JPH0680972B2 - 反射鏡アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は静止衛星に搭載され所定のサービスエリアを
効率よく照射する成形ビームを形成する反射鏡アンテナ
に関する。

［従来の技術］ 従来の反射鏡アンテナは、例えば特公昭50−15341号公
報に示されている。この反射鏡アンテナは、第10,11図
に示すように、鏡面修整され中央部1aの形状が回転双曲
面であり、周辺部1bの形状が特定の方向に放物線を含む
曲面である反射鏡１と、球面波を放射する１個のホーン
２で構成され、反射鏡１のほぼ焦点位置にある一次放射
器３とから成る。反射鏡１は支持体４を介して衛星本体
５に固定してある。そして一次放射器３のホーン２から
放射された球面波は、反射鏡１で反射され、その電波の
等位相面が第12,13図に示す如く、中央部Ａでは球面波
の一部となり、周辺部Ｂでは上記中央部Ａとの境界曲線
Ｃ上の各点Ｄにおける球面波の接平面と境界曲線Ｃに垂
直な平面との交線Ｅを集積して得られる笠状の曲面波の
一部となる。

従って、境界曲線の形状を衛星本体からみた地球上のサ
ービスエリアの形状に合わせることによってビームの断
面形状を当該サービスエリアに合わせることができ、サ
ービスエリアを効率よく照射することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような鏡面修整オフセット形状の反射鏡アンテナ
を直線偏波で使用する場合、放射パターンの主ビーム方
向を軸として反射鏡１が非回転対称であること、及び反
射鏡１が鏡面修整されていることにより、反射鏡１によ
って交差偏波成分を生じ、放射パターンの交差偏波レベ
ルが高くなる。そこで直交する２つの直線偏波を使用す
る場合に、一方の偏波で励振した電波が他方の偏波で励
振した電波に干渉するという問題があった。

この発明は上記問題を解決するためになされたもので、
放射パターンの交差偏波レベルを低くし、かつ所定のサ
ービスエリアを効率良く照射する成形ビームを形成する
ことによって、直交する２つの直交偏波間の干渉を低減
した反射鏡アンテナを得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明の反射鏡アンテナは上記目的達成のために、一
次放射器が第１ホーンと第２ホーンとを備えて直交する
２つの直線偏波を放射する一方、放射鏡が第１反射面と
第２反射面との２重構造であって、これら第１と第２と
の両反射面の中央部が回転双曲面に形成され、同両反射
面の周辺部が特定方向に放物線を含む曲面に形成される
ことによって、一次放射器から放射された直線偏波の主
偏波成分からなるビームが所定のサービスエリアを効率
良く照射するように、反射鏡が鏡面修整されて構成さ
れ、また第１と第２との両反射面は多数の線状の導電体
とこれらの導電体を支える誘電体とで構成され、第１反
射面の導電体を投影した線が各々平行と成り、第２反射
面の導電体を投影した線が上記第１反射面の導電体を投
影した線に対し直交され、第１反射面の多数の導電体が
第１ホーンから放射された直線偏波の主偏波成分を反射
するとともに第２ホーンから放射された直線偏波の主偏
波成分を通過させ、第２反射面の多数の導電体が第２ホ
ーンから放射された直線偏波の主偏波成分を反射する構
成としたものである。

また、上記一次放射器が１個の場合は、１個の一次放射
器から放射された直線偏波の主偏波成分から成るビーム
が所定のサービスエリアを効率良く照射するように、上
記反射鏡は鏡面修整されている。

また、上記一次放射器が複数個の場合は、複数個の一次
放射器それぞれから放射された直線偏波の主偏波成分か
ら成る各ビームが所定のサービスエリアを効率良く照射
するために各ビームの交差方向のレベルが所定のレベル
となるように、上記反射鏡は鏡面修整されている。

