(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交して偏波された周波数の異なる２つの電磁波と、
２つの電磁波を放出する給電ホーン（１１）と、
２つの電磁波を放出する給電ホーン（１１）によって照射される反射器アセンブリ（１２）を備え、低減されたサイドローブを有する２重偏波アンテナであって、
反射器アセンブリ（１２）が、２つの電磁波を反射するように構成された前部反射器（１５）と、直交して偏波された電磁波の１つを反射するように構成された補助反射器（１６）と、補助反射器（１６）を通過する直交偏波された電磁波を回折するように構成された偏向表面（１３）とを備え、前記偏向表面は前記回折された直交偏波された電磁波が前記偏向表面により外に反射されるように配設されており、
前部反射器（１５）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の中央領域に配設され、
補助反射器（１６）が、前部反射器（１５）の周縁部の周りで、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の最上部に配置されることを特徴とする２重偏波アンテナ。
【請求項２】
支持表面（１４）が、焦点が給電ホーン（１１）に対向する放物面型の表面であることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項３】
前部反射器（１５）が連続した表面であることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項４】
補助反射器（１６）が、均一に離間され、かつ平行に位置合わせされた一群のワイヤによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項５】
直交して偏波された周波数の異なる２つの電磁波と、
２つの電磁波を放出する給電ホーン（１１）と、
２つの電磁波を放出する給電ホーン（１１）によって照射される反射器アセンブリ（１２）を備え、低減されたサイドローブを有する２重偏波アンテナであって、
反射器アセンブリ（１２）が、２つの電磁波を反射するように構成された前部反射器（１５）と、直交して偏波された電磁波の１つを反射するように構成された補助反射器（１６）と、補助反射器（１６）を通過する直交偏波された電磁波を回折するように構成された偏向表面（１３）とを備え、前記偏向表面は前記回折された直交偏波された電磁波が前記偏向表面により外に反射されるように配設されており、
前部反射器（１５）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の中央領域に配設され、
偏向表面（１３）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面に対向する面上で、補助反射器（１６）および前部反射器（１５）によって形成される分離縁部に沿って配置されることを特徴とする２重偏波アンテナ。
【請求項６】
偏向表面（１３）が、連続した表面であることを特徴とする請求項５に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項７】
第１の熱制御手段（１７）が、反射器アセンブリ（１２）を囲むように構成されることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項８】
アンテナが、無線通信システムで使用するように構成された衛星に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項９】
アンテナが、無線通信システムで使用するように構成された地上局に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項１０】
給電ホーン（１１）によって照射される反射器アセンブリ（１２）を備え、低減されたサイドローブを有する２重偏波アンテナであって、反射器アセンブリ（１２）が、直交して偏波された周波数の異なる２つの電磁波を反射するように構成された前部反射器（１５）と、直交して偏波された電磁波の１つを反射するように構成された補助反射器（１６）と、補助反射器（１６）を通過する直交偏波された電磁波を回折するように構成された偏向表面（１３）とを備え、前記偏向表面は前記回折された直交偏波された電磁波が前記偏向表面により外に反射されるように配設されており、
前部反射器（１５）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の中央領域に配設され、
補助反射器（１６）が、前部反射器（１５）の周縁部の周りで、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の最上部に配置されることを特徴とする２重偏波アンテナ。
【請求項１１】
補助反射器（１６）が、均一に離間され、かつ平行に位置合わせされた一群のワイヤによって形成されることを特徴とする請求項１０に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項１２】
