JPH0716131B2 - 衛星搭載用マルチビームアンテナ - Google Patents

衛星搭載用マルチビームアンテナ

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JPH0716131B2
JPH0716131B2 JP27732190A JP27732190A JPH0716131B2 JP H0716131 B2 JPH0716131 B2 JP H0716131B2 JP 27732190 A JP27732190 A JP 27732190A JP 27732190 A JP27732190 A JP 27732190A JP H0716131 B2 JPH0716131 B2 JP H0716131B2
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眞一 佐藤
彰夫 磯
光明 織笠
俊夫 杉本
義和 洞井
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株式会社宇宙通信基礎技術研究所
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、人工衛星に搭載し、陸上移動体との通信に用
いられる衛星搭載用マルチビームアンテナに関する。
(従来の技術) 従来、この種のマルチビームアンテナとしては、文
献、R.P.Cox,J.Zacharatos,B.Williamson,C.Morgan and
J.R.G.Cox:“System trade off for a north american
mobile satellite",AIAA,88−0845(1988)に示された
もの(第7図,第8図参照)、文献、A.M.Kidd,H.J.M
oody and H.Raine:“System design of the canadian m
obile communication satellite",AIAA,86−0661(198
6)に示されたもの(第9図参照)、文献、宮坂、乙
津、高村:“静止プラットフォーム時代の陸上移動体衛
星通信システムの検討",信学技報,A.P88−155,SAT88−9
7(1989−02)に示されたもの(第10図参照)が知られ
ている。
上記において、第7図はマルチビームアンテナを示
し、第8図は北アメリカのビーム配置を示しており、第
7図において、1は衛星本体、2は送信用一次放射器、
3は受信用一次放射器、4は送信アンテナ用反射鏡、5
は受信アンテナ用反射鏡、6は太陽電池パドルを示し、
このアンテナでは送信アンテナ用反射鏡4と受信アンテ
ナ用反射鏡5が同じ大きさで同形状に構成され、送信用
一次放射器2、受信用一次放射器3が複数個のホーンア
ンテナを配列したアレーアンテナにより構成されてい
る。
また、第8図において、7a,7b…7nは北アメリカを照射
する円形ビームを示し、これらの円形ビーム7a,7b…7n
は送信及び受信とも同じビーム形状とされている。
上記において、第9図は上記第7図のビーム配置に対
し当初考えられていた北アメリカ用の楕円ビームのビー
ム配置を示しており、図中8a,8b…8nは楕円ビームを示
し、この場合も送信及び受信とも同形状であり、各楕円
ビームの長軸の方向が南北方向となっている。
上記おいては、日本における移動体通信用のマルチビ
ームアンテナのビーム配置例であり、第10図中9a,9b…9
nは送信及び受信とも同形状となる円形ビームを示して
いる。
〔発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記従来技術の第8図や第9図のように
照射領域が東西南北に広がっている場合には、円形ビー
ム或いは円に近い楕円ビームでも効率のよい照射が可能
であるが、第10図に示す日本列島のように照射領域が細
長い場合には、円形ビームや第9図に示す南北方向に長
軸を有する楕円ビームでは、海への照射が多くなって日
本列島だけの効率のよい照射ができないという不具合が
あった。
また、第8図や第10図に示す円形ビームの場合には、一
