(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を反射させるためのアンテナ用の反射鏡において、
互いに離隔した複数の焦点（１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ）から成る少なくとも１つの焦点群を前記反射鏡（１）が有するように、且つ、前記焦点群に含まれている複数の焦点（１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ）から発する電磁波の放射ビーム（５ａ、５ｂ、５０ａ、５０ｂ）を前記反射鏡（１）が１つの共通カバー領域（３、３ａ、３ｂ）へ指向させるように、前記反射鏡（１）の表面が形成されていて、前記反射鏡（１）が、複数の部分表面領域（６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂ）を有し、その部分表面領域の各々が前記反射鏡の表面に形成された局所的肉盛り部ないし局所的肉落とし部を備えた局所表面構造であり、その部分表面領域の各々が特定の１つのカバー領域（３、３ａ、３ｂ）及び特定の１つの周波数または周波数帯に関して機能し、よって複数の部分表面領域（６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂ）が複数のカバー領域（３、３ａ、３ｂ）及び複数の異なった周波数または周波数帯に関して機能することを特徴とする反射鏡。
【請求項２】
前記反射鏡（１）が、２つの第１焦点（１０ａ、１０ｂ）から成る第１焦点群を有し、それら第１焦点（１０ａ、１０ｂ）から発する放射ビーム（５ａ、５ｂ）を第１カバー領域（３、３ａ）へ指向させるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の反射鏡。
【請求項３】
前記反射鏡（１）が、複数の第２焦点（１１０ａ、１１０ｂ）から成る少なくとも１つの第２焦点群を有し、それら第２焦点（１１０ａ、１１０ｂ）から発する放射ビーム（５０ａ、５０ｂ）を第２カバー領域（３ｂ）へ指向させるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の反射鏡。
【請求項４】
前記反射鏡（１）が、前記カバー領域（３、３ａ、３ｂ）に隣接した領域（８、３ｂ、３ａ）を放射から遮蔽するための部分表面領域（７）を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の反射鏡。
【請求項５】
前記反射鏡（１）が、前記複数の焦点（１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ）の位置が周波数に応じて異なるようにする周波数依存性をもたらす局所的表面形状を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の反射鏡。
【請求項６】
前記反射鏡（１）が、基本的全体表面形状に、次第に微細となる局所的表面形状を反復して重ね合わせることによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の反射鏡。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項記載の反射鏡を備えたアンテナシステムにおいて、
少なくとも１個の第１放射素子及び少なくとも１個の第２放射素子（４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ）から成る少なくとも１つの放射素子群を備えており、
前記第１放射素子（４ａ、４０ａ）は前記第２放射素子（４ｂ、４０ｂ）から離隔した位置に配設されており、
前記第１放射素子及び前記第２放射素子（４ａ、４０ａ、４ｂ、４０ｂ）は、その各々が、前記反射鏡（１）の１つずつの焦点（１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ）に配設されており、それによって、前記第１放射素子及び前記第２放射素子（４ａ、４０ａ、４ｂ、４０ｂ）から発せられる第１放射ビーム及び第２放射ビーム（５ａ、５０ａ、５ｂ、５０ｂ）が、共通カバー領域（３、３ａ、３ｂ）へ指向させられるようにした、
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項８】
前記第１放射素子（４ａ、４０ａ）が送信素子として構成されており、前記第２放射素子（４ｂ、４０ｂ）が受信素子として構成されていることを特徴とする請求項７記載のアンテナシステム。
【請求項９】
