抛物面アンテナは、超高周波から微波帯で一般的な高利得アンテナであり、主に衛星リンク、電波望遠鏡、一部の広域ネットワークで使用されます。アマチュア無線においては、主に衛星リンク用アンテナとして利用されています。ここでは、私が知っている限られた知識を簡単に紹介し、衛星通信を始めたい方々のお役に立てれば幸いです。
まず、規制を改めて確認させてください。皆さんは、アマチュア無線以外の業務で使用する機器で、意図的に他の周波数帯の信号を受信しないようにしてください。これにより、アマチュア無線の免許範囲を超えないようにする必要があります。
個人は衛星地上受信設備の設置および使用を許可されません。特別な事情があり、個人が衛星地上受信設備を設置・使用する必要がある場合で、かつ国务院の放送・映画・テレビ行政部門が定める要件を満たす場合は、所属する事業所に申請を行い、その後、当該地域の県・市人民政府の放送・テレビ行政部門の承認を得てから、省・自治区・直轄市の人民政府の放送・テレビ行政部門に申請する必要があります。（「衛星テレビ放送 地上受信設備に関する規定」第8条）
一般的なパラボラアンテナ（またはその一種、一般的に「衛星鍋」と呼ばれるもの）の電気部分は、主に以下の3つの部分に分けられます。放物面アンテナ、送信機（または放射器）、およびダウンコンバーター。
もしあなたが天文学に興味のある方であれば、すぐに思いつくこと反射カセグレン望遠鏡（特にカセグリン望遠鏡を代表として）も、同様の構造を持つ。
幸いなことに、一般的な放物面アンテナもカセグレン構造を持っています。実際には、どちらの場合でも、放物面を利用して、ほぼ平行な入射電磁波を焦点に向けて反射させたり、あるいは、焦点からの信号源を平行に放射したりしています。
カセグリン構造に加えて、グリゴリー構造というものも、光学望遠鏡や抛物面アンテナで広く利用されています。これは、2つの反射構造を持ち、受信時に電磁波をより集約し、カセグリン構造よりも大きなゲインを得ることができます。しかし、設置と調整には精密な位置合わせが必要であり、コストが高くなります。
放物線形（反射板）
第一性原理に基づくと、抛物面は単に一つのことを行うだけであれば、その表面が特定の場所に電波を反射させること。つまり、 導電性 。もし他に何かあれば、それは十分な強度であることです。
したがって、最も安価な方法は、曲線状の亜鉛メッキ鋼板を作り、ポリウレタン粉末を塗って錆を防ぐことです。また、携帯用のパラボラ型構造を、扇のように折りたたむ（または、折りたたみ式の蒸し器の架台のような）構造にすることも可能です。
さらに、ユニークな方法として、大きな傘の内側にアルミホイルのテープを貼るというものもあります。
（以下は、B站のユーザーが民用の気象衛星からの信号を受信するために、傘を使って自作したアンテナの写真です。）
本格的なパラボラアンテナの場合、少し高級なものはアルミニウム・マグネシウム合金を使用し、自己酸化によって保護しています。表面保護層もプラスチックパウダーから、より高価な塗装に変更されています。また、ガラス鋼とアルミホイルを組み合わせた製品もあります。こちらは成形時に一体化しており、表面が滑らかで整っています。
工程的には、構造強度、重量、熱伸縮性を考慮した上で、蜂窝アルミを使用することで、これらの要素のバランスを取るという選択肢があります。表面はアルミニウムの覆い（詳細は不明ですが、確認が必要です）、または亜鉛鋼製の骨組み＋アルミネット＋アルミ覆いを铆接する方法などが考えられます。特定の用途によっては、銀メッキを施すこともあります。
一部移動用の放送車では、炭素繊維とアルミホイルを組み合わせているものがあるが、アルミホイルは内側の覆いを介して測定されるため、強い金属光沢は見えない。外側にポリウレタンコーティングを施すことで、防錆性と軽量化の両立を実現している。
この画像は、ON4MU が使用している直径2.4mの折りたたみ式パラボラアンテナ（出力100W）で、1.2GHz の帯域でEME (遠隔操作型電子メール) 通信に使用しています。まるで傘のような形です。
