏡３１ａは、Ｘｌ　２１面内で対
称な鏡面とする。一次放射器３１ｃの給電偏波方向を、
Ｙｆ、軸を基準として図に示す方向にφｈ１をとるもの
とする。また、観測面７においては、Ｙｂ１軸を基準に
図に示す方向に最大受信電界レベルを示す観測方向φｏ
ｂ、をとるものとする。

いま、一次放射器３１Ｃの給電偏波方向φｈ、と、観測
方向φｏｂ、との関係を求める。第２図（ａ）にひねり
反射鏡でないアンテナ系１の偏波特性例を示す。横軸９
は給電偏波方向φｈ１、横軸１０は給電偏波方向φｈ、
に対して最大受信電界レベルを示す観測方向φＯｂｌ、
符号１１は正偏波レベル曲線で縦軸１２は正偏波レベノ
ベ符号１３は交差偏波レベル曲線、縦軸１４は交差偏波
レベルを表す。給電偏波方向φ、ｈ１　に対して、観測
方向φｏｂ、は等しい量となる。このとき、正偏波レベ
ル曲線１１は給電偏波方向φｈ１の絶対値が大きくなる
につれて小さくなる。これは、一次放射器３１ｃが隙間
なく密に配置されており、一次放射器を中心軸回りに回
転するとき、隣接する一次放射器間の干渉を避けるため
に開口径が小さくなるからである。これに対して、交差
偏波レベル曲線１３はほぼ、−５０ｄＢ程度の良好な特
性を示す。つぎに、ひねり反射鏡のあるアンテナ系２の
構成を第３図（ｄ）に示す。

本図では第３図ら）との対応をとるためにいずれも送信
アンテナとして表現しである。符号８は観測面を表す。

　（Ｘｌ　、Ｙ２　、Ｚ２　）はアンテナ座標系であり
、（ＸＩ２　、Ｙｆ２　、Ｚｌ２　）は一次放射器の座
標系であり、（Ｘｂ２、Ｙｂ２）は観測面８における座
標系を表す。主反射鏡３２ａはｘ２２軸りに角Ｔだけひ
ねった構成となっている。一次放射器の給電偏波方向を
φｈ２、観測面で最大受信電界レベルを示す観測方向を
Ｙｂ２軸を基準に図に示す方向にφｏｂ２とすると、第
２図（ｂ）のような偏波特性が得られる。横軸１５は給
電偏波方向φｈ２、横軸１６は観測方向φｏｂ２、符号
１７は正偏波レベル曲線、縦軸１８は正偏波レベル、縦
軸１９は交差偏波レベル曲線、縦軸２０は交差偏波レベ
ルを表す。φｈ２＝０°のとき、最大受信方向はφｏｂ
２　＝−φ。

のときである。このφ０はたとえば、開口径３．５ｍ。

周波数２０ＧＨ２、ひねり角４°のときに、２．５°と
なる。

比較例と実施例との対比説明 本比較例におい・て、アンテナ系１および２で偏波方向
を合わせるということは、第２図（ａ）および（ｂ）に
おいてφｏｂ、とφ○ｂ２とを一致させるということに
相当する。この比較例では、φｏｂ、＝φｏｂ２＝Ｑ’ を観測方向としていたため、 φｈ２＝φ０ となり、アンテナ系２の利得が曲線１７に示すように低
下してしまう。このときの一次放射器の配列は第３図（
Ｃ）および（ｅ）に示すように主反射鏡３２ｃのみ給電
偏波方向をＹ　ｆ　２軸からφ。だけ傾けたものである
ため、 φｏｂ、　−φ０ｂ２−−φ。

としても φｈ、＝−φ。

となり、正偏波レベル曲線１１で示されるようにアンテ
ナ系１の利得が低下する。

したがって、本実施例ではひねり反射鏡とひねりのない
反射鏡が混在する衛星アンテナ系で最大受信（あるいは
送信）電界方向を一致させる場合、アンテナ利得の低下
を抑えるため、比較例においてアンテナ系２の一次放射
器の給電偏波方向を傾けただけでなく、アンテナ系１の
一次放射器の給電偏波方向をも傾けるものである。

これは、第２図（ａ）および（ｂ）において、たとえば
、φｈ＋　＝−φａ／２ φｈｚ　＝φ。／２ とすれば、 φｏｂ、＝φｏｂ、＝−φ。／２ と観測方向が一致し、かつ正偏波レベルの劣化量は、従
来の φｈ２＝φ０ のときあるいは φｈ＋　＝−φ。

