JP3149432B2 - Multi-beam antenna - Google Patents
Multi-beam antennaInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は1つのアンテナで静止軌道上の複数個の衛星
との同時通信を可能にするマルチビームアンテナに関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-beam antenna that enables simultaneous communication with a plurality of satellites in a geosynchronous orbit with one antenna.
従来のマルチビームアンテナには、例えば第10図のよ
うに1枚の主反射鏡1を複数(ここでは4つ)のビーム
共用とし、各々のビームに対し副反射鏡21〜24を1枚づ
つ対応させたものがある。主反射鏡1は放物面あるいは
トーラス等の2次曲面であり、副反射鏡21〜24の形状は
各ビームの給電点から開口面までの光路長が一定となる
よう調整されている。したがって、各ビームに垂直な平
面である開口面での位相は一様に揃えられる。ここで、
光路長とは、給電点Pf1,Pf2,Pf3,Pf4から発せられた光
線がそれぞれ副反射鏡21,22,23,24および主反射鏡1に
より反射され、各々の開口面に至るまでの距離の合計の
ことである。In a conventional multi-beam antenna, for example, as shown in FIG. 10, one main reflecting mirror 1 is used in common for a plurality of (here, four) beams, and one sub-reflecting mirror 21 to 24 is provided for each beam. There are some that correspond. The main reflecting mirror 1 is a parabolic surface or a secondary curved surface such as a torus, and the shapes of the sub-reflecting mirrors 21 to 24 are adjusted so that the optical path length from the feed point of each beam to the aperture surface is constant. Therefore, the phases on the aperture plane, which is a plane perpendicular to each beam, are uniformly aligned. here,
The optical path length means that the light beams emitted from the feeding points P f1 , P f2 , P f3 , P f4 are respectively reflected by the sub-reflecting mirrors 21, 22, 23, 24 and the main reflecting mirror 1 and reach the respective aperture surfaces. Is the total distance to
しかし、上述した従来のマルチビームアンテナにおい
ては、副反射鏡の形状を計算する際、1次放射器の放射
パターンと開口面における電力分布の対応関係を考慮し
ていないため、開口面での電力分布をコントロールする
ことができない。However, in the above-described conventional multi-beam antenna, when calculating the shape of the sub-reflector, the correspondence between the radiation pattern of the primary radiator and the power distribution on the aperture is not taken into account, so that the power on the aperture is not considered. You cannot control the distribution.
その結果、両者の間に第9図のような写像歪が生ず
る。ここで言う写像とは、開口面での同心円群が平行光
線として主反射鏡1に入射したとき、給電部前方の仮想
平面上で結ぶ像のことである。この写像が歪むと、アン
テナ開口上の電力に偏りが生ずるため、開口能率が低下
し、また一次放射器の偏波方向が一定でも開口面での偏
波方向が一定でなくなるため、交さ偏波特性が劣化す
る。As a result, a mapping distortion occurs between the two as shown in FIG. The mapping referred to here is an image formed on a virtual plane in front of the power supply unit when a group of concentric circles on the aperture surface enters the main reflecting mirror 1 as parallel rays. If this mapping is distorted, the power on the antenna aperture will be biased, and the aperture efficiency will decrease.Also, even if the polarization direction of the primary radiator is constant, the polarization direction at the aperture surface will not be constant, so Wave characteristics deteriorate.
本発明の目的は、開口能率を改善し、かつ交さ偏波特
性を改善するマルチビームアンテナを提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a multi-beam antenna that improves aperture efficiency and cross-polarization characteristics.
本発明マルチビームアンテナは、1つの主反射鏡に対
向配置された複数個の副反射鏡と、それぞれ電波放射を
行う複数個の1次放射器との間にそれぞれ補助反射鏡を
設け、複数個の1次放射器からそれぞれ放射された電波
が、それぞれ対応する補助反射鏡,副反射鏡、および主
反射鏡によって順次反射された後に異なる複数の方向へ
放射されるように構成している。The multi-beam antenna according to the present invention includes a plurality of auxiliary reflectors provided between a plurality of sub-reflectors opposed to one main reflector and a plurality of primary radiators for emitting radio waves. Are radiated in a plurality of different directions after being sequentially reflected by the corresponding auxiliary reflecting mirror, sub-reflecting mirror, and main reflecting mirror, respectively.
ここで、主反射鏡は回転放物面の一部で構成する。 Here, the main reflecting mirror is constituted by a part of the paraboloid of revolution.
