JPH0366858B2 - - Google Patents

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JPH0366858B2
JPH0366858B2 JP15523585A JP15523585A JPH0366858B2 JP H0366858 B2 JPH0366858 B2 JP H0366858B2 JP 15523585 A JP15523585 A JP 15523585A JP 15523585 A JP15523585 A JP 15523585A JP H0366858 B2 JPH0366858 B2 JP H0366858B2
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Japan
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antenna
satellite
polarization
wave
earth
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JP15523585A
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Japanese (ja)
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JPS6216631A (en
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Fumio Watanabe
Hideo Nagata
Matsuichi Yamada
Kenichi Mya
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KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、衛星通信システム、特に比較的広い
ビーム幅を有するアンテナを地球局側で用い、か
つ該地球局が船舶や航空機である場合などにみら
れるように、海面などの反射体からの反射波の影
響が無視できない場合においても、反射波の影響
を軽減して衛星通信システムを効率良く構成する
ことのできる衛星通信方式に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a satellite communication system, particularly when an antenna having a relatively wide beam width is used at an earth station, and the earth station is a ship or an aircraft. As can be seen, the present invention relates to a satellite communication system that can efficiently configure a satellite communication system by reducing the influence of reflected waves even when the influence of reflected waves from a reflecting body such as the sea surface cannot be ignored.

(従来技術とその問題点) この種の衛星通信システムの従来例を模式的に
図1に示す。地球を周回する衛星1に搭載された
アンテナ2、および移動地球局3,3′に備えら
れたアンテナ4,4′は、ともに一種類の円偏波
(以下、右旋円偏波として説明する)を送受信し
ている。アンテナによる電磁波の送受信は可逆な
現象であるため、以下、衛星1から移動地球局
3,3′に電波を送信する場合で説明する。
(Prior art and its problems) A conventional example of this type of satellite communication system is schematically shown in FIG. The antenna 2 mounted on the satellite 1 orbiting the earth and the antennas 4 and 4' provided on the mobile earth stations 3 and 3' both generate one type of circularly polarized wave (hereinafter described as right-handed circularly polarized wave). ) is being sent and received. Since the transmission and reception of electromagnetic waves by an antenna is a reversible phenomenon, the case where radio waves are transmitted from the satellite 1 to the mobile earth stations 3 and 3' will be explained below.

衛星1から送られた電波は、直接波5として直
接地球局アンテナ4,4′で受信されるものの他、
海面などの反射体7を経た反射波6としても地球
局アンテナ4,4′で受信される。このように地
球局アンテナ4,4′で直接波5と反射波6の両
者を同時に受信するため、地球局アンテナでの受
信レベルが直接波5と反射波6の位相関係により
大幅に変化する現象、すなわちフエージングが発
生する。このようなフエージングの発生を伴う衛
星通信回線の回線設計としては、フエージングの
深さに相当するエネルギ分(以下「フエージング
マージン」という)を見込む必要があり、フエー
ジングがないとした場合に比べ送信電力や送受信
アンテナの利得を大きくする必要がある。
The radio waves sent from the satellite 1 are received as direct waves 5 by the earth station antennas 4 and 4', as well as
It is also received by the earth station antennas 4, 4' as reflected waves 6 that have passed through a reflector 7 such as the sea surface. In this way, since the earth station antennas 4 and 4' receive both the direct wave 5 and the reflected wave 6 at the same time, the reception level at the earth station antenna changes significantly depending on the phase relationship between the direct wave 5 and the reflected wave 6. , that is, fading occurs. When designing a satellite communication line where such fading occurs, it is necessary to allow for an amount of energy equivalent to the depth of fading (hereinafter referred to as "fading margin"), assuming that there is no fading. It is necessary to increase the transmit power and the gain of the transmitting and receiving antennas compared to the above.

