JPH0444841B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、主反射鏡、副反射鏡及び一次放射器
を有するアンテナ装置に係り、アンテナ開口面分
布が回転対称となる複反射鏡アンテナに関するも
のである。

（従来技術とその問題点） パラボアンテナ等の軸対称構造のアンテナは、
その開口面分布がほぼ軸対称にできる反面、一次
放射器等の開口面ブロツキングによる利得低下や
サイドローブ特性の劣化が生じる欠点を有してい
る。また、この開口面ブロツキングを避けるた
め、オフセツト構成とした場合、一般に構造の非
対称性に起因する利得低下及びサイドローブ特性
や交さ偏波特性の劣化が生じる。

第１図及び第２図は、この欠点を除去した従来
技術によるオフセツト形式のアンテナ構成を示す
もので、主反射鏡及び副反射鏡の２つの非対称反
射鏡の適切な組合わせにより、各々の鏡面で発生
する電界分布の非対称性をアンテナ開口面上で相
殺する構成となつている。ここで、１は主反射
鏡、２は副反射鏡、３は一次放射器、４は焦点、
５は仮想焦点、６は副反射鏡２の中心点、７は主
反射鏡１の中心点をそれぞれ表す。

しかし図からも明らかな様に、一次放射器３の
放射ビーム方向と、アンテナ放射ビーム方向が同
一平面（紙面）内にあること（縦方向にのみオフ
セツトすること）が構成の必要条件となつてお
り、上記放射ビームの１つを開口面分布の回転対
称性を保つたまま、紙面外へさらに折り曲げたと
みなし得る縦横両方向にオフセツトした配置にす
ることが出来なかつた。

さらに、シングルビームやマルチビーム、また
は軸対称やオフセツトなどのアンテナ形式に拘わ
らず、従来技術のアンテナではその開口面分布が
給電ホーンの開口面分布によつて、そのまま、ま
たは180゜回転して拡大したものとしてしか得られ
ず、例えば給電ホーンの開口面分布をアンテナ開
口面上で90゜回転したような分布とすることはで
きなかつた。

（発明の目的と特徴） 本発明は、上記従来技術の欠点を除去したもの
であつて、縦横両方向にオフセツトしたようなア
ンテナ構成を必要とする場合にも、また、反射鏡
によるホーン開口面分布のアンテナ開口面への写
像を、アンテナビーム方向に対して、任意に回転
させる場合にも、回転対称な開口面分布が得られ
る複反射鏡アンテナを提供することを目的として
おり、その特徴は、従来技術によるものとは全く
異質の曲面を反射鏡として用いることによつて、
アンテナ構成に高い自由度を与えていることにあ
る。

（発明の構成と作用） 第３図は、本発明を説明するためのアンテナ構
成と座標系を示したものでつて、以下ゴシツク体
はベクトルを表すものとし、さらにｉは単位ベク
トルを、又〓は位置ベクトルを、それぞれ表すも
のとして説明する。第３図において、１は主反射
鏡、２は副反射鏡、３は一次放射器、４は焦点で
ある。また、６は副反射鏡２の中心点〓_s0、７は
主反射鏡１の中心点〓_n0、８はi_r、９はiθ、１０
はiφ、１１はi_z、１２はiρ、１３はiΨをそれぞれ
表している。但し（i_z，iρ，iΨ）はビーム放射方
向をi_zとする円筒座標系（ｚ，ρ，Ψ）の基底ベ
クトルであり、又（ir，iθ，iφ）は、ｒ＝０を焦
点〓_fとし、θ＝０を〓_s0−〓_f方向とする球座標
系（ｒ，θ，φ）の基底ベクトルである。これら
の座標系を用い、主反射鏡１を〓_n＝zi_z＋ρiρで、
又副反射鏡２を〓_s＝ri_r＋〓_fで、それぞれ表す。
尚、第３図ではアンテナ放射ビーム方向i_zが、焦
点〓_f、副反射鏡中心点〓_s0および主反射鏡中心点
〓_n0の３点で定まる平面に対して平行に配置され
ていない一般的な場合を示している。

いま、主反射鏡面上における反射則、副反射鏡
上における反射則および通路長一定（これをＫと
する）の条件を用いると、主反射鏡１および副反
射鏡２の曲面は、次式の解として得られる。

