(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置におけるサイドローブ抑制方法であって、
複数の前記アンテナは、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型のアンテナとし、
各々の前記アンテナは、複数の前記アンテナのアンテナパタン合成時のサイドローブが平滑化するように、当該アンテナのメインローブ方向を軸として、他の前記アンテナと異なる角度で回転させた状態で配置し、且つ、複数の前記アンテナの前記偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの回転方向とは逆方向に前記角度と同じ大きさで前記偏波軸を回転させる
ことを特徴とするサイドローブ抑制方法。
【請求項２】
直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置におけるサイドローブ抑制方法であって、
複数の前記アンテナは、一次放射器と反射器とを有し、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型の反射鏡アンテナとし、
各々の前記アンテナの反射器は、メインローブ方向を軸として、他の前記アンテナと異なる角度で回転させた状態で配置し、
各々の前記アンテナの一次放射器は、複数の前記アンテナの前記偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの反射器の回転方向と逆方向に前記角度と同じ大きさで回転させた状態で配置する
ことを特徴とするサイドローブ抑制方法。
【請求項３】
請求項１に記載のサイドローブ抑制方法において、
複数の前記アンテナは、垂直偏波入力端子と水平偏波入力端子とを有する平面アンテナとし、
各々の前記アンテナは、当該アンテナの回転方向と逆方向に前記角度と同じ大きさで前記偏波軸が回転するように、前記垂直偏波入力端子および前記水平偏波入力端子に入出力する信号を制御する
ことを特徴とするサイドローブ抑制方法。
【請求項４】
直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置において、
複数の前記アンテナは、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型のアンテナであり、
各々の前記アンテナは、複数の前記アンテナのアンテナパタン合成時のサイドローブが平滑化するように、当該アンテナのメインローブ方向を軸として、他の前記アンテナと異なる角度で回転させた状態で配置され、且つ、複数の前記アンテナの前記偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの回転方向とは逆方向に前記角度と同じ大きさで前記偏波軸を回転させた
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
【請求項５】
直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置において、
複数の前記アンテナは、一次放射器と反射器とを有し、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型の反射鏡アンテナであり、
各々の前記アンテナの反射器は、メインローブ方向を軸として、他の前記アンテナと異なる角度で回転させた状態で配置され、
各々の前記アンテナの一次放射器は、複数の前記アンテナの前記偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの反射器の回転方向と逆方向に前記角度と同じ大きさで回転させた状態で配置された
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
【請求項６】
請求項４に記載の分散アレーアンテナ装置において、
複数の前記アンテナは、垂直偏波入力端子と水平偏波入力端子とを有する平面アンテナであり、
各々の前記アンテナは、当該アンテナの回転方向と逆方向に前記角度と同じ大きさで前記偏波軸が回転するように、前記垂直偏波入力端子および前記水平偏波入力端子に入出力する信号が制御された
ことを特徴とする分散アレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイドローブレベルを抑制可能なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信は広範なサービスエリアと災害に強い特徴を有しているため、地上の通信回線の使用が困難な洋上やデジタルディバイド地域、災害時の通信環境の構築などに広く利用されている。しかしながら、36,000km上空の静止衛星を中継して通信する場合、伝搬損失が非常に大きく、伝送速度や伝送容量を向上させるためには衛星通信用地球局の性能を向上させる必要がある。これを低コストで実現する技術として、一般の地球局として利用される送受信装置を複数組み合わせて協調的に動作させる分散アレーアンテナを用いた地球局の検討がなされている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は、従来例の衛星通信用の地球局の一例を示す。図１４（ａ）は、単体のパラボラアンテナ８０１を有する送受信装置８０１ａを用いた衛星通信用の地球局８００の一例を示す。図１４（ｂ）は、分散アレーアンテナの技術を適用した衛星通信用の分散アレー地球局９００の一例を示す。
【０００４】
図１４（ａ）において、地球局８００は、地球局８００に接続される地上の通信回線と通信衛星との間で送受信するデータを変復調する変復調装置８０２を有する。そして、変復調装置８０２が変調した送信信号は、送受信装置８０１ａのパラボラアンテナ８０１から通信衛星に送信される。逆に、送受信装置８０１ａのパラボラアンテナ８０１が通信衛星から受信する信号は、変復調装置８０２で受信データに復調され、地球局８００に接続される地上の通信回線に出力される。なお、送受信装置８０１ａは、パラボラアンテナ８０１と、送受信する信号を増幅する送受信アンプなどの回路とを有する。
【０００５】
