JPH0352307A - 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１つのアンテナで互いに異なる２方向へアンテ
ナビームを形成するマルチビームアンテナに関する． （従来の技術） １つのアンテナで互いに異なる２方向ヘアンテナビーム
を形成するマルチビームアンテナとしては、従来、例え
ば第６図に示すものが知られている．第６図において、
１３は反射鏡であり、この反射鏡工３は直線４３を回転
中心軸とする回転放物面の一部面であって該回転中心軸
４３を外した適宜部位の曲面で形成される．そして、１
次放射器３ｌと同３２は、回転中心軸４３上に存在する
当該回転放物面の焦点Ｆの近傍に適宜距離離隔して配置
され、それぞれ反射鏡１３に対し電波放射を行う．その
結果、反射鏡１３からは互いに異なる２方向へ電波放射
が行われる． この種のマルチビームアンテナは、例えば静止軌道上の
２個の衛星との同時通信を可能にすべく開発されたもの
である． （発明が解決しようとする課題） しかし、第６図に示す従来のマルチビームアンテナにお
いては、次のような問題がある．まず、反射鏡１３から
放射されるビニムの偏移を大きくするには、１次放射器
３１，同３２の配置間隔を広げる必要があるが、そうす
ると配置位置が焦点Ｆから離れることになるので、反射
鏡１３の開口面における波面に乱れが生じアンテナ利得
が低下する． また、反射鏡１３は回転放物面の回転中心軸４３を外し
た適宜部位の曲面からなり、１次放射器（３１．３２）
は回転中心軸４３上の焦点Ｆ近傍に配置されるから、第
７図（ａ）に示すように、回転放物面を非対称に用いる
オフセットアンテナ形式となっている．その結果、１次
放射器（３１，３２）から軸対称なビームが放射されて
も、焦点Ｆから反射鏡ｌ３の周縁端部を見込む角の中心
軸（ビーム中心軸〉７の反射鏡１３による反射光線（ビ
ームの中心軸）６と開口の中心軸（反射鏡１３の投影の
外形円の中心を通る直線〉５とにずれが生じる．このた
め、第７図（ｂ）に示すように、反射鏡１３の開口面に
おける電界ベクトルに曲がりが生じ反射鏡１３から放射
される電波にｙ軸方向の電界（主偏波）だけでなくＸ軸
方向の電界（交差偏波〉も含まれることになる．そうす
ると、直交偏波共用方式の通信においてはクロストーク
を生じることになる． 本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その
目的は、副反射鏡を有する構成とすることによって開口
面位相能率の低下の軽減が図れ、かつ、開口面電界分布
に生ずる偏りの低減を図ることのできるマルチビームア
ンテナを提供することにある． （課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するために、本発明のマルチビームアン
テナは次の如き槽戒を有する．即ち、本発明のマルチビ
ームアンテナは、第１および第２の回転放物面それぞれ
の一部からなる第１および第２の部分主反射鏡を第１お
よび第２の回転放物面それぞれの回転中心軸が交差する
ように接合した１つの主反射鏡と；　前記それぞれの回
転中心軸上に存在する第１の回転放物面の魚点く第１の
焦点〉位置および第２の回転放物面の焦点〈第２の焦点
）位置と前記主反射鏡との間に設けられる副反射鏡と；
　前記副反射鏡へ向けて電波放射を行う第１および第２
の１次放射器と；を備え、主反射鏡が副反射鏡の反射電
波を互いに異なる２方向へ放射するようにしたマルチビ
ームアンテナであって：　前記副反射鏡は、前記第１の
部分主反射鏡側の第１の部分副反射鏡と前記第２の部分
主反射鏡側の第２の部分副反射鏡と該第１および第２の
部分反射鏡を連接する中央部とからなり、第１および第
２の部分副反射鏡それぞれの曲面形状は当該部分副反射
鏡の反射電波がその部分副反射鏡側の前記部分主反射鏡
を経て放射されるときの位相誤差を補正ないしは軽減す
るように設定してある一方、中央部の曲面形状は一方の
