JP5266314B2 - オフセットパラボラアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、主にマイクロ波の受信に利用されるパラボラアンテナに関し、詳しくは、衛星放送受信に好適で、特に良好なアンテナ雑音指数（Ｇ／Ｔ）を有するオフセットパラボラアンテナに関する。

一般的に、オフセットパラボラアンテナを構成しているパラボラ反射鏡は、放物面の回転軸からずらした部分を、電波到来方向から見た開口面が円形になるように切り出したものであり、その焦点位置には、前記パラボラ反射鏡に固定された支持アームを介して、一次放射器が配置される。

この一次放射器は、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する。また、パラボラ反射鏡からの反射波は、その開口面の中心点からのものが最も高レベルとなる。

このため、オフセットパラボラアンテナにおいて、一次放射器は、通常、指向範囲の中心軸（一般的には、受信電力が最大となる方向の軸線）が、パラボラ反射鏡を電波到来方向（詳しくはパラボラ反射鏡の焦点位置に集波される電波の到来方向）から見たときの開口面の中心を通る軸線がパラボラ反射鏡を指し示す点（以下、開口面中心点という）に向くように設置される。

つまり、従来では、パラボラ反射鏡に対し、一次放射器を、そのビーム中心軸がパラボラ反射鏡の開口面中心点を向くように配置することによって、パラボラ反射鏡からの反射波の受信効率を高め、アンテナ利得を向上するようにしている。

ところが、一次放射器の指向性能によっては、例えば、パラボラ反射鏡の背面方向からの電波の一部が、パラボラ反射鏡によって遮られずに一次放射器に直接入射する現象（所謂、スピルオーバー）が発生することがあった。そして、このスピルオーバーは、受信雑音の要因となり、スピルオーバーが大きいほど受信雑音が増え、受信性能に影響を与えるといった問題があった。

つまり、例えば、アンテナ利得の向上のために、一次放射器の指向性能の一つである指向範囲の大きさが、パラボラ反射鏡の開口角（詳しくは、焦点から見てパラボラ反射鏡の上下端がなす角度）と略一致するように、一次放射器を構成し、その一次放射器をパラボラ反射鏡に対し上記のように配置すると、一次放射器の指向範囲の最も外側の限界付近が、パラボラ反射鏡の上端を越えてはみ出てしまう。この結果、上記スピルオーバーが発生し、オフセットパラボラアンテナの受信性能が低下するのである。

なお、一次放射器を上記のように構成して配置した場合に、スピルオーバーが発生するのは、パラボラ反射鏡の開口面中心点と、パラボラ反射鏡の長径方向の両端とパラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ２直線がなす開口角を２等分する２等分線がパラボラ反射鏡を指し示す点（以下、開口角中心点という）の位置が異なり、上側にオフセットしたパラボラ反射鏡では、開口面中心点が開口角中心点より上側に位置することによって生じるためである。

すなわち、図８Ａ，８Ｂに示すように、オフセットパラボラアンテナにおいては、パラボラ反射鏡の開口面中心点Ｏと焦点Ｆを結ぶ線をＯＦ、パラボラ反射鏡の下端Ａと焦点Ｆを結ぶ線をＡＦ、パラボラ反射鏡の上端Ｂと焦点Ｆを結ぶ線をＢＦ、とした場合、線ＯＦと線ＡＦとがなす角度αに比べ、線ＯＦと線ＢＦとがなす角度βのほうが小さくなる。このため、開口角である角ＢＦＡを２等分する線ＦＰが指し示す開口角中心点Ｐは、開口面中心点Ｏより下側に位置することになる。

よって、一次放射器の指向範囲を、上記のように、パラボラ反射鏡の開口角（つまり、角ＢＦＡ）と一致する広さとなるように設計しておいて、一次放射器の指向範囲における受信電力が最大となる方向の軸線を前記開口面中心点Ｏに向ければ、指向範囲の外側限界付近がパラボラ反射鏡の上端を越えることになり、アンテナ利得の向上は望めるものの、スピルオーバーによって受信雑音の影響を受けるといった問題が生じるのである。

ところで、衛星アンテナの総合的な性能の良し悪しの判定は、アンテナの利得とノイズとの比を表すアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）で行われ、その数値は高いほど良いのであるが、近年における高周波増幅素子、例えばＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の特性向上によって、雑音指数の小さなコンバータが提供されるようになると、優れたアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を有したアンテナを提供するためには、アンテナ利得の向上を図るばかりでなく、上述のようなスピルオーバーによる受信雑音の影響を低減することが要求される。

