JPS6372202A - 固定された主反射器及びフィ−ダを有する人工衛星上に支持された特に超高周波において用いるための大型走査アンテナ、及びそのようなアンテナを装備した衛星構造 - Google Patents

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】 技術分野 本発明は、人工衛星に装備するに適した単純、かつコン
パクトな構造を有する走査型アンテナに関するものであ
る。

本発明のアンテナは超高周波において好ましく作動する
が、その周波数帯域は超高周波に限られるものではない
。このアンテナはまた、折畳み可能な構造を有し、幾つ
かの独立した走査ビームの送信または受信に適するよう
になっている。

現在までのところ、超高周波走査型アンテナは基本的に
は静止衛星を捕捉するため、地上局に設置すべ（設計さ
れたものであった。

しかしながら、近年宇宙空間内での電波の輻輳又は混線
が生じてきたため、走査型アンテナの設計者は高い静止
衛星軌道において、トラッキングビームの帯域幅を縮小
させるようなってきた。

発明の背景 これら周知の走査型アンテナにおける構造例は、次の日
本文献において見出すことができる。

すなわち、１９８４年刊のＡＩＡＡ誌（８４−０６７２
）において、ワタナベ等は添付の第５図に示すような補
償給電型アンテナを記述している。

このアンテナは図示のとおり、固定フィーダ（８０）を
有するとともに、２個の第１回転放物面反射器（８１）
、（８２）及び平面反射器（８３）からなるやや複雑な
可動反射器セットを有するものである。可動反射器セッ
トは潜望鏡型フィーダシステム（導波ビーム型（ＢＷＧ
）フィーダ）を形成している。これにより形成されるビ
ームは同じ（可動型の２個の反射器、すなわち補助反射
器（８４）及び二次反射器（８５）の列に供給され、最
後に、固定された主球面反射器（８６）に到達する。中
間反射器のすべては可動型であり、幾つかの軸のまわり
に回動しなければならないため、それらの支持機構は衛
星設置アンテナに適応できるという空間的制約と両立し
なければならない。

さらに、アカガワ等はＡＩＡＡ誌（７６−３０３）にお
いて第６図に示すようなペリスコープフィードアンテナ
（ｉ望鏡型給電アンテナ）を開示している。このアンテ
ナもまた、静止衛星との通信を意図したものである。こ
のアンテナは固定フィーダ（９０）により３個の二次反
射器（９２）、（９３）、（９４）からのビーム反射を
介して微動調整可能な主反射器（９１）に給電するもの
である。これらの二次反射器のうち、２個は可動型であ
り、さらにその２個のうちの１個は反射ビームが静止衛
星を捕捉するため、その軌道に直交する方向に移動でき
るものであり、他方の可動反射器はその軌道方向におい
て静止衛星を捕捉すべく移動できるようになっている。

このシステムもやはり幾つかの可動型反射器を用いて構
成されたものであるが′、宇宙空間での使用、すなわち
人工衛星への装備に適したものではない。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、上述した現有システムの
問題を克服したアンテナを提供することである。

本発明の１つの目的は、人工衛星に装備するに適した強
度と、構造の単純性及び信頼性に関する要求を満たすこ
とができるコンパクト、かつ単純な構造の走査型アンテ
ナを提供することである。

本発明の別の目的は、衛星の発射時においては容易に折
畳み可能であり、軌道運行中においては動作可能な形態
に展開可能としたアンテナを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、そのコンパクト性もしくは
構造単純性を損なうことなく、何本かの独立した走査ビ
ームを発射することができるアンテナを提供することで
ある。

本発明の総括的な目的は、超高周波、特にＳバンド及び
Ｋａバンドにおいて動作するアンテナを提供することで
ある。

発明の構成 これらの目的及びその他の目的は、衛星に装備するアン
テナを超高周波域において作動させることに関するもの
であり、ベリスコープフィーダ（または導波ビームフィ
ーダ）及び主固定反射器を含むものである。すなわち、
アンテナはフィーダ及び主反射器間において光学的に挿
入された第１及び第２の二次整列型放物面鏡から形成さ
れた少くとも１個の導波器を有する。前記導波器は前記
二次反射器（放物面鏡）の少くとも１つを他のものに関
し導波器の軸線に沿って移動させ、さらに前記フィーダ
の軸周に回転させることにより長さが変わるようになっ
ている。

