JP2000216625A - 隣接した高利得アンテナ・ビ―ムを提供するコンパクト側方送り型二重反射器アンテナ装置 - Google Patents

隣接した高利得アンテナ・ビ―ムを提供するコンパクト側方送り型二重反射器アンテナ装置

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JP2000216625A
JP2000216625A JP7430A JP2000007430A JP2000216625A JP 2000216625 A JP2000216625 A JP 2000216625A JP 7430 A JP7430 A JP 7430A JP 2000007430 A JP2000007430 A JP 2000007430A JP 2000216625 A JP2000216625 A JP 2000216625A
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アン・エル・ピーブルズ
Charles W Chandler
チャールズ・ダブリュー・チャンドラー
Louis C Wilson
ルイス・シー・ウイルソン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各アンテナ・ビームは到達範囲域に個々の到
達範囲セルを画定し、フィードと副反射器と主反射器の
位置と配向は、各アンテナ・ビームが略々対称的に整形
される全地球視野の到達範囲域にわたり隣接するアンテ
ナ・ビームを供給する、衛星用反射アンテナ装置を提供
する。 【解決手段】 フィード・アレイ22、副反射器27、
主反射器25は側方送り型二重反射器アンテナ形状21
に指向され、各々が複数の複合照射ビームを生じるよう
予め選択されたフィード数の照射ビームを組合わせるよ
うに働くフィード・ネットワークに結合される複数の個
々のフィードを含む。各複合照射ビームは、照射ビーム
を主反射器へ向けて指向させる副反射器の個々の予め定
めた場所に入射するよう指向され、各複合照射ビームが
予め選択された方向に主反射器により反射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】(関連出願の相互引照)本願は、本願と同
じ日付に出願され同じ譲受人に譲渡された3つの米国特
許出願、発明者Romulo F.Jimenez Br
oas、David L.Brundrette、Ch
arles W.ChandlerおよびTe−Kao
Wuの「隣接する高利得アンテナ・ビームを提供するコ
ンパクトな折り畳み光学アンテナ装置(A Compa
ct Folded Opitic Antenna
System For Providing Adja
cent,High Gain Antenna Be
ams)」(TRW事件簿第22−0001号)、発明
者C.W.ChandlerおよびA.L.Peebl
esの「隣接する高利得アンテナ・ビームを提供するコ
ンパクトな前方送り型二重反射器アンテナ・システム
(A Compact Front−Fed Dual
Reflector Antenna System
For Providing Adjacent,Hi
gh Gain Antenna Beams)」(T
RW事件簿第22−0004号)、およびC.W.Ch
andler、G.P.JunkerおよびA.L.P
eeblesの「隣接する高利得アンテナ・ビームを提
供するコンパクト・オフセット・グレゴリオ型アンテナ
・システム(A Compact Offset Gr
egorian AntennaSystem For
Providing Adjacent,High
Gain Antenna Beams)」(TRW事
件簿第22−0007号)と関連する。これらの出願
は、参考のため本文に援用される。
【0002】
【発明の属する技術分野】本発明は、衛星用のアンテナ
に関し、特に、各アンテナ・ビームが略々等しいビーム
特性を持ち実質的に対称的に整形された静止軌道からの
全地球視野の到達範囲に対する複数のアンテナ・ビーム
を供給する衛星用反射アンテナ装置に関する。
【0003】
【従来の技術】静止軌道にある通信衛星は、地球とのア
ップリンク通信およびダウンリンク通信のための高利得
アンテナを必要とする。衛星のアップリンク通信信号
は、地球上に置かれた1つ以上の地上局から衛星へ送信
され、衛星のダウンリンク通信信号は、衛星から地球上
に置かれた1つ以上の地上局へ送信される。アップリン
ク信号とダウンリンク信号とは、典型的にKaバンドに
対して約3:2(アップリンク周波数帯域対ダウンリン
ク周波数帯域)の比にある特定の周波数帯域でそれぞれ
受送信される。これら信号はまた典型的にコード化され
る。衛星は、それぞれアップリンク信号を受信しダウン