パラボラアンテナのサイズは、一般的に大きくなるほど良いです。直径が約1波長よりも小さくなると、ゲインが急激に低下し、0.5波長の半分以下になるとほとんど方向性を持たなくなります。パラボラアンテナのゲインは、G = 4π * Ae / λ² です（λは波長、Aeはアンテナの有効面積、Ae = πD²η/4 であり、ηは送信効率、Dはパラボラアンテナの直径です。興味のあるHAMの方は、簡単に自分で計算できます。）
より大きなサイズほど、微弱な信号を捉えることが可能になります。例えば、地球と月の反射による通信などです。（EME）例えば、直径2mのアンテナは約数百ワットの電力を必要とするが、直径26mのパラボラアンテナであれば、わずか3mW（ミリワット）の送信電力でリフレクションを受信できる！（関連情報：2009年6月29日の「世界月球反射日」。アポロ11号着陸40周年前を記念し、オーストラリアタスマニア大学が発射。オランダのデ・ウェル望遠鏡で受信）
しかし、設置場所の制約により、一般家庭向けのアンテナも大きくなりすぎない。テレビ衛星の相関/ビームフォーミング技術の発展により、60cm、あるいは45cm程度の直径の小さな鍋でも、地球同期軌道上で送信されたテレビ番組の信号を安定して受信することが可能（「戸当たりで」のような普及）。また、国内における衛星テレビ普及プロジェクトも影響している。戸当たり通信使用しているの中星9号の11GHzの波長は数センチメートル程度であり、パラボラアンテナはその波長に対して十分な大きさであるため、これがKu帯のサイズ上の利点です。
より大きなアンテナは、主にどのような用途に使われますか？ 公開されている情報によると、通信事業者などは、1m程度のKuバンドを用いてVSAT（衛星インターネット）の小拠点を運用したり、直径約1.8mのパラボラアンテナを使ってCバンドの衛星放送を受信したりします。また、一部の衛星の地上観測所や地球-宇宙間のゲートウェイには、3～9m径のアンテナが使用されています。さらに大きなアンテナとしては、おそらく電波天文学の用途に使われると思われます。
上記の画像は、陝西省の衛星地上観測所です。
ちなみに、衛星で使用される周波数帯は、UHF（300MHz～3GHz）、SHF（3～30GHz）などの略称だけでなく、「C」が4～8GHz、「Ku」が12～18GHz、「Ka」が27～40GHzを意味するような表記も用いられます。
ラジオ・テレビサービスにおいて、Cバンド帯の資源はほぼ全て割り当てられており、雨の影響を受けにくいという利点がある一方で、大きなアンテナ径（1.8m以上）が必要となるため、利用が限定されている。一方、Kバンド帯は雨の影響を強く受けるため、高速な微信通信、HDTV、リアルタイムニュース収集、直接配給（DTH）などの用途に主に用いられており、まだ発展途上であると感じられる。
高周波数帯域は、アンテナの小型化や広い帯域幅を実現することを意味しますが、同時に雨衰効果やマルチパスの影響を受けやすくなります。また、変調回路や増幅回路の設計・製造には高い要求が求められます。
雨による影響（雨水が信号を吸収し、不規則に散乱させる）以外にも、衛星通信は太陽の高度によって影響を受けます。つまり、太陽が衛星の背後に位置し、強力な電磁波を放射することで、衛星からの信号がノイズに埋もれ、信สัญญาณ対比率が低下します。「Look4sat」アプリで「日照中」という警告が表示されるのは、このためです。
パラボラアンテナは、連続した形状でなくても、穴が開いているネット状のものとして存在できます。ただし、そのネットの穴が波長の1/10よりも小さければ構いません。市販されている2.4GHz Wi-Fi用グリッドアンテナ（主に屋外用の高出力アクセスポイントとして使用される）も、パラボラアンテナの一種です。
アンテナを特定の方向に向けた場合、Look4sat、satdump、Gpredictなどのソフトウェアを使用して、仰角と方位データ（Az/El）を取得することで、補助することができます。また、信号強度計（特に一部の衛星にはビーコンが搭載されており、ビーコンの強さを利用して追跡対象を特定できます）を使用することも可能です。非同期衛星の場合、サーボモーターを使用して継続的に追跡することが可能です（この技術については、オープンソースの低コストなソリューションも開発されています）。
