(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
修正表面の式を追加することによって、焦点（Ｆ）およびオフセット角（θ）を有するオフセット放物面の式から反射表面の式が推測される連続凹面反射表面（１１）を有し、かつ、前記反射表面（１１）が前記放物面の対称焦点面（ｙＣｚ）の周りに対称である、電気通信衛星ビームのための反射器（１）を備えたアンテナであって、前記修正表面の式が、前記放物面の対称軸（ＯＺ）に対して直角な軸（Ｃｘ，Ｃｙ）に対する２つの座標ｘ、ｙの下記の二次多項式
【数１】
0004207390.tif 000011
であり、
上式で、Ｎは２以上の整数であり、
ri(x,y)=[(y-γ.f'.yi)2+(x-γ.f'.xi)2+(x+γ.f'.xi)2]1/2
は、前記対称焦点面（ｙＣｚ）に垂直の平面（ｘＣｙ）上への前記反射表面（１１）の任意のｘ，ｙ−座標点の投射と、前記垂直平面（ｘＣｙ）上に延びかつ前記対称焦点面（ｙＣｚ）によって制限される格子のｘｉ，ｙｉ−座標制御ポイントとの間の距離を表し、ａｉおよびｂ１〜ｂ４は、予め定められる係数であり、γは、無次元パラメータであり、ｆ’は、放物面の焦点（Ｆ）と前記反射表面（１１）の中心（Ｃ）との間の焦点距離であることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記放物面の焦点（Ｆ）と前記反射表面（１１）の前記中心（Ｃ）との間の前記焦点距離が、前記衛星ビームの平均波長の３０倍と４５倍の間にあり、かつ、前記放物面の軸（ＯＺ）と、前記放物面の焦点（Ｆ）と前記反射表面（１１）の中心（Ｃ）を結んだ線分との間のオフセット角（θ）が、約２０°と約３０°の間にある、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記無次元パラメータが０．５５程度である、請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
さらに、前記反射表面の前記中心（Ｃ）に向かって配向した一次ソース（２、４）を支持するための円弧形状（ＳＳ）サポート（３）を備え、前記円弧形状サポートが、サポート面（ＰＳ）内で、前記対称焦点面（ｙＣｚ）中のソースの位相中心（Ｐ２、Ｐ４）が実質的に前記放物面の焦点（Ｆ）に一致するように位置決めされ、前記サポート面（ＰＳ）の前記放物面の軸（ＯＺ）に対する傾き（β）が、前記放物面の軸と、前記放物面の焦点（Ｆ）と前記反射表面（１１）の中心（Ｃ）を結んだ線分との間のオフセット角（θ）より大きい、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記サポート面（ＰＳ）の前記傾き（β）が、前記オフセット角（θ）対数関数および前記アンテナの緯度（Ｌ）の一次関数で決まる、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記サポート面（ＰＳ）の前記傾きと前記オフセット角の差（β−θ）が、約１０°から約２０°までである、請求項４または５に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記サポート（３）が、前記放物面の焦点（Ｆ）と前記反射表面（１１）の中心（Ｃ）の間の焦点距離（ｆ’）に比例し、かつ、前記サポート面（ＰＳ）の前記傾き（β）および前記オフセット角（θ）の三角関数で決まる半径（Ｒ）を有する、請求項４から６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記サポート（３）が、前記サポートの端部（３１）を通る、前記反射器に対して固定された軸の周りに回転可能に取り付けられる、請求項４から７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項９】
角度放射分離（ＳＡ）が約３°以下である、少なくとも２つの一次ソース（２、４）を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
円筒状後部セクション（２１）と、大きい方の基底の直径（Ｄ２）が実質的に前記後部セクションの平均径（Ｄ１）の２倍未満である切頭円錐状中間セクション（２２）と、長さ（Ｌ３）が実質的に前記中間セクションの長さ（Ｌ２）の２倍より長く、かつ、大きい方の基底の直径（Ｄ３）が実質的に前記後部セクションの前記平均径（Ｄ１）の２倍に等しい切頭円錐状前部セクション（２３）とを有する、少なくとも１つのホーン（２）一次ソースを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記ホーン一次ソース（２）が、前記切頭円錐状前部セクション（２３）の大きい方の基底の周囲に位置し、実質的に前記前部セクションの大きい方の基底の直径（Ｄ３）の１／８に等しい幅を有し、かつ内縁部（２４２）より長い外縁部（２４１）よって範囲が定められる、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
