JPH09504158A - 再構成可能、ズーム可能、旋回可能な、楕円ビームアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はダブルリフレクタのマイクロ波アンテナ（図１）であって、グレゴリー式光学系に属するものとして分類され得るものであり、空間におけるいかなる要求される方向（図２）にも配向され得る長軸を備えた楕円状ビームを軸（図１の４）のまわりでサブリフレクタ（２）を単純に回転させることによって提供することができる。さらなる自由度、すなわち軸（５）および／または（６）に沿っての同じサブリフレクタ（２）および／またはメインリフレクタ（３）の独立した移行を加えるこにとより、かなりの度合いのビーム形状における再構成性を得ることが可能である。特定的には、ビームの軸を広くすること、長軸のいかなる配向についても楕円状ビームの軸間の比率を変えること、または円形ビームを得ること（図３ａおよび３ｂ）が可能である。これらの特性は、本発明を１つまたはそれ以上の同時に活性であるビームを伴う動作的環境内において周波数を再利用して衛星に搭載されたアンテナとして用いるのに適したものとするようなものである。この発明はマイクロ波アンテナの技術分野および衛星に搭載されるまたは宇宙ステーションあるいは地上をベースとしたレーダシステムのための再構成可能なアンテナの応用分野に属するものとして分類されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 再構成可能、ズーム可能、旋回可能な、 楕円ビームアンテナ ここに記載される発明は、そのサブリフレクタの回転を通して、および／また はこのサブリフレクタまたはメインリフレクタの軸運動を通して、ビーム幅およ び偏波に対するいかなる変動もなしに楕円ビーム（図２）の回転を達成し、およ び／またはこの同じビームを、円形の拡大された楕円（ズーム効果）、もしくは もとのビームとこの円形との間の中間楕円形（ビーム形の変化、図３ａ、３ｂ） に再構成することを達成する、ダブルリレクタマイクロ波アンテナ（グレゴリー 式アンテナ系に属するものとして分類され得る）である。さらに、別のサブリフ レクタプロファイルを通して、その円形ビームを他の円形ビームに広げること（ ズーム）も可能である（図３ｃ）。 この発明は、マイクロ波アンテナの技術分野に属し、人工衛星もしくは宇宙ス テーションまたは地上レーダシステムにおける使用のための再構成可能アンテナ の適用分野の属する。 未来のアンテナシステムの適度な再構成性要件は、 （ａ） ビームリポインティング、 （ｂ） 偏波の回転なしで旋回可能な楕円形ビーム、 （ｃ） ズーム可能性を伴う円形または楕円形ビーム、 つまり、楕円軸間の比に対する変動なしにカバー範囲を広 げることおよび面積×利得の積を広げること、 （ｄ） 面積×利得の積の変動なしに、円形ビームから楕円形ビームへ（およ びその逆へ）変換する可能性、である。 これらのうち機能（ａ）のみが、通常、Ｋｕ帯通信衛星アンテナに対し利用可 能である。他の機能は、それらのうちの第１のものとともに、およびそのように 保証される、より大きな柔軟性の結果、役割の品質を落とさないと考えられるア ンテナのタイプの能力によってのみ原理上設定される組合せにおいて、非常に望 ましい。上述したことに対する機能（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の実用的実現例 は以下の要件を満たすべきである： （Ｉ） アンテナの寸法および質量の最小限の増大、 （II） 大質量の移動がないこと、 （III） イルミネータの移動がないこと（高パワーレベルがある場合には望ま しくない）、 （IV） イルミネータの内部パーツが移動しないこと （これは、相互変調積を生成するかもしれないため、望ましくない）、 （Ｖ） アクチュエータの最大限の信頼性および単純性、最小限の数、 （VI） 整列誤差および熱暴走に対する最低限の感度。 上に示される要件は、系の光学素子に作用することによって、および実用可能 な限りにおいて照明系または大質量 の動きを避けるよう試みることによって、再構成性機能を達成し得る研究解決法 に至る。ここに提案される解決法はこれらの要件を満たす。 それは、グレゴリー式のダブルオフセットリフレクタに典型的な電気的放射特 性を伴う、一定のビーム幅または可変の輪郭を有する旋回可能な楕円形ビームを 実現し得るアンテナ構成（図１）からなる。これら後者は、高いアンテナローブ 効率性、低い直交偏波値およびサイドローブとして定義され得る。 これらの特性は、２つ以上の同時の活性ビームを有する動作環境における二重 偏波能力を有するオンボード通信衛星アンテナとして用いるための本質的な要件 である。ここに記載される発明の革新的局面は、既知のグレゴリー式アンテナの 分類と比べると、以下のとおりである。 （ａ） 再構成性を達成するための動き（サブリフレクタの回転；メインリフ レクタおよび／またはサブリフレクタ自体の移行）は、過去においては一度も示 唆されなければ実現されてもいない。これは、従来のグレゴリー式光学素子はた とえばサブリフレクタの回転を斟酌しないからである。 （ｂ） 面のプロファイル、およびそのような面が成形される方法は、サブリ フレクタの単純な回転を通して共偏波および直交偏波構成要素の電気的放射特性 を実際に一定に保つビームの回転を可能にする。電界の向きは回転中は 変わらないことも注目される。これは、多数の同時のビームを含む動作環境内に おけるアンテナの動作にとって本質的な特徴である。 （ｃ） この発明のさらなるオリジナルな特徴は、サブリフレクタの回転を所 定の軸に沿ってさらなる付加的な回転（サブリフレクタおよび／またはメインリ フレクタの移行）と組合せるその能力にあり、これは、そのビーム自体の任意の 所望の向きに対し、固定されるビームのグレゴリー式のもののそれらに匹敵する 効率性、偏波純度およびサイドローブを伴って、開始楕円形ビームの顕著な再構 成能力を与える。特に、この動きでは、軸の任意の向きに対して楕円形ビームの 主軸の比を漸進的に変えること、または円形ビームのそれに徐々に成形される楕 円形カバー範囲を得ることが可能である。 衛星通信のための本要件に十分な電気的動作が可能なアンテナは、ダブルリフ レクタグレゴリー式光学素子のグループに属する。これらの光学素子は、高いカ バー範囲効率性、低いサイドローブを与え、いくつかの幾何学的関係が満たされ る場合には、サイズおよび質量がそれらの衛星搭載設置に適合する状態なら、非 常に高い偏波純度を与える（これらのタイプのアンテナは実際にはインテルサッ トＶＩＩＩ衛星に搭載されるよう適合される）。 図１から明らかなように、提案されるジオメトリは、図４に示されるグレゴリ ー式光学素子系に属する。これらの 光学系は、メインリフレクタ３、サブリフレクタ２および好適なフィード１等の 、ここに提案されるアンテナをなす同じ要素（運動および面のプロファイルを除 く）によって構成される。 従来のグレゴリー式アンテナの設計は正準面から通常始まる（図４を参照して 、サブリフレクタ２は楕円形であり、リフレクタ３は放物型である）。図４に示 される最大純度に対する幾何学的要件が満たされると、これらの面は極端に低い 直交偏波レベルをもたらす。この条件は、サブリフレクタ２の楕円面の離心率ｅ が図４に示される角β_fとβ_sとの幾何学的関係を満足させる場合に満たされる。 この図では、β_fは、楕円形サブリフレクタ２の焦点の１つと一致する点７に位 相中心があるイルミネータ１の対象軸９と伝播軸Ｚとの間の角である。