前記第１放射素子（４ａ、４０ａ）が、第１周波数ないし第１周波数帯の放射ビーム（５ａ、５０ａ）に関して機能するように構成されており、前記第２放射素子（４ｂ、４０ｂ）が、第２周波数ないし第２周波数帯の放射ビーム（５ｂ、５０ｂ）に関して機能するように構成されていることを特徴とする請求項７または８記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
夫々が発する放射ビーム（５ａ、５ｂ）が第１カバー領域（３ａ）を指向するように配設された複数の放射素子（４ａ、４ｂ）から成る第１放射素子群（２）と、夫々が発する放射ビーム（５０ａ、５０ｂ）が第２カバー領域（３ｂ）を指向するように配設された複数の放射素子（４０ａ、４０ｂ）から成る第２放射素子群（２０）とを備えており、前記第１放射素子群（２）と前記第２放射素子群（２０）とが、互いに離隔した位置に配置されていることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項記載のアンテナシステム。
【請求項１１】
前記複数の放射素子（４ａ、４０ａ、４ｂ、４０ｂ）の各々が前記カバー領域（３、３ａ、３ｂ）の全体をカバーするように、前記第１放射素子及び前記第２放射素子（４ａ、４０ａ、４ｂ、４０ｂ）の各々の配設位置と、前記反射鏡（１）の表面形状とを定めてあることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
互いに離隔した位置にある複数の焦点（１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ）から成る少なくとも１つの焦点群を有する反射鏡（１）であって、前記焦点群に含まれている複数の焦点（１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ）から夫々に発する複数の電磁波の放射ビーム（５ａ、５ｂ、５０ａ、５０ｂ）を１つの共通カバー領域（３、３ａ、３ｂ）へ指向させる請求項１乃至６の何れか１項記載の反射鏡（１）の表面形状の決定方法において、
最初に前記反射鏡の基本的全体表面形状を決定するステップと、
それに続いて、複数の放射素子（４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ）の配設位置に対応して、第１の大きさの肉盛りまたは肉落としを行い、局所的肉盛り部または局所的肉落とし部を形成して局所的表面形状補正を施すステップと、
前記第１の大きさの肉盛りまたは肉落としが行われた局所的肉盛り部または局所的肉落とし部に対して、第１の大きさよりも小さい大きさの肉盛りまたは肉落としを行い局所的表面形状補正をするステップと、
順次、前回よりも小さい大きさの肉盛りまたは肉落としを行う局所的表面形状補正をするステップを必要な回数反復し、
前記複数の放射ビーム（５ａ、５ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、１つの共通カバー領域（３、３ａ、３ｂ）へ指向されるようにすることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記反射鏡に局所的表面形状補正を施す際に、前記放射素子（４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ）の前記反射鏡に対する相対的な位置の補正を併せて行うことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、表面形状を特別の形状とした電磁波を反射させるためのアンテナ用の反射鏡に関するものであり、また、この種の反射鏡を用いたアンテナシステム及び反射鏡の表面形状の決定方法に関するものである。この種の反射鏡としては、既に公知のものが存在している。
【背景技術】
【０００２】  ヨーロッパ特許公報ＥＰ０９２００７６号に記載されているアンテナシステムは、然るべき表面形状の反射鏡を用いて、２個の放射素子から個別に放射される２本の放射ビームを、２つの個別のカバー領域へ指向させるようにしたものである。【０００３】  ヨーロッパ特許公報ＥＰ０９１５５２９号においては、適当な分配回路網を介して相互接続した複数の放射素子から放射される複数本の放射ビームを、然るべき表面形状の反射鏡を用いて、１本の放射ビームにまとめると共に、そのまとめた放射ビームをカバー領域へ指向させる（即ち、カバー領域へ向けて照射する）ようにしている。【０００４】  米国特許公報ＵＳ４２９８８７７号には、２本の放射ビームを、別々の２個の受信体（衛星）へ指向させるための反射鏡が記載されている。【０００５】  米国特許公報ＵＳ５６８４４９４号には、２枚の反射鏡を組合せた反射構造を用いて、偏波方向が異なる複数本の放射ビームを所望の方向へ指向させるということが提案されている。２枚の反射鏡は、いずれもグリッドタイプの反射鏡であり、一方の反射鏡が一方の偏波方向に関して機能し、他方の反射鏡が他方の偏波方向に関して機能するようにしている。