少なくとも１つの誘電体キャンドル一次ソース（４）を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記誘電体キャンドルソースが、長さが実質的に同一（ｌ１；２．Ｌ２３；３．Ｌ４５６）で、直径が、約３／４〜９／１６および約１／２〜約２／３の比率で、前記誘電体キャンドルソースの後端部から前端部へ向かってセクションからセクションへ順次減少する、第１、第２および第３の円筒状セクション（４１、；４２−４３；４４−４５−４６）を有する誘電体キャンドルを包含する、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記誘電体キャンドルソースが、長さ（Ｌ２３）が実質的に前記第１のセクションの最小長さ（ｌ１）の１／２に等しく、直径が前記第１のセクションの直径未満で、かつ、互いの比率が実質的に２／３〜実質的に７／８である円筒状第１セクション（４１）、円筒状第２および第３セクション（４２、４３）と、長さ（Ｌ４５６）が実質的に前記第１のセクションの最小長さの１／３に等しく、直径が前記第３のセクションの直径未満で、かつ、セクション間の比率が実質的に３／４〜７／８である第４、第５および第６のセクション（４４、４５、４６）とを有する誘電体キャンドルを包含する、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記キャンドル一次ソース（２）が、前記誘電体キャンドルの第１のセクション（４１）の周りに部分的に延びた、前記第１のセクションの（４１）直径（ｄ１）の約１／８〜約１／６の幅の金属溝（４７）を備え、前記金属溝の範囲が、内縁部（４７２）より長い外縁部（４７１）によって定められる、請求項１３または１４に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電気通信衛星ビームを受信し、さらには送信するためのアンテナに関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、静止同報通信衛星から伝送される複数のビームを同時に受信するための、反射器を動かすための自動化手段を用いることなく、互いに約５０°だけデポイントされた視野の広い単一反射器を備えたアンテナに関する。アンテナは、特に、無線通信衛星によって伝送される複数のビームを受信するための個人住宅における屋内設置、ビルにおける集合設置、またはケーブル・ネットワーク・ヘッド・エンドへ供送する共同設置を意図している。
【０００３】
本発明によるアンテナは、データ同報通信ネットワークなどの専門アプリケーション用としても使用することができる。
【０００４】
現在、最も普及している消費者用個別衛星ビーム受信アンテナは固定反射器を備えており、その反射表面は、直径または長軸が５０ｃｍ〜９０ｃｍの円形または楕円形の回転放物面体である。反射器の対称軸は、衛星に向けられている。通常、受信機ヘッドはアームによって固定され、反射器の単一焦点に置かれている。
【０００５】
目標衛星の軌道位置が他の静止衛星に極めて接近している場合、アンテナは、１つまたは２つの受信機ヘッドによって、様々な衛星からの放出をピック・アップすることができるが、約１０°以上デポイントされた衛星からの複数ビームの受信をユーザが希望する場合、手動または自動手段のいずれかによって反射器を回転させ、選択した衛星に向けなければならない。したがって、この反射器タイプのアンテナでは、同時に複数の衛星から受信することはできない。
【０００６】
通常、多重衛星受信用アンテナは、放物線状または球形トーラス形態の反射器を有している。この種の反射器は、任意の特定方向からの照射を受ける反射器部分が極めて狭いため、効率が悪く、せいぜい２４％である。この反射器前面の受信機一次ソースの走査容量は、反射器の表面積を広くすることによってのみ増加させることができるが、それには相当なコスト増が伴うことになる。
【０００７】
米国特許第５，１４０，３３７号に、軸が方位面に対して対称に傾斜した２つの同一放物線から推測される断面を有する、実質的に円筒状の凹面反射表面を有する開口効率の高いアンテナ反射器が記述されている。また、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｐ．Ｃｒａｉｇ、Ｃａｒｅｙ  Ｍ．ＲａｐｐａｐｏｒｔおよびＪｅｆｆｒｅｙ  Ｓ．Ｍａｓｏｎ著による、「Ａ  Ｈｉｇｈ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｗｉｄｅ−Ａｎｇｌｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｏｆｆｓｅｔ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１１，ｐａｇｅｓ  １４８１−１４９０，１９９３年１１月）という名称の論文も、２つの傾斜した対称放物線から引き出される反射器の反射表面に関するが、この場合、トーラス部分が形成されている。同じ発明者であるＣａｒｅｙ  Ｍ．Ｒａｐｐａｐｏｒｔによる米国特許第５，１７５，５６２号に、−３０°〜＋３０°の広い視野を保証する効率の高いオフセット・アンテナが開示されており、そのアンテナの反射器の凹面反射表面は、アンテナの照準軸に対して対称に傾斜した軸を有する２つの同一放物線から推測され、６次の多項式によって画定されている。