それぞれの焦点位置が前記第１および第２の焦点位置と
それぞれ一致する第１および第２の回転双曲面それぞれ
の一部からなる第３および第４の部分副反射鏡を接合し
た曲面からなり；　かつ、前記第１および第２の１次放
射器は前記主反射鏡と前記副反射鏡の間に存在する前記
第１および第２の回転双曲面それぞれの他方の焦点位置
にそれぞれ配置してあること；　を特徴とするものであ
る．（作　用） 次に、前記の如く構成される本発明のマルチビームアン
テナの作用を説明する． 例えば、第１の回転双曲面の他方の焦点位置に配置され
た第１の１次放射器の出射電波は副反射鏡の中央部と第
２の部分副反射鏡を照射することになる．中央部は第１
および第２の回転双曲面それぞれの一部からなる第３お
よび第４の部分副反射鏡を接合した曲面からなるが、両
者略等曲面とみなすことができるようにしておけば、中
央部を照射した電波は恰も第１の回転双曲面の一方の焦
点位置、即ち、第１の回転放物面の第１の焦点位置から
第１の部分主反射鏡に向けて発したかの如くに反射され
第１の部分主反射鏡に到達するから、第１の部分主反射
鏡では入射電波を第１の回転放物面の回転中心軸と平行
な方向へ放射することになる．このとき、全ての光路長
は一定となる．また、第２の部分副反射鏡を照射した電
波は第１の焦点位置から第２の部分主反射鏡に向けて発
したかの如くに反射され第２の部分主反射鏡に到達する
が、第２の部分副反射鏡の曲面形状は当該部分副反射鏡
の反射電波が第２の部分主反射鏡を経て放射されるとき
の位相誤差を補正ないしは軽減するように設定してある
、即ち、光路長が一定となるように設定してあるので、
第２の部分主反射鏡での反射電波は従来の如く位相誤差
による開口面位相能率を低下させることなく前記第１の
回転放物面の回転中心軸と平行な方向へ放射されること
となる． 以上のことは、第２の回転双曲面の他方の焦点位置に配
置された第２の１次放射器（この場合は中央部と第１の
部分副反射鏡が対象となる）についても同様であり、主
反射鏡からは第２の回転中心軸と平行な方向へ放射され
る． ここで注意すべきことは、中央部は２つの１次放射器の
共用となるが、回転双曲面であるがらここでの位相誤差
は生じない．つまり、副反射鏡は２つの電波放射方向に
対し主反射鏡で生ずる位相誤差を予め同時に補正してい
るのである．また、副反射鏡は概ね回転双曲面となって
いるので、これによるビーム中心軸のずれでもって回転
放物面によるビーム中心軸のずれを打ち消す、つまり、
開口面電界分布の偏りを補正し、アンテナの交差偏波特
性を改善することが可能となる．このように、本発明の
マルチビームアンテナによれば、概ね回転双曲面となる
副反射鏡を介在させたので、開口面位相能率の低下を軽
減ないしは改善でき、また交差偏波特性を改善すること
ができる． 《実　施　例） 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する． 第１図および第２図は本発明の一実施例に係るマルチビ
ームアンテナを示す．このマルチビームアンテナは、主
反射鏡１と２つの１次放射器３１、同３２と、１つの副
反射鏡２とを備える．主反射鏡１は、回転放物面Ａの一
部からなる部分主反射鏡１１および回転放物面Ｂの一部
からなる部分主反射鏡１２を回転放物面Ａの回転中心軸
４１と回転放物面Ｂの回転中心軸４２とが交差するよう
に接合境界線１４に沿って継ぎ合わせたも？である． 副反射鏡２は、部分主反射鏡１２＠の部分副反射鏡２１
と、部分主反射！ｉｌｉｌｌ側の部分副反射鏡２４とこ
の両者を連接する中央部２５とからなる．部分副反射鏡
２１、同２４のそれぞれの曲面形状は後述のように設定
される曲面形状となっている．また、中央部２５の曲面
形状は２つの異なる回転双曲面Ａおよび回転双曲面Ｂの
一部からなる部分副反射鏡２２および同２３を凸側を主
反射鏡ｉｔ’ｌ！ｌへ向けて接合境界線８で継ぎ合わせ
た曲面からなる．そして、回転双曲面Ａの２つの焦点の
