(57)【要約】  アンテナの全深さを増大させることなく、より長い給電ホーンを用いることを可能にするカセグレンリフレクタアンテナを形成するための装置および方法を提供する。これにより、アンテナのスイープされた直径を、標準的な長さの給電ホーンが用いられるアンテナシステムと同様の最小限度に維持することが可能となる。アンテナシステムは、当該アンテナシステムのメインリフレクタの頂点における孔を用いる。長手の給電ホーンは、その長さの大部分がメインリフレクタの後面から外側に突き出るように頂点に搭載される。アンテナ電子部品は、給電ホーンの首部上、または代替的には、メインリフレクタの後面上に搭載され得る。長手の給電ホーンのおかげで、全深さと、このためアンテナのスイープされたアークとが大きくならないので、アンテナを覆うのに必要なレドームの大きさが、従来の標準的な長さの給電ホーンを用いるリフレクタアンテナにとって必要な大きさに匹敵する最小限の大きさに維持され得る。
2008510441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフレクタアンテナであって、
その頂点に孔を有するメインリフレクタと、
その一部が孔を通って突き出るように前記頂点に搭載された給電ホーンとを含む、リフレクタアンテナ。
【請求項２】
頂点の前方で、メインリフレクタから支持されるサブリフレクタをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
メインリフレクタの全長の約５０％が孔を通って突き出る、請求項１に記載のリフレクタアンテナ。
【請求項４】
メインリフレクタの頂点に隣接し、メインリフレクタの後面から支持されるアンテナ電子機器サブアセンブリをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
リフレクタアンテナを形成するための方法であって、
その頂点に孔を備えた湾曲したメインリフレクタを形成するステップと、
給電ホーンの一部が孔を通りメインリフレクタの後面から後方に突き出るように、メインリフレクタから給電ホーンを支持するステップとを含む、方法。
【請求項６】
メインリフレクタの前方で、頂点と軸方向に整列するサブリフレクタを支持するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
メインリフレクタの後面に隣接し、頂点に隣接するアンテナ電子機器サブアセンブリを支持するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願の相互参照
この出願は、現在係属中であり「スイープされたアークを最小限にするための回転リフレクタアンテナを搭載するための方法および装置（“Method and Apparatus For Mounting a Rotating Reflector Antenna to Minimize Swept Arc”）」と題され、２００１年９月２７日に出願された米国特許出願第０９／９６５，６６８号の一部継続出願であり、その開示が引用によりこの明細書中に援用されている。
【０００２】
発明の分野
この発明は、アンテナシステムに関し、より特定的には、リフレクタアンテナがそのアジマス軸を中心に回転する際に当該アンテナのスイープされたアークを最小限にするように当該リフレクタアンテナを搭載するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
航空機に搭載されレドームの下にあるアンテナの前方の表面積は、航空機の空気力学に対して非常に重要となる。これは、レドームによって引起される空気抵抗と、その結果として航空機性能および燃料消費に及ぼされる影響とが原因である。アジマス軸を中心に回転させなければならないリフレクタアンテナでは、当該アンテナの「スイープされたアーク」が、当該アンテナのメインリフレクタの全幅よりも大きくなる。これにより、相応に幅の広いレドームが必要となり、このためレドームの前方の表面積が広くなり、結果として航空機に対する空気抵抗が大きくなってしまう。
【０００４】