そして、この要求に応えるために、一次放射器の指向範囲をパラボラ反射鏡の開口角（つまり角ＢＦＡ）と略一致させ、しかも、一次放射器の指向範囲の中心軸（ビーム中心軸）と線ＡＦとがなす角度と、一次放射器のビーム中心軸と線ＢＦとがなす角度とが一致するように一次放射器を固定する方法が考えられる。

つまり、一次放射器のビーム中心軸を、パラボラ反射鏡の開口角中心点Ｐに向けて設置するのである。しかし、この方法では、スピルオーバーを少なくすることができるものの、パラボラ反射鏡の上下端における一次放射器の指向性の照度分布が一様でなくなるため、反射鏡からの反射波を効率よく利用することができず、受信利得の低下を招くといった問題があった。

また、これらの問題に対応するために、従来では、図８Ａ，８Ｂに示すように、パラボラ反射鏡の開口面を、ＸＹ平面上へ投影したときの像における、Ｘ方向及びＹ方向の長さ寸法ｒよりも、これらに斜交する方向の長さＬを大きくし、その投影像が四辺形に近い傾向を有するように構成することによって、パラボラ反射鏡の長径寸法及び短径寸法を増大させること無くスピルオーバーを軽減することが提案されている。

また、従来では、図９Ａ，９Ｂに示すように、略四辺形に形成された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であるように構成することによって、短径寸法を増大させずに受信利得を向上することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０３２１４号公報

しかし、上記提案のオフセットパラボラアンテナは、パラボラ反射鏡を四辺形に近い形状にすることによって、パラボラ反射鏡の短径寸法（一般的にアンテナの大きさを示す寸法）を増大させることなく、スピルオーバーを軽減することはできるものの、パラボラ反射鏡の面積自体は大きくなるため、次のような問題があった。

すなわち、上記提案のオフセットパラボラアンテナは、パラボラ反射鏡の面積を大きくしたことによって、一般的に市販されている短径寸法が同じ寸法のアンテナと比べて、重量が重くなるとか、受風面積が大きくなるという問題が生じる。

また、これに伴ってアンテナ支持具や取付金具の強度を強くする必要があり、オフセットパラボラアンテナのコストアップを招くという問題が生じ、更に、ユーザーサイドから見れば、屋根やベランダなどの取り付け対象に取り付ける際の作業性が低下するという問題が発生する。

また、上記提案のオフセットパラボラアンテナでは、パラボラ反射鏡の形状が、一般的な楕円形ではなく、特殊な形状になるので、スピルオーバーの対策の為に、新たに反射鏡製造用の金型を作製する必要があり、これによってコストアップを招くという問題もある。

また更に、図９Ａ，９Ｂに示したオフセットパラボラアンテナのように、パラボラ反射鏡の上端を、通常の上端Ｂより上方のＣ点まで延長した場合、一次放射器の指向範囲（角ＢＦＡ）が従来のままで、その中心軸がＯ点（上方に延長する前のパラボラ反射鏡の開口面中心点）を向いている場合は、延長した部分Ｃによって、スピルオーバーの低減と利得の向上は実現できるものの、面積を大きくしたはずのパラボラ反射鏡の全体を有効に使用しているとはいえない。

これに対して、一次放射器の指向範囲を、新しく形成された略四角形のパラボラ反射鏡の開口角と同じになるように角ＣＦＡまで広げ、一次放射器の指向範囲の中心軸が、前記Ｏ点に向くように設置する方法が考えられるが、このＯ点は新しいパラボラ反射鏡の開口角中心点でもあるので、スピルオーバーの改善は望めるものの、パラボラ反射鏡を広くしたメリットを最大に生かしきれず、利得の更なる向上は望めない。

また、一次放射器の指向範囲を、新しく形成された略四角形のパラボラ反射鏡の開口角と同じになるように角ＣＦＡまで広げ、一次放射器の指向範囲の中心軸が、新しく形成された略四角形のパラボラ反射鏡の、Ｏ点より上側に位置する新しい開口角中心点Ｑに向くように設置すれば、パラボラ反射鏡を広くしたメリットを最大に生かして、更なる受信利得の向上が望めると考えられるが、上記問題と同様に、再びスピルオーバーが発生することになる。