【０００６】  以上に説明した従来の反射鏡を好適に利用し得るのは、アンテナの送信カバー領域と受信カバー領域とが同一であって、また特に、送信信号と受信信号とで周波数及び／または偏波方向が同一である場合に、送信する放射ビームと受信する放射ビームとを効果的に減結合して、送受信の双方向動作を可能にするという用途に用いたときに限られる。また、以上に説明した従来の反射鏡には、以下の問題が付随していた。【０００７】  同一の放射素子を送信素子と受信素子とに兼用し、反射鏡を１枚備えただけの簡明な構成のアンテナシステムとした場合には、送信する電磁波の放射と受信する電磁波の放射との減結合を十分に達成することができなかった。そのため、送信信号と受信信号との間の減結合を達成するための、付加的な回路が必要とされていた。例えば、通信技術の分野では、送信周波数と受信周波数とを異ならせるという方法が一般的に用いられているが、そのような場合には、ダイプレクサ等を付加することによって減結合を達成していた。一方、レーダ技術の分野では、送信周波数と受信周波数とが一般的に同一であるが、そのような場合には、サーキュレータ等を付加することによって減結合を達成していた。【０００８】  また、送信素子として使用する放射素子と受信素子として使用する放射素子とを別個のものとすることで、送受信間の減結合を達成するようにした場合には、例えば上述の米国特許公報ＵＳ５６８４４９４号などのように、複数枚の反射鏡を必要とするためにコスト高となることに加え、送信信号の放射ビームと受信信号の放射ビームとで偏波方向を異ならせなければならないため、使用可能な偏波方向が限定されてしまうという問題があった。いうまでもなく、使用可能な偏波方向が限定されるということは、そのアンテナシステムによって伝送可能なデータ量が低下することを意味している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  従って本発明の目的は、電磁波の放射ビームを用いた双方向伝送を行う際に、送信のための放射と受信のための放射との間の減結合を十分なものとしつつ、大きなデータ伝送容量を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載した構成要件によって達成される。また、請求項７は、本発明にかかる反射鏡を用いたアンテナシステムを記載したものである。また、請求項１２は、アンテナ用反射鏡の表面形状の決定方法を記載したものである。
【００１１】  本発明においては、反射鏡の表面に、局所的表面形状を有する部分を形成することによって、反射鏡が、互いに離隔した複数の焦点から成る少なくとも１つの焦点群を有するようにし、且つ、その焦点群に含まれている複数の焦点から発する電磁波の放射ビームを、反射鏡が、共通のカバー領域へ指向させるようにしている。尚、焦点群はただ１つに限られず、反射鏡が複数の焦点群を有するようにして、それら焦点群の各々ごとに、反射鏡が、その焦点群に含まれている複数の焦点から発する放射ビームを１つの共通カバー領域へ指向させるようにすることにより、複数の焦点群の各々を１つずつの共通カバー領域へ指向させるようにしてもよい。カバー領域としては、例えば、遠く離れて存在している受信アンテナを複数本の放射ビームの共通の照射点として、その照射点をもってカバー領域とする場合もあり、或いはまた、広がりを有する所望の領域へ複数の放射ビームを照射するようにして、その領域をもってカバー領域とする場合もある。後者の場合には、そのカバー領域の形状を、実際にカバーしたい領域の形状に容易に適合させることができ、ここで実際にカバーしたい領域とは、例えば、地球の表面の特定部分の領域などである。カバー領域へ向かう方向とは逆方向の放射ビーム、即ち、カバー領域から発して反射鏡の焦点へ到来する放射ビームは、本発明の第１の実施の形態においては、反射鏡の複数の焦点の全てに夫々に合焦するようにしてあり、この場合には、受信素子をどの焦点に配設してもかまわない。即ち、本発明の第１の実施の形態は、反射鏡の指向性や合焦特性が、放射ビームの周波数や偏波方向に依存しないように構成したものである。
【００１２】  本発明の第２の実施の形態は、反射鏡が周波数選択性を持つようにしたものであり、ここでいう周波数選択性とは、周波数ないし周波数帯が異なれば焦点の位置が異なるようにすることや、周波数ないし周波数帯が異なる焦点どうしの間の離隔距離が増大するようにすることなどをいう。この実施の形態でも、１つの焦点群に含まれている複数の焦点の夫々から発する放射ビームは、反射鏡によって１つの共通カバー領域へ指向させられるが、ただし、逆にその共通カバー領域から到来する放射ビームは、その周波数ないし周波数帯ごとに、別々の焦点に合焦される。従って、個々の周波数ないし周波数帯に関して機能する個別の受信素子を、夫々に対応した個別の焦点に夫々に配設する必要がある。