図１を参照すると、現代のリフレクタアンテナシステムでは従来どおりであるように回転のアジマス軸がメインリフレクタの軸方向の中心の後方または後ろに位置する場合における先行技術のアンテナシステムのメインリフレクタのスイープされたアーク「Ａ」の直径が示される。メインリフレクタの最も外側の端縁も示される。この直径は寸法「Ｂ」で示される。メインリフレクタによってもたらされるスイープされたアークの直径は、回転のアジマス軸がメインリフレクタの中心または当該中心の後方に位置する場合、メインリフレクタ自体の直径よりも著しく大きくなる。
【０００５】
したがって、リフレクタアンテナの高さおよび幅（すなわち、深さ）が当該アンテナの所要の電磁性能と一致した最小寸法に維持されることが極めて重要である。より特定的には、航空機の外面に搭載されるよう意図されたアンテナのメインリフレクタを、当該アンテナがそのアジマス軸を中心に回転する際に当該アンテナのスイープされたアークが最小限になるような態様で搭載することが重要である。こうして、アンテナのスイープされたアークが最小限にされると、当該アンテナを覆うのに必要なレドームの寸法が最小限にされ、これにより、レドームが搭載されている航空機の飛行中にレドームによって引起される対応する空気抵抗が最小限にされる。
【０００６】
スイープされたアークを最小限にする際のさらに別の問題点は、リフレクタの軸方向の中心（すなわち、頂点）に搭載される給電ホーンの物理的な長さである。アンテナ性能を最大限にするために、場合によっては、リフレクタ上でより長い給電ホーンを用いることが望ましいだろう。しかしながら、典型的な長さよりも長い給電ホーンを用いると、リフレクタ自体の深さを増大させることが必要となる。リフレクタの全深さを増大させることは、その全径またはアパーチャサイズを増大させ、このためそのスイープされたアークを
増大させることを意味する。したがって、アンテナの深さおよび全体的なアパーチャサイズを増大させる必要なしにアンテナのリフレクタに組込むことのできる長手の給電ホーンを用いることを可能にするリフレクタアンテナ設計が必要となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
上述の欠点は、この発明の好ましい実施例に従ったアンテナシステムによって対処される。当該アンテナシステムは、その頂点に開口部が形成されているメインリフレクタを含む。長手の給電ホーンは、当該給電ホーンの長さのうちの大部分がメインリフレクタの後面の外側に延在するように開口部に配置される。アンテナとともに用いられるアンテナ電子部品は、メインリフレクタの後面から突出た給電ホーンの部分上、または、メインリフレクタ自体の後面上に搭載されてもよい。給電ホーンの長さの大部分がリフレクタの孔を通り、こうしてリフレクタの後面の外側に延在するように当該給電ホーンを搭載することにより、リフレクタ自体の深さと、これによりアンテナの全体的なアパーチャサイズとを増大させる必要がなくなる。
【０００８】
この発明の適用可能性のさらなる範囲が、以下に述べられる詳細な説明から明らかとなるだろう。詳細な説明および具体例は、この発明の好ましい実施例を示しているが、例示だけを目的としたものであり、この発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。
【０００９】
この発明は、詳細な説明および添付の図面からより十分に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
好ましい実施例の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は本質的に単に例示的なものであり、この発明、その応用例または用途を限定することを意図するものではない。
【００１１】
図２を参照すると、航空機の外面に搭載するのに適した先行技術のアンテナシステム１０が図示される。アンテナシステム１０は、中心１２ａと最も外側の端縁部分１２ｂとを有するメインリフレクタ１２を含む。サブリフレクタ１４が、メインリフレクタ１２の中心１２ａに位置する給電ホーン１６の前方に位置決めされる。１対の低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８および２０が、受信および伝送された信号について信号調節動作を実行するために１対のダイプレクサ２２および２４のように用いられる。上昇モータ２６が、所望の仰角でメインリフレクタ１２を位置決めするのに用いられ、アジマスモータ２８が、アジマス軸を中心にメインリフレクタ１２を回転させて所望のアジマス角で当該メインリフレクタを位置決めするのに用いられる。エンコーダ３０は、メインリフレクタ１２のアジマス角を追跡し、フィードバックをアジマスモータ２８に供給するのに用いられる。
