JPH11168322A - 低軌道衛星通信用アンテナ装置 - Google Patents
低軌道衛星通信用アンテナ装置Info
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- JPH11168322A JPH11168322A JP33406097A JP33406097A JPH11168322A JP H11168322 A JPH11168322 A JP H11168322A JP 33406097 A JP33406097 A JP 33406097A JP 33406097 A JP33406097 A JP 33406097A JP H11168322 A JPH11168322 A JP H11168322A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
- H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
- H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
- H01Q19/132—Horn reflector antennas; Off-set feeding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
- H01Q3/16—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
- H01Q3/20—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is fixed and the reflecting device is movable
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低軌道(LEO)衛星を用いる小型衛星地球
局において、小型、軽量で高速にLEO衛星を追尾する
ことができる低軌道衛星通信用アンテナ装置を提供する
こと。 【解決手段】 本アンテナ装置100は、オフセットパ
ラボラアンテナ型反射鏡アンテナを用いており、1次放
射器1は反射鏡2を形成する回転放物面の焦点位置に設
置される。オフセットパラボラアンテナのオフセット量
は最低運用仰角においてアンテナ利得を最大にする値と
なるように選択される。また、この1次放射器1は可動
構造をした反射鏡2とは機械的に独立した構成となって
おり、放射器支持部5に取り付けられて固定される。一
方、反射鏡2はAz−ELマウント3によりAz軸とE
L軸を中心として回転する。
局において、小型、軽量で高速にLEO衛星を追尾する
ことができる低軌道衛星通信用アンテナ装置を提供する
こと。 【解決手段】 本アンテナ装置100は、オフセットパ
ラボラアンテナ型反射鏡アンテナを用いており、1次放
射器1は反射鏡2を形成する回転放物面の焦点位置に設
置される。オフセットパラボラアンテナのオフセット量
は最低運用仰角においてアンテナ利得を最大にする値と
なるように選択される。また、この1次放射器1は可動
構造をした反射鏡2とは機械的に独立した構成となって
おり、放射器支持部5に取り付けられて固定される。一
方、反射鏡2はAz−ELマウント3によりAz軸とE
L軸を中心として回転する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の低軌道衛星通信用ア
ンテナ装置は、特に複数の低軌道衛星(LEO:Low
Earth Orbit)が地球上を周回する移動体
衛星通信システムの衛星地球局に使用され、各衛星を自
動追尾する低軌道衛星通信用アンテナ装置に関する。
ンテナ装置は、特に複数の低軌道衛星(LEO:Low
Earth Orbit)が地球上を周回する移動体
衛星通信システムの衛星地球局に使用され、各衛星を自
動追尾する低軌道衛星通信用アンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近多数のLEO衛星をKa帯(30G
Hz/20GHz)の高周波信号を用いて数Mbpsか
ら数10Mbps程度の高速度データを全世界のユーザ
ーに提供する計画がなされている。
Hz/20GHz)の高周波信号を用いて数Mbpsか
ら数10Mbps程度の高速度データを全世界のユーザ
ーに提供する計画がなされている。
【0003】このような多数のLEO衛星を用いた移動
体衛星通信システムでは小型地球局から見て各衛星が比
較的短時間で視野から外れてしまうため、広範囲に衛星
を追尾する必要がある。
体衛星通信システムでは小型地球局から見て各衛星が比
較的短時間で視野から外れてしまうため、広範囲に衛星
を追尾する必要がある。
【0004】従来より衛星を追尾するアンテナについて
は、静止衛星や移動体衛星用地球局のアンテナとして複
数の技術が広く知られている。
は、静止衛星や移動体衛星用地球局のアンテナとして複
数の技術が広く知られている。
【0005】例えば、追尾方法としてはアンテナかビー
ムの中心で衛星をとらえているかいないかを連続的に検
知し、アンテナ方向を常に衛星の方向を制御するモノパ
ルストラック法、一定時間間隔でアンテナを少しずつ動
かし、受信レベルが最大になる方向に調整するステップ
トラック法、衛星の軌道予測情報に基づきアンテナ方向
を変化させるプログラムトラック法が知られている。
ムの中心で衛星をとらえているかいないかを連続的に検
知し、アンテナ方向を常に衛星の方向を制御するモノパ
ルストラック法、一定時間間隔でアンテナを少しずつ動
かし、受信レベルが最大になる方向に調整するステップ
トラック法、衛星の軌道予測情報に基づきアンテナ方向
を変化させるプログラムトラック法が知られている。
【0006】また、可動アンテナの支持方式としては、
例えば、方位角(Azimuth)と仰角(Eleva
tion)を動かすAZ−ELマウントと、衛星軌道方
向と直交方向に動かすX−Yマウントとが広く知られて
いる。AZ−ELマウントは現在最も多く採用されてい
る方式であって、一軸(Az軸)を地面に垂直、他軸
(El軸)を水平に設置したものである。また、X−Y
マウントは地面に水平なx軸とそれに直交するY軸から
なり、Y軸はX軸と共に回転する。天頂付近を高速で移
