(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真に電気的に等価な仮想パラボラ曲面と、該仮想パラボラ曲面の焦点位置に取り付けられた波源素子とを有するアンテナであって、
実際の計測点から、当該計測点と前記波源素子とを結ぶ線が前記仮想パラボラ曲面と交差する第１の点までの線分と、前記実際の計測点から、当該計測点を通る前記パラボラ軸に平行な線に対し前記第１の点から垂線を引いたときの交点である第２の点までの線分との和である経路差について、全ての計測点における前記経路差の自乗の総和が最小となるように、前記仮想パラボラ曲面が決定されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
真に電気的に等価な仮想パラボラ曲面を決定する第１のステップと、前記仮想パラボラ曲面の焦点位置を基準として波源素子の取り付け位置を決定する第２のステップとを有するアンテナの焦点位置決定方法であって、
前記第１のステップは、実際の計測点から、当該計測点と前記波源素子とを結ぶ線が前記仮想パラボラ曲面と交差する第１の点までの線分と、前記実際の計測点から、当該計測点を通る前記パラボラ軸に平行な線に対し前記第１の点から垂線を引いたときの交点である第２の点までの線分との和である経路差について、全ての計測点における前記経路差の自乗の総和が最小となるように、前記仮想パラボラ曲面を決定することを特徴とするアンテナの焦点位置決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば通信衛星に搭載されるアンテナ主反射鏡、副反射鏡、各種給電装置、ビーム指向方向制御装置を含むアンテナシステムに関するものである。また、一般的に地上で用いられる比較的大型の反射鏡面構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来法による仮想パラボラ面の設定を示したものである。１は実際の主反射鏡上に分布した離散的な形状測定のための計測点、２は真に電気的に等価でない従来法による仮想パラボラ鏡面、３は２のパラボラ軸、４は１の各計測点と２の仮想パラボラとのパラボラ軸方向の誤差である。１の計測点群があったときに、そのパラボラ軸方向（ボアサイト方向）での誤差の全計測点についての自乗和が最小になるように計算されたのが２の仮想パラボラである。従来のアンテナシステムは２の仮想パラボラを想定して構築される。
【０００３】
図６に従来法に従って設計されたパラボラ主反射鏡を含むアンテナシステムの例を示す。５は２の仮想パラボラの焦点位置、６は２のパラボラに対する給電系で、７は２の仮想パラボラで反射したビームの照射方向、８は実際のビーム放射方向を表す。すなわち、このアンテナシステムの設計者は真に電気的に等価なパラボラではなく２のパラボラに対して給電系を配置しているために実際に電波が放射される方向８と、設計者が想定した放射方向７が一致しない。
【０００４】
これに対して、１の計測点が分布する実際の主反射鏡の電気的に等価な仮想パラボラ面が９であり、１０はそれに対する焦点位置を表す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパラボラ曲面構造を含んだアンテナシステムでは、各計測点とのボアサイト方向のみに注目した誤差の自乗和を最小とするような仮想パラボラ曲面を想定して給電位置が決められ、また電波の指向方向制御等が行われるため、電波の伝搬経路を正確に最適化したものではなく所望の電気特性を得られない可能性があるという欠点をもつ。特に目標とするパラボラの焦点距離が短くしかもパラボラ軸から離れたオフセット位置を使った鏡面においては、ボアサイト方向の誤差と電波伝搬路の誤差との差が大きくなるために、電気的に等価な反射面と、従来技術で想定する電気的に等価でない仮想パラボラ面が全く違ったものになる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、パラボラ曲面または双曲面または楕円曲面構造に対して電気的および光学的に最適なアンテナシステムを構成するためのものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、真に電気的に等価な仮想パラボラ曲面と、該仮想パラボラ曲面の焦点位置に取り付けられた波源素子とを有するアンテナであって、
実際の計測点から、当該計測点と波源素子とを結ぶ線が仮想パラボラ曲面と交差する第１の点までの線分と、実際の計測点から、当該計測点を通るパラボラ軸に平行な線に対し第１の点から垂線を引いたときの交点である第２の点までの線分との和である経路差について、全ての計測点における経路差の自乗の総和が最小となるように、仮想パラボラ曲面が決定されていることを特徴とする。
また、本発明は、真に電気的に等価な仮想パラボラ曲面を決定する第１のステップと、仮想パラボラ曲面の焦点位置を基準として波源素子の取り付け位置を決定する第２のステップとを有するアンテナの焦点位置決定方法であって、
