JP4800986B2 - ２衛星受信用一次放射器 - Google Patents

Description

本発明は、近接した２つの人工衛星からの送信電波を一つのパラボラ反射鏡を用いて受信するのに好適な２衛星受信用一次放射器、及び、この一次放射器を備えた衛星受信アンテナに関する。

従来より、一つのパラボラ反射鏡を用いて複数の人工衛星からの送信電波を受信するために、パラボラ反射鏡の焦点付近に複数の一次放射器を配置したマルチビームアンテナが知られている。

ところで、この種のアンテナを、例えば、外径が３５〜５０ｃｍ程度の家庭用の小さなパラボラ反射鏡を用いて構成し、軌道上で近接した２つの人工衛星からの電波を受信する際には、一次放射器を各衛星毎に単独で配置することはできないといった問題があった。

例えば、通信衛星からの送信電波（１２ＧＨｚ帯）を、外径が４５ｃｍのパラボラ反射鏡を用いて受信する際には、その電波を受け入れるホーンの開口径が３０ｍｍ程度の一次放射器を使用すればよいが、受信対象となる２つの通信衛星が軌道上で隣接しており、その２衛星のビーム分離度が４．５度であるとすると、パラボラ反射鏡により収束される各衛星からの送信電波の焦点の間隔が２０ｍｍ程度になってしまうことから、各焦点位置に一次放射器を単独で配置することができないのである。

そこで、従来、径の小さなパラボラ反射鏡を用いて近接した２衛星からの送信電波を受信する際には、パラボラ反射鏡にて反射された電波を受け入れるための２つのホーンの開口形状を、本来の真円形状から、円弧の一部を直線状にした形状にし、これら各ホーンの開口の直線部分を共通の遮蔽板で形成することにより、２つのホーンを一体化した一次放射器を用いることが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

また、このようにホーンの開口の一部を直線にすると、ホーン開口部及び内面の連続性が失われ、性能が劣化するという理由で、２つのホーンを一体化した一次放射器を作製する際には、各ホーンの開口形状を、真円をその中心点を通る直線で２分割した半円部と、長軸がこの真円の半径と同じ楕円を長軸で２分割した半楕円部とを合成した半楕円形状にすることも提案されている（例えば、特許文献２等参照）。
特開平１０−３０８６２８号公報 特開２００１−６８９１９号公報

上記提案の一次放射器は、２つの人工衛星からの電波を受信するのに用いる２つのホーンの開口形状を本来の真円形状から変形させることによって、各ホーンを、そのビーム中心軸が所望間隔となるように近接配置させているのであるが、上記提案のものでは、各ホーンの開口のうち、隣接する他方のホーン側（つまり内側）に位置する半円部分で、その一部を削って直線状にしたり、半楕円形状にしたりしているので、開口形状を本来の真円形状にした場合に比べて、開口面積が小さくなる。

このため、上記提案の一次放射器では、各ホーンの指向性が広がり、パラボラ反射鏡の外から入射する電波によって、アンテナ雑音が大きくなり、アンテナの総合性能指数Ｇ／Ｔが低下するという問題があった。

また、上記提案の一次放射器では、各ホーンは、互いに隣接する内側の開口部分を本来の真円よりも小さくすることにより形成されることから、各ホーンにおいて、２つのホーンの配列方向に沿った指向性と、その配列方向とは直交する方向の指向性とが大きく異なり、これによっても、アンテナの総合性能指数Ｇ／Ｔが低下するという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、ホーンの開口形状を真円形状から変形させることにより２つのホーンを近接配置した２衛星受信用一次放射器において、アンテナ雑音を下げて、総合性能指数Ｇ／Ｔを改善することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、２つの人工衛星から送信され、一つのパラボラ反射鏡にて反射・収束された電波を受け入れ、該電波をそれぞれ後段に形成された円形導波管を介して給電部に導く一対のホーンを備えた２衛星受信用一次放射器であって、
前記一対のホーンのうち、少なくとも一方のホーンの開口形状を、
短軸径と長軸径とが一致する２つの楕円をそれぞれ短軸及び長軸にて２分割し、該分割した半楕円部同士を短軸と長軸とを一致させて一体化した楕円合成形状にすると共に、
該楕円合成形状の開口を有するホーンを、長軸にて２分割した半楕円部が他方のホーン側に位置するように配置したことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２衛星受信用一次放射器において、前記一対のホーンは、それぞれ、開口が前記楕円合成形状になっており、長軸にて２分割した半楕円部同士が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする。