角β_sは 、そのような軸９と、その楕円の両方の焦点の交わる軸１０との間の角である。 図４のサブリフレクタ２は軸１０の周りの回転によって得られる楕円であり、 一方この発明の光学素子（図１）は点７および８と交わる軸の周りでの回転によ っては得られないサブリフレクタ面を有することは注目される。 このようにして得られる光学系は円形ビームを発生し得る。楕円形ビーム輪郭 が必要とされる場合、図４の標準的な光学素子から始まって広く採用される手順 は、数値的に、およびこのアップセットシステムから引出される偏波純度 に関する電気的劣化を許容するよう、サブリフレクタ面２および／またはメイン リフレクタ３を成形することにある。 これらの劣化は、面に導入される偏差が小さいため、通常は許容可能である。 こうして発生される光学系は、明らかに、サブリフレクタを旋回させることに よる楕円形ビームの回転をもたらすことはできない。 単一のフィードを用いることによって、このようなアンテナのタイプにおいて 、ビームの輪郭の回転ならびに／または再構成および／もしくは拡大（ズーム） に関するビームの再構成を斟酌するような、現在の解決法は実際にはない。 これらのアンテナにおいて今日利用可能な唯一の機能は、ビームリポインティ ング、つまり２軸アクチュエータのシステムを通して±１１°の錐（静止軌道衛 星からの、地球の有用な視野）内で通常行なわれる機能であるということは事実 である。 再構成可能な輪郭および高い偏波純度が必要とされる場合、成形されるアンテ ナビームを得るために通常採用されるシステムは、別の分類およびタイプのアン テナに属する。 特に、デュアルグリッドのリフレクタ型の光学系の焦面に位置される、２つの フィードアレイが用いられる。このような系は後側リフレクタおよび前側リフレ クタを有する。前側リフレクタは、図２７における例として示される前側 シェルの誘電体面上に線形金属ストリップを適用することによって実現される。 後側リフレクタは、中実であってもよく、または前側リフレクタのストリップに 直交するストリップでグリッドを与えられてもよい。 特に、図２７ａ（前面図）、２７ｂ（上面図）および２７ｃ（側面図）は、こ の光学システムの３つの主な立面を与える。 これらの図において、軸Ｘに沿った電界の偏波に対するフィード１のグループ の概略的アウトラインが、Ｙに沿った偏波に対するイルミネータ１′の対応する グループとともに与えられる。グリッドを与えられた前面リフレクタ３は偏波Ｘ に対して感度を有し、後側リフレクタ３′（中実またはグリッド）は偏波Ｙに対 して感度を有する。 この光学系の特性は、各リフレクタが単一の偏波において、およびそうでない 場合にはサービスカバー範囲上に放射されるであろう直交偏波構成要素における 他のリフレクタの空間フィルタ処理効果の恩恵において、動作することである。 放射要素は、焦面に置かれる放射要素の励起をベキ除算器および／または位相 シフタを通して変更することができるマイクロ波構成要素を含むビーム形成ネッ トワークにより通常励起される。 既に注目したように、再構成可能なフィードアレイに基づく上述の技術は、こ こでは興味の対象ではない別の分類 のアンテナ系に属し、というのも、我々が考慮しているものは、同じメインリフ レクタ開口を有するマルチフィードアンテナと比べてよりよい電気的性能を達成 する自由度の光学系を利用し得る、極端に単純かつ軽量の再構成可能な単一フィ ードアンテナであるからである。 これより、与えられる図面にいかなるようにも限定されることなくかつそれら 図面を参照し、例示としてのみ与えられる実施のその現在の好ましい形態を参照 して、この発明を説明する： 図１：提案される光学系のジオメトリ。それは以下の要素を含む： １ フィード； ２ サブリフレクタ； ３ メインリフレクタ； ４ 楕円形ビームを回転させるために、サブリフレクタが周りを回転する軸Ａ− Ａ； ５ ビーム再構成のためにサブリフレクタがそれに沿って移行する軸Ｂ−Ｂ； ６ （軸Ｂ−Ｂに沿っての移行に対する代替例として）ビームの再構成のために メインリフレクタをそれに沿って移行する軸Ｃ−Ｃ； ７ フィード１の位相中心に対応する幾何学的な点； ８ メインリフレクタ３の焦点； ９ フィード１の対象軸； ２０ フィード１からの光線カバー範囲がサブリフレクタ２による反射をたどる 火点または疑似焦点（このような軌跡はメインリフレクタ３の焦点８と一致する ）。 図２ａ：一般的な観察方向の角座標（方位＝Ａｚ、立面＝Ｅ１）を示すデカル ト軸の３つの組。 図２ｂ：楕円形ビーム、および方位−立面面上におけるその可能な向きの概略 的なアウトライン。 図３ａ：楕円形ビームの、円形ビームへの、およびその逆への、概略的再構成 。 図３ｂ：楕円形ビームに対するズーム効果の概略的アウトライン。 図３ｃ：円形ビームへのズーム効果の概略的アウトライン。 図４：最大偏波純度に対する条件を強調するグレゴリー式光学系の従来的ジオ メトリ。これは以下を含む： １ フィード； ２ サブリフレクタ； ３ メインリフレクタ； ７ フィード１の位相中心に対応する幾何学的な点； ８ メインリフレクタの焦点； ９ イルミネータ１の対象軸； １０ サブリフレクタ面（楕円形）の対象の回転軸； ２１ メインリフレクタの焦点と一致するサブリフレクタの第１の焦点； ２２ サブリフレクタの第２の焦点。 図５：サブリフレクタの開始ジオメトリおよびアンテナ対象面における最大偏 波純度状態を示す、提案される光学系のジオメトリの詳細。これは以下を含む： １ フィード； ２ 球面プロファイルを有するサブリフレクタ； ３ 放物型メインリフレクタ； ４ サブリフレクタ回転軸； ７ フィード１の位相中心； ８ メインリフレクタ３の焦点； ９ フィード１の対象軸； １１ 球面サブリフレクタか属する球の中心； １２ フィード１の対象軸９の、サブリフレクタ２の面との交差部； １３ サブリフレクタの球面の幾何学的延長； １４ 点１６における球の幾何学的延長上の反射後の方向（−Ｚ）に沿った無限 からの光線の方向； １５ 点１６における球に対する垂線を表わす軸； １６ 軸Ｚの、球面１３の幾何学的延長との交点； ２０ フィード１からの光線カバー範囲がサブリフレクタ２による反射をたどる 火軌跡または疑似焦点（このような軌跡はメインリフレクタ３の焦点８と一致す る）。 図６：サブリフレクタの対象の主面を強調する提案された光学系の最終的なジ オメトリの詳細。これは以下を含 む： １ フィード； ２ 成形されたサブリフレクタ； ３ 成形されたメインリフレクタ； ４ サブリフレクタの回転軸； ５ サブリフレクタの移行軸； ６ メインリフレクタの移行軸； １７ 成形されたサブリフレクタの第１の対象面； １８ 成形されたサブリフレクタの第２の対象面（第１のものに垂直である）。 図７ａ：サブリフレクタの球面プロファイル。これは以下を含む： １ フィード； ２ 球面サブリフレクタ； ７ フィード１の位相中心； ８ メインリフレクタの焦点； １１ サブリフレクタが属する球の中心； １３ 球面サブリフレクタの幾何学的延長； ２１ フィード光線カバー範囲がサブリフレクタによる反射をたどる点（これは メインリフレクタの焦点と一致する）。 図７ｂ：アンテナ対象面において、最初の球面リフレクタよりも大きい曲率を 有する楕円形プロファイルを有する成形されたサブリフレクタ。