(57)【要約】【課題】静止衛星通信ＶＳＡＴ用平面アンテナにおいて、静止衛星軌道面内におけるサイドローブレベルをＩＴＵ−Ｒ勧告の許容レベル以下にする。【解決手段】ＶＳＡＴ用平面アンテナ１の各放射素子１１の向きを、それらの放射素子による偏波面が、Ｘ−Ｚ面やＹ−Ｚ面よりもサイドローブレベルの低いアンテナ対角面から、静止衛星搭載アンテナの偏波面オフセット角αだけ回転した向きになるよう、Ｘ軸から対角線までの角度ξからαを減じた角度τだけＸ軸から傾けたので、ＶＳＡＴ用平面アンテナの偏波面を静止衛星搭載アンテナの偏波面に一致させたとき、対角面は静止衛星軌道面に一致し、静止衛星軌道面内におけるサイドローブレベルを低くでき、ＩＴＵ−Ｒ勧告の許容値を満足できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射素子を四辺形面状に配列した衛星通信用の平面アンテナにおいて、配列された放射素子による偏波面が、平面アンテナの対角線を含みアンテナ平面に対して垂直な面（対角面）に対して、静止衛星の偏波面オフセット角度分だけ回転した面となるように、放射素子のアンテナ平面上における向きが設定されていることを特徴とするＶＳＡＴ用平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信を行う超小型地球局（Ｖｅｒｙ  Ｓｍａｌｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ：  ＶＳＡＴ）用の平面アンテナの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロストリップパッチなどの放射素子を四辺形平面上に配列した平面アンテナは、従来から多数開発されている。
図４は、このような、放射素子を四辺形平面上に多数配列した平面アンテナ１７の一例の正面図である。地導体１６に設けられたスロット開口１５の１個ずつに対応して放射素子１１が設けられている。
【０００３】
図５は、図４のスロット開口１５の１個の部分について、紙面の奥行方向における積層構造を斜視分解図で示したものである（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
太田雅彦、外３名、「偏波共用トリプレート給電型平面アンテナの放射特性」、１９９２年電子情報通信学会春季大会講演予稿集、Ｂ−６２、ｐ．２−６２
【０００５】
ＶＳＡＴのシステムでは、送受信の偏波が直交した別々の偏波となっているため、例えば図５では、地導体２と誘電体３と、放射素子４と給電線路５を形成した給電基板６と、誘電体７と、スロット開口８を前記放射素子４の真上に位置するように設置した地導体９と、誘電体１０と、放射素子１１と給電線路１２を形成した給電基板１３と、誘電体１４と、スロット開口１５を前記放射素子１１の真上に位置するように設置した地導体１６とを、この順に積み重ねて、かつ前記給電線路５による放射素子４の励振方向と、前記給電線路１２による放射素子１１の励振方向が直交するようにしている。
【０００６】
このような構成の場合、この平面アンテナ１７では、各放射素子４と放射素子１１の各辺が、それぞれ、図４のＹ軸、Ｘ軸と平行になるように配置されると共に、それぞれ、底辺（図５の放射素子１１では左下辺、放射素子４では右下辺）と給電線路１２および５を接続しているので、上層では偏波面がＸ軸と平行で紙面に垂直な面、同様に、下層では偏波面がＹ軸と平行で紙面と垂直な面となる電波を送受信することになる。
【０００７】
図４の曲線で区切った右側の部分は、図５における給電基板１３、放射素子１１および給電線路１２を示すものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような平面アンテナをＶＳＡＴ用平面アンテナとして使用する場合、ＩＴＵ−Ｒ勧告（例えばＩＴＵ−Ｒ５８０、ＩＴＵ−Ｒ４６５）等によって、サイドローブレベルが規定されており、特に静止衛星軌道面内では、サイドローブレベルが、許容値内に入っていなければならない。この静止衛星軌道面と平面アンテナの偏波面の一方とのなす角は、使用する衛星が搭載するアンテナの静止衛星軌道面に対する偏波面オフセット角αと一致させなければならない。即ち、衛星搭載アンテナの偏波面と地球局平面アンテナの偏波面を一致させなければならない。
【０００９】
例えば、ＪＣＳＡＴ−１Ｂ号衛星の場合は衛星の偏波面オフセット角α＝０°であり、静止衛星軌道面と平面アンテナの偏波面の一方、即ち、水平偏波面とが一致する。この場合、図４の従来の平面アンテナでは、平面アンテナのＸ軸とＺ軸（紙面に対して垂直方向）を含む面内（φ＝０°面）が、静止衛星軌道面と一致し、この面内のサイドローブをＩＴＵ−Ｒの許容値内に収めなければならない。
【００１０】
しかしながら、図４に示すような四辺形面状に放射素子を配列した平面アンテナの場合、Ｚ軸とＸ軸、あるいは、Ｙ軸を含む面内におけるサイドローブは、本質的に高いものになり、各放射素子の励振にテーパを付ける等の処置が必要になる。
【００１１】