給電ホーン（１１）によって照射される反射器アセンブリ（１２）を備え、低減されたサイドローブを有する２重偏波アンテナであって、反射器アセンブリ（１２）が、直交して偏波された周波数の異なる２つの電磁波を反射するように構成された前部反射器（１５）と、直交して偏波された電磁波の１つを反射するように構成された補助反射器（１６）と、補助反射器（１６）を通過する直交偏波された電磁波を回折するように構成された偏向表面（１３）とを備え、前記偏向表面は前記回折された直交偏波された電磁波が前記偏向表面により外に反射されるように配設されており、
前部反射器（１５）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の中央領域に配設され、
偏向表面（１３）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面に対向する面上で、補助反射器（１６）および前部反射器（１５）によって形成される分離縁部に沿って配置されることを特徴とする２重偏波アンテナ。
【請求項１３】
偏向表面（１３）が、連続した表面であることを特徴とする請求項１２に記載の２重偏波アンテナ。
【請求項１４】
直交して偏波された周波数の異なる２つの電磁波と、
２つの電磁波を放出する給電ホーン（１１）を含む発信ソースと、
２つの電磁波を放出する給電ホーン（１１）によって照射される反射器アセンブリ（１２）を備える無線通信システムであって、
反射器アセンブリ（１２）が、２つの電磁波を反射するように構成された前部反射器（１５）と、直交して偏波された電磁波の１つを反射するように構成された補助反射器（１６）と、補助反射器（１６）を通過する直交偏波された電磁波を回折するように構成された偏向表面（１３）とを備え、前記偏向表面は前記回折された直交偏波された電磁波が前記偏向表面により外に反射されるように配設されており、
前部反射器（１５）が、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の中央領域に配設され、
補助反射器（１６）が、前部反射器（１５）の周縁部の周りで、給電ホーン（１１）に面する支持表面（１４）の面の最上部に配置されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１５】
更に、衛星を含み、ソースと反射器アセンブリが衛星に取り付けられることを特徴とする請求項１４に記載の無線通信システム。
【請求項１６】
更に、地上局を含み、ソースと反射器アセンブリが地上局に取り付けられることを特徴とする請求項１４に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低い放射サイドローブを有する、２つの直交偏波電磁波を反射するように構成された２重偏波アンテナに関する。
【０００２】
本アンテナは、より詳細には、一方の偏波が水平であり、他方の偏波が垂直である直交偏波を採用している衛星無線通信システムで利用することができる。
【０００３】
【従来の技術】
この技術は、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，７５７，３２３号などの従来技術でよく知られている。この特許は、通信衛星用の２重偏波同一領域２周波アンテナを製造する方法を開示している。アンテナは、電磁エネルギーを集束させ、通信リンクに沿って方向付ける働きをする。
【０００４】
アンテナは、反射器およびホーン・タイプのソースを有する。反射器は２つの電磁波を反射する。これらの電波は、互いに直交するように偏波され、地球表面上で同一の地理的有効範囲を得られるように周波数が異なる。
【０００５】
反射器の中央部分は第１および第２の直交グリッドの両方に共通する領域によって構成されており、直交偏波された両電波を反射する。一方、中央第２のグリッドの外側の周縁部分は、低周波数の偏波電波のみを反射する。低周波数の電波について第１のグリッドによって得たのと同じ区域有効範囲を高周波数の電波でも得られるように中央グリッドの面積および形状を決定することによって、同一の区域有効範囲を得る。
【０００６】
電磁エネルギーの偏波方向を保持すること、および前記所望の偏波方向および衛星の有効ペイロード（ｕｓｅｆｕｌ  ｐａｙｌｏａｄ）の残りの部分に干渉を発生させるグレーティングおよびサイド・ローブ成分の発生を防止することが、通常必要である。
【０００７】
多数のアンテナ素子を有する、たとえば幾つかのアンテナ素子を有するアンテナによって、アンテナの放射パターンに、すなわち所望の方向に望ましくないグレーティングローブが発生することが従来技術の欠点である。また、グレーティングローブは、アンテナの放射パターンにおける望ましくないサイドローブである。
【０００８】
一方、異なる偏波の電磁波を反射するためには２つの反射器を採用するべきであるが、両方の反射器用に単体の支持構造を構築し、それによってアンテナの総重量を保持することが望ましい。このような支持構造の共有には、偏波電波をそれぞれ所望の方向に向ける所望の反射器上に、偏波された電磁波がそれぞれ照射するようにするソースの位置決めが必要である。
【０００９】
その上、ある反射器の存在が第２の反射器とそれに付随するソースの間での電磁エネルギーの伝播に干渉しないように、反射器のアセンブリを構成しなければならない。
【００１０】
複数の反射器を有する複合アンテナ構造に現在使用可能な構成方法は、支持構造の重量が望む以上に大きいという問題を生じる。
【００１１】