つのビームに着目すると隣接するビームが多いので、周
波数再利用回数が増大しない不具合があった。
これに対し、第9図に示す場合には、一つのビームに隣
接するビームが両側のビームのみとなるので、周波数再
利用回数が増大するが、この場合には、衛星側から見た
送信ビームと受信ビームとが同形状となるので、受信ビ
ームのビーム幅を狭くした場合に比べて地上移動機が小
形にならないという問題があった。
更に、地上移動機を小形にするために衛星の受信アンテ
ナを大きくし、送信アンテナも受信アンテナと同じ大き
さにすると、衛星搭載アンテナ全体としても重量が非常
に重くなるという問題があった。
そこで本発明は、日本列島のように照射領域が細長い場
合においても、効率のよい照射ができ、周波数再利用回
数が増大し、また、地上移動機の小形化を可能とし、更
にアンテナ全体の重量が増大しない衛星搭載用マルチビ
ームアンテナを提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段) 本発明の衛星搭載用マルチビームアンテナは、送信用ア
ンテナ及び受信用アンテナを独立に備えた衛星搭載用マ
ルチビームアンテナにおいて、前記送信用アンテナを楕
円ビームを放射するマルチビームアンテナにより構成す
る一方、前記受信用アンテナを前記送信用アンテナから
の楕円ビームに直交し、且つ前記送信用アンテナからの
楕円ビームよりも小さな楕円ビームを放射するマルチビ
ームアンテナにより構成したものとなっている。
(作用) 本発明のマルチビームアンテナでは、送信用アンテナか
らは楕円ビームが放射され、送信用アンテナからは送信
用アンテナの楕円ビームに直交し、且つ小さな楕円ビー
ムが放射される。
この場合、送信用アンテナ及び受信用アンテナから放射
されるビームが双方とも楕円ビームに構成されているの
で、送信用アンテナの楕円ビームの長軸を、例えば東西
方向に設定すると日本列島のような細長い照射領域で
も、効率のよい照射が可能となり、また、各ビームに隣
接するビームが両側のみとすることが可能となり、周波
数再利用回数を増大させることができる。
更に、受信用アンテナの楕円ビームを送信用アンテナの
ビームに対し直交させ、且つ小さくしたので、地上移動
機を小形化することが可能となるとともに、送信用アン
テナの大きさを小さいまま維持でき、衛星搭載アンテナ
全体としての重さの増大を阻止できる。
(実施例) 以下に本発明の一実施例について説明する。
第1図は、本実施例の衛星搭載用のマルチビームアンテ
ナ10を示しており、11は衛星本体、12は送信用楕円ビー
ム一次放射器、13は受信用楕円ビーム一次放射器、14は
送信用楕円開口反射鏡(送信用アンテナ)、15は受信用
楕円開口反射鏡(受信用アンテナ)、16は太陽電池パド
ルを示している。
そして、このアンテナ10では、送信用楕円ビーム一次放
射器12から発っせられたビームが送信用楕円開口反射鏡
14に照射され、この楕円開口反射鏡14により楕円形状の
マルチビームが地球の所定地域に向けて照射される。他
方、受信用楕円ビーム一次放射器13から受信用楕円開口
反射鏡15を介して放射される。
尚、上記送信用楕円ビーム一次放射器12、受信用楕円ビ
ーム一次放射器13としては、例えば、文献、E.Lier「Br
oad-Band elliptical beamshape horns with low cross
polarization」IEEE Trans.vo138,no.6,pp800〜805(J
un,1990)に示されているような楕円ビームを放射する
ホーンを複数個配列してもよく、また円偏波の通常の素
子アンテナを複数個配列しておき、一つの楕円ビームに
対してそれらの素子アンテナのうち、そのビームに対応
する楕円内の素子アンテナを励磁振或るいは受信用に用
いるようにすることもできる。
このような本実施例のマルチビームアンテナ10を日本列
島に適用する場合には、第2図に示すように、送信用楕
円開口反射鏡14により各送信用楕円ビーム17a,17b…17n
を送信する一方、受信用楕円開口反射鏡15において各受
信用楕円ビーム18a,18b…18nを放射することにより行な
われる。