【００１３】  作用について説明すると、この反射鏡は、その複数の焦点のうちの１つの焦点に配設された送信素子から発せられる放射ビームを反射してカバー領域へ指向させる（即ち、カバー領域へ向けて照射する）機能を果たすと共に、カバー領域から到来した放射ビームを、その複数の焦点のうちの１つの焦点に配設された受信素子へ指向させる（即ち、受信素子に合焦させる）機能を果たす。尚、以下の説明では、送信素子と受信素子とを総称して「放射素子」と呼ぶことにする。放射素子が送信素子ないし受信素子として機能する状況には様々なものがあり、それらについて以下に説明する。
【００１４】  ａ）反射鏡の表面形状を周波数選択性を持たない形状とした場合
この場合には、反射鏡は、その複数の焦点の夫々に配設された放射素子が夫々に放射する複数の放射ビームを１つのカバー領域へ指向させる。逆に、そのカバー領域から到来する放射ビームは、反射鏡の複数の焦点の全てに夫々に合焦される。また、送信素子として機能させる放射素子を、受信素子として兼用することができる。また、この場合には、個々の焦点に配設する夫々の放射素子の動作周波数を互いに異ならせておく。この構成では、実際に受信素子として使用する放射素子が配設されている焦点ばかりでなく、その他の放射素子が配設されている夫々の焦点にも放射ビームが合焦されるため、その他の放射素子も、その放射ビームを受信することになるが、それによって、その他の放射素子に障害が発生することは殆どなく、それは、１つには、複数の放射素子の同調周波数を夫々に異ならせているからであり、もう１つには、大抵の場合、受信電力は送信電力よりはるかに小さいからである。
【００１５】  また、送信素子として使用する放射素子とは別に、受信素子として使用する放射素子を他の焦点に配設している場合も、送信素子として使用する放射素子が配設されている焦点に受信ビームが合焦することによって、その送信素子として使用する放射素子が影響を受けることは殆どなく、それは、大抵の場合、受信電力は送信電力よりはるかに小さいからである。
【００１６】  ｂ）反射鏡の表面形状を周波数選択性を有する形状とした場合
この場合の、具体的な反射鏡の用い方の一例は、ある１つの焦点に、ある特定の周波数ないし特定の周波数帯において送信素子として使用する放射素子を配設し、別の１つの焦点に、別の周波数ないし別の周波数帯において受信素子として使用する放射素子を配設するというものである。この構成では、反射鏡が周波数選択性を有することから、受信する放射ビームは、その受信素子にだけ合焦されることになる。
【００１７】  複数の電磁波の放射ビームの偏波方向を互いに異ならせるようにしてもよい。そうした場合には、互いに離隔した位置に複数の焦点を有するようにしたことによる減結合効果に加えて、更に別の減結合効果も得られるようになる。一方、複数の焦点の夫々に対応した放射ビームの偏波方向を、同一方向に揃えるようにしてもよい。そうした場合には、偏波方向を任意の方向とした電磁波による減結合伝送を、反射鏡を１枚しか使用せずに行えるということが、本発明にかかる反射鏡の利点となる。従って、本発明の構成は、従来の構成と比べて、より簡明な構成でありながら、より効果的な構成である。
【００１８】  また、反射鏡の表面形状は、焦点を２つだけ有する形状としてもよく、その場合には、それら２つの焦点に夫々に放射素子を配設し、それら互いに離隔した２個の放射素子が、例えば周波数ないし周波数帯が互いに異なる放射ビームを発生するようにして、それら放射ビームを反射鏡によって１つの共通カバー領域へ指向させるようにすればよい。このような表面形状の反射鏡は、放射源を２個だけ装備する場合に適している。
【００１９】  また、反射鏡の表面形状は、焦点を３つ以上有する形状としてもよく、その場合には、３個以上の放射素子を装備することができ、それら放射素子が発する放射ビームを夫々のカバー領域へ指向させることも可能になる。また、互いに離隔した複数の放射素子から成る放射素子群を、２つ以上備えるようにしてもよく、その場合の反射鏡の表面形状としては、第１放射素子群に含まれている互いに離隔した複数の放射素子が発する、例えば周波数ないし周波数帯が異なる夫々の放射ビームを、第１の共通カバー領域へ指向させるようにし、第２放射素子群に含まれている互いに離隔した複数の放射素子が発する夫々の放射ビームを、第２の共通カバー領域へ指向させるようにし、更にその他の放射素子群も備えているのであれば、その他の放射素子群についても同様に各々の共通カバー領域へ指向させるような表面形状とすればよい。１つの放射素子群を構成する放射素子の個数は２個でもよく、３個以上でもよい。１つの放射素子群を構成する複数の放射素子の動作周波数ないし動作周波数帯を、互いに異ならせるようにしてもよく、また、全ての放射素子群において、同一周波数ないし同一周波数帯を横断的に使用するようにしてもよい。更には、既述のごとく、１つの放射素子群を構成する複数の放射素子の間で、同一の周波数を使用するようにしてもよい。
