(57)【要約】　　　（修正有）【課題】四つ以上のスペクトル的にオフセット状態にある周波数帯で性能を制御可能とする。【解決手段】リングフォーカスアンテナは、非標準型の放物型に成形され、アンテナの照準軸にて回転する主要反射器を有する。複反射器１０８／フィード１０６対は、非標準型楕円に成形され、リング型焦点を有し、前記の照準軸にて回転する複反射器で構成され供されている。フィード要素１０４は、当該アンテナの前記照準軸上の前記複反射器の頂点からギャップを以て分離されたフィード要素位置にて導入されている。主要反射器は、接合型構造を有する多重化複反射器／フィード対、及び、非接合型構造を有する多重化複反射器／フィード対を使った制御のために適合されている（例えば、伝統的な光学デュアル反射器システム）。【効果】例えば、Ｃ−バンド、Ｘ−バンド、Ｋｕ−バンド、及びＫａ−バンド制御のためにデザイン可能である。【選択図】図１
2004135272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数対の複反射器／フィード対；及び
主要反射器；
で構成されるアンテナであって、
前記の複数対の複反射器／フィード対は、当該アンテナがスペクトル的にオフセット状態にある複数個の周波数帯域のうちそれぞれ異なる周波数帯域における制御のために設定され；
前記複反射器／フィード対は、それぞれ、当該アンテナの照準軸にてリング型の焦点を形成するために、該照準軸にて回転する成形された非線形表面を有する複反射器、と、当該アンテナの前記照準軸上の前記複反射器の頂点からギャップを以て分離されたフィード要素位置に導入されたフィード要素とで構成され；
前記主要反射器は、当該アンテナの前記照準軸にて回転する成形された表面を有し、かつ、前記のスペクトル的にオフセット状態にある複数個の周波数帯域にて制御可能であり、かつ、前記複反射器／フィード対のそれぞれに個々に導入すべく適合され；かつ
前記反射器／フィード対のうち少なくとも一対は、接合型構造であり、かつ、前記反射器／フィード対のうち少なくとも他の対は、非接合型構造である；
ことを特徴とする、アンテナ。
【請求項２】
前記複反射器／フィード対の接合型構造は、前記のスペクトル的にオフセット状態にある複数個の周波数帯域の最も低い一つにおいて、前記アンテナが制御するために前記主要反射器上に導入されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記主要反射器及び少なくとも一つの前記複反射器は、それぞれ異なる、回転する非標準の円錐表面に成形されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記の少なくとも一つの複反射器は、変形された楕円形に成形され、かつ前記主要反射器は、変形された放物型に成形されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記複反射器は、異なる周波数帯において制御するためにそれぞれ成形された複数個の異なる反射器のなかの選ばれた一つで構成し、前記フィード要素は、該異なる周波数帯において制御するためにそれぞれ成形された複数個の異なるフィード要素のなかの選ばれた一つで構成し、当該アンテナの制御帯域は、前記の選ばれた複反射器及び前記の選ばれたフィード要素における該周波数帯であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
スペクトル的にオフセット状態にある複数個の周波数帯域にわたって制御するためのアンテナであって：
非標準放物型に成形された、当該アンテナの照準軸にて回転する主要反射器を有するリングフォーカスアンテナ；及び
非標準楕円型に成形され、リング型焦点を有する、前記照準軸にて回転する複反射器、と、当該アンテナの前記照準軸上の前記複反射器の頂点からギャップを以て分離されたフィード要素位置にて導入されたフィード要素とで構成される複反射器／フィード対；
で構成され、
前記主要反射器は、接合型構造を有する前記複反射器／フィード対の少なくとも一対、と、非接合型構造を有する前記複反射器／フィード対の少なくとも一対とで制御するために適合される；
