(57)【要約】  主反射鏡の掃引円弧を最小化する、回転可能な反射鏡アンテナシステムを航空機の外表面に取り付ける装置および方法である。これは、より小さな正面面積のレードームを用いてアンテナシステムを覆うことができるように、主反射鏡の有効正面面積が縮小されることを可能にする。主反射鏡は、主反射鏡の軸中心（すなわち頂点）の前方に配置された方位軸の周囲を回転する。１実施形態において、方位軸は、アンテナの開口を規定する、主反射鏡の最外側端間に延在する面内に位置する。他の実施形態において、方位軸は、主反射鏡の最外側端の前方に位置する。さらなる実施形態において、方位回転軸は、アンテナの副反射鏡とフィードホーンとの間、もしくは主反射鏡の頂点と副反射鏡との間に位置する。
2008502207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最外端部と頂点とを有する主反射鏡と、主反射鏡の前方に取り付けられた副反射鏡と、副反射鏡の前方に取り付けられたフィードホーンとを有する回転可能な皿タイプの反射鏡アンテナを、前記主反射鏡が方位回転軸の周囲を回転する時に前記主反射鏡の掃引円弧の半径を縮小するような方法で取り付ける方法であって、前記方法は、
前記主反射鏡を取り付け構成要素の上に支持することと、
前記取り付け構成要素を前記方位回転軸の周囲に回転させることと、
前記方位回転軸を前記主反射鏡の前記頂点と前記最外端部との間に位置づけることと、とを含む。
【請求項２】
前記取り付け構成要素を回転させることは、前記取り付け構成要素に配置された電気モータを用いることから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記取り付け構成要素に動作可能に関連づけられた同軸回転継手を用いて、フィードホーンを外部送信ケーブルに電気的に接続することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
最外端部と頂点とを有する主反射鏡と、頂点の前方に取り付けられた副反射鏡と、頂点に取り付けられたフィードホーンとを有する回転可能な反射鏡アンテナを、前記主反射鏡が方位回転軸の周囲を回転する時に前記主反射鏡の掃引円弧の半径を縮小するような方法で取り付ける方法であって、前記方法は、
前記主反射鏡を取り付け構成要素の上に支持することと、
前記主反射鏡を前記方位回転軸の周囲で回転させることと、
前記方位回転軸を前記フィードホーンと前記副反射鏡との間に位置づけることと、を含む。
【請求項５】
前記主反射鏡を支持することは、前記主反射鏡を、回転同軸継手を有する取り付けプラットフォーム上に取り付けることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記主反射鏡を回転させることは、電気モータを用いることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
電気モータを用いることは、取り付け構成要素から支持される電気モータを用いることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
最外端部と頂点とを有する主反射鏡と、、主反射鏡の前方に取り付けられた副反射鏡と、頂点に取り付けられたフィードホーンとを有する回転可能な反射鏡アンテナを、前記主反射鏡が方位回転軸の周囲を回転する時に前記主反射鏡の掃引円弧の半径を縮小するような方法で取り付ける方法であって、前記方法は、
前記主反射鏡を取り付け構成要素の上に支持することと、
前記取り付け構成要素を前記方位回転軸の周囲で回転させることと、
前記方位回転軸を前記副反射鏡と前記頂点との間に位置づけることと、を含む。
【請求項９】
前記主反射鏡を支持することは、前記主反射鏡を、回転同軸継手を有する取り付けプラットフォーム上に取り付けることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記取り付け構成要素を回転させることは、電気モータを用いて前記取り付け構成要素を回転させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
電気モータを用いることは、取り付け構成要素から支持される電気モータを用いること
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
方位回転軸の周囲を、前記アンテナの回転中に前記アンテナが動くところの包絡線の半径を縮小するような方法で回転するよう構成されたアンテナシステムであって、前記アンテナシステムは、