これは以下を含 む： １ フィード； ２ 楕円形プロファイルを有するサブリフレクタ； ７ フィード１の位相中心； ８ メインリフレクタの焦点； １１ 球１３の中心； １３ サブリフレクタのもとの球面プロファイル； ２０ フィード１の光線カバー範囲がサブリフレクタ２による反射をたどる点； ２１ 楕円形プロファイルを伴うサブリフレクタの第１の焦点； ２２ 楕円形プロファイルを有するサブリフレクタの第２の焦点； ２３ 楕円形サブリフレクタの幾何学的延長。 図７ｃ：（アンテナ対象面において、）最初の球形サブリフレクタのそれより も小さい曲率を有する楕円形プロファイルを有する成形されたサブリフレクタ。 これは以下を有する； １ フィード； ２ 楕円形プロファイルを有するサブリフレクタ； ７ フィード１の位相中心； ８ メインリフレクタの焦点； １１ 球１３の中心； １３ サブリフレクタのもとの球面プロファイル； ２０ フィード１の光線カバー範囲がサブリフレクタ２に よる反射をたどる点； ２１ 楕円形プロファイルを伴うサブリフレクタ２の第１の焦点； ２２ 楕円形プロファイルを有するサブリフレクタ２の第２の焦点； ２３ 楕円形サブリフレクタの幾何学的延長。 図８：楕円形ビームの回転および再構成能力または円形ビームのズーム能力を 示すための、例１および例２に関連する光学系の最初のジオメトリ。これは以下 を含む： １ フィード； ２ サブリフレクタ； ３ 放物型メインリフレクタ； ４ サブリフレクタが周りを回転する軸； ５、６ メインリフレクタまたはサブリフレクタがそれに沿って移行する一致す る軸； Ｆ メインリフレクタ３の焦点距離； Ｄ メインリフレクタ３の伝播方向に沿って投影された直径； Ｃ メインリフレクタの頂点からそのリフレクタ自体の下側端縁までの距離； ｄ サブリフレクタの直径。 図９ａ：等方性の値に比してのｄＢｉでのイソレベルを示す、最初の球面リフ レクタを有する図８のアンテナの共偏波放射パターン。各レベルの値は図に示さ れる。 図９ｂ：共偏波図のピークに関するｄＢでのイソレベルを示す、最初の球面リ フレクタを有する図８のアンテナの直交偏波放射パターン。各レベルの値は図に 示される。 図１０ａ：楕円形ビームの回転の例。楕円形に成形されるサブリフレクタを伴 う図８のアンテナの共偏波放射パターン、サブリフレクタの回転角：０°。これ は等方性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は図に示さ れる。 図１０ｂ：楕円形ビームの回転の例。楕円形に成形されるサブリフレクタを有 する図８のアンテナの直交偏波放射パターン。サブリフレクタ回転角：０°。こ れは共偏波図のピークに関するｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は図に 示される。 図１１ａ：楕円形ビームの回転の例。楕円形に成形されたサブリフレクタを有 する図８のアンテナの共偏波放射パターン、サブリフレクタ回転角：４５°。こ れは、等方性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は図に 示される。 図１１ｂ：楕円形ビームの回転の例。楕円形に成形されるサブリフレクタを有 する図８のアンテナの直交偏波放射パターン、サブリフレクタ回転角：４５°。 これは、共偏波図のピークに関するｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は 図に示される。 図１２ａ：楕円形ビームの回転の例。楕円形に成形され るサブリフレクタを有する図８のアンテナの共偏波放射パターン、サブリフレク タの回転角：９０°。これは、等方性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを示 す。各レベルの値は同図に示される。 図１２ｂ：楕円形ビーム回転の例。楕円形に成形されるサブリフレクタを有す る図８のアンテナの直交偏波パターン。サブリフレクタ回転角：９０°。これは 、共偏波パターンのピークに関連するｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値 は同図に示される。 図１３ａ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリ フレクタを有し、５０ｍｍのそのサブリフレクタの移行を伴う、図８のアンテナ の共偏波放射パターン、サブリフレクタ回転角：０°。これは、等方性の値を参 照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に与えられる。 図１３ｂ：楕円形ビーム回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリフ レクタを有し、そのサブリフレクタの５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナの直 交偏波放射パターン。サブリフレクタの回転角：０°。これは、共偏波パターン のピークに関するｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に与えられる 。 図１４ａ：楕円形ビーム回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリフ レクタを有し、そのサブリフレクタの５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ共偏 波放射パター ン、同回転角：４５°。これは、等方性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを 示す。各レベルの値は、同図に示される。 図１４ｂ：楕円形ビーム回転およびズームの例。楕円形サブリフレクタを有す る図８のアンテナの直交偏波放射パターン。サブリフレクタ移行：５０ｍｍ、回 転角：４５°。これは、共偏波パターンのピークに比較されるｄＢでのイソレベ ルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図１５ａ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形の成形されるサブリ フレクタを有する図８のアンテナの共偏波放射パターン。サブリフレクタは５０ ｍｍだけ移行されかつ９０°回転される。これは、等方性の値を参照するｄＢｉ でのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図１５ｂ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリ フレクタを有する図８のアンテナの直交偏波放射パターン。サブリフレクタ移行 は５０ｍｍであり、回転角は９０°である。これは、共偏波パターンのピークに 関するｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図１６ａ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリ フレクタおよび１００ｍｍ移行されるメインリフレクタを有する図８のアンテナ 共偏波放射パターン。サブリフレクタの向きは０°である。これは、等 方性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示され る。 図１６ｂ：楕円ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリフ レクタおよび１００ｍｍ移行されるメインリフレクタを有する図８のアンテナの 直交偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：０°。