(57)【要約】【解決手段】本発明に係るアンテナの典型的な実施形態は、各々が自己焦点リング型の幾何学性を有する副反射鏡と主反射鏡とを利用する。アンテナは、第１および主反射鏡の間において、アンテナ軸の中心に配置された送信信号供給装置と共働して、副反射鏡へ無線信号を放射する。副反射鏡は、アンテナによって放射されるビームパターンを形成するために電波を次に反射する主反射鏡へ向かって電波を反射する。副反射鏡の反射面は、軸方向に変位させた楕円の一部を、アンテナ軸の周りに回転させることよって形成される。主反射鏡の反射面は、アンテナ軸から凹面状に傾斜して延びる反射面を形成するために、アンテナ軸のまわりに回転させた放物線の断片によって規定される。アンテナの実施形態は、２．２５：１の周波数帯比で動作する選択可能なビームピークを有する広域有効範囲の円錐ビームを提供し、実質的なイソフラックスビーム密度を提供する。【選択図】  図２
2016532335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を送受信するためのアンテナであって：
アンテナ軸と平行ではない長軸を有する楕円の一部によって規定される楕円体である副反射鏡であって、前記楕円の一部がアンテナ軸を含む平面内に位置し、前記楕円の一部がアンテナ軸の周りを垂直に回転して副反射鏡の第１の反射面を規定し、アンテナ軸にセンタリングされた信号供給システムと対面し且つ共働する第１の反射面を有するアンテナの軸上に、副反射鏡の中心が位置し、それによって、供給システムの遠位端からの電波を第１の反射面に衝突させ、および、アンテナによって受信された信号を第１の反射面から供給システムの遠位端へ反射させる副反射鏡と；
アンテナ軸を含む平面内に位置する放物線の一部によって規定される主反射鏡であって、前記放物線の一部がアンテナ軸の周りに垂直に回転されて第２の反射面を形成し、前記主反射鏡は、副反射鏡の第１の反射面に対面する第２の反射面を有するアンテナ軸上に位置する中心を有し、それによって、第１の反射面から反射された電波を、次にこの電波を反射してアンテナから送信される電波を生成する第２の反射面に衝突させ、アンテナによって受信された電波を主反射鏡の第２の反射面に衝突させるとともに、次にこの電波を供給システムの遠位端へ反射する第１の反射面へ反射させる主反射鏡と；
を含み、
前記アンテナは、アンテナ軸に対して４５度と９０度との間の選択可能なビームピークを備える広域有効範囲の円錐ビームの信号パターンを生成する、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記広域有効範囲の円錐ビームは、実質的にイソフラックスパターンである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
選択されるビームピークが、ギガヘルツ周波数において、少なくとも２．２５から１の帯域幅比に維持される、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
選択されるビームピークが、ギガヘルツ周波数において、少なくとも４．５から１の帯域幅比に維持される、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項５】
選択されるビームピークが、副反射鏡および主反射鏡の変化を伴わずに、２０ギガヘルツと４５ギガヘルツとの間のすべての周波数に維持される、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項６】
第１のパラメータは、前記放物線の一部、したがって主反射鏡の第２の反射面を規定するとともに、第１の距離は、主反射鏡の中心と供給システムの遠位端との間であり、前記第１のパラメータの数値は前記第１の距離の数値とともに、対応するアンテナのビームピークを決定し、副反射鏡の第１の反射面は変化しない、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