動する低高度衛星の追尾に適しているが、両軸とも地面
から高い位置となるので機械的な欠点がある。
例えば、方位角(Azimuth)と仰角(Eleva
tion)を動かすAZ−ELマウントと、衛星軌道方
向と直交方向に動かすX−Yマウントとが広く知られて
いる。AZ−ELマウントは現在最も多く採用されてい
る方式であって、一軸(Az軸)を地面に垂直、他軸
(El軸)を水平に設置したものである。また、X−Y
マウントは地面に水平なx軸とそれに直交するY軸から
なり、Y軸はX軸と共に回転する。天頂付近を高速で移
動する低高度衛星の追尾に適しているが、両軸とも地面
から高い位置となるので機械的な欠点がある。
【0007】次に、従来の具体的な衛星地球局のアンテ
ナの衛星追尾技術に関して図面を用いて説明する。
ナの衛星追尾技術に関して図面を用いて説明する。
【0008】図11は、従来の衛星地球局のアンテナの
構成を示す図である。本図は大型衛星地球局のアンテナ
の一例であるが、主反射鏡が直径13mのカセグレンア
ンテナである。そして、このアンテナの衛星追尾は、A
z−ELマウントの駆動機構を用いて、Az軸、EL軸
ともにジャッキスクリュー駆動機構を用いている。構造
を簡単にするためAz方向については±10°の範囲内
のみ連続駆動することができ、それより大きく別の方向
にアンテナを向ける必要があるときは留めネジをゆる
め、時間をかけて回すという限定駆動方式を採用してい
る。EL軸については、0〜90°の間連続的な駆動が
可能である。また、1次放射器は主反射鏡に取り付けら
れて主反射鏡と一体として駆動されていた。
構成を示す図である。本図は大型衛星地球局のアンテナ
の一例であるが、主反射鏡が直径13mのカセグレンア
ンテナである。そして、このアンテナの衛星追尾は、A
z−ELマウントの駆動機構を用いて、Az軸、EL軸
ともにジャッキスクリュー駆動機構を用いている。構造
を簡単にするためAz方向については±10°の範囲内
のみ連続駆動することができ、それより大きく別の方向
にアンテナを向ける必要があるときは留めネジをゆる
め、時間をかけて回すという限定駆動方式を採用してい
る。EL軸については、0〜90°の間連続的な駆動が
可能である。また、1次放射器は主反射鏡に取り付けら
れて主反射鏡と一体として駆動されていた。
【0009】また、図12は、他の従来の衛星地球局の
アンテナ追尾の例として、前述した大型衛星地球局と同
様に開口面アンテナを用いるが小形、軽量化を図った小
型衛星地球局のアンテナ装置が知られている。
アンテナ追尾の例として、前述した大型衛星地球局と同
様に開口面アンテナを用いるが小形、軽量化を図った小
型衛星地球局のアンテナ装置が知られている。
【0010】本図は、インマルサット標準A船舶地球局
に用いられるパラボラアンテナであり、回転放物面反射
鏡の焦点に1次放射器としてクロスダイポールと反射板
を置いたものである。このアンテナも反射鏡と放射器と
は一体にして構成されている。そして、衛星追尾のため
に上記パラボラアンテナを前述したAz−ELマウント
とX−Yマウントを組み合わせた4軸マウントを用いて
駆動している。
に用いられるパラボラアンテナであり、回転放物面反射
鏡の焦点に1次放射器としてクロスダイポールと反射板
を置いたものである。このアンテナも反射鏡と放射器と
は一体にして構成されている。そして、衛星追尾のため
に上記パラボラアンテナを前述したAz−ELマウント
とX−Yマウントを組み合わせた4軸マウントを用いて
駆動している。
【0011】以上の技術に関しては、「海事衛星通信入
門、佐藤敏雄著、昭和61年7月25日、電子通信学会
発行」に説明されている。
門、佐藤敏雄著、昭和61年7月25日、電子通信学会
発行」に説明されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来の衛星通信用アンテナに用いられる衛星追尾の技術
は、静止衛星のように比較的追尾範囲が少ない場合に有
効に適用できるが前述したようなLEO衛星を追尾する
低軌道衛星通信用アンテナ装置に対しては以下の理由か
ら適していない。
来の衛星通信用アンテナに用いられる衛星追尾の技術
は、静止衛星のように比較的追尾範囲が少ない場合に有
効に適用できるが前述したようなLEO衛星を追尾する
低軌道衛星通信用アンテナ装置に対しては以下の理由か
ら適していない。
【0013】すなわち、従来の衛星通信用アンテナ装置
では衛星追尾において、1次放射器と反射鏡とを一体と
してアンテナの回転を行うために、回転駆動すべきアン
テナ重量が大きくなり、駆動系も大型化し、高速の追尾
が困難となるとともに、アンテナを収容するレドームの
面積も大きくなる。LEO衛星を用いた移動体衛星通信
システムにおいては、多数の小型衛星地球局が各家庭等
に設置されることを考慮するとアンテナ装置全体のサイ
ズはできる限り小型、軽量化しなければならず大きな問
題となる。
では衛星追尾において、1次放射器と反射鏡とを一体と
してアンテナの回転を行うために、回転駆動すべきアン
テナ重量が大きくなり、駆動系も大型化し、高速の追尾
が困難となるとともに、アンテナを収容するレドームの
面積も大きくなる。LEO衛星を用いた移動体衛星通信
システムにおいては、多数の小型衛星地球局が各家庭等
に設置されることを考慮するとアンテナ装置全体のサイ
ズはできる限り小型、軽量化しなければならず大きな問
題となる。
【0014】さらに、1次放射器と反射鏡とを一体とし
てアンテナの回転を行う関係から、回転によっても1次
放射器への給電を安定に行うためには低雑音増幅器や高
周波電力増幅器のようなRF送受信部も1次放射器近傍
に搭載するよう給電系が設けられる必要があるが、この
場合にもRF送受信部による重量の増大となる。
てアンテナの回転を行う関係から、回転によっても1次
放射器への給電を安定に行うためには低雑音増幅器や高
周波電力増幅器のようなRF送受信部も1次放射器近傍
に搭載するよう給電系が設けられる必要があるが、この
場合にもRF送受信部による重量の増大となる。
【0015】この場合に、RF送受信部を反射鏡と分離
して固定することも考えられるが、回転による給電部の
移動に対して安定な接続を維持するためには給電線を可
とう性をもたせたり、ロータリージョイントなどを用い
