JPS605619Y2 - オフセツト型開口面アンテナ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は反射鏡に非２次曲面を用いたオフセット型開口
面アンテナに関するものである。

従来、軸対称な開口面分布をもつオフセット型開口面ア
ンテナの一例として図１に示すようなものがある。

このアンテナは図のＡ１−Ａ、２回転軸としＦ２を焦点
とする放物面鏡１、Ａ２−Ａ２ａを回転軸としＦｌ及び
Ｆ２を焦点とする双曲面鏡２、およびＦｌを頂点としＡ
Ｇ Ａ３＆を回転軸とする円錐ホーンの一次放射器３
で構成されている。

この場合、上記双曲面反射鏡２の離心率をｅとし、上記
の各３軸の傾きを図の如くαおよびβとして、これらの
量の間に なる関係を保つようにすれば開口面分布は軸対称となる
。

この開口面分布の軸対称性はオフセット型アンテナ特有
であった交さ偏波特性の劣化を救済するだけでなく、利
得を向上させたりサイドロープレベルを逓減させたりす
ることが知られている。

しかしながら上記の例からもわかるように二次曲面の反
射鏡でオフセット型複反射鏡を構成した場合、開口面分
布を軸対称にしようとすれば前記反射鏡軸および一次放
射器は上記（１）式を満たすように互いに傾けて設置し
なければならず、したがって各素子間の設定を複雑かつ
困難にするのみならず、アンテナの空間に占める容積が
大きくなるという欠点をもっている。

本考案は開口面分布が軸対称であることを保持しつつ、
上記の欠点を除去するためなされたオフセット型開口面
アンテナを提供するものである。

以下図面を用いて詳細に本考案の説明を行なつ。

図２は本考案の原理を説明するためのアンテナ概略構成
図であって、副反射鏡面２上の点Ｐ１は０１を頂点とす
る球座標（ｒｔ θ、φ）で表わしている。

また、主反射鏡１上の点Ｐ２は前記球座標（ｙ、ρ、φ
）で表わす。

ここで両座標系においてＸ軸およびＺ軸はおのおの平行
であるものとする。

このように座標系を定めて円錐ホーンの一次放射器３の
軸Ａ１−Ａ１ａがＺ軸に一致し、かつ主反射鏡で反射し
て放射される光線と平行になるよう・４、にした場合の
反射鏡面の形を以下のようにして求める。

まず、主反射鏡面１の点Ｐ２で反射法則が戊り立つとし
て次式が得られる。

３ｚ＝ −ａ Ｓｉｎ −ｒ ＳｉｎθＣＯ３（２）
；ｆ）ｐ Ｓ＋ｒ Ｃ
Ｏ３θ −２ａ７． ｒ Ｓｉｎ ０３ｉｎ（φ−缶３
００呻 （３）Ｅ）４ｔ ｓ＋ｒ ｃｏｓ
θ−２同様に副反射鏡面２の点Ｐ１では次式が得られる
。

次に原点０□から出た電波がアンテナ開口面で等位相と
なること、すなわち０１から開口面上すべての点までの
電波通路長を一定にするための条件は次式の如くなる。

ｓ＋ｒ−２＝に一Φ（θ）／ｋ （６１なお
ここで一次放射器３は軸対称な放射特性をもつものとし
、また−次放射器３から出る電波は一般に０１を位相中
心とする真の球面波とはやや異なることを考慮してこの
位相ずれをΦ（θ）とした。

またＫはＫ ＝ｒｏ Ｚｏ ＋Ｊ （ｚｏ ＋ ｒｏ
：）２＋ａ２（ｒ、、 ｚｏは初期値）によって決まる
定数、ＳはＰｌからＰ２までの長さ、ｋは伝播定数を表
わすものとする。

以下説明を簡単にするために（６）式においてΦ（θ）
＝０とした場合を説明する。

−次放射器３が軸体称な放射特性をもち、かつアンテナ
開口面上でも軸対称とするためには１（θ。

φ）および（ρ。

φ）の各変数の間に すなわち−み−はｐとθのみの関数であること、δθ および φ＝ ψ （８−Ｉ）または φ＋ｆ （８−ＩＩ）なる関係が満
たされなければならない。