パラボラアンテナのパラボラ自体は、電信号の共振を伴わないため、非常に広い帯域で動作できます。（例えば、異なる色の光ファイバーと人間の網膜の位置関係とは無関係）。実際の電気的な処理は、アンテナポート（またはファージング部分）で行われます。アンテナポートには、送信機とLNBが含まれます。
送信機 (照射装置)
その後、送電について説明しました。ソース（アンテナ）：この単語は、"feed"（供給）と "horn"（角、ホーン）を組み合わせたもので、放物面上の焦点に位置しています。アンテナは、反射面を通して自身の電磁波を送信し、後側の受信装置（例：LNB）へ送ります。受信時には、後側の信号処理回路に対して、集光した信号を送る役割を果たします。一方、送信時には、電磁波の送信源として機能し、射频を放物面に照射し、放物面の反射によって、方向性を持って平行に放射します。「ソース「しかし、これは根拠を持たない構造です。」
「無源構造」とは、外部からのエネルギーや資源を必要としない構造を指します。電力供給があれば機能します。後述するLNBはアクティブ型です。
一般的なアンテナ構造には、Poty、Septum Feed、Choke Ring Feedの3種類があります。ここでは、マイクロ波導に関する高度な知識について説明します…。
実際には、アンテナの形状は多様です。比較的低い周波数帯の場合、八木型やDPアンテナも使用できます。
アンテナ設置における極化方式は、無視できない要素です。「極化」とは、電磁波と受信側のアンテナ（具体的には、アンテナから出力されるケーブルなど）の極化方向が一致している場合にのみ、比較的強い信号を受信できる状態を指します。
設置の信頼性を向上させるため、または同時に2つの信号を受信するために、偏極アンテナも使用されます。偏極アンテナは、電気的に直交する2つの偏極アンテナです：縦・横（V/H）これらの偏光の計算は互いに直交しています。（LHCP/RHCP）これらの円極化も、ある種の直交性を表していると言えます。XPDという指標があり、これはこの双極化アンテナの直交分離能力を測定するために用いられます。
いくつか問題点があります。まず、抛物面が正面にアンテナとマントルがある場合、波を遮ってしまうため、全体的な効率にも影響が出ます（専門用語で「開口部への遮蔽」と言います）。特に、小型の家庭用アンテナの場合、アンテナとマントルのサイズがほぼ同じになることがあり、これは非常に問題です。そのため、抛物面の正面からの波を避ける方法を考える必要があります。例えば、抛物面の一部を楕円形にし、小さな短いアンテナをマントルから突出させることで、主要な波を遮るのを防ぐことができます。また、アンテナの向きを自由に調整できるように、アンテナ自体を回転・移動させられるようにすることも有効です。（より現代的な設計としては、フェーズアレイ（相関アンテナ）があります。例えば、Starlinkの平板アンテナは、位相を重ね合わせることで波の方向を制御し、機械的な構造を動かす必要がなくなります。）
| 正出力 | 偏置 |
|---|
| 口部を覆うための保護具 | (支杆＋饋送) → 効率 55～65% | ほとんど遮蔽がない → 効率 70～75% |
| サイドバンド/ノイズ | アンテナの指向性が広いため、ノイズ温度が高い。 | 周辺の湿度も低く、雨が弱いため、状況はやや改善。 |
| F/D (焦度) | 0.3～0.4 (深) | 0.6～0.7 (浅) |
| 偏光調整 | 全体を回転させる鍋または、供給システム | 単にアンテナ盤を回転させるだけで、操作が簡単です。 |
| 複数周波数帯の共有 | Cバンドのデュアル極性、デュアルバンド対応が容易 | 主にKu帯を使用、C帯は難しい。 |
ここでは、さらに2つのパラメータに注目します。1つは、開口効率eA（またはAe）です。これは、実際のアンテナのゲインを、理想的な均一照射開口のゲインで割ったもので、パーセンテージで表され、エネルギーがどれだけ有効に使われているかを示します。
さて、本来の経路で送信されたはずの電力が、どこへ行ったのでしょうか？ 可能性があります。それは、アンテナからのエネルギーが反射面に当たっていない、支柱によって遮られている、アンテナの中心がずれている、設置条件などが原因で、パラボラ面が理想的な形状になっていないなどです。