たりしなければならず複雑で高価な衛星通信用アンテナ
となる問題を有していた。
して固定することも考えられるが、回転による給電部の
移動に対して安定な接続を維持するためには給電線を可
とう性をもたせたり、ロータリージョイントなどを用い
たりしなければならず複雑で高価な衛星通信用アンテナ
となる問題を有していた。
【0016】以上説明したように、本発明の目的は多数
のLEO衛星と送受信する小型衛星地球局に用いられ、
小型、軽量で高速にLEO衛星を追尾することができる
低軌道衛星通信用アンテナ装置を提供することにある。
のLEO衛星と送受信する小型衛星地球局に用いられ、
小型、軽量で高速にLEO衛星を追尾することができる
低軌道衛星通信用アンテナ装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため本発明の低軌道衛星通信用アンテナ装置は、低軌道
衛星を用いた移動体衛星通信システムの地上側で用いら
れる低軌道衛星通信用アンテナ装置において、オフセッ
トした開口面アンテナ(オフセットアンテナ)を用いて
前記低軌道衛星を機械追尾することを特徴とする。ここ
で、前記機械追尾は、前記開口面アンテナの1次放射器
を固定し、前記開口面アンテナの反射鏡のみを前記低軌
道衛星方向に方位角(Az)軸と仰角(EL)軸を中心
に回転させて追尾することを特徴とする。
ため本発明の低軌道衛星通信用アンテナ装置は、低軌道
衛星を用いた移動体衛星通信システムの地上側で用いら
れる低軌道衛星通信用アンテナ装置において、オフセッ
トした開口面アンテナ(オフセットアンテナ)を用いて
前記低軌道衛星を機械追尾することを特徴とする。ここ
で、前記機械追尾は、前記開口面アンテナの1次放射器
を固定し、前記開口面アンテナの反射鏡のみを前記低軌
道衛星方向に方位角(Az)軸と仰角(EL)軸を中心
に回転させて追尾することを特徴とする。
【0018】また、本発明は、低軌道衛星を用いた移動
体衛星通信システムの地上側で用いられる低軌道衛星通
信用アンテナ装置において、所定のオフセットした回転
放物面を有する反射鏡と、前記反射鏡に接続して方位角
(Az)軸と仰角(EL)軸を中心として前記反射鏡を
回転させ前記低軌道衛星を追尾するAz−ELマウント
と、前記反射鏡に所定のビームを放射する1次放射器
と、前記1次放射器に給電する給電部と、前記1次放射
器を前記反射鏡とは独立して固定できるよう支持する放
射器支持部とを有することを特徴とする。
体衛星通信システムの地上側で用いられる低軌道衛星通
信用アンテナ装置において、所定のオフセットした回転
放物面を有する反射鏡と、前記反射鏡に接続して方位角
(Az)軸と仰角(EL)軸を中心として前記反射鏡を
回転させ前記低軌道衛星を追尾するAz−ELマウント
と、前記反射鏡に所定のビームを放射する1次放射器
と、前記1次放射器に給電する給電部と、前記1次放射
器を前記反射鏡とは独立して固定できるよう支持する放
射器支持部とを有することを特徴とする。
【0019】ここで、前記オフセットの値は所定の最低
運用仰角にてアンテナ利得が最大となるように設定され
ることを特徴とする。
運用仰角にてアンテナ利得が最大となるように設定され
ることを特徴とする。
【0020】さらに、前記所定の最低運用仰角は、前記
低軌道衛星の仰角方向の追尾限界であり、前記低軌道衛
星の衛星高度と同一軌道面に配置された衛星数から決定
されることを特徴とする。
低軌道衛星の仰角方向の追尾限界であり、前記低軌道衛
星の衛星高度と同一軌道面に配置された衛星数から決定
されることを特徴とする。
【0021】前記アンテナ装置はオフセットパラボラア
ンテナ、オフセットカセグレンアンテナ、オフセットグ
レゴリアンアンテナである。
ンテナ、オフセットカセグレンアンテナ、オフセットグ
レゴリアンアンテナである。
【0022】前記Az軸は、前記反射鏡の中心と前記1
次放射器1の中心を結ぶ直線の回りを回転する軸とし、
前記EL軸は回転放物面の軸と放物面の交点(中心)か
らオフセット反射鏡の回転放物面内を通る放射状の直線
に回転放物面内で直交する線に接する軸とすることを特
徴とする。
次放射器1の中心を結ぶ直線の回りを回転する軸とし、
前記EL軸は回転放物面の軸と放物面の交点(中心)か
らオフセット反射鏡の回転放物面内を通る放射状の直線
に回転放物面内で直交する線に接する軸とすることを特
徴とする。
【0023】前記低軌道衛星の追尾範囲は、仰角方向は
前記最低運用仰角から天頂まで、方位角方向は0〜36
0°までとする。
前記最低運用仰角から天頂まで、方位角方向は0〜36
0°までとする。
【0024】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明を実施するための最良の形態の低軌道衛星通信用アン
テナ装置の構成を示すブロック図である。
について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明を実施するための最良の形態の低軌道衛星通信用アン
テナ装置の構成を示すブロック図である。
【0025】図1において、本発明の低軌道衛星通信用
アンテナ装置100は、Ka帯の信号を送受信する1次
放射器(ホーン)1と、所定の回転放物面を有するオフ
セット型反射鏡2と、反射鏡2に接続してAz軸とEL
軸を回転して衛星追尾を行うAz−ELマウント3と、
1次放射器1に給電する給電部4と、1次放射器1を固
定する放射器支持部5、低雑音増幅器や高周波電力増幅
器からなるRF送受信部6と、アンテナ装置全体を固定
するアンテナ支持部7から構成される。
アンテナ装置100は、Ka帯の信号を送受信する1次
放射器(ホーン)1と、所定の回転放物面を有するオフ
セット型反射鏡2と、反射鏡2に接続してAz軸とEL
軸を回転して衛星追尾を行うAz−ELマウント3と、
1次放射器1に給電する給電部4と、1次放射器1を固
定する放射器支持部5、低雑音増幅器や高周波電力増幅
器からなるRF送受信部6と、アンテナ装置全体を固定
するアンテナ支持部7から構成される。
【0026】本アンテナ装置は、オフセットパラボラア
ンテナ型反射鏡アンテナを用いており、1次放射器1は
反射鏡2を形成する回転放物面の焦点位置に設置され
る。オフセットパラボラアンテナのオフセット量は後述
