JPS6012804B2 - 地球局アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はとくに静止衛星のように限られた角度範囲内で
移動するものを追尾する地球局アンテナ装置に関するも
のである。

衛星通信用地球局では大口径の開□面アンテナが使用さ
れているが、この種のアンテナは一般に衛星が全天のど
こにあっても追尾が可能なように回転できる構造となっ
ている。

さらに現在、この種のアンテナのマウント方式には種々
のものが開発されているが、このうち第１図に示すポー
ラマウント方式は地球の極軸に平行なポーラ軸ｌａ（Ｈ
ｏｕｒ−Ａｎｇｌｅ軸）とこれに垂直に設置した赤緯軸
２ａ（ＤｅｃｌｉＭｔｉｏ増軸）で構成されている。第
２図はこの方式による従釆のアンテナ装置を示したもの
である。第２図はポーラ軸ｌａの支持柱３に赤緯軸２ａ
が乗っており、この軸２ａにアンテナ４を設置している
。カセグレンアンテナ４に到来した電波は一次放射器５
（たとえばコルゲートホーン）に集められ、主反射鏡１
２ａの背面に設置された送受信装置６に導びかれる。送
信の場合は逆の経路で電波が放射される。第２図では送
受信装置６が主反射鏡１２ａの背面に固定されており、
主反射鏡とともに回転するため、ロータリ・ジョイント
が不必要である。第２図の７ａと８ａはそれぞれポーラ
軸１および赤縞軸２の回転駆動袋道である。前記の場合
アンテナ指向範囲を大きく変化できるが、ポーラ軸ｌａ
および赤縞軸２ａの回転とともに送受信装置６が移動す
ること、またそれが地面から高い所におかれることなど
運用、保守には不便である。さらに、現在の通信衛星の
多くは静止衛星であり、衛星の打上げ技術および姿勢制
御技術の進歩により、地球局から見た静止衛星の移動範
囲は非常にせまくなっている。

したがって、このような静止衛星を追尾するアンテナ装
置は全天回転可能にすることは機構が複雑となり機械構
造上ひいては経済上得策ではない。そこで、以上の点を
考慮して、次のようなアンテナ装置が提案されている。

（特関昭５１−１１７５斑号参照）。すなわち、第３図
に示すように、アンテナ装置の基部に一次放射器５の位
相中心１０がくるように一次放射器を設置し、この一次
放射器の対称軸をポーラ軸に平行な藤か又は僅かに偏移
した軸に一致させ、これを第一のアンテナ回転軸ｌａと
し又赤緯軸に平行な第二のアンテナ回転軸２ｂを上記一
次放射器５の位相中心点に配置し、この第二のアンテナ
回転軸２ｂ及び第一のアンテナ回転軸ｌａを微小角度範
囲内でのみ回転し得るように構成したものである。なお
同図で、１３ａ，１４ｂ，９ｂはそれぞれオフセットパ
ラボラ反射鏡であり、主反射鏡１２ｂと一体となって、
回転軸ｌａのまわりに駆動装置８ｂにより回転できる。
さらに、アンテナ支持構造物１７および一次放射器は赤
綾軸に平行な第二のアンテナ回転軸２ｂのまわりに微小
角度範囲内で駆動装置７ｂにより駆動できるようになっ
ている。この提案によれば、従来地上面から高い所にあ
った送受信装置を地上面に降ろして設置することを可能
ならしめ、送、受信装置の保守、運用が容易となってい
る。

しかし、上記の提案では、追尾する衛星が定まっていて
追尾角度範囲が小さい場合には有効であるが、第４図に
示したような静止衛星軌道２０およびそれからある幅２
１（たとえば士２ｏ）にある衛星を追尾したり、これら
の衛星に指令を与えたり、制御をしたりする地球局には
不向きである。このような地球局アンテナは第４図のよ
うな角度領域内２１にアンテナビームを指向する必要が
ある。また、第３図のようなアンテナでは、送、受信装
置を地面に設置することができるが、受信装置はロータ
リ・ジョイントやフレキシブル導波管２２を介している
ので、これらの損失による受信雑音温度が上昇する。

本発明は以上の′点に鑑みてなされたもので、運用、保
守が容易で、受信アンテナ雑音温度を低くすることがで
き、静止衛星軌道方向にアンテナを指向できるようにし
た地球局アンテナ装置を提供するものである。