アンテナの開口を規定する、頂点と最外端部とを有する、皿形状の主反射鏡と、
前記主反射鏡の、前記頂点の前方および前記最外端部の後方に配置された副反射鏡と、
前記副反射鏡に面したフィードホーンで、前記主反射鏡の前記最外端部の後方に配置される前記フィードホーンと、を含み、
前記反射鏡は方位回転軸の周囲を回転可能であり、前記方位回転軸は前記副反射鏡と前記フィードホーンとの間に延在することを特徴とする。
【請求項１３】
前記主反射鏡を支持する支持プラットフォームをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナシステム。
【請求項１４】
前記副反射鏡と前記フィードホーンはどちらも、前記主反射鏡から支持されることを特徴とする、請求項１２に記載のアンテナシステム。
【請求項１５】
前記フィードホーンと外部送信ケーブルとの間に電気通信を確立する回転同軸継手をさらに含む、請求項１２に記載のアンテナシステム。
【請求項１６】
前記主反射鏡を回転させる電気モータをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナシステム。
【請求項１７】
前記支持プラットフォーム上に取り付けられた、前記支持プラットフォームを回転させる電気モータをさらに含む、請求項１３に記載のアンテナシステム。
【請求項１８】
方位回転軸の周囲を、前記アンテナの回転中に前記アンテナが動くところの包絡線の半径を縮小するような方法で回転するよう構成されたアンテナシステムであって、前記アンテナシステムは、
アンテナの開口を規定する、頂点と最外端部とを有する皿形状の主反射鏡と、
前記主反射鏡の前記頂点の前方および前記最外端部の後方に配置された副反射鏡と、
前記副反射鏡に面したフィードホーンで、前記主反射鏡の前記最外端部の後方で、前記副反射鏡の前方に配置される前記フィードホーンと、を含み、
前記反射鏡は方位回転軸の周囲を回転可能であり、前記方位回転軸は前記主反射鏡の前記頂点と前記副反射鏡との間に延在することを特徴とする。
【請求項１９】
前記主反射鏡を支持する支持プラットフォームをさらに含む、請求項１８に記載のアンテナシステム。
【請求項２０】
前記副反射鏡と前記フィードホーンはどちらも、前記主反射鏡から支持されることを特徴とする、請求項１８に記載のアンテナシステム。
【請求項２１】
前記フィードホーンと外部送信ケーブルとの間に電気通信を確立する回転同軸継手をさらに含む、請求項１８に記載のアンテナシステム。
【請求項２２】
前記主反射鏡を回転させる電気モータをさらに含む、請求項１８に記載のアンテナシステム。
【請求項２３】
前記支持プラットフォーム上に取り付けられた、前記支持プラットフォームを回転させ
る電気モータをさらに含む、請求項１９に記載のアンテナシステム。
【請求項２４】
方位回転軸の周囲を、前記アンテナの回転中に前記アンテナが動くところの包絡線の半径を縮小するような方法で回転するよう構成されたアンテナシステムであって、前記アンテナシステムは、
アンテナの開口を規定する、頂点と最外端部とを有する皿形状の主反射鏡と、
前記主反射鏡の前記頂点の前方および前記最外端部の後方に配置された副反射鏡と、
前記副反射鏡に面したフィードホーンで、前記主反射鏡の前記最外端部の後方に配置される前記フィードホーンと、
前記主反射鏡を支持する取り付け構成要素と、を含み、
前記反射鏡は方位回転軸の周囲を回転可能であり、前記方位回転軸は前記主反射鏡の前記頂点と前記最外端部との間に延在することを特徴とする。
【請求項２５】
前記取り付け構成要素を回転させる電気モータをさらに含む、請求項２４に記載のアンテナシステム。
【請求項２６】
前記電気モータが前記取り付け構成要素上に支持されることを特徴とする、請求項２５に記載のアンテナシステム。
【請求項２７】
前記フィードホーンを外部送信ケーブルに電気的に接続する、前記取り付け構成要素に動作可能に関連づけられた回転同軸継手をさらに含む、請求項２４に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００１年９月２７日に出願された係属中の米国特許出願第０９／９６５，６６８号の一部継続出願である。上記の出願の開示は、参照することにより本書に援用される。
【０００２】
発明の分野
本システムはアンテナシステムに関し、より具体的には、アンテナがその方位軸の周囲を回転する時にアンテナの掃引円弧を最小化するような方法で、反射鏡アンテナを取り付ける方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