図１４（ｂ）において、分散アレー地球局９００は、図１４（ａ）に示した地球局８００とは異なり、パラボラアンテナ９０１（１）を有する送受信装置９０１ａ（１）からパラボラアンテナ９０１（Ｎ）を有する送受信装置９０１ａ（Ｎ）までのＮ個の送受信装置９０１ａ（パラボラアンテナ９０１）を有する。ここで、送受信装置９０１ａ（１）（パラボラアンテナ９０１（１））から送受信装置９０１ａ（Ｎ）（パラボラアンテナ９０１（Ｎ））に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略して送受信装置９０１ａ（パラボラアンテナ９０１）と表記する。なお、送受信装置９０１ａは、パラボラアンテナ９０１と、パラボラアンテナ９０１で送受信する信号を増幅する送受信アンプなどの回路を有する。
【０００６】
図１４（ｂ）において、分散アレー地球局９００は、Ｎ個のパラボラアンテナ９０１を協調的に動作させるための分散アレー制御装置９０２を有する。送信時において、分散アレー制御装置９０２は、変復調装置９０３が出力する変調信号をＮ個のパラボラアンテナ９０１へ分配する。このとき、分散アレー制御装置９０２は、各パラボラアンテナ９０１から通信衛星に出力される送信信号が同相となるように位相を制御する。これにより、分散アレー地球局９００のEIRP(Effective Isotropic Radiated Power：等価等方放射電力)が向上する。一方、受信時の分散アレー制御装置９０２は、通信衛星から送信される信号を各パラボラアンテナ９０１で受信し、受信信号が同相または最大比合成されるように、Ｎ個のパラボラアンテナ９０１で受信される受信信号の利得および位相を制御する。これにより、分散アレー地球局９００のG/T（Gain to Noise Temperature Ratio）が向上する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鈴木，須崎，廣瀬，杉山，“衛星通信システムにおける分散アレイアンテナ構成技術，”ＮＴＴ技術ジャーナル，2013 Vol.25 No.5，pp.42-44，2013年5月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の分散アレー地球局９００のパラボラアンテナ９０１は、基本的に一般の地球局８００に使用されるパラボラアンテナ８０１と同様のアンテナが用いられ、複数の同型のアンテナを組み合わせて分散アレーアンテナを構成している。ここで、例えば12GHzから18GHzの帯域を用いるKu帯VSAT（Very Small Aperture Terminal）の汎用の衛星通信システムの場合、アンテナ開口径が60cm以上のパラボラアンテナを使用することが一般的である。このようなパラボラアンテナ９０１を分散アレー地球局９００に適用した場合、パラボラアンテナ９０１の物理的な間隔はアンテナ開口径以上に離す必要があり、アンテナパタンにグレーティングローブが多数発生することになる。ここで、分散アレー地球局９００を構成するアンテナが同型である場合、分散アレー地球局９００全体のアンテナパタンは、単体のアンテナパタンにアレーファクタを乗じた特性になり、その包絡線は単体のアンテナパタンに一致することが知られている。
【０００９】
図１５は、アンテナ単体のアンテナパタンと分散アレーアンテナのアンテナパタンの一例を示す。なお、図１５は、開口径60cmのアンテナ単体のアンテナパタンの実測値（実線７０１）と、同型のアンテナ２つを30波長(14.25GHzの場合、約63cm)離して分散アレー地球局９００を構成した時のアンテナパタンを最大利得で規格化した計算値（点線７０２）とを示している。図１５において、分散アレーアンテナの合成特性を示す点線７０２の包絡線は、アンテナ単体の特性を示す実線７０１に一致している。
【００１０】
このとき、分散アレー地球局９００のEIRPは、アンテナ利得でN倍、パラボラアンテナ９０１の総出力がN倍となるため、併せてパラボラアンテナ９０１の数のN2倍になり、分散アレー地球局９００の主ビーム方向（メインローブ方向）の特性が大幅に改善される。しかし、このような分散アレー地球局９００のサイドローブ特性は、グレーティングローブのピークを得る角度において、アンテナ利得でN倍になり、放射されるエネルギ（軸外輻射電力密度）は2乗倍になる。このため、分散アレー地球局９００の運用者は、アンテナパタンや軸外輻射電力密度が総務省の無線設備規則(第54条の3項)等の規定レベルに抵触しないよう出力を制限して運用する必要がある。このように、従来の分散アレー地球局９００では、EIRPを規定レベル以上に高めた運用ができず、分散アレーアンテナによって得られる主ビーム方向の特性を最大限に活用することができないという問題がある。
【００１１】
図１６は、無線設備規則の規定レベルに対するアンテナ単体のアンテナパタンおよび分散アレーアンテナの合成アンテナパタンの一例を示す。図１６において、無線設備規則の規定レベルは破線７１１で示し、アンテナ単体のアンテナパタンは実線７１２で示し、分散アレーアンテナの合成アンテナパタンは点線７１３で示す。破線７１１で示した無線設備規則の規定レベルは、衛星通信で一般的なVSAT局の軸外輻射電力密度の規制値を示す。実線７１２で示したアンテナ単体の輻射電力密度は、−１２０度から＋１２０度の放射角度の範囲において、規定レベル以下に抑えられている。これに対して、点線７１３で示した分散アレーアンテナの輻射電力密度は、アンテナ単体の特性に対して合成時の特性が約6dB上昇し、例えば±９０度の放射角度付近においてサイドローブが大きくなり、規定レベルに抵触する部分が見られる。