少なくとも１１０度のビームピークが、支持構造からの干渉を受けることなく、主反射鏡から送信及び／又は受信されるのを可能にするように、主反射鏡の遠位端を前記支持構造から十分に離れた距離に保持して、アンテナを支持構造に取り付けるために主反射鏡に固定されたブラケットをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記楕円は、アンテナ軸上の１つの焦点と、この１つの焦点から約０．８インチに位置するもう１つの焦点とを有し、前記楕円の長軸は、アンテナ軸に対して約２５度の角度を有し、前記楕円の一部は、アンテナ軸の周りに垂直に回転され、楕円とアンテナ軸との交点からアンテナ軸に対し垂直方向に１．４インチの距離まで伸びる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
主反射鏡の中心に隣接する主反射鏡の断片は、アンテナ軸に対し実質的に垂直な平面を形成するために切断され、
前記断片は、供給システムの遠位端が副反射鏡と前記断片との間に位置するように、少なくとも供給システムの一部が通過する開口部を規定する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
アンテナ軸にセンタリングされた遠位端を有する信号供給システムを備えるアンテナシステムにおけるアンテナであって、送信される電波が信号供給システムの遠位端からアンテナへ放射され、受信される電波がアンテナから信号供給システムの遠位端へ反射され、
前記アンテナは、
アンテナ軸に対し平行でない長軸を有する楕円の一部によって規定された楕円体である副反射鏡であって、前記楕円の一部がアンテナ軸を含む平面内に位置し、前記楕円の一部がアンテナ軸の周りに垂直に回転して副反射鏡の第１の反射面を規定し、信号供給システムの遠位端に面する第１の反射面を有するアンテナ軸上に、副反射鏡の中心が位置し、それによって、供給システムの遠位端からの電波は第１の反射面に衝突するとともに、アンテナによって受信された信号は第１の反射面から供給システムの遠位端へ反射される副反射鏡と；
アンテナ軸を含む平面内に位置する放物線の一部によって規定される主反射鏡であって、前記放物線の一部がアンテナ軸のまわりに垂直に回転して第２の反射面を形成し、前記主反射鏡は、副反射鏡の第１の反射面に面する第２の反射面を有するアンテナ軸上に位置する中心を有し、それによって、第１の反射面から反射された電波を、送信される電波を形成するために次に電波を反射する第２の反射面に衝突させ、アンテナによって受信された電波を、主反射鏡の第２の反射面に衝突させ、供給システムの遠位端へ電波を次に反射する第１の反射面へ反射させる主反射鏡と；
を含み、
副反射鏡および主反射鏡は、アンテナ軸に対して４５度と９０度の間の選択可能なビームピークを有する広域有効範囲の円錐ビームの信号パターンを生成することを特徴とするアンテナ。
【請求項１１】
広域有効範囲の円錐ビームは、実質的にイソフラックスパターンである、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
選択されたビームピークが、ギガヘルツ周波数で少なくとも２．２５から１の帯域幅比で維持される、請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
選択されたビームピークが、ギガヘルツ周波数で少なくとも４．５から１の帯域幅比で維持される、請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
選択されるビームピークが、副反射鏡および主反射鏡に対する変化を伴わずに、２０ギガヘルツと４５ギガヘルツとの間のすべての周波数に維持される、請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１５】
第１のパラメータは、前記放物線の一部、したがって主反射鏡の第２の反射面を規定し、および、第１の距離は、主反射鏡の中心と供給システムの遠位端との間であり、前記第１のパラメータの数値は前記第１の距離の数値とともに、対応するアンテナのビームピークを決定し、副反射鏡の第１の反射面を変化させない、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１６】
