JP2705612B2 - ビーム給電型複反射鏡アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の周波数を共用す
るビーム給電型複反射鏡アンテナに関し、特に、給電部
の小型軽量化を図ることができ、人工衛星への搭載が可
能なビーム給電型複反射鏡アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビーム給電型複反射鏡アンテナは、給電
損失が少なく、かつ、給電系（給電ホーン及び平面鏡）
の変更によって、広範囲の周波数帯に対応できるという
利点を有し、現在では、地上局における人工衛星の追
尾、及び、天文観測用の電波望遠鏡等に広く利用されて
いる。

【０００３】図４は、従来の地上局で使用されるビーム
給電型複反射鏡アンテナを示す概念図である。同図にお
いて、１０１は給電ホーンであり、アンテナが共用する
低い周波数（例えば、Ｓバンド）と高い周波数（例え
ば、Ｋａバンド）の電波を放射する。

【０００４】１０２は給電部であり、第一及び第二平面
鏡１０２ａ，１０２ｄと第一及び第二放物面鏡１０２
ｂ，１０２ｃとによって形成されていた。このような給
電部１０２は、給電ホーン１０１からの低い周波数又は
高い周波数の電波を、第一平面鏡１０２ａ→第一放物面
鏡１０２ｂ→第二放物面鏡１０２ｃ→第二平面鏡１０２
ｄの順で副反射鏡１０３に反射させていた。

【０００５】副反射鏡１０３は、給電部１０２からの低
い周波数及び高い周波数の電波を主反射鏡１０４に反射
させる構成となっていた。そして、主反射鏡１０４は、
副反射鏡１０３からの電波を受けて、低い周波数及び高
い周波数のアンテナビームを放射していた。

【０００６】ここで、給電部１０２を形成する第一及び
第二平面鏡１０２ａ，１０２ｄと第一及び第二放物面鏡
１０２ｂ，１０２ｃの大きさは、アンテナが共用する複
数の周波数のうち、低い周波数により決定される。すな
わち、第一及び第二平面鏡１０２ａ，１０２ｄ等に電波
を反射させるには、一般に、使用周波数の波長の１０倍
以上の開口径が必要とされている。例えば、Ｓバンド
（低い周波数）＝２ＧＨｚと、Ｋａバンド（高い周波
数）＝２０ＧＨｚを共用するビーム給電型複反射鏡アン
テナの場合、第一及び第二平面鏡１０２ａ，１０２ｄ等
の大きさは、１０・λ＝約１．５ｍとなる（なお、Ｋａ
バンドで必要な第一及び第二平面鏡１０２ａ，１０２ｄ
の大きさは、１０・λ＝約１５０ｍｍ）。ここで、λは
自由空間波長を示す。

【０００７】近年、このようなビーム給電型複反射鏡ア
ンテナは、給電損失が少ない高効率アンテナという利点
を有することから、人工衛星搭載用のアンテナとして有
望視されており、特に、低高度の人工衛星を静止衛星軌
道上から追尾し、データを中継する人工衛星（データ中
継衛星）に搭載することができるビーム給電型複反射鏡
アンテナの実用化が期待されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のビーム給電型複反射鏡アンテナでは、給電部１０２
を形成する第一及び第二平面鏡１０２ａ，１０２ｄ等の
大きさが、通信に使用する複数の周波数のうち、低い周
波数により決定されてしまうので、第一及び第二平面鏡
１０２ａ，１０２ｄ等の開口径がそれぞれ大きくなり、
給電部１０２全体が大型かつ大重量化してしまうという
問題があった。このため、従来のビーム給電型複反射鏡
アンテナをデータ中継衛星に搭載することは不可能であ
り、今のところビーム給電型複反射鏡アンテナを搭載し
た人工衛星は存在していない。

【０００９】したがって、今日の我が国の通信放送技術
衛星では、図５に示すような、衛星間通信アンテナ２０
０によってデータの中継が行われている（電子情報通信
学会宇宙・エレクロトニクス研究会「ＣＯＭＥＴＳ（通
信放送技術衛星）特集」平成５年８月参照）。

【００１０】同図において、この衛星間通信アンテナ２
００は、図示しない中継用の高周波機器等を、主反射鏡
２０１の背面に取り付けたＲＦコンパートメント２０２
に収納し、これら主反射鏡２０１及びＲＦコンパートメ
ント２０２をともに駆動させて、他の人工衛星の追尾等
を行なう構成となっている。