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明に係る分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑制方法は、グレーティングローブの影響に伴うサイドローブレベルを抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置におけるサイドローブ抑制方法であって、複数のアンテナは、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型のアンテナとし、各々のアンテナは、複数のアンテナのアンテナパタン合成時のサイドローブが平滑化するように、当該アンテナのメインローブ方向を軸として、他のアンテナと異なる角度で回転させた状態で配置し、且つ、複数のアンテナの偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの回転方向とは逆方向に角度と同じ大きさで偏波軸を回転させることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明は、直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置におけるサイドローブ抑制方法であって、複数のアンテナは、一次放射器と反射器とを有し、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型の反射鏡アンテナとし、各々のアンテナの反射器は、メインローブ方向を軸として、他のアンテナと異なる角度で回転させた状態で配置し、各々のアンテナの一次放射器は、複数のアンテナの偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの反射器の回転方向と逆方向に角度と同じ大きさで回転させた状態で配置することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明は、複数のアンテナは、垂直偏波入力端子と水平偏波入力端子とを有する平面アンテナとし、各々のアンテナは、当該アンテナの回転方向と逆方向に角度と同じ大きさで偏波軸が回転するように、垂直偏波入力端子および水平偏波入力端子に入出力する信号を制御することを特徴とする。
【００１７】
第４の発明は、直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置において、複数のアンテナは、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型のアンテナであり、各々のアンテナは、複数のアンテナのアンテナパタン合成時のサイドローブが平滑化するように、当該アンテナのメインローブ方向を軸として、他のアンテナと異なる角度で回転させた状態で配置され、且つ、複数のアンテナの偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの回転方向とは逆方向に角度と同じ大きさで偏波軸を回転させたことを特徴とする。
【００１９】
第５の発明は、直線偏波を用いる複数のアンテナを配置する分散アレーアンテナ装置において、複数のアンテナは、一次放射器と反射器とを有し、偏波軸に応じてサイドローブ特性が異なる同型の反射鏡アンテナであり、各々のアンテナの反射器は、メインローブ方向を軸として、他のアンテナと異なる角度で回転させた状態で配置され、各々のアンテナの一次放射器は、複数のアンテナの偏波軸の方向が揃うように、当該アンテナの反射器の回転方向と逆方向に角度と同じ大きさで回転させた状態で配置されたことを特徴とする。
【００２０】
第６の発明は、複数のアンテナは、垂直偏波入力端子と水平偏波入力端子とを有する平面アンテナであり、各々のアンテナは、当該アンテナの回転方向と逆方向に角度と同じ大きさで偏波軸が回転するように、垂直偏波入力端子および水平偏波入力端子に入出力する信号が制御されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑制方法は、グレーティングローブの影響に伴うサイドローブレベルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係るパラボラアンテナによる分散アレー地球局の一例を示す図である。
【図２】パラボラアンテナの回転と偏波軸との関係の一例を示す図である。
【図３】パラボラアンテナの偏波軸の調整方法の一例を示す図である。
【図４】偏波面によるアンテナパタンの比較例を示す図である。
【図５】パラボラアンテナにおける回転角度の一例を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る平面アンテナによる分散アレー地球局の一例を示す図である。
【図７】平面アンテナの回転と偏波軸との関係の一例を示す図である。
【図８】平面アンテナの偏波軸の調整方法の一例を示す図である。
【図９】平面アンテナにおける回転角度と偏波の調整例を示す図である。
【図１０】従来の分散アレー地球局との比較例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る分散アレー分散地球局の効果の一例を示す図である。
【図１２】本実施形態のアンテナパタンと従来のアンテナパタンとの比較例を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る分散アレー地球局の効果の一例を示す図である。
【図１４】従来の衛星通信用地球局の一例を示す図である。
【図１５】アンテナ単体のアンテナパタンと分散アレーアンテナのアンテナパタンの一例を示す図である。
【図１６】従来の分散アレーアンテナの課題の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明に係る分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑制方法の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、分散アレーアンテナ装置の適用例として、衛星通信用の分散アレー地球局について説明するが、衛星通信用の地球局以外の分散アレーアンテナについても適用可能である。本実施形態で説明する分散アレーアンテナの技術を用いることにより、アンテナ開口径以上離してアンテナが配置される場合に生じるグレーティングローブの影響に伴うサイドローブレベルの上昇を抑制することができ、分散アレー地球局が有する性能を最大限に活用することができる。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る衛星通信用の分散アレー地球局１００の一例を示す。