JP3361082B2 - 可動フィードシステムを備えた回転可能で走査可能な再構成可能型反射器 - Google Patents

可動フィードシステムを備えた回転可能で走査可能な再構成可能型反射器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙および通信ア
ンテナに関する。とくに、本発明は、可動フィードシス
テムを備えた回転可能で走査可能な再構成可能な成形反
射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、人工衛星は、その所定の軌道配
置に基づいて特定の国または地理的領域に対してカスタ
マイズされる。これには、衛星がその特定の用途にしか
使用されないという制限がある。地理的領域の変更が必
要となる状況が生じた場合、変更を行なうために新しく
構成した衛星を打ち上げなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】衛星の故障の場合、別
の衛星を類似した性能仕様に構築しなければならない。
この結果、代りの衛星を製作して打ち上げるために３年
に及ぶ遅れが生じることになる。再構成可能なアンテナ
システムは、領域に特定された衛星システムに関連した
欠点のいくつかを解決する。
【０００４】効率的な再構成アンテナを実現する複雑な
方法は存在する。しかしながら、これらの方法は、現在
の増幅器設計のために効率を制限している。将来的に、
優れた増幅器設計によってこの方法が可能かもしれない
が、実際にはまだ能動アンテナは使用されていない。
【０００５】グレゴリー二重反射器におけるサブ反射器
を回転させることにより、回転可能なアンテナビームが
得られる。サブ反射器は、最初に、簡単な楕円ビームを
生成するように成形される。しかしながら、サブ反射器
成形はその能力が限られているため、ビーム寸法が約３
乃至４度に制限される。現在の多数のＣ帯域ビームは非
常に大きいため、これは欠点である。別の欠点として、
ほとんどの用途において複雑なビーム性能が要求される
のに対して、サブ反射器成形はビーム形状を簡単な形状
に制限する。
【０００６】本発明の目的は、廉価で効率のよい再構成
可能なアンテナを提供することである。本発明の別の目
的は、非常に大きく複雑なビーム形状を生成することの
できる再構成可能な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、衛星カバレージパターンにフ
レキシビリティを与え、衛星のカバレージ領域を変更で
きるようにする再構成可能なアンテナを提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、既知の技術に
関連した上述のような欠点を生じることなくビームを効
率的に再構成するアンテナシステムを提供する。本発明
のアンテナシステムは、大きいカバレージに対して動作
するように再構成可能であり、複雑なビーム成形を行な
うことのできる１以上のアンテナを有している。
【０００８】本発明のアンテナシステムは、最初に予め
定められた放射線パターンまたはビーム形状に対して最
適化される主反射器形状を有している。最適化された放
射線パターンから、最適軸が決定される。最適軸上に
は、この最適軸を中心としてビームを回転させ、ジンバ
ル制御することを可能にするために回転およびジンバル
機構が配置されている。最適軸は、ビームがその形状を
変えずに回転されることを可能にするので使用される。
ビームは、その位置が最適軸を中心として回転されるの
で変化しない。したがって、ビーム位置は変化しない。
ビームは、その形状に歪みが生じることなく回転される
ことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のその他の目的および特徴
は、好ましい実施形態の詳細な説明および添付図面なら
びに添付された特許請求の範囲から明らかになるであろ
う。図１乃至１３を参照すると、とくに図１には本発明
のアンテナシステム10が示されている。アンテナシステ
ムは、グレゴリー二重反射器構造の６個のアンテナを含
んでいる。ここにおいて、本発明は二重反射器構造に関
して説明されているが、可動フィードによって照射され
る単一反射器構造もまた使用可能であることに注意すべ
きである。
【００１０】この例のアンテナのうちの２個がＣ帯域周
波数で動作し、４個のアンテナがＫｕ帯域周波数で動作
する。とくに、アンテナシステム10は、大型Ｃ帯域アン
テナ12と、小型Ｃ帯域アンテナ14と、１個の大型Ｋｕ帯
域アンテナ16と、３個の小型Ｋｕ帯域アンテナ18とを含
んでいる。アンテナは全て、２つの直交直線偏波に対し