すなわち、上記提案の技術では、少なくともパラボラ反射鏡の短径寸法を変えないようにすることで、オフセットパラボラアンテナが見かけ上大きくなるのを防止しているものの、スピルオーバーの低減の為にパラボラ反射鏡の面積自体は大きくなっており、パラボラ反射鏡を最大限に効率的に使用することについては検討されていなかった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、その目的は、一次放射器の指向範囲に対してパラボラ反射鏡の面積を大きくすることなく、スピルオーバーを低減することのできるオフセットパラボラアンテナを提供することにある。

かかる目的を達成するためになされた本発明の第１局面は、鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡と、一次放射器と、前記一次放射器を支持して前記パラボラ反射鏡の焦点位置に固定する支持アームとを備えたオフセットパラボラアンテナにおいて、
前記一次放射器は、
受信電力が最大となるビーム中心軸が、
前記パラボラ反射鏡の焦点に集波される電波の到来方向から前記パラボラ反射鏡を見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口面中心点と、
前記パラボラ反射鏡の長径方向の両端と前記パラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ２直線がなす開口角を２等分したとき、その２等分線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口角中心点と、
の間の略中心位置を向くように、前記支持アームに固定されていることを特徴とする。

また本発明の第２局面は、第１局面のオフセットパラボラアンテナにおいて、
前記一次放射器は、前記ビーム中心軸周りで受信電力が前記ビーム中心軸での最大受信電力に比べて１０ｄＢ〜１５ｄＢ低くなる角度、にて規定される指向範囲が、前記パラボラ反射鏡の開口角と略同じ大きさとなるように構成されていることを特徴とする。

本発明の第１局面のオフセットパラボラアンテナにおいては、一次放射器のビーム中心軸がパラボラ反射鏡の開口面中心点と開口角中心点との間の略中心位置を向くように、一次放射器が支持アームに固定されている。

このため、本発明のオフセットパラボラアンテナによれば、図８Ａ-８Ｂ，図９Ａ-９Ｂに示した従来技術のように、パラボラ反射鏡の面積を通常のものから大きくすることなく、一次放射器に不要電波が直接入力されるスピルオーバーを低減することができるようになり、パラボラ反射鏡の利用効率を高めることができる。また、スピルオーバーを低減できるので、オフセットパラボラアンテナのアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を向上することができる。

また、本発明のオフセットパラボラアンテナは、一次放射器のビーム中心軸を、パラボラ反射鏡の開口面中心点と開口角中心点との略中間位置に向けるだけで、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を改善できることから、既存のオフセットパラボラアンテナであっても、簡単且つ安価にアンテナ特性を改善することができる。

また、本発明のオフセットパラボラアンテナは、パラボラ反射鏡の大きさや重さなどを従来のものから変更することなく構成できるので、アンテナ設置時の作業性等、ユーザーにとっての使い勝手を低下させることもない。

次に、第２局面のオフセットパラボラアンテナにおいては、一次放射器の指向性能の内、指向範囲が、ビーム中心軸周りで、受信電力がビーム中心軸での最大受信電力に比べて１０ｄＢ〜１５ｄＢ低くなる角度にて規定されている。そして、一次放射器は、その指向範囲（角度）が、パラボラ反射鏡の開口角と略同じ大きさとなるように構成されている。
このため、第２局面のオフセットパラボラアンテナによれば、スピルオーバーをより確実に小さくして、受信雑音を低減化することができるようになり、オフセットパラボラアンテナのアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を高めることができる。

実施形態のオフセットパラボラアンテナの構成を表す説明図であり、図１Ａはその全体を表す斜視図、図１Ｂは一次放射器部分の側面図である。 一次放射器と支持アームとの接続部分の構成を表す一部破断側面図であり、図２Ａは接続前の状態を表し、図２Ｂは接続後の状態を表す。 パラボラ反射鏡と一次放射器との通常の位置関係を表す説明図であり、図３Ａはパラボラ反射鏡を垂直方向に切断したＸＺ平面における断面図、図３Ｂはパラボラ反射鏡をその焦点に集波される電波の到来方向から見たＸＹ平面の投影図である。 実施形態のオフセットパラボラアンテナを構成する一次放射器の指向性能を説明するための特性図である。 図３Ａ-３Ｂに示した通常の位置関係において生じるスピルオーバーを説明する説明図であり、図５ＡはＸＺ平面における断面図、図５ＢはＸＹ平面への投影図である。 実施形態におけるパラボラ反射鏡と一次放射器と位置関係を表す説明図であり、図６ＡはＸＺ平面における断面図、図６ＢはＸＹ平面への投影図である。 実施形態のオフセットパラボラアンテナの電気的特性を説明するための図である。 従来のパラボラ反射鏡の形状及び一次放射器との位置関係を表す説明図であり、図８ＡはＸＺ平面における断面図、図８ＢはＸＹ平面の投影図である。 従来のパラボラ反射鏡の他の形状及び一次放射器との位置関係を表す説明図であり、図９ＡはＸＺ平面における断面図、図９ＢはＸＹ平面への投影図である。