かくして、アンテナが送信のために用いられる場合、フ
ィーダから出たビームは導波器の長さ及び角度位置に応
じた角度において主反射器に衝突する。

さらに、形成されたビームの走査は導波器の回転角及び
／または長さを連続的に変化させることにより達せられ
る。

好ましい実施例において、導波器の２個の二次反射器は
各々２素子からなる伸縮アームの一端において実質的に
取り付けられる。このアームは分節構造であって、第１
の反射器のレベルにおいてフィーダ軸のまわりに回転す
ることにより、実質的にセットされるものであり、この
ようなアームのＭ線的な伸縮を行うための装具を有して
いる。

本発明の他の特徴及び利点は、以下、図面を参照して行
う本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

実施例の説明 第１図に示した本発明の概略図は、送信モードにおける
完全な光路を図解している。

固定フィーダ（１０）は導波器（Ｇ）の第１放物面鏡（
１２）に向かい軸（１１）に沿ってビームを発射するよ
うになっている。この結果、放物面鏡からは導波器に向
かって平行ビームが反射される。第２の反射器（１３）
は軸（１４）上において第１の反射器（１２）と整列し
、これによって導波器は輻射損失を最少とするものであ
る。

反射器（１３）は凸面鏡または凹面鏡であり、固定フィ
ーダ（１０〉からのビームを最終的に主固定反射器（１
５）に向かって反射し、これによってアンテナの出力ビ
ーム（１６）を形成するものである。

導波器（Ｇ）の２つの属性は本発明の基本的特徴をなす
ものであり、これは第１図に表わされている。

まず、フィーダ（１０）及び主反射器（１５）は固定さ
れているが、出力ビーム（１６）の配向の変調及び走査
は第２の放物面鏡（１３）を動かすことにより図を描い
た面内において形成される。反射器（１３）のこの動き
は、矢印（１７）で略示するように、導波器（Ｇ）の２
個の反射器（１２）、（１３）の整列軸（１４）に沿っ
て択一的に行われる。したがって、反射器（１３）はそ
の中心位置に関し図の左側位置（１８）または右側位置
（１９）のいずれかに向かって移動することができる。

換言すれば、ビーム（１６）の配向の変調を行うための
第１の手段は、この場合反射器（１３）を導波器（Ｇ）
の軸（１４）に沿って移動させることにより導波器（Ｇ
）の長さを変えることである。

反射器（１３）の位置がどのようなものであっても、そ
れはフィー゛ダの像を主反射器（１５）の焦点面（２０
）に反射するものである。二次反射器（１３）が実線で
示すような中心位置にある場合、損失は最少となる。

出力ビーム（１６）の配向を変調することに関する本発
明の第２の基本的特徴は、導波器（Ｇ）をフィーダ（１
０）の軸（１１）のまわりに回転させることである。

この回転は２個の反射器（１２）、（１３）の配向関係
が互いに如何なる相対変化をも生ずることがないように
行わなければならない。換言すれば、２個の反射器（１
２）、（１３）の整列軸が軸（１１）のまわりに回転駆
動されるわけである。図示の実施例においては、ビーム
源（１０）が球面波を放射するため、導波器の回転は導
波器内を進行するビームの変形を生じないものである。

他方、導波器（Ｇ）の二次反射器（１３）により反射さ
れ、主反射器（１５）上に入射するビームは、導波器（
Ｇ）の軸（１１）に関する回転角との関係において変調
される。この結果、出力ビーム（１６）の配向が変調さ
れる。

