JPS5816801B2 - マイクロ波アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、小型の同一周波数共用（多重利用）アンテ
ナ装置に関し、特に互に直角に偏波された信号の源と反
射器とによって周波数を共用するアンテナ装置に関する
。

より多くの周波数帯（スペクトル）を利用したいという
要求が増加してくると、割当てられた周波数をより高度
に使用することが絶対に必要になる。

対象区域が地表の大部分にわたるような衛星通信の場合
は、特に上記の高度利用が必要である。

また、経済性の点からも学位周波数帯当りのチャンネル
数を多くすることが好ましい。

周波数帯の共用は実際には互に直角に偏波した波を用い
て伝送することにより行なわれる。

直交偏波された２波の分離はそれらの直交偏波を伝送す
る給電器とそれに結合した反射器との間の距離を大きく
離して配置することにより行なうことができる。

しかし、特に衛星通信アンテナ系では、周波数帯の共用
は好ましいが、更に極めて小型化することが必要である
。

衛星に積ｂアンテナの場合には特に小型化が必要である
。

上述のような条件を考えると、小型の周波数共用アンテ
ナを実現するには１つの問題、すなわち、不所望な干渉
偏波による影響を如何にして除去するかという問題があ
る。

この発明はそれを解決することを目的としている。

この発明は、ビームをなす直角偏波された第１及び第２
の波を伝送するための第１及び第２の給電手段を備えた
マイクロ波アンテナ装置に関するものである。

そして、この装置は、更に、２つの格子装置を備えてい
て、これらの格子装置は、一方のものの平行な反射器素
子が他方のものの平行な反射器素子に対して直角となる
ように互いに沖ね合されて組合せ取付けられている。

また、上記一方の格子装置は、上記第１の波と第１の反
射器（例えば後述の反射器１２）の焦点（例えは後述の
焦点ｒ、）に配置された上記第１の給電手段（ｆｌえは
後述のホーン１９ａ）とに共働する第１の放物面反射器
の表面を構成し、また、上記他方の格子装置は、上記第
２の波と第２の反射器（例えは後述の反射器１３）の焦
点（例えば後述の焦点ｆ２）に配置された上記第２の給
電手段（例えば後述のホーン１９ｂ）とに共働する第２
の放物面反射器の表面を構成している。

更に、上記第１の反射器の焦点の付近であって、上記各
格子装置で発生される干渉偏波信号（例えば後述の波２
６ｈ。

３６ｖ）が上記ビームの方向（例えば後述の方向２８）
からはずれるように十分な距離たけ上記第１の反射器の
焦点から離れた位置に上記第２の反射器の焦点が位置付
けされるように、上記第２の放物面反射器の表面は、そ
の集束軸が上記第１の反射器の集束軸と上記ビームの方
向とに平行になるようにして、上記第１の反射器の表面
から変位して配置されている。

従って、それぞれの反射器の表面で平行な素子によって
発生した干渉偏波（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ
ｗａｖｅ）は各反射器の所望偏波（ｃｏ−ｐｏｌａｒ
１ｚｅｄ）ビームからずれて散乱しそれぞれの反射器で
発生した所望偏波が所定の共通方向に平行に伝送される
。

以下、この発明を添付図面に示す実施例を参照しながら
説明する。

第１図には、衛星の構造体１１に取付けた衛星アンテナ
装置１０が示されている。

アンテナ装置１０は、反射器１２，１３．１５および１
７と導波管給電ホーン１９ａ、１９ｂ、１９ｃおよび１
９ｄとを有する。

反射器１２，１３．１５および１７は支柱１２ａ、１３
ａ、１３ｂ、１５ａ。

１７ａおよび１７ｂによって衛星の構造体１１に固定さ
れている。

支柱１３ｂと１７ｂ表は第１図のホーン１９ｂと１９ｄ
とに隠れて見えない。

第２図の反射器１５．１７の側面図から明らかな様に、
反射器１５はそれを貫通する支柱１５ａと、その端１６
を支柱１７ａと１７ｂの一端に固定することによって支
えられている。