【００２０】  また特に、反射鏡が、複数の部分表面領域を有するようにしてもよく、ここでいう複数の部分表面領域とは、その各々が、１つずつのカバー領域に関して機能し、場合によっては更に、その各々が１つずつの周波数ないし周波数帯に関して機能する表面領域である。このようにした場合には、反射鏡が、その反射鏡全体として個々の放射ビームを夫々に合焦させる合焦特性を有するものとする必要がなくなり、従って、反射鏡の全体形状をそのような合焦特性を有する形状にすることが不要となる。また、これによって、各々の放射ビームが反射鏡の全体を照射することも不要となり、個々の放射ビームは、単に、特定の１つのカバー領域に関連し、場合によっては更に、特定の１つの周波数ないし周波数帯に関して機能する部分表面領域だけを照射すればよくなる。従って、以上のようにすることで、反射鏡の表面を、複数の周波数ないし複数のカバー領域の夫々に適合させることが非常に容易になる。
【００２１】  また、反射鏡が、カバー領域に隣接した領域を放射から遮蔽するための部分表面領域を有するようにしてもよい。この遮蔽作用は、放射ビームが本来のカバー領域をはみ出してその外側を照射する放射量を大幅に低減すると共に、カバー領域に隣接する領域や、また特に２つのカバー領域の間の領域において干渉を発生する散乱放射を大幅に低減するものであり、そのような散乱放射は、例えばサイドローブ成分や偏波間干渉によって生じるものである。また、以上のようにすることで、カバー領域に隣接した領域には放射ビームを照射したくない場合に、その領域を遮蔽することも可能になる。反射鏡の表面に、この遮蔽機能だけを目的とした専用の部分表面領域を設けるようにすれば、反射鏡のその他の部分表面領域に影響されることなく遮蔽機能を最適化することができ、従って、理想的な遮蔽機能を実現することができる。ただし、隣接するカバー領域に関して機能する部分表面領域や、その他の周波数ないし周波数帯に関して機能する部分表面領域を、遮蔽機能を提供するための部分領域として兼用することも可能である。
【００２２】  反射鏡の表面形状は、例えば、その基本的全体形状を平面または曲面とし、肉盛り部や肉落とし部から成る微細な局所的表面形状をそれに重ね合わせることによって形成することができる。このようにした場合には、反射鏡の反射特性が、反射鏡の基本的全体形状（平面または曲面）に応じたものとなる一方で、カバー領域や遮蔽領域に応じて、また場合によっては更に個々の周波数ないし周波数帯に応じて、反射鏡の局所的表面形状によって決定され、それによって最適化されるようになる。
【００２３】  反射鏡の局所的表面形状は、あたかもフラクタル図形のように、異なった大きさの微細形状を何層にも重ね合わせることによって形成することができる。この場合、先ず、基本的全体表面形状に、それより小さな第１の大きさを有する第１局所的表面形状を重ね合わせ、続いてその上に、更に小さな第２の大きさを有する第２局所的表面形状を重ね合わせる。同様にして、次第に微細となる局所的表面形状を反復して重ね合わせて行くようにすればよい。
【００２４】  本発明は更に、以上に説明した本発明にかかる反射鏡を備えたアンテナシステムに関するものである。本発明にかかるアンテナシステムは、第１放射素子及び第２放射素子から成る少なくとも１つの放射素子群を備えている。１つの放射素子群における第１放射素子は第２放射素子から離隔した位置に配設されている。以下の説明では、１つの具体例として、１個の第１放射素子と１個の第２放射素子とで構成された第１放射素子群を備えた場合について説明するが、無論、本発明がこれに限定されるわけではない。この場合、第１放射素子及び第２放射素子は、その各々が、反射鏡の１つずつの焦点に配設されており、第１放射素子及び第２放射素子から発せられる第１放射ビーム及び第２放射ビームが、１つの共通カバー領域へ指向させられるようにする。この場合、第１放射素子は送信素子として機能し、第２放射素子は受信素子として機能する。以上のようにすることによって、簡明な構成で、送信のための電磁波と受信のための電磁波とを減結合した双方向伝送を行うことが可能になる。
【００２５】  このアンテナシステムの具体的な構成例では、第１放射素子が、第１周波数ないし第１周波数帯の放射ビームに関して機能するように構成されており、前記第２放射素子が、第１周波数とは異なる第２周波数ないし第１周波数帯とは異なる第２周波数帯の放射ビームに関して機能するように構成されている。この構成が採用されるのは、例えば、通信技術の分野で用いられるアンテナシステムであって、送信は第１周波数ないし第１周波数帯で行い、受信は第２周波数ないし第２周波数帯で行う場合である。
