(57)【要約】【課題】より高いアイソレーション特性を実現可能なビームフォーミング方法を提供する。【解決手段】アンテナビームの形成、つまりビームフォーミングは、一次放射器（１ａ）からのビーム（２）を反射鏡に反射させることで行われる。一次放射器からのビームを開口面に反射させる反射鏡として、長手方向が存在する形状である長短形状の開口面を有する長短形状反射鏡（３）を採用する。一次放射器からのビームを長短形状反射鏡の開口面に反射させて、開口面の長手方向に沿った方向が短手方向となるエリアを照射するアンテナビーム（５）を形成する。【選択図】図２
2019140506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次放射器からのビームを反射鏡に反射させてアンテナビームを形成するためのビームフォーミング方法であって、
前記一次放射器からのビームを開口面に反射させる反射鏡として、長手方向が存在する形状である長短形状の開口面を有する長短形状反射鏡を採用し、
前記一次放射器からのビームを前記長短形状反射鏡の前記開口面に反射させて、該開口面の長手方向に沿った方向が短手方向となるエリアを照射するアンテナビームを形成する、
ビームフォーミング方法。
【請求項２】
前記長手方向を基に、前記エリアを２つ以上のグループに分け、
前記長短形状反射鏡は、前記グループ毎に少なくとも１つ用意する、
請求項１に記載のビームフォーミング方法。
【請求項３】
前記長短形状は、矩形状、及び楕円形状のうちの何れかである、
請求項１または２に記載のビームフォーミング方法。
【請求項４】
複数のアンテナビームを形成可能なアンテナ装置であって、
それぞれがビームを放射可能な複数の一次放射器と、
各一次放射器からのビームを反射させる開口面が、長手方向が存在する形状である長短形状であり、該開口面の長手方向に沿った方向が短手方向となるエリアを照射するアンテナビームを形成する長短形状反射鏡と、
を有するアンテナ装置。
【請求項５】
複数のアンテナビームを形成可能なアンテナ装置であって、
それぞれがビームを放射可能な複数の一次放射器と、
各一次放射器からのビームを反射させる開口面が、長手方向が存在する形状である長短形状であり、該開口面の長手方向に沿った方向が短手方向となるエリアを照射するアンテナビームを形成する少なくとも２つ以上の長短形状反射鏡と、
を備え、
異なる上記長短形状反射鏡は、長手方向が相互に傾斜して配置される
アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射鏡を用いたビームフォーミング方法およびアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信では、多くの場合、要求される通信性能の実現のために反射鏡が用いられる。反射鏡を用いた従来の反射鏡アンテナ装置としては、矩形の外形形状を有する反射鏡を採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。この従来の反射鏡アンテナ装置では、反射鏡の開口分布を矩形状の一様な分布とすることにより、スピルオーバーを低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２３１２０３号公報（段落００２２、図１〜図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
衛星通信では、トラフィック量の増大に伴って、通信性能への要求がより高くなっている。通信性能への高い要求に対応するために、衛星通信ではマルチビーム化が行われている。
【０００５】
マルチビーム化では、通常、各アンテナビームがそれぞれ対象エリアに配置されるようにビーム形成するビームフォーミングが行われる。マルチビーム化により、対象エリアの面積である覆域面積は、より小さくなり、放射パターンのビーム形状は、急峻となる。覆域面積をより小さくすることにより、対応可能なトラフィック量は、増大し、ビーム形状の急峻化により、アンテナ利得は、向上する。これらの結果、より高い通信性能が得られる。
【０００６】
一般的に、隣接ビーム、つまり隣接する２つの対象エリアに照射されるアンテナビームの偏波、及び周波数帯域のうちの少なくとも一方を異ならせることにより、アイソレーション特性の劣化を抑制することが行われる。マルチビーム化では、多くの場合、アンテナビームを高密度に配置することが前提となる。アンテナビームの高密度化に伴い、ビーム間の干渉は、発生し易くなる。それにより、マルチビーム化を行った場合、アイソレーション特性は、劣化し易いという課題がある。