する最低運用仰角においてアンテナ利得を最大にする値
となるように選択される。また、この1次放射器1は可
動構造をした反射鏡2とは機械的に独立した構成となっ
ており、放射器支持部5に取り付けられて固定される。
ンテナ型反射鏡アンテナを用いており、1次放射器1は
反射鏡2を形成する回転放物面の焦点位置に設置され
る。オフセットパラボラアンテナのオフセット量は後述
する最低運用仰角においてアンテナ利得を最大にする値
となるように選択される。また、この1次放射器1は可
動構造をした反射鏡2とは機械的に独立した構成となっ
ており、放射器支持部5に取り付けられて固定される。
【0027】一方、反射鏡2はAz−ELマウント3に
よりAz軸とEL軸を中心として回転する構造となって
いる。また、1次放射器1からの給電は給電部4を介し
てRF送受信部6に接続される。そして、Az−ELマ
ウント3、放射器支持部5、RF送受信部6はそれぞれ
アンテナ支持部7の上に取り付けられている。
よりAz軸とEL軸を中心として回転する構造となって
いる。また、1次放射器1からの給電は給電部4を介し
てRF送受信部6に接続される。そして、Az−ELマ
ウント3、放射器支持部5、RF送受信部6はそれぞれ
アンテナ支持部7の上に取り付けられている。
【0028】次に、図1の低軌道衛星通信用アンテナ装
置100の動作について以下に説明する。
置100の動作について以下に説明する。
【0029】図2は、本アンテナ装置の追尾メカニズム
を説明するための図であり、特に追尾に関連する反射鏡
2と1次放射器1とを示してある。図2(a)は、反射
鏡2と1次放射器1とを正面から見た図であり、実線が
最低運用仰角θMIN における反射鏡2の位置を示し
ており、点線が仰角約90°の場合の反射鏡2の位置を
示した図である。また、図2(b)は、反射鏡2と1次
放射器1とを側面から見た図である。本図からも明らか
のようにAz軸9は、反射鏡2の中心と1次放射器1の
中心を結ぶ直線の回りを回転する軸であって、反射鏡2
はこのAz軸9を中心として360°回転する。なお、
8は回転放物面の軸を示している。
を説明するための図であり、特に追尾に関連する反射鏡
2と1次放射器1とを示してある。図2(a)は、反射
鏡2と1次放射器1とを正面から見た図であり、実線が
最低運用仰角θMIN における反射鏡2の位置を示し
ており、点線が仰角約90°の場合の反射鏡2の位置を
示した図である。また、図2(b)は、反射鏡2と1次
放射器1とを側面から見た図である。本図からも明らか
のようにAz軸9は、反射鏡2の中心と1次放射器1の
中心を結ぶ直線の回りを回転する軸であって、反射鏡2
はこのAz軸9を中心として360°回転する。なお、
8は回転放物面の軸を示している。
【0030】一方、図3はEL軸を説明するための図で
あり、本図においてEL軸とは回転放物面の軸8と放物
面9の交点(中心)からオフセット反射鏡2の回転放物
面内を通る放射状の直線に回転放物面内で直交する線に
接する軸をいう。この軸を中心として最低運用仰角から
90°まで回転している。
あり、本図においてEL軸とは回転放物面の軸8と放物
面9の交点(中心)からオフセット反射鏡2の回転放物
面内を通る放射状の直線に回転放物面内で直交する線に
接する軸をいう。この軸を中心として最低運用仰角から
90°まで回転している。
【0031】Az−ELマウント3は、反射鏡2をこの
Az軸9とEL軸10の回りに回転するよう駆動して衛
星追尾を行う。
Az軸9とEL軸10の回りに回転するよう駆動して衛
星追尾を行う。
【0032】そして、1次放射器1は放射器支持部5で
固定されているため反射鏡2が可動したとしても常に放
物面の焦点位置に固定されている。
固定されているため反射鏡2が可動したとしても常に放
物面の焦点位置に固定されている。
【0033】このように、本発明の衛星通信アンテナ装
置は反射鏡2をAz軸回りに回転させて衛星方向の全方
位角に追尾することができる。また、EL軸の回り反射
鏡2を回転させることにより指向性の仰角が可変でき、
仰角が90°となる天頂方向の指向性を得ることができ
る。
置は反射鏡2をAz軸回りに回転させて衛星方向の全方
位角に追尾することができる。また、EL軸の回り反射
鏡2を回転させることにより指向性の仰角が可変でき、
仰角が90°となる天頂方向の指向性を得ることができ
る。
【0034】次に、以上説明した低軌道衛星通信用アン
テナ装置の所要追尾角度範囲について説明する。
テナ装置の所要追尾角度範囲について説明する。
【0035】図4は、衛星を地球上に複数の軌道面に多
数配置して全世界をカバーするLEO衛星のイメージ図
である。本図に示されるように地球上に多数のLEO衛
星を配置し、地球上のいかなる地点においてもどれかの
衛星が見えるようにして全世界をカバーする衛星通信シ
ステムを提供している。
数配置して全世界をカバーするLEO衛星のイメージ図
である。本図に示されるように地球上に多数のLEO衛
星を配置し、地球上のいかなる地点においてもどれかの
衛星が見えるようにして全世界をカバーする衛星通信シ
ステムを提供している。
【0036】本図において、LEO衛星とは地上約15
00km以下の高度の楕円(円を含む)軌道の衛星をい
い、各衛星の軌道周期は例えば高度1000kmとする
と約1時間45分で地球上を周回することになる。
00km以下の高度の楕円(円を含む)軌道の衛星をい
い、各衛星の軌道周期は例えば高度1000kmとする
と約1時間45分で地球上を周回することになる。
【0037】例えば、衛星の高度を765km、最低運
用仰角30°とした場合に、同一軌道面上に配置すべき
衛星数は20個となり、全世界をカバーするためには1
0の軌道面が必要となる。すなわち、必要な衛星総数は
200個となる。この所要衛星数は衛星高度および最低
運用仰角から決定され、たとえば同一衛星高度でも運用
仰角20°では98個、10°では45個となる。
用仰角30°とした場合に、同一軌道面上に配置すべき
衛星数は20個となり、全世界をカバーするためには1
0の軌道面が必要となる。すなわち、必要な衛星総数は
200個となる。この所要衛星数は衛星高度および最低
運用仰角から決定され、たとえば同一衛星高度でも運用
仰角20°では98個、10°では45個となる。
【0038】また、図5は、LEO衛星を用いて提供さ
