JPH0728176B2 - 球面鏡アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、球面鏡アンテナの改良に関し、特に２枚の
補助反射鏡を設けて球面収差を除去し、かつビーム偏向
特性を向上させたことを特徴とするものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来の球面鏡アンテナの一例の説明図である。
図において、１は球面鏡、２は補助反射鏡、３はホーン
である。

このアンテナの送信状態で、その動作原理について説明
する。ホーン３の位相中心Ｏから出た球面波は補助反射
鏡2,球面鏡１で反射して空間に向かう。ここで、空間に
向かう電波が平面波となるように補助反射鏡２の鏡面座
標が定められている。このように、補助反射鏡２によっ
て、球面鏡１の球面収差を除去でき、高利得、低サイド
ローブの特性が得られる。

第２図には、点Ｏから等角度間隔の光線群の光線追跡結
果を破線で示している。球面鏡１の開口面において、周
辺の方に中心部よりも光線が集中している。ここで、ホ
ーン３の放射パターンは正面方向で最大となるテーパ分
布が普通であり、この放射パターンで補助反射鏡で照射
した場合、上述した補助反射鏡２による開口面周辺部の
電界レベルの上昇を相殺して、開口面全体でほぼ均一な
電界レベルとなる。

次に、この種のアンテナにおいて、点Ｏ近傍に複数個の
ホーンを配置し、マルチビームを得る場合について考え
る。このマルチビームのビーム偏向特性、即ち偏向によ
る利得低下、サイドローブレベルの上昇といった性能が
劣化しないためには、第３図に示すアッベ（Abbe）の正
弦条件を反射鏡系４において満足させる必要がある。こ
の正弦条件は第３図を用いて次のように説明することが
できる。

まず、第３図の反射鏡系４は球面鏡１とホーン３との間
に設けられるものであり、これは何枚の反射鏡で構成さ
れていてもよい。

また、ホーン３の給電点Ｏから出射して、ｘ軸とθの角
度をなす方向に進む光線が次々に反射鏡型４を構成する
反射鏡に当たり、最後に球面鏡（主反射鏡）１に当たる
点をＭとしたとき、この点Ｍのｙ座標をＨとして示して
いる。従って、このＨはθの関数となる。

また、この関数は反射鏡系４に依存して決定されるが、
ここでは既に述べたように、 Ｈ＝Const.・sinθ（Const.は定数） の正弦条件を満足するものとしている。

さらに、ホーン３の位置をｙ軸方向にｄだけ変位するこ
とにより、ｘ軸とψの角度をなす平面波面をつくるもの
としている。従って、ｄもψも定数である。

このような前提のもとで、給電点Ｏがｄだけ変位した場
合、変位しない場合に比べて光路長Δｐは Δｐ＝dsinθ …（１） だけ短くなる。

一方、このｄの変位によってψだけ傾いた方向に主ビー
ムが向かうとすれば、主反射鏡１の開口面５において同
量の光路長差Δｐを得るためには、 Δｐ＝Htanψ …（２） が成り立つ。従って、式（１），（２）より次式が得ら
れる。

ここで、d,ψは既知でかつ定数であるから、H/sinθは
一定となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この式（３）がアッベ（Abbe）の正弦条件であるが、こ
の条件を満足する鏡面系では、開口面において、周辺部
に光線が集中しない。その理由は以下の通りである。

即ち、ホーン３の位置をｙ軸方向にｄだけ変位すること
により、式（１）で表される光路長差Δｐが生じ、これ
により、ｘ軸とψの角度をなす平行波面を形成するため
に必要な光路長差Δｐ（式（２）で表される）を、球面
鏡１の開口面５において実現するためには、Ｈとθとの
関係が式（３）で表される正弦条件を満足するように、
反射鏡系４を決定すればよいことになる。

換言すれば、式（３）で表される正弦条件を満足するよ
うに反射鏡系４を決定すれば、ｘ軸とψの角度をなす平
行波面を収差なしに実現できるため、ビーム偏向特性が
向上することになる。

また、Ｈは給電点Ｏから出射してｘ軸とψの角度をなす
方向に進む光線が最終的に球面鏡１のどこに当たるか、
即ち、開口面５における光線の集中する様子をも表して
おり、 Ｈ＝Const.・sinθ で表されるということは、θの値が小さい範囲内では、
第１図に示すように、給電点Ｏから等間隔の方向に出射
した光線は、開口上でもほぼ等間隔となり、第２図のよ
うに開口周辺部に集中することはない。