また、副反射鏡は、1次放射器の放射電力パターンと
主反射鏡の開口面上の電力分布との対応関係からなる第
1の条件と、1次放射器の位相中心から発射された光線
が補助反射鏡、副反射鏡および主反射鏡によって反射さ
れた後に電波の放射方向に垂直な面まで至る距離が互い
に等しくされる第2の条件と、光線の補助反射鏡での反
射がスネルの法則に従うという第3の条件とから導かれ
る周方向微分方程式および径方向微分方程式のうち、径
方向の微分方程式を解くことによって得られる曲面で構
成する。The sub-reflector has a first condition consisting of a correspondence relationship between a radiation power pattern of the primary radiator and a power distribution on an opening surface of the main reflector, and a light beam emitted from the phase center of the primary radiator. Are reflected by the auxiliary reflector, the sub-reflector and the main reflector so that the distances to the plane perpendicular to the radio wave radiation direction are equal to each other. Of the circumferential differential equation and the radial differential equation derived from the third condition of obeying the law, the surface is formed by a curved surface obtained by solving the radial differential equation.
さらに、補助反射鏡は、電波の放射方向に平行な光線
を入射させたとき、該光線が主反射鏡、副反射鏡および
補助反射鏡で次々と反射され、1次放射器の位相中心に
至る距離がそれぞれの光線について等しくなるように決
めた曲面で構成する。Further, when the auxiliary reflecting mirror makes light rays parallel to the radiation direction of the radio wave incident, the light rays are sequentially reflected by the main reflecting mirror, the sub-reflecting mirror and the auxiliary reflecting mirror, and reach the phase center of the primary radiator. It is constituted by a curved surface whose distance is determined to be equal for each ray.
本発明によれば、補助反射鏡を付加したことにより、
マルチビームアンテナの開口能率と交さ偏波特性を向上
させる。According to the present invention, by adding the auxiliary reflecting mirror,
The aperture efficiency and cross polarization characteristics of the multi-beam antenna are improved.
また、主反射鏡,副反射鏡および補助反射鏡の曲面を
それぞれの条件を満足するように構成することで、開口
効率,交さ偏波特性を改善し、アンテナ開口面での電力
分布を制御可能とする。In addition, by configuring the curved surfaces of the main reflecting mirror, the sub-reflecting mirror, and the auxiliary reflecting mirror so as to satisfy the respective conditions, the aperture efficiency and cross polarization characteristics are improved, and the power distribution at the antenna aperture surface is reduced. Controllable.
次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例の模式的な斜視図であり、
ここでは4ビームのマルチビームアンテナに本発明を適
用した例を示している。同図において、1は主反射鏡で
あり、オフセット型放物面で構成され、ビーム1,2,3,4
で共用されている。ビーム1,2,3,4に対応される副反射
鏡21,22,23,24と各ビームの給電点Pf2,Pf3,Pf4としての
1次放射器41,42,43,44との間にはそれぞれ補助反射鏡3
1,32,33,34を配設している。なお、前記副反射鏡21〜24
と補助反射鏡31〜34はそれぞれビーム1〜4の方向に応
じて調整された鏡面として構成されている。FIG. 1 is a schematic perspective view of one embodiment of the present invention,
Here, an example in which the present invention is applied to a four-beam multi-beam antenna is shown. In the figure, reference numeral 1 denotes a main reflecting mirror, which is constituted by an offset type paraboloid, and has beams 1, 2, 3, 4
It is shared by. The sub-reflecting mirrors 21, 22, 23, 24 corresponding to the beams 1, 2, 3, 4 and the primary radiators 41, 42, 43, 44 as feed points P f2 , P f3 , P f4 of each beam, Auxiliary reflector 3 between
1,32,33,34 are provided. The sub-reflectors 21 to 24
And the auxiliary reflecting mirrors 31 to 34 are configured as mirror surfaces adjusted in accordance with the directions of the beams 1 to 4, respectively.
このマルチビームアンテナにおいては、例えば給電点
Pf1から発せられた光線は、補助反射鏡31,副反射鏡21,
主反射鏡1により順次反射され、ビーム1として平行光
線になる。同様に、給電点Pf2,Pf3,Pf4から発せられた
光線は、それぞれ、補助反射鏡32,33,34、副反射鏡21,2
2,23及び主反射鏡1により反射され、ビーム2,3,4とし
て平行構成になる。In this multi-beam antenna, for example,
The light rays emitted from P f1 are the auxiliary reflecting mirror 31, the sub-reflecting mirror 21,
The light is sequentially reflected by the main reflecting mirror 1 and becomes a parallel ray as a beam 1. Similarly, the light beams emitted from the feeding points P f2 , P f3 , P f4 are respectively the auxiliary reflecting mirrors 32, 33, 34, and the sub-reflecting mirrors 21, 2,
The beams are reflected by the main reflection mirrors 2 and 23 and the main reflection mirror 1 to form a parallel configuration as beams 2, 3, and 4.