これは、共偏波ピーク値 に比較してのｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図１７ａ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリ フレクタおよび１００ｍｍ移行されるメインリフレクタを有する図８のアンテナ 共偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：４５°。これは、等方性の値を参 照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図１７ｂ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリ フレクタおよび１００ｍｍ移行されるメインリフレクタを有する図８のアンテナ の直交偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：４５°。これは、共偏波パタ ーンのピークに比較してのｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示 される。 図１８ａ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサプリ フレクタおよび１００ｍｍ移行されるメインリフレクタを有する図８のアンテナ の共偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：９０°。これは、等方 性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される 。 図１８ｂ：楕円形ビームの回転およびズームの例。楕円形に成形されるサブリ フレクタおよび１００ｍｍ移行されるメインリフレクタを有する図８のアンテナ の直交偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：９０°。これは、共偏波パタ ーンのピークに比較してのｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示 される。 図１９ａ：楕円形ビームの回転および再構成性の例。楕円形に成形されるサブ リフレクタ、およびメインリフレクタの−５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ の共偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：０°。これは、等方性の値を参 照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図１９ｂ：楕円形ビームの回転および再構成性の例。楕円形に成形されるサブ リフレクタ、およびメインリフレクタの−５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ の直交偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：０°。これは、共偏波パター ンのピークに比較してのｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示さ れる。 図２０ａ：楕円形ビームの回転および再構成性の例。楕円形に成形されるサブ リフレクタ、およびメインリフレクタの−５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ の共偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：４５°。これは、等方 性の値を参照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される 。 図２０ｂ：楕円形ビームの回転および再構成性の例。楕円形に成形されるサブ リフレクタ、およびメインリフレクタの−５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ の直交偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：４５°。これは、共偏波パタ ーンのピークに比較してのｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示 される。 図２１ａ：楕円形ビームの回転および再構成性の例。楕円形に成形されるサブ リフレクタ、およびメインリフレクタの−５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ の共偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：９０°。これは、等方性の値を 参照するｄＢｉでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図２１ｂ：楕円形ビームの回転および再構成性の例。楕円形に成形されるサブ リフレクタ、およびメインリフレクタの−５０ｍｍ移行を伴う、図８のアンテナ の直交偏波放射パターン。サブリフレクタの向き：９０°。これは、共偏波パタ ーンのピークに比較してのｄＢでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示 される。 図２２ａ：円形ビームのズームの例。軸４に関して回転する対象サブリフレク タを有する図８のアンテナの共偏波放射パターン。サブリフレクタの軸位置：公 称（円形の被拡大ビーム）。これは、等方性の値を参照するｄＢｉでの イソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図２２ｂ：円形ビームのズームの例。軸４に関して回転する対象サブリフレク タを有する図８のアンテナの直交偏波放射パターン。サブリフレクタの軸位置： 公称（円形被拡大ビーム）。これは、共偏波パターンのピークに比較してのｄＢ でのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図２３ａ：円形ビームのズームの例。軸４に関して回転する対象サブリフレク タを有する図８のアンテナの共偏波放射パターン。サブリフレクタの軸位置：＋ ６０ｍｍ（円形拡大ビーム）。これは、等方性の値を参照するｄＢｉにおけるイ ソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図２３ｂ：円形ビームのズームの例。軸４に関して回転する対象サブリフレク タを有する図８のアンテナの直交偏波放射パターン。サブリフレクタの軸位置： ＋６０ｍｍ（円形拡大ビーム）。これは、ピーク共偏波パターンに比較してのｄ Ｂでのイソレベルを示す。各レベルの値は同図に示される。 図２４：円形ビームのズームを行なうための幾何学的パラメータを示す正準グ レゴリー式光学素子。