ことを特徴とするところの、アンテナ。
【請求項７】
複数個の異なる周波数帯のうち選ばれた一つにて制御するためのアンテナの設定方法であって：
非標準放物型に成形された、当該アンテナの照準軸にて回転する主要反射器を有するリングフォーカスアンテナを供するステップ；及び
前記照準軸上に、非標準楕円型に成形され、リング型焦点を有し、かつ前記照準軸にて回転する複反射器、と、当該アンテナの前記照準軸上の前記複反射器の頂点からギャップを以て分離されたフィード要素位置にて導入されたフィード要素とで構成され、接合型構造及び非接合型構造からなるグループより交換可能に選択的に選ばれた、複反射器／フィード対を配するステップ；
で構成されることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナシステムに関し、特に、マルチバンド制御用のシュードパラボラリングフォーカスアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波衛星通信アンテナに、多重化周波数帯にて制御する能力を持たせることが望まれる。しかしながら、反射器皿の寸法の空間的な制限ゆえ、アンテナの特性を保つために、特別の技術が必要である。このような技術の一つには、米国特許第６，２１１，８３４Ｂ１号明細書に、Ｄｕｒｈａｍらによって述べられている、マルチバンド型リングフォーカスアンテナがある（以下、Ｄｕｒｈａｍらと称す）。
【０００３】
Ｄｕｒｈａｍらの例では、一対の複反射器フィードが近接的に接合した、種々に異なる交換可能な一対が、それぞれ異なる周波数帯の制御のため使用されている。複反射器／フィード対の交換は、アンテナの制御帯域を変化ささえる。フィードホーンに近接した設定された複反射器の配置により利点を得る。これにより、常套的なカセグレイン型（Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ）又はグレゴリー型（Ｇｒｅｇｏｒｉａｎ）の常套的なデュアル反射器アンテナに相対して、設定された反射器の主要部に必要な半径を減少させる。複反射器に近接したフィードホーンの上述の配置は、接合型構造として参照される。
【０００４】
Ｄｕｒｈａｍらにて述べられた、この接合型構造は、一般に、２波長またはそれ以下において、フィードホーンが配された複反射器を含む。数個から１０個の周波数帯にて典型的な、非接合型構造にて使用される、より常套的なフィードホーンを伴った複反射器と、顕著に対照的である。特に、接合型構造を使用することは、非接合型構造を利用した常套的な複反射器にて起こる可能性のある、周波数における位相中心移行なる問題を回避する。
【０００５】
このようなリングフォーカス反射器の幾何学性を利用したシステムにおける問題は、フィード／複反射器構造のそれぞれに対する複反射器の電気的サイズを基本的に制限するということである。Ｄｕｒｈａｍらで述べられている接合型構造において、複反射器の電気的サイズは、大きすぎることには出来ず、あるいは、複反射器におけるフィードシステムは、機能しなくなるだろう。事実、電気的に巨大な複反射器を生じたフィードシステムにおける不全は、一般的にＤｕｒｈａｍらに述べられたアンテナシステムの最も高い制御周波数によって決定される制限因子である。比較すると、非接合型構造に従って配されたフィードホーン及び複反射器を使った典型的なデュアル反射器を有するカセグレイン型及びグレゴリー型反射器システムにおいて、複反射器の電気的サイズは、小さすぎず、あるいは、このシステム光学は、機能しなくなるだろう。しかしながら、常套的なカセグレイン型及びグレゴリー型反射器システムは、接合型構造にて配された複反射器／フィードを制御しないだろう。
【特許明細書１】米国特許第６，２１１，８３４Ｂ１号明細書
【発明が解決しようとする課題】