少なくとも１１０度のビームピークが、支持構造からの干渉を受けることなく、主反射鏡から送信又は受信されるのを可能にするように、主反射鏡の遠位端を前記支持構造から十分に離れた距離に保持して、アンテナを支持構造に取り付けるために主反射鏡に固定されたブラケットをさらに含む、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記楕円は、アンテナ軸上の１つの焦点と、この１つの焦点から約０．８インチに位置するもう１つの焦点とを有し、前記楕円の長軸は、アンテナ軸に対して約２５度の角度を有し、前記楕円の一部は、アンテナ軸の周りに垂直に回転され、楕円とアンテナ軸との交点からアンテナ軸に対し垂直方向に１．４インチの距離まで伸びる、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１８】
主反射鏡の中心に隣接する主反射鏡の断片は、アンテナ軸に対し実質的に垂直な平面を形成するために切断され、前記断片は、供給システムの遠位端が副反射鏡と前記断片との間に位置するように、少なくとも供給システムの一部が通過する開口部を規定する、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１９】
多帯域送給アセンブリは、１つ以上の静止衛星および１つ以上の地上局との間での無線信号の送受信用の副反射鏡および主反射鏡の組と共働して使用される、請求項１０に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動可能要素または電子ビームステアリングを使用しない広域有効範囲の円錐状ビームが要望される、航空機や通信用衛星による使用に適したアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なアンテナが、ギガヘルツ周波数での使用に設計されている。１つのそのようなアンテナデザインは、凹面の円錐形リフレクタの中心頂点から距離を置いて配置された、ショートバックファイヤ方式のカップダイポール励振素子を有している。このアンテナデザインは、励振素子を同軸供給装置に一致させるためのバランを利用する。そのような周波数でバランを製作するのは複雑になるかもしれず、温度変化に伴って変化する整合特性を提供する。そのようなアンテナは、２つの帯域が、例えば２０ＧＨｚと４５ＧＨｚのような実質的な周波数の差異によって分離されるデュアルバンド動作を提供することができない。別のアンテナデザインは、平面リフレクタから垂直に延び、限られた帯域幅の有効範囲を提供し、および、そのようなデュアルバンド動作を同様に提供することができない円錐つる巻線アンテナである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
広域有効範囲の円錐ビームを提供することができ、２つの広く分離された周波数帯で動作することができる単一のアンテナに対する必要性が存在する。
【０００４】
本発明の目的は、この必要性を満たすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るアンテナの典型的な実施形態は、副反射鏡および主反射鏡を利用する。このアンテナは、第１の反射鏡と主反射鏡との間でアンテナ軸の中心に配置された、副反射鏡へ向かって無線信号を放射する信号供給装置と共働する。副反射鏡は、アンテナによって放射されるビームパターンを形成するために、次に電波を反射する主反射鏡へ向かって電波を反射する。副反射鏡の反射面は、アンテナ軸の周りに回転させ、軸方向を変位させた楕円の一部によって形成される。
主反射鏡の反射面は、アンテナ軸から離れて凹面状に傾斜する反射面を形成するためにアンテナ軸の周りに回転させた放物線の断片によって規定される。アンテナの実施形態は、帯域幅比率（低域の最低周波数に対する高域の最高周波数の比率として規定される）が２．２５：１以上で動作する、選択可能なビームピークを有する広い有効範囲の円錐ビーム、および、地上の実質的なイソフラックスビーム密度を提供する。円錐形ビームのビームピーク位置は、航空機のための広域網羅監視を可能にするため、アンテナボアサイト軸から９０度まで拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の典型的な実施例の特徴は、詳細説明、請求項、以下に説明する添付図面から明らかになるであろう：