うち凹側にある焦点（即ち、一方の焦■点〉の位置が回
転放物面Ａの焦点位置Ｆ，と一致し、凸側にある焦点（
即ち、他方の焦点）Ｆ１′の位置に第１の１次放射器３
ｌが設けられ、副反射鏡２に向けて電波を放射する．同
様に、回転双曲面Ｂの２つの焦点のうち凹側にある焦点
（即ち、一方の焦点）の位置が回転放物面Ｂの焦点位置
Ｆｂと一致し、凸側にある焦点（即ち、他方の焦点）Ｆ
ｌ，’の位置に第２の１次放射器３２が設けられ副反射
鏡２に向けて電波を放射するようになっている．次に、
第３図および第４図を参照して副反射鏡２の曲面形状の
決定方法を説明する． まず、第３図は副反射ａ２のうち、１次放射器３ｌから
の電波放射を受ける部分（副反射ｆｌ２’とする）を示
す．今、当該部分（副反射鏡２′〉全体が、Ｆ．を凹側
の焦点、Ｆ１′を凸側の焦点とする回転双曲面Ａである
と仮定する．すると、焦点Ｆ．′から発せられる多数の
光線を考えた場合、これらの光線が副反射鏡２′で反射
された後はあたかも焦点Ｆ，から光線が発せられている
ように進む．そして、これらの光線のうち部分主反射＃
］（回転放物面Ａ）１１に入射する光線はすべて部分主
反射鏡（回転放物面Ａ）１１で反射された後、回転中心
軸４１と平行な平行光線となり、焦点Ｆ，′から副反射
鏡（回転双曲面Ａ）２′を経て回転中心軸４１に垂直な
平面に至る距離が等しくなっている．他方、焦点Ｆ．か
ら仮想的に発せられた光線のうち部分主反射鏡（回転放
物面Ｂ）１２に入射する光線は、部分主反射鏡（回転放
物面Ｂ）１２で反射された後、概ね回転中心軸４１に平
行な光線となるが、焦点Ｆ＆′から副反射鏡（回転双曲
面Ａ）２を経て回転中心１４１に垂直な平面に至る距離
は一定とはならず、わずかな誤差を生じる． そこで、部分主反射鏡１１に対応する部分２６は、前記
中央部２５となるところであるが、この部分２６の曲面
形状は回転双曲面Ａと決定する．また、部分主反射鏡１
２に対応する部分２１は、前記部分副反射鏡２１となる
ところであるが、この部分２ｌの曲面形状は回転双曲面
Ａからわずかに変位させた所定の曲面形状にする。

つまり、焦点Ｆ１から発せられ部分副反射鏡２１で反射
された後、部分主反射鏡１２で反射され回転中心軸４１
に垂直な平面に至る光線の光路長がそれぞれの光線につ
いて等しくなるようにするのである．その結果、回転放
物面Ｂに基づく位相誤差による能率低下を少なくするこ
とができる．次に、第４図は副反射鏡２のうち、１次放
射器３２からの電波放射を受ける部分（副反射鏡２″と
する〉を示す．今、当該部分（副反射鏡２″）全体が、
Ｆｂを凹側焦点、Ｆｂ　を凸厠焦点とする回転双曲面Ｂ
であると仮定する．すると、焦点Ｆｂ’から発せられ回
転中心軸４２の方向へ放射される光線の経路について第
３図と同様に説明でき、同様に副反射鏡２″曲面形状が
決定できる．即ち、部分主反射鏡１２に対応する部分２
７は、前記中央部２５となるところであるが、この部分
２７の曲面形状は回転双曲面Ｂと決定する．また、部分
主反射鏡１１に対応する部分２４は、前記部分副反射鏡
２４となるところであるが、この部分２４の曲面形状は
回転双曲面Ｂからわずかに変位させた所定の曲面形状に
する． そして、このように決定した副反射鏡２′と同２″から
１つの副反射鏡２を形戒するのである．即ち、第３図に
示す副反射鏡２′における部分主反射鏡１１に対応する
部分２６と、第４図に示す副反射鏡２″における部分主
反射鏡１２に対応する部分２７は前記中央部２５となる
ところであるから、相互に重ね合わせて主反射鏡１の接
合境界線ｌ４と対応する接合境界線８で切断し、その切
断端部を互いに継ぎ合わせるのである．部分主反射鏡１
１に対応する部分２６のうち残存する部分が前記部分副
反射鏡２２となり、部分主反射鏡１２に対応する部分２
７のうち残存する部分が前記部分副反射鏡２３となるこ
とが解る．ここで、回転双曲面Ａと同Ｂは曲面形状が異
なるが、回転双曲面Ａおよび同Ｂの中心軸の傾き角β（
第２図）を適当に選べば２つの回転双曲面を部分副反射