第１のステップは、実際の計測点から、当該計測点と波源素子とを結ぶ線が仮想パラボラ曲面と交差する第１の点までの線分と、実際の計測点から、当該計測点を通るパラボラ軸に平行な線に対し第１の点から垂線を引いたときの交点である第２の点までの線分との和である経路差について、全ての計測点における経路差の自乗の総和が最小となるように、仮想パラボラ曲面を決定することを特徴とする。
【０００８】
従来のアンテナシステムとは、電波の伝搬路の経路差が最小になるような仮想曲面（パラボラ、双曲面、楕円面）を想定してアンテナシステムが配置されるという点が異なる。
【０００９】
本発明は上記のような構成になっているので、反射鏡面に対して電気的光学的に最適なアンテナシステムを組むことができるという効果がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による仮想パラボラ面の設定を示したものである。１１は本発明による仮想パラボラ鏡面、１２は１１のパラボラ軸、１３は１１のパラボラ鏡面の焦点である。図中の線分Ａと線分Ｂの和が、１の計測点と仮想パラボラ鏡面との電波の伝搬経路差あるいは光路差となる。
【００１１】
１の計測点群があったときに、その電波の伝搬経路差あるいは光路差の全計測点についての自乗和が最小になるように計算されたのが１１の仮想パラボラ鏡面である。本発明によるアンテナシステムは１１の仮想パラボラを想定して構築される。
【００１２】
図２は本発明に従って設計されたパラボラ主反射鏡を含むアンテナシステムの例を示したものである。１１は上記のような計測点に対して電波の伝搬経路差あるいは光路差の自乗和が最小になるような仮想パラボラ鏡面であり、９の真に電気的に等価なパラボラ鏡面とほぼ一致する。１４は１１のパラボラ鏡面に対して設定された給電装置である。
【００１３】
測定データの例として、図３Ａ〜図３Ｄのテストデータを得たとする。左側から計測点の番号、およびＸ、Ｙ、Ｚ方向の座標値を示す。合計１９７個の測定ポイントに対して本発明に基づいた仮想パラボラと従来技術による仮想パラボラを比較したのが図４である。焦点距離にして約５ｍｍの差があり並進位置にも若干の違いが出る。その結果、電気的に等価と考えられるパラボラからの鏡面誤差は本発明による仮想パラボラが０．２８６ｍｍＲＭＳなのに対して、従来法による仮想パラボラの鏡面誤差は１．３５ｍｍＲＭＳとなる。
【００１４】
ところで、アンテナ鏡面に要求される形状条件として鏡面の誤差が扱う電波の波長の５０分の１以下であることが一応の目安とされている。これよりＣバンド（波長５０ｍｍ）に対する要求精度は１ｍｍＲＭＳ以下、Ｋｕバンド（波長２１．４ｍｍ）に対する要求精度は０．４ｍｍＲＭＳ以下ということになる。したがって、上記の測定データに対応する鏡面を用いて従来法による等価パラボラを想定してアンテナ系を組んだ場合には、Ｃバンド、Ｋｕバンドに対しては所望の電気特性を期待することはできないと考えられる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はパラボラ曲面または双曲面または楕円曲面について、各位置測定可能な計測点データとの光路差および電波伝搬の経路差の自乗の総和を最小とするような仮想パラボラ曲面または双曲面または楕円曲面を想定して波源位置が決められるとともにビームの指向方向制御等が行われるため、反射鏡面に対して電気的光学的に最適なアンテナシステムを組むことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による仮想パラボラの設定を示した図である。
【図２】本発明の実施例を示すアンテナシステムである。
【図３Ａ】本発明の効果を示すためのテストデータである。
【図３Ｂ】本発明の効果を示すためのテストデータである。
【図３Ｃ】本発明の効果を示すためのテストデータである。
【図３Ｄ】本発明の効果を示すためのテストデータである。
【図４】図３Ａ〜図３Ｄのテストデータに対する本発明による仮想パラボラと従来法による仮想パラボラの比較を示す図である。
【図５】従来法による仮想パラボラ面の設定を示した図である。
【図６】従来方法によって設計されたアンテナシステムを示した図である。
【符号の説明】
１  実際の主反射鏡上の計測点
２  １の計測点群に対してパラボラ軸方向誤差を最小化した、真に電気的に等価でない仮想パラボラ
３  ２のパラボラ軸
４  １の各計測点と２の仮想パラボラとのパラボラ軸方向の誤差
５  ２のパラボラの焦点
６  ２の焦点に置かれた給電装置
７  ２の仮想パラボラに対する電波の放射方向
８  実際の電波の放射方向
９  真に電気的に等価なパラボラ鏡面
１０  ９のパラボラ鏡面の焦点
１１  １の計測点群に対して電波の伝搬経路差あるいは光路差を最小にする、真に電気的に等価な仮想パラボラ
１２  仮想パラボラ１１のパラボラ軸
１３  仮想パラボラ１１の焦点
１４  １１の焦点位置に置かれた給電装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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