手短に言えば、従来技術は、同一の有効範囲領域について、それぞれ異なる周波数の２つの直交偏波を反射するために２つのグリッドを備える中央領域を与えている。この領域は、２重グリッドでの直交偏波の反射に起因するグレーティングとサイドローブの両方を提示する。同様に、単一のグリッドによって形成された反射領域もまた、衛星の有効ペイロードの残りの部分に有害な影響を有する可能性のあるサイドローブの形成に有利に働く。
【００１２】
したがって、グレーティングおよびサイドローブが低減された２重偏波アンテナを開発する必要がある。２重偏波アンテナは、同一の有効範囲領域に対して、それぞれ異なる周波数および偏波の２つの直交偏波を反射する中央反射領域と、ある偏波を反射し、直交偏波に対して透過性である周縁部領域を有する。アセンブリの総重量を軽くするために、アンテナは単一の構造に取り付けなければならない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記に述べた欠点を克服するために、本発明は、無線通信システムで使用することができる、低いイメージローブおよびグレーティングローブを有する２重偏波アンテナを提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記に述べたアンテナは、たとえば、ホーンタイプの給電ソースによって照射される反射器アセンブリを備える。反射器アセンブリは、直交して偏波された、それぞれ周波数、および偏波の異なる２つの電磁波を反射するように構成される前部反射器（ｆｒｏｎｔ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、直交して偏波された電磁波の１つを反射するように構成された補助反射器、および、補助反射器を通過する、直交偏波された電磁波を回折するように構成された偏向表面（ｄｅｆｌｅｃｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）を備える。
【００１５】
前部反射器は、支持表面上に配設された連続する金属表面であり、衛星の有効ペイロードの残りの部分に干渉を発生させる可能性のあるサイドローブの形成を許すことなく、また反射器で熱エネルギーを消散させることなく、２つの直交偏波を反射することができる。この反射器が連続的であるため、前部反射器でＲＦ損失が低減される。
【００１６】
補助反射器は、ワイヤと平行な偏波の反射を可能にし、ワイヤと平行な偏波と直交して偏波された電波をフィルタリングする目的で、前部反射器の周りにリングを形成するように配置された、一様に離間した１組の金属ワイヤによって形成される。
【００１７】
前述の電磁波は、自由空間に向けて補助反射器を横切る直交偏波を全て偏向し、サイドローブの形成を最小化する、付随する偏向表面によって偏向される。
【００１８】
アンテナは、その構成を簡単にする単一のグリッドを備える。反射器アセンブリの熱弾性の挙動は、随意に強化することができるので、より適切である。
【００１９】
添付の図面をもとにした以下の説明の中で、本発明のより詳細な説明を行う。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に示す、本発明の２重偏波を有するアンテナは、２つの直交偏波された電磁波、すなわち、鉛直軸に沿って偏波された一つの電波と水平軸に沿って偏波された他の電波、の給電ホーン１１によって照射される、反射器アセンブリ１２を備える。
【００２１】
給電ホーン１１は、ブラケット取付け（図１に図示せず）を用いて反射アセンブリ１２の最下部（焦点）と対向して配置されている。給電ホーン１１は、支持表面１４から所定の距離だけ離れている。給電ホーン１１の配置によって、反射器アセンブリ１２で２つの面を区別することができる。すなわち、一方の面、凹面は、給電ホーン１１と対向しており、他方の面、凸面は、第１の面と対向している。
【００２２】
反射器アセンブリ１２は、一般に放物面状の支持表面１４を備え、特にそれと対向して凹面上に前部反射器１５が存在する。前部反射器１５は、地球表面上の同一の地理的領域を覆うことができるように、直交して偏波され、それぞれ周波数の異なる２つの電磁波を反射するミッションを有する。
【００２３】
上記に述べたことから、一実施形態では、支持表面１４は、ある曲率を有する、たとえば放物線状の形状であるということが推論できる。他の実施形態では、支持表面１４は、たとえば平らな円盤である。
【００２４】
支持表面１４の中央の円形の領域は、金属付着などの連続的で、導電性の表面でインプリントされている。この領域は、前部反射器１５を形成しており、放物線の焦点上に中心を置いている。この表面１５は、２つの直交偏波電波を完全に反射するという利点を与える。それゆえ、前部反射器１５は、イメージローブが発生して熱消散が減少するのを防ぐ。同様に、衛星の有効ペイロードの残りの部分と干渉する可能性のある、ＲＦ寄生放射を低減させる。
【００２５】
前部反射器１５の周縁部の周囲に、前部反射器に隣接する同心環の形状の補助反射器１６がある。補助反射器１６は、単一のグリッド反射器を形成する、平行に並んだ複数のワイヤによって形成されている。ワイヤ間の間隔は、２つの直交偏波のうちの一方、すなわち主偏波を反射し、したがって、それに直交する偏波に対して透過性である、という目的で選択される。
【００２６】
支持表面１４は、反射器アセンブリ１２の寸法安定性を維持するに十分な剛性をそこなうことなく、できる限り薄く作ることが望ましい。図２では、補助反射器１６が前部反射器１５と同心の表面であるのを見ることができる。単一のグリッド反射器１６は、支持表面１４の凹面上に在り、正確に前部反射器１５のない領域上に載っている。