【００１１】しかし、このような衛星間通信アンテナ２
００では、中継用の高周波機器等を収納したＲＦコンパ
ートメント２０２を、主反射鏡２０１の背面に設けなけ
ればならず、衛星間通信アンテナ２００が大重量化して
しまうとともに、これを駆動させる駆動系の大型化、消
費電力の増大をまねくという問題があった。

【００１２】なお、ビーム給電型複反射鏡アンテナでは
ないが、特開昭６３−２４０８号では、高い周波数の電
波を透過させるとともに、低い電波を反射させる周波数
選択型副反射鏡と、この周波数選択型副反射鏡の背面側
に設けられ、前記高い周波数の電波を放射する第一の給
電ホーンと、前記周波数選択型副反射鏡の正面側に設け
られ、前記低い周波数の電波を放射する第二の給電ホー
ンと、外周の一部を周波数選択板によって形成してあ
り、前記周波数選択型副反射鏡に反射又は透過させられ
た電波を反射する主反射鏡とを備えた構成の衛星搭載用
の多周波数共用アンテナが提案されている。

【００１３】このような特開昭６３−２４０８号の多周
波数共用アンテナよれば、使用する周波数によって、一
台の多周波数共用アンテナを、オフセットパラボラアン
テナとオフセットカセグレンアンテナとして使用でき、
オフセットパラボラアンテナとして使用するときと、オ
フセットカセグレンアンテナとして使用するときで、そ
れぞれ異なる焦点から給電することが可能となる。

【００１４】しかし、上記構成からなる特開昭６３−２
４０８号の多周波数共用アンテナには、ビーム給電型複
反射鏡アンテナにおける給電部（平面鏡）が存在しない
ので、この技術をそのまま応用しても、ビーム給電型複
反射鏡アンテナを人工衛星に搭載させることはできな
い。

【００１５】その他、特開昭６３−９０９２号及び特開
昭６２−３５１０号においても、衛星搭載用の多周波数
共用アンテナが提案されているが、上述した従来のビー
ム給電型複反射鏡アンテナの問題点を解決するものでは
ない。

【００１６】本発明は、上記問題点にかんがみてなされ
たものであり、給電部の小型軽量化を図ることができ、
人工衛星への搭載が可能なビーム給電型複反射鏡アンテ
ナの提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のビーム給電型複反射鏡アンテナは、
主反射鏡と、この主反射鏡の焦点前方に配置され、アン
テナが共用する複数の周波数のうち、低い周波数の電波
を透過するとともに、高い周波数を前記主反射鏡に反射
させる周波数選択型副反射鏡と、この周波数選択型副反
射鏡の背面側で、かつ、前記主反射鏡の焦点に配置さ
れ、前記複数の周波数のうち低い周波数の電波を放射す
る第一給電ホーンと、前記複数の周波数のうち高い周波
数の電波を放射する第二給電ホーンと、この第二給電ホ
ーンからの高い周波数の電波を、前記周波数選択型副反
射鏡に反射させる二枚の平面鏡を備えるビーム給電型複
反射鏡アンテナにおいて、前記二枚の平面鏡を、二重に
構成した鏡筒内へ、ＡＺ軸及びＥＬ軸回りに回動自在に
収納した構成としてある。

【００１８】また、請求項２記載のビーム給電型複反射
鏡アンテナは、前記二重に構成した鏡筒が、ＡＺ軸回り
に回動自在な外側鏡筒と、この外側鏡筒の内部において
ＥＬ軸回りに回動自在な内側鏡筒からなり、前記平面鏡
が内側鏡筒の内部上下方向に配設した構成としてある。

【００１９】

【作用】上記本発明のビーム給電型複反射鏡アンテナで
は、共用する周波数のうち、低い周波数により通信を行
なう場合、本ビーム給電型複反射鏡アンテナはパラボラ
アンテナとして作用する。すなわち、第一給電ホーンか
ら放射された低い周波数の電波は、周波数選択型副反射
鏡を透過して主反射鏡に照射される。

【００２０】また、高い周波数により通信を行なう場
合、本ビーム給電型複反射鏡アンテナはビーム給電式の
カセグレンアンテナとして作用する。すなわち、第二給
電ホーンから放射された高い周波数の電波は、平面鏡に
よって反射され、電波進路の変更が行なわれる。この平
面鏡に反射された前記高い周波数の電波は、前記周波数
選択型副反射鏡に反射されて前記主反射鏡に照射され
る。