分散アレー地球局１００は、パラボラアンテナ１０１（１）を有する送受信装置１０１ａ（１）からパラボラアンテナ１０１（Ｎ）を有する送受信装置１０１ａ（Ｎ）までのＮ個(Ｎは正の整数)の送受信装置１０１ａ（パラボラアンテナ１０１）を有する。ここで、送受信装置１０１ａ（１）（パラボラアンテナ１０１（１））から送受信装置１０１ａ（Ｎ）（パラボラアンテナ１０１（Ｎ））に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略して送受信装置１０１ａ（パラボラアンテナ１０１）と表記する。なお、送受信装置１０１ａは、パラボラアンテナ１０１と、パラボラアンテナ１０１で送受信する信号を増幅する送受信アンプなどの回路とを有する。なお、本実施形態では、パラボラアンテナ１０１を例に挙げて説明するが、上下左右対称でない構造、或いは上下非対称構造を有する反射鏡アンテナであれば同様に適用可能である。例えば、上下非対称構造のオフセットパラボラアンテナのように、偏波面の角度に応じてサイドローブの特性が異なるアンテナを用いるのが効果的である。これにより、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１のサイドローブの特性が平均化され、分散アレー地球局１００全体のアンテナパタンのサイドローブレベルが抑制される。特に、本実施形態に係る分散アレー地球局１００は、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１がアンテナ開口径以上の間隔で配置された場合に生じるグレーティングローブの影響によるサイドローブレベルの上昇を抑制することができる。
【００２４】
図１において、分散アレー地球局１００は、Ｎ個の送受信装置１０１ａ（パラボラアンテナ１０１）と、分散アレー制御装置１０２と、変復調装置１０３とを有する。
【００２５】
分散アレー制御装置１０２は、パラボラアンテナ１０１（１）からパラボラアンテナ１０１（Ｎ）までのＮ個のパラボラアンテナ１０１で送受信する信号の振幅および位相を制御して、通信衛星との間で最良の通信が行えるように制御する。例えば送信時において、分散アレー制御装置１０２は、変復調装置１０３から出力される変調信号をＮ個のパラボラアンテナ１０１へ分配する。このとき、分散アレー制御装置１０２は、各パラボラアンテナ１０１から通信衛星に送信される信号が同相となるようにＮ個のパラボラアンテナ１０１に出力する送信信号の位相を制御する。これにより、分散アレーアンテナのEIRPが向上する。また、受信時において、分散アレー制御装置１０２は、通信衛星から送信される信号を各パラボラアンテナ１０１で受信し、受信信号が同相または最大比合成されるように、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１の受信信号の利得および位相を制御する。これにより、分散アレーアンテナのG/Tが向上する。
【００２６】
変復調装置１０３は、分散アレー地球局１００に接続される地上の通信回線との間で入出力する送受信データを変復調する。例えば変復調装置１０３は、分散アレー地球局１００が通信衛星に送信する送信データを変調した信号を分散アレー制御装置１０２に出力する。或いは、変復調装置１０３は、通信衛星から受信して分散アレー制御装置１０２で合成された変調信号を受信データに復調して、分散アレー地球局１００に接続される地上の通信回線に出力する。
【００２７】
このように、分散アレー地球局１００は、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１を用いた分散アレーアンテナとして動作し、通信衛星と通信することができる。
【００２８】
ここで、分散アレー地球局１００と図１４（ｂ）で説明した従来例の分散アレー地球局９００とは、アンテナの設置方法が異なる。図１４（ｂ）に示した従来例の場合、Ｎ個のパラボラアンテナ９０１は、全て正立した状態で配置されているが、図１に示した本実施形態の場合、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１は相対的に回転した状態で配置されている。ここで、パラボラアンテナ１０１は、メインローブを軸として回転させることにより、同型であっても各々のアンテナパタンを相違させることができる。また、メインローブを軸として回転させることにより、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１のメインローブの放射方向は同方向に維持される。
【００２９】
図２は、パラボラアンテナの回転と偏波軸との関係の一例を示す。図２（ａ）に示したパラボラアンテナ１０１’（１）からパラボラアンテナ１０１’（Ｎ）は、偏波軸がパラボラアンテナ１０１’に対して固定されている場合を示す。図２（ａ）の場合、例えば反射器が正立した状態のパラボラアンテナ１０１’（２）において、偏波軸は紙面左から右方向への水平である。パラボラアンテナ１０１’（２）を時計方向に９０度回転させると、パラボラアンテナ１０１’（１）の状態になり、偏波軸は紙面上から下方向になる。同様に、パラボラアンテナ１０１’（２）を反時計方向に９０度回転させると、パラボラアンテナ１０１’（Ｎ）の状態になり、偏波軸は紙面下から上方向になる。このように、アンテナ全体を回転させた場合、偏波軸も回転するので、回転角度が異なるパラボラアンテナ１０１の偏波軸の方向は統一されない。このため、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１’は、回転角度に応じて偏波軸が異なり、偏波のずれが生じるので分散アレーアンテナを構成できない。そこで、本実施形態では、図２（ｂ）に示したように、パラボラアンテナ１０１（１）からパラボラアンテナ１０１（Ｎ）までのＮ個のパラボラアンテナ１０１の偏波軸が同方向（偏波面が同じ）になるように調整する。
【００３０】