反射器１５は適正な接着手段によって支柱１５ａ、１７
ａおよび１７ｂに固定されている。

反射器１７はそれを貫通する２本の支柱１７ａおよび１
７ｂと、その端部１６ａを反射器１５のすぐ後ろで支柱
１５ａに固定することによって支えられている。

支柱１７ｂは反射器１７の端部のみを貫通している。

反射器１７は適当な接着手段によって支柱１５ａ、１７
ａおよび１７ｂに固定されている。

支柱１２ａ。１３ａおよび１３ｂも同様に反射器１２を
反射器１３の前にかつ反射器１３を反射器１２の後ろに
固定している。

そのような支持支柱に適当する材料としては、炭素ファ
イバエポキシ組成ｅ７ （ｇ ｒ −ａｐｈｉｔｅ ｆ
ｉｂｅｒ ｅｐｏｘｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の略であ
るｒＧＦＥｃＪ として公知の熱膨張率の低い材料があ
る。

反射器１２，１３．１５および１７はそれぞれ回転放物
体の１部分である。

第３図に示された回転放物体の１部分２１は反射器１５
に対応している。

また部分２１ａは反射器１７に対応している。反射器１
２と１３とは回転放物体の点線で示された、上記部分２
１，２１ａと同じではあるが対称的な部分を用いている
。

それらの各部分の長い方の端辺は放物体の頂点を通って
いる。

部分２１は部分２１ａの半分以上を覆っている。

頂点■は部分２１と２１ａとの長い端辺に沿った位置に
ある。

頂点Ｖは部分２１ａの長い端辺の中間にありかつ部分２
１の一端から約３分の１の位置にある。

その反射器の位置はそれらが極く接近して重なりかつ干
渉偏波場が生じないよう回転放物体の中央近くに配置さ
れる。

第１図から明らかな様に、反射器１２と１３は互いに重
なり合い、また反射器１５と１７も互いに重なっている
ことが判る。

反射器１２は反射器１３の約半分に重なっている。

同様に、反射器１５は反射器１７の約半分に重なってい
る。

それらの反射器は前方の反射器の長い端辺がその後方の
反射器の長い端辺に重なるよう重ね合されている。

例えば第４図を参照すると、反射器１５は長い端辺が重
なるように反射器１７に重なり合っている。

第４図に示されたように、反射器１５の頂点２３は反射
器１７の頂点２５に整夕１ルかつそれとの間にある間隔
を有している。

反射器１５と１７とはそれぞれの頂点近傍でより平らな
端が１なるよう偶対称に配置されている。

云いかえるとその重なりの中線上に鏡を置いてその上半
分を穆うと、下半分の反射像は被覆された上半分と同じ
像を生ずる。

同じことは反射器１２と１３との配置に関して反射器１
２を反射器１３よりも前方にすなわち構造体１１からさ
らに離して配置した壕合についても云える。

反射器１２の頂点２３ａは反射器１３の頂点に整列しか
つそれから離れた位置にある。

反射器１２，１３，１５および１７は第１図と第４図で
平行な線で一部分が示されたように平行な導電素子で作
られている。

反射器１２と１７の平行な素子はそれぞれ縦方向の平行
な線２Ｔと２９とによって示されている。

反射器１３と１５の平行な素子はそれぞれ横方向の平行
な線３１と３３で示されている。

反射器１３と１５を構成する素子は反射器１２と１７を
構成する素子に対して直角方向に延びている。

それらの反射器を構成する平行な素子は誘導率の低いプ
ラスチック基梠内に埋め込まれた狭シ）間隔で平行に張
られた複数本の線で作ることができる。

それらの線は、それらによって形成された放物面の軸に
沿って遠くから見た時に、相互にかつそれに結合された
所望の偏波給電体により生じた電界に対して平行になる
ように配置されている。

給電ホーン１９ａは所定の幅の周波数帯域にわたって信
号を結合するよう設計され、かつ垂直偏波を伝送するよ
う偏極されている。

この給電ホーン１９ａは、第１図に示されたように衛星
の構造体１１から延びる支持部品５１によって固定され
ている。

給電ホーン１９ａは、その孔が偏極された反射器１２の
焦点に位置するよう固定されている。

給電ホーン１９ａはさらに反射器１２の放射方向が最適
になるように向けて固定されている。

給電ホーン１９ｂは給電ホーン１９ａと同じ周波数帯に
わたって信号を結合するよう設計されているが、水平偏
波を伝送するよう偏極されているこの給電ホーン１９ｂ
はその孔を偏向反射器１３の焦点に配置するよう衛星の
構造体１１から延びた支持部品５３によって固定されて
いる。

