JP4083848B2

JP4083848B2 - パラボラアンテナ

Info

Publication number: JP4083848B2
Application number: JP27962397A
Authority: JP
Inventors: 栄二渋谷
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JPH11103214A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波用パラボラアンテナ、特に衛星放送受信用のオフセットパラボラアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の衛星放送受信アンテナのパラボラ反射鏡は、ｘ²＋ｙ²＝４ｆｚで現される抛物面のＺ軸を含まない部分を、Ｚ軸に平行な方向（電波到来方向）から見て円形になるような形で切出したものが多い。図１において、１はＺ軸上のｚ＝ｆで現される点Ｆを焦点とする抛物面で、２はこれから切出された従来のパラボラ反射鏡であり、Ａ及びＢはその周縁のＺ軸に最も近い端及び最も遠い端を示す。パラボラ反射鏡２からの反射波を捕捉するために、焦点Ｆに一次放射器を置く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなアンテナは、図７に示すようにＸ軸の周囲で電波の到来方向を変化させると、Ｚ軸に対する電波の入射角度θが±１４５°の近辺で図８に示すように受信利得が増大する。これは図７に示すようにパラボラ反射鏡２の背面方向からの電波４の一部５が、パラボラ反射鏡２によって遮ぎられずに一次放射器３に直接入射することによるもので、スピルオーバーと称され、受信雑音の一因となっている。スピルオーバーの利得は、正規の方向からの電波６の受信利得より１０〜１５ｄＢ低いことが必要であるが、図８に示す例では正規の電波の受信利得８０をレベル８１で示すように−３５ｄＢ以上とすると、スピルオーバーの受信利得８２はこれより１０ｄＢ低い−４５ｄＢのレベル８３を一部で越え、１５ｄＢ低い−５０ｄＢのレベル８４を大幅に越えている。このスピルオーバーは小型化のためにパラボラ反射鏡の開口径を小さくするほど増大する傾向がある。
【０００４】
また、衛星放送受信用のパラボラ反射鏡の形状は、電波の到来方向から見て円形になるように、長軸の長さ寸法が短軸の長さ寸法より若干大きい長円形に限られていた。このような形状は、包装に際して内法寸法が上記長軸寸法及び短軸寸法にほぼ等しい包装箱を必要とし、包装空間の利用効率が非常に悪い。そして、スピルオーバーの軽減のためにパラボラ反射鏡の開口径を増大すれば、開口径の二乗に比例して包装箱の容積が増大し、著しく嵩張って商品流通過程で不便であった。
【０００５】
よって本発明は、パラボラ反射鏡の長軸寸法及び短軸寸法を増大させずにスピルオーバーを大幅に軽減することを主目的とするものである。また、これに加えて反射鏡の短軸寸法を増大させずに受信利得の向上を計ること、及び組立てられたパラボラアンテナの嵩を縮小することも目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナは、直交座標系Ｘ、Ｙ、Ｚ上においてｘ² ＋ｙ² ＝４ｆｚで現され、Ｚ軸上でｚ＝ｆの位置に焦点を有する抛物面の一部をなし、ＸＹ平面上への投影像が円形であるパラボラ反射鏡と、上記抛物面の焦点位置に前記パラボラ反射鏡を向いて置かれ、その指向の中心軸がＸＺ平面内においてＺ軸に対し傾いている一次放射器とを、具備している。上記一次放射器の指向の中心軸が上記パラボラ反射鏡と衝突する点のＸＹ平面上の投影点を通りＸ軸及びＹ軸それぞれに平行な２つの軸によって上記投影像が区画された４つの領域それぞれにおいて、長さ寸法が最も長い方向が上記平行な２つの軸の中間に存在するように、上記パラボラ反射鏡を変形させてある。換言すれば、本発明のアンテナは、上記投影像が四辺形に近い傾向を有していることを特徴とする。