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、より高いアイソレーション特性を実現可能なビームフォーミング方法およびアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るビームフォーミング方法は、一次放射器からのビームを反射鏡に反射させてアンテナビームを形成するためのビームフォーミングを行うことを前提とし、一次放射器からのビームを開口面に反射させる反射鏡として、長手方向が存在する形状である長短形状の開口面を有する長短形状反射鏡を採用し、一次放射器からのビームを長短形状反射鏡の開口面に反射させて、該開口面の長手方向に沿った方向が短手方向となるエリアを照射するアンテナビームを形成する。
【０００９】
また、本発明に係るアンテナ装置は、複数のアンテナビームを形成可能なアンテナ装置であって、それぞれがビームを放射可能な複数の一次放射器と、各一次放射器からのビームを反射させる開口面が、長手方向が存在する形状である長短形状であり、該開口面の長手方向に沿った方向が短手方向となるエリアを照射するアンテナビームを形成する長短形状反射鏡と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より高いアイソレーション特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るビームフォーミング方法により形成されるビームの放射パターン例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るビームフォーミング方法を説明する図であり、（ａ）は開口面の短手方向によって形成されるアンテナビームの幅を説明する図、（ｂ）は開口面の長手方向によって形成されるアンテナビームの幅を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るビームフォーミング方法により形成されるアンテナビームの放射パターン例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るビームフォーミング方法およびアンテナ装置の各実施の形態を、図を参照して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るビームフォーミング方法により形成されるビームの放射パターン例を示す図である。
【００１４】
本実施の形態１は、衛星通信等のアンテナビームの指向性制御を要する通信に用いられることを想定したものである。本実施の形態１は、図１に示すように、それぞれがビームとして電磁波２を放射可能なアンテナ素子である一次放射器１ａを複数有するアレーアンテナ１、及びアレーアンテナ１からの電磁波２を反射する反射鏡３を備えた反射鏡アンテナ装置に適用されている。この反射鏡アンテナ装置は、本実施の形態１に係るアンテナ装置に相当する。反射鏡アンテナ装置は、図１に示すように、地上における日本列島、及びその周辺地域を複数のエリア４に分けた場合に、エリア４別にアンテナビームを形成するようになっている。
【００１５】
図１に示す反射鏡３は、主反射鏡であり、開口面の形状は、長手方向が存在する形状である長短形状となっている。その長短形状は、より具体的には、全体的には矩形状となっている。図１中に表記の「Ｍ」「Ｎ」は、それぞれ、開口面の長手方向上の幅（長さ）、短手方向上の幅（長さ）を示している。長さの関係は、Ｍ＞Ｎ、となっている。開口面の形状は、長手方向が長軸方向、短手方向が短軸方向にそれぞれ対応する楕円形状であっても良い。アレーアンテナ１からの電磁波２は、直接、反射鏡３に放射させなくとも良い。つまり、アレーアンテナ１と反射鏡３との間に他の１つ以上の反射鏡が存在していても良い。
【００１６】
各エリア４に放射されるアンテナビーム５は、反射鏡３によって反射された電磁波２である。このことから、以降、特に断らない限り、「アンテナビーム」は、反射鏡３によって反射された電磁波２を指す意味で用いる。
【００１７】
本実施の形態１では、図１に示すように、楕円状のエリア４を想定し、想定したエリア４毎に、エリア４全体を覆域面積として照射させるアンテナビーム５を形成するビームフォーミングを行う。各エリア４に放射されるアンテナビーム５は、１つの一次放射器１ａ、或いは２つ以上の一次放射器１ａからの電磁波２を反射鏡３により反射させることで形成される。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１に係るビームフォーミング方法を説明する図である。図２（ａ）は、開口面の短手方向によって形成されるアンテナビームの幅を説明する図であり、図２（ｂ）は、開口面の長手方向によって形成されるアンテナビームの幅を説明する図である。図２（ａ）中の「Ｋ」、図２（ｂ）中の「Ｌ」は、それぞれ、アンテナビーム５が放射される１つの楕円形状のエリア４の長軸方向上の幅、および短軸方向上の幅を示している。