航空機のレードームの下に取り付けられた、アンテナの正面表面積は、航空機の空気動力学に関して非常に重要である。これは、レードームによって生じる抵抗および、その結果もたらされる航空機の性能および燃費に対する影響のためである。方位軸の周囲を回転する必要がある反射鏡アンテナでは、アンテナの“掃引円弧”は、アンテナの主反射鏡の全体幅よりも大きい。このことは、相応に幅広いレードームを必要とし、したがって、レードームの正面表面積を増加させ、結果として航空機の抵抗を増加させる。
【０００４】
図１を参照すると、方位回転軸が、今日の反射鏡アンテナシステムにおいて標準であるように、主反射鏡の軸中心の後方もしくは後ろ側に位置する時に、従来技術によるアンテナシステムの主反射鏡の掃引円弧の直径“Ａ”が見られる。主反射鏡の最外端部もまた示される。この直径は、寸法“Ｂ”により示される。方位回転軸が主反射鏡の中心に、もしくはその後方に位置する場合、主反射鏡によって生じる掃引円弧の直径は、主反射鏡そのものの直径よりも大幅に大きい。
【０００５】
したがって、必要とされるアンテナの電磁性能を維持しながら、反射鏡アンテナの高さおよび幅を最小の寸法にとどめることは、極めて重要である。さらに具体的には、航空機の外表面に取り付けられるよう意図されるアンテナの主反射鏡は、アンテナがその方位軸の周囲を回転する時にアンテナの掃引円弧が最小化されるような方法で、取り付けられることが重要である。アンテナの掃引円弧を最小化することは、それにしたがいアンテナを覆うのに必要なレードームの寸法を最小化し、それにより、レードームが取り付けられた航空機の飛行中にレードームにより生じる、該抵抗を最小化するであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の要約
上記の欠点は、新規のアンテナシステムおよびアンテナシステムを取り付ける方法により対処される。アンテナシステムは通常、取り付けプラットフォームに取り付けられる主反射鏡を備える。取り付けプラットフォームは、方位軸の周囲を回転可能で、アンテナの方位走査角が必要に応じて調整されることを可能にする。必要に応じてプラットフォームを回転させる方位モータが用いられ、所望の方位走査角に応じて主反射鏡を方向づける。
【０００７】
主な特徴は、主反射鏡がその周囲を回転するところの方位軸が、主反射鏡の頂点に、もしくはその後方に配置されるよりもむしろ、主反射鏡の頂点の前方に配置されることであ
る。好適な構造のうちの１つにおいて、方位軸は、主反射角の最外端部を横切る面内のある点に位置する。他の好適な実施形態において、方位軸は主反射鏡の最外端部の前方に位置する。どちらの配置でも、主反射鏡の掃引円弧は、方位軸が主反射鏡の頂点と一致した面、もしくは主反射鏡の頂点の後方に位置していた場合に別の方法で生じうるものよりも、縮小される。掃引円弧における最大の縮小は、方位軸を、主反射鏡の最外端部の間で横切る面内に位置づけることにより提供される。
【０００８】
アンテナの主反射鏡を、その周囲を取り付けプラットフォームが回転するところの方位軸の横方向（すなわち、後方に）にオフセットした位置に支持することにより、アンテナの掃引円弧は著しく縮小される。このことは、システムが航空機の外表面に取り付けられる時にアンテナシステムを格納するのに必要である、レードームの正面表面積を縮小する。この取り付け配置は、アンテナシステムそのものの組み立てもしくは構造を著しく複雑にすることはなく、またはその他の点で、航空機の外表面の、アンテナシステムが取り付けられる部分の著しい改良を必要としない。
【０００９】
さらなる他の好適な代替実施形態において、アンテナシステムは、フィードホーンと副反射鏡との間に位置する方位回転軸を有する。さらなる他の好適な代替実施形態において、アンテナシステムは、主反射鏡の頂点と副反射鏡との間に位置する方位回転軸を有する。これらの実施形態のそれぞれは、アンテナシステムがレードームに格納される必要がある、高スピードの移動プラットフォーム上で用いるのによく適した、非常にコンパクトな配置を依然として提供しながらも、主反射鏡の後方に位置する方位回転軸により生じるであろうものよりも、主反射鏡の掃引円弧を縮小する。
【００１０】
システムのさらなる適用性の範囲が以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および具体的な実施例は、多様な好適な実施形態を示しているが、例示の目的のみを意図しているということが理解されるべきである。
【００１１】