【００２６】  複数の放射素子の各々がカバー領域の全体をカバーするように、第１放射素子及び第２放射素子の各々の配設位置と、反射鏡の表面形状とを定めるようにしてもよい。そのようにした場合には、カバー領域に対して、所定の周波数ないし所定の周波数帯で動作するただ１個の放射素子で送信を行うと共に、それとは別のただ１個の放射素子を、別の周波数ないし別の周波数帯の受信素子として使用するようにした簡明な構成とすることができる。原理的には、無論、３個以上の放射素子を装備することができ、その場合には特に、どの放射素子の周波数ないし周波数帯も、その他の放射素子の周波数ないし周波数帯とは異なるようにするのがよい。
【００２７】  本発明にかかるアンテナシステムは、複数の放射素子から成る放射素子群を、２群以上装備した構成としてもよい。そのようにした場合には、それら放射素子群のうちの第１放射素子群を、夫々が発する放射ビームが第１カバー領域を指向するように配設された第１放射素子及び第２放射素子を含むものとする。また、第１放射素子群に含まれているそれら放射素子は、互いに異なる周波数ないし周波数帯で動作するものとすることができる。また、更に少なくとも１つの第２放射素子群を装備することになるが、第２放射素子群は、夫々が発する放射ビームが第１カバー領域とは異なる第２カバー領域を指向するように配設された複数の放射素子から成るものとする。この第２放射素子群に含まれている複数の放射素子も、第１放射素子群の複数の放射素子と同様に、互いに異なる周波数ないし周波数帯で動作するものとすることができ、また、異なった放射素子群の問で同一の周波数ないし周波数帯を横断的に使用することも可能である。原理的には３群以上の放射素子群を装備することも可能である。そして、その場合には、第１放射素子群と、少なくとも１つの第２放射素子群とを、互いに離隔した位置に配置するようにする。また、各々の放射素子群が少なくとも２個の放射素子を含んでいるようにする。
【００２８】  次に、反射鏡の表面形状の決定方法について説明する。この方法は、互いに離隔した位置にある複数の焦点から成る少なくとも１つの焦点群を有する反射鏡であって、その焦点群に含まれている複数の焦点から夫々に発する複数の電磁波の放射ビームを１つの共通カバー領域へ指向させる反射鏡の表面形状の決定方法である。この方法は、例えば、コンピュータのプログラムの支援の下に行うシミュレーションの形で実行することもでき、また、反射鏡に機械加工を施して変形させるステップを反復することによって実行することもできる。
【００２９】  この方法では、互いに周波数が異なる少なくとも２個の放射素子の配設位置に対応した反射鏡の反射特性を定めるために、最初に、反射鏡の基本的全体表面形状（例えば放物面）を決定する。続いて、反射鏡の表面の少なくとも１箇所に、比較的大きな第１補正量で、第１回の局所的表面形状補正を施すようにし、これは、反射鏡の基本的全体表面形状に、肉盛り部ないし肉落とし部を形成することによって行い、それによって、反射鏡の反射特性を、複数の放射素子の位置に応じて放射ビームを所望のカバー領域へ大まかに指向させることができるような反射特性にするものである。従ってこの第１回のステップは、粗補正のステップであり、互いに離隔した複数の焦点の画成位置を、複数の放射素子の配設位置へ近付けるためのステップである。
【００３０】  続く第２回のステップは、反射特性を改善するステップであり、このステップでは、反射鏡の表面形状に対して、上述の第１補正量より微細な第２補正量で、第２回の局所的表面形状補正を施す。この第２回の局所的表面形状補正は、先に行った第１回の局所的表面形状補正の上に重ねて行われる。これによって反射特性が改善されるのは、複数の放射素子から発せられる夫々の放射ビームを１つの共通カバー領域へ指向させる性能が改善されるからであり、より具体的には、複数の放射素子の配設位置に対して、互いに離隔した複数の焦点の画成位置が、よりよく一致するようになるからである。
【００３１】  必要とあらば、反射鏡に対して局所的表面形状補正を施すステップを、更に反復して実行するようにしてもよく、その際に、補正量を次第に小さくして行くようにすれば、最適な結果を得ることができる。これによって、反射鏡の表面形状は、様々な大きさ（補正量）の局所的表面形状が重畳した、あたかもフラクタル図形のような形状となる。
【００３２】  また、以上に説明した、反射特性を改善するステップを実行する際には、放射素子の配設位置の補正、並びに放射素子の姿勢の補正を併せて行うようにしてもよい。放射素子の姿勢とは、各々の放射素子の、その他の放射素子や反射鏡に対する相対的な角度のことである。これらを行うことにより、放射素子が放射ビームを照射する反射鏡の表面領域の位置及び大きさを調整することができる。そして、反射特性を改善するステップを１回実行することに、放射素子の配設位置及び補正を最適化することによって、全体として最適な結果が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００３３】  以下に図１〜図４を参照しつつ、本発明の具体的な実施の形態について詳細に説明して行く。