第2図は、本実施例のマルチビームアンテナ10による日
本列島におけるビーム配置を示している。この場合、各
送信用楕円ビーム17a,17b…17nは長軸を東西方向にし、
且つ、ビーム幅を広く設定し、九州南部を除き日本列島
を効率よくカバーできる配置になっている。
従って、送信用楕円ビーム17a,17b…17nでは、アンテナ
利得は低下するが、送信電力を大きくすることにより衛
星EIRRは保つことができる。また、受信用楕円ビーム18
a,18b…18nは長軸を南北方向にし、且つ、ビーム幅を狭
く設定している。
長軸を南北方向にしたのは日本列島を効率よくカバーす
るためであり、ビーム幅を狭くしたのは地上移動機を小
形化可能とするため、即ち、地上移動機のアンテナ利得
が小さくてもよく、また送信電力が低くてもよい状態に
するためである。
従って、地上移動機を小型にするために、受信アンテナ
を大きくしても送信アンテナは小さくてもよいので、ア
ンテナ全体の重量が増大することを防止できる。
尚、本実施例では、受信用楕円ビーム18a,18b…18nは、
かなりオーバラップしているが、これは例えば従来の第
7図に関連した前記文献に示されるように、一次放射器
を構成する複数個の素子アンテナを隣接するビームに対
して共用してやるとよい。
また、本実施例のマルチビームアンテナ10によれば、各
楕円ビームが両側のみ隣接させることができるので、周
波数再利用回数を増大させることができる。
例えば、送信用楕円ビーム17a,17b…17nの場合には、第
3図に示すように、周波数再利用回数は、 「ビーム数/用いた周波数の数=9/1=9」となる。
受信用楕円ビーム18a,18b…18nの場合には、第4図に示
すように、周波数再利用回数は、「21/2=10.5」とな
る。
そこで、第5図に示す従来の場合と比較してみる。
第5図は本実施例に対応させた従来の送受信用円形ビー
ム19a,19b…19nのビーム配置を示しており、従来の送受
信用円形ビーム19a,19b…19nの直径が、本実施例の送信
用楕円ビーム17a,17b…17nの短軸長さと、受信用楕円ビ
ーム18a,18b…18nの長軸の長さと同じにしたものであ
り、この場合の従来のビーム配置では、周波数再利用回
数は、 「15/2=7.5」となる。
従って、第3図及び第4図に示す楕円ビームを用いた場
合には、従来の円形ビームを用いた場合に比べて周波数
再利用回数が増大し、本実施例では、従来の1.2倍〜1.4
倍にすることが可能となる。
尚、第3図〜第5図中、f1,f2は周波数を示し、右周り
の矢印は右旋円偏波、左周りの矢印は左旋円偏波を示
す。
次に本発明の他の実施例を第6図に基づいて説明する。
第6図は本実施例のマルチビームアンテナ20を示してお
り、第6図中、11は衛星本体、16は太陽電池パドル、21
は送信用アレーアンテナ、22は受信用アレーアンテナで
ある。
上記送信用アレーアンテナ21は、複数個の送信用素子ア
ンテナ23a,23b…23nを配列したものであり、受信用アレ
ーアンテナ22は複数個の受信用素子アンテナ24a,24b…2
4nを配列し、更に、受信用アレーアンテナ22は1/3に折
り畳める構成となっている。尚、上記送信用素子アンテ
ナ23a,23b…23n、及び受信用素子アンテナ24a,24b…24n
は、エッチングにより誘電体基板上に構成されるマイク
ロストリップアンテナ或いは、ホーンアンテナを用いる
とよい。
このような本実施例のマルチビームアンテナ20によれば
送信用アレーアンテナ21及び受信用アレーアンテナ22の
形状を第6図に示す形状とすると、上記実施例の第2図
の如き送信及び受信時のビーム幅の異なるマルチ楕円ビ
ームが容易に形成できる。
また、反射鏡として従来の如き円形開口のものを用いた
場合でも、楕円ビームを放射するホーンを用いるか、或
いは、円形ビームを放射する複数のホーンにより一つの
楕円ビームを作るように一次放射器を構成するかすれば
よい。
更に、第6図に示すアレー方式の場合では、アレー形状
を正方形或いは円形にしても、一つの楕円ビームに対応
する楕円内の素子アンテナのみを励振させたり、それら
の素子アンテナのみで受信すればよい。