またこの給電ホーン１９ｂは反射器１３の放射方向が最
適となるような向きに取付けられている。

給電ホーン１９ｃと１９ｄとはそれぞれ水平および垂直
に偏波された波を伝送するよう偏極されている。

ホーン１９ｃと１９ｄとは同じ周波数帯域にわたって信
号を結合するよう設計されている。

この周波数帯域は、所定周波数帯域と同じにするかまた
は他の周波数帯域とすることができる。

ここに示した実施例では、ホーン１９ａ、１９ｂ。

１９ｃおよび１９ｄは同じ周波数帯域にわたって信号を
伝送するよう設計されている。

ここに示した装置のホーン１９ａと１９ｂとによって伝
送されるこの広い周波数帯域内の小周波数帯部分または
チャンネルはホーン１９ｃと１９ａとによって伝送され
る小周波数帯部分とは異なる。

例えば、ホーン１９ａと１９ｂとは、奇数チャンネルを
伝送し、ホーン１９ｃと１９ｄとは偶数チャンネルを伝
送する。

これによりそれらの信号を多重化することに伴なう問題
点が減少する。

同様に、ホーン１９ｃは、支持部品５５によって、所望
の偏極を与えられた（水平）反射器１５の焦点に固定さ
れ、ホーン１９ｄは、支持部品５７によって、所望偏極
（垂直）反射器１７の焦点に固定されている。

第２図は、支持部品５５と５７を、ホーン１９ｃと１９
ｄおよび構造体１１の間にどのように固定するかを明瞭
に示している。

給電ホーン１９ａ、１９ｂ、１９ｃおよび１９ｄは、そ
れぞれ給電ホーン１９ｃおよび１９ｄと構造体１１との
間に延びる第２図の導波管５９および６１のような導波
管によって、構造体１１内に配置された送信回路と受信
回路とに結合されている。

給電ホーン１９ｃと１９ｄとはさらにそれぞれ反射器１
５と１７との放射を最適化する向きに配置されている。

反射器１２と１７の垂直方向の素子は水平偏波を透過し
、垂直偏波を反射する。

反射器１３と１５との水平方向の素子は垂直偏波を透過
し、水平偏波を反射する。

第１図の重なった領域１８と２０では、水平偏波と垂直
偏波を両方とも反射する。

第５図の説明図を参照して、送信された垂直偏波が反射
器１２に向かう場合のアンテナ装置の動作を考える。

反射器１２の焦点ｆ１に配置されたホーン１９ａによっ
て反射器１２に向って放射された波は第５図において点
線２６で示されている。

その波は垂直方向の素子を有する反射器１２に傍受され
、アンテナ孔に同位相で向い（平面波になり）、矢印２
８で示す所定方向の放射ビームが得られる。

反射器１２の頂点２３ａは第１図に示すように反射器１
２の１端辺１２ａ上にある。

ホーン１９ａは反射器１２の焦点にあって頂点２３ａと
同一線上でその前に配置されているので、ホーン１９ａ
の垂直偏波に対する妨害は少ない。

アンテナ孔での受信された同相波に対しては上記と逆の
（レシプロカル）動作が起こる。

その孔に到来したこれらの同相波はホーン１９ａに向っ
て反射される。

反射器１３の焦点ｆ２に配置されたホーン１９ｂによっ
て水平偏波が反射器１３に向って送られる場合には、第
５図の点線３６で示されたこれらの波は水平偏波反射器
１３によってさえ切られ、アンテナ孔で同相にされ（平
面波にされ）てこの例では矢印２８の同じ所定方向の放
射ビームが得られる。