しかし、このようにテーパを付けても、図４に示す平面アンテナでは、観測面φ＝０°面（Ｘ軸とＺ軸を含む面）で、サイドローブレベルを、ＩＴＵ−Ｒの許容値以下に抑えることは困難である。
【００１２】
図６はＹ方向１６素子、Ｘ方向３２素子の従来型の平面アンテナを１４．２５ＧＨｚでテーパ励振した場合のφ＝０°面（即ちＸ−Ｚ面）における指向特性とＩＴＵ−Ｒ５８０、ＩＴＵ−Ｒ４６５の許容値曲線を示す図であるが、θ＝−４０°以下およびθ＝４０°以上では許容値を越えている。
即ち、ＩＴＵの規格を満足できないということである。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、利得の低下なしに、使用する衛星の静止衛星軌道面内のサイドローブを低下することができ、これによって、静止衛星軌道面内のサイドローブをＩＴＵ−Ｒ勧告の許容値内に収めることができるＶＳＡＴ用平面アンテナを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段構成を有する。
即ち、本発明のＶＳＡＴ用平面アンテナは、複数の放射素子を四辺形面状に配列した衛星通信用の平面アンテナにおいて、配列された放射素子による偏波面が、平面アンテナの対角線を含みアンテナ平面に対して垂直な面（対角面）に対して、静止衛星の偏波面オフセット角度分だけ回転した面となるように、放射素子のアンテナ平面上における向きが設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、図４の如き従来の平面アンテナにおいては、放射素子が配列された四辺形面の対角線を含み紙面に垂直な面（アンテナ対角面と呼ぶ）におけるサイドローブレベルがＸ−Ｚ面やＹ−Ｚ面におけるサイドローブレベルより低いことに着眼し、この対角面を静止衛星軌道面に一致させるようにして、平面アンテナの静止衛星軌道面におけるサイドローブを低くしようとするものである。
【００１６】
対角面におけるサイドローブがＸ−Ｚ面やＹ−Ｚ面におけるサイドローブより低くなる理由は、対角線方向における長さおよび放射素子数が、Ｘ軸方向やＹ軸方向における長さおよび素子数よりも大きくなり開口が大きくなったのと同様になること、また、Ｘ−Ｙ面上対角線に直角方向における放射素子数は対角線の両端に行く程少なくなり、放射素子数にテーパがかかっているのと同様になることから、対角面におけるサイドローブレベルは小さくなる。
【００１７】
このように、平面アンテナの対角面を静止衛星軌道面に一致させることにより、従来のようにＸ−Ｚ面やＹ−Ｚ面を静止衛星軌道面に一致させた場合よりも静止衛星軌道面におけるサイドローブレベルは低くなる。
【００１８】
一方、静止衛星との間でアップリンク、ダウンリンク間のクロストークがないように通信を行うには静止衛星搭載アンテナと地球局の平面アンテナとの偏波面を一致させておかなければならない。
【００１９】
今、静止衛星搭載アンテナの偏波面が静止衛星軌道面からα度傾いている場合（これを偏波面オフセット角と言う）には、平面アンテナにおいてもその偏波面が静止衛星軌道面（即ち、対角面）から同じ回転方向にα度傾いていなければならない。即ち、静止衛星から地球上の平面アンテナを見た場合、静止衛星アンテナの偏波面が静止衛星軌道面から左回りにα度傾いている場合には、平面アンテナにおいても、その偏波面は静止衛星軌道面と一致している対角面から左回りにα度傾いた面でなければならない。
【００２０】
ところで、平面アンテナの偏波面は、図４のように放射素子１１が方形で、その上下２辺がＸ軸に平行で、左右２辺がＹ軸に平行で、給電線路１２が左右２辺のいずれかに接続されている場合には、その偏波面はＸ−Ｚ平面に平行な面となる。そして、放射素子の配列はそのままとして個々の放射素子の向きを、Ｘ−Ｙ平面上において、例えばＸ軸に対してβ度だけ傾けると、偏波面はＸ−Ｚ平面に対してＺ軸を回転軸としてβ度だけ回転した面と平行な面となる。
【００２１】
このような性質を利用して、対角面からα度だけ回転した面はＸ−Ｚ平面から何度の位置にあるかを算出して、Ｘ軸からその角度分だけ、個々の放射素子の向きを傾けることにより、その平面アンテナの偏波面を静止衛星搭載アンテナの偏波面に合致させることができることとなる。
【００２２】
以上は、放射素子の形状が方形の場合について述べたが、方形以外の形状（例えば円、楕円、多角形）においても、四辺形面状の配列を維持しつつ、個々の放射素子の向きおよび給電線路の向きとそれによる偏波面の向きとの関係を予め把握しておくことにより、方形以外の放射素子の場合においても本発明の実現は可能である。
【００２３】
また、図４におけるスロット開口１５の形状は方形であるが、対応する放射素子のいろいろな向きに対して同等であるようにするために、円形のスロットとすることも考えられる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の平面アンテナの実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＶＳＡＴ用平面アンテナの実施例の一部下層が見えるようにした正面図である。