１…パラボラ反射鏡、２…開口面の投影図、３…指向範囲の投射図、５・７…はみ出る部分、６・８…内側になる部分、Ａ…パラボラ反射鏡の下端、Ｂ…パラボラ反射鏡の上端、Ｆ…焦点、Ｏ…開口面中心点、Ｐ…開口角中心点、Ｒ…性能基点、１０…支持アーム、２０…一次放射器、２２…ホーン、２４…ケース部、２５…出力端子、２６…本体部、２８…樹脂ケース、２９…固定部。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態のオフセットパラボラアンテナは、図１Ａ，１Ｂに示すように、静止衛星から送信された放送電波を受信し、その受信信号を所定の中間周波数帯に変換して、端末側に出力する衛星放送受信用のアンテナであり、鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡１と、一端がパラボラ反射鏡１の裏面側に固定され、他端がパラボラ反射鏡１の前面（鏡面）の焦点付近まで延出された支持アーム１０と、この支持アーム１０の他端に固定されることにより、パラボラ反射鏡１の焦点位置に固定される一次放射器２０と、から構成されている。

ここで、パラボラ反射鏡１は、その鏡面（前面）を、放送電波を送信してくる静止衛星に向けた状態で、裏面側に設けられた固定用金具（図示せず）を介して鉛直方向に設置された支柱等に固定することで、静止衛星からの放送電波を前面（鏡面）で反射し、その鏡面の焦点位置に集波させる周知のものである。

また、一次放射器２０には、パラボラ反射鏡１にて集波された電波の受信信号（十数ＧＨｚ）を、数ＧＨｚの中間周波信号にダウンコンバートするコンバータ回路が組み込まれており、一次放射器２０からは、そのダウンコンバート後の中間周波信号が受信信号として出力される。

また、図２Ａ，２Ｂに示すように、一次放射器２０は、一次放射器２０のホーン２２と、コンバータ回路等を収納するケース部２４とを一体形成してなるダイキャスト製の本体部２６を備える。

この本体部２６のケース部２４は、ホーン２２から入射した電波を受信する受信部やコンバータ回路等を形成した回路基板を収納するためのものである。そして、コンバータ回路にて周波数変換された受信信号は、ケース部２４の下方に突設された出力端子（Ｆ型接栓）２５から出力される。

また、本体部２６は、ホーン２２からケース部２４内に雨水が浸入することのないよう、本体部２６を保護する、合成樹脂製の樹脂ケース２８内に収納されている。
また、支持アーム１０は、金属製のパイプにて構成されており、一次放射器２０の本体部２６において、ホーン２２の下方には、支持アーム１０の先端からパイプ内に挿通して、外からねじ止め固定するための固定部２９が突設されている。

このため、一次放射器２０は、この固定部２９を支持アーム１０内に挿通してねじ止めすることで、支持アーム１０、延いてはパラボラ反射鏡１にしっかりと固定され、支持アーム１０の指向範囲内で受信強度が最も高くなる軸線（換言すれば一次放射器２０のビーム中心軸）も、所定方向に固定されることになる。

従って、一次放射器２０のビーム中心軸がパラボラ反射鏡１の鏡面に当たる位置は、支持アーム１０の先端位置と、一次放射器２０の本体部２６からの固定部２９の突設角度とによって決まる。

これら各パラメータは、オフセットパラボラアンテナの設計時に決定されるが、従来の設計手法では、パラボラ反射鏡１をその焦点位置に集波される電波の到来方向から見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示される鏡面位置（つまり、パラボラ反射鏡１の開口面中心点）と、一次放射器２０のビーム中心軸がパラボラ反射鏡１の鏡面に当たる位置とを一致させるのが一般的であるため、パラボラ反射鏡１の利用効率が低下し、スピルオーバーによる受信雑音が増大するという問題があった。

そこで、本実施形態では、一次放射器２０の特性及びビーム中心軸の方向を以下のように設定することで、パラボラ反射鏡１の利用効率を改善すると共にスピルオーバーを低減し、オフセットパラボラアンテナのアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を向上している。