図1からも明らかなように、地球局アンテナ4
のビーム幅が比較的向広い場合、即ち地球局アン
テナ4の大きさが波長に比べ十分大きくない場合
や、移動地球局3,3′から衛星1を見込んだ仰
角(図1のE1)が小さい場合に反射波6を強く
受信するので、大きなフエージングマージンが必
要となる。例えば、1.5GHz帯で、40cmのアンテ
ナを地球局アンテナ4として用い、仰角5゜で衛星
1と通信するためには、99%の時間率に対して、
海面反射フエージングによるマージンを約9dB見
込む必要がある。(塩川他、電子通信学会アンテ
ナ伝搬研資AP83−10)。
As is clear from Figure 1, the earth station antenna 4
When the beam width of the satellite is relatively wide, that is, when the size of the earth station antenna 4 is not sufficiently large compared to the wavelength, or when the elevation angle (E1 in Fig. 1) when looking at the satellite 1 from the mobile earth station 3, 3' is small. In this case, the reflected wave 6 is strongly received, so a large fading margin is required. For example, in the 1.5 GHz band, in order to use a 40 cm antenna as the earth station antenna 4 and communicate with the satellite 1 at an elevation angle of 5 degrees, for 99% of the time,
It is necessary to allow for a margin of approximately 9 dB due to sea surface reflection fading. (Shiokawa et al., Institute of Electronics and Communication Engineers Antenna Propagation Research Fund AP83-10).

このフエージングマージンを小さくする従来の
いくつかの方法について以下に説明する。
Several conventional methods for reducing this fading margin will be described below.

第1の方法は、衛星アンテナのビーム形状を整
形する方法である。前述のように、必要なフエー
ジングマージンは、仰角が低い程大きくなるの
で、図2bのように仰角の低い領域、即ち衛星か
ら込んだ地球の周縁域に対して衛星アンテナの送
信利得を高くする。この図で横軸のθは図2aに
示す衛星1から地球8を見込む角度、縦軸は衛星
アンテナの利得を示している。この方法でフエー
ジングマージンを吸収するためには、中心部と周
縁部での衛星アンテナ利得の差(図2bのΔ)は
前述の場合9dB必要になるが、このようにアンテ
ナビームを整形することは極めて困難であり、ま
た衛星アンテナが大きくなる欠点がある。
The first method is to shape the beam shape of the satellite antenna. As mentioned above, the required fading margin increases as the elevation angle decreases, so the transmission gain of the satellite antenna is increased for the region with a low elevation angle, that is, the peripheral region of the earth as seen from the satellite, as shown in Figure 2b. . In this figure, θ on the horizontal axis represents the angle at which the earth 8 is viewed from the satellite 1 shown in FIG. 2a, and the vertical axis represents the gain of the satellite antenna. In order to absorb the fading margin with this method, the difference in satellite antenna gain between the center and the periphery (Δ in Figure 2b) needs to be 9 dB in the above case, but it is necessary to shape the antenna beam in this way. is extremely difficult and has the disadvantage of requiring a large satellite antenna.

第2の方法は、地球局アンテナ側で反射波を受
けにくくする工夫をするもので、 (1) アンテナのビーム形状を工夫するもの、 (2) 複数のアンテナを用いて、常に反射波を打ち
消すように制御するもの、 (3) アンテナの偏波特性を対向する衛星の仰角に
応じて変化させるもの、 などがある。
The second method is to make the earth station antenna less susceptible to reflected waves. (1) The beam shape of the antenna is modified; (2) Multiple antennas are used to constantly cancel reflected waves. and (3) those that change the polarization characteristics of the antenna according to the elevation angle of the opposing satellite.

(1)の方法は地球局アンテナにおいて反射体方向
の利得が小さくなるようにアンテナビーム形状を
整形するものであるが、ここで問題とするような
ビーム幅の広い小型のアンテナでは不可能であ
る。
Method (1) involves shaping the antenna beam shape in the earth station antenna so that the gain in the direction of the reflector is small, but this is not possible with a small antenna with a wide beam width like the one in question here. .

(2)の方法は、アンテナが複数必要なことと、海
面などの反射体の変化に実時間で追従できる制御
装置が必要な欠点を有する。
Method (2) has the drawbacks of requiring multiple antennas and a control device that can follow changes in reflectors such as the sea surface in real time.

(3)の偏波制御による方法(塩川他、偏波制御に
よるフエージング軽減方式の理論的検討、電子通
信学会アンテナ伝搬研資AP81−144)は、本発明
に関連が深いので、以下詳しく説明する。
The method (3) using polarization control (Shiokawa et al., Theoretical study of fading reduction method using polarization control, Institute of Electronics and Communication Engineers Antenna Propagation Research Fund AP81-144) is closely related to the present invention, so it will be explained in detail below. do.