上述により理解可能なのは、種々のタイプのアンテナにおける複反射器サイズに関する制限、及び、性能に関連したその他の因子は、一般に、特定のアンテナシステムが効果的に制御される周波数範囲に関して、実用的な制限を生じてきた。従って、周波数に関し有益に制御する範囲を拡張する新しい技術が必要とされ、これにより、デュアル反射器マイクロ波アンテナシステムが、四つ以上のスペクトル的にオフセット状態にある周波数帯に関し、効果的に与えられたサイズ及び性能の制御を許容する新しい技術が必要とされる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リングフォーカスアンテナ及びその使用方法に関する。このリングフォーカスアンテナは、アンテナの照準軸が非標準なパラボラ的に成形された回転型主要反射器を有することが可能である。複反射器／フィード対は、照準軸に関し、リング型の焦点を有する非標準な楕円として成型された回転型複反射器で構成され供されている。フィード要素は、アンテナの照準軸上の複反射器の頂点から分離され配されたフィード要素位置に導入されている。主要反射器は、接合型構造を有する複反射器／フィード対及び非接合型構造を有する複反射器／フィード対による制御のために適合されている。この主要反射器は、複数個のスペクトル的にオフセットな周波数帯を制御可能である。例えば、このアンテナは、Ｃ−バンド、Ｘ−バンド、Ｋｕ−バンド、及びＫａ−バンドの制御のためにデザイン可能である。
【０００７】
複反射器／フィード対における接合型構造は、周波数帯の最も低い一つの制御のため、主要反射器上に有利に導入される。フィード要素は、さらに、複反射器の頂上からはなれて配されたフィードアパチャーを含むことができる。この分離的な配置は、一般的に、接合型構造に関し、２波長以下である。フィードアパチャーは、非接合型構造に関し、５波長以上を以て、頂上から分離され配することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
成形されたリングフォーカスアンテナ構造物は、本分野にて公知である。例えば、成形型主要反射器及び多様型成形された複反射器フィードが供されたマルチバンド型リングフォーカスアンテナは、米国特許第６，２１１，８３４Ｂ１にて、Ｄｕｒｈａｍらによって述べられており、この文献は、参照としてここに組み入れる。Ｄｕｒｈａｍらにおける、変換可能な、多様型の近接的に接合した複反射器／フィード対は、それぞれに異なる周波数帯の制御のため、単一マルチバンド型主要反射きとともに使用されている。複反射器の近傍フィードホーンを配することは、接合型構造として参照される。複反射器／フィード対の交換は、アンテナの制御帯域を変化させる。
【０００９】
Ｄｕｒｈａｍらにて述べられているシステムにおける主要反射器及び複反射器は、それぞれ、変形され、あるいは、非標準的に放物型として、及び変形され、あるいは、非標準的な放物型として成型されている。一般に、主要反射器及び複反射器の形状は、放物型または楕円型などの標準的な円錐の場合に通常可能であるような、方程式によって定義することができない。代わって、この形状は、前もって定義された制限に対する所定の方程式を解決するコンピュータープログラムの実行によって生成される。
【００１０】
好適実施例によれば、より広い帯域幅を有するアンテナシステムは、Ｄｕｒｈａｍらが開示している技術を使って、接合型構造にて、低周波制御のために配置された複反射器／フィード対と、非接合型構造にて、高周波制御のために配置された複反射器／フィード対との組み合わせによって達成可能である。主要反射器及び複反射器は、両タイプの複反射器／フィード対が、単一のマルチバンド主要反射器の機能を許容すべく、コンピューターモデリング及び所定の制約のセットを使って有意に成形可能であるカセグレイン型又はグレゴリー型の常套的なデュアル反射器システムは、接合型構造にて制御しないことから、この代替的なフィードの組み合わせによる利点を得ることができない。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の理解に有用な、リングフォーカスアンテナの簡易図である。図１において、マルチバンド型主要反射器１０２は、フィード要素１０４及び複反射器１０８にて構成される複反射器／フィード要素対とともに示されている。このアンテナは、成形表面１１０を有する複反射器１０８を利用し、これらの通常焦点の前にて、かつ、これらがフィード要素１０４へと再反射する前に、主要反射器１０２からの反射波を傍受している。フィード要素１０４は好ましくは、フリーな空間にフィード要素を適切に配するため、フィードホーン１０６を含む。図１に示すように、フィードホーン１０６は、複反射器１０８の頂点１１４から分離され位置付けられ、前二者内部のギャップ又はスペース１１２から分離され配され、かつ好ましくは、複反射器／フィード要素対１０４、１０８の制御周波数の２波長以下であることが好ましい。したがって、複反射器／フィード要素対１０４、１０８の配置は、接合型構造として参照される。