図３は、パラボラアンテナ１０１の偏波軸の調整方法の一例を示す。なお、図３に示したパラボラアンテナ１０１（１）は、図１に示したパラボラアンテナ１０１（１）と同じアンテナである。ここで、図１に示したパラボラアンテナ１０１（２）全体をメインローブ方向を軸にして時計方向に＋９０度で回転させてパラボラアンテナ１０１（１）として用いた場合、図２（ａ）のパラボラアンテナ１０１’（１）に示したように、偏波軸がパラボラアンテナ１０１’（２）とは異なるという問題が生じる。そこで、図３に示したように、パラボラアンテナ１０１（１）の一次放射器１５１を反時計方向に−９０度回転させる。これにより、図２（ｂ）に示すように、パラボラアンテナ１０１（１）の偏波軸はパラボラアンテナ１０１（２）の偏波軸と同じ方向になる。同様に、図２（ａ）のパラボラアンテナ１０１’（Ｎ）の偏波軸がパラボラアンテナ１０１’（２）（パラボラアンテナ１０１（２））の偏波軸と同じ方向になるように、パラボラアンテナ１０１（Ｎ）の一次放射器１５１を時計方向に＋９０度回転させる。これにより、パラボラアンテナ１０１（Ｎ）の偏波軸は、パラボラアンテナ１０１（２）の偏波軸と同じ方向になる。
【００３１】
このようにして、図２（ａ）に示したＮ個のパラボラアンテナ１０１’の偏波軸を調整して、図２（ｂ）に示したＮ個のパラボラアンテナ１０１のように、偏波軸が同方向に揃うので、分散アレーアンテナを構成することができる。
【００３２】
ここで、本実施形態では、偏波面を変えないように、メインローブの方向を軸としてアンテナ全体を回転させた場合に、サイドローブの特性が異なる性質を利用している。図１５で説明したように、同型のアンテナを用いて分散アレーアンテナを構成した場合、分散アレーアンテナのアンテナパタンの包絡線がアンテナ単体のアンテナパタンになり、サイドローブ特性が改善できないという問題がある。分散アレーアンテナのアンテナパタンをアンテナ単体の特性に類似させないためには、分散アレーアンテナを構成する各アンテナのサイドローブ特性を異なるものにして、合成時のサイドローブを平滑化することが解決のアプローチのひとつである。本実施形態では、サイドローブ特性が異なる同型のアンテナとして、例えばオフセットパラボラアンテナなどの上下左右対称でないようなアンテナ鏡面の異なる偏波面を使用して、分散アレーアンテナを構成する。このようなアンテナは、水平偏波面と垂直偏波面との物理形状が異なるので、各偏波面のアンテナパタンに差が生じる。つまり、偏波面を固定にしたままメインローブ方向を軸にアンテナを回転させることにより、サイドローブ特性の異なるアンテナパタンを得ることができる。これにより、サイドローブ特性が異なるアンテナを用いることなく、同型のアンテナを用いてサイドローブ特性が異なるアンテナを得ることができる。
【００３３】
図４は、偏波面が０度と９０度の場合のアンテナパタンの一例を示す。なお、図４は、図１５で説明したアンテナの水平偏波面（偏波面が０度）および垂直偏波面（偏波面が９０度）のアンテナパタンの実測値を示す。図４において、実線１７１は偏波面が０度のアンテナパタンを示し、破線１７２は偏波面が９０度のアンテナパタンを示す。偏波面が０度のアンテナパタンと偏波面が９０度のアンテナパタンの両者のアンテナパタンのサイドローブ特性が異なることが確認できる。ここで、図４に示したアンテナの水平偏波面と垂直偏波面とが同じ角度の偏波面になるように、例えば垂直偏波面のパラボラアンテナ全体をメインローブ方向を軸として９０度回転させると、水平偏波面と同じ偏波面になる。これにより、両者のアンテナパタンの特性を合成すると、サイドローブの特性が平均化されて抑制されるので、アンテナの出力をさらに上げてもサイドローブの特性を規格内に収めることができる。
【００３４】
図５は、図１に示したＮ個のパラボラアンテナ１０１における回転角度の一例を示す。なお、以降の説明において、回転角度＋は時計方向、回転角度−が反時計方向を示す。図５において、パラボラアンテナ１０１（１）は、アンテナ全体を＋９０度回転させ、一次放射器１５１を−９０度回転させる。パラボラアンテナ１０１（２）は、アンテナ全体を正立状態（０度回転）にし、一次放射器１５１の偏波軸も水平方向を維持（０度回転）する。パラボラアンテナ１０１（３）は、アンテナ全体を−９０度回転させ、一次放射器１５１を＋９０度回転させる。パラボラアンテナ１０１（４）は、アンテナ全体を−１８０度回転させ、一次放射器１５１を＋１８０度回転させる。なお、この場合は、偏波軸の方向を逆転すればよいので、一次放射器１５１を＋１８０度回転させずに、一次放射器１５１に入力する送信信号の位相を調整するようにしてもよい。パラボラアンテナ１０１（５）は、パラボラアンテナ１０１（１）と同様に、アンテナ全体を＋９０度回転させ、一次放射器１５１を−９０度回転させる。以下同様に、パラボラアンテナ１０１（６）はパラボラアンテナ１０１（２）と、パラボラアンテナ１０１（７）はパラボラアンテナ１０１（３）と同様に、それぞれ調整し、最後のパラボラアンテナ１０１（Ｎ）は、パラボラアンテナ１０１（４）と同様に、アンテナ全体を−１８０度回転させ、一次放射器１５１を＋１８０度回転させる。なお、先に説明したように、一次放射器１５１を＋１８０度回転させずに、一次放射器１５１に入力する送信信号の位相を調整するようにしてもよい。ここで、図５の例では、アンテナ全体を９０度ずつ回転させるように調整したが、他の角度であってもよい。例えばアンテナ全体を＋４５度回転させる場合、一次放射器１５１は−４５度回転させる。このように、本実施形態に係る分散アレー地球局１００は、偏波軸の回転量に関して制約が無く、任意の回転角度の設定が可能となるため、同型のアンテナにおいても様々なアンテナパタンを有するアンテナを供することが可能となる。但し、直線偏波を用いる場合、アンテナ全体の回転角度と偏波軸の回転角度との絶対値が同じで、アンテナ全体の回転方向と偏波軸の回転方向とが逆方向になるように偏波軸を調整する必要がある。このようにして、図２（ｂ）に示したように、Ｎ個のパラボラアンテナ１０１の偏波軸を同方向に揃えることができ、分散アレーアンテナとして合成した場合のサイドローブのレベルを平滑化することができる。なお、円偏波を用いる場合は、特に偏波軸を調整する機構は必要ない。円偏波を用いる場合は、アンテナのメインローブ方向を軸として、少なくとも１つの他のアンテナと異なる角度でアンテナ全体を回転させて配置すればよい。
【００３５】