反射器１３の頂点２５ａは反射器１３の１端辺上にあり
、かつホーン１９ｂはその頂点と同一線上の焦点ｆ２に
あるので、ホーン１９ｂの水平偏波に対する妨害は少な
い。

以下に説明するように、点線２６で示す垂直偏波の一部
分は反射器１２を透過する（反射されない）。

共通領域１８では、それらの透過部分は干渉（水平）偏
波電界２６ｈ（反射器１２で観測される）を有する。

この電界２６ｈは透過して反射器１３に達する。

従って、その部分は１３で反射される（第５図参照）。

第１図において線２７で示された反射器１２の完全に平
行な垂直方向の素子を作るためにかなり多くの努力がな
されているけれども、反射器１２に垂直偏波が入射する
とある程度の干渉（水平）偏波電界が生ずる。

これは平行な素子が、頂点２３ａに交叉する長い端辺１
２ｄから最も離れた端辺２２近くの波の偏波に対してわ
ずかにずれていることによって一部説明できる。

第６図は、反射器１２の端辺２２近くにある線で示され
た数本の素子２７の１部分の拡大図およびそれらの素子
に入射する所望偏波２７ａとそのベクトル成分を示す模
型的ベクトル図である。

説明のため線２７に対する偏波ベクトル２７ａのずれは
誇張して描かれている。

反射器素子２７がベクトル２７ａで示される入射波の偏
波方向に対してずれていると、垂直ベクトル成分２７ｃ
の外に水平ベクトル成分２７ｂが生ずる。

入射電界のこのずれは、入射波が集束軸に対して大きな
角度をなすときに入射波に生ずる偏波方向の変化に−・
部基因するものである（その波が集束軸からすれるに従
って増加する）。

従ってそれらの反射器への入射電界によって干渉（水平
）電界が生ずる。

この電界は第５図の点線２６ｈで示されている。

反射器１２と１３とはそれぞれの頂点近くで重ねられて
、その重なけ領域でのこのずれが小さくなる、従ってそ
の効果が小さくなるように作られている。

さらに、２つの反射器１２と１３の焦点ｆ、とｆ２とを
第５図に示すように充分な距離りだけ離して配置するこ
とによって、水平偏波反射器；１３（生じた干渉偏波電
界２６ｈと関連している）での干渉偏波電界２６ｈは垂
直偏波反射器に関連したビーム方向２８からそれ、同時
に平行路からずれる。

同様に、反射器１３の水平偏極導線３１で生じた垂直偏
波電界は水平偏波ビームからそれる。

第１図に線３１で示された反射器１３の水平素子を完全
に平行にすることによってかなりの効果があるけれども
、水平偏波を給電ホーン１９ｂから放射すると、反射器
１３には（第５図に点線３６ｖで示された）ある程度の
干渉（垂直）偏波電界が発生する。

これは第１図の端２２ａ近くの波で示されるようにその
波の偏波方向に対して反射器の素子がわずかずれている
ことによる。

第７図は反射器１３の端辺２２ａの近くの線３１で示さ
れた数本の素子の部分拡大図とそれらの反射素子３１に
入射する所望偏波の誇張ベクトル図である。

反射器素子３１がベクトル３１ａに沿う入射波の偏波方
向に対してずれていると、水平ベクトル３１ｃの外に垂
直ベクトル３１ｂが存在することに注意されたい。

このずれはその波が集束軸に対して大きな角度をなす時
の入射波の偏波方向の変化に基因している。

従って、干渉（垂直）電界３６ｖが生ずる。

前に説明しかつ第５図に示したように２つの反射器１２
と１３の焦点ｆ１とｆ２とを充分な距離りだけ離して配
置することによって、反射器１３でのこの干渉偏波電界
３６ｖは方向２８の主水平偏波ビームからはずれる。

受信された水平偏波が反射器１３で干渉（垂直）偏波を
発生する場合には、それらの干渉（垂直）偏波は反射器
１３でホーン１９ａまたは１９ｂのいずれかからずれる
。

前述の構造において焦点ｆ、を焦点ｆ２から２５．４鑞
だけ離し、かつ頂点２３ａを反射器１２の集束軸が反射
器１３の集束軸に平行になるよう頂点２５ａから離して
配置すると、好ましからざる干渉偏波は通信信号の所要
方向（第５図の方向２８：から２０度ずれる。

このアンテナ装置が衛星軌道上に在る状態を考えると、
この２０度のずれによって、不所望な干渉偏波を充分に
地球からはずすことができる 第８図を参照して反射器１５の焦点ｆ３に配置されたホ
ーン１９ｃによって反射器１５に伝送された水平偏波に
ついて考えると、反射器１５に入射するこれらの波４６
は平行化されかつ例えば反射器１２および１３で反射さ
れた波と同じ方向のビームとしてその方向に投射される
。