［作用］ この発明の反射鏡アンテナは、一次放射器から直交する
２つの直線偏波にて構成された電波が放射されると、そ
の電波のうち第１ホーンから放射された直線偏波の主偏
波成分が第１反射面中の多数の導電体で反射される一
方、第２ホーンから放射された直線偏波の主偏波成分が
第１反射面中の多数の導電体間を通過して第２反射面中
の多数の導電体で反射される。この直交する２つの直線
偏波の主偏波成分が第１と第２との両反射面で反射され
るとき、その両反射面中央部の回転双曲面と同両反射面
周辺部の特定方向に放物線を含む曲面とで反射される。
つまり、一次放射器から放射された直交する２つの直線
偏波から成る電波は第１反射面中の多数の導電体と第２
反射面中の多数の導電体との相乗作用による偏向作用に
よって分離される。そして、分離された電波が第１と第
２との両反射面中の多数の導電体で反射されるとき、第
１と第２との両反射面中央部の回転双曲面の形状的な作
用によって電波の等位相面が中央部では球面波の一部と
なり、第１と第２との両反射面周辺部の特定方向に放物
線を含む球面の形状的な作用によって電波の等位相面が
周辺部では中央部との境界線上の各点における球面波の
接平面と境界線に垂直な平面との交線を集積して得られ
る笠状の球面波の一部となる。結果として、交差偏波成
分の小さい所望のビーム断面形状を有するビームが第１
と第２との両反射面で反射された２つの主偏波で形成さ
れる。

よって、一次放射器が１個の場合は、上記第１と第２と
の両反射面を有して境界修整された反射鏡が例えば比較
的面積の大きな日本列島またはそれよりも面積の小さい
関東地方などのような所定のサービスエリアを効率良く
覆える。

また、一次放射器が複数個の場合は、上記第１と第２と
の両反射面を有して鏡面修整された反射鏡が、複数個の
一次放射器それぞれから放射された直線偏波の主偏波成
分から成る各ビームの交差方向のレベルを所定のレベル
とすることによって、例えば比較的面積の大きな日本列
島またはそれよりも面積の小さい関東地方などのような
所定のサービスエリアを独立して同時にまたは独立して
別々に効率良く覆える。

［実施例］ 以下、この発明の各実施例を第１乃至第９図について詳
述する。

実施例１（請求項１と請求項２に対応）． 第１図はこの発明の実施例１としての反射鏡アンテナの
構成を示す側面図、第２図はこの実施例１の反射鏡アン
テナの構成を示す正面図、第３図はこの実施例１の反射
鏡アンテナにおける第１反射面の正面図、第４図はこの
実施例１の反射鏡アンテナアにおける第２反射面の正面
図、第５図はこの実施例１の反射鏡アンテナによる放射
パターンを示す説明図である。

第1,2図において、６は反射鏡であって、これは第１反
射面７と第２反射面８とが２重に配置されて構成されて
いる。９は一次放射器であって、これは一方の直線偏波
を放射する第１ホーン10と、この第１ホーン10から放射
される直線偏波と直交する他方の直線偏波を放射する第
２ホーン11とを備えている。12は衛星本体13に反射鏡６
を固定する支持体である。

第１反射面７の中央部7aおよび第２反射面８の中央部8a
は回転双曲面の形状に形成され、第１反射面７の周辺部
7bおよび第２反射面８の周辺部8bは特定方向に放物線を
含む曲面の形状に形成されている。また、第１反射面７
は第３図に示すように多数の線状の導電体14とこれらの
導電体14を支える誘電体16とで構成され、第２反射面８
は第４図に示すように多数の線状の導電体15とこれらの
導電体15を支える誘電体17とで構成され、第１反射面７
に設けられた導電体14を投影した線は各々平行する構成
になっており、第２反射面８に設けられた導電体15を投
影した線は上記導電体14の投影線に対して直交する構成
になっている。