リンク信号を送信するアンテナあるいはアンテナ・シス
テムを装備している。衛星クラスタ落における衛星数を
最小化しかつ通信能力を最大化するために、各衛星が衛
星の視野内の地球上の場所と通信する能力を持ち高利得
アンテナ・ビームを用いて通信する能力を持つことが望
ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図1は、衛星からの高
利得通信のため用いられる1つのアンテナ10の簡単に
した計画図を示している。このアンテナ10は、Jor
gensen、Rolf等の論文「国際的な通信衛星用途の
デュアル・オフセット反射器多重ビーム・アンテナ(A
Dual Offset Reflector Mu
ltibeamAntenna for Intern
ational Communications Sa
tellite Applications)」(IE
EE Transactions on Antenn
as and Propagation、第AP−33
巻、第12部、1985年12月)に詳細に示されてい
る。アンテナ10は、主反射器11、副反射器12およ
びフィード・アレイ13を有するデュアル・オフセット
・カセグレイン(casegrain)・アンテナであ
る。フィード・アレイ13は、副反射器12および主反
射器11から反射され地上の規定された到達範囲セルへ
指向される照射ビーム14を各フィード・ホーンを備え
た複数のフィード・ホーンからなる。このアンテナ10
における短所は、広い走査角度の対称形状ビームを供給
しないことである。
【0005】先に開示したアンテナ10は、高利得の隣
接したアンテナ・ビームを提供し得ないという更なる短
所を有する。上記アンテナ10は、フィード・アレイ1
3における各フィード・ホーンから1つのビームを提供
する。高利得のビームを生じるためには、主反射器11
が効率的に照射されねばならない。このためには、各フ
ィード・ホーンの場所が地球上の対応ビームの場所を決
定する大きなフィード・ホーンを必要とする。隣接して
配置され地球視野を完全に網羅するビームを供給するに
は、フィード・ホーン・アレイ13における全てのフィ
ードが相互に密に物理的に配置されることを必要とす
る。フィードが物理的に相互に密に配置されなければ、
対応するアンテナ・ビームは隣接して配置されず、地球
上で間隔が空きすぎてアンテナ・ビーム間の場所が到達
範囲を生じないことになる。大きなフィード・ホーン
は、地球上に隣接したビームを生じるためアンテナ10
内で物理的に相互にあまり離間することができない。先
に述べたアンテナは、フィード・ホーンが物理的に相互
に密になり得るように物理的に小さいフィード・ホーン
を用いることによって前記の課題の対処を試みるもので
ある。このような小さなフィード・ホーンは隣接したビ
ームを生じ得るが反射器12、11を有効に照射せず、
高い溢れ損失と低利得ビームとを生じる結果となる。
【0006】従って、求められるものは、全地球視野を
網羅する複数の高利得隣接アンテナ・ビームを供給する
効果のよいアンテナ装置である。
【0007】
【課題を解決するための手段】従来技術の先に述べた短
所および他の短所は、宇宙船において使用されるアンテ
ナ装置を提供する本発明によって対処され克服される。
第1の特質においては、当該アンテナ装置は、側方送り
型二重反射器形状を画定するよう配向されるフィード・
アレイと副反射器と主反射器とを含んでいる。フィード
・アレイは副反射器と主反射器双方の側にある。
【0008】フィード・アレイは、所定の輪郭に沿って
整列される複数の個別フィードからなっている。各フィ
ードは、各々が中心放射線(または光線)を持つ複数の
複合照射ビームを生じるよう予め選択された数のフィー
ドのクラスタの照射ビームを組合わせるように働くフィ
ード・ネットワークに結合されている。各複合照射ビー
ムの中心放射線は、副反射器上の個々の予め選択された
場所に入射するよう指向される。副反射器は、予め選択
された場所で各複合照射ビームを受取り各複合照射ビー
ムの中心放射線を主反射器へ指向させるよう構成され
る。
【0009】主反射器は、各複合照射ビームが地球上の
予め定めた到達範囲域に当たるアンテナ・ビームを形成
するように、副反射器から各複合照射ビームを受取り予
め選択された方向に各複合照射ビームを指向させるよう
配置される。各アンテナ・ビームは、予め選択された到
達範囲域内の個々の隣接した到達範囲セルを画定する。
【0010】第2の特質においては、フィードと副反射
器と主反射器の位置および配向が、各アンテナ・ビーム
が略々対称的に整形される全地球視野の到達範囲域にわ
たって隣接するアンテナ・ビームを供給する。
【0011】第3の特質においては、アンテナ装置は、
副反射器および主反射器の複数の組合わせと、副反射器