これは以下を含む： １ フィード； ２ 楕円形サブリフレクタ； ３ 放物型メインリフレクタ； ６ ビームを広げるためにメインリフレクタの移行がそれに沿って行なわれる軸 ； ７ フィード１の位相中心； ８ 放物型メインリフレクタ３の焦点； ９ フィード１の対称軸； １０ サブリフレクタ面（楕円形）の回転対称軸； ２１ サブリフレクタの楕円形の第１の焦点； ２２ サブリフレクタの楕円形の第２の焦点； ２４ メインリフレクタ３の伝播軸（またはＺ軸）； Ｆ 放物型リフレクタ３の焦点距離； Ｄ メインリフレクタ３の直径（伝播の方向に沿って投影される）； Ｃ１ リフレクタ３の頂点からそのリフレクタ自体の下側端縁までの距離； Ｃ サブリフレクタ２の２つの焦点間の距離； ｅ 楕円形サブリフレクタ２の離心率； β 軸１０と軸２４との間の角； β_s 軸１０と軸９との間の角。 図２５：円形ビームのズームの例。正準楕円形サブリフレクタを有する図２４ のアンテナの放射パターン。メインリフレクタはその公称位置にあり、サブリフ レクタは公称位置にある。ビームのピークに関するｄＢでのイソレベルを示す共 偏波図。各レベルの値は同図に示される。 図２６：円形ビームのズームの例。正準楕円形サブリフ レクタを有する図２４のアンテナの放射パターン。メインリフレクタは軸６に沿 ってサブリフレクタの方向へ１２８ｍｍ移行される。ビームのピークに関するｄ Ｂでのイソレベルを示す共偏波図。各レベルの値は同図の横側に示される。 図２７：デュアルグリッドリフレクタ系のジオメトリー。これは以下を含む： １ 偏波Ｘに関するフィード（またはフィードのアレイ）； １′ 偏波Ｙに関するフィード（またはフィードのアレイ）； ３ 偏波Ｘに対し感度を有する（または反射性のある）グリッド面； ３′ 偏波Ｙに対し感度を有する中実またはグリッド面。 図２８：２つのサブリフレクタの同時回転を通して楕円形ビームを回転させる ことのできるグレゴリ式デュアルグリッドリフレクタ系のジオメトリー。これは 以下を含む： １ 偏波Ｘのためのフィード； １′ 偏波Ｙのためのフィード； ２ フィード１に関するサブリフレクタ； ２′ フィード１′に関するサブリフレクタ； ３ 偏波Ｘに対し感度を有するグリッド面； ３′ 偏波Ｙに対し感度を有するグリッド（または中実）面； ４ フィード１に関するサブリフレクタの回転軸； ４′ フィード１′に関するサブリフレクタの回転軸。 図２９：従来のグレゴリー式光学系のジオメトリであって、サブリフレクタお よび／またはメインリフレクタの移行の自由度を示す。これは以下のものを含む 。 １ フィード； ２ サブリフレクタ； ３ メインリフレクタ； ５ ビームの再構成のためにそれに沿ってサブリフレクタを移行させる軸Ｂ− Ｂ； ６ （Ｂ−Ｂに沿っての移行の代替例として）ビームの再構成のためにそれに 沿ってメインリフレクタを移行させる軸Ｃ−Ｃ； ７ フィード１の位相中心に対応する幾何学上の点； ８ メインリフレクタの焦点； ９ フィード１の対称軸； １０ サブリフレクタ表面（楕円面）の回転対称軸； ２１ メインリフレクタの焦点と一致するサブリフレクタの第１の焦点； ２２ サブリフレクタの第２の焦点。 ここでこの発明の動作を、上に列挙した図面を参照して説明する。提案される 光学系は、質的には図１において示される。この図はまた、面の動きに関係のあ る軸をも示す。図１を参照して、アンテナの光学素子は次のものを含む。 −適切な一次的放射特性（回転対称パターンおよび低レベルの直交偏波）を備 えるフィード１。このようなフィードはその位相中心を点７で示される。 −回転軸４（軸Ａ−Ａ）に沿って直交する２つの直交対称面（図６参照）を有 する表面を備える、成形されたサブリフレクタ２。この回転軸は、フィード１の 軸９とメインリフレクタ３のオフセット軸（軸Ｂ−Ｂ）との間の角度を二等分す る。 −適切に成形されたプロファイルを備えるメインリフレクタ３。 −サブリフレクタの回転軸４（軸Ａ−Ａ）。サブリフレクタをこの軸のまわり で回転させると、楕円ビーム（図２）の回転を達成することが可能となる。 −サブリフレクタの移行軸５（軸Ｂ−Ｂ）。サブリフレクタをこの軸に沿って 移行させ、この運動をサブリフレクタの回転と組合せると、初期の楕円ビーム（ 図３ａ、３ｂ）を再構成することが可能である。 −メインリフレクタの移行軸６（軸Ｃ−Ｃ）。この軸は、現時点で発明者らに よって好ましいとされているこの発明のバージョンに従う、アンテナビームを再 構成するためのサブリフレクタの代わりに、メインリフレクタをそれに沿ってシ フトさせるための代替的な軸である。このバージョンでは、軸５および６はメイ ンリフレクタのオフセット軸と一致するが、より一般的には、これらは異なって いても よい。３つの独立したモータを備えるバージョンでは、すべての運動は、楕円状 ビームの回転、同じ楕円状ビームのより広いものへのズーム、および／またはア ンテナビームを再構成して、円形ビーム（図３ａ）を達成すべく徐々に短くされ 得る長軸を備えた楕円状ビームにすることを達成するために、用いることができ る。再構成は２つの運動のみを介してでも可能であるが、表面の移行についての 軌跡の限界は異なったものとなり、性能は類似しているが同一ではない。 提案される光学系は、次のように簡略化され得る設計技術を採用している。図 ５は、開始ジオメトリを示す。イルミネータ１の位相中心７は、サブリフレクタ ２を発生する球体１３の中心に関して適切に変位される。 フィード１の配向９は光学系に対して最適な偏波純度特性を保証するようなも のであり、これは軸９が軸方向−Ｚにおいて無限から入来するソース光線のため に球体１３の幾何学的拡張によって（点１６で）反射される光線１４と一致する 場合にもたらされる。 特定的には、したがって、軸Ｚは点１６における球体に対する垂直線１５と、 フィードの軸が垂直線１５と形成する角度に等しい角度を、形成しなければなら ない。球体表面における走査特性は、球体の中心（点７）の外側に位置付けられ たフィードの光線をほぼ点２０においてコリメートするようなものであり、この 点２０はメインパラボリッ クリフレクタ３における焦点８と一致する。 光学的パラメータを適切に選択することにより、わずかに収差のあるシステム を実現することが可能であり、その結果二次的レベルにおいてほぼ円形の対称的 な放射パターンがもたらされる。 球状のサブリフレクタに起因する、光学素子の残りの収差を回復するため、メ インリフレクタ３が、メインリフレクタ出力において完璧に焦点を合わせられ、 対称的である円形ビームを達成すべく適切に成形される。 球状のサブリフレクタ２を、球体１３の中心１１と、フィード１の軸９および 球状のサブリフレクタ２の交点により形成される点１２とを通過する軸４のまわ りで回転させることにより、幾何学上の観点からは何も変化していないため、二 次的放射パターンの不変性がもたらされる。 次のステップは、サブリフレクタの球面を適切に成形して、二次的放射パター ンにおいて必要とされる非対称を発生させることである。同じ光学系を表わす図 ６を参照して、サブリフレクタ２の成形は、反射するサブリフレクタ表面と主面 １７および１８との対称性を維持することにより達成される。 そのような面は互いに垂直であり、サブリフレクタ２の回転軸４に沿って交差 する。上に示した設計上の原理を重視することで、その元々の回転対称軸４に関 してのサブリフレクタ２のいかなる任意の回転についても、アンテナの 二次的放射パターンにおいて等しい回転が起こるということが、確実に良好な近 似値で達成される。 軸５に沿ってのサブリフレクタ２の起こり得る移行、または軸６に沿ってのメ インリフレクタの起こり得る移行（これらは実際にはメインリフレクタのオフセ ット角と一致する）により、ビームの再構成およびズーム機能も確実なものとな り得る。 サブリフレクタの成形は通常、サブリフレクタの対称性を図６における主面１ ７、１８に関して保ち、数値的に行なわれる。