【０００８】
しかし、これらの反射器はその焦点距離が長すぎるため、上記反射器の幾何学は、個々の受信に対して満足すべきものではない。これらの反射器は、極端に指向性の強い、直径の大きい受信機一次ソースを必要とし、そのためにアンテナの全体サイズが大きくなり、また、連続するビーム間の放射の角度分離が６°より大きくなっている。
【０００９】
欧州特許出願第０，７００，１１８号に、波長の関数である放物面の軸に平行する点レベルの線形変化による所定放物面の一部から推測される、連続凹面反射器反射表面が開示されている。
【００１０】
実際に、上記反射表面は、放物面の焦点に対して数１０°デポイントされた放射方向に対する利得が比較的小さくなっている。
【００１１】
本発明の目的は、５０°程度の広い開口中に置かれた複数の一次ソースを用いて、互いに強くデポイントされた衛星からの複数のビームを同時に受信するための、指向性が安定した、数度程度の比較的角度分離の小さい、したがって、上で参照した従来技術による反射器より４０％〜５０％程度、開口効率が高い、最適式公式化アルゴリズムによって単一放物面から推測される反射表面を有する固定アンテナ反射器を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、反射表面を最適化することにより、ビームが静止衛星軌道を追跡する際に、高度に非対称の副ローブを生成することなく、アンテナの視野全体の平均効率を改善することである。
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、前述の欧州特許出願第０，７００，１１８号と同様、修正表面の式を追加することによって、焦点およびオフセット角を有するオフセット放物面の式から反射表面の式が推測される連続凹面反射表面を有し、かつ、該反射表面が上記放物面の対称焦点面の周りに対称である、電気通信衛星ビームのための反射器を備えたアンテナに関する。上記の目的によれば、修正表面の式は、放物面の対称軸に垂直の軸に対する２つの座標における二次多項式、および特に対称焦点面に垂直の平面上への反射表面上の任意のポイントの投射と、Ｎを２以上の整数として、上記垂直平面に延びかつ対称焦点面によって範囲が定められる格子のＮ（２Ｎ−１）個の制御ポイントとの間の距離によって決まる合計Ｎ（２Ｎ−１）個の項を含んでいる。
【００１４】
詳細な説明で分かるように、修正表面の式のほとんどの項は、放物面の焦点と反射表面の中心の間の焦点距離によって決まる係数、および反射器の視野の関数である無次元パラメータを有している。該無次元パラメータの値は０．５５程度の値であり、視野の調整を可能にしている。
本発明の好ましい実施形態によれば、修正表面の式は、
【数２】
0004207390.tif 000002
ri(x,y)=[(y-γ.f'.yi)2+(x-γ.f'.xi)2+(x+γ.f'.xi)2]1/2
であり、
ｘ、ｙおよびｚは、反射表面上の任意のポイントの座標であり、ｘｉ、ｙｉは、上記垂直平面中の格子の制御ポイントの座標であり、ａｉおよびｂ１〜ｂ４は、予め定められる係数であり、γは無次元パラメータであり、ｆ’は、放物面の焦点と反射表面の中心との間の焦点距離である。
【００１５】
アンテナの緯度が３０°〜６０°の場合、放物面の焦点と反射表面の中心の間の焦点距離は、上記衛星ビームの平均波長の３０倍と４５倍の間、すなわち、中心周波数が約１２ＧＨｚの場合、Ｋｕ帯域において約０．７５ｍと１．１ｍの間にあることが好ましく、また、放物面の軸と、焦点と反射表面の中心を結んだ線分との間のオフセット角は、約２０°と約３０°の間にあることが好ましい。
【００１６】
実際には、アンテナはオフセット・タイプであり、通常、反射器の輪郭は、実質的に円形、楕円形または長方形である。アンテナの大きさは、１立方メートル以内である。
【００１７】
本発明の他の目的は、非赤道領域では直線状ではない静止軌道内の衛星に向けての反射器からの反射により、比較的単純な、したがって低コスト設計の、容易かつ正確な一次ソースのポインティングを保証する一次ソース・サポートを提供することである。
【００１８】
サポートは、反射表面の中心に向かって配向した一次ソースを支持している。サポートは、角度約５０°以内であることが好ましい円弧形状を有することができる。サポートは、放物面の焦点を含まないサポート面内に、対称焦点面中のソースの位相中心が実質的に放物面の焦点と一致するように位置決めされている。サポート面の放物面の軸に対する傾きは、放物面軸と、放物面焦点と反射表面の中心を結んだ線分との間のオフセット角より大きくなっている。この傾きがサポートの位置を調節し、したがって、アンテナの緯度の関数としてソースの位置を調節している。詳細には、サポート面の傾きは、オフセット角の対数関数とアンテナの緯度の一次関数で決まる。サポート面の傾きとオフセット角の差は、アンテナの緯度が３０°〜６０°の場合、約１０°〜約２０°である。
【００１９】
サポートの半径は、放物面の焦点と反射表面の中心の間の焦点距離に比例し、かつ、サポート面の傾きとオフセット角の三角関数によって決まる。
【００２０】