および主反射器の各組合わせと関連するフィード・アレ
イとを含んでいる。各副反射器および主反射器の組合わ
せ、関連するフィード・アレイは、単一の側方送り型二
重アンテナを含む各副反射器および主反射器の組合わ
せ、関連するフィード・アレイと共に個々の側方送り型
二重アンテナ形状を画定するように配向されている。
【0012】各フィード・アレイは、そこから複数の関
連するアンテナ・ビームを形成する複数の照射ビームを
生成する。アンテナ装置内部の全ての側方送り型二重反
射器アンテナからのアンテナ・ビームは、インターリー
ブ(交互に配置)されている。1つのアンテナ組合わせ
と関連するアンテナ・ビームにより画定される到達範囲
セルが同じ側方送り型二重反射器アンテナと関連する別
のアンテナ・ビームにより画定される別の到達範囲セル
と隣接しないように配列される到達範囲セルにより、各
アンテナ・ビームは、到達範囲内の個々の到達範囲セル
を画定する。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、添付図面に示される望まし
い実施形態の詳細な記述を参照する。図2において、地
球20上に隣接した高利得アンテナ・ビーム19を供給
するアンテナ・システム18を備える宇宙船17が示さ
れる。本発明のアンテナ・システム18は、宇宙船17
と地球20との間の通信のため用いられ、宇宙船17は
静止軌道あるいは近似静止軌道に置かれることが望まし
い。アンテナ・システム18は、1つの宇宙船17から
の地球20上の対称形状の隣接アンテナ・ビーム19を
提供する。
【0014】本発明の第1の実施形態に対する図3にお
いて、アンテナ・システム21は、側方送り型二重反射
器アンテナ構成に構成された主反射器25と副反射器2
7とフィード・アレイ22とからなる。側方送り型二重
反射器構成において、フィード・アレイ22により提供
される線23で示された照射ビームが、副反射器27ま
たはフィード・アレイ22とによるブロッケージが実質
的にないあるいは総合的にないコンパクトな方法で主反
射器25から地球へ向けて反射される。側方送り型二重
反射器アンテナ構成の更に詳細な記述は、Jorgen
sen等の論文「二重反射器多重ビーム宇宙船アンテナ
・システムの開発(Development of d
ual reflector multibeam s
pacecraft antenna syste
m)」(IEEE Transactions of
Antennas and Propagation、
第AP−32巻、30〜35ページ、1984年)に見
出すことができる。副反射器27と主反射器25の側へ
のフィード・アレイ22の場所は、「サイド・フェド;
side−fed」であるようにアンテナ・システム2
1を画定する。本発明の望ましい実施形態においては、
副反射器27は、関連する焦点26を持つ凹側24と、
関連する焦点30を持つ凸側28とを有する双曲線の一
部である。主反射器25は、主反射器焦点32を持つ双
曲線の一部である。副反射器27と主反射器25とは、
主反射器25の焦点32が副反射器27の凸側28と関
連する焦点30と略々一致するように配置される。フィ
ード・アレイ22は、フィード・アレイ22における各
フィードの正確な場所が以下に述べるように決定される
副反射器27の凹側24と関連する焦点26の付近に配
置される。照射ビーム23が副反射器27の凹側24に
入射され、主反射器25へ向けて再指向され、副反射器
27またはフィード・アレイ22によりブロックされる
ことなく地球へ指向されるように、アンテナ・システム
21は構成される。
【0015】側方送り型二重反射器アンテナ構成は、コ
ンパクトな構造で長い有効焦点距離を有する光学系を提
供する。光学系の比較的長い有効焦点距離は、広い走査
角度に対する低ビームスキントおよび実質的に歪みのな
い走査を保証する。側方送り型二重反射器アンテナ構成
に副反射器27を主反射器25に結合することが、ブロ
ケッジのないアンテナ21を提供しながら非常に小さな
エンベロープへ光学系をパッケージ化することを可能に
する。表1は、本発明による側方送り型二重反射器アン
テナ構成に対する副反射器27と主反射器25のパラメ
ータの一例を示す。主反射器座標系は図3に示されるよ
うに軸XmZmにより定義される。
【0016】
【表1】
【0017】前に論述されたようにフィード・アレイ2
2の選択フィード、副反射器27および主反射器25の
形状および構成は好ましくは交差偏波相殺条件tan
(γ/2)=1/M×tan(φ/2)を満足し、ここ
にγは主反射器軸から副反射器軸までの角度であり、φ
は副反射器軸から焦点軸までの角度であり、Mは倍率係
数である。
【0018】図3および図4において、フィード・アレ
イ22は、複数のフィードからなっている。実際のフィ