【００２１】

【実施例】以下、本発明のビーム給電型複反射鏡アンテ
ナの一実施例について、図面を参照しつつ説明する。図
１は本発明の実施例に係るビーム給電型複反射鏡アンテ
ナを示す斜視図である。また、図２（ａ）は上記ビーム
給電型複反射鏡アンテナの側面図であり、同図（ｂ）は
正面図である。さらに、図３（ａ）は上記ビーム給電型
複反射鏡アンテナの給電部を示す正面断面図であり、同
図（ｂ）は側面断面図である。

【００２２】まず、本発明のビーム給電型複反射鏡アン
テナの実施例について説明する。なお、本実施例のビー
ム給電型複反射鏡アンテナは、主反射鏡を第一及び第二
給電ホーンからオフセットした構成とし、また、静止軌
道上のデータ中継衛星に搭載した構成としてある。

【００２３】図１及び図２（ａ），（ｂ）において、１
は衛星構体であり、地球指向面パネル１ａ，東面パネル
１ｂ，北面パネル１ｃ及び南面パネル１ｄを有する。こ
の衛星構体１の東面パネル１ｂには、主反射鏡１０が設
けてある。この主反射鏡１０は、後述する給電部５０の
Ｘ軸平面鏡５４に接合されたブーム１１（図３（ａ），
（ｂ）参照）に、フレームを介して連結してある。

【００２４】主反射鏡１０の焦点前方には、フレームを
介してブーム１１に連結した周波数選択型副反射鏡２０
が配置してある。この周波数選択型副反射鏡２０は、従
来の特開昭６３−２４０８号等の多周波数共用アンテナ
に用いられている周波数選択型副反射鏡と異なり、共用
する複数の周波数のうち、低い周波数の電波を透過させ
るとともに、高い周波数の電波を前記主反射鏡に反射さ
せる構成としてある。

【００２５】すなわち、周波数選択型副反射鏡２０は、
所定の高い周波数を反射させるように、電波透過性を有
する材料に、高い周波数を反射させる金属パッチ（反射
体）を形成し、高い周波数の電波をこのパッチ部分によ
って反射させ、低い周波数の電波を透過させている。

【００２６】この周波数選択型副反射鏡２０の背面側
で、かつ、主反射鏡１０の焦点には、第一給電ホーン
（Ｓバンド給電部）３０が取り付けてある。この第一給
電ホーン３０は、衛星構体１内に収納された受信機及び
送信機（図示せず）と接続してあり、本アンテナが共用
する複数の周波数のうち、低い周波数の電波を放射す
る。

【００２７】また、図１，図２（ｂ）及び図３（ａ）に
示すように、給電部５０の側方には、第二給電ホーン
（Ｋａバンド給電部）４０が設けてある。この第二給電
ホーン４０は、その開口部が給電部５０のＹ軸平面鏡５
３と対向するように固定してあり、衛星構体１内に収納
された受信機６０及び送信機７０と接続してある。そし
て、このような第二給電ホーン４０は、本アンテナが共
用する複数の周波数のうち、高い周波数の電波を放射す
る。

【００２８】前記給電部５０は、図３（ａ），（ｂ）に
示すように、外側鏡筒５１，内側鏡筒５２，Ｙ軸平面鏡
５３，Ｘ軸平面鏡５４，Ｙ軸モータ５５及びＸ軸モータ
５６からなる。

【００２９】同図（ａ），（ｂ）において、外側鏡筒５
１は、東面パネル１ｂに支持部材４１を介して固定され
たＹ軸モータ５５の回転軸と、支持部材４１に設けた第
二給電ホーン４０の軸受４１ａとによってＹ軸（ＡＺ
軸）回りに回動自在に支持してある。

【００３０】この外側鏡筒５１の内部には、内側鏡筒５
２がＸ軸（ＥＬ軸）回りに回動自在に取り付けてある。
この内側鏡筒５２の内部下方にはＹ軸平面鏡５３、内部
上方にはＸ軸平面鏡５４がそれぞれ所定の角度で固定し
てある。また、内側鏡筒５２の底面部は、外側鏡筒５１
に固定したＸ軸モータ５６の回転軸と連結してある。

