JPH04258002A

JPH04258002A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH04258002A
Application number: JP4099091A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Honoki; 朴木　孝輔; Akira Kondo; 彰近藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-09-14

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は１つのアンテナから複数
のビームを独立に放射するマルチビームアンテナに関す
るものであって、例えば衛星通信の地球局アンテナとし
て複数の衛星と通信する場合に用いる開口面アンテナに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、１枚の反射鏡から１次放射器系の
数に対応した複数のビームを放射するアンテナとしては
、それぞれの目的に合わせて種々の形式が考えられてい
る。例えば、衛星通信の地球局アンテナとしては個々の
ビームのビーム幅に比べ各ビーム相互の間隔が広くとれ
るアンテナ、言い換えればある１つのビームに着目した
場合にはそのビームを広い角度まで走査しても特性の劣
化しないアンテナが必要とされており、衛星の並ぶ面に
垂直な軸に対して軸対称な構造を有するトーラスアンテ
ナと呼ばれるアンテナが有効とされている。

【０００３】図４に従来のトーラスアンテナの構成を示
す。同図において、１０および１１はそれぞれ１次放射
器系として用いるホーン、１２および１３はホーン１０
および１１のそれぞれから出た電波の位相歪みを打ち消
すように鏡面修整された補助反射鏡、１４は反射鏡１５
および１６の回転中心軸を示している。

【０００４】また、１７は反射鏡１５の垂直断面曲線で
あって楕円または双曲線である。反射鏡１５はこの垂直
断面曲線１７を回転中心軸１４の回りに回転して得られ
る水平断面曲線１８により構成され、１０および１１か
ら出たそれぞれの電波に対して共用する副反射鏡である
。１９は反射鏡１６の垂直断面曲線であって放物線であ
る。反射鏡１６はこの垂直断面曲線１９を回転中心軸１
４の回りに回転して得られる水平断面曲線２０により構
成され、１０および１１から出たそれぞれの電波に対し
て共用する主反射鏡である。

【０００５】以下、このアンテナの動作を送信の場合を
例に採って説明する。ホーン１０から出た電波は補助反
射鏡１２、副反射鏡１５、主反射鏡１６の順番で反射さ
れ、電波の進行方向２１に向かう。同様に、ホーン１１
から出た電波は補助反射鏡１３、副反射鏡１５、主反射
鏡１６の順番で反射され、電波の進行方向２２に向かう
。ここで、反射鏡１５および１６は回転中心軸１４に対
して回転対称であることに着目すると、ホーン１０がホ
ーン１１に対して回転中心軸１４回りに回転対称に配置
されれば、ホーン１０から出た電波とホーン１１から出
た電波とはその最終的な進行方向が異なることを除き同
様の動作をすることは明らかである。このため、反射鏡
の大きさを十分にとれば、ビーム幅に比べて広いビーム
間隔をもつ複数のビームを配置しても、それぞれのビー
ム特性劣化のないアンテナを構成できる。これがトーラ
スアンテナの原理である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】トーラスアンテナの鏡
面は通常、主反射鏡は放物線、副反射鏡は双曲線または
楕円を垂直断面曲線として、その垂直断面曲線を軸回転
して求められる。このアンテナは主反射鏡および副反射
鏡の水平断面が円弧であるため、その特性には以下に述
べる問題点があった。

【０００７】図５（ａ）に幾何光学的に同心円群で与え
た開口の像を示す。図５（ｂ）に１次放射器から見た補
助反射鏡に写る像を示す。（ρ，ψ）の間隔を一定とし
て与えた図５（ａ）は、主反射鏡、副反射鏡、補助反射
鏡と反射を繰り返し（θ，φ）で表した図５（ｂ）のよ
うに三角形に歪んだ像で写される。この歪みが開口能率
および交差偏波特性の劣化となる。

【０００８】図６にトーラス主反射鏡の水平断面図を示
す。同図において、２３は１ビームが照射される開口径
、２４，２７および３０は主反射鏡の水平断面、２５，
２８および３１は放射走査角度範囲、２６，２９および
３２は回転半径を示している。回転半径２６および２９
が等しい時、同図（ａ）に示すように放射走査角度２５
が比較的狭い場合と、同図（ｂ）に示すように放射走査
角度が広い場合２８とでは、主反射鏡の横幅が大きくか
わる。放射走査角度２８で示すように広くかつ主反射鏡
の横幅を同図（ａ）の場合の２４と同じくするには、回
転半径２９を同図（ｃ）に示す回転半径３２のように短
くする必要がある。

【０００９】しかし、回転半径を小さくすると上述の１
次放射器から見た補助反射鏡に写る像の歪みがさらに大
きくなり、開口能率および交差偏波特性の劣化が増すと
いう欠点がある。本発明はこのような従来の問題点に鑑
み、アンテナの放射特性の劣化を抑え、かつアンテナ全
体をコンパクトにまとめることが可能なアンテナ装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成さ
れる。すなわち、本発明は、主反射鏡と、副反射鏡と、
少なくとも１枚の補助反射鏡、および該補助反射鏡に電
波を照射する１次放射器系からなるアンテナであって、
該主反射鏡および該副反射鏡の鏡面形状が、半径方向を
ρ、周方向をψとするとき幾何光学的に同心円群として
与えられる（ρ，ψ）なる座標系で表した開口の像にお
ける任意の円周が、半径方向をθ、周方向をφとすると
き１次放射器から見た前記補助反射鏡に写る（θ，φ）
なる座標系で表した像の１つの円周に、半径θ＝一定の
条件と周方向の角度が一定（ψ＝φ）であることの２条
件を満たすように修整されたそれぞれの垂直断面曲線を
主反射鏡から放射される電波の進行方向と垂直で該主反
射鏡の放射方向に位置した軸回りに回転して得られるト
ーラス鏡面であるアンテナ装置である。