ード・アレイ22は多数のフィードを含むが、図示のた
めに、フィード・アレイの5個のフィードだけが図3に
示されている。フィード・アレイ22における各フィー
ドが、複数の照射ビーム23(図3)を生じるため複数
のフィード信号を提供するフィード・ネットワーク49
に結合されている。フィードは、特定用途に適する円
形、方形、六角形などのような任意の所望形態をとり得
る。以下に述べるように、各フィード信号の信号強度お
よび位相は、所望のビーム特性を有する照射ビーム23
を生じるよう予め選択される。更に、フィード信号は、
特定の用途および所望の到達範囲域に応じて、個々にあ
るいは組合わせてフィードへ提供される。
【0019】フィード・アレイ22における各フィード
は、各照射ビーム23の中心放射線(または中心光線;
central ray)が副反射器27における予め
選択された個々の場所に入射するように配置される。図
3に示された本発明によれば、各照射ビーム23の中心
放射線は、副反射器27における予め選択された場所へ
指向され、このため、副反射器27は、副反射器27に
おける各照射ビーム23の所望の場所に合うようにアン
テナ・システムの動作周波数において約50ないし15
0波長分だけ大きめのサイズにされる。副反射器27
は、各照射ビーム23を主反射器25へ向けて指向する
よう構成される。本発明の望ましい実施形態では、各照
射ビーム23の中心放射線が主反射器25の中心64に
入射するように指向される。結果として、アンテナ・ビ
ームがアンテナ・システム21の照準点から30ビーム
幅以上外れて走査されるときでさえ、主反射器25にお
ける円形状の対称的な照射が得られ、略々円形状に対称
的なアンテナ・ビーム19(図2)を得ることができ
る。例えば、コンピュータ・シミュレーションは、各ア
ンテナ・ビームが各アンテナ・ビームのピーク信号場所
の約0.45°±0.05°以内に生じるピーク信号レ
ベルに関し−6dB+/−0.5dBのレベルを有する
全EFOVにわたってアンテナ・ビームを生成できるこ
とを示した。
【0020】副反射器27と主反射器25に関するフィ
ード・アレイ22における各フィードの位置、配向およ
び指示方向が、地球20における各高利得アンテナ・ビ
ーム19(図2)の場所を決定する。本発明の第1の実
施形態では、フィード・アレイ22は、各々が予め定め
た場所と配向に配置されかつほぼ+/−8.7°にわた
ってアンテナ・ビームを生じるように7つのグループで
組合わされる複数のフィードからなっている。一例とし
て、フィード・アレイ22は、約8.7°の半円錐角に
わたる略々650アンテナ・ビームを生じる約700の
フィードを含み、これにより静止軌道における衛星から
EFOV全域を網羅する。
【0021】従来技術のアンテナ設計においては、フィ
ード・アレイ22におけるフィードは、望ましい指示方
向を得るため照準点または中心ビームの伝搬方向と直角
をなす焦点面に沿って相互に配向されるものであった。
コンピュータ・シミュレーションは、共通面上にフィー
ドを配置しても全EFOVにわたって対称的なアンテナ
・ビームを生じないことを示した。従って、本発明によ
れば、フィード・アレイ22における各フィードは、共
通面上よりむしろ予め定めた輪郭で相互に関係して配置
される。コンピュータ・シミュレーションは、フィード
を予め定めた輪郭で予め定めた場所に配置することによ
り、対称的な形状の隣接したアンテナ・ビームを全EF
OVにわたって生成できることを示している。
【0022】フィード・アレイ22における各フィード
に対する適正な場所を決定するために、放射線追跡プロ
グラムが用いられる。地球20上の各アンテナ・ビーム
19(図2)の望ましい場所は、予め選択されて放射線
追跡プログラムへ入力される。各フィードの望ましい位
相中心の位置および指示角が、前記プログラムから出力
される。この情報は、各アンテナ・ビームの利得、ビー
ム形状、サイドローブ・レベルおよびビーム幅のような
ビーム特性を計算するアンテナ分析コンピュータ・コー
ドへ入力される。これらのアンテナ・ビームは、ビーム
が利得、ビーム形状、サイドローブ・レベルおよびビー
ム幅のような所望の特性を持つか否かを判定するため調
べられる。もし所望の特性を持つならば、フィードの場
所が放射線追跡プログラムから出力される。アンテナ・
ビームが所望の特性で所望の場所に生じなければ、フィ
ードの場所は調整を要する。フィードの場所は、逓増的
に調整されてアンテナ分析プログラムへ入力される。こ
のプロセスは、ビームが予め定めた場所に所望のビーム
特性で生じるまで続行される。アンテナ・ビームが所望
のビーム特性で予め定めた場所に生じると、結果として
得るアンテナを製造するために用いられるフィードの位
相中心の場所とフィードの指示角度が放射線追跡プログ
ラムから出力される。