て動作し、帯域を送受信する。全てのアンテナの主反射
器は、ビームの回転および走査を可能にする回転可能な
ジンバル機構を取付けられている。Ｋｕ帯域フィードは
その焦点が軸方向にずらされることができ、軌道上での
ビーム形状変化が容易になる。Ｃ帯域フィードの焦点を
ずらすことができるが、ビーム形状の寸法が大きいの
で、それは通常必要ない。
【００１１】全てのアンテナは、すぐれたスピルオーバ
ー(spillover) および直交偏波性能を特徴とする高性能
のコルゲートホーンフィード（図１には示されていな
い。図５の28および図１１の34参照）によってフィード
される。グレゴリー構造の直交偏波特性のために、単一
のフィードが両偏波に対して使用されることができる。
６個のアンテナのシステム10は、太西洋領域（図２に示
されているＡＯＲ）、インド洋領域（図３に示されてい
るＩＯＲ）および太平洋領域（図４に示されているＰＯ
Ｒ）という３つの大洋領域のエリアをカバーする異なっ
たビームを発生させる。
【００１２】図５は、Ｃ帯域二重反射器の幾何学形状の
概略図であり、主反射器20およびサブ反射器22が示され
ている。最適軸24が決定され、ビーム形状の回転を可能
にするために回転およびジンバル機構26が最適軸22上に
配置される。アンテナフィード28は、サブ反射器22上に
配置される。
【００１３】各主反射器20は、公称ビーム形状に形成さ
れる。再構成可能なアンテナシステム10を使用するため
に衛星システムに特有のアンテナビームを検査した後、
公称ビーム形状および主反射器形状が選択される。この
例において、楕円ビームが示されている。図６は、図５
に示された公称Ｃ帯域カバレージである。
【００１４】主反射器20を回転することによって、ビー
ム形状が回転されることが可能になる。ビームは、走査
を行なわずに最適軸24を中心として回転されることがで
きる。ビーム位置は、それが最適軸24を中心として回転
されるため変化しない。したがって、ビームはその形状
が最小限しか歪まされずに回転されることができる。図
７は４５°回転された楕円ビーム形を示し、図８は９０
°回転された楕円ビーム形を示す。回転されたビーム形
は、主反射器20上のジンバル機構26によって地球の異な
った領域にわたって走査されることができる。図９は、
太平洋領域上の再構成されたＣ帯域ビーム形状を示す。
図１０は、太西洋領域上の再構成されたＣ帯域ビーム形
状を示す。
【００１５】図１１には、Ｋｕ帯域反射器の幾何学的構
成が示されている。この例におけるＫｕ帯域アンテナ
は、主反射器30とサブ反射器32とを有している。Ｋｕ帯
域周波数において、アンテナフィード34の軸方向の変位
を使用することにより付加的なビーム形状の変化が達成
されることができる。軸方向の変位は、アンテナ幾何学
形状によって制限されてもよい。この例において、グレ
ゴリー幾何学形状は、軸方向の変位をアンテナの焦点の
両側６インチに制限する。
【００１６】この例では、成形されたビームを走査する
ことによってＫｕ帯域アンテナビームの公称形状がオー
ストラリアおよびニュージーランドに対して最適化され
ている。走査されたビーム形状は、図１２に示されてい
る。アンテナフィード34は、図１３に示されている南ア
フリカに対して使用されることができるように焦点をず
らされ、それによってビーム寸法を減少させることがで
きる。類似のビーム形状は、主反射器上にフィードを維
持し、サブ反射器32だけを移動させることにより変化さ
せることができる。Ｃ帯域アンテナビームもまた焦点を
ずらすことができる。しかしながら、Ｃ帯域アンテナビ
ーム形状は寸法が大きいため、これは通常は必要ない。
【００１７】アンテナの幾何学形状の直径、焦点距離お
よびオフセットは、ビームの回転および走査に関して最
適な性能を得るように選択される。サブ反射器32の寸法
は、回折損失を最小にするように選択される。
【００１８】好ましい実施形態において、アンテナは全
てグレゴリー幾何学形状を有している。主反射器20，30
は全て、単一表面形状のグラファイト反射器である。こ
のタイプの反射器は例外的に熱的に安定しており、製造
時に歪みをほとんど受けない。反射器20，22，30，32は
全てアンテナ構造の中央に取付けられている。主反射器
20，30は全て配置され、３つの軸の全てにおける操縦を
可能にする照準(pointing)機構を使用する。
【００１９】上記において説明したように、広い角度領
域にわたって随意に回転および走査可能なビームを生成
することのできる単一の反射器を使用できる。単一の反
射器（示されていない）はフィードによって照射され、
この反射器を最適軸を中心として回転させることによ
り、ビーム形状を変えずにビームが回転される。さら