【００１２】
有意に、主要反射器１０２は、図１に示した接合型構造への利用を制限されないために設定可能であることが分かる。代わって、主要反射器の形状は、非接合型の複反射器／フィード要素対にて機能するために、設定可能である。図２は、図１に示す主要反射器１０２が、フィード要素２０４及び複反射器２０８で構成される第二複反射器／フィード要素対に使用されていることを示す。フィード要素２０４は、示したように、複反射器２０８の表面で定義された頂点２１４から分離され配されたフィードホーン２０６を含む。フィード要素２０４及び複反射器２０８は、図１に示した複反射器／フィード要素対１０４、１０８に比較して、より高い周波数を制御するため設定されている。
【００１３】
図２のアンテナ配置は、一般に、複反射器２０８の頂点２１４と、フィードホーン２０４との間のギャップ又はスペース２１２が、制御周波数における波長の相対数の意味において、ギャップ１０８と比べてかなり大きいことを除けば、図１に相対して上述したのと同様の様式にて制御する。例えば、スペース２１２は、複反射器／フィード要素対の制御周波数において、５波長以上、好ましくは、８波長以上である。従って、複反射器／フィード要素対２０４、２０８の配置は、非接合型構造として参照される。したがって、主要反射器１０２は、接合型構造及び非接合型構造両方の複反射器／フィード要素対の制御のために成形可能である。
【００１４】
その形状が、複反射器／フィード要素対の接合型及び非接合型構造を収納するために、主要反射器を成形するという有意な利点は、主要反射器１０２の制御帯域幅が、単に接合型又は非接合型複反射器／フィードの組み合わせのみに利用される可能性を超えて増加可能であるということである。さらに特に、非接合型構造の複反射器／フィード要素対を使ったカセグレイン型又はグレゴリー型配置のような常套的なシステムにおいては、複反射器の電気的サイズを極小にすることができず、あるいは、システムの光学は、機能しなくなる。これは、特定の半径を持った主要反射器を供したアンテナのように、低周波数での制御に限定されるだろう。逆に、接合型構造の場合、複反射器１０８の電気的サイズは、極大にすることができず、あるいは、シードシステムは、機能しなくなるだろう。したがって、（通常特定されている）与えられた皿のサイズに関し、非接合型のデザインは、所望の低周波数域での制御に必要な特性を得ることができず、接合型構造ではそれができるだろう。接合型デザインでの物理的な制御範囲は、サブ／スプラッシュプレートの半径に対し１以上１５波長以下である。接合型及び非接合型フィード構造の両方に利点をもたらすマルチバンド主要反射器の形成により、多重化複反射器／フィード要素組み合わせを使った主要反射器１０２の全体の周波数範囲は、先行技術に比べて有意に増加する。事実、接合型及び非接合型の複反射器／フィード対を使った組み合わされたシステムでは、排他的に接合型又は非接合型構造を使ってデザインされたものに比べて数オーダーをも向上された単一主要反射器における制御帯域幅を得ることが可能である。
【００１５】
好適実施例によると、主要反射器１０２の正確な形状は、コンピューター分析をベースに同定可能である。主要反射器における構造は、接合型及び非接合型の両構造を有する、それぞれ、別々に設定された複反射器及び異なる周波数帯のための関連するフィードに交換可能的に使用するために、有利に設定されている。反射器構造もまた、異なる制御周波数帯における性能基準のセット（例えば、減弱又は抑制されたサイドローブエンベロープを有する指向性パターン）を満足する複合光学的構造特性を実現するために設定されている。主要反射器の結果的な形状は、一般に、しかしながら必要的ではなく正確に、放物型である、回転軸を持つ円錐表面である。複反射器の結果的な形状は、一般に、しかしながら必要的ではなく正確に、楕円形である、同様の、回転軸を有する円錐表面である。