ここで、図５の例のように、０度、９０度、１８０度および２７０度の４種類の角度のパラボラアンテナ１０１を設ける必要はなく、少なくとも２つの異なる回転角度のパラボラアンテナ１０１で分散アレーアンテナを構成することにより、サイドローブの平滑化の効果は得られる。例えば図２（ｂ）に示したパラボラアンテナ１０１（２）とパラボラアンテナ１０１（３）の２種類の回転角度のパラボラアンテナ１０１で分散アレーアンテナを構成してもよい。また、回転角度は、０度、９０度、１８０度および２７０度ではなく、任意の角度（例えば３３度、７９度など）でもよい。
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る分散アレー地球局２００の一例を示す。分散アレー地球局２００は、平面アンテナ２０１（１）を有する送受信装置２０１ａ（１）から平面アンテナ２０１（Ｎ）を有する送受信装置２０１ａ（Ｎ）までのＮ個(Ｎは正の整数)の送受信装置２０１ａ（平面アンテナ２０１）を有する。ここで、以降の説明において、送受信装置２０１ａ（１）（平面アンテナ２０１（１））から送受信装置２０１ａ（Ｎ）（平面アンテナ２０１（Ｎ））に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略して送受信装置２０１ａ（平面アンテナ２０１）と表記する。なお、平面アンテナ２０１は、第１実施形態で説明したオフセットパラボラアンテナなどと同様に、偏波軸の角度に応じてサイドローブの特性が異なるアンテナである。これにより、Ｎ個の平面アンテナ２０１を合成したときのサイドローブの特性が平均化され、分散アレー地球局２００全体のアンテナパタンのサイドローブレベルが抑制される。特に、Ｎ個の平面アンテナ２０１がアンテナ開口径以上の間隔で配置された場合に生じるグレーティングローブの影響によるサイドローブレベルの上昇を抑制することができる。
【００３６】
図６において、分散アレー地球局２００は、Ｎ個の送受信装置２０１ａ（平面アンテナ２０１）と、分散アレー制御装置２０２と、変復調装置２０３とを有する。
【００３７】
分散アレー制御装置２０２は、第１実施形態の分散アレー制御装置１０２と同様に、平面アンテナ２０１（１）から平面アンテナ２０１（Ｎ）までのＮ個の平面アンテナ２０１で送受信する信号の振幅および位相を制御して、通信衛星との間で最良の通信が行えるように制御する。例えば送信時において、分散アレー制御装置２０２は、変復調装置２０３から出力される変調信号をＮ個の平面アンテナ２０１へ分配する。このとき、分散アレー制御装置２０２は、各平面アンテナ２０１から通信衛星に送信される信号が同相となるようにＮ個の平面アンテナ２０１に出力する送信信号の位相を制御する。これにより、分散アレーアンテナのEIRPが向上する。また、受信時において、分散アレー制御装置２０２は、通信衛星から送信される信号を各平面アンテナ２０１で受信し、受信信号が同相または最大比合成されるように、Ｎ個の平面アンテナ２０１の受信信号の利得および位相を制御する。これにより、分散アレーアンテナのG/Tが向上する。
【００３８】
変復調装置２０３は、分散アレー地球局２００に接続される地上の通信回線との間で入出力する送受信データを変復調する。例えば変復調装置２０３は、分散アレー地球局２００が通信衛星に送信する送信データを変調した信号を分散アレー制御装置２０２に出力する。或いは、変復調装置２０３は、通信衛星から受信して分散アレー制御装置２０２で合成された変調信号を受信データに復調する。
【００３９】
このように、分散アレー地球局２００は、Ｎ個の平面アンテナ２０１を用いた分散アレーアンテナとして動作し、通信衛星と通信することができる。
【００４０】
ここで、分散アレー地球局２００の平面アンテナ２０１は、第１実施形態のパラボラアンテナ１０１と同様に、直線偏波を用いる場合、アンテナ全体をメインローブ方向を軸として回転させると共に、偏波軸が同方向になるように調整して設置される。なお、円偏波を用いる場合は、アンテナ全体をメインローブ方向を軸として回転させるだけでよい。このとき、後述する平面アンテナ２０１のＶ偏波端子１６１およびＨ偏波端子１６２を等振幅で９０度の位相差がつくように励振することで円偏波を形成することができる。
【００４１】
図７は、平面アンテナの回転と偏波軸との関係の一例を示す。図７（ａ）に示した平面アンテナ２０１’（１）から平面アンテナ２０１’（Ｎ）は、平面アンテナ２０１’（１）の偏波軸に固定されている場合を示す。なお、黒丸印はＶ偏波入力端子とＨ偏波入力端子とを示し、両端子に入力する信号により偏波軸が決まるが、詳細については図８で説明する。図７（ａ）の場合、横長方向に配置された状態の平面アンテナ２０１’（１）において、偏波軸は紙面左から右方向に水平であるものとする。平面アンテナ２０１’（１）を時計方向に４５度回転させると、平面アンテナ２０１’（２）の状態になり、偏波軸も時計方向に４５度回転する。さらに、平面アンテナ２０１’（２）を時計方向に４５度回転させると、平面アンテナ２０１’（３）の状態になり、偏波軸は紙面上から下方向になる。同様に、平面アンテナ２０１’（４）から平面アンテナ２０１’（８）は、平面アンテナ２０１’（３）から平面アンテナ２０１’（７）をそれぞれ時計方向に４５度回転させる。このように、平面アンテナ２０１’（１）から平面アンテナ２０１’（Ｎ）は、平面アンテナ２０１’（１）のように偏波軸を固定したままアンテナ全体を回転されるので、回転角度が異なる平面アンテナ２０１’の偏波軸の方向は統一されない。このため、Ｎ個の平面アンテナ２０１’は、回転角度に応じて偏波軸が異なり、偏波のずれが生じるので分散アレーアンテナを構成することはできない。そこで、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、平面アンテナ２０１（１）から平面アンテナ２０１（Ｎ）までのＮ個の平面アンテナ２０１の偏波軸が同方向になるように調整する。図７（ｂ）の例では、Ｎ個の平面アンテナ２０１の偏波軸は、紙面左から紙面右の水平方向に統一されている。
【００４２】