【００３４】  図１は、本発明の具体的な実施の形態にかかるアンテナシステムを示した図である。このアンテナシステムは、通信技術の分野で使用されるものであり、例えば、地上局に設置して用いることもでき、通信衛星に装備して用いることもできるものである。図示の如く、このアンテナシステムは、反射鏡１を備えている。放射素子４ａ及び４ｂによって、放射素子群２が構成されており、それら放射素子４ａ、４ｂは、送信素子として使用される場合には放射ビームによって反射鏡１の表面を少なくとも部分的に照射できる位置に配設されている。また、それら放射素子４ａ、４ｂは、互いに異なった周波数ないし周波数帯で動作するように構成されている。更に、それら放射素子４ａ、４ｂは、互いに離隔した位置に配設されている。それら２つの放射素子４ａ、４ｂは、この反射鏡１の２つの焦点１０ａ、１０ｂに夫々配設されており、それら放射素子４ａ、４ｂが発する放射ビーム５ａ、５ｂは、反射鏡１の表面によって反射されて、それら２本の放射ビームに共通する照射対象領域である、共通カバー領域３へ指向させられる。例えば、このアンテナシステムが、通信衛星に装備されているものである場合には、このカバー領域３は、地球上の特定の地域である。
【００３５】  ただし、図示例では、２つの放射素子４ａ、４ｂを共に送信素子として機能させるのではなく、一方の放射素子４ａだけを送信素子として機能させ、他方の放射素子４ｂは受信素子として機能させている。この場合、放射素子４ｂに対応した放射ビーム５ｂは、放射素子４ｂから発せられてカバー領域３へ照射される放射ビームではなく、その逆の方向に進む放射ビームである。反射鏡１は、その表面に適当な局所的表面形状を形成することで、周波数選択性を有する反射鏡としてあり、それによって、カバー領域３から到来する放射ビーム５ｂが、放射素子４ｂが配設されている方の焦点１０ｂだけに合焦するようにしてある。
【００３６】  図２に示したのは、反射鏡１の表面９を、複数の放射素子がどのように照射するかを示した図である。図２に示したように、２つの放射素子群２及び２０が装備されている。第１放射素子群２は、放射素子４ａと４ｂとで構成されており、それら２つの放射素子４ａ、４ｂは、反射鏡１の第１焦点群を構成している２つの焦点１０ａ、１０ｂに夫々配設されている。また、第２放射素子群２０は、放射素子４０ａと４０ｂとで構成されており、それら２つの放射素子４０ａ、４０ｂは、反射鏡１の第２焦点群を構成している２つの焦点１１０ａ、１１０ｂに夫々配設されている。第１放射素子群２は、放射ビーム５ａを送信し、放射ビーム５ｂを受信しており、それら２本の放射ビーム５ａ，５ｂは周波数ないし周波数帯が互いに異なっている。同様に、第２放射素子群２０は、放射ビーム５０ａを送信し、放射ビーム５０ｂを受信しており、それら２本の放射ビームもまた、周波数ないし周波数帯が互いに異なっている。ただし、放射素子群２の放射ビーム５ａ及び５ｂと、放射素子群２０の放射ビーム５０ａ及び５０ｂとで、同じ周波数の組合せないし同じ周波数帯の組合せを使用するようにしてもよく、即ち、複数の放射素子群の間で同一の周波数ないし周波数帯を横断的に使用することができる。そうした場合には、放射ビーム５ａの周波数ないし周波数帯を、放射ビーム５０ａのものと同一にし、また、放射ビーム５ｂの周波数ないし周波数帯を、放射ビーム５０ｂのものと同一にすることができる。
【００３７】  更に、個々の放射ビームは、その偏波方向を任意の方向とすることができる。従って、例えば、放射ビーム５ａと放射ビーム５ｂとで、偏波方向を同一にしてもよく、それによってこのアンテナシステムの性能が低下することはない。
【００３８】  ２つの放射素子群２、２０の、反射鏡１に対する相対的な配置は、また従って反射鏡１の表面９に対する相対的な配置は、次のようにしてある。即ち、放射素子４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂの全てを仮に送信素子として使用した場合に、それらから発する夫々の放射ビームが、主として、この反射鏡１の夫々特定の部分表面領域６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂを照射するような配置としてある。また図示例では、それら特定の部分表面領域６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂは、その各々が、略々特定のカバー領域３ａ、３ｂに関してだけ機能するようにしてあり、また、略々特定の周波数ないし周波数帯に関してだけ機能するようにしてある。このように、特定の部分表面領域が、略々、特定のカバー領域及び特定の周波数ないし周波数帯に関してだけ機能するということは、放射ビームの進む方向が逆の場合についてもいえることであり、なぜならば、どちらの方向に進む放射ビームも反射鏡から受ける影響は同様であり、その状態は双方向的だからである。