ここで、前記副反射鏡と補助反射鏡の形状は次の手順
で決定される。Here, the shapes of the sub-reflecting mirror and the auxiliary reflecting mirror are determined by the following procedure.
先ず、第1段階では、光線群中心軸の経路を決める。
すなわち、ビームの向き,給電点としての1次放射器の
位置と向き,副反射鏡及び補助反射鏡の中心の位置を決
める。First, in the first stage, the path of the central axis of the ray group is determined.
That is, the direction of the beam, the position and direction of the primary radiator as the feeding point, and the position of the center of the sub-reflector and the auxiliary reflector are determined.
第2段階では、エネルギー保存則、スネルの法則、及
び光路長一定条件をもとに得られた微分方程式を、鏡面
中心から径方向に解くことにより、副反射鏡の形状を求
める。In the second stage, the shape of the sub-reflector is determined by solving the differential equation obtained based on the law of conservation of energy, Snell's law, and the constant condition of the optical path length in the radial direction from the center of the mirror surface.
第3段階では、第2段階で得られた副反射鏡の形状と
光路長一定条件より、補助反射鏡の形状を求める。In the third stage, the shape of the auxiliary reflecting mirror is obtained from the shape of the sub-reflecting mirror obtained in the second stage and the condition for keeping the optical path length constant.
以下、1つのビームに対する具体的計算を順次説明す
る。Hereinafter, specific calculations for one beam will be sequentially described.
第2図は計算方法を示す図である。1次放射器4の給
電点Pfから発せられた光線は補助反射鏡3上の点Pt,副
反射鏡2上の点Ps,主反射鏡1上の点Pmにて反射され、
開口面5上の点Paに至っている。開口面5とはビーム方
向に垂直な平面のことであり、ここでは点Pmから点Paを
見た方向がビーム方向である。FIG. 2 is a diagram showing a calculation method. Primary radiator 4 of the feeding point P rays emitted from the f points P t on the auxiliary reflecting mirror 3, point P s on the sub-reflector 2 and is reflected at a point P m on the main reflector 1,
It has come to a point P a on the opening surface 5. The opening surface 5 is that of a plane perpendicular to the beam direction, wherein a direction viewed point P a from the point P m is is the beam direction.
また、点Pt0,Ps0,Pm0,Pa0はそれぞれ補助反射鏡3,副
反射鏡2,主反射鏡1,開口面5の中心であり、給電点Pfか
ら発せられる光線群の中心軸がたどる経路を示してい
る。Points P t0 , P s0 , P m0 , and P a0 are the centers of the auxiliary reflecting mirror 3, the sub-reflecting mirror 2, the main reflecting mirror 1, and the aperture 5, respectively, and are the centers of the group of rays emitted from the feeding point P f. It shows the path taken by the axis.
なお、以下の計算では、点Pfから点Pt,点Ptから点Ps,
点Psから点Pm,点Pmから点Paまでの光線の単位ベクトル
をそれぞれσ,ξ,ν,μ、また点PfPt間,点PtPs間,
点PsPm間,点PmPa間の距離をそれぞれr,u,v,tとおく。In the following calculations, the point P f point from P t, the point P t point from P s,
The point P s point from P m, respectively unit vectors of light rays from the point P m and the point P a σ, ξ, ν, μ, also between the points P f P t, between the points P t P s,
The distances between the points P s P m and the points P m P a are defined as r, u, v, t, respectively.
1次放射器4の方向(δf,γf)の実際の角度のとり
方を第3図に示す。第3図は給電部における局所座標系
x′y′z′と主座標系xyzとの関係を表しており、
z′軸正方向が1次放射器の方向と一致している。1次
放射器からは第4図に示すように、開き角θcの円錘内
に光線群が発せられている。光線群中の各光線の方向は
同図のように(θ,ψ)で表される。FIG. 3 shows how the actual angles of the directions (δ f , γ f ) of the primary radiator 4 are set. FIG. 3 shows the relationship between the local coordinate system x′y′z ′ and the main coordinate system xyz in the power supply unit,
The positive direction of the z 'axis coincides with the direction of the primary radiator. Light ray groups are emitted to from the primary radiator, as shown in FIG. 4, the conical opening angle theta c. The direction of each ray in the ray group is represented by (θ, ψ) as shown in FIG.
同様に第5図は開口面における局所座標系x″y″
z″と主座標系xyzの関係を表している。ビームの方向
(δa,γa)は、局所座標系においては、z″軸正方向
と一致している。Similarly, FIG. 5 shows a local coordinate system x "y" on the aperture plane.
This represents the relationship between z ″ and the main coordinate system xyz. The beam direction (δ a , γ a ) coincides with the positive z ″ axis direction in the local coordinate system.