ここで、図７の例のように、０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度および３１５度の８種類の角度の平面アンテナ２０１を設ける必要はなく、少なくとも２つの異なる回転角度の平面アンテナ２０１で分散アレーアンテナを構成することにより、サイドローブの平滑化の効果は得られる。例えば図７（ｂ）に示した平面アンテナ２０１（２）と平面アンテナ２０１（３）の２種類の回転角度の平面アンテナ２０１で分散アレーアンテナを構成してもよい。なお、例えば１６個の平面アンテナ２０１を用いて、０度、９０度、１８０度および２７０度の４種類の回転角度で設置する場合、それぞれの回転角度の平面アンテナ２０１を同数（４個ずつ）配置してもよいが、合成したときのサイドローブレベルが最も低くなるようにしてもよい。例えば０度の回転角度の平面アンテナ２０１を６個、９０度の回転角度の平面アンテナ２０１を２個、１８０度の回転角度の平面アンテナ２０１を６個、２７０度の回転角度の平面アンテナ２０１を２個のように配置してもよい。いずれの場合においても、各平面アンテナ２０１は、アンテナ全体の回転角度と逆方向に同角度で偏波軸を回転させて、全ての平面アンテナ２０１の偏波軸が同方向になるように配置する。
【００４３】
図８は、平面アンテナ２０１の偏波軸の調整方法の一例を示す。なお、図８に示した平面アンテナ２０１（２）は、複数（２０個）のパッチアンテナを有する。また、図８に示した平面アンテナ２０１（２）は、図７（ｂ）に示した平面アンテナ２０１（２）を示し、平面アンテナ２０１（１）の状態からアンテナ全体を時計方向に＋４５度回転されている。逆に、偏波軸は、平面アンテナ２０１（１）の状態から時計方向に−４５度回転される。このように、平面アンテナ２０１は、アンテナ全体の回転角度の絶対値が同じ大きさで、かつ、アンテナ全体の回転方向と逆方向になるように偏波軸を回転させて設置する。ここで、平面アンテナ２０１の偏波軸の回転は、Ｖ偏波端子１６１とＨ偏波端子１６２とに入力する信号で制御する。
【００４４】
図９は、図７（ｂ）に示したＮ個の平面アンテナ２０１における回転角度と偏波の調整例を示す。なお、図９において、平面アンテナ２０１（１）を基準にして説明する。また、以降の説明において、回転角度＋は時計方向、回転角度−は反時計方向を示す。
【００４５】
図９において、平面アンテナ２０１の偏波軸の回転角度は、図８で説明したＶ偏波端子１６１とＨ偏波端子１６２との入力信号により調整する。例えば平面アンテナ２０１（１）は、アンテナの横長方向を水平状態（回転角度：０度(回転しない))にし、偏波軸は水平方向を維持（回転角度：０度(回転しない))する。ここで、Ｖ偏波端子１６１の入力レベルを０、Ｈ偏波端子１６２の入力レベルを１にして、偏波軸が水平方向になるようにする。なお、Ｖ偏波端子１６１およびＨ偏波端子１６２の入力レベルは１に正規化して説明する。平面アンテナ２０１（２）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋４５度回転させ、偏波軸を−４５度回転させる。偏波軸の−４５度の回転は、図６に示した分散アレー制御装置２０２がＶ偏波端子１６１の入力レベルを−０．７０７（正確には-1/√(2)）、Ｈ偏波端子１６２の入力レベルを＋０．７０７（正確には1/√(2)）に制御することで実現する。同様に、平面アンテナ２０１（３）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋９０度回転させ、偏波軸を−９０度回転させる。このために、Ｖ偏波端子１６１の入力レベルが−１、Ｈ偏波端子１６２の入力レベルが０に制御される。平面アンテナ２０１（４）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋１３５度回転させ、偏波軸を−１３５度回転させる（Ｖ偏波端子１６１：−０．７０７、Ｈ偏波端子１６２：−０．７０７）。平面アンテナ２０１（５）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋１８０度回転させ、偏波軸を−１８０度回転させる（Ｖ偏波端子１６１：０、Ｈ偏波端子１６２：−１）。平面アンテナ２０１（６）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋２２５度回転させ、偏波軸を−２２５度回転させる（Ｖ偏波端子１６１：０．７０７、Ｈ偏波端子１６２：−０．７０７）。平面アンテナ２０１（７）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋２７０度回転させ、偏波軸を−２７０度回転させる（Ｖ偏波端子１６１：１、Ｈ偏波端子１６２：０）。平面アンテナ２０１（８）は、平面アンテナ２０１（１）に対して、アンテナ全体を＋３１５度回転させ、偏波軸を−３１５度回転させる（Ｖ偏波端子１６１：＋０．７０７、Ｈ偏波端子１６２：＋０．７０７）。以下、平面アンテナ２０１（９）は平面アンテナ２０１（１）と同様に配置し、平面アンテナ２０１（Ｎ）は平面アンテナ２０１（６）と同様に配置する。
【００４６】
このように、平面アンテナ２０１全体の回転角度と偏波軸の回転角度との絶対値が同じで、平面アンテナ２０１全体の回転方向と偏波軸の回転方向とが逆方向になるように偏波軸を調整する。これにより、図７（ｂ）に示したように、Ｎ個の平面アンテナ２０１の偏波軸を同方向に揃えることができ、分散アレーアンテナとして合成した場合のサイドローブのレベルを平滑化することができる。なお、円偏波を用いる場合は、偏波軸を調整する機構は必要なく、円偏波を用いる場合は、アンテナのメインローブ方向を軸として、少なくとも１つの他のアンテナと異なる角度でアンテナ全体を回転させて配置すればよい。そして、平面アンテナ２０１のＶ偏波端子１６１およびＨ偏波端子１６２を等振幅で９０度の位相差がつくように励振することで円偏波を形成することができる。
［効果］
図１０は、第１実施形態の分散アレー地球局１００と従来の分散アレー地球局９００との比較例を示す。図１０において、第１実施形態の分散アレー地球局１００のアンテナパタンは実線１８１で示され、従来の分散アレー地球局９００のアンテナパタンは点線１８２で示されている。また、図１０において、図１６で説明した無線設備規則の規定レベルは、破線１８３で示されている。なお、図１０は、アンテナ数が２、アンテナ間隔が29.5波長(14.25GHzの場合，約62cm)離した際の輻射電力密度の計算結果である。２つのアンテナのそれぞれ使用可能な偏波面は、水平偏波面および垂直偏波面である。また、各アンテナの空中線電力は同じであり、その値は無線設備規則54条の3項に抵触しない最大のEIRPを得るものとする。そして、図１０は、上述の２つのアンテナを水平偏波面で使用したときの分散アレーアンテナの一例であり、主ビームのEIRPは38.92dBm/40kHzである。