右旋円偏波が入射した場合の海面等の反射体に
よる反射波6は仰角E1や反射体7の状態及び反
射波6の周波数によるが、一般に、水平方向に偏
平な左旋楕円偏波になる。また、この楕円偏波の
楕円偏波率は、ほぼアンテナの仰角E1のみに依
存する。円偏波のアンテナの一例として、図3a
のような水平面に対して斜め45゜に設置されたク
ロスダイポールアンテナ10を考える。2つのダ
イポールアンテナ素子からの受信電波を90゜移相
器11を介して90゜の位相差で合成器12で合成
し、受信機13で受信した場合、このアンテナは
右旋円偏波を受信する。これに対し、図3bのよ
うに可変移相器14を挿入し、その挿入移相量を
0゜から90゜に変化させると、移相器の変化に従い、
受信偏波は完全な右旋円偏波から垂直な直線偏波
まで変化する。電波の偏波においては、任意の偏
波に対しそれと直交する偏波が存在する。到来電
波5の偏波と直交する偏波特性のアンテナで受信
すると、到来電波5の受信感度は零になる。先に
述べたように、反射波6の偏波特性に直交する偏
波は、縦長の右旋楕円偏波である。そこで、可変
移相器14に適切な挿入移相量を付加し、アンテ
ナの偏波特性を縦長の右旋楕円偏波にすれば反射
波6に対する受信感度を零にすることができる。
アンテナの偏波特性を制御するために必要な挿入
移相量は仰角E1が決まれば一意的に定まるの
で、仰角E1を得るセンサ16からの信号でこの
移相量を制御すれば反射波6を打ち消すことがで
きる。このように地球局アンテナの偏波特性を仰
角E1により完全な円偏波からずらすことによ
り、直接波5の受信レベルもその楕円偏波率によ
る分だけ低下する(偏波損)が、反射波6の受信
レベルが大幅に小さくなるために両者の干渉によ
る深いフエージングは生じなくなり、フエージン
グマージンを4〜5dB小さくすることができると
いう効果がある。しかし、この方法は全ての地球
局側で実施する必要があるため、地球局の数が多
い場合には不都合である。また、可変移相器1
4、仰角センサ16、および仰角E1により可変
移相器14を制御する制御システム15が必要と
なる欠点がある。
When a right-handed circularly polarized wave is incident, the reflected wave 6 from a reflector such as the sea surface depends on the elevation angle E1, the state of the reflector 7, and the frequency of the reflected wave 6, but generally it becomes a left-handed elliptically polarized wave that is flat in the horizontal direction. . Further, the elliptical polarization rate of this elliptically polarized wave depends almost only on the elevation angle E1 of the antenna. As an example of a circularly polarized antenna, Figure 3a
Consider a cross dipole antenna 10 installed at an angle of 45 degrees with respect to the horizontal plane. When received radio waves from two dipole antenna elements are combined by a combiner 12 with a phase difference of 90° via a 90° phase shifter 11 and received by a receiver 13, this antenna receives right-handed circularly polarized waves. do. In contrast, a variable phase shifter 14 is inserted as shown in FIG. 3b, and the amount of phase shift is
When changing from 0° to 90°, according to the change of the phase shifter,
Receive polarization varies from perfect right-handed circular polarization to vertical linear polarization. In the polarization of radio waves, for any given polarization, there is a polarization orthogonal to it. When received by an antenna with polarization characteristics orthogonal to the polarization of the arriving radio wave 5, the receiving sensitivity of the arriving radio wave 5 becomes zero. As described above, the polarized wave orthogonal to the polarization characteristic of the reflected wave 6 is a vertically elongated right-handed elliptically polarized wave. Therefore, by adding an appropriate insertion phase shift amount to the variable phase shifter 14 and changing the polarization characteristic of the antenna to a vertically elongated right-handed elliptical polarization, the reception sensitivity to the reflected wave 6 can be made zero.
The amount of insertion phase shift required to control the polarization characteristics of the antenna is uniquely determined once the angle of elevation E1 is determined, so if this amount of phase shift is controlled using the signal from the sensor 16 that obtains the angle of elevation E1, the reflected wave 6 can be canceled out. In this way, by shifting the polarization characteristics of the earth station antenna from perfect circular polarization by the elevation angle E1, the reception level of the direct wave 5 also decreases by the amount due to its elliptical polarization (polarization loss), but the reflection Since the reception level of wave 6 is significantly reduced, deep fading due to interference between the two does not occur, and the effect is that the fading margin can be reduced by 4 to 5 dB. However, since this method needs to be implemented at all earth stations, it is inconvenient when there are a large number of earth stations. In addition, variable phase shifter 1
4. There is a drawback that an elevation angle sensor 16 and a control system 15 for controlling the variable phase shifter 14 using the elevation angle E1 are required.