第6図は開口面5における局所座標系で、光線群の断
面が円として描かれている。給電部において開き角θc
の円錘内の光線群は、3回の反射を経た後、開口面5上
で直径Dの円内に到達する。開口面5上の各光線の方向
は開口面5に対して垂直で、z″軸正方向と一致してお
り、光線群中の各光線が開口面5において通る位置は、
同図のように(P,Ψ)で表される。FIG. 6 shows a local coordinate system on the aperture surface 5, in which the cross section of the light ray group is drawn as a circle. Opening angle θ c at the feeder
The light ray group within the cone of FIG. 3 reaches the inside of the circle having the diameter D on the aperture surface 5 after being reflected three times. The direction of each light beam on the aperture surface 5 is perpendicular to the aperture surface 5 and coincides with the positive direction of the z ″ axis.
It is represented by (P, Ψ) as shown in FIG.
さて、本計算法における第1段階は、光線中心軸の決
定である。この経路は、まず最初に (a)所望のビーム方向(δa,γa)を決める。The first step in the present calculation method is to determine the central axis of the light beam. This path first determines (a) the desired beam direction (δ a , γ a ).
これに対して鏡面系が物理的に実現可能でかつ適当な
形状になるように、 (b)1次放射器の位置Pf(xf,yf,zf)と向き(δf,γ
f)、 (c)副反射鏡の中心の位置Ps0(xs0,ys0,zs0)、 (d)補助反射鏡の中心の位置Pt0(xt0,yt0,zt0)、 をそれぞれ選ぶことにより、一意に定まる。また、この
経路が決定されることにより、1次放射器から開口面ま
での光路長Lが決まる。On the other hand, (b) the position P f (x f , y f , z f ) and direction (δ f , γ) of the primary radiator so that the mirror system is physically feasible and has an appropriate shape.
f), (position of the center of c) sub-reflector P s0 (x s0, y s0 , z s0), and, (d) position of the center of the auxiliary reflector P t0 (x t0, y t0 , z t0) By choosing each one, it is uniquely determined. Also, by determining this path, the optical path length L from the primary radiator to the aperture surface is determined.
次に第2段階として、副反射鏡2の形状を決める偏微
分方程式を求める。Next, as a second stage, a partial differential equation that determines the shape of the sub-reflector 2 is obtained.
第4図は給電点での、第6図は開口面での局所座標系
を示している。いま交さ偏波消去のため、開口面,1次放
射器の電力分布を回転対称とすると、 Ψ=ψ+ω(ω:定数) …(1) ここで、1次放射器の放射パターンをpf(θ),所望
の開口面電力分布をpa(ρ)とすれば、エネルギー保存
則から次の常微分方程式が導かれる。FIG. 4 shows a local coordinate system at the feeding point, and FIG. 6 shows a local coordinate system at the opening surface. Now, assuming that the aperture plane and the power distribution of the primary radiator are rotationally symmetric for cross polarization cancellation, Ψ = ψ + ω (ω: constant) (1) where the radiation pattern of the primary radiator is p f Assuming that (θ) and the desired aperture power distribution are p a (ρ), the following ordinary differential equation is derived from the law of conservation of energy.
ただし、 PF=∫Pf(θ)sinθdθ PA=∫Pa(ρ)ρdρ θC:給電点から補助反射鏡を見込む角, D:主反射鏡の開口径。 Where, P F = ∫P f (θ) sin θd θ P A = ∫P a (ρ) ρdρ θ C : Angle at which the auxiliary reflecting mirror is seen from the feed point, D: Opening diameter of the main reflecting mirror.
式(2)を解くことにより、ρはθのみの関数で表さ
れる。By solving equation (2), ρ is represented by a function of only θ.
ρ=F(θ) …(3) 式(1),(3)から(θ,ψ)に対応する開口面上
の点Pa(xa,ya)が定まる。ρ = F (θ) ... ( 3) Equation (1), (3) from (theta, [psi) point on the aperture plane corresponding to P a (x a, y a ) is determined.