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るアンテナが、地上ターミナルおよび静止衛星との通信用に航空機に設けられた、典型的な通信環境を示す。
【０００８】
【図２】本発明の実施形態に係るアンテナの断面の透視図である。
【０００９】
【図３】縦並びの反射鏡の組によってフィードホーンから自由空間への電波の伝搬に近似させた例示的な幾何学的光学放射線を有する本発明の実施形態に係る典型的なアンテナを示す図である。
【００１０】
【図４】アンテナ軸に対し６２．５°のビームピークを有する本発明の実施形態に係る典型的なアンテナの幾何学的な表示である。
【００１１】
【図５】アンテナ軸に対し９０°のビームピークを有する本発明の実施形態に係る典型的なアンテナの幾何学的な表示である。
【００１２】
【図６】図４および図５に示される典型的なアンテナのアンテナ利得パターンを示すものである。
【００１３】
【図７】２０．７ＧＨｚで動作する典型的なアンテナの計算されたアンテナビームパターンを示すものである。
【図８】４４．５ＧＨｚで動作する典型的なアンテナの計算されたアンテナビームパターンを示すものである。
【００１４】
【図９】本発明の実施形態の使用に適した典型的なデュアルバンド供給アセンブリを図示するブロックダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
典型的なアンテナデザインは、送信モードに関して説明される。しかしながら、アンテナが信号を受信するように機能するのにも、そのことは相互に当てはまる。アンテナによって受信される信号は、アンテナから放射される信号に相対するものとして、アンテナに衝突する電波によって搬送される。たとえアンテナ自体が信号の送受信を両方可能であるとしても、アンテナのための発信システムは同様に、放射されるアンテナに信号を伝達するため、および、コード化された情報を抽出するための検出器に、アンテナから受信した信号を組み合わせるために、対応する周波数帯中で信号を送受信することができなければならない。
【００１６】
図１は、飛行中の航空機１０２に、広域有効範囲の円錐ビームを生成する本発明に係るアンテナ１０４が機体に設けられている状態の、典型的な通信環境１００を示す。本明細書中で使用されるように、広域有効範囲の円錐ビームは、アンテナ軸に対し４５°を超える円形ビームピークを備えた円錐ビームを意味する。１つの実施例における航空機１０２は、アンテナ１０４により受信される無線信号によって搬送される指令および制御情報を復元する受信器を含む無人飛行機でもよい。航空機は、アンテナ１０４から送信される無線信号に基づいて航空機のセンサーおよび回路によって生成される情報およびデータを符号化する発信器も含むであろう。通信衛星１０６は、アンテナ１０４から通信を受信するのに、およびアンテナ１０４へ情報を送信するのに適した補完的周波数を備えたトランシーバを含む。通信衛星１０６は、地球１１０上に位置し、通信衛星１０６との通信を可能にする適切なトランシーバーを同様に含む通信基地局１０８とも信号の送受信を行う。この通信システムは、地表に位置する人が、指令および制御情報を、基地局１０８および衛星１０６によって、航空機１０２へ送ることを可能にする。同様に、そのような人は、航空機１０２からの情報およびデータを、衛星１０６および基地局１０８を通じて中継されて、受信することもできる。あるいは、基地局１０８は、例えば航空機の離着陸中に、離着陸がどこに位置するかに応じて、航空機１０２と直接通信してもよい。典型的なアンテナは、無人飛行機に配置されると記載されるが、このアンテナの実施形態は、例えば有人航空機や衛星などの様々な用途に有用であることが理解されるであろう。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係るアンテナ２００の断面を示す。アンテナ２００は、副反射鏡とも呼ばれる第１の反射鏡２０２を含み、それは、アンテナ軸２０６に対し平行ではない長軸をそれぞれ有する、軸に対し変位した２つの楕円体２０４の一部として記述される反射面を有している。主反射鏡２０８は、第１の反射鏡に面する反射面を有し、アンテナ軸の周りに回転させた放物線の断片として記述されてもよい。