以下図面により本発明を詳細に説明する。

第５図は本発明にもとづく地球局アンテナ装置の一例を
示す概略構成図である。

このアンテナは主反射鏡１２ｂ富』反射鏡１４ｂおよび
ビーム給電用反射鏡１３ａの３枚のオフセットパラボラ
反射鏡・と一次反射器として用いたコルゲートホーン５
よりなるオフセットグレゴリアンアンテナである。アン
テナマウントは擬似ポーラマゥント形式であり、静止衛
星軌道およびそれから所定の幅以内（たとえば士２ｏ）
にある静止衛星を追尾できるようにアンテナビーム方向
を変えることができる。主、副反射鏡、ビーム給電反射
鏡および一次放射器は擬似ポーラ鞠ｌｂまわりのベアリ
ング２６によって支えられた構造物２７に赤緯軸（以下
Ｄｅｃ．軸という）の軸受け２ｂおよびＤｅｃ．軸の駆
動装置７ｂを介して保持されている。従って、アンテナ
系は擬似ポーラ鞠ｌｂのまわりに±９０ｏ回転でき、ま
た比ｃ．軸２ｂのまわりに±１００程度回転できる。ま
ず、このアンテナを受信アンテナとして説明する。衛星
から到釆した平面波は主反射鏡１２ｂによって集東され
、副反射鏡１４ｂによって再び平面波に変換され、ビー
ム給電用の反射鏡１３ａによって集東され−次放射器５
に導びかれる。その後受信波は給電用導波管３０ａの側
面に設けた結合端子により取り出され、主反射鏡背面に
設けた低雑音受信装置３１に入ってくる。最近の低雑音
受信装置は軽量・小型化し、信頼性も向上しているので
、このように擬似ポーラ軸ｌｂおよびＤｅｃ．軸２ｂの
まわりのアンテナ回転とともに移動しても、支障を釆た
さない。また、低雑音受信装置までの導波管３０ａの長
さを短かくできること、ロータリ・ジョイント３２の前
段で取り出せることなどにより、これらの損失にもとづ
く雑音温度の上昇をさげることができる。次にこのアン
テナを送信アンテナとした場合について説明する。

アンテナ基部に設けた局舎３３内に収容した送信装置３
４より送出した送信波は給電用導波管３０ｂおよびＤｅ
ｃ．軸２ｂ上に設けたロータリ・ジョイント３２を経由
して一次放射器５に導びかれる。その後受信波と逆の経
路を通って衛星に向けて、電波が送出される。送信装置
３４は地面に固定されているので、運用・保守が容易で
あり、給電用導波管３０ａ，３０ｂを短くできる可能性
がある。ここでアンテナ回転軸ｌｂの頭角を６，とした
理由について説明する。

第４図は一例として地球局の位置を北緯３４ｏとした場
合の静止衛星軌道２０を示したものである。通常のポー
ラマウント形式ではポーラ軸の穣角を水平面から約３４
ｏの角度を持たせ南北に設定する。この軸のまわりのア
ンテナ指向方向は同図の曲線３６のように変化し、明ら
かに静止衛星軌道２０とは異なり、ポーラ軸まわりの回
転にともなって、Ｄｅｃ．鞠の角度をかなり大きく動か
せる必要がある。しかし、ポーラ軸の煩角を水平面から
約４０ｏの角度に選べば、アンテナ指向方向は静止軌道
曲線に非常に近づく。本発明ではこのような軸（擬似ポ
ーラ鞠）をアンテナ回転軸に選び、この軸と直交する方
向にＤｅｃ．軸を設けている。第６図は本発明の他の実
施例である。

第６図は第５図のアンテナ系の上・下を逆にしたもので
ある。このアンテナでは主反射鏡１２ｂが下方に来てい
て、風圧を受けにくい構成となっている。また、副反射
鏡はオフセットパラボラ鏡の代りに楕円鏡１４ｃ、ビー
ム給電反射鏡はオフセットパラボラ鏡のかわりに平面鏡
１３ｂを用いている。８ｂは擬似ポーラ軸駆動装置であ
る。

送・受信波の電波経路は第５図の場合とほぼ同様である
ので説明を省略する。第７図はカセグレンアンテナに応
用した本発明の実施例である。

主反射鏡１２ａおよび副反射鏡１４ａはそれぞれ回転パ
ラボラ鏡および回転双曲面鏡であり、ビーム給電用反射
鏡として平面鏡１３ｂを用いている。他の構成要素は第
６図の場合と同様である。第８図はオフセットグレゴリ
アンアンテナにおいてビーム給電用反射鏡１３を介さな
いで、一次放射器５から直接副反射鏡１４ｃを照射する
ようにしたものである。

一偏放射器の軸３５は主反射鏡の軸（アンテナビーム軸
３６と平行）から少し傾けて配置しており、アンテナの
交さ偏波特性を良好にしている。受信装置３１は一次放
射器５に比較的近い所に設置し、曲り導波管３７の前で
受信波を取り出し、アンテナ雑音温度の上昇を少なくし
ている。又送信装置３４へは擬似ポーラ軸ｌｂのまわり
とＤｅｃ．軸２ｂのまわりのロータリ・ジョイント３９
および３２を介して１次放射器５と結ばれている。第９
図赤緯軸２ｂのまわりのアンテナ回転に影響されないで
送信装置３４を固定するため、第８図のロータリ・ジョ
イント３２のかわりにフレキシブル導波管３８およびロ
ータリ・ジョイント３９を利用した例を示したものであ
る。