xa=ρcosΨ,ya=ρsinΨ …(4) いま、主反射鏡1を第7図に示すような焦点距離fの
放物面とすれば、点Paに対応する主反射鏡上の点P
m(xm,ym,zm)は ただし、 a=sin2δa b=yasinδacosδa+2f tanαsinδa cosγa−2f cosδa c=xa 2+ya 2cos2δa+4f sinδa +4f tanα(xasinγa +yacosδacosγa) さらに主反射鏡上でのスネルの法則から、主反射鏡への
入射光線単位ベクトルν=(νx,νy,νz)は反射光線
単位ベクトルμ=(μx,μy,μz)が常に、 μx=sinδacosγa μy=sinδasinγa μz=cosδa で表されることを考慮すると、次のようになる。x a = ρcosΨ, if y a = ρsinΨ ... (4) Now, paraboloid of focal length f as shown the main reflector 1 in FIG. 7, a point on the main reflector corresponding to the point P a P
m (x m , y m , z m ) However, a = sin 2 δ a b = y a sinδ a cosδ a + 2f tanαsinδ a cosγ a -2f cosδ a c = x a 2 + y a 2 cos 2 δ a + 4f sinδ a + 4f tanα (x a sinγ a + y a cosδ a cosγ a ) Further, from Snell's law on the main reflecting mirror, the incident light unit vector ν = (ν x , ν y , ν z ) on the main reflecting mirror is the reflected light unit vector μ = (μ x , μ y) , mu z) always considering that represented by μ x = sinδ a cosγ a μ y = sinδ a sinγ a μ z = cosδ a, as follows.
νx=−1/2f・Azxm+sinδacosγa …(7) νy=−1/2f・Azym+sinδasinγa …(8) νz=A2+cosδa (9) ただし また点PmPa間の距離tは、主反射鏡の中心点Pm0と開口
面との距離をlとすれば t=l−t′ …(10) となる。 ν x = -1 / 2f · A z x m + sinδ a cosγ a ... (7) ν y = -1 / 2f · A z y m + sinδ a sinγ a ... (8) ν z = A 2 + cosδ a (9) However The distance t between the point P m P a is become if the distance between the center point P m0 and the opening surface of the main reflecting mirror and l t = l-t '... (10).
以上、給電点からの光線の向き(θ,ψ)と開口面上
の点Pa(xa,ya)との対応関係式(1),(3),
(4)により、給電点から開口面に至るまでの各距離r,
v,u,t及び光線単位ベクトルσ ξ,ν,μのうち、r
とσを与えてtとνが定まった。μはビーム方向の単位
ベクトルで、初めから設定されている。Above, the orientation of the light beam from the feeding point (theta, [psi) and a point on the aperture plane P a (x a, y a ) corresponding relation between (1), (3),
According to (4), each distance r, from the feeding point to the opening surface,
v, u, t and the ray unit vector σ ξ, ν, μ, r
And σ were given, and t and ν were determined. μ is a unit vector in the beam direction, which is set from the beginning.
よって、残る未知数はu,vとξであるが、u,vは光路長
一定の条件から次式で求められる。Therefore, the remaining unknowns are u, v and ξ, but u, v is obtained by the following equation from the condition that the optical path length is constant.
v2=u2+r2+2ur(νxσx+νyσy+νzσz)−2
u(xmfνx+ymfνy+zmfνz)−2r(xmfσx+ymfσ
y+zmfσz)+xmf 2+ymf 2+zmf 2 …(12) ただし、xmf=xm−xf,ymf=ym−yf,zmf=zm−zf,Lt=L
−t ここで、光路長とは給電点Pfから発せられた光線が点
Pt,Ps,Pmにて反射され開口面上の点Paに至るまでの経路
の距離合計を指す。また、光路長一定の条件とは、この
光路長がいかなる(θ,ψ)に対しても一定になるとい
う条件である。光路群の位相を開口面で揃えるためには
この条件が必要である。 v 2 = u 2 + r 2 + 2ur (ν x σ x + ν y σ y + ν z σ z ) −2
u (x mf ν x + y mf ν y + z mf ν z) -2r (x mf σ x + y mf σ
y + z mf σ z) + x mf 2 + y mf 2 + z mf 2 ... (12) However, x mf = x m -x f , y mf = y m -y f, z mf = z m -z f, L t = L
−t Here, the optical path length is a point at which the light beam emitted from the feeding point P f is a point.
It indicates the total distance of a path that is reflected by P t , P s , and P m and reaches a point Pa on the aperture surface. The constant optical path length condition is a condition that the optical path length is constant for any (θ, ψ). This condition is necessary in order to align the phases of the optical path groups on the aperture surface.
式(11),(12)のu,vを用いてξは次のように表せ
る。Using u and v in equations (11) and (12), ξ can be expressed as follows.
ξx=(xmf−uνx−rσx)/v …(13) ξy=(ymf−uνy−rσy)/v …(14) ξz=(zmf−uνz−rσz)/v …(15) ここまでの計算によりr,θ,ψを与えればすべてのパ
ラメータが得られる。 ξ x = (x mf -uν x -rσ x) / v ... (13) ξ y = (y mf -uν y -rσ y) / v ... (14) ξ z = (z mf -uν z -rσ z ) / V ... (15) If r, θ, and に よ り are given by the calculations up to this point, all parameters can be obtained.
さて、補助反射鏡におけるスネルの法則から、次の偏
微分方程式が導かれる。The following partial differential equation is derived from Snell's law in the auxiliary reflecting mirror.