【００３９】  図３は反射鏡の表面形状を更に詳細に示した図である。図示例の反射鏡の表面形状は、図１に例示した用途に使用するために、その基本的全体表面形状を、放物面の近似形状としてある。反射鏡の表面９には更に、複数の局所的表面形状が形成されており、それらは、様々な大きさの局所的肉盛り部ないし局所的肉落とし部によって形成されている。即ち、第１の大きさ（第１補正量）の粗肉盛り部ないし粗肉落とし部に、次々とより小さい大きさ（補正量）の、従ってより微細な、肉盛り部ないし肉落とし部を重ね合わせて行くことで形成してある。図示例では、それら局所的肉盛り部ないし局所的肉落とし部は、部分表面領域６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂに形成されており、これら部分表面領域は、特定のカバー領域３ａないし３ｂに関して機能し、また、対応する周波数ないし周波数帯に関して機能するものである。図３には更に、反射鏡の表面９のもう１つの部分表面領域７が示されており、この部分表面領域７によって、ある特定の１つの領域が、遮蔽領域８として画成されている。図４から明らかなように、図示例では、遮蔽領域８は地球の表面１２の特定の部分に相当する領域であって、この部分を遮蔽している。これとは逆に、部分表面領域６ａは、放射ビーム５ａを、対応したカバー領域３ａへ指向させるように機能する領域であり、これも図４に示したとおりである。また、もう１つの部分表面領域６ｂは、対応したカバー領域３ａから到来する放射ビーム５ｂを、焦点１０ｂに配置されている放射素子４ｂへ合焦させるように機能する領域である。同様に、部分表面領域６０ａと６０ｂとは、放射ビーム５０ａを第２のカバー領域３ｂへ指向させる機能と、放射ビーム５０ｂを放射素子６０ｂへ合焦させる機能とを果たす領域である。
【００４０】  また、カバー領域３ａないし３ｂへ指向させた放射ビームが、略々そのカバー領域だけを照射するようにして、そのカバー領域に隣接した領域へはみ出して干渉を引き起こすことがないようにするための遮蔽機能も求められている。この遮蔽機能も、反射鏡の表面形状を上で説明した方法で適切に形成することによって得られる。図示例のように、反射鏡１の部分表面領域６ａ及び６ｂが、それらに対応する放射素子をカバー領域３ａへ指向させている場合に、もし放射素子４ａから発せられる放射ビーム５ｂの散乱放射が、カバー領域３ｂを照射してしまうおそれがあるのであれば、反射鏡の部分表面領域６０ａ及び６０ｂの形状を、上で説明した機能と共に、更に次の機能も併せて果たすような形状に形成すればよい。その機能とは、この放射ビーム５ａの散乱放射のうち、反射鏡の部分表面領域６０ａ、６０ｂに入射し、それら部分表面領域６０ａ、６０ｂで反射されてカバー領域３ｂへ至る部分の散乱放射と、それらとは別に、反射鏡１の部分表面領域６ａ、６ｂで反射されてカバー領域３ｂへ至る部分の散乱放射とが、互いに打ち消し合うように干渉し、それによって、カバー領域３ｂにおける実効散乱放射量を実質的にゼロにする機能である。カバー領域３ｂを照射対象とする放射ビームについても、これと同様にすることで、カバー領域３ａにおける有害な散乱放射の影響を実質的にゼロにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるアンテナシステムを示した模式図である。
【図２】  本発明にかかる反射鏡を複数の放射素子がどのように照射するかを示した模式図である。
【図３】  本発明にかかる反射鏡の表面形状を示した模式図である。
【図４】  本発明にかかるアンテナシステムにより画成されるカバー領域及び遮蔽領域を示した模式図である。
【符号の説明】  １  反射鏡
２、２０  放射素子群
３、３ａ、３ｂ  カバー領域
４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ  放射素子
５ａ、５ｂ、５０ａ、５０ｂ  放射ビーム
６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂ  部分表面領域
７  部分表面領域
８  遮蔽領域
９  反射鏡の表面
１０ａ、１０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ  焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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