また次に、請求項３に記載の発明は、パラボラ反射鏡と、該パラボラ反射鏡の焦点位置に配置されて人工衛星からの送信電波を受信する一次放射器と、を備えた衛星受信アンテナであって、前記一次放射器として、請求項１又は請求項２に記載の２衛星受信用一次放射器を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の一次放射器によれば、当該一次放射器を構成している２つのホーンのうち、少なくとも一方のホーンの開口形状が、短軸径と長軸径とが一致する２つの楕円を短軸及び長軸にてそれぞれ２分割して一体化した楕円合成形状になっており、このホーンは、長軸にて２分割した半楕円部が他方のホーン側に位置するように配置される。

このため、開口形状が上述の楕円合成形状となっているホーンにおいて、他のホーンに隣接する内側の半楕円部は、上述した従来のものと同様、外側の半楕円部と接合される直線部分を直径とする半円よりも面積が小さくなるが、外側の半楕円部は、この半円よりも面積が大きくなる。

このため、本発明の一次放射器によれば、ホーンの開口形状が真円形状のものに比べて、ホーンの開口面積を大きく減少させることなく、ホーンの開口形状を変形させて、２つのホーンを近接配置することができるようになる。

そして、このように、本発明の一次放射器によれば、ホーンの開口面積を、従来のものに比べて大きくすることができるので、そのホーンの指向性が広がってアンテナ雑音が大きくなるのを防止することができる。

また、本発明において、開口形状を真円形状から変形させたホーンは、従来のものに比べて、半楕円部同士を接合した直線部分と、その直線部分に直交する直線部分（つまりホーンの配列方向に沿った直線部分）とで生じる長さの差が小さくなることから、そのホーンにおいて、各直線部分に沿った方向の指向性に差が生じるのを防止できる。

よって、本発明の一次放射器によれば、従来のものに比べて、アンテナの総合性能指数Ｇ／Ｔを改善することができる。
なお、本発明を実現する際には、一次放射器を構成する一対のホーンのうち、一方のホーンの開口形状を上述の楕円合成形状にし、他方のホーンの開口形状については、従来と同様の半楕円形状若しくは一部直線形状にしてもよいが、より好ましくは、請求項２に記載のように、一対のホーンを、それぞれ、開口形状が上述の楕円合成形状となるように形成し、各ホーンにおいて長軸にて２分割した半楕円部同士が互いに隣接するように配置することが望ましい。

つまり、このようにすれば、各ホーンにおいて、アンテナの総合性能指数Ｇ／Ｔを改善することができることから、径の小さなパラボラ反射鏡を用いて近接した２衛星からの送信電波を受信するための２衛星受信用一次放射器として、優れたアンテナ性能を有する一次放射器を実現することができる。

また次に、請求項３に記載の衛星受信アンテナによれば、請求項１又は請求項２に記載の２衛星受信用一次放射器を備えることから、一つのパラボラ反射鏡を用いて２つの人工衛星からの送信電波を受信する受信アンテナを実現でき、しかも、その受信アンテナのアンテナ性能を従来のものに比べて改善できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、図１は本発明が適用された実施形態の受信アンテナの構成を表す斜視図、図２はその受信アンテナに設けられた２衛星受信用一次放射器の外観を表す説明図、図３はその一次放射器のホーンから給電部に至る導波路の構成及びその寸法を表す説明図である。また図２において、（ａ）は一次放射器をホーンの開口端側から見た正面図であり、（ｂ）は一次放射器を図２（ａ）の右方向から見た側面図である。