【００１２】
ここで図３を参照すると、この発明の好ましい実施例に従ったアンテナシステム１００が示される。アンテナシステム１００は、軸方向の中心１０２ａと最も外側の横方向の端縁部分１０２ｂとを有するメインリフレクタ１０２を用いる点でアンテナシステム１０に類似している。給電ホーン１０４は、メインリフレクタ１０２の中心１０２ａに配置される。メインリフレクタ１０２は、当該メインリフレクタの最も外側の端縁１０２ｂを通って延在する面にメインリフレクタ１０２の回転のアジマス軸１０８を配置しているプラットフォーム１０６上で支持される。アジマスモータ１１０により回転のアジマス軸１０８を中心にプラットフォーム１０６を回転させて、メインリフレクタ１０２を所望のアジマス角で位置決めする。２チャネル同軸回転ジョイント１１２は、好ましくは、給電ホーン１０４と、航空機の外面１１４を通って延在する伝送線１１２ａとの間で所要の電気的接
続を可能にするのに用いられる。簡潔にするために、通常アンテナシステム１００全体を囲んでいるレドームは図示されない。
【００１３】
図４を参照すると、アンテナシステム１００のメインリフレクタ１０２の回転運動によってもたらされるスイープされたアーク１１６が示される。ここで、メインリフレクタ１０２は極めて簡略化された形で示されている。回転のアジマス軸１０８が、図３に関連して記載されるとおり、メインリフレクタ１０２の最も外側の横方向の端縁１０２ｂを通って延在するように位置する場合、スイープされたアーク１１６の半径は、リフレクタ１０２の全長１１８の約半分となる。こうして、回転のアジマス軸１０８がメインリフレクタ１０２の中心１０２ａの前方（すなわち、図３における中心点１０２ａの右側）に位置することにより、メインリフレクタによって生じるスイープされたアークが劇的に低減される。スイープされたアークの全面積および体積のこの低減は、図１および図４を比較すると明らかとなる。
【００１４】
しかしながら、図３に示されるアンテナシステム１００は、いくつかの応用例においては、結果として、アンテナシステム１００が送信および／または受信している信号を許容できない程度に遮断してしまう可能性がある。したがって、図３に示される回転のアジマス軸１０８をメインリフレクタ１０２の最も外側の端縁１０２ｂの前方に配置することが望ましいだろう。このような搭載構成が図５に示される。図５に示されるアンテナシステム２００は、回転のアジマス軸１０８をメインリフレクタ２０２の最も外側の端縁２０２ｂの前方に（すなわち、図５における右側に）配置することを可能にするために搭載プラットフォーム２０６の全長がより長い点を除いては、図３に示されるアンテナシステム１００と同じである。アンテナシステム１００の構成要素と共通のアンテナシステム２００の構成要素が、アンテナシステム１００の構成要素を示すのに用いられる参照番号に１００の係数ずつ増やされた参照番号で示されていることも認識されるだろう。アンテナシステム２００によって発生するスイープされたアークが図６に示される。スイープされたアークは破線の円２２０で示される。こうして、メインリフレクタ２０２の最大の有効正面幅が、メインリフレクタの直径２２６よりもほんのわずかに大きな矢印２２２で示される。リフレクタ２０２の回転の半径が線２２４で示される。図６のスイープされたアーク２２０を図４に示されるスイープされたアーク１１６と比較すると、アンテナシステム２００の搭載構成によってもたらされるスイープされたアークが、アンテナシステム１００によってもたらされるものよりもわずかに大きいことが分かる。しかしながら、メインリフレクタ２０２の最も外側の端縁２０２ｂの前方にアジマス軸が位置することにより、搭載プラットフォーム２０６および回転ジョイント２１２によってもたらされる或る程度の遮断をなくすことが容易になる。
【００１５】
図７を参照すると、給電ホーンの長さが長くなればアンテナの深さが大きくなるという問題を説明する目的で、従来のカセグレンリフレクタアンテナが示される。アンテナ３００はメインリフレクタ３０２を含み、当該メインリフレクタ３０２の頂点３０６には給電ホーン３０４が搭載されている。サブリフレクタ３０８がメインリフレクタ３０２の最も外側の端縁３１０に搭載されて、アンテナ３００のアパーチャが形成される。アンテナ電子機器サブアセンブリ３１２が、メインリフレクタ３０２の後面３１４に搭載されてもよい。アンテナ３００の全深さが矢印３１６で示される。