以下、本実施形態のオフセットパラボラアンテナの設計手法について詳しく説明する。
まず、図３Ａ-３Ｂは、通常の設計手法で一次放射器２０をパラボラ反射鏡１の焦点Ｆに固定したときの一次放射器２０とパラボラ反射鏡１との位置関係を表す説明図であり、図３Ａは、一次放射器の受信点（つまりパラボラ反射鏡１の焦点Ｆ）を通る垂直方向のＸＺ平面にてパラボラ反射鏡１を切断した状態を表す断面図、図３Ｂはパラボラ反射鏡１をその焦点Ｆに集波される電波の到来方向から見たＸＹ平面の投影図である。

なお、上述の図８Ａ，８Ｂ、図９Ａ，９Ｂ及び後述する図５Ａ，５Ｂ、図６Ａ，６Ｂにおいても、（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図３Ａと同様のＸＺ平面断面図、図３Ｂと同様のＸＹ平面投影図である。

図３Ｂに示すように、オフセットパラボラアンテナにおけるパラボラ反射鏡１の鏡面は、放物面の回転軸からずらした部分を、焦点Ｆに集波させるべき電波の到来方向から見た開口面の投影図が半径ｒの円形になるように切り出したものとして設定される。そして、この半径ｒの円の中心を通る軸線にて示される鏡面位置が、パラボラ反射鏡１の開口面中心点である。

次に、図３ＡにおけるＡはパラボラ反射鏡１の下端であり、Ｂはパラボラ反射鏡１の上端である。また、図３ＡにおけるＰは、線ＢＦ、ＡＦがなす角度２θ（即ち、パラボラ反射鏡１の開口角）を２等分する２等分線（ＦＰ）にて示される鏡面位置（つまり、パラボラ反射鏡１の開口角中心点）を表している。なお、線ＢＦは、パラボラ反射鏡１の上端Ｂと焦点Ｆを結ぶ線であり、線ＡＦは、パラボラ反射鏡１の下端Ａと焦点Ｆを結ぶ線である。

図３Ａ，３Ｂからわかるように、オフセットパラボラアンテナを構成するパラボラ反射鏡１は、開口面中心点Ｏの位置と開口角中心点Ｐの位置とが異なり、図３Ａ，３Ｂに示すように上側にオフセットしたパラボラ反射鏡１では、開口面中心点Ｏの位置は、開口角中心点Ｐより上方に位置するようになる。

このズレは、アンテナ有効径（短径寸法）が４５ｃｍのパラボラ反射鏡で数ｃｍであるが、パラボラ反射鏡１の有効径やオフセット角によっても異なり、有効径やオフセット角が大きいほど大きくなる。

一方、パラボラ反射鏡１の焦点Ｆには、支持アーム１０を介して一次放射器２０が配置される。また、一次放射器２０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するように構成される。

ところで、一次放射器２０の指向性能は、指向範囲と指向特性で表される。
そして、一次放射器２０の指向範囲は、指向性の広がりを示すものであり、パラボラ反射鏡１からの反射波を効率よく受信するためには、その指向範囲を、パラボラ反射鏡１の開口角の大きさと略一致させるよう構成するのが望ましい。

これは、開口角より指向範囲が広ければ、パラボラ反射鏡１の後方からくる電波の一部が、パラボラ反射鏡１に遮断されずに一次放射器に直接入力され受信雑音が生じ、逆に、開口角より指向範囲が狭ければ、パラボラ反射鏡１からの反射波を効率よく受信することができないからである。

このため、一次放射器２０の指向範囲は、例えば図３Ａで示されるパラボラ反射鏡１の開口角ＢＦＡ（＝２θ）とすればよく、本実施形態においても一次放射器２０の指向範囲をこのように設定している。

これに対し、一次放射器２０の指向特性は指向性の鋭さを示すものである。
そして、本実施形態では、指向範囲の限界付近及びその外側からの受信電力の影響を防ぐため、その指向特性は、指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、最大受信電力よりも設定値だけ小さくなるように構成されている。

つまり、指向範囲の限界及びその外側における遮断量が大きければ、受信雑音の影響をより少なくできる。
そこで、本実施形態では、図４に例示するように、一次放射器２０の指向範囲を、受信電力が最大となるビームを中心軸として±θの範囲となるように設定することで、パラボラ反射鏡１の開口角と一致させ、一次放射器２０の指向特性を、指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、最大受信電力よりも１５ｄＢだけ低くなるように設定している。