【００４７】
図１０において、実線１８１で示した分散アレー地球局１００の輻射電力密度は、−１２０度から＋１２０度の放射角度の範囲において、規定レベル以下に抑えられている。これに対して、点線１８２で示した従来の分散アレー地球局９００の輻射電力密度は、±３０度の放射角度付近においてサイドローブが大きくなっている。
【００４８】
図１１は、図１０において放射角度が０度から−３０度までの部分を拡大した図である。図１１において、実線１８１で示した分散アレー地球局１００の輻射電力密度は、０度から−３０度の放射角度の範囲において、破線１８３で示した規定レベル以下に抑えられている。これに対して、点線１８２で示した従来の分散アレー地球局９００の輻射電力密度は、−２４度の放射角度付近においてサイドローブが大きくなり、第１実施形態の分散アレー地球局１００の輻射電力密度よりも３．９ｄＢ高くなり、規定レベルに抵触している。
【００４９】
図１２は、図１０と同じ条件であるが偏波面が異なり、上述の２つのアンテナの垂直偏波面を使用したとき一例であり、主ビームのEIRPは39.02dBm/40kHzである。
【００５０】
図１２において、実線１９１で示した分散アレー地球局１００の輻射電力密度は、−１２０度から＋１２０度の放射角度の範囲において、破線１９３で示した規定レベル以下に抑えられている。これに対して点線１９２で示した従来の分散アレー地球局９００の輻射電力密度は、±８０度の放射角度付近においてサイドローブが大きくなっている。
【００５１】
図１３は、図１２において放射角度が−６０度から−９０度までの部分を拡大した図である。図１３において、実線１９１で示した分散アレー地球局１００の輻射電力密度は、−６０度から−９０度の放射角度の範囲において、破線１９３で示した規定レベル以下に抑えられている。これに対して、点線１９２で示した従来の分散アレー地球局９００の輻射電力密度は、−８０度の放射角度付近においてサイドローブが大きくなり、第１実施形態の分散アレー地球局１００の輻射電力密度よりも１．８ｄＢ高くなり、規定レベルに抵触している。
【００５２】
このように、第１実施形態で説明した分散アレー地球局１００は、従来の分散アレー地球局９００に比べてサイドローブレベルが抑制され、無線設備規則の規定レベル以下に収めることができる。なお、第２実施形態で説明した分散アレー地球局２００についても同様の効果が得られる。ここで、第１実施形態はパラボラアンテナ１０１を使用し、第２実施形態では平面アンテナ２０１を使用したが、他の形態のアンテナを使用する場合でも偏波軸を回転させたときのサイドローブ特性が異なるアンテナであれば同様に適用可能である。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係る分散アレー地球局１００および分散アレー地球局２００は、アンテナを回転させて配置して異なる偏波面を使用することで、同型のアンテナを用いてサイドローブ特性の異なるアンテナを供することが可能となる。これにより、同型のアンテナを用いた分散アレーアンテナが実現でき、サイドローブ特性を平滑化し、軸外（主ビーム方向以外）の特定方向への放射エネルギを分散することができる。そして、本実施形態に係る分散アレーアンテナは、軸外方向への放射エネルギを分散させることにより、従来の分散アレーアンテナに比較して軸外方向への輻射電力の最大値が抑圧されるため、抑圧量に応じて各アンテナの空中線電力を高めることができる。その結果、本実施形態の技術を適用する分散アレーアンテナは、主ビーム方向へのEIRPを従来例よりも大きくすることができるという効果が得られる。
【００５４】
また、分散アレーアンテナを設計する際の従来のパラメータ（各アンテナ位置（配置）、励振振幅および位相）だけでなく、新たなパラメータ（アンテナ全体の回転角度や偏波軸の回転角度により決定される偏波面角度）が追加される。これにより、分散アレーアンテナの設計の自由度が高くなり、パラメータを最適化することにより、分散アレーアンテナの性能が向上される。
【００５５】
このように、本発明に係る分散アレーアンテナ装置およびサイドローブ抑制方法は、アンテナ開口径以上離して配置される場合に生じるグレーティングローブの影響に伴うサイドローブレベルを抑制することができ、分散アレー地球局が有する性能を最大限に活用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００，２００，９００・・・分散アレー地球局；１０１，８０１，９０１・・・パラボラアンテナ；１０１ａ，２０１ａ，９０１ａ・・・送受信装置；１０２，２０２，９０２・・・分散アレー制御装置；１０３，２０３，８０２，９０３・・・変復調装置；１５１・・・一次放射器；１５２・・・反射器；１６１・・・Ｖ偏波端子；１６２・・・Ｈ偏波端子；２０１・・・平面アンテナ；８００・・・地球局
【図１】
0006456758.tif 000002
【図２】
0006456758.tif 000003
【図３】
0006456758.tif 000004
【図４】
0006456758.tif 000005
【図５】
0006456758.tif 000006
【図６】
0006456758.tif 000007
【図７】
0006456758.tif 000008
【図８】
0006456758.tif 000009
【図９】
0006456758.tif 000010
【図１０】
0006456758.tif 000011
【図１１】
0006456758.tif 000012
【図１２】
0006456758.tif 000013
【図１３】
0006456758.tif 000014
【図１４】
0006456758.tif 000015
【図１５】
0006456758.tif 000016
【図１６】
0006456758.tif 000017