複数の取付ブラケット２１０、例えば３つのブラケットは、アンテナの動作中に、第１の反射鏡２０２が反射鏡２０８に対して移動しないように、第１の反射鏡２０２を主反射鏡２０８に固定する。主取付ブラケット２１２、例えば３つのブラケットは、主反射鏡２０８を、従ってアンテナ自体を、アンテナが通信を支援することが予定されている航空機またはデバイスに固定する。好ましくはブラケット２１２は、主反射鏡２０８の遠位端を、例えば航空機のような、アンテナが設けられる表面から距離を空けて保持し、その結果、アンテナ軸（第１の反射鏡の中心が０°である）に対して９０°より大きな角度で放射される信号が航空機の表面に衝突せずに伝わることができる。好ましくはアンテナ軸２０６に対してセンタリングされた、例えば円錐ホーンのような、信号送信フィードシステム２１４は、アンテナから送信される予定の信号を、第１の反射鏡２０２の反射面へ向かって放射し、第１の反射鏡２０２から反射され受信される信号を適当な信号処理設備へ伝達するのを支援する。フィードホーンは、残りの記述で言及されるが、任意の適切な信号送信フィードシステムで利用することができるであろう。第１および主反射鏡は、以下でより詳細に記述される。
【００１８】
図３は、取付ブラケットを省略し、電波の反射に近似させることを意図する象徴的な可視放射線を加えた典型的なアンテナ２００を示す。送信信号供給システム２１４から放射された放射線は、第１の反射鏡２０２の反射楕円体面に衝突し、次に、主反射鏡２０８の反射面へ向かって放射線を反射する。主反射鏡２０８に衝突する放射線は、円錐形ビームパターンを形成して、アンテナから自由空間へ反射される。図示されるように、この可視放射線表示は、電波反射の基礎的な性質を視覚化するのを補助するものであり、単なる近似にすぎない。図３は、アンテナ軸の近くで放射される可視放射線が無いことを示している。これは、副反射鏡および供給装置によってブロックされ、ブロックによって利得インパクトを最小化する主反射鏡の陰影領域には、幾何学的な光学放射線が存在しないように、副反射鏡と主反射鏡の表面を形成することによるデザインにおいて、達成される。幾何学的な光学的放射線の描写は、縦並びの反射鏡の組の端部によって引き起され、アンテナ軸の近傍の一定の利得であるが、ピーク値より低い利得をもたらす散乱および回折を説明していない。
【００１９】
図４は、アンテナ軸４０２に対し６２．５°のビームピークを備える典型的なアンテナ４００の断面の幾何学的表示を示す。頂点４０３は、Ｙ軸がアンテナ軸４０２と一致するＸ−Ｙ座標系の原点（０，０）を表す。副反射鏡４０４は、Ｙ軸に対し変位する、つまり平行ではない長軸を有する楕円の一部によって形成される楕円体である。楕円の一部は、アンテナ軸４０２を含む平面内に存在し、Ｙ軸の周りを垂直に回転して、副反射鏡４０４の反射面を規定する。第１の焦点４０６および第２の焦点４０８は、数学的に楕円を特定する。この楕円体は、いずれも焦点４０６と、焦点４０８を含みＹ軸に垂直な円であるような他の焦点とを有する無数の楕円によって規定されると考えられ得る。第１の焦点４０６は、原点よりＹ軸上で０．３インチ上方に配置され、これは、Ｙ軸上にセンタリングされた供給ホーンの遠位端に等しい。第２の焦点４０８は、第１の焦点およびＹ軸を角度の基準に使用してＹ軸から２５．０°の角度で配置される第１と第２の焦点を結ぶ直線に沿って（楕円の長軸に沿って）、第１の焦点から０．８インチに位置するＹＹ。
この角度はＹ軸に対し左側で測定される。そのような楕円をＹ軸のまわりで垂直に回転させることにより、「ハート形」の楕円体が生成されるであろう。しかしながら図４に示されるとおり、そのような楕円体の頂部だけが、副反射鏡４０４として利用され、この楕円の一部だけをＹ軸の周りで回転させることにより形成される。Ｙ軸の右側に位置する、すなわち正のＸ値の楕円はいずれも、回転する部分を形成するのには利用されない。楕円の頂部をＹ軸からＸ軸の負の値が増大するようにたどると、Ｘ＝−１．４インチで楕円が切断され、Ｘ＝−１．４インチの点未満のＸ軸の値を有する楕円の部分は全く利用されない。したがって、点４１０から点４１２までの楕円の一部が、副反射鏡４０４の反射（作用）表面を形成するために、Ｙ軸の周りで垂直に回転する部分である。断面で見られるように、それはハート形の頂部であると記述することができる。