【００１９】
図２では、開口面の各幅とアンテナビーム５の各幅との関係、及びエリア４と反射鏡３との位置関係を模式的に表している。例えば反射鏡３は、開口面が地表面１０上のエリア４と平行に描かれているが、反射鏡３とエリア４との位置関係、及び反射鏡３とアレーアンテナ１との位置関係に応じた傾きが反射鏡３に存在するのが普通である。また、幅Ｋ及びＬは、幅Ｍ及びＮより非常に大きい。これらは、説明上、便宜的に無視している。
【００２０】
図１に示すように、それぞれアンテナビーム５が放射される各エリア４は、楕円形状となっている。その楕円形状のエリア４に放射されるアンテナビーム５の形成に用いられる反射鏡３は、開口面が矩形状の反射鏡である。矩形状の開口面を有する反射鏡３により、本実施の形態１では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、楕円形状の長軸方向が開口面の短手方向に一致し、短軸方向が開口面の長手方向に一致するエリア４をカバーするアンテナビーム５が形成されて地表面１０上に照射される。形成されたアンテナビーム５が覆域するエリア４は、反射鏡３の開口面の短手方向上の幅Ｋが、開口面の長手方向上の幅Ｌよりも大きくなっている。
【００２１】
このように、反射鏡３の開口面の長手方向上で反射されたアンテナビーム５の地表面１０上での幅を、開口面の短手方向上で反射されたアンテナビーム５の地表面１０上での幅よりも狭く、つまりＫ＞Ｌ、の関係を満たすようにした場合、開口面の長手方向上のアンテナビーム５の指向性は、短手方向上の指向性よりも良好なものとなる。つまり開口面の長手方向上のアンテナビーム５のサイドロープレベルは、より低いレベルに抑制でき、そのようなサイドロープレベルによって干渉レベルも、より良好に抑制できる。この結果、反射鏡３の開口面の長手方向上のアイソレーション特性はより向上し、望ましいアイソレーション特性が、より確実に確保できるようになる。
【００２２】
図１に示すように、楕円形状のアンテナビーム５の長軸方向上の幅、つまりエリア４の長軸方向上の幅Ｋは、日本列島の陸地部分をカバーする長さとなっている。そのようなエリア４の形状、大きさとすることにより、そのエリア４の長軸方向上で要求されるアイソレーション特性は、エリア４の短軸方向上で要求されるアイソレーション特性と比較して低くなる。エリア４の形状、つまりアンテナビーム５の形状を楕円形状とした場合、より広い覆域面積を確保しつつ、アイソレーション特性への要求を満たすことができる。従って、そのような形状のアンテナビーム５の形成は、アンテナビーム５の数を抑えつつ、高い通信性能を実現するうえで極めて有効である。
【００２３】
開口面が矩形状の反射鏡３を用いることから、たとえＫ＝Ｌとした場合でも、エリア４、言い換えればフットプリントにおける開口面の長手方向上のアイソレーション特性は、開口面の短手方向上のアイソレーション特性よりも良好となる。このことから、エリア４の形状、大きさ、つまりアンテナビーム５を放射すべき対象範囲、エリア４で想定する通信環境等によっては、エリア４の幅Ｋは、幅Ｌ以下としても良い。
【００２４】
実施の形態２．
上記のように、アンテナビーム５のアイソレーション特性は、反射鏡３の開口面の形状に依存する。アンテナビーム５の望ましい形状（ここでは向きを含む）、大きさは、全体的な照射対象範囲によって異なる。このようなことから、本実施の形態２は、２組の反射鏡３とアレーアンテナ１により、それぞれ最適なビームフォーミングを行うようにしたものである。ここでは、上記実施の形態１と同じ、或いは基本的に同じものには、実施の形態１と同一の符号を用いて、その実施の形態１から異なる部分に着目する形で説明を行う。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態２に係るビームフォーミング方法により形成されるアンテナビームの放射パターン例を示す図である。図３において、アレーアンテナ１−１、及び反射鏡３−１は、上記実施の形態１と同じであり、形成されたアンテナビーム５は、エリア４−１に照射される。アレーアンテナ１−２、及び反射鏡３−２は、本実施の形態２で追加されたものであり、形成されたアンテナビーム５は、エリア４−２に照射される。アンテナビーム５を形成する組み合わせが異なることから、図３では、エリア４−１は実線、エリア４−２は点線で、それぞれ描かれている。アレーアンテナ１−２、及び反射鏡３−２が追加された反射鏡アンテナ装置は、本実施の形態２に係るアンテナ装置に相当する。