【００３１】さらに、Ｘ軸平面鏡５４の裏面には、上述
したブーム１１が接合してあり、Ｙ軸モータ５５による
外側鏡筒５１及び内側鏡筒５２のＹ軸回りの回動に連動
して、主反射鏡１０，周波数選択型副反射鏡２０及び第
一給電ホーン３０がＹ軸回りに回動し、また、Ｘ軸モー
タ５６による内側鏡筒５２のＸ軸回りの回動に連動し
て、主反射鏡１０，周波数選択型副反射鏡２０及び第一
給電ホーン３０がＸ軸回りに回動する構成としてある。

【００３２】ここで、給電部５０の指向動作について説
明する。第二給電ホーン４０から放射された高い周波数
の電波は、Ｙ軸平面鏡５３に照射され、Ｙ軸平面鏡５３
によってＸ軸平面鏡５４に反射される。そして、Ｘ軸平
面鏡５４に照射された電波は、周波数選択型副反射鏡２
０に反射され、主反射鏡１０に照射される。これによっ
て、主反射鏡１０からアンテナビームが放射される。

【００３３】このとき、Ｙ軸モータ５５により外側鏡筒
５１をＹ軸回りに回転駆動させると、これに連動して内
側鏡筒５２もＹ軸回りに回動するので、内側鏡筒５２に
固定されたＹ軸平面鏡５３，Ｘ軸平面鏡５４，ブーム１
１，周波数選択型副反射鏡２０及び主反射鏡１０の全て
がＹ軸回りに回動し、主反射鏡１０から放射されるアン
テナビームのＹ軸回りの角度が変化する。

【００３４】また、Ｘ軸モータ５６により内側鏡筒５２
をＸ軸回りに回転駆動させると、Ｙ軸平面鏡５３，Ｘ軸
平面鏡５４，ブーム１１，周波数選択型副反射鏡２０及
び主反射鏡１０の全てがＸ軸回りに回動し、主反射鏡１
０から放射されるアンテナビームのＸ軸回りの角度が変
化する。

【００３５】このように、Ｙ軸モータ５５及びＸ軸モー
タ５６によって、外側鏡筒５１及び内側鏡筒５２を適宜
回動させ、アンテナビームを所望の角度に指向させる。

【００３６】次に、上述した構成からなるビーム給電型
複反射鏡アンテナの使用方法について説明する。

【００３７】まず、共用する周波数のうち、低い周波数
により通信を行なう場合は、本ビーム給電型複反射鏡ア
ンテナをオフセットパラボラアンテナとして使用する。
すなわち、第一給電ホーン３０から低い周波数の電波を
放射させると、この電波は、周波数選択型副反射鏡２０
を透過して主反射鏡１０に照射される。これにより主反
射鏡１０から低い周波数のアンテナビームが放射され
る。

【００３８】また、高い周波数により通信を行なう場合
は、本ビーム給電型複反射鏡アンテナをビーム給電式の
オフセットカセグレンアンテナとして使用する。すなわ
ち、第二給電ホーン４０から高い周波数の電波を放射さ
せると、この電波は、給電部５０のＹ軸及びＸ軸平面鏡
５３，５４によって反射され、電波進路の変更が行なわ
れる。

【００３９】そして、給電部５０から反射してきた電波
は、周波数選択型副反射鏡２０に反射されて主反射鏡１
０に照射される。これにより主反射鏡１０から高い周波
数のアンテナビームが放射される。

【００４０】このような本実施例のビーム給電型複反射
鏡アンテナによれば、共用する周波数のうち、低い周波
数（Ｓバンド）の電波を、給電部５０（Ｙ軸平面鏡５３
及びＸ軸平面鏡５４）を介さずに給電する構成及び方法
としたことにより、Ｙ軸平面鏡５３及びＸ軸平面鏡５４
の大きさを、高い周波数（Ｋａバンド）の電波にもとづ
いて決定することができる。

【００４１】これにより、Ｙ軸平面鏡５３及びＸ軸平面
鏡５４の開口径を小さくすることができ、これらＹ軸平
面鏡５３及びＸ軸平面鏡５４を含む給電部５０の小型軽
量化を図ることができ、ビーム給電型複反射鏡アンテナ
のデータ中継衛星への搭載が可能となる。したがって、
給電損失が少なく、かつ、給電系（給電ホーン及び平面
鏡）の変更によって、広範囲の周波数帯に対応できると
いうビーム給電型複反射鏡アンテナの効果を、データ中
継衛星に反映させることができる。