図４は、Ｙ軸の周りの楕円の回転を視覚化するための補助として、Ｙ軸の反対側における前述の楕円の鏡像を示している。
【００２０】
主反射鏡４１４は、原点（点４０３）から点４１６まで延びる放物線の一部を、Ｙ軸の周りに垂直に回転させることによって形成される。この放物線は、Ｙ軸も含む平面内に位置し、焦点４１８、頂点４２０および対称軸４２２によって規定される。この放物線は、焦点４１８と頂点４２０の間に、１２．５インチの焦点距離を有している。頂点４２０は、原点を超えて主反射鏡４１４を規定する放物線の弓形の延長線上に位置するように配置される。対称軸４２２は、Ｙ軸に対し、３５°の角度を形成する。放物線の１つの定義は、準線（直線）と焦点とから等距離に有り、対称軸に対して対称な位置に有る、平面内の点の軌跡である。本例の放物線用の準線は、頂点４２０から１２．５インチおよび焦点４１８から２５インチに位置する対称軸に垂直な直線である。
Ｙ軸の周りを回転させる放物線の部分は、原点４０３から、Ｘ軸の値が―４．６インチである点４１６まで延びる。図４には、放物線の前述の部分をＹ軸の周りに垂直に回転させることを視覚化する補助として、Ｙ軸の反対側の鏡像放物線を示している。鏡像放物線を記述する対応する基準点が示される。図２では見られるが、図４には示されないように、アンテナ軸の近く、すなわちＸ軸に沿って０．６インチの位置の回転した放物線の切断部分が、主反射鏡を通じたフィードホーンの通過を容易にするため、および取付ブラケット２１０を支持するために使用される。
【００２１】
図５は、アンテナ軸５０２に対し９０°のビームピークを有する異なる典型的なアンテナ５００の断面の幾何学的な表示を示す。アンテナ５００は、副反射鏡５０４（副反射鏡４０４に相当）は楕円の一部の回転によって形成され、主反射鏡５１４（主反射鏡４１４に相当）は放物線の一部の回転によって形成されるという点で、図４に示されるアンテナ４００と幾何学的に類似する。図５中で使用される５００番台の参照符号は、図４中で使用される４００番台の参照符号に対応する。類似性を考慮して、異なる寸法および角度のみを、図５のアンテナ５００について記載する。焦点５０６は、Ｙ軸上で原点５０３より上方の＋３．０インチの位置である。焦点５０８は、点５０６から０．８インチの位置であり、および、点５０６に対しＹ軸から２５°の長軸を形成する。点５１０での楕円の末端は、Ｙ軸から−１．４インチに位置する。供給ホーンの遠位端は、Ｙ軸に対してセンタリングされ、５０６で終了する。したがって、副反射鏡５０４は、副反射鏡４０４と同じ大きさを有し、この副反射鏡５０４は、原点からより遠く離れて位置する。主反射鏡５１４を規定する放物線の部分については、焦点５１８は、Ｙ軸に対し８５°の角度を持つ対称軸５２２を有する頂点５２０から２５インチに位置する。放物線の準線は、対称軸５２２に対し垂直であり、点５２０から２５インチ、点５１８から５０インチに位置するであろう。
【００２２】
図６は、θ＝０°で表されるアンテナ軸に対して示される、図４および５に示される典型的なアンテナのアンテナ利得のグラフである。実線６０２は、−９０°から＋９０°までの図４のアンテナ４００の利得を示し、―６２．５°および＋６２．５°にビームピークを生じている。破線６０４は、図５のアンテナ５００の利得を示し、―９０°および＋９０°にビームピークを生じている。幾何学的な光学放射線の描写に関して前に言及したように、信号の送受信は、アンテナ軸に近い角度、つまりθが３０°以内で、支持される。図６には示さないが、−１１０°および＋１１０°におけるアンテナ５００の利得は、まだ実質的におよそ＋５ｄＢｉである。そのような広い有効範囲は、いくつかの適用に対し利点を有する。例えば、そのようなアンテナが、概して下方を見下ろす方向で飛行機に対し、相当な高度で飛行中の航空機に設けられる場合、９０°を越える有効範囲の提供は、航空機の上昇平面よりいくらか上方の衛星と通信することを可能にするとともに、アンテナを衛星から９０°以上離すことを強いる航空機の適度な回転中に、そのような通信が維持されることを可能にする。図示される広域有効範囲ビームは、ビームピークの形状、すなわち地上の一定出力密度に帰着する放射パターン内において、イソフラックス（ｉｓｏ−ｆｌｕｘ）パターンを提供する。９０°のビームピークに関し前述したような典型的なアンテナは、半球有効範囲を提供し、それを超えて超半球有効範囲を提供する。「半球有効範囲」は、アンテナ軸に対し−９０°から＋９０°までのイソフラックス有効範囲およびアンテナ軸に垂直な３６０°有効範囲を提供することを意味する。「超半球有効範囲」は、アンテナ軸に対し−１１０°から＋１１０°までの実質的なイソフラックス有効範囲およびアンテナ軸に垂直な３６０°有効範囲を提供することを意味する。