サポートは、サポート面の傾きを正確に選択するために、サポート端部を通り、かつ、反射器の中心を含む放物面の焦点面に垂直の、反射器に対して固定された軸の周りを回転するように取り付けられる。
【００２１】
現在、ステーションの緯度の関数としてのソースの位置調整を必要としない多重ビーム・アンテナは存在していない。本発明によるサポートの前述の特徴、特に、選択されたサポート半径およびサポート配向により、ソースの側方変位に対するあらゆる横方向調整が不要になり、それによりビームを静止軌道へ向ける操作が単純化され、アンテナ取付けの人間工学が著しく改善されている。したがって、従来技術とは著しく異なり、本発明による反射器タイプのアンテナにより、アンテナが設置される緯度に無関係に、ビームを静止軌道に向ける際の誤差が最小化される。
【００２２】
本発明はさらに、極めて接近した衛星からの、有効な干渉のないビームをピック・アップするための、５０°を超える角度範囲に及ぶ優れた受信有効範囲の実現に寄与する、角度放射分離が約３°以下の少なくとも２つの一次ソースに関する。
【００２３】
第１の実施形態によれば、少なくとも１つのホーン一次ソースが円筒状後部セクションを有し、切頭円錐状中間セクションの大きい方の基底の直径が、実質的に上記後部セクションの平均径の２倍未満であり、切頭円錐状前部セクションの長さが、実質的に上記中間セクションの長さの２倍より長く、かつ、大きい方の基底の直径が、実質的に上記後部セクションの平均径の２倍に等しくなっている。
【００２４】
ホーン一次ソースの指向性は、該ホーン一次ソースが、切頭円錐状前部セクションの大きい方の基底の周囲に位置し、実質的に前部セクションの大きい方の基底の直径の１／８に等しい幅を有し、かつ内縁部より長い外縁部によって範囲が定められた面溝を有するホーン一次ソースを包含する場合、改善される。
【００２５】
第２の実施形態によれば、少なくとも１つの誘電体キャンドル一次ソースを備えている。この誘電体キャンドルソースは、長さが実質的に同一で、直径が、約３／４〜９／１６および約１／２〜約２／３の比率で、誘電体キャンドルソースの後端部から前端部へ向かってセクションからセクションへ順次減少する、第１、第２および第３の円筒状セクションを有する誘電体キャンドルを包含している。他の実施形態では、誘電体キャンドルソースは、長さが実質的に第１のセクションの最小長さの１／２に等しく、直径が第１のセクションの直径未満で、かつ、互いの比率が実質的に２／３〜実質的に７／８である第１の円筒状セクション、第２の円筒状セクションおよび第３の円筒状セクションを有する誘電体キャンドル、および長さが実質的に第１のセクションの最小長さの１／３に等しく、直径が第３のセクションの直径未満で、かつ、セクション間の比率が実質的に３／４〜７／８である第４、第５および第６のセクションを有する誘電体キャンドルを包含している。
【００２６】
また、キャンドル一次ソースは、誘電体キャンドルの第１のセクションの大きい方の直径の周りに部分的に延びた、幅の長さが第１のセクションの直径の約１／８〜約１／６で、かつ、内縁部より長い外縁部によって範囲が定められた金属溝を包含することもできる。
【００２７】
本発明のその他の特徴および利点は、対応する添付の図面に示す本発明の好ましいいくつかの実施形態に対する以下の個々の説明から明らかになるであろう。
【００２８】
以下で記述する本発明による電気通信アンテナは、赤道に近い静止電気通信衛星軌道から伝送される電気通信ビームを受信するために、例えば１ＧＨｚを超える搬送周波数帯域、詳細には約１０．５ＧＨｚ〜約１４．５ＧＨｚで機能するように設計されている。受信機アンテナの部品の寸法は、以下、衛星から伝送される搬送周波数を含む有効周波数帯域の中心周波数に対応する、予め定められた平均波長λに対して与えられる寸法である。通常、その平均波長は２．５ｃｍであり、１２ＧＨｚの中心搬送周波数に対応している。
【００２９】
図１および図２を参照すると、本発明によるアンテナは本質的に、固定反射器１、複数のマイクロ波一次ソース２およびソース・サポート３を包含している。マイクロ波一次ソース２は、サポート３上に、焦点Ｆの近傍を通過する実質的に円形の焦線で形成される平面に沿って、該焦線に対して横方向に、反射器１の凹面反射表面１１に対向して配置されている。マイクロ波一次ソース２は、アンテナの有効範囲角２αｍａｘがせいぜい５０度程度、つまりビームの最大デポイントが約±２５°以内の静止軌道中の、せいぜい数度、通常約３度しか互いに離れていない電気通信衛星すなわち同報通信衛星からのビームを同時に受信する。例えば、せいぜい１５個程度の一次ソース２が、アンテナの地球上の位置に対するそれぞれ１５個の衛星の位置に基づいて、サポート３上に配置されている。
【００３０】
反射器１の表面および輪郭、およびソース・サポート３の幾何学は、同報通信衛星ビームの標準統制受信に従うように設計されている。詳細には、反射器の最大寸法は１ｍ未満である。
【００３１】
反射器１の凹面反射表面１１の幾何学は、
ｚ（ｘ，ｙ）＝ｚｐ（ｘ，ｙ）＋ｚｃ（ｘ，ｙ）
に示す、軸系（Ｃ，ｘ，ｙ，ｚ）における数学式で与えられる。
【００３２】