れる広帯域衛星通信システムの概念図を示している。本
図において、本システムでは、携帯端末のような小型ユ
ーザーにはL帯(1.6GHz/1.5GHz)のマル
チビームで64kbps程度の低速度衛星回線を提供
し、船舶、航空機、小規模オフイスのような大型ユーザ
ーには小型衛星地球局にてKa帯(一般には準ミリ波帯
といわれ30GHz/20GHzを使用する)のマルチ
スポットビームで高速データを提供している。
れる広帯域衛星通信システムの概念図を示している。本
図において、本システムでは、携帯端末のような小型ユ
ーザーにはL帯(1.6GHz/1.5GHz)のマル
チビームで64kbps程度の低速度衛星回線を提供
し、船舶、航空機、小規模オフイスのような大型ユーザ
ーには小型衛星地球局にてKa帯(一般には準ミリ波帯
といわれ30GHz/20GHzを使用する)のマルチ
スポットビームで高速データを提供している。
【0039】本発明は、主に後者の高速データのユーザ
ーを対象として小型衛星地球局で用いられる低軌道衛星
通信用アンテナ装置に関するものである。
ーを対象として小型衛星地球局で用いられる低軌道衛星
通信用アンテナ装置に関するものである。
【0040】図6は地上の小型衛星地球局13から衛星
軌道面11を有するLEO衛星を見た場合の衛星追尾範
囲を示した図である。本図において、前述したようにL
EO衛星の数と高度の関係から最低運用仰角θMIN
が決定し、衛星追尾範囲12は斜線で示された領域、す
なわち、その最低運用仰角θMIN から天頂方向に対
して全方位角の全ての領域となる。
軌道面11を有するLEO衛星を見た場合の衛星追尾範
囲を示した図である。本図において、前述したようにL
EO衛星の数と高度の関係から最低運用仰角θMIN
が決定し、衛星追尾範囲12は斜線で示された領域、す
なわち、その最低運用仰角θMIN から天頂方向に対
して全方位角の全ての領域となる。
【0041】次に、図7は仰角に対する自由空間損失と
降雨減衰による損失とを合わせた伝搬損失(A)、オフ
セットパラボラアンテナの利得(B)の関係を示した図
である。また、本図には伝搬損失(A)とアンテナ利得
(B)との和すなわちアンテナ利得を含めた全伝搬損失
(C=A+B)を示している。ここで、最低運用仰角θ
MIN =40°としている。その仰角でアンテナ利得
が最大になるようにオフセット量が調整されているもの
とし、伝搬損失はKa帯の送信周波数30GHzを用い
て計算したものである。
降雨減衰による損失とを合わせた伝搬損失(A)、オフ
セットパラボラアンテナの利得(B)の関係を示した図
である。また、本図には伝搬損失(A)とアンテナ利得
(B)との和すなわちアンテナ利得を含めた全伝搬損失
(C=A+B)を示している。ここで、最低運用仰角θ
MIN =40°としている。その仰角でアンテナ利得
が最大になるようにオフセット量が調整されているもの
とし、伝搬損失はKa帯の送信周波数30GHzを用い
て計算したものである。
【0042】この結果、最低運用仰角40°における全
伝搬損失が最も大きく、仰角が天頂方向のほうが全伝搬
損失が少ないことが示されている。
伝搬損失が最も大きく、仰角が天頂方向のほうが全伝搬
損失が少ないことが示されている。
【0043】これは、天頂方向の指向性利得は、理想的
なオフセットパラボラ反射鏡の条件からずれるため指向
性利得の低下をもたらすが、マイクロ波帯やミリ波帯等
の衛星通信においては、低仰角状態で最も衛星が遠くに
なり自由空間損失が増大し、降雨領域を通過する距離が
最も長くなり降雨減衰量が最大となるためアンテナ利得
が必要になる。一方、天頂方向ではこれら減衰が最少と
なるからである。
なオフセットパラボラ反射鏡の条件からずれるため指向
性利得の低下をもたらすが、マイクロ波帯やミリ波帯等
の衛星通信においては、低仰角状態で最も衛星が遠くに
なり自由空間損失が増大し、降雨領域を通過する距離が
最も長くなり降雨減衰量が最大となるためアンテナ利得
が必要になる。一方、天頂方向ではこれら減衰が最少と
なるからである。
【0044】従って、最低運用仰角を適当な値にするこ
とで天頂方向へ仰角を設定したとしても実用上の問題が
少ないことがいえる。
とで天頂方向へ仰角を設定したとしても実用上の問題が
少ないことがいえる。
【0045】以上、本発明の第1の実施の形態としてオ
フセットパラボラ型アンテナを用いた構成について説明
したが、本発明にはこのような単反射鏡アンテナに限ら
れるものではない。
フセットパラボラ型アンテナを用いた構成について説明
したが、本発明にはこのような単反射鏡アンテナに限ら
れるものではない。
【0046】すなわち、本発明の第2の実施の形態とし
ては、図8に示されるようなオフセットカセグレン型複
反射鏡アンテナを用いることもできる。
ては、図8に示されるようなオフセットカセグレン型複
反射鏡アンテナを用いることもできる。
【0047】本図において、12は回転放物面反射鏡と
する主反射鏡であり、前述したように最低運用仰角にて
最大アンテナ利得を得るように所定のオフセット量が与
えられている。また、13は回転放物面の焦点を1つの
焦点として共用する回転双曲面で形成された副反射鏡で
ある。そして、1次放射器1は、回転双曲面の他の焦点
の位置が主反射鏡12のエリアにあるため、主反射鏡1
2に1次放射器のビーム照射用の円形穴14が設けられ
ている。なお、他の符号については図1に示したものと
同様であるためここでは説明を省略する。
する主反射鏡であり、前述したように最低運用仰角にて
最大アンテナ利得を得るように所定のオフセット量が与
えられている。また、13は回転放物面の焦点を1つの
焦点として共用する回転双曲面で形成された副反射鏡で
ある。そして、1次放射器1は、回転双曲面の他の焦点
の位置が主反射鏡12のエリアにあるため、主反射鏡1
2に1次放射器のビーム照射用の円形穴14が設けられ
ている。なお、他の符号については図1に示したものと
同様であるためここでは説明を省略する。
【0048】本実施の形態においては、複反射鏡アンテ
ナとなるためアンテナの構造が複雑になるが、1次放射
器1が主反射鏡12の裏面からの給電を行うため給電損
失の低減、送受信部との接続の容易化、追尾範囲内のブ
ロッキングの防止等の効果を有している。