この実施例１の反射鏡アンテナにおいて、一次放射器９
の第１ホーン10を第１図の紙面に垂直な直線偏波で励振
し、第２ホーン11を紙面に平行な直線偏波で励振した場
合、第１ホーン10より放射された電波の主偏波方向が第
３図に示す第１反射面７を構成する線状の導電体14の方
向と一致するので、この第１ホーン10より放射された電
波は主にこの第１反射面７で反射され、導電体14の平行
方向と直交する方向の交差偏波成分の電波は第１反射面
７を通過し、この交差偏波成分の電波は第１反射面７の
後に位置する第２反射面８を構成する導電体15で反射さ
れる。而して、第２反射面８は一次放射器９の第２ホー
ン11で励振した場合に所望の方向にビームが進むように
配置してあるので、上記第１ホーン10から放射された交
差偏波成分の電波は第１反射面７の所望の方向以外の方
向に放射される。結果として、第１ホーン10から放射さ
れた主偏波成分の電波のみが第１反射面７で反射されて
所望の波面形状に成形される。同様にして、一次放射器
９の第２ホーン11から放射された電波の主偏波成分のみ
が第１反射面７を通過して第２反射面８で反射されて所
望の波面形状に成形される。従って、第１・第２反射面
7,8で反射された両方の主偏波とも、交差偏波成分の小
さい所望のビーム断面形状を有する。

次に、この実施例１の反射鏡アンテナの適用例を第５図
を参照しつつ説明する。この第５図において、18は静止
軌道上の点から見た日本列島、19は2dB間隔の等高線で
示した断面形状の成形ビームである。つまり、第１ホー
ン10を第１図の紙面に垂直な直線偏波で励振した場合、
主偏波である第１図の紙面に垂直な直線偏波成分の電波
のみが第１反射面７で反射されて交差偏波成分の小さい
所望の波面形状を有する成形ビーム19を成形するので、
この成形ビーム19が第５図の如く日本列島18を無駄なく
効率良く覆うことができる。また、第２ホーン11を第１
図の紙面に平行な直線偏波で励振した場合にも、主偏波
である第１図の紙面に平行な直線偏波成分の電波のみが
第２反射面８で反射されて交差偏波成分の小さい所望の
波面形状を有する成形ビーム19を成形するので、この成
形ビーム19が第５図の如く日本列島18を無駄なく効率良
く覆うことができる。

実施例２（請求項１と請求項３に対応）． 第６図はこの発明の実施例２としての反射鏡アンテナの
構成を示す側面図、第７図はこの実施例２の反射鏡アン
テナの構成を示す正面図、第８図はこの実施例２の複数
個の一次放射器から個別に放射された主偏波で形成され
る放射パターンを示す説明図、第９図は実施例２の成形
ビームとビームとを独立に同時に形成するための給電系
統を示す回路図である。

第6,7図においては一次放射器9a,9b,9cを３個設置した
場合を例として図示してある。１つの一次放射器9aは第
１ホーン10aと第２ホーン11aとを備え、もう１つの一次
放射器9bは第１ホーン10bと第２ホーン11bとを備え、残
りの１つの一次放射器9cは第１ホーン10cと第２ホーン1
1cとを備えている。また、反射鏡６、第１反射面７、中
央部7a、周辺部7b、第２反射面８、中央部8a、周辺部8
b、支持体12および衛星本体13それぞれは前記第１図お
よび第２図と同様のもので同様の働きをする。

次に、この実施例２の反射鏡アンテナの適用例を、第８
図および上記第５図を参照しつつ説明する。第８図にお
いて、10Aは第１ホーン10aまたは第２ホーン11aを個別
に励振した場合における2dB間隔の等高線で示した断面
形状のビーム、10Bは第１ホーン10bまたは第２ホーン11
bを個別に励振した場合における2dB間隔の等高線で示し
た断面形状のビーム、10Cは第１ホーン10cまたは第２ホ
ーン11cを個別に励振した場合における2dB間隔の等高線
で示した断面形状のビームである。この実施例２では各
ビーム10A乃至10Cが楕円形状の形状となり、ビーム10A
とビーム10Bとの交差方向のレベル、およびビーム10Bと
ビーム10Cとの交差方向のレベルそれぞれが約−6dBとな
るように、第１反射面７と第２反射面８とが鏡面修整さ
れている。