(発明の目的) 本発明の目的は、以上述べてきた従来の方法の
問題を解決し、フエージングマージンの小さい衛
星通信方式を提供することにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to solve the problems of the conventional methods described above and to provide a satellite communication system with a small fading margin.

(発明の構成と作用) 以下本発明を詳細に説明する。(Structure and operation of the invention) The present invention will be explained in detail below.

地球局アンテナとして、一種類の円偏波を送受
するアンテナを用いる衛星通信システムを例にと
る(以下右旋円偏波を受信するとして説明する)。
従来のこの種の衛星通信システムでは、地球局ア
ンテナ4に対応し、衛星側アンテナ2も右旋円偏
波を送受するアンテナを用いる方式になつてい
る。即ち、図4bのように衛星アンテナ2の偏波
特性は、サービス対象とする領域内のいずれの方
向に対しても実質的に右旋円偏波が放射されるア
ンテナを使用してきた。
Let us take as an example a satellite communication system that uses an antenna that transmits and receives one type of circularly polarized wave as an earth station antenna (hereinafter, it will be explained assuming that it receives right-handed circularly polarized wave).
In a conventional satellite communication system of this kind, the satellite antenna 2 corresponds to the earth station antenna 4 and uses an antenna that transmits and receives right-handed circularly polarized waves. That is, as shown in FIG. 4b, the polarization characteristics of the satellite antenna 2 have been such that an antenna that emits substantially right-handed circularly polarized waves in any direction within the service target area has been used.

それに対し、本発明による衛星通信方式は、送
信側(衛星)で用いる偏波が受信側(地球局)の
偏波と以下の如く異なつている。即ち、偏波特性
が特別に整形された衛星アンテナ用いている点に
特徴がある。衛星アンテナ2は図4cに示すよう
に、地球中心を見込む方向に対しては右旋円偏波
を放射する。一方、地球周縁部を見込む方向は対
しては、その周縁部から中心ビーム方向に至る動
径方向に長い偏平な右旋楕円偏波を放射する。こ
のような偏波特性を有する衛星アンテナ2を用い
ることにより、右旋円偏波で受信する地球局アン
テナ4では、海面などによる反射波6がちようど
左旋円偏波になるため、反射波6を受信しなくな
り、フエージングが生じなくなる。この場合、直
接波5に対して、地球局アンテナ4の偏波特性が
一致しないため、偏波損を生じるが、9dB以上に
も達する深いフエージングに比べ十分小さいもの
である。
In contrast, in the satellite communication system according to the present invention, the polarized waves used on the transmitting side (satellite) are different from the polarized waves on the receiving side (earth station) as follows. That is, the feature is that a satellite antenna with specially shaped polarization characteristics is used. As shown in FIG. 4c, the satellite antenna 2 emits right-handed circularly polarized waves in a direction looking toward the center of the earth. On the other hand, in the direction looking toward the Earth's periphery, a right-handed elliptically polarized wave that is flat and long in the radial direction from the periphery to the central beam direction is emitted. By using the satellite antenna 2 having such polarization characteristics, the earth station antenna 4 receives right-handed circularly polarized waves, and the reflected waves 6 from the sea surface, etc., tend to become left-handed circularly polarized waves. 6 will no longer be received, and fading will no longer occur. In this case, since the polarization characteristics of the earth station antenna 4 do not match the direct wave 5, a polarization loss occurs, but this is sufficiently small compared to deep fading that reaches 9 dB or more.

次に“動径方向に長い偏平な楕円偏波”につい
て説明する。図5のような衛星1から地球周縁を
見込んだ光線の地球表面に対する入射角をiとす
る。衛星アンテナ2のθ方向の放射電界をX方向
成分とY方向成分で次のように表した時、 〓=〓^Ex+〓^Ey ……(1) その方向の偏波特性はExとEyの比で表せる。
Next, "flat elliptically polarized waves long in the radial direction" will be explained. Let i be the angle of incidence of a ray of light from the satellite 1 as shown in FIG. 5 toward the earth's surface looking toward the earth's periphery. When the radiated electric field of the satellite antenna 2 in the θ direction is expressed by the X direction component and the Y direction component as follows, 〓=〓^E x +〓^E y ……(1) The polarization characteristics in that direction are It can be expressed as the ratio of E x and E y .