しかしながら、数多くの可能性を より強調するには、サブリフレクタにおけるさまざまな可能なプロファイルを図 ７に示したように分析的かつ質的な態様で表わすことが最良である。 特に、図５で既に示した開始球状サブリフレクタにかかわるジオメトリを明ら かにするため、図７ａを再び示す。このような図７ａを参照して、フィード１の 位相中心７は球状サブリフレクタ２が属する球体１３の中心１１に関して変位さ れる。 サブリフレクタ２上での反射に従い、光線は点２０においてコリメートされ、 この点２０は実際にはメインリフレクタの焦点８と一致する。球体１３における 幾何学上の拡張も、同じ図面を明確にするために同じ図面で示される。 図７ｂおよび７ｃは、最初は球状であったサブリフレクタの部分が、２つの異 なる種類の楕円状プロファイルを得 るように分析的に成形されるであろう様を示す。 特に、図７ｂは、最初は球体１３であるサブリフレクタ２が球状サブリフレク タよりも大きい曲率半径で成形される場合を示す。図７ｂを参照して、フィード １における位相中心７を去る光線はここで、（焦点２１および２２を備える）楕 円状サブリフレクタ２上での、元々の点８とは異なる点２０への反射に従って集 められ、その焦点を点８に保つ、メインリフレクタの必要とされる非対称的照明 を達成する。 反対に図７ｃは、最初の球体１３よりも短い曲率半径での楕円状プロファイル を備えるサブリフレクタ２の場合を示す。この場合、フィード１の位相中心７を 離れる光線は、今回はサブリフレクタ自体の表面２により近い点２０において、 サブリフレクタ２上での反射に従い、コリメートされる。 図６を参照して、サブリフレクタの形状は上述のプロファイルのタイプに従い ２つの主面１７および１８に沿って異なっていてもよいので、サブリフレクタの レベルで生成された非対称性は、メインリフレクタによる反射に従う必要とされ る楕円状ビームを発生すべく活用されてもよいことが明らかであるように思われ る。浮上する３つの異なった可能性は、分析的に楕円状および円形のカバー範囲 のための成形における主要なタイプを包含している。 ここでサブリフレクタの分析的に成形することおよびメ インリフレクタを（簡単にするため）成形しないことによって得られる実際的な 例として、各動きに従って得られる再構成の典型的な性能および機能を示す。 光学素子の幾何学上のパラメータは良好な最適化の手順を行なわれておらず、 かつ表面プロファイルが最大限にまで利用されていないため、示されている性能 は実質的に改良され得るものである。図８における最初のパラメータを備える２ つの例が提案される。第１の例は楕円状ビームにおける回転、ズームおよび再構 成能力を示すことを目的とする。第２の場合はそうではなく円形ビームのズーム 能力を示すことが目的である。 例Ｎｏ．１：楕円状ビームにおける回転、ズームおよび再構成性。 この例は１２．７５ＧＨｚの周波数において提案される。 図８は、光学系の初期のジオメトリを示す。これは図１および６で既に示され ているものと同じタイプであり、同じ素子を含む。 図８を参照して、次のアイテムを確認することができる。フィード１、サブリ フレクタ２、メインリフレクタ３、サブリフレクタ回転軸４およびメインまたは サブリフレクタ移行軸５（ここでは一致しているものと仮定される）である。 同じ図面が、光学素子およびサブリフレクタを規定する球体の等式を規定する 数値を表わす。メインリフレクタは 放物線状であって、図８に示す幾何学的データを備える。 二次的レベルにおいて得られた共偏波成分の放射パターンは、等方性の値に関 連してｄＢｉでイソレベルの観点から図９ａに示す。 直交偏波成分における対応のパターンはそうではなく図９ｂに、共偏波のピー ク値に正規化されたｄＢにおけるイソレベルにより示す（レベルの値は、図の横 に示す）。 特に注目すべきなのは、疑似円形の対称性を備える共偏波ビーム（メインリフ レクタは簡単にするため成形されていない）および初期の光学系に対応する直交 偏波の低い値（共偏波のピークと比較して＜−３７ｄＢ）である。 （１ａ）楕円状ビーム回転機能。 図８を参照して、サブリフレクタの表面はここで次のパラメータを通じて分析 的に成形される。すなわち、Ａ＝５７０ｍｍ、Ｂ＝６４０ｍｍ、Ｃ＝５７０ｍｍ である。それぞれ０°、４５°、および９０°で軸４のまわりで回転されるサブ リフレクタの３つのポジションについて得られる放射パターンが、図１０、１１ および１２に示される。既に図９に示されている、等方性と比較されるイソレベ ルを通じてのデシベルにおける同じ表現も、共偏波についてこれらの図面（図１ ０ａ、１１ａ、１２ａ）に採用されている。それらの直交偏波の値は、既に図９ で採用されている相対的なデシベルにおける同じ表現で、図１０ｂ、１１ｂ、お よび１２ｂにおいても示される。 これらの図は、サブリフレクタおよびメインリフレクタの表面に対する分析的 な成形が頼りにされているにもかかわらず、共偏波楕円状ビームの回転に対する 実質的な不変性を示すものである。さらに、直交偏波レベルは（最初の数値と並 ぶ）極めて低い値に保たれる。これらの特性により、衛星に搭載されるアンテナ を、１つまたはそれ以上の同時に活性であるビームを備える動作的環境内で偏波 を再利用して用いることが可能となる。 （１ｂ）楕円状ビーム回転およびズーム機能 公称の寸法が１．６°×３．０°（既に図１０、１１および１２で示されてい る）の楕円状ビームのズーミングの例を、ここで軸５に沿っての図８におけるメ インリフレクタ３またはサブリフレクタ２の移行とともに示す。楕円状ビームは 拡張されて公称１．９°×４．３°のカバー範囲を達成する。 図１３、１４、および１５は、サブリフレクタの回転を、メインリフレクタ３ に向かっての（図８における）軸５に沿っての５０ｍｍの距離にわたるその移行 と結合することにより得られる楕円状ビームのズーム効果を示す。 図１３、１４および１５は、それぞれ図１０、１１および１２で既に分析され たサブリフレクタの３つの回転のための共偏波および直交偏波成分の放射パター ンを示す。 特定的には、図１３ａ、１４ａおよび１５ａはこれまでに既に他の示されてい る共偏波パターンのために用いられ てきた等方性レベルに関してのデシベルによる同じ表現で、共偏波の放射パター ンを示す。 図８の軸４に関してのサブリフレクタの配向は、元々の旋回可能な楕円状ビー ムについて既に示されているものと同じくそれぞれ０°、４５°および９０°で ある。 図１３ｂ、１４ｂおよび１５ｂは、図１３ａ、１４ａ、１５ａのための対応す る直交偏波の値を示す。表現は、既に他の示されている直交偏波パターンについ てなされた共偏波のピークに関してのデシベルによるものである。 これらの放射パターンから、楕円状ビームのズーム機能は極度に制御された直 交偏波値において元々のビームの初期直交偏波と並んで楕円状ビームにおける良 好な回転の不変性を伴って実現されていることが明らかであると思われる。 楕円状ビームの同じ拡張効果を、サブリフレクタ２の代わりに軸５に沿って図 ８のメインリフレクタを移行させることによって得ることができる。図８の軸５ に沿って１００ｍｍだけメインリフレクタ３を移行させることにより得られる結 果は、同じ３つの配向（０°、４５°、９０°）についてそれぞれ図１６、１７ および１８に示される。特定的には、１６ａおよび１６ｂは、ｄＢｉにおける共 偏波放射パターン（等方性に関しての絶対値）、およびサブリフレクタにおける 配向０°についての（共偏波のピークに関連のｄＢにおけるレベルでの）直交偏 波を示す。