ナとなるためアンテナの構造が複雑になるが、1次放射
器1が主反射鏡12の裏面からの給電を行うため給電損
失の低減、送受信部との接続の容易化、追尾範囲内のブ
ロッキングの防止等の効果を有している。
【0049】さらに、本発明の第3の実施の形態として
は、図9に示されるようなオフセットカセグレン型複反
射鏡アンテナを用いる。本図も、図8に示したオフセッ
トカセグレン型複反射鏡アンテナを用いるが、1次放射
器1の位置が主反射鏡12のエリア外にある点が相違し
ている。
は、図9に示されるようなオフセットカセグレン型複反
射鏡アンテナを用いる。本図も、図8に示したオフセッ
トカセグレン型複反射鏡アンテナを用いるが、1次放射
器1の位置が主反射鏡12のエリア外にある点が相違し
ている。
【0050】さらに、本発明の第4の実施の形態として
は、図10に示されるようにオフセットグレゴリアン型
複反射鏡アンテナを用いることもできる。本図におい
て、回転放物面を主反射鏡15として、最低運用仰角に
て最大アンテナ利得を得るように所定のオフセット量が
与えられている。そして、回転放物面の焦点を共用する
回転楕円面を副反射鏡16としている。回転楕円面の他
の焦点には1次放射器1の位相中心が置かれている。
は、図10に示されるようにオフセットグレゴリアン型
複反射鏡アンテナを用いることもできる。本図におい
て、回転放物面を主反射鏡15として、最低運用仰角に
て最大アンテナ利得を得るように所定のオフセット量が
与えられている。そして、回転放物面の焦点を共用する
回転楕円面を副反射鏡16としている。回転楕円面の他
の焦点には1次放射器1の位相中心が置かれている。
【0051】以上複反射鏡アンテナを用いる第2から第
4の実施の形態で説明した構成では、第1の実施の形態
と比較して給電損失の低減、1次放射器の固定化、装置
全体の低背化がさらに図られることになる。
4の実施の形態で説明した構成では、第1の実施の形態
と比較して給電損失の低減、1次放射器の固定化、装置
全体の低背化がさらに図られることになる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように本発明の低軌道衛星
通信用アンテナ装置は、以下のような効果を具備してい
る。
通信用アンテナ装置は、以下のような効果を具備してい
る。
【0053】第1に、最低運用仰角で最大利得を得るよ
うなオフセットパラボラアンテナやオフセットカセグレ
ンアンテナ等を用いるためアンテナのサイドローブ特性
や交差偏波アイソレーションを最適化することにより衛
星回線において、伝搬損失や降雨減衰が最も大きな最低
仰角において最良特性を得ることができる。特に、LE
O衛星はミリ波帯を用いるため降雨減衰が大きいため特
にこの効果が顕著となる。
うなオフセットパラボラアンテナやオフセットカセグレ
ンアンテナ等を用いるためアンテナのサイドローブ特性
や交差偏波アイソレーションを最適化することにより衛
星回線において、伝搬損失や降雨減衰が最も大きな最低
仰角において最良特性を得ることができる。特に、LE
O衛星はミリ波帯を用いるため降雨減衰が大きいため特
にこの効果が顕著となる。
【0054】第2に、1次放射器は固定されているた
め、給電線や導波管に可とう部分が不要となり構造の簡
単化、信頼性向上をもたらすことができる。
め、給電線や導波管に可とう部分が不要となり構造の簡
単化、信頼性向上をもたらすことができる。
【0055】第3に、衛星追尾のために駆動される部分
は、反射鏡だけであるため駆動重量が少なく高速の追尾
が可能となると共に、駆動機構の小型軽量化を図ること
ができる。
は、反射鏡だけであるため駆動重量が少なく高速の追尾
が可能となると共に、駆動機構の小型軽量化を図ること
ができる。
【図1】本発明の第1の実施の形態の低軌道衛星通信用
アンテナ装置(オフセットパラボラアンテナ型)の構成
を示すブロック図である。
アンテナ装置(オフセットパラボラアンテナ型)の構成
を示すブロック図である。
【図2】図1のオフセットパラボラアンテナの具体的構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図3】図2のEL軸の定義を説明する図である。
【図4】LEO衛星のイメージ図である。
【図5】LEO衛星を用いた移動体衛星通信システムを
示す図である。
示す図である。
【図6】本発明の追尾範囲を表す図である。
【図7】仰角対伝搬損失、アンテナ利得、全伝搬損失の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態の低軌道衛星通信用
アンテナ装置(オフセットカセグレン型)の構成を示す
ブロック図である。
アンテナ装置(オフセットカセグレン型)の構成を示す
ブロック図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態の低軌道衛星通信用
アンテナ装置(オフセットカセグレン型)の構成を示す
ブロック図である。
アンテナ装置(オフセットカセグレン型)の構成を示す
ブロック図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態の低軌道衛星通信
用アンテナ装置(オフセットグレゴリアン型)の構成を
示すブロック図である。
用アンテナ装置(オフセットグレゴリアン型)の構成を
示すブロック図である。
【図11】従来の大型地球局のアンテナ追尾技術を示す
外観図である。
外観図である。
【図12】従来の小型地球局のアンテナ追尾技術を示す
概念図である。
概念図である。
1 1次放射器 2 反射鏡 3 Az−ELマウント 4 給電部 5 放射器支持部 6 RF送受信部 7 アンテナ支持部 100 低軌道衛星通信用アンテナ装置
Claims (11)
- 【請求項1】 低軌道衛星を用いた移動体衛星通信シス
テムの地上側で用いられる低軌道衛星通信用アンテナ装
置において、 オフセットした開口面アンテナ(オフセットアンテナ)
を用いて前記低軌道衛星を機械追尾することを特徴とす
る低軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項2】 前記機械追尾は、前記開口面アンテナの
1次放射器を固定し、前記開口面アンテナの反射鏡のみ
を前記低軌道衛星方向に方位角(Az)軸と仰角(E