【0023】本発明の望ましい実施形態に対する図3お
よび図5において、各照射ビーム23、従って各アンテ
ナ・ビーム69が、フィード・アレイ22内の選択され
た複数のフィードによって生成される。本発明の実施の
一形態においては、各照射ビーム23および対応するア
ンテナ・ビーム69が、フィード・クラスタ内の1つの
フィードが中心フィードとなりクラスタ(群)の残りの
6つのフィードが前記中心フィードを包囲するように構
成されたフィード・クラスタ70、72のような7つの
フィード・クラスタによって生成される。クラスタ70
においては中心フィードがフィード74であり、クラス
タ72においては中心フィードはフィード76である。
フィード・アレイ22におけるフィードは、1つ以上の
クラスタにより共有され得る。例えば、フィード76は
3つの異なるクラスタにより同時に共有され得、その第
1のクラスタは中心フィード・ホーン76と周囲のフィ
ード74、90、92、100、102および104を
含み、その第2のクラスタは中心フィード74と周囲の
フィード76、100、102、105、106および
108を含み、その第3のクラスタは中心フィード10
2と周囲のフィード74、76、104、108、11
0および112を含む。
【0024】1つのクラスタのフィードは、組合わされ
て1つの複合照射ビーム23を生じる1つのフィードを
近似化し、この照射ビームは、側方送り型二重反射器ア
ンテナ・システム21により地球へ向けて指向されると
き、地球上に1つの到達範囲セルを画定する1つのアン
テナ・ビーム69を生成する。各アンテナ・ビーム69
は、各アンテナ・ビーム69の場所が各アンテナ・ビー
ムを生じる1つのクラスタの位相中心の場所により決定
される異なるフィード・クラスタと関連付けられる。隣
接した中心フィードを有するクラスタは、隣接したアン
テナ・ビームを生じることになる。例えば、隣接したア
ンテナ・ビーム114、119は、それぞれ隣接する中
心フィード・ホーン74、76を有するクラスタ70、
72によってそれぞれ生成される。この実施の形態にお
いては、フィードのサイズと現存する衛星システムに対
する所望の到達範囲域のサイズのゆえに、フィード・ク
ラスタは組合わされて1つのアンテナ・ビームを画定す
る。特に、1つのフィード・ホーンがフィード・クラス
タにより提供されるものと同じ利得とビーム幅特性のア
ンテナ・ビーム69を提供するために用いられるとすれ
ば、1つのフィード・ホーンが地球上で隣接した高利得
のアンテナ・ビーム69を供給するのに充分なだけ1つ
の側方送り型二重反射器アンテナにおいて相互に密に配
置することはできないことになる。例えば、5.6λの
直径を持つ1つのフィード・ホーンが、フィード・クラ
スタ70により提供されるものと同じアンテナ・ビーム
114を提供することを要求される。対照的に、1つの
クラスタ70における各フィードは2.8λの直径を有
する。各複合照射ビームを複数のフィードから生成する
ことにより、各複合照射ビームおよび対応するアンテナ
・ビーム69が、従来技術により生成されものより高い
利得のアンテナ・ビームが生成され得るように物理的に
大きなフィードによって生成されたように見える。所望
の利得、ビーム幅およびビーム数に従って7個以上のフ
ィード・ホーンのクラスタが用いられることもあり得
る。予め定めた形状のアンテナ・ビームが要求されるな
らば、各フィード・クラスタが所望の形状のアンテナ・
ビームを生じるように予め選択されたフィード数からな
ることがあり得る。
【0025】図5および図5において、ダウンリンク・
アンテナ・ビームを提供するため、対称形状であるアン
テナ・ビーム69を生じる所望のビーム特性を有する複
合照射ビーム23(図3)を生成するように、フィード
・ネットワーク49がフィード・アレイ22におけるフ
ィードにフィード信号124を提供する。フィード・ネ
ットワーク49は、入力信号126を複数のフィード信
号124へ分け、フィード信号124を予め定めた信号
強度と位相とで重みづけする。略々同じ利得を持ち形状
が略々対称であるアンテナ・ビーム69を供給するた
め、1つのフィード・クラスタにおける各中心フィード
は比較的高い信号レベル強度を持つフィード信号124
を提供され、フィード・クラスタ内の6個の包囲するフ
ィードは、それぞれ中心フィード・ホーンへ提供される
ものより低い信号強度である略々等しい強度のフィード
信号124を提供される。フィードへ入力されるフィー
ド信号124はまた、個々のフィードが複合照射ビーム
と良好なビームの対称性を持つ対応するアンテナ・ビー
ム69とを生じる適正な位相を有する照射ビームを生成
するように、位相が予め定めた量だけ相互に遅延されて
いる。この位相の遅れは、固定位相シフタあるいは可変
位相シフタにより達成することができる。簡単に言え