【０００７】
更に、上記パラボラ反射鏡は、ＸＹ平面上への投影像において、Ｘ方向の長さ寸法をＹ方向の長さ寸法よりも大きくする。この寸法の拡大により、一次放射器の指向範囲の中心軸がパラボラ反射鏡に衝突する位置からＺ軸に最も近い端部までの距離よりもＺ軸から最も遠い端部までの距離を大きくし、或いはパラボラ反射鏡焦点とパラボラ反射鏡のＺ軸から最も遠い端部及び最も近い端部をそれぞれ結ぶ線がそれぞれ作る角度を上記一次放射器の指向範囲とほぼ一致させる。
【０００８】
本発明においては、上述のようにパラボラ反射鏡のＸＹ平面上への投影像において、Ｘ方向及びＹ方向の長さ寸法よりもこれらの中間方向の寸法を大きくしたことにより、スピルオーバーを効果的に減少させることができる。そして、上記投影像におけるＸ方向の長さ寸法を増大することによってＹ方向の長さ寸法を増大させなくても効果的に受信利得を向上させることができる。
【０００９】
上述のＸＹ平面上の投影像におけるパラボラ反射鏡のＹ方向の長さ寸法に対するＸ方向長さ寸法の増大の率は、一次放射器の指向範囲とパラボラ反射鏡の長さ寸法との関係によって決まる。一次放射器は通常指向範囲の中心方向からの電波に対して最高の感度を有し、パラボラ反射鏡からの反射波はその開口面の中心方向からのものが最強であるから、通常は一次放射器はその指向範囲の中心軸をパラボラ反射鏡の開口面の中心に向けて設置される。そしてパラボラ反射鏡内の反射波を最大限に利用するため、及びスピルオーバーをなるべく少なくするために、一次放射器の指向範囲のＺ軸に最も近い限界は、パラボラ反射鏡のＺ軸に最も近い端部にほぼ一致するようになされる。
【００１０】
その結果、通常のパラボラアンテナの場合は、一次放射器のＺ軸より遠い側の指向範囲は、パラボラ反射鏡の縁よりも外方へ拡がることになるから、パラボラ反射鏡のＸ方向の長さ寸法をＺ軸より遠い方向へ伸ばすことにより、一次放射器が捕捉するパラボラ反射鏡内の反射波の量を増大させることができる。このためのＸＹ平面上の投影像におけるＹ方向の長さ寸法に対するＸ方向の長さ寸法の増大量は数％前後であり、１０％を越すことは無意味である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は通常のパラボラ反射鏡２及び本発明の参考例のパラボラ反射鏡１２の関係を示し、（ａ）は直交座標系におけるＸＺ平面に沿う断面、（ｂ）はＸＹ平面上への投影図（電波到来方向から見た形状）である。１はＺ軸を中心軸とし、その上の点Ｆに焦点を有する抛物面である。通常のオフセットアンテナのパラボラ反射鏡２は、抛物面１におけるＺ軸から外れた位置で電波到来方向から見たＸＹ平面への投影像が、Ｏ点を中心とする半径ｒの円になるような形状を有し、ＡはＺ軸に最も近い端部、ＢはＺ軸から最も遠い端部である。本発明の参考例では、そのパラボラ反射鏡１２はＸＹ平面上の投影像においてＸ方向及びＹ方向の長さ寸法は通常のパラボラ反射鏡２と同じであるが、Ｘ方向及びＹ方向に対して約４５°の方向に通常のパラボラ反射鏡２より外方へΔだけ張出し、この方向の長さ寸法ｌは通常パラボラ反射鏡２の直径２ｒよりも２Δだけ大きくなっている。