反射波6がちようど左旋円偏波になれば地球局
で反射波6を受信しなくなる。そのためには、入
射偏波(衛星アンテナ2のθ方向の偏波)は次の
ようである必要がある。
If the reflected wave 6 becomes a left-handed circularly polarized wave, the earth station will no longer receive the reflected wave 6. For this purpose, the incident polarization (polarization in the θ direction of the satellite antenna 2) needs to be as follows.

ここで、nは海面などの反射体の等価複素屈折
率である。例えば、1.56GHz帯における海面の複
素屈折率n=9.12−j3.62を用い、入射角をi=
80゜とすると、(2)式による衛星アンテナ2の偏波
は、 |Ey/Ex|=2.99 〓〓Ey/Ex=−58.1゜ になる。これはy方向に長い偏平な右旋の楕円偏
波を表している。衛星側で用いる偏波として実質
的に式(2)で規定されるような偏波の放射角度特性
を用いる本発明による衛星通信方式は、個々の地
球局で仰角や海面状態に追従するようなフエージ
ング軽減のための制御装置が不要である利点を有
し、大きなフエージングマージンを必要としない
効果がある。
Here, n is the equivalent complex refractive index of a reflector such as the sea surface. For example, using the complex refractive index of the sea surface in the 1.56GHz band n=9.12−j3.62, the incident angle is i=
If it is 80°, the polarization of the satellite antenna 2 according to equation (2) is |E y /E x |=2.99 〓〓E y /E x = −58.1°. This represents a right-handed elliptically polarized wave that is long in the y direction. The satellite communication system according to the present invention uses radiation angle characteristics of polarized waves substantially defined by equation (2) as polarized waves used on the satellite side. This has the advantage of not requiring a control device to reduce fading, and has the effect of not requiring a large fading margin.

実施例 1 本発明による衛星通信方式を実現するために
は、図4cのような偏波特性を有する衛星アンテ
ナを用いる必要がある。この種のアンテナの具体
例について次に説明する。
Embodiment 1 In order to realize the satellite communication system according to the present invention, it is necessary to use a satellite antenna having polarization characteristics as shown in FIG. 4c. A specific example of this type of antenna will be described next.

図6のように多数のクロスダイポールアンテナ
(図3参照)を平面内に配列したアレイアンテナ
を考える。平面内にX−Y座標系及びρ−ψ座標
系をとる。クロスダイポールはX方向エレメント
とY方向エレメントから構成されている。なお、
このようなアレイアンテナのアンテナ素子として
は、クロスダイポールアンテナに限らず、直交す
る2つの偏波を放射できるものであれば、同様の
構成をとることができる。
Consider an array antenna in which a large number of cross dipole antennas (see FIG. 3) are arranged in a plane as shown in FIG. An X-Y coordinate system and a ρ-ψ coordinate system are taken within the plane. The cross dipole is composed of an X-direction element and a Y-direction element. In addition,
The antenna element of such an array antenna is not limited to a cross dipole antenna, but can have a similar configuration as long as it can radiate two orthogonal polarized waves.

この種のアンテナで図4bのようにアンテナビ
ームが中心方向〔図4aのy軸方向〕に関して回
転対称でかつ右旋円偏波を放射させるためには、
(ρ,ψ)に位置するX方向アンテナの励振係数
Ax(ρ,ψ)及びY方向素子アンテナの励振係数
Ay(ρ,ψ)は一般的に以下のように定められい
た。
In order to make the antenna beam rotationally symmetrical with respect to the center direction (the y-axis direction in FIG. 4a) and radiate right-handed circularly polarized waves as shown in FIG. 4b with this type of antenna,
Excitation coefficient of the X-direction antenna located at (ρ, ψ)
A x (ρ, ψ) and excitation coefficient of Y-direction element antenna
A y (ρ, ψ) was generally determined as follows.

Ax(ρ,ψ)=A0(ρ) ……(3) Ay(ρ,ψ)=−jA0(ρ) ここでA0(ρ)は回転対称なビーム強度分布Ed
(θ)と次式のように関係する関数である。
A x (ρ, ψ)=A 0 (ρ) ……(3) A y (ρ, ψ)=−jA 0 (ρ) Here, A 0 (ρ) is the rotationally symmetrical beam intensity distribution E d
(θ) as shown in the following equation.