ば、所望の位相遅れを生じるには、伝送線の異なる長さ
形式における固定値位相シフタが用いられる。フィード
信号124の重み付けおよび位相付けは、1つのアンテ
ナ・フィードよりも低いサイドローブを生じるフィード
信号124を生じるような方法で行うことができる。比
較的低いサイドローブは、隣接するアンテナ・ビーム1
14、116に少ない干渉を生じる。フィード信号12
4が異なるフィード・クラスタに対し異なる時点で提供
されるならば、アンテナ・ビーム69がEFOVにわた
り走査するように対応するアンテナ・ビーム69が異な
る時点に生成される。代わりに、フィード信号124が
同時に異なるフィード・クラスタに提供されるならば、
全EFOVにわたり連続的な隣接アンテナ・ビーム69
が生成される。各フィード信号124を選択的に制御す
ることにより、フィード・アレイ22におけるアンテナ
・フィードはビームの到達範囲域を制御するように選択
的に励起することができる。同じことが、フィードが信
号を受信する受信目的についても動作する。
【0026】上記の実施形態は、1つの側方送り型二重
反射器アンテナからのEFOVを網羅する隣接した対称
形状のアンテナ・ビームを提供する。図6において、本
発明の別の実施形態では、複数のアンテナ130〜13
6が、全EFOV到達範囲を提供するようインターリー
ブされるアンテナ・ビームを供給する。アンテナ130
〜136の各々は、副反射器と主反射器の組合わせ13
7〜144と、副反射器と主反射器の各組合わせとそれ
ぞれ関連する個々のフィード・アレイ162〜168と
を有する。各副反射器および主反射器の組合わせ、関連
するフィード・アレイは共に、個々の側方送り型二重反
射器アンテナ形状を画定する。好ましくはアンテナ13
0〜136の各々は、各アンテナ130〜136により
生成されるアンテナ・ビームが略々等価であるように、
略々同じサイズと形態の副反射器146〜152ならび
に略々同じサイズと形態の主反射器154〜160とを
有する。
【0027】個々のフィード・アレイ162〜168
は、副反射器と主反射器の各組合わせ137〜144と
関連付けられる。これらフィード・アレイ162〜16
8は、フィード・アレイ162〜168における各フィ
ードが先の実施形態で述べたフィードより物理的に大き
いという点において、先に述べたフィード・アレイとは
異なり、各照射ビームは先に述べた実施の形態より少数
のフィードによって生成される。本発明の実施の一形態
では、照射ビームを生じるフィードの組合わせの代わり
に、フィード・アレイ162〜168における各フィー
ドが1つの照射ビームを生成する。この実施の形態で
は、、照射ビームを生じるフィード信号が多重のフィー
ド間で分けらないことにより、フィード・アレイ162
〜168の各々に結合されたフィード・ネットワーク
(図示せず)は比較的複雑ではなくなることができ、そ
こでフィード信号の分割ごとに信号損失を生じる結果と
なるので高利得のアンテナ・ビームを結果として生じ
る。
【0028】副反射器と主反射器の組合わせ137〜1
44に関する各フィード・アレイ162〜166内の各
フィードの場所は、先に述べたと同じ方法で決定され
る。先に述べたように、高利得を提供するためには、1
つのフィードからのEFOVにわたり隣接するよう配置
されたアンテナ・ビームが、単一の側方送り型二重反射
器アンテナに構成されるようにフィードを相互に密に配
置することを必要とする。従って、隣接して配置される
アンテナ・ビームを生じるフィードは、異なるフィード
・アレイ162〜168内に配置される。
【0029】図6および図7において、各側方送り型二
重反射器アンテナ130〜136からのアンテナ・ビー
ム170は、EFOVにわたって隣接するアンテナ・ビ
ーム170を提供するようにインターリーブされてい
る。アンテナ130〜136の同じアンテナから2つの
隣接アンテナ・ビームが生成されることはない。図7
は、システムにより提供される地球上の到達範囲域の一
部を示している。全到達範囲域が更に多数のセルを含む
アンテナ・ビームの少数のみが示される。実際に特定の
アンテナ・ビームが提供される4個のアンテナ130〜
136のどれであるかを示すため、各セルがA、B、C
またはDで示される。例えば、「A」が付された各アン
テナ・ビームは、第1のアンテナ130から提供され
る。同様に、「B」、「C」または「D」を付した各ア
ンテナ・ビームは、それぞれ第2のアンテナ132、第
3のアンテナ134、第4のアンテナ136から供給さ
れる。
【0030】側方送り型二重反射器アンテナ130〜1
36の数は、各ビームが利得、ビーム幅および形状のよ
うな所望のビーム特性を呈する所望の到達範囲域にわた
って隣接ビームが供給されるようにフィードを所望の各
位置に物理的に配置できるように選択される。図6に示