ただし、 A1=cosθcosψ+X/Zsinθ A2=sinθcosψ−X/Zcosθ B1=cosθsinψ+X/Zsinθ B2=sinθsinψ−X/Zcosθ X=(σx−ξx)sinγf−(σy−ξy)cosγf Y=(σx−ξx)cosδfcosγf+(σy−ξy) cosδfsinγf−(σz−ξz)sinδf Z=(σx−ξx)sinδfcosγf+(σy−ξy) sinδfsinγf+(σz−ξz)cosδf 以上式(1)〜(17)の組み合わせにより、式(1
6),(17)は次のような径方向,周方向の偏微分方程
式になっていることが判る。 However, A 1 = cosθcosψ + X / Zsinθ A 2 = sinθcosψ-X / Zcosθ B 1 = cosθsinψ + X / Zsinθ B 2 = sinθsinψ-X / Zcosθ X = (σ x -ξ x) sinγ f - (σ y -ξ y) cosγ f Y = (σ x -ξ x ) cosδ f cosγ f + (σ y -ξ y) cosδ f sinγ f - (σ z -ξ z) sinδ f Z = (σ x -ξ x) sinδ f cosγ f + (σ y -ξ y) by a combination of sinδ f sinγ f + (σ z -ξ z) cosδ f above formula (1) to (17), formula (1
6) and (17) are the following partial differential equations in the radial and circumferential directions.
∂γ/∂θ=γθ(γ,θ,ψ) …(18) ∂γ/∂ψ=γψ(γ,θ,ψ) …(19) いま、式(18),(19)が全微分可能条件、すなわ
ち、 ∂γθ/∂ψ=∂γθ/∂θ を満足していれば、ここで副反射鏡2と補助反射鏡3を
決めることができる。しかし式(18),(19)は一般に
は全微分可能でないため、両式を同時に両立させること
はできない。よって、式(19)は無視し、式(18)のみ
で径方向に微分方程式を解くことにより、副反射鏡2の
形状を決めることにする。すなわち (a)ψを固定し、定数として扱う。∂γ / ∂θ = γθ (γ, θ, ψ) ... (18) ∂γ / ∂ψ = γψ (γ, θ, ψ) ... (19) Now, equations (18) and (19) are fully differentiable. If the condition, ie, ∂γθ / ∂ψ = ∂ψγθ / ∂θ, is satisfied, the sub-reflecting mirror 2 and the auxiliary reflecting mirror 3 can be determined here. However, since equations (18) and (19) are generally not totally differentiable, they cannot be compatible at the same time. Therefore, the shape of the sub-reflector 2 is determined by solving the differential equation in the radial direction only with the expression (18), ignoring the expression (19). That is, (a) ψ is fixed and treated as a constant.
(b)初期値として、第1段階での光線中心軸の値を与
える。(B) As the initial value, the value of the light axis at the first stage is given.
(c)0≦θ≦θcで式(18)を数値計算により解く。(C) a formula (18) with 0 ≦ θ ≦ θ c solved numerically.
(d)上記(a)〜(c)を0≦ψ<2πで行う。(D) Perform the above (a) to (c) with 0 ≦ ψ <2π.
という計算の過程で、副反射鏡2の形状を得る。このと
き補助反射鏡の形状も同時に求まるが、式(19)を完全
に無視しているため、前記副反射鏡2との組み合わせで
は、位相誤差や収差が残ってしまう。, The shape of the sub-reflection mirror 2 is obtained. At this time, the shape of the auxiliary reflecting mirror is determined at the same time, but since the expression (19) is completely ignored, the phase error and aberration remain in combination with the sub-reflecting mirror 2.
そこで、第3段階として、先に得られた副反射鏡2の
形状に対して、光路長一定条件とスネルの法則を適用し
ながら、補助反射鏡3の形状を求めることにする。Therefore, as a third step, the shape of the auxiliary reflecting mirror 3 is determined while applying the constant optical path length condition and Snell's law to the previously obtained shape of the sub-reflecting mirror 2.
すなわち、ある(θ,ψ)方向に対して (a)副反射鏡上の点Psにおける曲面微係数を求める。That is, for a certain (θ, ψ) direction, (a) a curved surface derivative at a point P s on the sub-reflector is obtained.
(b)スネルの法則を満たすよう、副反射鏡への入射単
位ベクトルξ′を決め直す。(B) Redefine the unit vector ξ 'of incidence on the sub-reflector so as to satisfy Snell's law.
(c)光路長が一定となるような点Pt′を求める。(C) Find a point P t 'at which the optical path length is constant.