【００１２】
図２は上記パラボラ反射鏡１２を用いたパラボラアンテナを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。パラボラ反射鏡１２の背面に固定されたアンテナ取付金具１３から、パラボラ反射鏡１２の最下部に形成した切欠き１４内を通過して前方へ支持腕１５が伸延し、その先端にパラボラ反射鏡１２の方向に指向した一次放射器１６が取付けられている。
【００１３】
図３は本発明の１実施形態を示し、（ａ）はＸＺ平面に沿う断面図、（ｂ）はＸＹ平面への投影図（電波到来方向から見た形状）である。この実施形態においても、パラボラ反射鏡３２はＸＹ平面への投影図上で、Ｘ方向及びＹ方向の長さ寸法よりもこれらに斜交する方向の長さ寸法Ｌが大きくなっている。これに加えパラボラ反射鏡３２のＺ軸より遠い側の縁は、抛物面１上における通常のパラボラ反射鏡２の端部Ｂを越えてＣ点まで拡張されている。
【００１４】
その結果、パラボラ反射鏡３２はＸＹ平面上への投影図でＹ方向の長さ寸法をＸ方向の長さ寸法よりも大きくして、一次放射器の中心軸である線ＦＯと線ＦＣとが作る角ＣＦＯの大きさを、一次放射器の中心軸の両側における指向範囲の拡がり角αに接近または等しくすることができ、一次放射器の指向範囲に有効にパラボラ反射鏡内の反射波を供給することができるようになる。これと併行してパラボラ反射鏡３２を通常のパラボラ反射鏡２の端部Ａを越えてＺ軸方向へ拡張してもよく、これによりスピルオーバーを一層減少させることができる。
【００１５】
【実施例】
図４は図３に示したパラボラ反射鏡３２の点Ａ及び点Ｃを結ぶ直線に垂直な方向から見た形状を示し、直線ＡＣの長さ寸法Ｈは５１０ｍｍ、これに直交する方向の長さ寸法Ｗは４３２ｍｍ、最長径Ｌは５２４ｍｍであり、その指向特性を図５に示す。ちなみに、図８は開口径ｒが４３０ｍｍの通常のパラボラ反射鏡２の指向特性であり、このパラボラ反射鏡２の点Ａ及び点Ｂ間の長さ寸法は４７９ｍｍ、これに直交する方向の長さ寸法は４３０ｍｍである。
【００１６】
図５に示す指向特性では、θ＝０°の近辺に集中する正規の受信電波の利得５０をレベル５１で示すように−３５ｄＢ以上とし、これより１０ｄＢ及び１５ｄＢ低いレベル５３及びレベル５４について見るとき、θ＝±１４５°近辺に存在するスピルオーバーによる利得５２は、レベル５３に到達せず、若干部分でレベル５４を越えているにすぎない。従って、これを図８と対照すれば、スピルオーバーによる利得が顕著に減少していることがわかる。なお、図４に点線で示すようにパラボラ反射鏡３２の下部に、一次放射器支持腕１５（図２参照）を位置させるための切欠き１４を形成しても、指向特性には全く変化がなかった。
【００１７】
図６は開口径ｒが４３０ｍｍである通常パラボラ反射鏡２の周波数特性線６１と図４に示したパラボラ反射鏡３２の周波数特性線６２とを対比して示し、１１．０ＧＨｚから１３．０ＧＨｚの範囲にわたって図４に示したパラボラ反射鏡３２の方が利得が良いことがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、パラボラ反射鏡のＸ方向及びＹ方向の長さ寸法よりもこれらに斜交する方向の長さ寸法を大きくしたことによりスピルオーバーを顕著に抑制し、かつ包装容積を増大させることなくこれを実現できる。更に、パラボラ反射鏡のＸ方向の長さ寸法を増大することによって、アンテナの受信利得を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のパラボラ反射鏡と本発明の参考例のパラボラ反射鏡の対比図で、（ａ）はＸＺ平面における断面図、（ｂ）はＸＹ平面への投影図である。