上式に従う反射器は、対称水平軸ＯＺおよび焦点Ｆを有する円形断面放物面から引き出される初期放物面反射器に修正表面ｚｃ（ｘ，ｙ）を加追することによって得られる。Ｘ＝ｘ、Ｙ≒ｙ−ｆ’ｓｉｎθ、およびＺ＝ｚ＋ｆ−ｆ’ｃｏｓθになるように、軸系を（Ｏ，Ｘ，Ｙ，Ｚ）からＣ（ｘ，ｙ，ｚ）に変更すると、放物面の式は、
【数３】
0004207390.tif 000003
に示すように、オフセット放物面式の形で表される。
【００３３】
ｆは、一次軸系（Ｏ，Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点に一致する、初期放物面の頂点Ｏと、放物面および反射器１の幾何学焦点Ｆとの間の幾何学焦点距離であり、ｆ’は、反射器開口の中心Ｃと反射器の幾何学焦点Ｆの間の反射器等価焦点距離である。θは、放物面の軸ＯＺと平行の反射器光学軸Ｃｚと、等価焦点距離である線分ＣＦとの間の反射器オフセット角を表している。焦点距離ｆおよびｆ’の関係は、下記の式
【数４】
0004207390.tif 000004
で与えられる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態では、７５０ｍｍ≦ｆ’≦１．１ｍであり、典型的にはｆ’＝９４０ｍｍである。また、２０°≦θ≦３０°であり、典型的にはθ＝２５．２°である。
【００３５】
図３は、放物面に対する修正表面ｚｃ（ｘ，ｙ）の幾何学を示したものである。この幾何学は、薄板のたわみを表すための力学で日常的に使用される、多項式パラメータ曲線（「スプライン」）の弧の補間に基づく数学式によって表される。
【００３６】
反射表面１１は、エレベーション面ｙＣｚの周りに対称であり、対称焦点面ｙＣｚによって範囲が定められる反射器開口の一方の半平面ｘＣｚ中の長方形メッシュの一定格子上に配列される補間制御ポイントによって画定される。制御ポイントの数は、Ｎを２以上の整数として、軸系ｘＣｙにおける象限当たりＮ×Ｎ個である。例えば図４および図５は、それぞれＮ＝３およびＮ＝４の格子を示している。制御ポイントの総数Ｉは、Ｎ（２Ｎ−１）である。
【００３７】
修正表面の式には、Ｉ＋４個の係数ａ１〜ａＩおよびｂ１〜ｂ４、および等価焦点距離ｆ’に対する補間領域の正規幅を表す無次元パラメータγが含まれている。修正表面の式は、以下の形態
【数５】
0004207390.tif 000005
ri(x,y)=[(y-γ.f'.yi)2+(x-γ.f'.xi)2+(x+γ.f'.xi)2]1/2
をとる。
【００３８】
変数ｒｉ（ｘ，ｙ）は、平面ｘＣｙ上への座標（ｘ，ｙ）を有する反射表面１１上の任意のポイントの投射と、積γｆ’以内のＮ（２Ｎ−１）個の格子制御ポイントのうちの１個の（γ．ｆ．ｘｉ，γ．ｆ’．ｙｉ）の投射との間の距離、（ｙ−γ．ｆ’．ｙｉ）２＋（ｘ−γ．ｆ’．ｘｉ）２の関数である。
【００３９】
修正表面ｚｃ（ｘ，ｙ）のＩ＋４個の係数は、制御ポイントのレベルｚｉに基づいて、Ｉ＋４個の式の線系を解くことによって計算される。レベルｚｉは、以下に示す２つの個別ステップによって得られる未知数である。
【００４０】
第１のステップにおいて、無非点収差（ｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）および不遊性（ａｐｌａｎａｔｉｓｍ）などの収差のテイラー級数への分解に基づく解析公式を用いて、ｚｉの近似値が計算される。テイラー級数は、レベルｚを十分な精度で決定するための六次級数である。修正表面に対して得られる式は、対称面ｙＣｚに対して、円形サポート３に沿って最もオフセットした、座標（ｘＥ，ｙＥ，ｚＥ）を有する端部一次ソース２Ｅの位置の関数として、また、図１に示すように、端部ソースをデフォーカスしている角度に等しいアンテナ最大開口角αｍａｘの関数としてパラメータ化することができる。その式は、
【数６】
0004207390.tif 000006
で表される。
【００４１】
係数ａｎ，ｍ，ｐは、（ｘＥ，ｙＥ，ｚＥ）の関数として多項式の形で表され、αｍａｘ、および対（ｘｉ，ｙｉ）に関連するｚｉ値は、式Ｐ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）＝０の実根および物理根のみを求めることによって得られる。
【００４２】
上記式の解は、非最適近似解でしかない。
【００４３】
第２のステップにおいて、第１のステップで計算されたポイント（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）から、前述の二次多項式ｚｃ（ｘ，ｙ）の形で一次表面が生成される。傾斜法に結合された遺伝的アルゴリズムに基づく混成最適化プロセスにより、以下に列記する条件を同時に満足するように、レベルｚｉの値が調整され、かつ、最適化される。
−反射器の視野全体に渡る指向性の安定化
−線図などの標準化された無線ビーム特性への適合
−すべてのビーム、詳細には、±αｍａｘだけデフォーカスされた２つの端部ソースに対応するビームと、α＝０で焦点Ｆの中心に置かれた中央ソース２Ｆに対応するビームの３つのビームの静止軌道へ向けた正確なポインティング
−有効周波数帯域全体に渡る性能、特に、端部ソースおよび中央ソースに対する利得の安定化
【００４４】