【００１６】
所定のフィードインプット及びアンテナに境界的な条件を与えると、複反射器及び主要反射器のそれぞれの形状は、あらかじめ定義された制約に対する所定の方程式のセットを解決するコンピュータープログラムの実行により生成される。本発明の好適実施例によると、（１）アンテナアパチャーを横切るエネルギーの保存量を得、（２）アンテナアパチャーを横切る同等の位相を供し、かつ（３）スネルの法則に従う、という方程式を供する。この工程に関する詳細は、Ｄｕｒｈａｍらによる米国特許第６，２１１，８３４号明細書に開示されている。
【００１７】
生成された複反射器／フィード要素構造及び形状、及び主要反射器の形状のセットの付与に関し、アンテナの性能は、コンピューター刺激の方法により分析され、生成されたアンテナ形状が、所望の指向性特性を生み出すかどうかを決定する。制御における低周波帯は、接合型構造を有する複反射器／フィード要素対の一つ以上の使用するために推定される。低帯域システム性能における例は、所定の制御帯域（例えば、３．７〜４．２　ＧＨｚの受信帯域幅を有し、かつ５．９〜６．４　ＧＨｚの送信帯域幅を有するＣ−バンド）におけるインテルサットサイドローブエンベロープ必要要件に従ったものの一つであろう。もし、デザイン性能基準が、初期的に満たされない場合、非筒以上の方程式パラメーター制約は、反復的に適合され、アンテナの性能は、形状の新しいセットのために分析される。この工程は、必要性に応じて、成形されたアンテナ複反射器形状及び接合構造、並びに主要反射器形状が、アンテナの意図する制御性能特性を示すまで、反復的に繰り返される。この反復的な成形及び性能分析手順もまた、（スペクトル的に分離した）別の帯域、例えば、７．５５〜７．７５　ＧＨｚの受信帯域幅を有し、かつ７．９〜８．４　ＧＨｚの送信帯域幅を有するＸ−バンドなどのために実行され、第二の制御帯域において、複反射器及び主要反射器のセット形状が認識するために行われる。より高い制御帯域は、非接合型の複反射器／フィード要素へと、有利に成形されるが、本発明は、制限しない。相違的に、異なる接合型配置を有する形成された複反射器が、それぞれの帯域に使用できるにもかかわらず、主要反射器１０２の形状は、複数個のスペクトル的にオフセット状態にある周波数帯のために実質的に同様に行うことが可能であることを決定してきた。上述のように、複反射器及び主要反射器の形状のそれぞれのセットは、分離的に導き出されてもよいにもかかわらず、第一帯域に対する第一径上のセットを幹引き出すことも可能であり、かつ、第二帯域に対する複反射器の形状を導き出すために、さらに、（第一帯域用に）成形された（第二帯域にも使用可能な）主要反射器に対するパラメーターも使用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
接合型及び非接合型の複反射器／フィード対を使った組み合わされたシステムでは、排他的に接合型又は非接合型構造を使ってデザインされたものに比べて数オーダーも向上された単一主要反射器における制御帯域幅を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合型構造における、複反射器／フィード対を伴った、マルチバンド型アンテナの簡易的な図である。
【図２】図１におけるマルチバンド型アンテナの簡易的な図であって、代替的な、非接合型構造における複反射器／フィード対を供している。
【符号の説明】
１０２　　　マルチバンド型主要反射器
１０４　　　フィード要素
１０６　　　フィードホーン
１０８　　　複反射器
１１０　　　成形表面
１１２　　　ギャップ又はスペース
１１４　　　頂点
２０４　　　フィード要素
２０６　　　フィードホーン
２０８　　　複反射器
２１０　　　成形表面
２１２　　　ギャップ又はスペース
２１４　　　頂点
【図１】
2004135272.tif 000003
【図２】
2004135272.tif 000004