もう一つは、焦径比 F/D です。F/D = 焦点距離 F ÷ 口径直径 D で表されます。これは理解しやすい概念で、F/D が小さいほど、レンズが「深いボウル」のような形をしていることを示し、F/D が大きいほど、レンズが平らな皿（浅い焦点）のような形をしていることを示します。深いボウル型の形状は、広いビームを供給するためのアンテナ（例えば、スピーカーの口のような形状）が必要であることを意味します。
LNB
LNBは、多くの人に馴染みのないものかもしれません。LNA（低ノイズアンプ）ほど有名ではありませんが、LNBには別名があります。高周波アンテナ。LNBの学名は、ローノイズブロック変調器（Low Noise Block （ダウンコンバーター）、ここでいう「ブロック」とは、帯域全体を一気に周波数変換することを指します。
LNBにおけるダウンコンバージョン処理は、まず高周波部分を増幅する（この部分はマイクロ波低ノイズアンプによって行われる）ことから始まる。その後、混変調を行い、最後に得られた中周波を再度増幅する。ダウンコンバージョン部分については、一部の解説では個別に「LNC（コンバーター）」と呼ばれることもある。
変調時に使用されるローカルオシレーター（LO）としては、9.75GHz、10.6GHzなどが一般的です。ローカルオシレーターの周波数f0と信号源の周波数f1を混合した後、高い周波数の部分（f0+f1）を除去し、残ったものがf0-f1となり、数百MHz程度の出力周波数となります。この時点で、後段の信号処理（例えばSDR）において、この出力周波数を観測する必要があります。
観測出力周波数の強度は、回転アンテナにおける最適な偏波調整角度を決定するための参考情報としても活用できます。
写真に写っているのは、アンテナと接続されているLNB（左側の円盤がアンテナ）。
実際には、一般的な衛星パラボラアンテナにおいて、LNB（ローレベルノイズブロック）とアンテナポートが一体化しており、通常は白いプラスチック製の箱の中に収められています（白色は日射熱の集中を軽減し、防水効果も期待できます）。この装置の機能は、高周波信号を低周波帯に変換することです。例えば、10GHz程度のKuバンドを900MHzのUHFバンドに変換することで、後段の信号処理を容易にします。このような変調回路は成熟しており、主に発振素子とミキサーを使用し、さらにフィルタリングを行うことで、低コストで実現できます（個体あたり約10～20元程度）。
LNBには、面白い機能の1つがあります。22kHz切り替え音声受信機が同軸ケーブルに0.5 Vpp、22 kHzの矩形波を重ね合わせ、LNB内部のフィルタで検知した場合、本振を9.75 GHzから10.6 GHzへ、またはその逆方向に変更する。これにより、同じ下り链路で、低周波数帯の10.7–11.7 GHzと高周波数帯の11.7–12.75 GHzの両方をカバーすることが可能になる。手動でアンテナを交換する必要がないため、個人としてはアマチュア用途にはあまり役立ちないと感じる。
アマチュア無線愛好家が使用する衛星アンテナは、周波数安定性に対する要求が高いため、HAM（アマチュア無線）は、民用のLNB（低ノイズブロック）を改造して使用することがあります。その目的は、より安定した周波数の参照源に交換したり、外部に取り付けたりすることで、LNB内部の25MHz（または27MHz）の水晶発振器が温度や時間によって発生する周波数変動を抑制することです。この水晶発振器は、本振の電源となります。本振は、ホッピング周波数シンセサイザ（PLL）を用いて数百倍に増幅され、10GHzレベルまで到達します。
具体的な方法は2つあります。1つは、GPSを搭載した発振器をPLL（ロックシンクロ回路）の時計参照として使用する方法です。もう1つは、温度補償型水晶を使用する方法です。（TCXO）元の水晶振動子を代替するもの。 上記のものは±50Hz程度の安定性を実現できますが、下者はそれほどではありません (おそらく数百Hz程度の遅れが発生します)。
TCXO - 温度補償水晶発振器 「この発振器は、環境温度が大きく変化する状況下での動作を想定して設計されています。TCXOには熱電抵抗が搭載されており、この熱電抵抗は周囲の温度の変化を継続的に検出し、水晶発振器を補正します。通常の水晶発振器よりも精度が高く、GPSを用いた発振器よりも低い精度です。」