上述した２個の可変パラメータ、すなわち導波器（Ｇ）
の軸（１４）上における二次反射器（１３）の反射器（
１２）に対する移動、及び導波器（Ｇ）全体の固定フィ
ーダ（１０）の軸（１１）に関する回転の結合からなる
変調構造は、大きい走査範囲における出力ビーム（１６
）の配向調整を可能とするものである。

上述の構成は、フィーダ（１０）及び主反射器（１５）
を固定したアンテナにより達せられる。これはフィーダ
が固定型であるため、高周波動作における顕著な損失を
生ずるような回転シールを使用する必要がなく、したが
って、送信−受信モジュールの一部を可動型とする以外
はアンテナの全構造をきわめて単純化するものである。

アンテナの最重量及び最大寸法要素、すなわち主反射器
（１５）が固定されていることは、それを移動するため
の大電力及び大きい移動空間を要しないという経済的利
点を与えるものである。

さらに、その伸縮構造及び回転構造に関する導波器のコ
ンパクト性は出力ビーム（１６）の走査を可能にし、し
かも、機構全体のコンパクト性に寄与するとともに、ア
ンテナの折畳み動作を単純、かつ安全にするものであり
、これについては後述することとする。

主反射器の固定に基づく別の利点は、それを幾つかの異
なったフィーダから入来するビームの反射に用いる得る
ということである。実際上、主反射器（１５）の位置は
固定しているため、反射器（１５）上に入射する各ビー
ムは他のビームに影響を与えることなく、個々に変調さ
れる。

本発明のアンテナの前述した２つの基本的特徴は、第２
図に示した実施例において具体化されている。この実施
例において、導波器（Ｇ）は剛性の伸縮アーム（２１）
上に取り付けられた２個の放物面鏡り１２）、（１３）
により形成される。この剛性アームはフィーダ軸（１１
〉のまわりに回動できるようにするため、位置（２２）
においてヒンジ連結されている。

さらに、剛性反射器（１３）は直線移動素子（２３）に
よりアーム（２１）に沿って長さ方向に移動することが
できる。

アーム（２１〉を回転させるための手段（２２）及び二
次反射器（１３）を移動させるための素子（２３）はい
ずれも周知の手段より形成され得る。

第１図のアンテナは例示目的において構成され、Ｋａバ
ンド（約２６ＧＨｚ）において動作し、これにより、ビ
ームは約］０°の半角を有する円錐形において走査され
る得る。

より厳密に言えば、図示の例は走査が約３５゜〜４０°
程度の比較的大きい半値ビーム幅（ＨＰＢＷ）という比
較的大きい場合のアンテナ動作に対応するものである。

この実施例の寸法的特徴は次のとおりである。

ＢＷＧ反射器（１２）、（１３）の開口径　　０．３５
６ｍＢＷＧ反射器（１２）、（１３）の相対半角２３．
３゜主反射器の焦点距離　　　　　　　　３．２４ｍ主
反射器開口径　　　　　　　　　　２．７ｍ主反射器デ
ィツシュの高さ　　　　　０．１４ｍこの実施例（最適
例ではない）において、１０’にわたる走査損失は本発
明の場合約２ｄＢであり、導波器（Ｇ）の反射器（１２
）、（１３）間に第２の補助反射器を挿入することが可
能となる。この鋪助反射器（図示せず）は二色性である
。

この場合において導波器は２個のフィーダから好ましく
給電されることができる。これら導波器の動作周波数は
二色性反射器が２個のフィーダの一方から入来したビー
ムのみを反射するよう十分に分離していなければならな
い。すなわち、二色性反射器は反射器（１釦から反射さ
れることになる他方のビー・ムに対しては透明である。

この場合、同一の空間を要求する同一のアンテナは２つ
の独立した走査ビームの形成を許容するものである。

さらに、２個の二次反射器（１２）、（１３）のみを用
いる単一の導波器（Ｇ）の実施例において、二次反射器
（１３）は選択反射フィルタを形成するという唯一の目
的のために二色性を有するものである。すなわち、選択
反射フィルタはフィーダ（１０）により発射されたビー
ムの単一周波数範囲において標的となるものである。そ
れは他の周波数の放射ビームに対しては透明であり、し
たがって、これらの周波数ビームは主反射器（１５）か
らは反射されない。