のときと比較しても１／２以下となる。観測方向は必ず
しも一φｏ／２である必要はなく、それぞれの正偏波レ
ベル曲線１１．１７より決まる。

本発明によれば、このようにして第１図（Ｃ）およびＣ
）に示すような一次放射器の開口側からみた配置例が得
られる。すなわち第１図（Ｃ）はアンテナ系１における
一次放射器のもの、第１図（Ｃ）はアンテナ系２におけ
る一次放射器のものの開口から見た配置例である。また
第１図（Ｃ）では反時計回りに、第１図（ｅ）では時計
回りにそれぞれφ。／２だけ給電偏波方向を傾けている
。

以上の説明では、最大受信（あるいは送信）電界が平行
になる場合であったが、直交する場合も同様である。ま
たアンテナ系の数は２としたが、それ以上の場合でもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、少なくともその
一部のアンテナ系の主反射鏡がひねり反射鏡である衛星
のマルチビームアンテナが地球局の送受信共用アンテナ
を利用し、その地球局のアンテナ設備を変更することな
く、はぼ最大電界方向の送受信を利得低下が小さく、交
差偏波特性が良好に行うことができる装置を実現できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の説明図。 第２図はマルチビームアンテナの一次放射器の偏波レベ
ル特性図。 第３図は従来例の説明図。 １ａ、３１ａ・・・ひねりのない主反射鏡、２ａ、３２
ａ・・・ひねりのある主反射鏡、ｌｂ、２ｂ、３１ｂ、
３２　ｂ−・・副反射鏡、１　ｃ、２　ｃ、ａｔｃ、３
２ｃ＝−一次放射器、３・・・受信電波の中心レイ、３
′４・・・送信電波の中心レイ、５・・・アンテナ塔、
６・・・衛星筐体、７．８・・・観測面、９・・・給電
偏波方向φｈ１１１０・・・観測方向φｏｂ、、１１．
１７・・・正偏波レベル曲線、１２．１８・・・正偏波
レベル、１３．１９川交差偏波レベル曲線、１４．２０
・・・交差偏波レベル、１５・・・給電偏波方向φｈ２
．１６・・・観測方向φｏｂ２、（ｘｌ。 Ｙ＋　、Ｚｌ）、　　（Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２　）・・
・アンテナの座標系、（Ｘｆ、、Ｙｆ、、Ｚｆｌ　）、
（Ｘｆ２　。 Ｙｆ２．Ｚｒ２）・・・一次放射器の座標系、（Ｘｂ、
。 Ｙ　ｂ＋　）　、（Ｘ　ｂ２．　Ｙ　ｂ２）・・・観測
面の座標系、φｈ１、φｈ２・・・給電偏波方向、φｏ
ｂ、、φ○ｂ２・・・観測方向、γ・・・ひねり角。 特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 （ａ） （Ｃ） 肩　１ 図 （ｅ） 実Ｗ１ｏ＋１護メでニー曙う［エワ φｄｏ＋　（鷹） ψｈ＋（／ｉ） （α） φｈ２憧） （ｂ） 一次ｉＪ緒三ｒ）弓ｉちヒのイ橢シξミ、符（づに［コ
コ１菖　２　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転放物面を反射面とする主反射鏡と、この主反射
   鏡の焦点近傍に配置され回転二次曲面を反射面とする副
   反射鏡と、この副反射鏡に対向する複数の一次放射器と
   を備えたアンテナ系が複数配置され、 この複数のアンテナ系の各主反射鏡が遠方にある一つの
   相手局の主反射鏡に対向する構造のマルチビームアンテ
   ナにおいて、 前記複数のアンテナ系のうちの少なくとも一つの系につ
   いて、その主反射鏡はその回転放物面の焦点を通りその
   回転放物面の回転中心軸にほぼ直交する軸まわりに小さ
   いひねり角が設けられたひねり反射鏡であるとき、 各アンテナ系の主反射鏡開口面における最大電界方向が
   複数のアンテナ系について互いにほぼ平行または直交す
   る角度に、各アンテナ系の各一次放射器がそれぞれ中心
   軸まわりに回転された状態で配置された ことを特徴とするマルチビームアンテナ。