という計算を、0≦θ≦θc,0≦ψ<2πで行ったとき
の点Ptの集合体に補助反射鏡とする。このようにして求
められた補助反射鏡は、Levi−Civitaの法則によれば、
スネルの法則が自動的に満足するはずである。Is calculated as 0 ≦ θ ≦ θ c , 0 ≦ ψ <2π, an aggregate of the points Pt is set as an auxiliary reflecting mirror. According to Levi-Civita's law, the auxiliary reflector determined in this way is:
Snell's law should be satisfied automatically.
なお、点Pt′(xt′,yt′,zt′)はξ′から次式で求
められる。The point P t ′ (x t ′, y t ′, z t ′) is obtained from か ら ′ by the following equation.
xt′=xs−v′ξx′ yt′=ys−v′ξy′ zt′=zs−v′ξz′ xsf=xs−xf,ysf=ys−yf,zsf=zs−zf Ltu=L−t−u 以上の計算の具体例を次に示す。第8図は、本計算法
により開口面上の同心円群を給電点で写像した様子であ
る。ただし、このときのビームの向きは、第9図と同じ
で、次の通りである。 x t '= x s -v'ξx' y t '= y s -v'ξy' z t '= z s -v'ξz' x sf = x s −x f , y sf = y s −y f , z sf = z s −z f L tu = L−t−u A specific example of the above calculation is shown below. FIG. 8 shows a state in which a group of concentric circles on the aperture surface is mapped at the feeding point by the present calculation method. However, the direction of the beam at this time is the same as in FIG. 9, and is as follows.
δa=5.0〔deg〕 γa=−90.0〔deg〕 本発明の計算による写像は第9図のように大きく歪む
ことなく、同心円に近い形になっている。この写像図
は、マルチビームアンテナの開口能率と交さ偏波特性が
大幅に改善されたことを示している。δ a = 5.0 [deg] γ a = −90.0 [deg] The mapping by the calculation of the present invention has a shape close to a concentric circle without significant distortion as shown in FIG. This mapping shows that the aperture efficiency and cross polarization characteristics of the multi-beam antenna have been greatly improved.
このようにして得られた3枚反射鏡系は、次の事柄を
可能にする。The three-mirror system thus obtained allows the following:
(a)所望の方向にビームを出す。(A) A beam is emitted in a desired direction.
(b)開口面における位相を完全に揃える。(B) Completely align the phases in the aperture plane.
(c)開口面における振幅分布をコントロールする。(C) Control the amplitude distribution on the aperture surface.
従って第1図に示したように、主反射鏡1を固定し、
各々のビーム1,2,3,4を対して上記計算による副反射鏡2
1,22,23,24と補助反射鏡31,32,33,34を取り付ければ、
開口能率と交さ偏波特性を向上させたマルチビームアン
テナが完成される。Therefore, as shown in FIG. 1, the main reflecting mirror 1 is fixed,
For each of the beams 1, 2, 3, 4
If you attach 1,22,23,24 and auxiliary reflectors 31,32,33,34,
A multi-beam antenna with improved aperture efficiency and cross polarization characteristics is completed.
なお、本発明は、鏡面系の物理的配置が可能な限り4
つのビームに限定されることなく多数のビームを出すよ
うに構成することが可能である。It should be noted that, in the present invention, the physical arrangement of the mirror surface
It is possible to configure to emit many beams without being limited to one beam.
以上説明したように本発明は、補助反射鏡を付加した
ことにより、マルチビームアンテナの開口能率と交さ偏
波特性を向上することができる。また、主反射鏡,副反
射鏡および補助反射鏡の曲面をそれぞれの条件を満足す
るように構成することで、開口効率,交さ偏波特性を改
善し、アンテナ開口面での電力分布を制御可能とし、サ
イドローブを低減することができる効果もある。As described above, the present invention can improve the aperture efficiency and cross polarization characteristics of the multi-beam antenna by adding the auxiliary reflecting mirror. In addition, by configuring the curved surfaces of the main reflecting mirror, the sub-reflecting mirror, and the auxiliary reflecting mirror so as to satisfy the respective conditions, the aperture efficiency and cross polarization characteristics are improved, and the power distribution at the antenna aperture surface is reduced. There is also an effect that control is possible and side lobes can be reduced.