第３図は衛星上に取り付けられた本発明のアンテナの展
開形状を示すものである。図示の衛星は対応する２個の
導波器（Ｇａ）、（Ｇｂ）を介して２個の異なったフィ
ーダ（１０ａ　）、（１０ｂ　）から給電される２個の
主独立反射器（１５ａ　）、（１５ｂ　）を備えた本発
明の２基の相似形アンテナを装備している。

本発明のこのような２アンテナ装備は、ニーロスター型
衛星において第３図に示すように構成される。すなわち
、アンテナはフィーダ（１０ａ　）、（１０ｂ）から供
給される異なったウェーブ範囲においてそれぞれ動作す
る補助ビーム源（３０ａ）、（３０ｂ　）を付設した主
反射器（１５ａ）、（１５ｂ　）の各々を備えている。

図示の衛星はまた、有効な装荷器（１ｏａｄ　）　（３
９）を備えている。

ここに定義された衛星は４個の独立したビームを発生し
得るデータ伝送中継用衛星として効果的に用いられる。

たとえば、主反射器（１５ａ　）、（１５ｂ　）の各々
は一方では導波器（Ｇ　ａ）、（Ｇｂ）によりそれぞれ
供給されるＫａバンド（２５，２５〜２７ＧＩ（ｚ）の
ビームを反射し、他方では補助ビーム源（３０ａ　）、
（３０ｂ）によりそれぞれ供給されるＳバンド（２０２
５〜２３００ＭＨｚ）のビームを反射すべく用いられる
。

Ｋａバンドの導波器（Ｇａ）、（Ｇｂ）は第２図に示す
ような伸縮アーム上に取り付けられ、そのアームを伸縮
させるための素子（２３ａ）、（２３ｂ　）を有する。

また、主反射器（１５ａ　）、（１５ｂ）のためのＳバ
ンド用フィーダ（３０ａ　）、（３０ｂ）は分節アーム
（３１ａ　）、（３１ｂ　）の先端に取り付けられてい
る。フィーダＳに対して適用される原理は、たとえばプ
リント形成フィーダの原理と同様である。それはたとえ
ば溝付素子から形成された広帯域片導波器として指向性
を改良するために構成される。プリント形成フーダ（３
０ａ　）、（３０ｂ　’）の各々はロータリシール及び
ケーブルにより送信／受信用固定モジュールに接続され
る。このモジュールはＳバンドの周波数を受は入れるも
のである。当然ながら、Ｋａバンドに関して上述した導
波器システムもまた、Ｓバンド用として用いることがで
きる。

Ｓバンドフィーダ（３０ａ　）、（３０ｂ　）はそれぞ
れ主反射器（１５ａ）、（１５ｂ）の焦点面内において
移動する。導波器（Ｇａ）、（Ｇｂ）の移動を妨げない
ようにするため、二次反射器（１３ａ　）、（１３ｂ　
）は凸面鏡であり、これによって反射器（１５ａ　）、
（１５ｂ　）に近接した面内に配置され得る。

当然のことながら、これらの実施例は本発明の範囲を限
定するものではなく、単に実施形態の例を示したものに
他ならない。

第４図は第３図の衛星上に設置された２基のアンテナ装
置を示す゛ものであり、これはたとえばそれらのアンテ
ナがアーリア型発射台のカバー下に置かれているとき、
その発射位置に折畳むことができることを図解している
。

実際上、２基の主反射器（１５ａ　）、（１５ｂ）は衛
星の上部において完全に折畳まれており、それらの支持
アーム（３２ａ　）、（３２ｂ）は装荷器（３９）の両
側壁に向かって垂直に折り返されている。

Ｓバンドフィーダ（３０ａ　）、（３０ｂ　）を延長す
るための２本のアーム＜３１　ａ　）、（Ｂｌ　ｂ　’
）はそれが装荷器の隣接２側面の上部に沿った状態で巻
き付けられる。最終的に、導波器（Ｇａ）、（Ｇｂ）は
一対の二次反射器間の距離が最少値まで短縮した後、ア
ーム（３１ａ　）、（３１ｂ　）の直下に適用される。