従って、この実施例２では、第１ホーン10a,10b,10cそ
れぞれを第６図の紙面に垂直な直線偏波で同時に励振し
た場合、主偏波である紙面に垂直な直線偏波成分の電波
のみが第１反射面７で反射され、ビーム10A,10B,10Cそ
れぞれが楕円形状でビームの交差方向のレベルが約−6d
Bとなるので、交差偏波成分の小さい所望の波面形状を
有する成形ビーム19が第５図の如く形成され、この成形
ビーム19が日本列島18を無駄なく効率良く覆うことがで
きる。同様に、この実施例２では、第２ホーン11a,11b,
11cそれぞれを第６図の紙面に平行な直線偏波で励振し
た場合にも、交差偏波成分の小さい所望の波面形状を有
する成形ビーム19が第５図の如く形成され、この成形ビ
ーム19が日本列島18を無駄なく効率良く覆うことができ
る。

さらに、この実施例２では、上記日本列島18全体を覆う
成形ビーム19に加えて、例えば、通信需要の大きい関東
地方を照射するビーム10Bを、成形ビーム19とは独立に
同時に形成することができる。この日本列島18全体を覆
う成形ビーム19と日本列島18よりは面積の遥かに小さい
関東地方を覆うビーム10Bと形成するための給電系統の
一例を第９図を用い説明する。上記成形ビーム19とビー
ム10Bとには互いに異なる周波数が採用される。この第
９図において、21a,21bはビーム形成回路、22a,22bは分
波器、23a,23bは成形ビーム19を形成するための成形ビ
ーム用端子、24a,24bはビーム10Bを形成するためのビー
ム用端子である。また、第１ホーン10a,10b,10cおよび
第２ホーン11a,11b,11cそれぞれは第６図および第７図
と同様のもので同様の働きをする。成形ビーム用端子23
a,または成形ビーム用端子23bに入力した電波は、ビー
ム形成回路21a,21bによって第１ホーン10a,10b,10c、ま
たは第２ホーン11a,11b,11cに所望の振幅と位相とで分
配されて成形ビーム19を形成する。一方、ビーム用端子
24a,24bに入射した、成形ビーム19の周波数とは異なる
周波数の電波は、分波器22a,22bを通って第１ホーン10b
または第２ホーン11bを励振し、ビーム10Bを形成する。
分波器22a,22bは周波数の異なる成形ビーム19の電波と
ビーム10Bの電波とを分離する。この結果、第５図に示
す日本列島18を覆う成形ビーム19と、第８図に示す通信
需要の大きい関東地方を覆うビーム10Bとを独立に同時
に形成することができる。よって、この実施例２によれ
ば、通信需要の変動に柔軟に対応できる反射鏡アンテナ
を構成することも可能となる利点もある。

上記実施例２では、それぞれの直線偏波で励振されるホ
ーンを３個づつとしたが、その数はサービスエリアや方
式によって異ってもよい。

なお、反射面の中央部の形状および周辺部の形状は、所
望の波面を決定し、第14図に示すように、反射鏡Ｇ上の
点Ｍ、この点Ｍと波面（等位相面）Ｈ上の点Ｒを結ぶ線
の合計長さが一定という光路程一定の原理にもとづき定
めた。

以上は静止衛星搭載用アンテナとして用いた場合につい
て説明したが、地上の通信用アンテナとしても、この発
明の反射鏡アンテナは適用できる。

［発明の効果］ この発明の反射鏡アンテナは、一次放射器から放射され
た直交する２つの直線偏波から成る電波が第１反射面中
の導電体と第２反射面中の導電体との２つの偏向作用に
よって分離されるとともに、この分離された電波が第１
と第２との両反射面中の導電体で反射されるとき、第１
と第２との両反射面中央部の回転双曲面の２つの形状的
な作用によって電波の等位相面が中央部では球面波の一
部となり、第１と第２との両反射面周辺部の特定方向に
放物線を含む曲面の２つの形状的な作用によって電波の
等位相面が周辺部では中央部との境界線上の各点におけ
る球面波の接平面と境界線に垂直な平面との交線を集積
して得られる笠状の曲面波の一部となるようにしたこと
によって、第１と第２の両反射面で反射された２つの主
偏波とが交差偏波成分の小さい所望のビーム断面形状を
有するビームを形成することができる。

よって、一次放射器が１個の場合は、上記第１と第２と
の両反射面を有して鏡面修整された反射鏡が例えば比較
的面積の大きな日本列島またはそれよりも面積の小さい
関東地方などのような所定のサービスエリアを効率良く
覆うことができるという効果がある。