【図２】パラボラアンテナを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】通常のパラボラ反射鏡と本発明の１実施例のパラボラ反射鏡の対比図で、（ａ）はＸＺ平面における断面図、（ｂ）はＸＹ平面への投影図である。
【図４】図３に示した本発明の実施例のパラボラ反射鏡の正面図である。
【図５】図４に示したパラボラ反射鏡を用いたパラボラアンテナの電波入射角度特性線図である。
【図６】通常のパラボラ反射鏡を用いたパラボラアンテナ及び本発明の図３に示すパラボラ反射鏡を用いたパラボラアンテナの周波数特性線図である。
【図７】パラボラアンテナにおけるスピルオーバーの説明図である。
【図８】通常のパラボラ反射鏡を用いたアンテナの電波入射角度特性線図である。
【符号の説明】
１抛物面
２従来のパラボラ反射鏡
３一次放射器
１２本発明のパラボラ反射鏡
１４切欠き
１５支持腕
１６一次放射器
３２本発明のパラボラ反射鏡
５０受信電波利得
５２スピルオーバー利得
６１従来のパラボラアンテナの特性
６２本発明のパラボラアンテナの特性
８０受信電波利得
８２スピルオーバー利得
ｒ従来のパラボラ反射鏡の半径
ｌ本発明のパラボラ反射鏡の最長寸法
α 一次放射器の指向拡がり角
Ｈ本発明パラボラ反射鏡の長径
Ｗ本発明パラボラ反射鏡の短径
Ｌ本発明パラボラ反射鏡の最長寸法

Claims

直交座標系Ｘ、Ｙ、Ｚ上においてｘ² ＋ｙ² ＝４ｆｚで現され、Ｚ軸上でｚ＝ｆの位置に焦点を有する抛物面の一部をなし、ＸＹ平面上への投影像が円形であるパラボラ反射鏡と、
上記抛物面の焦点位置に前記パラボラ反射鏡を向いて置かれ、その指向の中心軸がＸＺ平面内においてＺ軸に対し傾いている一次放射器とを、
具備し、上記一次放射器の指向の中心軸が上記パラボラ反射鏡と衝突する点のＸＹ平面上の投影点を通りＸ軸及びＹ軸それぞれに平行な２つの軸によって上記投影像が等しく区画された４つの領域それぞれにおいて、長さ寸法が最も長い方向が上記平行な２つの軸の中間の約４５度に存在するように、上記パラボラ反射鏡を変形させ、上記パラボラ反射鏡の焦点と、上記パラボラ反射鏡のＺ軸に最も近い端部及び最も遠い端部とそれぞれ結ぶ線が作る角度が、上記一次放射器の指向範囲とほぼ一致するように、上記パラボラ反射鏡のＸＹ平面上の投影像におけるＸ方向の長さ寸法を同投影像のＹ方向の長さよりも大きくしたパラボラアンテナ。
上記パラボラ反射鏡のＸＹ平面上におけるＸ方向の長さ寸法とＹ方向の長さ寸法との差は、Ｙ方向の長さ寸法の１０％以内であることを特徴とする請求項１記載のパラボラアンテナ。
上記パラボラ反射鏡に上記一次放射器の指向の中心軸が衝突する点は、上記パラボラ反射鏡のＸＹ平面上の投影像において、上記パラボラ反射鏡のＸ方向の長さの中心よりもＺ軸寄りに位置することを特徴とする請求項１または請求項２記載のパラボラアンテナ。
上記一次放射器の指向の中心軸に対して上記パラボラ反射鏡のＺ軸に最も遠い端部と上記抛物面焦点とを結ぶ線が作る角度は、上記一次放射器の指向の中心軸に対して上記パラボラ反射鏡のＺ軸に最も近い端部と上記抛物面焦点とを結ぶ線が作る角度にほぼ等しいことを特徴とする請求項２または請求項３記載のパラボラアンテナ。
上記パラボラ反射鏡のＺ軸に最も近い周縁に形成された切欠き内に上記一次放射器の支持腕が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のパラボラアンテナ。