本実施形態の受信アンテナ２は、軌道上に隣接して配置された２つの通信衛星（例えばＪＣＳＡＴ３、ＪＣＳＡＴ４）から送信された垂直及び水平偏波の電波を、例えば外径が４５ｃｍ程度の一つのパラボラ反射鏡４を用いて受信するのに使用されるものであり、図１に示すように、パラボラ反射鏡４と、パラボラ反射鏡４の焦点位置にアーム６を介して配置された２衛星受信用の一次放射器８とから構成されている。

一次放射器８は、図２、３に示すように、パラボラ反射鏡にて反射・収束された各衛星からの電波を夫々受け入れる一対のホーン１０ａ、１０ｂと、これら各ホーン１０ａ、１０ｂを介して入射した電波を給電部３２ａ、３２ｂまで導く円形導波管１２ａ、１２ｂとを、アルミダイキャスト等の金属材料にて一体形成したものである。

そして、各ホーン１０ａ、１０ｂは、それぞれの開口端２０ａ、２０ｂ同士を接合することにより互いに近接配置されており、その外側には、開口端２０ａ、２０ｂを囲むように溝部２２を介して外壁２４が形成され、更にこの外壁２４の外側にも溝部２６を介して外壁２８が形成されている。

なお、これらの溝部２２、２６及び外壁２４、２８は、指向特性改善用のチョークを形成するものであり、図３に示すように、各外壁２４、２８は、ホーン１０ａ、１０ｂの開口端２０ａ、２０ｂよりも外側に突出されている。

具体的には、外壁２４は、ホーン１０ａ、１０ｂの開口端２０ａ、２０ｂよりも約４ｍｍ高く、外壁２８は、外壁２４よりも約１ｍｍ高くなっており、溝部２２は、開口端２０ａ、２０ｂよりも約６ｍｍ深く、溝部２６は、外壁２４よりも約６ｍｍ深くなっている。

また、給電部３２ａ、３２ｂは、ホーン１０ａ、１０ｂ及び円形導波管１２ａ、１２ｂと共にアルミダイキャスト等の金属材料にて一体形成された矩形の基台１４内に設けられている。つまり、基台１４には、円形導波管１２ａ、１２ｂを介して入射される電波を受信信号としてそれぞれ取り込むための一対のプローブ３４ａ、３４ｂが形成された回路基板３０が収納されており、このプローブ３４ａ、３４ｂが形成された基板部分が、給電部３２ａ、３２ｂとなっている。

なお、回路基板３０には、各円形導波管１２ａ、１２ｂに対応した給電部３２ａ、３２ｂに加えて、各給電部３２ａ、３２ｂで得られた受信信号を所定周波数帯（１ＧＨｚ帯）の伝送信号に変換するコンバータ回路や、このコンバータ回路にて得られた所定周波数帯の伝送信号を基台１４に組み付けられた同軸ケーブル接続用の出力端子１６（図２参照）を介して端末側に出力する出力回路も形成されている。

次に、図３から明らかなように、円形導波管１２ａ、１２ｂは、給電部３２ａ、３２ｂ側とホーン１０ａ、１０ｂ側との２段階に形成されており、給電部３２ａ、３２ｂ側の導波管は、ホーン１０ａ、１０ｂ側の直径が約１５．５ｍｍ、後端の直径が約１５ｍｍ、中心軸方向の長さが約１２ｍｍで、回路基板３０は、ホーン１０ａ、１０ｂ側からの中心軸方向の長さが約７ｍｍの箇所に配置されている。

また、円形導波管１２ａ、１２ｂにおいて、ホーン１０ａ、１０ｂ側の導波管は、ホーン１０ａ、１０ｂ側の直径が約１８．５ｍｍ、後端の直径が約１７．５ｍｍ、中心軸方向の長さが約１９ｍｍとなっており、給電部３２ａ、３２ｂ側の導波管との連結部の段差が約１ｍｍとなっている。