された事例では、隣接して配置される高利得のアンテナ
・ビーム170を全EFOV到達範囲にわたり提供する
のに必要な各場所にフィードを配置するために4個のア
ンテナ130〜136が必要とされる。更に多くの側方
送り型二重反射器アンテナを用いることにより、フィー
ド・アレイにおけるフィードのサイズは、各フィードの
サイズを決定し、従って必要とされるアンテナ数を決定
する各アンテナ・ビームの所望のサイズおよび利得と共
に増加され得る。
【0031】先に述べた実施の形態におけるように、所
与のフィード・アレイ162〜164における各フィー
ドは、各照射ビームがそれぞれ、副反射器146〜15
2において予め選択された場所に入射しかつ同じ副反射
器と主反射器の組合わせ137〜144内部の主反射器
152〜158へ向けて指向されるように、1つの輪郭
における予め定めた位置に配置され構成される。この実
施の形態は、宇宙船172において更なる面積を必要と
するが、同じサイズの主反射器から更に高い利得のアン
テナ・ビームを生じる結果となる比較的複雑でない低損
失のフィード・ネットワークの利点を有する。
【0032】先に述べたアンテナ・システムは、衛星に
おいて用いられる当技術で公知のアンテナ・システムに
勝る著しい改善を提供する。本発明のアンテナ・システ
ムは、セル状衛星の地球規模の到達範囲のような多くの
用途に対する高利得で低走査損失の、略々歪みのない対
称的形状のアンテナ・ビームを生成することが可能であ
る。
【0033】当業者は、本発明が本文に示し記述したこ
とに限定されるものでないことを理解されよう。本発明
の範囲は、頭書の特許請求の範囲によってのみ限定され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術の側方送り型二重反射器アンテナを示
す図である。
【図2】本発明による側方送り型二重反射器アンテナ・
システムを備えた衛星を示す斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施形態による側方送り型二重
反射器アンテナ・システムを示す側面図である。
【図4】図3に示された側方送り型二重反射器システム
において使用されるフィード・ネットワークを示す概略
図である。
【図5】図3に示された側方送り型二重反射器アンテナ
・システムにおいて使用されるフィード・アレイと、こ
のフィード・アレイから生成されるアンテナ・ビームと
を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施形態による側方送り型二重
反射器アンテナ・システムを一体に形成する複数の側方
送り型二重反射器アンテナを備える衛星を示す正面図で
ある。
【図7】図6に示された側方送り型二重反射器アンテナ
・システムにより提供される地球上のアンテナ・ビーム
を示す図である。
【符号の説明】
17 宇宙船 18 アンテナ・システム 19 隣接する高利得アンテナ・ビーム 20 地球 21 アンテナ・システム 22 フィード・アレイ 23 照射ビーム 24 凹側 25 主反射器 26 焦点 27 副反射器 28 凸側 30、32 焦点 49 フィード・ネットワーク 69 アンテナ・ビーム 70、72 フィード・クラスタ 74、76 中心フィード・ホーン 114、119 アンテナ・ビーム 124 フィード信号 126 入力信号 130〜136 アンテナ 137〜144 副反射器と主反射器の組合わせ 146〜152 副反射器 154〜160 主反射器 162〜168 フィード・アレイ 170 アンテナ・ビーム 172 宇宙船
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 7/19 H04B 7/19 (72)発明者 チャールズ・ダブリュー・チャンドラー アメリカ合衆国カリフォルニア州91776, サン・ガブリエル,サウス・カリフォルニ ア・ストリート 119,ナンバー 5 (72)発明者 ルイス・シー・ウイルソン アメリカ合衆国カリフォルニア州91306, カノガ・パーク,ストラザーン・ストリー ト 20047

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 宇宙船に用いられるアンテナ装置であっ
    て、 主反射器と、 副反射器と、 フィードが所定の輪郭に沿って整合されるように予め選
    択された構成で配置された複数の個々のフィードを含む
    フィードアレイと、を備え、前記フィード・アレイ、主
    反射器および副反射器は、前記フィード・アレイが前記
    主反射器と副反射器の両方の側にある側方送り型二重反
    射器形状を画定するために方向付けられ、各フィードは
    個々の照射ビームを供給し、前記フィード・アレイは予