これによって、指向範囲の外側から一次放射器２０に直接飛び込む電波や、パラボラ反射鏡１の周縁を回析する電波の影響を抑えることができる。
このような指向性能を有した一次放射器２０は、一般的には、上述したようにアンテナとしての利得の向上を図るために、一次放射器２０のビーム中心軸（すなわち、受信電力が最大となる位置の軸線）が、パラボラ反射鏡１の開口面中心点Ｏを向くように取り付けられる。

この状態について図５Ａ，５Ｂを用いて詳しく説明する。なお、図５Ａ，５Ｂは通常のパラボラ反射鏡を使ってスピルオーバーを説明するための図であり、図５ＡはＸＺ平面における断面図、図５ＢはＸＹ平面への投影図である。

図５Ａ，５Ｂにおいて、符号３は、一次放射器２０を、そのビーム中心軸がパラボラ反射鏡１の開口面中心点Ｏを向くように配置したとき、一次放射器２０の指向範囲を示す投射図を電波到来方向から見た図であり、Ｘ方向がＹ方向より長い長円となる。

この図から明らかなように、一次放射器２０は、指向範囲がパラボラ反射鏡１の開口角ＢＦＡと一致するように構成されていることから、一次放射器２０の指向範囲の大きさがそのままで、そのビーム中心軸を開口面中心点Ｏに向ければ、指向範囲の上側限界が、パラボラ反射鏡１の上端Ｂを超えてＣ点まではみ出る部分５が生じることになる。

また逆に、指向範囲の下側限界は、パラボラ反射鏡１の下端Ａを上方に超えてパラボラ反射鏡１の内側になる部分６が生じることになる。
つまり、一次放射器２０のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡１の開口面中心点Ｏを向くように取り付けられる場合は、受信利得が向上するものの、上記はみ出た部分５は、パラボラ反射鏡１による遮蔽を期待できないので、はみ出た部分５におけるスピルオーバーによって受信雑音が増大することになる。

また、反射鏡の更なる有効利用のために、一次放射器２０の指向範囲の限界を、パラボラ反射鏡１の下端Ａに略一致するように広げればよいが、一方でパラボラ反射鏡１の上端Ｂを超えてはみ出る部分５が更に拡大することになり、スピルオーバーが大きくなる。

上空から到来する雑音は、大地等から発生する水平方向等からくる雑音より小さいものの、スピルオーバーの拡大による受信雑音の影響は無視できないものとなる。
一方、一次放射器２０のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡１の開口角中心点Ｐを向けて取り付けられる場合を考えると、スピルオーバーは小さくなり受信雑音の影響を減少させることができるものの、利得の向上は望めない。

そこで、本実施形態では、アンテナ利得の向上やスピルオーバーの低減に着目するだけではなく、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）に着目することで、例え従来型のパラボラ反射鏡であっても、そのパラボラ反射鏡を最大限に有効利用することによって、優れたアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を有するオフセットパラボラアンテナを提供する。

以下、この点について、図６Ａ，６Ｂ及び図７を用いて詳しく説明する。
なお、図６Ａ，６Ｂは本実施形態のパラボラ反射鏡１と一次放射器２０との位置関係を表す説明図であり、図６ＡはＸＺ平面における断面図、図６ＢはＸＹ平面への投影図である。また、図７は本実施形態のオフセットパラボラアンテナの電気的特性を表す説明図である。

また、本実施形態において、一次放射器２０の指向性能は、図４で示したものと同じであり、その指向範囲は、本発明の実施例として示したパラボラ反射鏡１の開口角ＢＦＡと一致する２θであり、その指向特性は、前記指向範囲の限界及びその外側の受信電力が、最大電力より設定値（例えば１５ｄＢ）だけ低くなるように構成されたものである。

図６Ａ，６ＢにおけるＲは、開口角中心点Ｐと開口面中心点Ｏとの略中間位置を示す点である。
この中間位置とは、パラボラ反射鏡１の放物面に沿った位置の中間点であっても良いし、開口角中心点Ｐと開口面中心点Ｏを結ぶ直線の中間点であっても良い。

本実施形態の特徴は、一次放射器２０のビーム中心軸（指向範囲の中心軸若しくは受信電力が最大になる位置の軸線）を、前記Ｒ点である、アンテナの性能を最適化するための性能基点に向けたことにある。

なお、図６Ａ，６Ｂにおいて、符号３は、一次放射器２０のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡１の性能基点Ｒを向けて取り付けられたときに、一次放射器２０の指向範囲を示す投射図を電波到来方向から見た図であり、Ｘ方向がＹ方向より長い長円となる。