【００２３】
図７および８はそれぞれ、２０．７ＧＨｚおよび４４．５ＧＨｚで動作する典型的なアンテナの計算されたアンテナビームパターンを示す。図７は、２０．７ＧＨｚの周波数でのビームパターンを示す。ビームパターン７０２、７０４、７０６および７０８の各々は、アンテナ軸に対しそれぞれ０°、２５°、６２．５°および９０°のビームピークのために設計された典型的なアンテナをそれぞれ表す。０°および２５°のビームピークを有する典型的なアンテナは、図４および５に示されるアンテナと実質的に類似し、図４に示されるのと同じ幾何学性を有するが、原点と副反射鏡の下側の焦点との間の距離が異なり、副反射鏡は４１４に対応する放物線部分を有し、アンテナ軸により近いビームピークに備えるための異なる傾斜を有する。これらの違いは、次の表に示される。
【表１】
2016532335.tif 000003
【００２４】
図８は、４４．５ＧＨｚの周波数におけるビームパターンを示す。ビームパターン８０２、８０４、８０６および８０８の各々は、アンテナ軸に対しそれぞれ０°、２５°、６２．５°および９０°のビームピークのために設計された典型的なアンテナをそれぞれ表す。図８のビームパターンは、対応するビームピーク、すなわちそれぞれ０°、２５°、６２．５°および９０°に対し、図７に関して上に説明したのと同じ幾何学性を備えたアンテナによって生成される。したがって、同じアンテナは、２０ＧＨｚおよび４５ＧＨｚ帯の両方で、同様のビームピークを生成する動作が可能である。
【００２５】
上記の表において記載された幾何学性および寸法は、０°から９０°の間のどこでも対称的なビームピークを獲得するために、変更することができる。さらに、２０ＧＨｚおよび４５ＧＨｚ帯で動作する前述のアンテナは、同様のビームピークおよびイソフラックスパターンを提供するために、１０ＧＨｚでも有効に動作する。記載されたアンテナは、したがって、最高周波数を最低周波数で除することによって、例えば４５／２０として規定される２．２５の帯域幅比率で動作することができる、；または、４５ＧＨｚおよび１０ＧＨｚでの動作を考慮すると、帯域幅比率は４．５である。アンテナそれ自身は、そのような周波数に対するこの広域円錐ビーム有効範囲を支持するが、送信信号供給装置は、動作周波数帯における動作も提供しなくてはならないことが理解されるであろう。
【００２６】
下記方程式は、所望のビームピークを有するアンテナの幾何学性を規定する。
【数１】
2016532335.tif 000004
【００２７】
上記方程式中、ａは、原点からの放物線のｘ方向の変位量を表し、ｂは、原点からの放物線のＹ方向の変位量を表し、θ０は、アンテナ軸に対する放物線の軸によって形成される角度を表し、αは、楕円の水平方向の半径を表し、βは、楕円の垂直方向の半径を表し、およびθ１は、アンテナ軸に対する楕円の長軸によって形成される角度を表す。
【００２８】
図９は、本発明を実施するアンテナの使用に適した典型的なデュアルバンド供給アセンブリ９００を図示するブロックダイヤグラムである。典型的な供給アセンブリ９００は、２０ＧＨｚ帯における信号送信および４５ＧＨｚ帯における信号受信を支持する。例えば先進超高周波（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＡＥＨＦ）衛星との通信を支持することである。広帯域供給ホーン９０２は、高能率の帯域および最適化された放射の両方を支持するマルチフレアホーンであってもよい。上記ホーン９０２と６ポート導波管接合器９０６の間の整合部９０４は、反射減衰量性能を最適化するために使用される。典型的には、この供給ネットワークはより小さな円形導波管を使用し、上記ホーンはより大きな円形導波管を利用し、
したがって、整合部９０４がインピーダンスを一致させることが必要である。
【００２９】