先ほど述べたように、LNBはアクティブなデバイスですが、通常、LNBに独立した電源を供給することはありません。実際には、LNBへの電源供給方法は3つのケースがあります。多くの場合、同軸ケーブルを通じてLNBに電力が供給されます。この同軸ケーブルには約18Vの電圧が印加され、LNB内部のD4202などの集積回路（電力管理用）によって、LNBの動作電圧に変換されます（一部のLNBでは、電圧を極性を切り替える信号としても使用します）。
RTL-SDRで衛星信号を受信するアマチュア無線愛好家の中には、LNA（低ノイズアンプ）にバイアス・T（Bias-T）を使用する必要があることを覚えていらっしゃる方もいるでしょう。バイアス・Tは、一部の特殊なケースにおいて、追加の電源インターフェースが必要なLNBにも使用されており、その機能は、電流をLNBの一方に供給し、SDR/受信機に逆流するのを防ぐことです。
トランシーバー、アンプ、およびドライバチェーン
多くの初心者の方は、「アンテナを設置＋LNBを使用すれば通信できる」と考えていますが、実際には一般的なLNBは受信のみが可能であり、送信には独立したアンテナ、アンプ、デュアルモードコンデンサーの使用が推奨されます。
簡単に言うと、一般家庭で使用されるLNB（低ノイズブロック）の回路は、受信用の微弱な電力で設計されており、増幅された高出力の信号を処理することができません。そのため、双方向アンテナや環状アンテナを設置し、送受信を共有する必要があります。
デュプレックス器 その原理は、周波数分割によるもので、2つのバンドパスフィルター（または高・低通過フィルター、バンドパス・バンドストップフィルター）を使用して、送信帯域と受信帯域を分離します。具体的な接続方法としては、アンプ → 双方向アンテナの公共端 → 伝送線を使用し、また伝送線 → 双方向アンテナの公共端 → LNA（またはSDRの処理前端）を用いることが考えられます。つまり、双方向アンテナから伝送線への接続には、1本の同軸ケーブルまたは波導を使用することで、単一伝送・双周波数に対応できます。
環状波導—あるいは「RF片方向3ポート」とも呼ばれます。内部には酸化鉄と磁石が組み合わされています。RF信号を通過する際、酸化鉄は磁場によって「ねじれる」ように動き、信号は時計回りにしか流れません。あるいは、これは3つの口を持つ交通円状交差点に例えられます。3つの口はそれぞれアンテナ、SDR（ソフトウェア定義無線）、増幅器に対応しています。信号はこの円状交差点内で単方向に流れ、SDRから増幅器へ、または増幅器からアンテナへ、あるいはアンテナからSDRへと流れますが、逆向きには流れません。
まとめ
現代のソフトウェア無線技術の発達により、ハードウェアにおいてはFPGAや直接受信チップなどの普及、ソフトウェアにおいてはGNU Radio、SDRangel、gqrxなどのオープンソースツール/フレームワークの進化などにより、C波帯やKu波帯といった高周波数信号のモデム・デモデムも一般愛好家でも容易に行えるようになった。アマチュア無線愛好家は徐々にマイクロ波帯に進出し、パラボラアンテナが実験装置として活用されるようになった。
抛物面アンテナは、まるでシンプルな「鍋」のような形状で、方向性、効率性、双方向通信という3つの重要な機能を達成します。それは、農家の屋根に設置する45cm程度の小型偏波アンテナとして使用することもできますし、山頂に設置して数十メートル幅の地上局としても利用できます。また、0.1マイクロワットの深宇宙からの信号を受信したり、数キロワットの電波を3万5千km先の同期軌道へ送信することも可能です。
周波数帯域が限られているにも関わらず、人間の技術と想像力は無限である。この「アンテナ」が、人類の空への好奇心をさらに高め、あらゆる微細な無線信号を、世界との繋がりとなる壮大な回声へと変えることを願う。（この2つの段落はAIによって生成）また、千ワット以上のキャリアを使用する場合は、C免許が必要であり、電力許容範囲を超える通信実験を行う場合は、事前に許可を得る必要がある。
皆様が充実した時間を過ごし、趣味を楽しみながら、バランスの取れた生活を送れるよう願っています。
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