【００２７】
グリッドの配列によって、２つの直交偏波の一方をフィルタリングし、適切な所望の直交偏波の反射を保証する。
【００２８】
図１に戻ると、補助反射器１６は、グリッド１６の構成に付随するサイドローブの形成を最小化する、付随する偏向表面１３を備える。偏向表面１３は、回折を改善する様々な形状をもつことができる。たとえば、エンボス加工されたＭＬＩ（多層インシュレーション）を使用してもよい。
【００２９】
図３は、偏向表面１３をアンテナに固く締結する目的で、偏向表面１３を支持表面１４に固定する方法を詳細に示している。すなわち、偏向表面１３を、前部反射器１５と補助反射器１６によって形成される分離縁部の下方で、凸面によって支持表面１４に締結する。
【００３０】
偏向表面１３の配設は、熱エネルギーが自由空間に消散するのを可能にする目的で、給電ホーン１１と支持表面１４の焦点を通過する軸に対してある角度をもつようにする。これは、フィルタリングされた直交偏波電波、すなわち望ましくない偏波を外に反射するためである。したがって、支持表面１４は、偏向表面１３を用いて偏向された直交偏波に対して透過性である。
【００３１】
偏向表面１３は、前部反射器１５と補助反射器１６を接合している縁部と接触している。したがって、偏向表面１３は、支持表面１４の後側に配置されている。同様に、偏向表面は連続した表面であり、すなわちグリッドではない。
【００３２】
図３に戻ると、図３は反射器アセンブリ１２の取り付けの詳細、特に前部反射器１５が補助反射器１６および偏向表面１３と接合している領域を示す。
【００３３】
図１に戻ると、本発明の反射器アセンブリ１２が衛星に搭載される場合には、前記アセンブリは、第１の熱制御手段１７、すなわち、支持アセンブリ１２を囲む熱遮蔽１７によって熱の影響に対して保護される。
【００３４】
図４に示す別の実施形態では、反射器アセンブリ１２は、反射器アセンブリ１２の安定性を確実にするという特定の役目を有する、第１の機械的支持アセンブリ４１を備える。
【００３５】
第１の機械的支持アセンブリ４１は、支持表面１４の凸面に接合されている。同様に、第１の機械的支持アセンブリ４１は、第１の機械的支持アセンブリ４１および支持表面１４の凸面に熱遮蔽を提供する、第２の熱制御手段４２によって囲まれている。
【００３６】
同様に、図５は、本発明のさらなる実施形態を示している。この場合では、反射器アセンブリ１２は、反射器アセンブリ１２の安定性を確実にするという特定のタスクをまた有する、第２の機械的支持アセンブリ５１を備える。
【００３７】
第２の機械的支持アセンブリ５１もまた、支持表面１４の凸面に接合されている。同様の方法で、第３の熱制御手段５２が、反射器アセンブリ１２の凸面の熱遮蔽を提供する。
【００３８】
上記に述べたことは、中央に置かれたアンテナ設計、支持表面１４の中央での給電だけでなく、ホーン１１が反射器アセンブリ１２からずれ、電波を遮蔽しないオフセット設計にも適用される。このことは、従来技術でよく知られている。
【００３９】
２つの電波は、極めて近接した周波数である可能性がある。後者の場合も、同じ利点を有する２重偏波アンテナがある。唯一の違いは両方の偏波に対して同一の有効範囲を得ていないことである。
【００４０】
他の実施形態では、給電ホーン１１が、いくつかの独立したホーンを備えることができる。従って、ホーン群は、単一の給電部のみではなく、焦点平面内にいくつかの独立した給電部群を含む、マルチビーム有効範囲を生成する。ホーン群は、たとえば、単一の給電部のかわりにＢＦＮ（ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋ）などの、より複雑な給電にも適用される。
【００４１】
反射器アセンブリ１２の外側部分の設計は、ダイクロイックタイプ（周波数フィルタ）であることもある。このような設計は、２つの電波が直交する必要がないという、追加の利点がある。システムの設計によって必要となる場合は、同一の偏波のものであってよい。
【００４２】
上記に記載した本発明の実施形態は、例示的なものにすぎず、変更を行ってもよいことを当業者には理解されたい。したがって、本発明は、ここに開示した実施形態に制限されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されたものにのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナの図２の線ＡＡ´に沿った断面図である。
【図２】本発明によるアンテナの平面図である。
【図３】本発明による支持アセンブリの詳細図である。
【図４】本発明によるアンテナの第２の実施形態の垂直方向断面図である。
【図５】本発明によるアンテナの第３の実施形態の垂直方向断面図である。
【符号の説明】
１１  給電ホーン
１２  反射器アセンブリ
１３  偏向表面
１４  支持表面
１５  前部反射器
１６  補助反射器
１７  第１の熱制御手段
４１  第１の機械的支持アセンブリ
４２  第２の熱制御手段
５１  第２の機械的支持アセンブリ
５２  第３の熱制御手段
【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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