本発明のアンチは人工衛星搭載用としての条件を完全に
満たすものであり、構成要素を衛星の発射期間において
最も小型化し、軌道運行中においては展開形状において
比較的広い走査角で使用し得るという大きな融通性を提
供するものである。

第３図及び第４図に示した配置は、異なった周波数範囲
において動作する２個のフィーダから給電される２個の
相似形の主反射器を有するものであるが、それはまた軌
道運行中における展開配置において比較的広い走査角を
実現し得るという使用上の大きい融通性を提供するもの
である。

ざらに、中継局として用いられる衛星が２つの周波数範
囲において別の同様な衛星を目指す場合、異なった周波
数のために主反射器（１５ａ　）、（１５ｂ）の各々を
用いることにより、Ｓバンドフィーダ及び同一側面に配
置された第２の゛Ｋａバンド用二次反射器の同軸位置決
め中において影像効果が生ずることを回避し得るもので
ある。

当然のことながら、上述した実施例において例示した動
作周波数は本発明の範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査型アンテナの動作原理を示す図、 第２図は本発明のアンテナの実施例を示す略図、 第３図は衛星上において展開された本発明のアンテナを
示す斜視図、 第４図は衛星発射位置として折畳まれた前記アンテナを
装備した衛星を示す概略図、 第５図及び第６図は従来のベリスコープフィーダ型アン
テナを示す略図である。 （ｌＯ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
固定フィーダ（１１）・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・フィーダ軸（１２）・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・第１の反射器（１３）・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２の反射器（
１４）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・導
波器軸（１５）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・主固定反射器（１６）・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・出力ビーム（１７）・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・移動方向矢印（１８）・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・左側位置（
１９）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・右
側位置（２０）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・焦点面（２１）・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・伸縮アーム（２２）・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・回動素子（２３）・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・移動素子（Ｇ）・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・導波器特許出願
人　　アジャンス　スパチアーレウロペーヌ 代　　　理　　　人　　　新　　　実　　　健　　　部
外１名 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、１ 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィーダ及び固定された主二次反射器を備えた超
   高周波用走査型アンテナであって、各々前記フィーダ及
   び主反射器間の導波器軸に沿って光学的に配列された第
   １及び第２の二次放物面鏡からなる少くとも１つの導波
   器（Ｇ）を含み、この導波器（Ｇ）が前記二次反射器の
   少くとも一方を他の二次反射器に関し前記導波器（Ｇ）
   の軸に沿って移動させることにより長さを変えることが
   できるとともに、前記フィーダの軸周に回転できるもの
   であることを特徴とする人工衛星搭載用大型掃引アンテ
   ナ。
2. （２）前記導波器（Ｇ）における前記２個の二次反射器
   が各々２素子からなる伸縮アームの各一端において実質
   的に支持され、前記アームは分節構造であって、実質上
   前記第１の二次反射器のレベルにおいて前記フィーダの
   軸周に回転駆動されるものであり、前記アームはその直
   線的な伸縮を許容するための装具を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載のアンテナ。
3. （３）前記導波器（Ｇ）における前記第２の反射器が凸
   型であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載のアンテナ。
4. （４）前記導波器（Ｇ）の第２の二次反射器が二色性で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   アンテナ。
5. （５）前記アンテナが前記導波器の軸に沿って前記第１
   の二次反射器と整列した２個の二次反射器を含み、中間
   の二次反射器が二色性であることを特徴とする特許請求
   の範囲第（４）項記載のアンテナ。
6. （６）前記主反射器がさらに、前記第１のフィーダ及び
   前記導波器（Ｇ）とは独立した第２のフィーダと協同す
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載のアンテナ。
7. （７）少くとも１基の前記アンテナがデータ通信用中継
   衛星に装備されたことを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）〜（６）項のいずれか１項に記載したアンテナ。