に、単一の反射器は、ビームを任意の遠距離電磁界方向
に走査するために２つの軸でジンバル制御されることが
できる。単一の反射器構造において、フィードを軸方向
に移動させることによってビームの大きさが変化される
ことができる。
【００２０】好ましい実施形態において、二重反射器ア
ンテナ12，14，16，18は、統一されたアンテナ構造（示
されていない）に構造的に取付けられている。天底（地
球に面している）アンテナは、統一されたアンテナ構造
の天底パネル（示されていない）に取付けられている。
東および西アンテナは、グラファイトブームおよびフィ
ードパネル（示されていない）によって天底パネルに取
付けられている。統一されたアンテナ構造の天底パネル
は、３脚架(three-bipod) システム（示されていない）
によって宇宙船（示されていない）のサブ天底(subnadi
r)シェルフ（示されていない）に運動学的に取付けられ
ている。この取付けシステムによって、アンテナ全体は
宇宙船（示されていない）の残りのものから熱的に分離
されることができる。適切な統一されたアンテナ構造
は、その安定性がアンテナビーム間の日周的な歪みを最
小にする熱的に安定したプラットフォームである。Ｃ帯
域フィード26は、整合穿孔ブラケット（示されていな
い）によって統一されたアンテナ構造にしっかり取付け
られている。Ｋｕ帯域フィード32は、飛行の証明された
(proven)線形アクチュエータ（示されていない）を使用
して両方向に焦点を数インチ機械的にずらされることが
できる。
【００２１】本発明のアンテナシステム10は、可能な限
り多くの異なったエリアをカバーするようにＣ帯域およ
びＫｕ帯域ビームを発生する。好ましい実施形態におい
て、アンテナシステム10は３つの大洋区域上の６個の異
なった衛星配置をカバーする。アンテナは、ビーム形状
および各ビームに関連した周波数に関する性能に対して
最適化される。各アンテナは、図２乃至図４に示されて
いるように所定の軌道位置において特定のビームを割当
てられる。したがって、主反射器が最適軸を中心として
回転し、主反射器はジンバルで支持され、フィードの焦
点をずらすことによって各アンテナに対して最適化さ
れ、最適なビーム形状が得られる。
【００２２】回転可能なビーム形状および焦点をずらす
ことのできる反射器により、アンテナシステム10中の別
のアンテナの回転可能なビーム形状と結合され、ビーム
形状を変化させて、いくつかの異なったエリアのアンテ
ナカバレージを可能にすることのできる種々の複雑なビ
ーム形状が得られる。事業の変更が必要となった場合、
もはや特定のカバレージ仕様を有する衛星を製造して打
ち上げる必要はない。本発明のフレキシブルなアンテナ
システムを使用する衛星は、バックアップのフレキシビ
リティを提供し、軌道に乗っているあいだにカバレージ
パターンを変更することができる。
【００２３】本発明は特定の実施形態について図示およ
び説明してきたが、当業者は種々の変形および別の実施
形態を認識するであろう。したがって、本発明は、添付
された特許請求の範囲に関してのみ限定されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナシステムの好ましい実施形態
の概略図。
【図２】太西洋領域を示す概略図。
【図３】インド洋領域を示す概略図。
【図４】太平洋領域を示す概略図。
【図５】Ｃ帯域二重反射器の幾何学形状を示す概略図。
【図６】公称Ｃ帯域カバレージパターンを示す概略図。
【図７】４５°回転されたＣ帯域カバレージを示す概略
図。
【図８】９０°回転されたＣ帯域カバレージパターンを
示す概略図。
【図９】太平洋領域上の再構成されたＣ帯域カバレージ
ビームを示す概略図。
【図１０】太西洋領域上の再構成されたＣ帯域カバレー
ジビームを示す概略図。
【図１１】Ｋｕ帯域二重反射器の幾何学形状を示す概略
図。
【図１２】オーストラリア上の公称Ｋｕ帯域カバレージ
パターンを示す概略図。
【図１３】南アフリカ上における改良された利得を有す