第1図は本発明のマルチビームアンテナの一実施例の概
略斜視図、第2図は1つのビームの光路を示す概念図、
第3図は給電部における局所座標系と主座標系の関係を
示す図、第4図は給電部における局所座標系を示す図、
第5図は開口面における局所座標系と主座標系の関係を
示す図、第6図は開口面における局所座標系を示す平面
図、第7図は主反射鏡の断面図、第8図は本発明による
給電部写像図、第9図は従来アンテナによる給電部写像
図、第10図は従来のマルチビームアンテナの概略斜視図
である。 1……主反射鏡、2,21〜24……副反射鏡、3,31〜34……
補助反射鏡、4,41〜44……1次放射器、5……開口面、
6……主反射鏡焦点。FIG. 1 is a schematic perspective view of one embodiment of a multi-beam antenna of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing an optical path of one beam,
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a local coordinate system and a main coordinate system in the power supply unit, FIG. 4 is a diagram showing a local coordinate system in the power supply unit,
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the local coordinate system and the main coordinate system on the aperture surface, FIG. 6 is a plan view showing the local coordinate system on the aperture surface, FIG. 7 is a sectional view of the main reflector, and FIG. FIG. 9 is a schematic diagram of a power supply unit using a conventional antenna, and FIG. 10 is a schematic perspective view of a conventional multi-beam antenna. 1… Main reflector, 2,21-24… Sub reflector, 3,31-34…
Auxiliary reflector, 4,41-44 ... Primary radiator, 5 ... Opening surface,
6: Focus of the main reflector.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 19/19 H01Q 25/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01Q 19/19 H01Q 25/00
Claims (2)
置された複数個の副反射鏡と、これらの副反射鏡にそれ
ぞれ対向して設けられた複数個の補助反射鏡と、これら
の補助反射鏡に向けてそれぞれ電波放射を行う複数個の
1次放射器とを備え、前記複数個の1次放射器からそれ
ぞれ放射された電波が、それぞれ対応する補助反射鏡,
副反射鏡、および主反射鏡によって順次反射された後に
異なる複数の方向へ放射されるように構成したことを特
徴とするマルチビームアンテナ。1. A main reflecting mirror, a plurality of sub-reflecting mirrors disposed opposite to the main reflecting mirror, and a plurality of auxiliary reflecting mirrors provided to oppose the sub-reflecting mirrors, respectively. A plurality of primary radiators for radiating radio waves toward these auxiliary reflecting mirrors, respectively; radio waves radiated from the plurality of primary radiators respectively correspond to the corresponding auxiliary reflecting mirrors;
A multi-beam antenna, wherein the multi-beam antenna is configured to be sequentially reflected by a sub-reflector and a main reflector and then radiated in a plurality of different directions.
前記副反射鏡は、1次放射器の放射電力パターンと主反
射鏡の開口面上の電力分布との対応関係からなる第1の
条件と、1次放射器の位相中心から発射された光線が補
助反射鏡、副反射鏡および主反射鏡によって反射された
後に電波の放射方向に垂直な面まで至る距離が互いに等
しくされる第2の条件と、光線の補助反射鏡での反射が
スネルの法則に従うという第3の条件とから導かれる周
方向微分方程式および径方向微分方程式のうち、径方向
の微分方程式を解くことによって得られる曲面とし、前
記補助反射鏡は、電波の放射方向に平行な光線を入射さ
せたとき、該光線が主反射鏡、副反射鏡および補助反射
鏡で次々と反射され、1次放射器の位相中心に至る距離
がそれぞれの光線について等しくなるように決めた曲面
としてなる特許請求の範囲第1項記載のマルチビームア
ンテナ。2. The main reflecting mirror is a part of a paraboloid of revolution.
The sub-reflector has a first condition consisting of a correspondence relationship between a radiation power pattern of the primary radiator and a power distribution on an opening surface of the main reflector, and a light beam emitted from the phase center of the primary radiator is The second condition that the distances from the auxiliary reflector, the sub-reflector, and the main reflector to the plane perpendicular to the radio wave radiation direction after being reflected is equal to each other, and the reflection of the light beam by the auxiliary reflector is Snell's law. Out of the circumferential differential equation and the radial differential equation derived from the third condition of obeying the following condition: a curved surface obtained by solving a radial differential equation; Are incident on the main reflector, the sub-reflector and the auxiliary reflector, and the curved surface is determined so that the distance to the phase center of the primary radiator is equal for each light. Patent contract Multibeam antenna ranging preceding claim.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10341790A JP3149432B2 (en) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | Multi-beam antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10341790A JP3149432B2 (en) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | Multi-beam antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042208A JPH042208A (en) | 1992-01-07 |
| JP3149432B2 true JP3149432B2 (en) | 2001-03-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP10341790A Expired - Fee Related JP3149432B2 (en) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | Multi-beam antenna |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3149432B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0657149U (en) * | 1993-01-18 | 1994-08-09 | 新日本空調株式会社 | Laboratory animal breeding room |
-
1990
- 1990-04-19 JP JP10341790A patent/JP3149432B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 信学技報A/P88−151(電子情報通信学会技術研究報告 Vol.88,No.435,p69−74,1989.2.17発行) |
Also Published As
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|---|---|
| JPH042208A (en) | 1992-01-07 |
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