図２は、図１のスロット開口１５の１個の部分について紙面奥行方向における積層構造を斜視分解図で示したものである。
【００２５】
図２では、地導体２と誘電体３と、放射素子４と給電線路５を形成した給電基板６と、誘電体７と、スロット開口８を前記放射素子４の真上に位置するように設置した地導体９と、誘電体１０と、放射素子１１と給電線路１２を形成した給電基板１３と、誘電体１４と、スロット開口１５を前記放射素子１１の真上に位置するように設置した地導体１６とを、この順に積み重ねて、かつ、前記給電線路５による放射素子４の励振方向と、前記給電線路１２による放射素子１１の励振方向が直交するようにしている。
図１の曲線で区切った右側の部分は、図２における給電基板１３、放射素子１１および給電線路１２を示すものである。
【００２６】
図４と異なる点は、個々の放射素子１１の向きである。
図４では、上下２辺がＸ軸と平行で、左右２辺がＹ軸に平行になっているのに対し、図１では個々の放射素子の向きはＸ軸に対して角度τだけ右回りに傾いている。その結果、偏波面もτだけ傾いて図１中の水平偏波方向となる。
【００２７】
この傾いた偏波面とアンテナ対角面のなす角が、静止衛星搭載アンテナの偏波面オフセット角αと同じになるようにτの値を選べば、アンテナ対角面を静止衛星軌道面に合わせたとき、静止衛星搭載アンテナの偏波面と地球局の平面アンテナの偏波面とが一致することになる。
【００２８】
従って、今、平面アンテナのＸ軸から右回りに対角線迄の角度をξとし、衛星搭載アンテナの偏波オフセット角をα（衛星から平面アンテナを見て左回りを正）とすれば、各放射素子のＸ軸に対する傾け角τ（右回りを正）は数式１で表されることになる。
【００２９】
【数１】
τ＝ξ−α
【００３０】
従って、衛星搭載アンテナの偏波面オフセット角αが０度の場合には、個々の放射素子のＸ軸に対する右回り傾きは対角線の方向と同じ傾きになるということである。
【００３１】
図３は、放射素子数がＹ軸方向に１６、Ｘ軸方向に３２の平面アンテナにおいて、対角線とＸ軸のなす角ξを２４．８度とし、静止衛星搭載アンテナのオフセット角αが０度の場合の各放射素子の傾け角τを数式１により、
τ＝２４．８−０＝２４．８度として、１４．２５ＧＨｚでテーパ励振した場合の対角面（観測面φ＝−２４．８度、即ち静止衛星軌道面）における指向特性とＩＴＵ−Ｒ５８０、ＩＴＵ−Ｒ４６５の許容値曲線を示す図である。この図によれば−１０度以下および＋１０度以上の広角でのサイドローブレベルが非常に低く、ＩＴＵ−Ｒ勧告を十分満足できる良好な指向特性が得られていることが分かる。
【００３２】
以上、直交偏波平面アンテナの上層の給電基板１３上の放射素子１１による放射特性について述べて来たが、これと丁度直交する偏波面の放射をするよう重ねられている下層の給電基板６上の放射素子４についても、全く同様のことが言える。即ち、放射素子４はＸ軸と直交するＹ軸に対して右回りにτだけ傾けることにより直交偏波が得られ、静止衛星搭載アンテナの直交偏波面と偏波面が一致することになる。
これにより、静止衛星との通信におけるアップリンクとダウンリンクは互いに直交する偏波の電波で行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＶＳＡＴ用平面アンテナは、四辺形面状に配列された各放射素子の平面上における向きを、それらの放射素子による偏波面が、Ｘ−Ｚ面やＹ−Ｚ面よりもサイドローブレベルの低い対角面から静止衛星搭載アンテナの偏波面オフセット角だけ回転した向きになるよう傾けてあるので、ＶＳＡＴ用平面アンテナの偏波面を静止衛星搭載アンテナの偏波面に一致させたときに、対角面は静止衛星軌道面に一致し、静止衛星軌道面内におけるサイドローブレベルを低くでき、ＩＴＵ−Ｒ勧告を満足できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＶＳＡＴ用平面アンテナの実施例の一部下層が見えるようにした正面図である。
【図２】図１の開口スロット１５の１個の部分について紙面奥行方向における積層構造を斜視分解図で示したものである。
【図３】本発明実施例アンテナの対角面における指向特性とＩＴＵ−Ｒの許容値曲線を示したグラフである。
【図４】従来の平面アンテナの一部下層が見えるようにした正面図である。
【図５】図４のスロット開口１５の１個の部分について、紙面の奥行方向における積層構造を斜視分解図で示したものである。
【図６】図４の従来の平面アンテナのＸ−Ｚ面における指向特性とＩＴＵ−Ｒの許容値曲線を示したグラフである。
【符号の説明】
１  ＶＳＡＴ用平面アンテナ
２  地導体
３  誘電体
４  放射素子
５  給電線路
６  給電基板
７  誘電体
８  スロット開口
９  地導体
１０  誘電体
１１  放射素子
１２  給電線路
１３  給電基板
１４  誘電体
１５  スロット開口
１６  地導体
１７  平面アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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