【００２６】
エリア４−１は、南北方向を長軸方向とする形状である。この形状は、日本列島の関東付近から西側の範囲では最適と云える形状である。しかし、関東付近より北側の範囲では、南北方向に陸地が延びている形となっている。そのため、エリア４−１の形状では、アイソレーション特性が比較的低い側でエリア４−１同士が隣接することになる。これは、高い通信性能を確保するうえで望ましくない。このことから、本実施の形態２では、関東付近より北側の範囲に放射するアンテナビーム５を形成するために、アレーアンテナ１−２、及び反射鏡３−２を用いている。
【００２７】
反射鏡３−１の開口面の長手方向は、緯線に平行か、或いは平行に近い方向である。本実施の形態２では、地球を球と想定した場合に、径方向と直交する平面上、９０度、或いは９０度に近い角度、開口面の長手方向を回転させたような状態の反射鏡３−１を反射鏡３−２として用いている。つまり、開口面の長手方向を相互に傾斜させて反射鏡３−１及び３−２を配置し、その長手方向を傾斜させた角度である交差角Φを９０度、或いは９０度に近い角度としている。それにより、図３に示すように、アレーアンテナ１−２、及び反射鏡３−２によって形成されるアンテナビーム５が照射されるエリア４−２は、エリア４−１を地表面１０上、９０度近く回転させた形状となっている。
【００２８】
このような形状とすることにより、隣接するエリア４−２間では良好なアイソレーション特性を確保することができる。隣接するエリア４−１とエリア４−２との間では、そのアイソレーション特性は低くなる。しかし、エリア４−１とエリア４−２が隣接するのは１箇所だけである。エリア４−２のエリア４−１と隣接する方向でのアイソレーション特性は望ましいものである。これらの結果、全体としては高い通信性能が実現される。
【００２９】
上記のように、形成されるアンテナビーム５の形状は、反射鏡３の開口面の形状に依存し、その望ましい形状、例えば長手方向の向きは、照射対象範囲全体で同じであるとは限らない。このことから、望ましい形状に応じてエリア４を２つ以上のグループに分け、グループ毎に、望ましい反射鏡３を用いるのは、高い通信性能を実現するうえで極めて有効である。
【００３０】
アイソレーション特性の面から、各反射鏡３からのアンテナビーム５がそれぞれ照射される複数のエリア４、つまり同じグループに属する複数のエリア４は、図３に示すように、そのエリア４の短軸方向に沿って配列させた形となる。その配列方向は、グループによって異なる。上記交差角Φは、多くの場合、２つのグループにおける配列方向が相互に交差する角度と等しいか、或いはその角度に近い角度となる。
【００３１】
なお、本実施の形態２では、グループ毎に、１組のアレーアンテナ１と反射鏡３とを用いてビームフォーミングを行っているが、エリア４の数等に応じて、２組以上のアレーアンテナ１と反射鏡３を用いるようにしても良い。１つの反射鏡３に複数のアレーアンテナ１を組み合わせても良い。グループの数も３以上であっても良い。３以上のグループとする場合、反射鏡３の数は３以上としても良い。
【００３２】
グループの数、各グループでの配列方向、反射鏡３の数、及びその配置角度は、基本的に、アンテナビーム５を照射すべき全対象範囲、その全対象範囲のエリア４による分割の仕方、等に応じて決定すれば良いものである。それにより、日本列島が全対象範囲であった場合、地形に合わせてのエリア４の配列方向の決定、その配列方向によるグループ分けを行うことができる。隣接するグループにそれぞれアンテナビーム５を照射させるための少なくとも２つの反射鏡３間の交差角Φは、つまり隣接するグループで対応させるグループが異なる２つの反射鏡３間の交差角Φは、各グループにおける配列方向に応じた角度となる。隣接しないグループで対応させるグループが異なる２つの反射鏡３間の交差角Φも、各グループにおける配列方向に応じた角度となる。各グループの配列方向は、任意に決定可能なことから、交差角Φは、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１、１−１、１−２  アレーアンテナ、１ａ  一次放射器、２  電磁波、３、３−１、３−２  反射鏡、４、４−１、４−２  エリア、５  アンテナビーム、１０  地表面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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