本システムは、詳細な説明および添付の図面により、より完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好適な実施形態の詳細な説明
好適な実施形態の以下の説明は、事実上単に例示的なものであり、システム、適用、もしくは使用を限定する意図は一切ない。
【００１３】
図２を参照すると、航空機の外表面に取り付けられるのによく適した従来技術のアンテナシステム１０が示される。アンテナシステム１０は、中心（すなわち頂点）１２ａと最外端部１２ｂとを有する主反射鏡１２を含む。副反射鏡１４が、主反射鏡１２の中心１２ａに位置するフィードホーン１６の前方に位置する。受信信号と送信信号の信号処理操作を行うべく、一対の低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８と２０が、一対のダイプレクサ２２と２４と同じく、用いられる。主反射鏡１２を所望の仰角に位置づけるのに仰角モータ２６が用いられると同時に、主反射鏡１２を方位軸の周囲に回転させて主反射鏡を所望の方位角に位置づけるのに方位モータ２８が用いられる。エンコーダ３０、主反射鏡１２の方位角を追跡し、方位モータ２８にフィードバックを提供するのに用いられる。
【００１４】
ここで図３を参照すると、本発明の好適な実施形態にしたがったアンテナシステム１００が図解される。アンテナシステム１００は、軸中心（すなわち頂点）１０２ａと最外側端部１０２ｂとを有する主反射鏡１０２を用いる点で、アンテナシステム１０と同様である。フィードホーン１０４は、主反射鏡１０２の中心１０２ａに配置される。主反射鏡１０２は、主反射鏡１０２の方位回転軸１０８を主反射鏡の最外端部１０２ｂを通って延在する面上に配置する、プラットフォーム１０６上に支持される。プラットフォーム１０６
は、方位モータ１１０により方位回転軸１０８の周囲で回転され、したがって主反射鏡１０２を所望の方位角に配置する。好適には２チャネル同軸回転継手１１２が用いられ、フィードホーン１０４と、航空機の外表面１１４を通って延在する送信線１１２ａとの間の必要な電気的接続を可能にする。簡単にするために、アンテナシステム１００全体を通常囲むであろうレードームは示されない。
【００１５】
図４を参照すると、アンテナシステム１００の、非常に単純化された形状で示される主反射鏡１０２の回転動作により生じる、掃引円弧１１６が示されている。図３に関連して説明されるように、方位回転軸１０８が、主反射鏡１０２の最外側端１０２ｂを通って延在するように位置する場合、掃引円弧１１６の半径は最大限に最小化される。この構成において、掃引円弧１１６は、反射鏡１０２の全長１１８のおよそ半分である。したがって、方位回転軸１０８を主反射鏡１０２の中心（すなわち頂点）１０２ａの前方（すなわち、図３における中心点１０２ａの右）に位置づけることは、主反射鏡によって生じる掃引円弧を劇的に縮小する。掃引円弧の、全体的な面積、体積におけるこの縮小もまた、図１と４の比較から明らかである。
【００１６】
しかし、図３に示される、アンテナシステム１００の方位回転軸の配置は、用途によっては、アンテナシステム１００により送信され、および／もしくは受信される信号の容認できない程度の閉塞をもたらす可能性がある。したがって、図３に示される方位回転軸１０８を、主反射鏡１０２の最外端部１０２ｂの前方に位置づけることが望ましいであろう。このような取り付け配置は図５に示される。図５に示されるアンテナシステム２００は、取り付けプラットフォーム２０６の全長がより長く、方位回転軸１０８が主反射鏡２０２の最外端部２０２ｂの前方（すなわち図５における右）に位置することを可能にすることを除いては、図３に示されるアンテナシステム１００と同一である。アンテナシステム２００の、アンテナシステム１００の構成要素と共通する構成要素は、アンテナシステム１００の構成要素を示すのに用いられた参照番号に１００を加えた参照番号で示されることを理解されたい。アンテナシステム２００により生じる掃引円弧は図６に示される。掃引円弧は破線円２２０により示される。主反射鏡２０２の最大限の有効正面幅はしたがって、主反射鏡の直径２２６よりほんのわずか大きい矢印２２２によって表される。反射鏡２０２の回転半経は、線２２４によって表される。図６の掃引円弧２２０を図４に示された掃引円弧１１６と比較すると、アンテナシステム２００の取り付け配置により生じる掃引円弧は、アンテナシステム１００により生じる掃引円弧よりもわずかに大きいことがわかるであろう。しかし、主反射鏡２０２の最外端部２０２ｂの前方の方位軸の配置は、取り付けプラットフォーム２０６および回転継手２１２により生じる一定の閉塞を除去するのに役立つ。