同じ表 現がしたがって図１７ａおよび１７ｂでは４５°の回転について、図１８ａおよ び１８ｂではサブリフレクタの９０°のポジションについて提供される。 この場合も、楕円状ビームの拡張効果がどのように起こるかが、サブリフレク タのいかなる配向についても、極度に低い直交偏波値で見られる。 （１ｃ）楕円状ビーム回転および再構成機能 楕円の輪郭線の、円形の輪郭への連続的な変化は、サブリフレクタまたはメイ ンリフレクタの移行と回転を結合することにより図８の同じ光学系から得られる であろう。しかしながらこれは、既に点（１ｂ）で示された楕円状ビームの拡張 に用いられたものとは反対方向におけるものである。 そのような再構成性の実際的な例が図１９、２０および２１に示されており、 これらはサブリフレクタの３つの配向について、以前たどったのとは反対の方向 に５０ｍｍだけ軸５に沿って図８のメインリフレクタ３を移行させることによっ て得られる二次的レベルにおける放射パターンを示すものである。特定的には、 図１９ａは図８の軸４のまわりでのサブリフレクタの配向０°についての共偏波 パターンの等方性の値に関するｄＢｉにおけるイソレベルを示す。図１９ｂは共 偏波のピークに関連のｄＢレベルで直交偏波の対応する放射パターンを示す。 同様なパターンが４５°のサブリフレクタの配向につい て図２０ａおよび２０ｂに示される。９０°のサブリフレクタの配向に関する場 合が、最後に図２１ａおよび２１ｂで示され、ここではそれぞれ共偏波および直 交偏波放射パターンが示される。これらの図は、どのような楕円状ビームの配向 についても、公称の楕円状ビームを連続的に、初期値よりも小さい短軸と長軸と の比率を備える楕円状ビームに再構成するための動きの能力をはっきりと示すも のである。特定的には、極端な例としては、図１９ａ、２０ａおよび２１ａで円 として示される円形ビームを得ることが可能である。 例Ｎｏ．２：円形ビームのズーム 図８におけるサブリフレクタ２のプロファイルはここではサブまたはメインリ フレクタの軸５に沿っての移行を介して円形ビームを拡張（ズーム）することの 可能性を示すべく分析的に変形される。この例については、サブリフレクタのパ ラメータは次のとおりである。すなわち、Ａ＝Ｂ＝６４０ｍｍ、Ｃ＝５７０ｍｍ である。対応する初期の放射パターンは、図２２ａ（共偏波）および２２ｂ（直 交偏波）で示されている。 得られた共偏波ビームは、ほぼ円形であって、約２°の−３ｄＢにおけるビー ム幅をそなえる。より特定的には、図２２ａは絶対値が等方性に関連する状態で ｄＢｉにおいて共偏波パターンを示し、一方で図２２ｂはｄＢにおけるレベルが 共偏波に関連した直交偏波パターンを示す。メイ ンリフレクタ３の方向における、図８の軸５に沿っての６０ｍｍのサブリフレク タの移行の効果は、図２３に示される。見てとれるように、図２３ａに示される 共偏波放射パターンは、−３ｄＢの３．２°におけるビーム幅に到達するため拡 張されている。 わずかに楕円状である輪郭線は、図８のメインリフレクタ３の焦点を適切に最 適化するか、同じリフレクタの表面を数値的に成形するかによって改善され得る 。 図２３ａでは、等方性に関してｄＢｉでイソレベル曲線の値が示され、一方図 ２３ｂは共偏波のピークに関連するイソレベル値をｄＢで示す。軸５に沿ってサ ブリフレクタ２に向い図８のメインリフレクタ３を移行させることにより同様な 拡張効果（またはズーム）を得ることが可能である。 このズーム機能は、共偏波および直交偏波双方の成分にとって非常に満足のい くものである放射特性を維持するので、システムは周波数の再利用を伴いかつ１ つ以上のビームが同時に動作する衛星に搭載されたアンテナとして用いられ得る 。 この例に示した性能は、上で言及した運動により提供される可能性の例示とし て理解されるべきものであり、詳細な設計において得ることのできる効果的な性 能としてとられるべきではない。 円形ビームにおけるズームまたは拡張機能は、正準グレ ゴリー式光学素子とさえも優秀な性能を伴って両立可能なものである。そのジオ メトリは既に図４で示されており、図２４に基づいても示される。 説明を意図して、ファクタ１．６：１による円形ビームの拡張機能は、図２４ の軸６に沿ってのメインリフレクタの移行を介して示される。これはこの例自体 において考慮される正準光学素子の幾何学上のパラメータを提供するものである 。公称の照射パターンは図２５ａに示される。これらの図はアンテナピークに関 連のイソレベルをｄＢで示す。−３ｄＢにおけるビーム幅は２°である。 図２６は図２４の軸６に沿ってサブリフレクタに向い１２８ｍｍだけリフレク タを移行させることにより得られた−３ｄＢにおける３．２°に拡張されたビー ムを示す。特筆すべきなのは、ビームの円形の対称性およびサイドローブの非常 に低い値を維持することができるということである。 双方の場合における直交偏波レベル（簡単にするためここでは示していない） は、有用なカバー範囲領域内において極めて低いレベルに保たれる（共偏波の局 所的な値に関して−３４ｄＢ）ので、このシステムは周波数が再利用される衛星 に搭載されたアンテナとして用いられてもよい。 ズーム機能はサブリフレクタおよびメインリフレクタの移行と両立するもので あるが、実際に好ましいとされるのは後者であるということに注意されたい。な ぜなら、その 方が拡張された円形ビームの電気的性能をよりよく最適化するように思われるか らである。 楕円状ビームの回転機能はまた、他の光学素子にも延長されてよい。特定的に は、サブリフレクタの回転による、楕円状ビームの回転のグリッドを与えられた 光学素子（図２７セクション４に記載）への延長が可能であり、それにより図２ ８に示されるような２つのサブリフレクタの導入が示唆される。この図を参照し て、以下のアイテムが認識され得る。 （ａ） 偏波Ｘに関連のフィード１； （ｂ） 偏波Ｙに関連のフィード１′； （ｃ） フィード１に関連のサブリフレクタ２； （ｄ） フィード１′に関連のサブリフレクタ２′； （ｅ） 偏波Ｘに対する感度を有するグリッドを与えられたメインフロントリ フレクタ３； （ｆ） 偏波Ｙに関連のグリッドを与えられた（または中実である）メインリ アリフレクタ３′； （ｇ） フィード１に関連のサブリフレクタ２における回転軸４。この軸のま わりでサブリフレクタ２を回転させることにより、軸Ｘに沿って偏波を伴う楕円 状ビームの回転を得ることが可能である。 （ｈ） フィード１′に関連のサブリフレクタ２′における回転軸４′。この 軸のまわりでサブリフレクタ２′を回転させることにより、軸Ｙに沿って偏波を 伴なう楕円状 ビームの回転を得ることが可能である。 各偏波についての幾何学的システムの実現のための判断基準は、既に述べたも のと同じであるということが注目されるべきである。サブリフレクタを回転させ るというアイデアは、いかなるタイプのダブルグリッドのリフレクタにも可能で ある。この光学系に固有の利点は主に２つある。 （１） 中実のリフレクタのグレゴリー式アンテナで得ることのできるものよ りもはるかに大きい偏波純度値を備える旋回可能な楕円状カバー範囲を得ること が可能である。このような値はグリッドを与えられたリフレクタに典型的なもの である。 （２） 二重線形偏波システムにおいて任意の配向へ２つの独立的な楕円状の カバー範囲（１つはＸ偏波のためのもの、もう１つはＹ偏波のためのもの）を得 ることが可能である。 円形または楕円状ビームのズームは、他のタイプの光学素子に適用してもよい 。