この状態では、図６Ａ，６Ｂに示されるように、指向範囲がパラボラ反射鏡１の上端Ｂからはみ出る部分７が、図５Ａに示した部分５に対して狭くなることで、スピルオーバーが少なくなると共に、パラボラ反射鏡１の下端Ａより内側になる部分８が、図５Ａに示した部分６に対して狭くなることによって反射鏡が効率よく使用できることになる。

つまり、本実施形態によれば、上述した指向性能（換言すれば従来と同様の指向性能）を有した一次放射器２０を、そのビーム中心軸（受信電力が最大となる位置の軸線）が性能基点Ｒに向くように配置することによって、受信電力と受信雑音とを勘案して、パラボラ反射鏡１を最大限に有効に利用できるように最適化することができ、極めて良好なアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を有したオフセットパラボラアンテナを提供できるのである。

図７は、この効果を確認するために測定したデータを表している。このデータは、上述の指向性能を有する一次放射器２０のビーム中心軸が向く方向を、開口角中心点Ｐから開口面中心点Ｏに（若しくは逆方向に）向けて動かしたときの、オフセットパラボラアンテナとしての諸性能の特性変化を示すデータである。

なお、本実施形態では、オフセットパラボラアンテナの諸性能として、アンテナ利得（ｄＢ）と、受信雑音である不要電波や大地、天空等において発生する空間雑音を含んだ雑音レベルを示すアンテナ雑音温度（Ｋ）、及び、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ（＝ｄＢ／Ｋ））の３つを測定した。

このデータによると、一次放射器２０のビーム中心軸を開口角中心点Ｐに向けたときは、パラボラ反射鏡１が、パラボラ反射鏡１の背後からの受信雑音を遮蔽するので、前記諸性能の内、アンテナ雑音温度が略最小値を示し、一次放射器２０のビーム中心軸を、Ｐ点を中心として上下方向に動かすと、それぞれアンテナ雑音温度は劣化する。

また、一次放射器２０のビーム中心軸が反射波を効率よく受信する方向に向いていないのでアンテナの利得は最大値を示さない。
次に、一次放射器２０のビーム中心軸を開口角中心点Ｐから開口面中心点Ｏに向けて徐々に上方に傾けていくと、パラボラ反射鏡１の上端Ｂから一次放射器２０の指向範囲の外側限界付近が徐々に上方にはみ出るので、パラボラ反射鏡１の背後からの受信雑音の一部を遮蔽することができなくなり、アンテナ雑音温度は次第に増大する。

しかしながら、一次放射器２０は、徐々に反射波を効率よく受信することができるようになり、アンテナの利得は次第に向上していく。
そして、一次放射器２０のビーム中心軸が開口面中心点Ｏに向いた時は、一次放射器２０は反射波を効率よく受信することができるようになり、アンテナ利得は略最大値を示す。

更に上方に向けていくとアンテナ利得は急激に劣化する。
次に、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）に着目する。
一次放射器２０のビーム中心軸を開口角中心点Ｐから開口面中心点Ｏに向けて徐々に傾けていくと、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）は、徐々に向上していき、途中から徐々に低下していく傾向にあることがわかる。

詳しく見ると、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）が最大値を迎えるのは、一次放射器２０のビーム中心軸が、開口角中心点Ｐと開口面中心点Ｏの略中間位置である前記性能基点Ｒを指し示す場合を含み、その前後にあるときであることがわかる。

この実験の結果によれば、一次放射器２０のビーム中心軸がこの位置に向いているときは、他の条件のときよりもアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）が０．５から１ｄＢ程改善することがわかった。

すなわち、本実施形態のオフセットパラボラアンテナによれば、一次放射器２０のビーム中心軸（詳しくは、一次放射器２０の指向範囲における受信電力が最大となる位置の軸線（一般的には指向範囲の中心））が、パラボラ反射鏡１の開口面中心点Ｏと、パラボラ反射鏡１の開口角中心点Ｐとの略中間位置である性能基点Ｒに向くように構成することによって、パラボラ反射鏡１を効率よく使いこなすことができるアンテナの最適な構成方法を提供できるばかりで無く、これによって、優れたアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を有したオフセットパラボラアンテナを簡単且つ安価に提供することができる。

また、上述のように最適化の方法が簡単であることから、既に製品化されているアンテナであっても、今ある一次放射器２０のビーム中心軸を、使用しているパラボラ反射鏡１の性能基点Ｒに向けるだけで、アンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）の改善ができるので、既存製品であっても簡単且つ安価に製品の特性改善が可能である。