一般に、整合部９０４の右側の供給ネットワークは、２０ＧＨｚの送信帯と４５ＧＨｚの受信帯とを十分な分解能、好ましくは６０ｄＢ以上で分離し、直線偏光と回転偏光との変換を行う。導波管接合器９０６は６つのポートを有する：整合部９０４に接続された１つの共通ポート；４５ＧＨｚの信号を受信器ハイパスフィルタ９０８に連結するための１つのポート；および、ローパスフィルタ９１６、９１８、９２０、９２２からの２０ＧＨｚ送信信号を受け取るために連結される４つのポート。受信器ハイパスフィルタ９０８は、高周波の４５ＧＨｚの信号を通過させ、低周波の２０ＧＨｚの信号を遮断する、より断面の小さい導波管を含んでもよい。フィルタ９０８に使用されるより小さな導波管の長さを選択することによって、２０ＧＨｚの信号を６０ｄＢ以上で分離することができる。受信される隔壁偏光子（ｓｅｐｔｕｍ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）９１０は、直線偏光信号を、受信器右回転偏光ポート９１２と受信器左回転偏光ポート９１４とにそれぞれ伝達される２つの回転偏光直角信号（ＬＨＣＰとＲＨＣＰ）に変換する。もし回転偏光の単一の感知が利用される場合、これらのポートのうちの１つは、偏光子９１０に内在し得るＲＦ負荷に限ることができる。適切な信号復号化装置は、信号上の符号化された情報を復元するためにポート９１２および９１４に連結することができる。
【００３０】
送信ローパスフィルタに連結された導波管接合器９０６の４つのポートは、周方向に９０°に離れている。これらのポートは、４５ＧＨｚの受信信号を拒絶する一方で、好ましくは６０ｄＢ以上で、２０ＧＨｚの送信信号の通過を許可するように設計されている。送信フィルタ９１６、９１８は、別の送信フィルタ９２０、９２２が、送信接合部９２４の他の直角な組に配置される一方で、０°および１８０°、または９０°と２７０°である送信接合部９２４のポートに配置される。（これらのポートは、代わりに、回転偏光された信号を生成するための等しい振幅および９０ーの直交位相とを有する２つの直角な直線偏光された信号を組合せる、短いスロットの９０ーハイブリッド結合器と組み合わされ得るＨ字管を通じて接続されてもよい。）送信隔壁偏光子９２６は、ポート９２８の右回転偏光信号およびポート９３０の左回転偏光信号を受信し、送信接合部９２４の４つの直交ポートに信号を連結する。望ましくは、すべての供給アセンブリは、挿入損失を最小化するために、導波管要素を使用する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
前述の供給アセンブリは、単なる１つのデュアルバンドの実施の単なる代表例にすぎない。
本発明に係る典型的なアンテナは、均等分配された円錐形供給に最も効果的であるが、特定の供給アセンブリには依存しない。このアンテナは、広帯域グローバルＳＡＴＣＯＭ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｇｌｏｂａｌ  ＳＡＴＣＯＭ；ＷＧＳ）衛星との通信に関連する２０ＧＨｚ／３０ＧＨｚ帯での通信も、有効に支援する。あるいは、このアンテナは、そのような通信を同様に支援する供給アセンブリを用いて、２０ＧＨｚ／３０ＧＨｚ／４５ＧＨｚ帯における通信を支援することができる。米国特許第７，７３７，９０４「ＡＮＴＥＮＮＡ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＢＡＮＤＳＡＮＴＥＮＮＡ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＢＡＮＤＳ」を、多周波数帯動作を支援するホーンアンテナのデザインに関する追加情報用に、参照することができる；この文献は、参照によって、本明細書に組込まれる。
【００３２】
本発明の典型的な実施例を図示し記述したが、本発明の精神から外れることなく、様々な変更、追加、置換などを成しうることは、当業者には明白であろう。
【００３３】
本発明の範囲は、特許請求の範囲において規定される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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