数十回の連続反復の後、修正表面ｚｃ（ｘ，ｙ）の式の係数が推測される。
【００４５】
アンテナの有効範囲の角度範囲は、反射表面ファミリを画定するパラメータγによって決まるため、本発明は、類似した形状および実質的に同一の無線性能を有する一組の反射表面を扱っている。γの値が大きくなると反射器の視野が狭くなり、γがほぼ０．６５を超えると、放物面反射器の性能が徐々に向上する。γの値が小さくなると反射器の視野が広くなり、約０．５のしきい値より小さくなると、反射器の平均効率が極端に悪くなり、中央ビームと最もオフセットの大きい端部ビームの間の指向性誤差が大きくなる。約５０度の有効範囲２αｍａｘを保証するためのγの推奨値は、０．５４または０．５５に近い値である。
【００４６】
例えば、反射器１の反射表面１１の式に含まれる、修正表面ｚｃ（ｘ，ｙ）を画定する式の特定の係数を、Ｎ＝４およびＩ＝２８の場合について、下表に示す。
【表１】
0004207390.tif 000007
【００４７】
平面ｘＣｙ上への軸Ｃｚに沿った投射を図６に示すが、反射器の反射表面１１の輪郭は必ずしも円形または楕円形である必要はない。通常、反射表面の輪郭は、
【数７】
0004207390.tif 000008
に示すカルテシアン式を有する「超二次」形状である。
【００４８】
Ａは、方位軸ｘに沿った反射器の半軸を表し、Ｂは、反射器のオフセット方向のエレベーション軸ｙに沿った反射器の半軸を表し、ｖは、以下で定義する正の実数である。図４および図５を参照すると、反射器開口の最大寸法２Ａは、値が２γｆ’である正方形の一辺（典型値は約１０３．５ｃｍ）より短くなっている。
【００４９】
この曲線を画定するパラメータは、反射器全体の大きさを最小にし、かつ、比率（等価焦点距離ｆ’／最大寸法２Ａ）を１未満の値に維持するために最適化される。それらの個々の値を、一例として以下に示す。
Ａ／λ≦２０
１．３≦Ａ／Ｂ≦１．４
１．０≦ｖ≦３
λは、周波数帯域の中心周波数に対応する波長である。
【００５０】
パラメータＡおよびｖは、反射器１が個別衛星受信機アンテナの設置に関する国家規則を遵守するように選択される。つまり、仏国におけるＫｕ帯域の場合、最大寸法２Ａは９８ｃｍ未満である。また、これらのパラメータを用いて、意図するアプリケーションに応じた反射器の面積、すなわち利得が調整される。
【００５１】
しかし、反射表面の輪郭の形状は、その形状を著しく改変し、反射器の性能を損なうことなく美観を改善することができる。
【００５２】
第１の実施形態では、一次ソース２の各々は、図７および図９に示すように、円筒状後部セクション２１を有するホーン、切頭円錐状中間セクション２２、切頭円錐状前部セクション２３および円形面溝２４を包含している。
【００５３】
ホーン２の好ましい一実施形態の正確な幾何学寸法を図９の横断面図に示す。寸法はすべて有効周波数帯域の中心周波数に対応する波長λに正規化されている。
【００５４】
典型的には１．６７λに等しいＬ１が、切頭円錐状中間セクション２１の最小長さを表している場合、他の２つのセクション２２および２３の長さＬ２およびＬ３は、実質的にＬ１／２より長く、かつ、実質的にＬ１より長くなる。つまり、Ｌ３は実質的に２Ｌ２に等しくなる。典型的には０．７λに等しい、３つのショルダーによって中間セクション２２の小さい方の基底から分離されている後部セクション２１の平均径Ｄ１に対して、切頭円錐状セクション２２および２３の大きい方の基底の直径Ｄ２およびＤ３は、一方は実質的に２Ｄ１より小さく、他方は実質的に２Ｄ１より大きくなっている。
【００５５】
溝２４は、切頭円錐状前部セクション２３の大きい方の基底の周囲にあり、切頭円錐状前部セクションと整合している。溝２４は、ホーンの出口で波面を平坦にし、それにより、ホーンの平均利得が１５ｄＢｉ程度である約４ＧＨｚの帯域幅に対する指向性を改善している。溝２４は、Ｌ２〜１．５（Ｌ２）の長さＬ４の外縁部２４１、および実質的にＬ２／２より短い長さＬ５の内縁部２４２を有している。外径Ｄ４＝２．０５λは実質的に３Ｄ１に等しく、つまり、溝の幅は実質的にＤ４／８に等しく、また、内径は実質的にＤ３、すなわち１．６２λに等しくなっている。
【００５６】
無線性能が従来のホーンと同じである場合、本発明によるホーン２の内部プロファイルにより、ホーンがよりコンパクトになり、１未満の低反射器比率ｆ’／２Ａを保証することにより、連続するビーム間の角度分離３°が実現される。また、このプロファイルにより、ホーンの成形費が最小化される。
【００５７】
第２の実施形態では、一次ソースは、「キャンドル」あるいは「葉巻たばこ型」と呼ばれる誘電体ソース４であり、好ましい一実施例におけるその正確な幾何学寸法を図１０に示す。このキャンドルソース４も、４ＧＨｚ帯域において１５ｄＢｉ程度の平均利得を有しており、反射器の色収差を補償するために、位相中心Ｐ４の変位が、約４ＧＨｚの周波数帯域幅に対して１ｃｍ程度になっている。
【００５８】