【００１６】
図８を参照すると、長手の、中程度のフレア角の給電ホーン３０４ａが用いられる場合、サブリフレクタ３０８をメインリフレクタ３０２の外側に移動させなければならない。サブリフレクタ３０８は、典型的には、メインリフレクタ３０２の頂点３０６と同心になるように２つ以上の支柱３１８によって保持される。アンテナ３００の全深さが矢印３２０で示される。図７および図８から分かるように、アンテナ３００の深さは、長手の給電ホーン３０４ａが用いられる場合、著しく大きくなる。これによりアンテナのスイープさ
れたアークが増大するので、高速の移動プラットフォームの外面上でアンテナを用いる場合にアンテナを覆うためのレドームをより大きくすることが必要となる。より大きなレドームは、移動プラットフォームの空力効率の低下の一因となる。
【００１７】
図９を参照すると、この発明の好ましい実施例に従ったアンテナ４００が示される。アンテナ４００はメインリフレクタ４０２を含み、当該メインリフレクタ４０２の軸方向の中心（すなわち、頂点）４０６には長手の給電ホーン４０４が配置されている。給電ホーン４０４の長さの大部分がメインリフレクタ４０２の後面４１０から外側に突き出ることを可能にするために、メインリフレクタに孔４０８が形成される。サブリフレクタ４１２がメインリフレクタ４０２の頂点４０６に配置され、１つ以上の支柱（図示せず）によって支持される。アンテナ電子機器サブアセンブリ４１４が、メインリフレクタ４０２の後面４１０上または給電ホーン４０４の首部分４０５上において支持されてもよい。アンテナ電子機器４１４は、直交モード変換器、低雑音増幅器または他の構成要素を含み得る。
【００１８】
図１０および図１１を簡潔に参照すると、メインリフレクタ４０２における孔４０８がさらに詳細に示される。孔４０８は、給電ホーン４０４の所望の部分、好ましくは約５０％の部分がそこを通って突き出ることを可能にするのに十分な直径でなければならない。孔４０８の直径が大きければ大きいほど、給電ホーン４０４のうち、孔４０８を通って突き出ることのできる部分が大きくなる。好ましい一形態においては、給電ホーンは、その全長が約６インチ（１５２．４ｍｍ）であり、その前方端部４０４ａにおける直径が約３インチ（７６．２ｍｍ）である。より従来的な給電ホーン、たとえば図７における給電ホーン３０４は、その前方端部における直径が約３〜５インチ（７６．２ｍｍ〜１２７ｍｍ）であり、全長が約３インチである。メインリフレクタにおける孔４０８は、好ましくは、サブリフレクタ４１２に対して給電ホーン４０４を或る程度長手方向に調整できるようにするのに実際に必要とされ得るよりもわずかに大きく作られる。
【００１９】
前方端部が狭くなっている長手の給電ホーンを用いると、サブリフレクタ４１２のより集中的な近距離場照射がもたらされる。実際には、給電ホーン４０４の全長は、典型的には、給電ホーン３０４などの標準的な広角の給電ホーンの長さよりも２０％〜１００％長くなるだろう。
【００２０】
図９を参照すると、矢印４１６はアンテナ４００の全深さを示す。深さ４１６は、図８における矢印３２０で示される深さよりもかなり小さく、図７における矢印３１６で示される深さと実質的に同じである。こうして、アンテナ４００のスイープされた体積全体は、図８のアンテナによって生じるものよりも小さくなり、図７におけるアンテナ３００によって生じるものと実質的に同じになるだろう。
【００２１】
こうして、メインリフレクタ４０２における孔４０８を用いることにより、サブリフレクタ４１２に電磁波エネルギをさらによく分散させる長手の給電ホーン４０４の使用が可能となるが、アンテナ４００の全深さを増大させるという不利益を被ることはない。これにより、アンテナ４００のスイープされたアークを最小限にすることが可能となる。これは、アンテナ４００がレドームによって覆われ、高速で移動する移動プラットフォーム上に配置される場合に空力効率を維持するのに寄与する。
【００２２】
図１２を参照すると、メインリフレクタ４０２および給電ホーン４０４の拡大された部分が示される。リフレクタの孔４０８は、給電ホーン４０４のフランジ４０４ｂを収容するカウンタボア区域４０８ａを含む。フランジ４０４ｂをカウンタボア区域４０８ａに固定するのに複数のねじ４１８が用いられる。ねじ４１８は、メインリフレクタ４０２の頂点４０６を囲むボス部分４２２において形成されるめくらねじ孔４２０に係合する。サブリフレクタ４１２に対する給電ホーン４０４の長手方向の位置決めを調整するために、１