特定的には、メインまたはサブリフレクタの移行による、円形のものから円形 のものへの、および楕円状のものから楕円状のものへのビーム拡張への延長は、 既に見てきたように、標準的な表面を備えた従来のグレゴリー式光学素子（図４ および図２４で図示）に適用可能である。 特定的には、円形ビーム光学素子は楕円状サブリフレクタと放物線状メインリ フレクタとを含んでいてもよい。図 ２４を参照して、軸６に沿ってのサブリフレクタまたはメインリフレクタの移行 により、上述のような円形ビームのズーム機能を優れた共偏波および直交偏波の 性能で得ることができる。 メインリフレクタのプロファイルを分析的に変えることにより（二焦点パラボ リックリフレクタ）、または等価的に数字を用いる方法により、図２４に示した のと同じアンテナから楕円状ビームを得ることが可能である。 図２４の軸６に沿ってサブリフレクタ２および／またはメインリフレクタ３を 移行させることにより、楕円状ビームのズームおよび／または再構成を達成する ことが可能である。 この発明の主な特徴は以下のとおりである。 −楕円状ビーム回転の概念。特定的には、グレゴリー系のアンテナのサブリフ レクタを単純に回転させることを通じて、電界の配向およびビームの形状を回転 中不変のままに保ちながら放射パターンの回転を得ることが可能である。 −ここに説明される光学系が構築される方法論と、楕円状カバー範囲パターン の回転がサブリフレクタの表面を回転させることにより得られる表面の成形。こ の回転は現時点では既知のグレゴリー式アンテナシステムとは両立しない。 −ここに記載される光学系と、よく確定された軸に沿ってサブリフレクタまた はメインリフレクタを移行させるこ とを通じてのビームの拡張（ズーム）および／または再構成性機能との両立性。 −回転および移行の自由度の一意的な組合せ。これにより、楕円状ビームの配 向がどのようなものであろうとも、楕円状ビームを回転させること、ズームする こと、および楕円状のビームから円形のビームに再構成することが可能となる。 −サブリフレクタまたはメインリフレクタの個別のまたは組合せられた移行で あって、これによりビームが回転しない場合でも、円形ビームをかなりのファク タ（≧２：１）で拡張された別の円形ビームにズームさせること、または楕円状 ビームを別の拡張された楕円状ビームにズームさせることが可能となる。また、 楕円状ビームを（楕円状ビームの短軸に近い直径を備える）円形ビームに再構成 すること、または最初に得られていたものに対して９０°に配向された楕円状ビ ームに再構成することが可能となる。 −従来的なグレゴリー型の光学素子でさえも、ビームの回転がなくてもズーム を得ることが可能であるということ。 −独立的に回転させることのできる２つの旋回可能なサブリフレクタを通じて グリッドを与えられた光学素子で楕円状ビームの回転を得ることが可能であると いうこと。 この発明の主要な特徴は、上述の機能とグレゴリー系のアンテナなどのダブル オフセットリフレクタ型のアンテナに典型的な放射電気性能との両立性である。 これらの性能 は効率の高いビームと極めて低い直交偏波およびサイドローブレベルとに要約す ることができる。 これらの特性により、このシステムが１つまたはそれ以上の同時に活性である ビームを伴う動作的環境内において偏波の再利用を伴って衛星に搭載されたアン テナとして用いられ得ることが保証される。ここに記載したアンテナ構成と両立 可能であり、かつツイン型直交軸モータを備えるアンテナ全体の回転など既に知 られている方法を通じて、またはいかなる選択された点のまわりにおいてもメイ ンリフレクタのみを独立的に回転させることを通じて実現され得るビーム走査機 能は、特許請求の対象とはならない。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 テーションあるいは地上をベースとしたレーダシステム のための再構成可能なアンテナの応用分野に属するもの として分類されてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．図１に示される、グレゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波アンテナで あって、前記アンテナは、不可欠な部分として、フィード（１）と、適切な軸（ ４）に関して２つの対称的な面を有する成形された表面を備えるサブリフレクタ （２）と、メインリフレクタ（３）とを含み、サブリフレクタ（２）を軸（４） のまわりで回転させることにより、電界の配向（偏波）を不変のままに保つ一方 でビーム自体の形状をも不変のままに保つことで前記アンテナの楕円状ビームを 回転させることが可能であり、それらすべてがもたらす直交偏波値は極めて低い ということを特徴とする、グレゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波アンテ ナ。 ２．前記アンテナはクレーム１に記載のビームの回転にさらに加えて、軸（６） に沿ってのメインリフレクタ（３）の移行および／または軸（５）に沿ってのサ ブリフレクタ（２）の移行など他の自由度をも提供し、それによりアンテナビー ムにおける高度な再構成性が得られることを特徴とし、特により広い楕円状ビー ムを得ること、あるいは楕円状ビームの長軸および短軸の比率を、そのような軸 におけるどのような要求される配向ででも変えること、または円形ビームを得る ことさえも可能であることを特徴とする、請求項１に記載の図１に示されるグレ ゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波アンテナ。 ３．軸（５）に沿ってのサブリフレクタ（２）の移行および／または軸（６）に 沿ってのメインリフレクタ（３）の移行により、適切に成形されたサブリフレク タを活用することで円形ビームを拡張することが可能となることを特徴とする、 請求項２に記載の図１に示されたグレゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波 アンテナ。 ４．メインリフレクタ（３）は図１でのように単一であってもよいし、図２８で のように偏波選択性である２つのメインリフレクタ（３および３′）として二重 にされていてもよく、後者の場合ではサブリフレクタ（２）は２つの別個のサブ リフレクタ（２および２′）に二重化され、前記２つのサブリフレクタの各々は それ自体のフィード（１および１′）と結合され、この構成により楕円状ビーム のいかなる配向についてもグリッドを与えられたリフレクタに典型的なサービス のカバー範囲における偏波の純度レベルが提供されることを特徴とする、クレー ム１に記載の図１に示したグレゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波アンテ ナ。 ５．図２９に示した古典的なグレゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波アン テナであって、前記アンテナは不可欠な部分として、フィード（１）と、成形さ れたまたは楕円状の表面を備えるサブリフレクタ（２）と、メインリフレクタ（ ３）とを含み、前記アンテナは軸（５）に沿ってのサブリフレクタ（２）の移行 および／または軸（６）に 沿ってのメインリフレクタ（３）の移行を通じて円形または楕円状ビームの拡張 をもたらし、かつ楕円状ビームの円形ビームへの再構成をももたらすことを特徴 とする、古典的なグレゴリー式でダブルリフレクタのマイクロ波アンテナ。