ｒ＝−t₁₅z＋ω／t₅z−t₁₆ ……(2) 但し、 Ｐ＝t₅ω＋t₁₅t₁₆ t₁＝iρ・ir t₂＝iΨ・ir t₅＝１−i_z・i_r t₁₁＝〓・iρ t₁₂＝〓・iΨ t₁₅＝〓・iz−Ｋ t₁₆＝〓・ir−Ｋ ω＝１／２（〓・〓−K² 〓＝ρiρ−〓_f ……(3) この解のうち Ψ＝−φ＋Ψ₀ ρ＝ρ₀tanθ／２ ……(4) （但し、Ψ₀，ρ₀は任意定数） を満たすものは、滑らかな実現可能な鏡面で、し
かもアンテナ開口面上で回転対称な分布を有する
ものとなる。

反射鏡の鏡面は、(4)式を用いて(1)式中のθ，φ
を消去し、Ψを一定とした場合に得られる常微分
方程式を解くことによつて具体的に求められる。

第４図は一次放射器３として、一つの給電ホー
ンを用いた場合の実施例、また第５図は一次放射
器３としてフイードクラスタを配置した衛星搭載
用マルチビームアンテナを想定した場合の実施例
を各々示すものである。いずれの場合にも、２枚
の反射鏡１，２が、縦と横の両方向にオフセツト
した構成であるため、縦方向にのみオフセツトし
た従来技術のものに比べて、さらに小型な構成と
なる。

第６図は、アンテナ放射ビーム方向i_zが、焦点
〓_f、副反射鏡２の中心点〓_s0及び主反射鏡１の中
心点〓_n0の３点で定まる平面上に配置されている
場合、即ち i_z・｛（〓_M0−〓_f）×（〓_s0−〓_F）｝＝０ ……(5) の拘束条件を付加して解いた場合に得られる縦方
向にのみをオフセツトしたアンテナの実施例であ
つて、給電ホーン開口面分布がアンテナ開口面上
でΨ₀（式(4)参照）だけ回転したアンテナ開口面分
布を実現するものである。

第７図は、アンテナと一次放射器３の各々のビ
ーム放射方向が一致する場合、即ち i_z×（〓_n0−〓_F）＝i_z×（〓_s0−〓_F）＝〓 ……(6) の拘束条件の下に得られる本発明の実施例を示
す。この場合においても、任意の回転角度Ψ₀だ
け回転したアンテナ開口面分布を有する従来にな
いアンテナが実現できている。

（発明の効果） 以上の構成からなる本発明による複反射鏡アン
テナは、主反射鏡、副反射鏡および一次放射器の
配置の如何にかかわらず、また、定数Ψ₀，ρ₀を
任意に決定出来る自由度を有しながら、開口面分
布が回転対称となる鏡面を実現することが出来る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の複反射鏡アンテナを
示す配置図、第３図は本発明の原理を説明するた
めの斜視略図、第４図は単一の給電ホーンを用い
た本発明の実施例を示す斜視略図、第５図は複数
の給電ホーンを用いた本発明の実施例を示す斜視
略図、第６図及び第７図は本発明の他の実施例を
示す斜視略図である。 １…主反射鏡、２…副反射鏡、３…一次放射
器、４…焦点、５…仮想焦点、６…副反射鏡の中
心点、７…主反射鏡の中心点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主反射鏡、副反射鏡および一次放射器が電磁
   的に結合するように構成された複反射鏡アンテナ
   において、前記主反射鏡を主ビーム放射方向がｚ
   軸に一致した円筒座標系（ｚ，ρ，Ψ）によつて
   ｚ＝ｚ（ρ，Ψ）で表し、また前記副反射鏡を前
   記一次放射器の基準方向をθ＝０方向にとつた球
   座標（ｒ，θ，φ）によつてｒ＝ｒ（θ，φ）で
   表したとき、前記ｚ（ρ，Ψ）およびｒ（θ，φ）
   が反射法則、通路長一定の条件および次の関係
   式： Ψ＝−φ＋Ψ₀ ρ＝ρ₀tanθ／２ （但し、Ψ₀，ρ₀は定数） を満たす様に決定されていることを特徴とする複
   反射鏡アンテナ。 ２ 前記一次放射器が複数のホーンからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複反射
   鏡アンテナ。