以上説明したようにある限られた角度範囲内で移動する
静止衛星などに対してアンテナのビームを指向するよう
な場合には、本発明のアンテナ装置の如く、衛星の軌道
方向への追尾に対してはポーラ軸から僅かに偏移した第
一のアンテナ回転軸のまわりにまた軌道方向と直交する
方向への追尾に対しては赤緯軸に平行な第二のアンテナ
回転軸のまわりに駆動できるようにしたアンテナ装置は
駆動機構が簡単になるので経済的に有利である。

さらに送信装置は地上面に近い所に設置でき、アンテナ
の移動と無関係に固定できるので、運用・保守が便利に
なり、受信装置は一次放射器に比較的に近い場所に設定
してあるので、アンテナ雑音温度の上昇が避けられる等
の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はポーラマウント方式の原理を説明するための斜
視略図、第２図はポーラマゥント方式による従来の地球
局アンテナ装置を示す斜視略図、第３図は擬似ポーラマ
ウント方式による従来の地球局アンテナ装置を示す斜視
略図、第４図は北緯３４ｏの地点でみた静止衛星軌道お
よびそれから士２ｏの軌道の幅とポーラ軸回転によるア
ンテナ指向方向を示す特性図、第５図、第８図および第
９図はオフセットグレゴリアンアンテナに応用した本発
明の地球局アンテナ装置の実施例を示す側面略図、第６
図は第５図とアンテナ上・下を変えて反射鏡の形状を変
えた本発明の他の実施例を示す側面略図、第７図はカセ
グレンアンテナに応用した本発明の地球局アンテナ装置
の断面図である。 １３・・・…ポーラ軸（頭角６。 ）、２ａ・・…・赤縞軸（戊ｃ．軸）、ｌｂ・・・・・
・擬似ポーラ軸、２ｂ・…・・Ｄｅｃ．軸（凝似ポ−ラ
軸と直交した軸）、５，５ａ・・・・・・一次放射器、
７３・・・・・・Ｄｅｃ．鞠駆動装置、８ａ・・・・・
・ポーラ軸駆動装置、７ｂ・・・・・・Ｄｅｃ．軸駆動
装置、８ｂ・・・・・・擬似ポーラ軸駆動装置、１０…
・・・一次放射器の位相中心、１２ａ……主反射鏡（回
転軸対称パラボラ）、１２ｂ……主反射鏡（オフセット
パラボラ）、１３ａ・…・・ビーム給電用反射鏡（オフ
セットパラボラ）、１３ｂ・…・・ビーム給電用反射鏡
（平面鏡）、１４ａ…・・・副反射鏡（双曲面鏡）、１
４ｂ……副反射鏡（オフセットパラボラ）、１４。・・
・…副反射鏡（楕円鏡）、２０・・・・・・静止衛星軌
道、２１・・・・・・静止衛星軌道から±２０の角度領
域（擬似ポーラマゥントによるアンテナ指向角度範囲）
、３０ａ，３０ｂ・・・・・・給電用導波管、３１・・
・・・・受信装置、３２……ロータリ・ジョイント（Ｄ
ｅｃ．軸に−数）、３３・・・・・・局舎、３４…・・
・送信装置、３６・・・・・・ポーラ軸まわりのアンテ
ナ指向方向、３７・・・・・・曲り導波管、３８・・・
・・・フレキシブル導波管。菊１図第２図 黍３図 寿４図 第５図 第６図 第７図 弟８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一次放射器と電波的に結合する主反射鏡を有するポ
   ーラマウント方式のアンテナ装置において、前記一次放
   射器の対称軸、または該一次放射器と結合する導波管の
   軸と一致しかつ地球の極軸から僅かに偏移して配置され
   た第一のアンテナ回転軸と、該第一のアンテナ回転軸上
   に回転自在に支持された構造物と、前記一次放射器への
   給電導波管に設けたロータリ・ジヨイントまたはフレキ
   シブル導波管の位置に地球に赤緯軸と平行になるように
   前記構造物上に配置され前記一次放射器と前記主反射鏡
   を回転自在に支持するための第二のアンテナ回転軸と、
   前記第一のアンテナ回転軸まわりのアンテナ指向方向を
   ±９０°の範囲で回転できかつ前記第二のアンテナ回転
   軸まわりのアンテナ指向方向を±１０°程度の微少角度
   範囲内でのみ前記赤緯軸を中心として回転できるように
   構成された駆動機構とを備えたことを特徴とする地球局
   アンテナ装置。