（７）式および（８）式を用いて（２）〜（５）式を書
き換えると次に示すようなθ、ψを独立変数とする一階
連立偏微分方程式が得られる。

各式において復号は上が（８−Ｉ）式、下が（８−ＩＩ
）式をそれぞれ用いたものである。

ここで上の符号を取ったときの微分方程式を満足する解
を鏡面系Ｉと呼び、下の符号を取ったときのそれを鏡面
系■と呼ぶことにする。

さて実現可能な曲面を得るために、この連立−階の偏微
分方程式に積分可能条件を適用すると（７）式は でなければならないことがわかる。

積分できて これは容易に が得られる。

ＸＬは任意定数である。（１の式を用いて、偏微分方程
式系Ｉおよび■（すなわち鏡面系Ｉおよび■）を数値的
に解けば求める曲面、すなわち−次放射器および副反射
鏡をアンテナの主ビームに対して平行に配置したままで
開口面分布が軸対称となるようにしたオフセット型開口
面アンテナを得ることができる。

図３における１および２はこのようにして求めた主、副
反射姦の曲面の一部を一次放射器３の位置を含めて示し
たもので、初期値ｒ（０，±７）＝３０９ ２ （０９
士了）＝５のもとに定数をｘＬ＝４６０およびａ＝５０
として鏡面系■を解いた曲線を示す。

また図４の１および２は同じ鏡面系Ｉを初期値ｒ（０，
□□□＝３０９ ２ （ｏｔ９＝５として解いた曲線で
ある。

次に図５は鏡面系■を解いた曲線で、初期値ｒ （０９
”’） ＝３０．ｚ （ｏ壬子）２ ＝５のもとに定数ＸＬ＝４６０およびａ＝５０として求
めた曲線を示したものである。

以上は一次放射器３の位相特性が理想的な場合、すなわ
ちΦ（θ）＝０の場合について述べたが、実際には多く
の場合Φ（θ）ＮＯである。

しかしその場合でも（６）式に基づいて容易に反射鏡面
を求めることができることは自明である。

また以上は円錐ホーンの頂点から球面波が出るものとし
たが、実際は位相中心から電波が出るので実際のθは円
錐ホーンの一次放射器３の位相中心と副反射鏡２上の任
意の点Ｐ工とを結ぶ線４と一次放射器３の軸とのなす角
になる。

このアンテナは優れた電気的性能を持ち、小型にできる
ことから地上−地上中継用あるいは衛星搭載用のアンテ
ナとして適したものである。

以上説明したように、本考案によるオフセット型開口面
アンテナは、軸対称な開口面密度分布を得るのに、主反
射鏡と副反射鏡に非２次曲面を用いることにより、各反
射鏡に２次曲面を用いた従来のこの種アンテナのように
、反射鏡軸および一次放射器軸を傾けて設置する必要が
なく、また反射鏡を回転する必要もないので、各素子相
互間の設定は容易になり、同様にアンテナ自体を小型に
することができる。

【図面の簡単な説明】

図１は従来の反射鏡面を２次曲面で構成した回転対称な
開口面分布をもつオフセット型アンテナの一例を示す図
、図２は本考案のアンテナを説明するための図、図３９
図４９図５は本考案の実施例を示す図である。 １・・・・・・主反射鏡、２・・・・・・副反射鏡、３
・・・・・・−次放射器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 主反射鏡、副反射鏡、および円錐ホーンの一次放射器を
   備えたオフセット型開口面アンテナにおいて、前記円錐
   ホーンの位相中心と前記副反射鏡上の任意の点とを結ぶ
   線の方向に出た電波が前記の両反射鏡で反射されたアン
   テナ開口面上でその中心から距離ρの点に至るとき、前
   記方向と前記円錐ホーンの軸とのなす角θと前記距離ρ
   の間にの関係を実質的に満足するように前記両反射鏡の
   各鏡面を構成し、該アンテナから出て開口面に直交する
   光線が前記円錐ホーンの軸とはＳ゛平行なるように非２
   次曲面を用いた前記両反射鏡および前記−次放射器を配
   置したことを特徴とするオフセット型開口面アンテナ。