るＫｕ帯域カバレージパターンを示す概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン・エム・パーク アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90505、トーランス、ナンバー・シー、 アンザ・アベニュー 23518 (72)発明者 ルイス・アール・ファーメリア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90277、レドンド・ビーチ、ナンバー31、 アベニュー・ジー 408 (72)発明者 ビンセント・イー・キャシア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90266、マンハッタン・ビーチ、パシフ ィック・アベニュー 2408 (56)参考文献 特開 平10−247812（ＪＰ，Ａ) 米国特許4933681（ＵＳ，Ａ) 米国特許6087985（ＵＳ，Ａ) 米国特許4535338（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開918367（ＥＰ，Ａ ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 19/18 H01Q 1/28 H01Q 3/20

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １以上の主反射器と、１以上のサブ反射器と、 前記１以上の主 反射器を回転させる回転機構と、前記１以上の主反射器のアンテナビームを走査するため
    に 前記１以上の主反射器をジンバル制御するジンバル機
    構と、 前記１以上のサブ反射器のアンテナフィードとを具備し
    ており、 前記１以上の主反射器により生成されるアンテナビーム
    の回転軸に対する関係位置が回転によって変化されない
    で同じ放射パターン形状で回転できる回転軸である最適
    軸が前記１以上の主反射器に対して決定され、前記回転
    機構はこの最適軸を中心にして前記１以上の主反射器を
    回転させて異なった領域に対応する放射パターンを生成
    するように構成され、 さらに、前記アンテナフィードはビーム形状変化に適応
    するために前記フィードの焦点をずらす手段を具備して
    い る再構成可能なアンテナシステム。
  2. 【請求項２】 大型Ｃ帯域アンテナと、小型Ｃ帯域アン
    テナと、大型Ｋｕ帯域アンテナと、３個の小型Ｋｕ帯域
    アンテナとを具備している請求項１記載の再構成可能な
    アンテナシステム。
  3. 【請求項３】 前記Ｋｕ帯域アンテナ用の前記アンテナ
    フィードは、アンテナビームの形状変化に適応するため
    に前記アンテナフィードの焦点をずらす手段をさらに具
    備している請求項２記載の再構成可能なアンテナシステ
    ム。
  4. 【請求項４】 前記アンテナフィードは、高性能コルゲ
    ートホーンフィードをさらに具備している請求項１記載
    の再構成可能なアンテナシステム。
  5. 【請求項５】 前記１以上の主反射器および前記１以上
    のサブ反射器は、グレゴリー構造をさらに具備している
    請求項１記載の再構成可能なアンテナシステム。
  6. 【請求項６】 １以上の主反射器と、 １以上のサブ反射器と、前 記１以上の主反射器を回転させる回転機構と、前記１以上の主反射器のアンテナ ビームを走査するため
    に前記１以上の主反射器をジンバル制御するジンバル機
    構と、 前記１以上のサブ反射器のアンテナフィードとを具備し
    ており、前記１以上の主反射器により生成されるアンテナビーム
    の回転軸に対する関係位置が回転によって変化されない
    で同じ放射パターン形状で回転できる回転軸である最適
    軸が前記１以上の主反射器に対して決定され、前記回転
    機構はこの最適軸を中心にして前記１以上の主反射器を
    回転させて異なった領域に対応する放射パターンを生成
    するように構成され、 前記サブ反射器を主反射器に対して移動させることによ
    って前記ビーム形状がさらに変化されるように構成され
    ている 再構成可能なアンテナシステム。
  7. 【請求項７】 反射器と、 前記反射器を回転させる回転手段と、 前記反射器をジンバル制御するジンバル機構 と、前記反射器を照射する手段とを具備しており、 前記反射器により生成されるアンテナビームの回転軸に
    対する関係位置が回転によって変化されないで同じ放射
    パターン形状で回転できる回転軸である最適軸が前記反
    射器に対して決定され、前記回転手段はこの最適軸を中
    心に前記反射器を回転させて異なった領域に対応する放
    射パターンを生成するように構成され、 さらに、前記反射器を照射する手段を軸方向に移動させ
    る手段を具備している再構成可能なアンテナシステム。
JP36751299A 1998-12-23 1999-12-24 可動フィードシステムを備えた回転可能で走査可能な再構成可能型反射器 Expired - Lifetime JP3361082B2 (ja)

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