L)軸を中心に回転させて追尾することを特徴とする請
求項1記載の低軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項3】 低軌道衛星を用いた移動体衛星通信シス
テムの地上側で用いられる低軌道衛星通信用アンテナ装
置において、 所定のオフセットした回転放物面を有する反射鏡と、 前記反射鏡に接続して方位角(Az)軸と仰角(EL)
軸を中心として前記反射鏡を回転させ前記低軌道衛星を
追尾するAz−ELマウントと、 前記反射鏡に所定のビームを放射する1次放射器と、 前記1次放射器に給電する給電部と、 前記1次放射器を前記反射鏡とは独立して固定できるよ
う支持する放射器支持部とを有することを特徴とする低
軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項4】 前記オフセットの値は所定の最低運用仰
角にてアンテナ利得が最大となるように設定されること
を特徴とする請求項1、3記載の低軌道衛星通信用アン
テナ装置。 - 【請求項5】 前記所定の最低運用仰角は、前記低軌道
衛星の仰角方向の追尾限界であり、前記低軌道衛星の衛
星高度と同一軌道面に配置された衛星数から決定される
ことを特徴とする請求項4記載の低軌道衛星通信用アン
テナ装置。 - 【請求項6】 前記アンテナ装置はオフセットパラボラ
アンテナであることを特徴とする請求項1、3、4記載
の低軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項7】 前記アンテナ装置はオフセットカセグレ
ンアンテナであることを特徴とする請求項1、3、4記
載の低軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項8】 前記アンテナ装置はオフセットグレゴリ
アンアンテナであることを特徴とする請求項1、3、4
記載の低軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項9】 前記Az軸は、前記反射鏡の中心と前記
1次放射器1の中心を結ぶ直線の回りを回転する軸と
し、前記EL軸は回転放物面の軸と放物面の交点(中
心)からオフセット反射鏡の回転放物面内を通る放射状
の直線に回転放物面内で直交する線に接する軸とするこ
とを特徴とする請求項2、3記載の低軌道衛星通信用ア
ンテナ装置。 - 【請求項10】 前記低軌道衛星の追尾範囲は、仰角方
向は前記最低運用仰角から天頂まで、方位角方向は0〜
360°までとすることを特徴とする請求項1、3記載
の低軌道衛星通信用アンテナ装置。 - 【請求項11】 前記アンテナ装置はマイクロ波帯また
はミリ波帯高周波信号を送受信することを特徴とする請
求項1、3記載の低軌道衛星通信用アンテナ装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09334060A JP3109584B2 (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 低軌道衛星通信用アンテナ装置 |
TW87120120A TW405279B (en) | 1997-12-04 | 1998-12-02 | Antenna for communicating with low earth orbit satellite |
EP98309924A EP0921590A3 (en) | 1997-12-04 | 1998-12-03 | Antenna for communicating with low earth orbit satellite |
AU95207/98A AU9520798A (en) | 1997-12-04 | 1998-12-03 | Antenna for communicating with low earth orbit satellite |
CN 98125182 CN1219004A (zh) | 1997-12-04 | 1998-12-04 | 用于与低地球轨道卫星通讯的天线 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09334060A JP3109584B2 (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 低軌道衛星通信用アンテナ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11168322A true JPH11168322A (ja) | 1999-06-22 |
JP3109584B2 JP3109584B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=18273065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09334060A Expired - Fee Related JP3109584B2 (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 低軌道衛星通信用アンテナ装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0921590A3 (ja) |
JP (1) | JP3109584B2 (ja) |
CN (1) | CN1219004A (ja) |
AU (1) | AU9520798A (ja) |
TW (1) | TW405279B (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002071538A1 (fr) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Antenne a reflecteur |
WO2003050916A1 (fr) * | 2001-12-10 | 2003-06-19 | Digital Wave Co., Ltd. | Antenne dipole de type antenne d'insecte, antenne directionnelle et antenne de controle de zone |