【００１１】

【作用】上述のように、２枚のトーラスアンテナの垂直
断面曲線を修整することによって、アンテナの放射特性
の劣化を抑えることが可能となり、また、ビームを広い
角度まで走査する場合であってもアンテナをコンパクト
に構成することが可能となる。以下本発明の作用等に関
し、実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の１実施例を示す図であって、
（ａ）は本発明のトーラスアンテナの垂直断面図を示し
ている。以下、本発明のアンテナの動作について送信を
例に採って説明する。ホーン１から出た電波は補助反射
鏡２、副反射鏡３、垂直断面曲線３を軸回りに回転させ
た副反射鏡、垂直断面曲線４を軸回りに回転させた主反
射鏡の順番で反射され、電波の進行方向５に向かう。こ
こで、副反射鏡は従来の楕円または双曲線である垂直断
面曲線６と異なる修整された垂直断面曲線３を有する。主反射鏡は従来の放物線である垂直断面曲線７と異なる
修整された垂直断面曲線４を有する。

【００１３】図１（ｂ）は、ホーン１、補助反射鏡２と
ホーンから見た補助反射鏡に写る像１つの円周との関係
を表した図であって、Ｆはホーン１から補助反射鏡２の
中心へのベクトル、Ｓはホーン１から補助反射鏡２への
ベクトルを表している。図２（ａ）は幾何光学的に同心
円群で与える開口の像である。主反射鏡の垂直断面曲線
４および副反射鏡の垂直断面曲線３の修整は、この開口
の像の任意の円周９とホーン１から見た補助反射鏡２に
写る像（図２（ｂ））の一つの円周８とを対応させて行
う。

【００１４】修整条件として以下の２条件を用いる。（ｉ）半径一定（θ＝θ０　）の条件。（ｉｉ）　周方向の角度一定（ψ＝φ）の条件。前者は図１（ｂ）におけるベクトルＦ（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆ
ｚ）とベクトルＳ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）の内積を一定と
することである。また、後者は図２（ａ）のψと図１（
ｂ）のφを等しくすることである。具体的には、図１（
ｂ）のホーンから光路長が一定の条件で求められた補助
反射鏡に写る像において、

【数１】上記“数１”がＤ２＝０（実際の設計では例えば｜Ｄ２
｜＜１０−１０　というような条件とする。）となるよ
うな条件（ｉｉ）で求められた副反射鏡と、なおかつＤ
１＝２ｃｏｓ　−１（ＳｘＦｘ＋ＳｙＦｙ＋ＳｚＦｚ）
−θ０　がＤ１＝０（実際の設計では例えば｜Ｄ１｜＞
１０−１０　というような条件とする。）となるような
条件（ｉ）で求められた主反射鏡の鏡面位置と傾きを求
めることである。

【００１５】これを鏡面の全体に対して順次解析して鏡
面を決定する。以上の設計手順を図３に示す。ただし、
この場合主反射鏡を副反射鏡の修整条件を入れ替えて副
反射鏡の修整条件を（ｉ）、主反射鏡の修整条件を（ｉ
ｉ）　として計算すると上記の解とは同一の解をとらな
いが、修整は可能である。このようにして本発明のアン
テナは、ホーンから見た補助反射鏡に写る像の歪みが図
２（ｂ）にみられるように低減され、アンテナの放射特
性の劣化を抑えることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば２
枚のトーラスアンテナの垂直断面曲線を修整することに
よって、アンテナの放射特性の劣化を抑えることが可能
となり、また、ビームを広い角度まで走査する場合であ
ってもアンテナをコンパクトに構成することができるの
でアンテナ装置を経済的に実現し得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の特性を示す図である。

【図３】本発明のトーラス反射鏡の設計手順を示す図で
ある。

【図４】従来のトーラスアンテナの構成を示す図である
。

【図５】従来のトーラスアンテナの１次放射器から見た
補助反射鏡に写る像を示す図である。

【図６】トーラス主反射鏡の水平断面を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　　　ホーン２　　　　　　位相補正用の補助反射鏡３　　　　　　
副反射鏡中央の垂直断面曲線４　　　　　　主反射鏡中
央の垂直断面曲線５　　　　　　電波の進行方向６　　　　　　従来の副反射鏡の垂直断面曲線７　　　
　　　従来の主反射鏡の垂直断面曲線８　　　　　　修
整された円周

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　主反射鏡と、副反射鏡と、少なくとも
１枚の補助反射鏡、および該補助反射鏡に電波を照射す
る１次放射器系からなるアンテナであって、該主反射鏡
および該副反射鏡の鏡面形状が、半径方向をρ、周方向
をψとするとき幾何光学的に同心円群として与えられる
（ρ，ψ）なる座標系で表した開口の像における任意の
円周が、半径方向をθ、周方向をφとするとき１次放射
器から見た前記補助反射鏡に写る（θ，φ）なる座標系
で表した像の１つの円周に、半径θ＝一定の条件と周方
向の角度が一定（ψ＝φ）であることの２条件を満たす
ように修整されたそれぞれの垂直断面曲線を主反射鏡か
ら放射される電波の進行方向と垂直で該主反射鏡の放射
方向に位置した軸回りに回転して得られるトーラス鏡面
であることを特徴とするアンテナ装置。