    め選択された数のフィードのクラスタの照射ビームを組
    合わせるよう動作するフィード・ネットワークに結合さ
    れて各クラスタから単一の複合照射ビームを生成し、 各複合照射ビームは前記副反射器の個々の予め選択され
    た場所に入射するよう指向される中央放射線を有し、 前記副反射器は、前記副反射器の前記所定の場所で各複
    合照射ビームを受信し該複合照射ビームを前記主反射器
    に向けて指向するように構成され、 前記主反射器は、各複合照射ビームを前記副反射器から
    受信し、地球における所定の到達範囲域へ当たるアンテ
    ナ・ビームを各複合照射ビームが形成するように、かつ
    各アンテナ・ビームが前記到達範囲域に個々の到達範囲
    セルを画定するように各複合照射ビームを所定の方向に
    指向するよう配置され、前記フィード、前記副反射器お
    よび前記主反射器の位置と配向が予め選択された到達範
    囲域内にアンテナ・ビームを供給する、アンテナ装置。
  2. 【請求項2】 前記フィード・ネットワークは、前記フ
    ィードのクラスタの各々に予め選択された信号強度と位
    相の重みづけを与えて前記照射ビームを所定の方法で画
    定する、請求項1記載のアンテナ装置。
  3. 【請求項3】 前記フィード・アレイにおけるフィー
    ド、副反射器および主反射器は、複数の略々対称的に整
    形されたアンテナ・ビームを与えるよう配向される、請
    求項2記載のアンテナ装置。
  4. 【請求項4】 前記主反射器が更に中心点を含み、前記
    各複合照射ビームの前記中心放射線が前記中心点に入射
    するよう指向される、請求項3記載のアンテナ装置。
  5. 【請求項5】 前記各複合照射ビームが前記副反射器と
    フィード・アレイとにより実質的にブロックされること
    なく前記主反射器から地球へ向けて指向されるように、
    前記主反射器、副反射器およびフィード・アレイは構成
    されている、請求項3記載のアンテナ装置。
  6. 【請求項6】 前記フィード・アレイにおける選択フィ
    ード、副反射器および主反射器の構成は、tan(γ/
    2)=1/M×tan(φ/2)により与えられる交差
    偏波相殺条件を満足する、請求項5に記載のアンテナ装
    置。
  7. 【請求項7】 衛星用アンテナ装置であって、 複数の副反射器および主反射器の組合わせと、 各副反射器および主反射器の組合わせと関連するフィー
    ド・アレイと、を備え、各副反射器および主反射器の組
    合わせ、および関連するフィード・アレイは個々のアン
    テナの側方送り型二重反射器形状を画定するよう配向さ
    れ、各副反射器および主反射器の組合わせ、および関連
    するフィード・アレイは共に側方送り型二重反射器アン
    テナを含み、 各前記フィード・アレイは、各々が中心放射線を持つ複
    数の照射ビームを生成する複数のフィードからなり、各
    照射ビームの中心放射線が副反射器の1つにおける個々
    の予め選択された場所へ向けて指向されるように前記各
    フィード・アレイのフィードが配置され、各副反射器は
    当該側方送り型二重反射器アンテナにおける主反射器に
    向かって各照射ビームを指向するように構成され、地球
    における予め定めた到達範囲域へ当たるアンテナ・ビー
    ムを各照射ビームが生成するように各主反射器は所定の
    方向に各照射ビームを指向し、前記アンテナ・ビームは
    到達範囲域における個々の到達範囲セルを画定し、ひと
    つの副反射器および主反射器の組合わせからの照射ビー
    ムから生成されるアンテナ・ビームにより画定される到
    達範囲セルは、当該副反射器および主反射器の組合わせ
    からの照射ビームから生成される別のアンテナ・ビーム
    により画定される別の到達範囲セルと隣接しないように
    前記到達範囲セルは配置される、アンテナ装置。
  8. 【請求項8】 各側方送り型二重反射器アンテナは複数
    の略々等しいアンテナ・ビームを与えるよう配向され
    る、請求項7記載のアンテナ装置。
  9. 【請求項9】 各側方送り型二重反射器アンテナは複数
    の略々対称に成形されたアンテナ・ビームを与えるよう
    構成される、請求項8記載のアンテナ装置。
  10. 【請求項10】 前記各側方送り型二重反射器アンテナ
    の構成は、tan(γ/2)=1/M×tan(φ/
    2)により与えられる交差偏波相殺条件を満足する、請
    求項7記載のアンテナ装置。
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