一方、ホーン１０ａ、１０ｂは、中心軸方向の長さが約１８ｍｍの所謂円錐ホーンであり、円形導波管１２ａ、１２ｂ側は、直径２０．５ｍｍの円形であるが、開口端２０側は、各給電部３２ａ、３２ｂからのビーム中心軸の間隔を狭くするために、長軸と短軸の長さが同じ（約２３．５ｍｍ）２種類の楕円を合成した形状になっていて、他方のホーンに隣接する側の半径（約１１ｍｍ）が、反対側の半径（約１２．５ｍｍ）よりも小さくなっている。

つまり、本実施形態のホーン１０ａ、１０ｂの開口形状は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、短軸径Ｌｂ１と長軸径Ｌａ２とが一致（Ｌｂ１＝Ｌａ２）する２つの楕円Ｅ１、Ｅ２を、それぞれ、短軸及び長軸にて２分割し、図４（ｃ）に示すように、その分割した半楕円部Ｅ１′、Ｅ２′同士を短軸と長軸とを一致させて一体化した楕円合成形状にされている。

そして、本実施形態では、図４（ｃ）に示すように、このような開口形状を有する２つのホーン１０ａ、１０ｂを、長軸にて２分割した半楕円部Ｅ２′が他方のホーン側に位置するように左右対称に配置することにより、各ホーン１０ａ、１０ｂから円形導波管１２ａ、１２ｂを介して給電部３２ａ、３２ｂに至る導波路の中心軸の間隔を狭くし、各給電部３２ａ、３２ｂにて、異なる人工衛星からの送信電波を受信できるようにしているのである。

従って、本実施形態の一次放射器８によれば、各ホーン１０ａ、１０ｂにおいて、他方のホーン１０ｂ、１０ａに隣接する内側の半楕円部Ｅ２′は、その楕円の長軸を直径とする半円よりも面積が小さくなるが、外側の半楕円部Ｅ１′は、この半円よりも面積が大きくなる。

このため、本実施形態の一次放射器８によれば、従来の２衛星受信用一次放射器に比べて、ホーン１０ａ、１０ｂの開口面積を大きくすることができ、ホーン１０ａ、１０ｂの指向性が広がって、アンテナ雑音が大きくなるのを防止することができる。

また、本実施形態の一次放射器８によれば、ホーン１０ａ、１０ｂの開口面において半楕円部Ｅ１′、Ｅ２′同士を接合した直線部分と、その直線部分に直交する直線部分（つまりホーンの配列方向に沿った直線部分）との長さの差を、従来の２衛星受信用一次放射器に比べて小さくすることができる。このため、これら各直線部分に沿った方向の指向性に大きな差が生じるのを防止することができる。

よって、本実施形態の一次放射器８によれば、従来の２衛星受信用一次放射器に比べて、アンテナの総合性能指数Ｇ／Ｔを改善することができる。
なお、図４は、ホーン１０ａ、１０ｂの開口形状の設計手法を説明するものであり、その説明を解り易くするために、実際のものとは異なる寸法で記載されている。

図５は、この効果を裏付けるために、本実施形態の一次放射器８を備えた受信アンテナ２と、従来の一次放射器を備えた受信アンテナとを用いて、受信特性（サイドロープ特性）を測定した測定結果を表している。

なお、図５において、実線で示す特性は、本実施形態の受信アンテナ２の一方の給電部を使って直線偏波の電波を受信した際のサイドローブ特性を表し、一点鎖線で示す特性は、従来の２衛星受信用一次放射器を本実施形態の受信アンテナ２と同様のパラボラ反射鏡４に組み付け、一方の給電部を使って直線偏波の電波を受信した際のサイドローブ特性を表している。