鏡２２と同２３の範囲内で近似的に等しい曲面とするこ
とができ、１つの副反射鏡を２つのビーム放射方向に対
して共用することができることになる． 次いで、第５図を参照して交差偏波抑圧の原理を説明す
る．第５図（ａ）において、焦点Ｆ１から発せられるビ
ームの中心軸６１（同図で焦点Ｆ，′から副反射鏡２を
見込む角２θ１の中心軸）の副反射鏡２による反射光の
ビーム中心軸６２は、焦点Ｆ．から主反射鏡１を見込む
角２θ２の中心軸５２よりも同図で上開となっている．
即ち、同図でθ，〉θ４となる．これを第７図と比べれ
ばわかるように、回転双曲面による軸ずれ（θ，−θ４
）の方向は第７図に示す回転放物面による軸ずれの方向
と逆向きである．よって、軸ずれを軽減し、ビーム中心
軸６２の光線の主反射鏡１による反射光のビーム中心軸
６３が開口の中心軸５３と一致させることができる．そ
の結果、主反射鏡１の開口面電界分布は第５図（ｂ）に
示す如くになり、電界ベクトルの曲り（第７図（ｂ）参
照）が補正され、交差偏波特性が改善されることになる
． 本発明によるマルチビームアンテナでは主反射鏡１が回
転放物面であり、副反射鏡２は概ね回転双曲面であるの
で、主反射鏡１と副反射鏡２との位置関係を適切にする
ことによって交差偏波特性を改善できることが理解でき
る． （発明の効果） 以上説明したように、本発明のマルチビームアンテナに
よれば、主反射鏡で電波放射をする際に生ずる位相誤差
を予め補正できる副反射鏡を主反射鏡と１次放射器との
間に介在させたので、開口面位相能率の低下を軽減ない
しは改善できる．また、副反射鏡が概ね回転双曲面とな
っているので、主反射鏡によって生ずる開口面分布の偏
りを補正でき交差偏波発生量の少ないマルチビームアン
テナが実現できる効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るマルチビームアンテナ
の概念構成図、第２図は実施例マルチビームアンテナの
説明図、第３図および第４図は副反射鏡の曲面形状の決
定方法の説明図、第５図は交差偏波抑圧効果の原理説明
図、第６図は従来のマルチビームアンテナの概念構戒図
、第７図は従来例アンテナにおける交差偏波発生の説明
図である．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１および第２の回転放物面それぞれの一部からなる第
   １および第２の部分主反射鏡を第１および第２の回転放
   物面それぞれの回転中心軸が交差するように接合した１
   つの主反射鏡と；前記それぞれの回転中心軸上に存在す
   る第１の回転放物面の焦点（第１の焦点）位置および第
   ２の回転放物面の焦点（第２の焦点）位置と前記主反射
   鏡との間に設けられる副反射鏡と；前記副反射鏡へ向け
   て電波放射を行う第１および第２の１次放射器と；を備
   え、主反射鏡が副反射鏡の反射電波を互いに異なる２方
   向へ放射するようにしたマルチビームアンテナであって
   ；前記副反射鏡は、前記第１の部分主反射鏡側の第１の
   部分副反射鏡と前記第２の部分主反射鏡側の第２の部分
   副反射鏡と該第１および第２の部分反射鏡を連接する中
   央部とからなり、第１および第２の部分副反射鏡それぞ
   れの曲面形状は当該部分副反射鏡の反射電波がその部分
   副反射鏡側の前記部分主反射鏡を経て放射されるときの
   位相誤差を補正ないしは軽減するように設定してある一
   方、中央部の曲面形状は一方のそれぞれの焦点位置が前
   記第１および第２の焦点位置とそれぞれ一致する第１お
   よび第２の回転双曲面それぞれの一部からなる第３およ
   び第４の部分副反射鏡を接合した曲面からなり；かつ、
   前記第１および第２の１次放射器は前記主反射鏡と前記
   副反射鏡の間に存在する前記第１および第２の回転双曲
   面それぞれの他方の焦点位置にそれぞれ配置してあるこ
   と；を特徴とするマルチビームアンテナ。