つ以上のワッシャまたはシムが、ねじ４１８の上に配置され得る。
【００２３】
メインリフレクタ４０２およびサブリフレクタ４１２がともに、好ましくは、アンテナ４００のための所望の性能を達成するのに必要な「形状にされる」ことも認識されるだろう。給電ホーン４０４の全長、前方端部４０４におけるその直径、およびサブリフレクタ４１２からの間隔は、メインリフレクタ４０２の光学形状およびサブリフレクタ４０４の最適な形状を決定する際に考慮されるすべての要因となる。
【００２４】
したがって、この発明の好ましい実施例は、リフレクタアンテナの有効な正面面積を最小限にし、こうして、アンテナが航空機の外面に配置される場合にアンテナを覆うのに正面面積がより小さいレドームを用いることを可能にする態様でリフレクタアンテナを支持するための手段を提供する。好ましい実施例では、アンテナシステムの構築が著しく複雑になることもなく、航空機の外面へのアンテナシステムの搭載が複雑になることもない。さらに、好ましい実施例では、アンテナシステムの構築の費用が著しく増えることはない。
【００２５】
ここで、当業者は、この発明の広範な教示がさまざまな形態で実現可能であることを以上の説明から認識することができる。したがって、この発明をその特定の例に関連して説明してきたが、この発明の真の範囲はそのように限定されるべきではない。というのも、添付の図面、明細書および添付の特許請求の範囲を検討すると他の変形例が当業者に明らかとなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】メインリフレクタの回転のアジマス軸がメインリフレクタの中心≪部≫のわずかに後方に配置されている先行技術の搭載構成によって生じるスイープされたアークを示す簡略図である。
【図２】アンテナのメインリフレクタが中心的な最も外側の端縁部分を有している先行技術のリフレクタアンテナを示す平面図である。
【図３】アンテナのメインリフレクタの最も外側の端縁間に延在する面内に位置するアジマス軸を示す、この発明の好ましい実施例に従ったアンテナシステムの側面図である。
【図４】回転のアジマス軸を図３に図示のとおり配置することによって生じるスイープされたアークを示す図である。
【図５】アンテナシステムのメインリフレクタの最も外側の端縁の前方に位置する面に配置されたアジマス軸とともに位置するこの発明のアンテナシステムを示す側面図である。
【図６】図５に示されるアンテナシステムによって生じるスイープされたアークを示す図である。
【図７】メインリフレクタの後面に搭載されたアンテナ電子部品とともに給電ホーンを有する現在の低プロファイルのカセグレンリフレクタを示す図である。
【図８】長手の給電ホーンを備えた図７のアンテナを示し、また、アンテナの全深さの増大を示す図である。
【図９】この発明の好ましい実施例に従ったカセグレンリフレクタアンテナを示す図である。
【図１０】メインリフレクタの頂点に形成された孔のほかに、図９のアンテナのメインリフレクタおよびサブリフレクタだけを示す図である。
【図１１】アンテナのメインリフレクタにおける孔を通って突き出る給電ホーンを示す図である。
【図１２】給電ホーンが取付けられているメインリフレクタの一部を示す拡大された側断面図である。
【図１】
2008510441.tif 000003
【図２】
2008510441.tif 000004
【図３】
2008510441.tif 000005
【図４】
2008510441.tif 000006
【図５】
2008510441.tif 000007
【図６】
2008510441.tif 000008
【図７】
2008510441.tif 000009
【図８】
2008510441.tif 000010
【図９】
2008510441.tif 000011
【図１０】
2008510441.tif 000012
【図１１】
2008510441.tif 000013
【図１２】
2008510441.tif 000014
【国際調査報告】
2008510441.tif 000015
2008510441.tif 000016
2008510441.tif 000017