尚上述した双方の実施例では、楕円ビームに限定される
ものではなく、楕円或いは長円等を含む細長いビームに
対しても適用することが可能であり、同様の効果を得る
ことができる。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、送信用アンテナ及
び受信用アンテナから放射されるビームが共に楕円ビー
ムで互いに直交するので、例えば、日本列島のように細
長い照射領域でも効率のよい照射が可能となる。
また、楕円ビームを用いたので、互いに両側のみで隣接
させることができ、周波数再利用回数を増大させること
が可能となる。
更に、受信用アンテナから放射される楕円ビームを小さ
くしたので、地上移動機の小形化が可能となり、また、
受信用アンテナを大きくしても送信用アンテナを小さく
することができ、衛星搭載用のアンテナ全体として重量
が増大することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る衛星搭載用マルチビー
ムアンテナの斜視図、第2図は送信及び受信用の楕円ビ
ームの配置図、第3図は送信用の楕円ビームでの周波数
再利用を示す図、第4図は受信用の楕円ビームでの周波
数再利用を示す図、第5図は本実施例に対応させた従来
の送受信用の円形ビームでの周波数再利用を示す図、第
6図は本発明の他の実施例に係るマルチビームアンテナ
の斜視図、第7図乃至第10図は従来例に係り、第7図は
マルチビームアンテナを示す斜視図、第8図は北アメリ
カ大陸での円形ビームの配置図、第9図は北アメリカ大
陸での楕円ビームの配置図、第10図は日本列島での円形
ビームの配置図である。 尚図中10,20はマルチビームアンテナ、14,21は送信用ア
ンテナ、15,22は受信用アンテナ、17a,17b,…17nは送信
用の楕円ビーム、18a,18b…18nは受信用の楕円ビームで
ある。
フロントページの続き (72)発明者 杉本 俊夫 東京都千代田区岩本町2丁目12番5号 株 式会社宇宙通信基礎技術研究所内 (72)発明者 洞井 義和 東京都千代田区岩本町2丁目12番5号 株 式会社宇宙通信基礎技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】送信用アンテナ及び受信用アンテナを独立
    に備えた衛星搭載用マルチビームアンテナにおいて、 前記送信用アンテナを、楕円ビームを放射するマルチビ
    ームアンテナにより構成する一方、 前記受信用アンテナを、前記送信用アンテナからの楕円
    ビームに直交し、且つ前記送信用アンテナからの楕円ビ
    ームよりも小さな楕円ビームを放射するマルチビームア
    ンテナにより構成した、 ことを特徴とする衛星搭載用マルチビームアンテナ。
  2. 【請求項2】前記送信用アンテナの楕円ビームの短軸の
    長さが、前記受信用アンテナの楕円ビームの長軸の長さ
    に等しいように設定された請求項1記載の衛星搭載用マ
    ルチビームアンテナ。
  3. 【請求項3】前記送信用アンテナの楕円ビームの長軸
    が、東西方向に設定される一方、前記受信用アンテナの
    楕円ビームの長軸が、南北方向に設定された請求項1記
    載の衛星搭載用マルチビームアンテナ。
JP27732190A 1990-10-15 1990-10-15 衛星搭載用マルチビームアンテナ Expired - Lifetime JPH0716131B2 (ja)

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JP4090838B2 (ja) * 2002-10-23 2008-05-28 三菱電機株式会社 非静止衛星搭載用アンテナ装置
JP5195126B2 (ja) * 2008-07-30 2013-05-08 三菱電機株式会社 衛星搭載用マルチビームアンテナ装置
JP6890558B2 (ja) * 2018-02-09 2021-06-18 三菱電機株式会社 ビームフォーミング方法およびアンテナ装置

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