【００１７】
ここで図７を参照すると、本発明の他の好適な代替実施形態にしたがったアンテナ３００が示される。アンテナ３００は、その構造においてアンテナ１００および２００と同一であり、皿状の主反射鏡３０２、フィードホーン３０４、副反射鏡３０５、主反射鏡を支持するプラットフォーム３０６を有するカセグレンアンテナを形成する。副反射鏡３０５はフィードホーン３０４の前方に、主反射鏡３０２から支持構造３０７によって、支持される。副反射鏡３０５は、フィードホーン３０４と主反射鏡３０２の最外端部３０２ｂとの間に存在する面内に配置される。プラットフォームは、方位回転軸３０８の周囲の方位面内での適切なモータ３１０による回転のために支持される。同軸回転継手３１２は送信線３１２ａに接続される。送信線３１２ａは同軸ケーブルもしくは他の任意適切な導電体から構成されてよい。アンテナ３００は、方位回転軸が、主反射鏡３０２の頂点３０２ａの前方、ただし主反射鏡の最外端部３０２ｂの後方に配置される点で、アンテナ１００および２００とは異なる。図７に示される実施形態において、方位回転軸は副反射鏡３０５とフィードホーン３０４との間に配置される。方位軸３０８のこの配置は、方位軸を頂点３０２ａに位置づけることで生じうるものを上回る、しかし方位軸３０２ａを最外端部３
０２ｂに配置するのと同程度ではない、主反射鏡３０２の掃引円弧の直径の一定の縮小を提供する。
【００１８】
図８は、アンテナシステム３００’の他の実施形態を示す。図７の構成要素に対応する構成要素は、ダッシュ記号のついた共通の参照番号で示される。アンテナシステム３００’は、その構成においてアンテナシステム３００と同一であり、唯一の差異は、方位回転軸３０８’が主反射鏡３０２’の最外端部３０２ｂ’と副反射鏡３０５’との間に存在する面内に配置されることである。アンテナ３００と３００’のどちらも、図１に示される従来技術のアンテナにおけるよりも、掃引円弧を縮小する。
【００１９】
したがって、本システムの好適な実施形態は、反射鏡アンテナの有効正面面積を最小化するような方法で反射鏡アンテナを支持する手段を提供し、したがって、アンテナが航空機の外表面に位置する時に、アンテナを覆うのに小さな正面面積を有するレードームを用いることを可能にする。好適な実施形態はアンテナシステムの建設を著しく複雑にすることなく、アンテナシステムを航空機の外表面に取り付けることも複雑にはしない。さらに、好適な実施形態は、アンテナシステムの構築コストを著しく増すことはない。
【００２０】
上記の説明から、当業者はここに、本発明の広い教示が多様な形状で実施されることができることを理解するであろう。したがって、本発明はその特定の実施例に関連して説明されたが、熟練した実施者であれば、図面、明細書、および以下の請求の範囲を検討することにより、その他の修正が明らかになるため、本発明の真の範囲は限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】主反射鏡の方位回転軸が主反射鏡の中心よりわずかに後方に配置される、従来技術の取り付け配置によって生じる掃引円弧の、簡略化した図である。
【図２】従来技術の反射鏡アンテナの平面図である。
【図３】本システムの好適な実施形態にしたがったアンテナシステムの側面図であり、アンテナの主反射鏡の最外端部の間に延在する面内に位置する方位軸を図解する。
【図４】図３に示されるように方位回転軸を位置づけることにより生じた、掃引円弧の縮小された直径を図解する図である。
【図５】アンテナシステムの主反射鏡の最外端部の前方に位置づけられた面内に配置された方位軸で位置づけられた、本発明のアンテナシステムの側面図である。
【図６】図５に示されるアンテナシステムにより生じる掃引円弧の図である。
【図７】方位回転軸がシステムのフィードホーンと副反射鏡との間に位置する、アンテナシステムの好適な代替実施形態の部分垂直断面図を示す。
【図８】方位回転軸が主反射鏡の頂点と副反射鏡との間に位置する、アンテナシステムのさらに他の好適な代替実施形態を示す。
【図１】
2008502207.tif 000003
【図２】
2008502207.tif 000004
【図３】
2008502207.tif 000005
【図４】
2008502207.tif 000006
【図５】
2008502207.tif 000007
【図６】
2008502207.tif 000008
【図７】
2008502207.tif 000009
【図８】
2008502207.tif 000010