JP2009239474A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | ビーム走査反射鏡アンテナ |
JP2010521915A (ja) * | 2007-03-16 | 2010-06-24 | モバイル サット リミテッド | 車載アンテナおよび信号を送受信するための方法 |
JP2013093846A (ja) * | 2011-10-17 | 2013-05-16 | Mcdonald Deadwiler And Associates Ltd | キーホールのないワイドスキャン操作性を有するアンテナ |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6747604B2 (en) * | 2002-10-08 | 2004-06-08 | Ems Technologies Canada, Inc. | Steerable offset antenna with fixed feed source |
JP2006261994A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Toshiba Corp | アンテナ装置 |
EP3109937A4 (en) | 2014-02-17 | 2017-10-18 | Nec Corporation | Antenna device and antenna device control method |
CN111900551A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-11-06 | 深圳捷豹电波科技有限公司 | 毫米波抛物面天线及其控制方法、计算机可读存储介质 |
CN116404419A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-07-07 | 武汉能钠智能装备技术股份有限公司四川省成都市分公司 | 一种卫星信号宽带户外采集方法及装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1603657A (en) * | 1977-09-13 | 1981-11-25 | Marconi Co Ltd | Systems for the transmission and/or reception of electromagnetic waves |
US4862185A (en) * | 1988-04-05 | 1989-08-29 | The Boeing Company | Variable wide angle conical scanning antenna |
WO1990006004A1 (en) * | 1988-11-14 | 1990-05-31 | Crooks Michell Peacock Stewart (Qld) Pty. Limited | Offset parabolic reflector antenna |
JPH02134001A (ja) * | 1988-11-15 | 1990-05-23 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | オフセット反射鏡アンテナ |
-
1997
- 1997-12-04 JP JP09334060A patent/JP3109584B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-12-02 TW TW87120120A patent/TW405279B/zh not_active IP Right Cessation
- 1998-12-03 EP EP98309924A patent/EP0921590A3/en not_active Withdrawn
- 1998-12-03 AU AU95207/98A patent/AU9520798A/en not_active Abandoned
- 1998-12-04 CN CN 98125182 patent/CN1219004A/zh active Pending
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WO2002071538A1 (fr) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Antenne a reflecteur |
WO2003050916A1 (fr) * | 2001-12-10 | 2003-06-19 | Digital Wave Co., Ltd. | Antenne dipole de type antenne d'insecte, antenne directionnelle et antenne de controle de zone |
JP2010521915A (ja) * | 2007-03-16 | 2010-06-24 | モバイル サット リミテッド | 車載アンテナおよび信号を送受信するための方法 |
JP2009239474A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | ビーム走査反射鏡アンテナ |
JP2013093846A (ja) * | 2011-10-17 | 2013-05-16 | Mcdonald Deadwiler And Associates Ltd | キーホールのないワイドスキャン操作性を有するアンテナ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW405279B (en) | 2000-09-11 |
CN1219004A (zh) | 1999-06-09 |
EP0921590A2 (en) | 1999-06-09 |
EP0921590A3 (en) | 1999-09-15 |
JP3109584B2 (ja) | 2000-11-20 |
AU9520798A (en) | 1999-06-24 |
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