また、この実験で使用した従来の２衛星受信用一次放射器は、図４（ｄ）に示すように、ホーンの開口形状を、真円を２分割した半円Ｃと半楕円部Ｅ２′とを合成した半楕円形状とし、その半楕円部Ｅ２′を内側にして、２つのホーンを本実施形態と同様に近接配置することにより作製されている。

そして、この測定結果から、本実施形態の受信アンテナ２によれば、従来の一次放射器を用いた受信アンテナに比べて、良好なサイドロープ特性が得られることがわかる。これは、本実施形態の一次放射器８においては、従来のものに比べて、ホーン１０ａ、１０ｂの開口面積が広く、また開口形状が真円に近づくためである。

なお、開口形状をより真円に近づけて、アンテナ特性を改善するには、ホーン１０ａ、１０ｂの開口面において、半楕円部Ｅ１′、Ｅ２′同士を接合した直線部分の長さ（図４（ｃ）に示すＬｂ１（＝Ｌａ２））と、その直線部分に直交する直線部分（つまりホーンの配列方向に沿った直線部分）の長さ（図４（ｃ）に示すＬｂ２／２とＬａ１／２とを加えた長さ）とを一致させるとよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態では、一次放射器８を構成している２つのホーン１０ａ、１０ｂの開口形状を、２つの楕円を合成した合成楕円形状にするものとして説明したが、本発明は、２つのホーン１０ａ、１０ｂの何れか一方の開口形状を上記実施形態と同様の合成楕円形状にし、他方のホーンの開口形状は真円又は従来のものと同形状にしても、アンテナの総合性能指数Ｇ／Ｔを改善することはできる。

また、上記実施形態では、図５の測定に用いた一次放射器８の構成を明確にするために、各部の寸法を詳細に記載したが、一次放射器８各部の寸法や形状は、上記実施形態に限定されるものではなく、一次放射器の用途や要求される仕様等に応じて適宜変更すればよい。

実施形態の受信アンテナの構成を表す斜視図である。 実施形態の２衛星受信用一次放射器の外観を表す説明図である。 図２に示した一次放射器のホーンから給電部に至る導波路の構成を表す説明図である。 図２に示した一次放射器及び実験で用いた従来の一次放射器のホーンの開口形状を表す説明図である。 実施形態の受信アンテナのサイドロープ特性を従来の一次放射器を用いた場合と比較して表す説明図である。

符号の説明

２…受信アンテナ、４…パラボラ反射鏡、６…アーム、８…一次放射器、１０ａ，１０ｂ…ホーン、１２ａ，１２ｂ…円形導波管、１４…基台、１６…出力端子、２０ａ，２０ｂ…開口端、２２，２６…溝部、２４，２８…外壁、３０…回路基板、３２ａ，３２ｂ…給電部、３４ａ，３４ｂ…プローブ。

Claims (3)

1. ２つの人工衛星から送信され、一つのパラボラ反射鏡にて反射・収束された電波を受け入れ、該電波をそれぞれ後段に形成された円形導波管を介して給電部に導く一対のホーンを備えた２衛星受信用一次放射器であって、
   前記一対のホーンのうち、少なくとも一方のホーンの開口形状を、
   短軸径と長軸径とが一致する２つの楕円をそれぞれ短軸及び長軸にて２分割し、該分割した半楕円部同士を短軸と長軸とを一致させて一体化した楕円合成形状にすると共に、
   該楕円合成形状の開口を有するホーンを、長軸にて２分割した半楕円部が他方のホーン側に位置するように配置したことを特徴とする２衛星受信用一次放射器。
2. 前記一対のホーンは、それぞれ、開口が前記楕円合成形状になっており、長軸にて２分割した半楕円部同士が互いに隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の２衛星受信用一次放射器。
3. パラボラ反射鏡と、該パラボラ反射鏡の焦点位置に配置されて人工衛星からの送信電波を受信する一次放射器と、を備えた衛星受信アンテナであって、
   前記一次放射器として、請求項１又は請求項２に記載の２衛星受信用一次放射器を備えたことを特徴とする衛星受信アンテナ。

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