更に、本実施形態のオフセットパラボラアンテナによれば、従来と比べても大きさや重さなどを変えずに構成でき、ユーザーにとっての使い勝手を大きく変えることなく、優れたアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を有したオフセットパラボラアンテナが実現できるなど、実用性の高いパラボラ反射鏡と一次放射器２０の最適化方法を提供できる。

また、本実施形態のオフセットパラボラアンテナによれば、一次放射器２０の指向性能の内、指向範囲がパラボラ反射鏡１の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、その指向特性は、指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、一次放射器２０が受信する最大受信電力より少なくとも設定値だけ低くなるように構成されていることから、パラボラ反射鏡１の背面方向からの電波の一部が一次放射器２０に直接入射する現象（つまりスピルオーバー）を抑えて、スピルオーバーにより生じる受信雑音を低減することができ、受信雑音による影響のない、極めて良好なアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を有したオフセットパラボラアンテナを提供することができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
上記実施形態の一次放射器２０の指向性能は、その指向範囲がパラボラ反射鏡１の開口角と略同じ大きさとなるように構成されており、しかも、その指向特性は指向範囲の限界及びその外側における受信電力が、一次放射器２０が受信する最大受信電力より設定値だけ低くなるように構成されており、この設定値は上述の如く１５ｄＢであるのが望ましいが、量産性を考慮するならば、部分的には１５ｄＢを超えて１０〜１５ｄＢの範囲があっても良い。

また、上記実施形態では、一次放射器２０のビーム中心軸が性能基点Ｒを向くように構成した例を示したが、例えば、前記性能基点Ｒを中心とする所定の大きさ（例えば、半径５ｍｍ程度の円形）の範囲内の何れかに向くようにしても良い。

これによって、良好なアンテナ性能指数（Ｇ／Ｔ）を維持しつつ、部品の寸法を精度よく作る必要が無くなり、また、組み付け工数の低減ができることから、延いては製品のコストダウンができる。

また、上記実施形態では、一次放射器２０がもつ所定の指向範囲における受信電力が最大となる位置の軸線若しくは一次放射器２０のビーム中心軸が、パラボラ反射鏡１の開口面中心点Ｏと、パラボラ反射鏡１の開口角中心点Ｐとの略中間位置である性能基点Ｒに向くものとして説明したが、上記データが示すように、開口面中心点Ｏを「アンテナ利得が最大となる点」、開口角中心点Ｐを「アンテナ雑音温度が最小になる点」と言い換えても良い。

すなわち、一次放射器２０は、その所定の指向範囲における受信電力が最大となる位置の軸線が「利得が最大となる点」と、「アンテナ雑音温度が最小になる点」との略中間位置である性能基点Ｒを向くように、支持アーム１０に固定されていると言うように言い換えても良い。

また、上記実施形態では、パラボラ反射鏡の開口面の投影図が円形となる長円形の反射鏡の例を使って説明したが、オフセットパラボラアンテナの放物面を含む反射鏡を使ったアンテナであれば、開口面の投影図が円形でないアンテナであっても良い等、実施形態に限定されるものではない。

また、本発明の実施形態では、衛星放送受信用のオフセットパラボラアンテナに適応する例を示したが、この実施例に限定されるものではなく、送信用オフセットパラボラアンテナに適応しても良い。

これによって、更に効率の良いアンテナを提供できる。

Claims (2)

1. 鏡面が放物面の一部を切り出した形状を有する楕円形のパラボラ反射鏡と、一次放射器と、前記一次放射器を支持して前記パラボラ反射鏡の焦点位置に固定する支持アームと、を備えたオフセットパラボラアンテナにおいて、
   前記一次放射器は、
   受信電力が最大となるビーム中心軸が、
   前記パラボラ反射鏡の焦点に集波される電波の到来方向から前記パラボラ反射鏡を見たとき、その開口面の中心を通る軸線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口面中心点と、
   前記パラボラ反射鏡の長径方向の両端と前記パラボラ反射鏡の焦点とを結ぶ２直線がなす開口角を２等分したとき、その２等分線にて示される前記パラボラ反射鏡の鏡面位置である開口角中心点と、
   の間の略中心位置を向くように、前記支持アームに固定されていることを特徴とするオフセットパラボラアンテナ。
2. 前記一次放射器は、
   前記ビーム中心軸周りで受信電力が前記ビーム中心軸での最大受信電力に比べて１０ｄＢ〜１５ｄＢ低くなる角度、にて規定される指向範囲が、前記パラボラ反射鏡の開口角と略同じ大きさとなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオフセットパラボラアンテナ。

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