【００４２】なお、本発明者が、上記実施例にもとづい
て実際に給電部５０を製作してみたところ、給電部５０
をＹ軸方向の幅＝７２０ｍｍ，Ｘ軸方向の高さ＝６２０
ｍｍの大きさにすることができた。これは従来の開口径
１．５ｍの平面鏡を内蔵した給電部と比較して、約１／
１０以下の大きさである。

【００４３】また、本実施例では、低い周波数の電波
を、ビーム給電せず、かつ、副反射鏡２０に反射させな
いで、オフセットパラボラアンテナとして給電する構成
及び方法としてあるが、低い周波数では給電損失が少な
いため、アンテナ利得が低下してしまうことなどの問題
は生じない。

【００４４】一方、給電損失の大きい高い周波数では、
ビーム給電式のオフセットカセグレンアンテナとして給
電する構成方法としてあるので、良好な特性が得られ
る。

【００４５】なお、本発明のビーム給電型複反射鏡アン
テナは、上記実施例に限定されるものではない。例え
ば、上記実施例では、主反射鏡を第一及び第二給電ホー
ンからオフセットさせ、オフセットパラボラアンテナ又
はオフセットカセグレンアンテナとして使用する構成と
したが、これは特に限定されるものではなく、通常のパ
ラボラアンテナ又はカセグレンアンテナとして使用する
構成に変更することもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のビーム給
電型複反射鏡アンテナによれば、ＡＺ軸およびＥＬ軸回
りに回動する二枚の平面鏡を二重構造の鏡筒内に収納し
た構成としてあるので、平面鏡を含む給電部の小型軽量
化を図ることができる。これによって、ビーム給電型複
反射鏡アンテナのデータ中継衛星への搭載が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るビーム給電型複反射鏡ア
ンテナを示す斜視図である。

【図２】同図（ａ）は上記ビーム給電型複反射鏡アンテ
ナの側面図であり、同図（ｂ）は正面図である。

【図３】同図（ａ）は上記ビーム給電型複反射鏡アンテ
ナの給電部を示す正面断面図であり、同図（ｂ）は側面
断面図である。

【図４】従来の地上局で使用されるビーム給電型複反射
鏡アンテナを示す概念図である。

【図５】従来のデータ中継衛星を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 衛星構体 １ａ 地球指向面パネル １ｂ 東面パネル １ｃ 北面パネル １ｄ 南面パネル １０ 主反射鏡 １１ ブーム ２０ 周波数選択型副反射鏡 ３０ 第一給電ホーン（Ｓバンド給電ホーン） ４０ 第二給電ホーン（Ｋａバンド給電ホーン） ４１ 支持部材 ４１ａ 軸受 ５０ 給電部 ５１ 外側鏡筒 ５２ 内側鏡筒 ５３ Ｙ軸平面鏡 ５４ Ｘ軸平面鏡 ５５ Ｙ軸モータ ５６ Ｘ軸モータ ６０ 受信機 ７０ 送信機

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主反射鏡と、この主反射鏡の焦点前方に
   配置され、アンテナが共用する複数の周波数のうち、低
   い周波数の電波を透過するとともに、高い周波数を前記
   主反射鏡に反射させる周波数選択型副反射鏡と、この周
   波数選択型副反射鏡の背面側で、かつ、前記主反射鏡の
   焦点に配置され、前記複数の周波数のうち低い周波数の
   電波を放射する第一給電ホーンと、前記複数の周波数の
   うち高い周波数の電波を放射する第二給電ホーンと、こ
   の第二給電ホーンからの高い周波数の電波を、前記周波
   数選択型副反射鏡に反射させる二枚の平面鏡を備えるビ
   ーム給電型複反射鏡アンテナにおいて、 前記二枚の平面鏡を、二重に構成した鏡筒内へ、ＡＺ軸
   及びＥＬ軸回りに回動自在に収納した ことを特徴とする
   ビーム給電型複反射鏡アンテナ。
2. 【請求項２】 前記二重に構成した鏡筒が、ＡＺ軸回り
   に回動自在な外側鏡筒と、この外側鏡筒の内部において
   ＥＬ軸回りに回動自在な内側鏡筒からなり、前記平面鏡
   が内側鏡筒の内部上下方向に配設してある請求項１記載
   のビーム給電型複反射鏡アンテナ。