キャンドルソース４は、後端部から反射器に対向する前端部に向かってその直径が小さくなる円筒状セクションでできた誘電体「キャンドル」を含んでいる。上記セクションは、モノモード金属ガイド４０の内部に一部が含まれ、かつ、最小長さｌ１≒１．２８λだけ突き出した、直径ｄ１が約０．７λ〜０．８λの後部円筒状セクション４１、直径ｄ２およびｄ３がそれぞれ、ｄ２≒（３／４）ｄ１≒０．６４λ、ｄ３≒（７／８）ｄ２≒０．５６λであり、長さＬ２３が約０．６λに等しい２つの中間円筒状セクション４２および４３、および長さＬ４５６が約（２／３）Ｌ２３≒０．４λに等しく、直径ｄ４、ｄ５およびｄ６がそれぞれ、ｄ４≒（３／４）ｄ２≒０．４８λ、ｄ５≒（２／３）ｄ２≒０．４０λ、ｄ６≒（１／２）ｄ２≒０．３２λである、より薄い３つの前部セクション４４、４５および４６の各セクションである。誘電体の比誘電率は小さく、２に近い値を有している。誘電体は、例えば、微細な独立気泡テクスチャを有する堅い低密度フォームであり、誘電率が１．７〜１．９であることが好ましい。
【００５９】
また、キャンドルソース４は、誘電体キャンドル４７の後部セクションの後部の周囲に延びている金属ガイド４０中に、外径ｄ７≒３／２ｄ１≒１．２λの金属面溝４７を含んでいる。溝４７の外部寸法４７１の長さは、溝の内部寸法４７２の長さＬ８≒ｌ１／４≒０．３２λより長いＬ７≒ｌ１／２≒０．５６λである。したがって溝の幅は、約（１／８）ｄ１〜約（１／６）ｄ１である。
【００６０】
他の実施形態では、導波管４０は、その全体に誘電体が充填されているか、あるいは、誘電体キャンドルから空の導波管への移行をもたらすための、長さ１．５λ〜２．５λのインピーダンス整合コーン４８を有している。
【００６１】
ホーン一次ソース２と比較すると、焦点距離ｆまたはｆ’が同一の場合、キャンドルソース４は、その直径が少なくとも２５％小さく、したがって約２°のビーム角度分離を提供することができる。ビームの角度分離が同一であれば、一次ソースがキャンドルソースであり、その導波管４０を充填している誘電体の誘電率および損失が小さい場合、反射器の焦点距離ｆまたはｆ’は約２０％短くなる。
【００６２】
サポート３は環状管であり、その円弧軸ＳＳの中心ＣＳは、図１１に示すように、反射表面１１の中心Ｃから離れている。円弧軸ＳＳは、反射器の焦点Ｆのかなり下側を通っており、また、図１および図１１に示すように、水平面ＸＯＺに対する傾きβがアンテナの緯度Ｌによって決まる平面ＰＳ中に置かれている。焦点Ｆに反射器の対称垂直平面ｙＣｚ中の中央一次ソース２Ｆの位相中心Ｐ２（または図１０のＰ４）が正確に位置決めされている。
【００６３】
傾きβと反射器のオフセット角θはそれぞれ別の角度であり、傾きβは、オフセット角θおよびアンテナの緯度Ｌの関数として
【数８】
0004207390.tif 000009
に示す対数則によって表される。Ｌおよびθは、度で表される角である。
【００６４】
円形サポート３の軸半径Ｒは、
【数９】
0004207390.tif 000010
に示す式から推測される。
【００６５】
サポートの半径Ｒは、約１ｍ〜約１．２ｍであることが好ましく、また、傾きβは、オフセット角θが２５°の場合、約３５°〜約４０°であることが好ましい。例えば、緯度Ｌ＝４５°の場合、傾きβは３８．３°であり、半径Ｒは１．１ｍである。
【００６６】
サポート面ＰＳと焦点面ｘＣＦを隔てている傾きβは、サポート上に取り付けられている一次ソース２、４を、目標衛星の静止軌道に対応する焦線に沿って最適に方向付けすることができるよう（図１３参照）、アンテナの緯度Ｌに基づいて選択される。傾きβは、図１２に示すように、サポート３をアーム３０の第１の端部３１の周りに回転させることにより、±５°の範囲内で調整される。
【００６７】
例えば、サポート３は、断面が２０ｍｍの軽金属管を円形形状に彎曲させたものである。サポート３は、２本のクランク状サイド・アーム３０によって、反射器１に対して固定されている。アーム３０は、サポート端に間接接合された第１の端部３１（図１２）、および反射器の凸面状後面に固定されたブラケット中に入れ子にされた第２の端部３２（図１１）を有している。
【００６８】
サポート３には、一定の間隔を隔てて直径方向の孔３３が穿たれており、図７に示すように、その孔を通して、一次ソース２または４のクランク状固定カラー３４が選択的に固定される。各固定カラーは、一次ソース２、４の後部導波管２１および４０にクランプされ、また、サポート３を受け入れるための半円筒状の底部を有する溝３５を備えている。直径方向に対向する２つの長手方向スライドウェイ３６が、溝３５の側面に設けられており、一次ソース・サポート中の上記孔３３を通してねじ付きクランプ・ロッド３７を受け入れ、それによりサポート３上を、一次ソース２、４を有するカラー３４を滑らせ、静止軌道に連続的に向くように一次ソースを配置することができる。
【００６９】
固定カラー３４は、一次ソースを反射器の中心Ｃに向けるために、図２および図１２に示すように、β−θの角度でサポートの対称面ＰＳに配向している。角度β−θは、サポートに沿った一次ソースの横方向の変位に関係なく一定であり、約１０°〜約２０°である。アンテナの緯度Ｌが４５°の場合、角度β−θは１３．１°である。
【００７０】
３０°〜６０°以外の緯度にアンテナを設置する場合、サポート３の面ＰＳの傾きβは、赤道に近い領域から北極に近い領域まで、３５°〜５５°である。逆方向に対しては、オフセット角に等しい角度差β−（β−θ）＝θが２０°〜３０°になるように、角度β−θが変更される。