また、一次放射器が複数個の場合は、上記第１と第２と
の両反射面を有して鏡面修整された反射鏡が、複数個の
一次放射器それぞれから放射された直線偏波の主偏波成
分から成る各ビームの交差方向のレベルを所定のレベル
とすることによって、例えば比較的面積の大きな日本列
島またはそれよりも面積の小さい関東地方などのような
所定のサービスエリアを独立して同時にまたは独立して
別々に効率良く覆うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例１における反射鏡アンテナの
構成を示す側面図、第２図は実施例１の反射鏡アンテナ
の正面図、第３図は実施例１の反射鏡における第１反射
面の正面図、第４図は実施例１の反射鏡における第２反
射面の正面図、第５図は実施例１の反射鏡アンテナによ
る放射パターンの説明図、第６図はこの発明の実施例２
における反射鏡アンテナの構成を示す側面図、第７図は
実施例２の反射鏡アンテナの正面図、第８図は実施例２
の反射鏡アンテナによる放射パターンの一例を示す説明
図、第９図は実施例２の成形ビームとビームとを独立に
形成するための給電系統の構成を示す回路図、第10図は
従来の反射鏡アンテナの構成を示す側面図、第11図は従
来の反射鏡アンテナの正面図、第12図は従来の反射鏡か
ら反射した電波の等位相面の形状を示す正面図、第13図
は第12図に示す等位相面形状の側面図、第14図は反射鏡
アンテナにおける焦点と反射面および等位相面を結ぶ光
路程一定の原理の説明図である。 ６……反射鏡、７……第１反射面、7a……第１反射面の
中央部、7b……第１反射面の周辺部、８……第２反射
面、8a……第２反射面の中央部、8b……第２反射面の周
辺部、9,9a9b,9c……一次放射器、10,10a,10b,10c……
一次放射器の第１ホーン、10A,10B,10C……ビーム、11,
11a,11b,11c……一次放射器の第２ホーン、14……第１
反射面の導電体、15……第２反射面の導電体、16……第
１反射面の誘電体、17……第２反射面の誘電体、18……
日本列島、19……成形ビーム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射鏡と、この反射鏡のほぼ焦点位置に設
   置された一次放射器とを具備する反射鏡アンテナにおい
   て、 上記一次放射器が直線偏波を放射する第１ホーンと、こ
   の直線偏波に直交する直線偏波を放射する第２ホーンと
   から成り、 上記反射鏡は中央部が回転双曲面に形成され周辺部が特
   定方向に放物線を含む曲面に形成された形状を有する第
   １反射面と、中央部が回転双曲面に形成され周辺部が特
   定方向に放物線を含む曲面に形成された形状を有する第
   ２反射面とを２重に配置することによって、一次放射器
   から放射された直線偏波の主偏波成分からなるビームが
   所定のサービスエリアを効率良く照射するように鏡面修
   整されて成り、 上記第１反射面と第２反射面との両反射面それぞれが多
   数の線状の導電体と、これらの導電体を支える誘電体と
   で構成され、 上記第１反射面の多数の導電体が第１ホーンから放射さ
   れた直線偏波の主偏波成分を反射するとともに第２ホー
   ンから放出された直線偏波の主偏波成分を通過するよう
   に、この第１反射面の導電体を投影した線が各々平行と
   成り、 上記第２反射面の多数の導電体が第２ホーンから放射さ
   れた直線偏波の主偏波成分を反射するとともに第１ホー
   ンから放射された直線偏波の主偏波成分を通過するよう
   に、この第２反射面の導電体を投影した線が上記第１反
   射面の導電体を投影した線に対し直交されたことを特徴
   とする反射鏡アンテナ。
2. 【請求項２】上記一次放射器を１個設置したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の反射鏡アンテナ。
3. 【請求項３】上記一次放射器を複数個設置する一方、上
   記第１反射面と第２反射面とから成る反射鏡は複数個の
   一次放射器それぞれから放射された直線偏波の主偏波成
   分からなる各ビームの交差方向のレベルが所定のサービ
   スエリアを効率良く照射するために所定のレベルとなる
   ように鏡面修整されたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の反射鏡アンテナ。