しかるに、従来の球面鏡アンテナでは正弦条件を満足し
ていないため、第２図に示すように周辺部で光線が集中
し、開口面で収差が発生し、ビーム偏向特性が悪いとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、位相補正ばかりでなく正弦条件をも満足させ
て、ビーム偏向特性の良好なマルチビームを形成できる
球面鏡アンテナを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る球面鏡アンテナは、主反射鏡を球面鏡と
し、ホーンとこの球面鏡との間に２枚の補助反射鏡を設
け、この補助反射鏡の鏡面座標は、幾何学的手法である
反射の条件，電力の条件，および光路長一定の条件から
求めたものである。

ここで、電力の条件として式（３）の正弦条件を用い
る。

〔作用〕

この発明においては、主反射鏡と２枚の補助反射鏡から
なる複反射鏡アンテナにおいて、２枚の補助反射鏡によ
り正弦条件を満足するようにしたので、一次放射器を複
数個としても良好なビーム偏向特性を得ることができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の一実施例による球面鏡アンテナを示し、図
において、１は主反射鏡である球面鏡、３は一次放射器
としての給電ホーン、6,7は補助反射鏡、θはホーン３
の中心軸からの角度、Ｈはホーン３の中心軸からθの角
度をなす方向に出射された光線が補助反射鏡7,6で反射
し、球面鏡１に当たった時の点Ｍの,x軸からの距離であ
る。

なお、このアンテナをマルチビームアンテナとして用い
る場合、ホーン３の近傍に複数個のホーンを配置すれば
よいが、図中では省略している。また、第１図におい
て、球面鏡1,及び補助反射鏡６は回転対称，補助反射鏡
７は非対称鏡面の場合である。ここでも送信状態の光線
追跡結果を示しているが、図中、ホーン３の位相中心Ｏ
から補助反射鏡６までの光線を点線で、補助反射鏡６か
ら主反射鏡開口面までを破線で示している。第２図に比
べ、開口面の周辺に光線が集中せず、正弦条件を満足し
ていることがわかる。

また、上記実施例では一次放射器として給電ホーンを用
いたが、少なくとも１枚の反射鏡と、給電ホーンから構
成される集束ビーム給電系により構成されていてもよ
い。

また、上記実施例では主反射鏡１及び補助反射鏡６が回
転対称な鏡面を用いたが、オフセット形の鏡面系により
構成していてもよい。

なお、主反射鏡も含め、２枚の補助反射鏡が回転対称鏡
面の場合、上記の反射，正弦及び光路長一定の条件を満
足する鏡面座標を求めることができるが、いずれか１枚
でも非対称鏡面の場合、厳密に鏡面座標は求まらない。
しかし、実用上誤差が問題とならない近似手法が開発さ
れており、その一例を記した文献を下記に示す。

浦崎，片木，水沢：“ホーンリフレクター給電オフセッ
トカセグレンアンテナの鏡面修整",昭53信学総全大No.5
28 ここで、誤差とは反射および光路長一定の条件を満足さ
せて、どの位正弦条件がくずれるかである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る球面鏡アンテナによれ
ば、補助反射鏡をもう１枚追加することによって、設計
の自由度を増し、従来の位相分布の制御ばかりでなく振
幅分布の制御を可能にしたものであり、これによって高
利得，低サイドローブのマルチビームが得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による球面鏡アンテナを示
す概念図、第２図は従来の球面鏡アンテナを示す説明
図、第３図はこの発明の効果を説明する図である。 図中、１は球面鏡（主反射鏡）、２は位相補正形補助反
射鏡、３はホーン（一次放射器）、４は反射鏡系、５は
開口面、６および７は本発明の補助反射鏡である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主反射鏡と補助反射鏡及び一次放射器から
   なる複反射鏡アンテナにおいて、 上記主反射鏡として球面鏡を用い、 上記補助反射鏡を２枚設け、 ２枚の上記補助反射鏡は、放射ビーム方向から入射した
   平面波が上記主反射鏡により反射された後当該２枚の補
   助反射鏡により反射され、上記一次放射器の位相中心に
   集束するように構成されており、 かつ２枚の上記補助反射鏡によりアッベ（Abbe）の正弦
   条件を満足させて偏位給電時に発生する、ビーム偏向に
   寄与する以外の収差が小さくなるようにしたことを特徴
   とする球面鏡アンテナ。
2. 【請求項２】２つの上記補助反射鏡の鏡面座標は、上記
   正弦条件の他、反射の条件及び光路長一定の条件をも満
   足するものとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の球面鏡アンテナ。
3. 【請求項３】上記主反射鏡及び補助反射鏡からなる反射
   鏡系として、オフセット形の反射鏡系を用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の球面鏡アンテナ。