【００７１】
一次ソース２、４のサポート３の幾何学が劇的に単純化され、それによりコストが低減され、また、所望衛星に対する迅速かつ簡単な方向付けにより、一次ソースの設置が容易になっている。この本質的な特性は、一組の係数ａｉおよびｂｉを変化させることにより、サポートの幾何学を画定するために使用するパラメータβ−θ、βおよびＲを極めて固有に選択することによってのみ得ることができるが、米国特許第５，２８３，５９１号および仏国特許第２  ７０１  １６９号に記載されているような他の種類のサポートを使用することも可能である。
【００７２】
図１３は、静止衛星に向けられる本発明によるアンテナの利点を、レベル線によって表され、かつ、平均緯度４５°に設置されたアンテナのサポート３上に並置された９つの一次ソース２、４によって受信することができる、静止軌道に沿って配置された衛星からの９つの電波ビームに対応する９つの放射線図ＤＲ１〜ＤＲ９によって説明したものである。
【００７３】
ビーム間の分離ＳＡは約３°であり、各ビームの最大は、角度範囲５５°（［−２７．５°，＋２７．５°］）を超える範囲に渡って、静止軌道ＯＧに完全に一致している。アンテナが赤道ＥＱから遥かに離れた領域に設置される場合、ビームは一列に揃わない。赤道ＥＱからの距離を無視することができないため、これらの補正を考慮することは不可欠であるが、一次ソースをポインティングするための単一自由度を確保しなければならない。本発明の好ましい実施形態を構成しているアンテナは、一次ソースのポインティングにエレベーション調整、すなわち角度β−θまたは角度βの調整を追加する必要なく、４５°近辺の緯度、すなわち約３０°〜６０°の緯度で動作するように設計されている。
【００７４】
アンテナは、以下に列挙する各項目によって区別される。
−反射器およびサポートの特定の形態により、サポートに沿った一次ソースの単純な導波並進運動により、エレベーション調整を追加することなく（一自由度のみで）、静止軌道上における非整列ビームの精確な追跡の可能性が提供される。
−アンテナの焦線が簡略化されている。現在、アンテナの焦線は完全な平面であるか、または完全な円である。
−小型反射器、すなわち、焦点距離／直径の比率が１未満の反射器を用いて、特にその小型性および特定一次ソースの指向性によって得られる、連続するビーム間の角度分離が、ホーンソース２の場合、約３°、キャンドルソース４の場合、約２°である。
−各ビームの放射特性が標準化同極性仕様および標準化逆極性仕様を遵守する。
−５０°を超える走査角度範囲に対して、４５％程度の高アンテナ平均効率が維持される。
−帯域幅が極めて広く、３５％（１０．５ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚ）程度である。
−アンテナの幾何学寸法は、１ｍ３以内である。
−ポーラ・マウントを用いたポジショナを有するアンテナと互換性がある。
【００７５】
本発明によるアンテナは、Ｋｕ帯域における多重衛星受信以外の目的で使用するために複製することができる。アンテナのすべての寸法が周波数の関数としてパラメータ化されているため、本発明の分野を多重媒体アプリケーションに拡張することができる。
【００７６】
本発明によるアンテナは、
−静止軌道中の衛星からの複数のビームの受信用として、
−静止軌道からの受信用、および／または、静止軌道への伝送用として、
使用することができ、また、
−例えばマイクロ波ヘッドを動かすための、仏国特許出願第２，６８５，１３１号および欧州特許出願第０，７００，１１８号に記載されているような、反射器前部の単一の一次ソースの電気駆動変位装置と共に
使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるアンテナの斜視図である。
【図２】  初期放物面の軸系に対する本発明による反射器の側面図である。
【図３】  反射器の式を特徴付ける修正表面の初期放物面に対する斜視図である。
【図４】  反射器の反射表面を補間するための制御ポイントの対称格子の例を示すグラフである。
【図５】  反射器の反射表面を補間するための制御ポイントの対称格子の他の例を示すグラフである。
【図６】  好ましい輪郭を有する反射器の反射表面の正面図である。
【図７】  固定カラーを有するホーン形態の一次ソースの第１の実施形態の側面図である。
【図８】  固定カラーの斜視図である。
【図９】  ホーン一次ソースの軸方向の断面図である。
【図１０】  キャンドル形態の一次ソースの第２の実施形態を示す図である。
【図１１】  アンテナの一次ソース・サポートが展開する平面を示す略斜視図である。
【図１２】  両端部の周りに回転するように取り付けられたサポートの斜視図である。
【図１３】  本発明によるアンテナの一次ソースによってピック・アップされた電波ビームの放射線図である。
【図１】
0004207390.tif 000012
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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