反射器１７の焦点ｆ４に配置したホーン１９ｄによって
反射器１７に伝送される垂直波の場合には、反射器１７
に入射したそれらの波５６は例えば反射器１２゜１３お
よび１５で反射された波と同じ方向のビームとしてその
方向の平行波になる。

反射器１５および１７のそれぞれの頂点は第１図に示さ
れたようなそれらの反射器の１端辺上にある。

給電ホーン１９ｃは反射器１５の焦点ｆ３に配置され、
給電ホーン１９ｄは反射器１７の焦点ｆ４に配置される
。

その頂点は各反射器の１端辺に沿っているので、受信ま
たは反射波に対する妨害は少なくなる。

第１図に示された共通領域２０を通過するホーン１９ｄ
からの垂直波５６は反射器１５を透過して反射器１７に
達し、そこで反射される。

前述のように、点線５６ｈで示される成程度の干渉（水
平）偏波が発生するが、これは、２つノ反射器１５と１
７の焦点ｆ３とｆ４とが充分な距離りだけ離れル込ため
に前述のように所望の方向からはずれる。

共通領域２０で反射器１５を透過する水平偏波４６の場
合には、干渉（垂直）偏向電界４６ｖを発生して反射器
１７に入射させる。

前述のように、２つの反射器の焦点ｆ３とｆ４とが充分
に離れているので、それらの干渉偏波電界は所望の方向
からそれてはずれる。

ここに説明したアンテナ構体の動作には可逆性原理を適
用できる。

従って、前述の送信モードで起こることは受信モードで
はすべて逆になる。

上述の構成は、この発明が特にビーム方向２８に平行な
方向の寸法に関して有利な反射特性を有しかつ小型化可
能な通信装置の実現に有効であることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１つの実施例である。 衛星に設置された衛星アンテナ装置の正面拡大図、第２
図は第１図の線２−２に沿う側面拡大図、第３図は第１
図のアンテナ装置に使用する回転放物体の部分を示す正
面図、第４図は第１図の２つの反射器の相対的な配置関
係を示す正面拡大図、第５図は第１図に示されたアンテ
ナ装置の第１の対の反射器の動作を説明するための図、
第６図は１つの反射器の数本の垂直素子の１部分とそれ
らの素子に入射する偏波のベクトルを示す図、第７図は
１つの反射器の数本の水平素子の１部分とそれらの素子
に入射する偏波のベクトルを示す図、第８図は第１図に
示されたアンテナ装置の他の対の重なり合った反射器と
それに関連した給電器の動作とを説明するための図であ
る。 １０・・・・・・アンテナ装置、１１・・・・・・衛星
の構造体、１２．１３．（１５，１７）・・・・・・電
磁波反射器、１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）−・・
・放射手段、２７．３１（２９，３３）・・・・・・電
磁波反射素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビームをなす直角偏波された第１及び第２の波を伝
   送するための第１及び第２の給電手段を備えたマイクロ
   波アンテナ装置であって、 一方のものの平行な反射器素子が他方のものの平行な反
   射器素子に対して直角となるように互いが重ね合されて
   組合せ取付けられた２つの格子装置を備え、 上記一方の格子装置は、上記第１の波と第１の反射器の
   焦点が配置された上記第１の給電手段とに共働する第１
   の放物面反射器の表面を構成し、また、上記他方の格子
   装置は、上記第２の波と第２の反射器の焦点に配置され
   た上記第２の給電手段とに共働する第２の放物面反射器
   の表面を構成し、 更に、上記第１の反射器の焦点の付近であって、上記各
   格子装置で発生される干渉偏波信号が上記ビームの方向
   からはずれるように十分な距離だけ上記第１の反射器の
   焦点から離れた位置に上記第２の反射器の焦点が位置付
   けされるように、上記第２の放物面反射器の表面は、そ
   の集束軸が上記第１の反射器の集束軸と上記ビームの方
   向とに平行になるようにして、上記第１の反射器の表面
   から変位して配置されている、 マイクロ波アンテナ装置。