Ed(θ)=K1∫〓m 0A0(ρ)J0(kρsinθ)dρ ……(4) ここで、J0は0次ベツセル関数、kは電磁波の
波数、ρmはこのアレイアンテナの実効的な開口
半径、K1は定数、θは図5のθである。
E d (θ)=K 1 ∫〓 m 0 A 0 (ρ)J 0 (kρsinθ)dρ ……(4) Here, J 0 is the zero-order Betzel function, k is the wave number of the electromagnetic wave, and ρm is the value of this array antenna. The effective aperture radius of , K 1 is a constant, and θ is θ in FIG.

式(3)は、各クロスダイポールのX方向素子とY
方向素子が同振幅で90゜位相差で励振されること、
即ち、各クロスダイポールが円偏波を放射してい
ることを示している。その結果アレイアンテナと
して、軸対称に円偏波を放射する。
Equation (3) is based on the X-direction element of each cross dipole and the Y
The directional elements are excited with the same amplitude and a 90° phase difference,
That is, it shows that each cross dipole emits circularly polarized waves. As a result, the array antenna emits circularly polarized waves in an axially symmetrical manner.

さて、図4cのような偏波特性を得るために
は、各素子アンテナの励振係数を以下のごとくに
変更すれば良い。
Now, in order to obtain the polarization characteristics as shown in FIG. 4c, the excitation coefficient of each element antenna may be changed as follows.

Ax(ρ,ψ)=A0′(ρ)+A2(ρ)(cos2ψ
−j sin2ψ) Ax(ρ,ψ)=A0′(ρ)+A2(ρ)(cos2ψ
−j sin2ψ) Ay(ρ,ψ)=−jA0′(ρ)+A2(ρ)(j cos2ψ
+sin2ψ)……(5) ここで、A0(ρ),A2(ρ)は回転対称なビーム
の強度分布Ed(θ)とθ方向での楕円偏波率を規
定する関数W(θ)と次のような関係する関数で
ある。
A x (ρ, ψ) = A 0 ′ (ρ) + A 2 (ρ) (cos2ψ
−j sin2ψ) A x (ρ, ψ) = A 0 ′ (ρ) + A 2 (ρ) (cos2ψ
−j sin2ψ) A y (ρ, ψ) = −jA 0 ′ (ρ) + A 2 (ρ) (j cos2ψ
+sin2ψ)...(5) Here, A 0 (ρ) and A 2 (ρ) are the rotationally symmetrical beam intensity distribution E d (θ) and the function W (θ ) and the following related functions.

W(θ)はW(θ)=1の時右旋円偏波を、W
(θ)=0の時直線偏波を表す。W(θ)が0から
1の間では、動径方向に長い偏平な右旋楕円偏波
を表す。式(5)のように各クロスダイポールを励振
することにより実質図に図4cのような偏波特性
を有しかつ強度分布は回転対称なビームを作り出
すことができる。
W(θ) is right-handed circularly polarized wave when W(θ)=1, W
When (θ)=0, it represents linear polarization. When W(θ) is between 0 and 1, it represents a right-handed elliptically polarized wave that is flat in the radial direction. By exciting each cross dipole as shown in equation (5), it is possible to create a beam that essentially has polarization characteristics as shown in FIG. 4c and whose intensity distribution is rotationally symmetric.

実施例 2 次に、本発明の第2の実施例について説明す
る。
Example 2 Next, a second example of the present invention will be described.

本実施例は、衛星アンテナ2が複数のビームを
放射し、その複数のビームで衛星から地球を見込
む領域を覆うマルチビーム衛星通信システムに、
本発明を適用したものである。
This embodiment is a multi-beam satellite communication system in which a satellite antenna 2 emits a plurality of beams, and the plurality of beams cover an area where the earth is viewed from the satellite.
This is an application of the present invention.

地球局アンテナ4が一種類の円偏波を送受信
(以下右旋円偏波を受信する場合で説明する)す
る場合、従来のこの種のシステムでは、図7aの
ように衛星アンテナ2の各ビームの偏波は実質的
に右旋円偏波を有するように構成されていた。即
ち、送信側と受信側で同一の偏波を用いていた。
When the earth station antenna 4 transmits and receives one type of circularly polarized wave (the case of receiving right-handed circularly polarized waves will be explained below), in a conventional system of this type, each beam of the satellite antenna 2 is The polarization of the wave was configured to have a substantially right-handed circular polarization. That is, the same polarization was used on the transmitter and receiver sides.

本発明による衛星通信方式では、図7bのよう
に地球中心部を照射するビームの偏波は右旋円偏
波、周縁部を照射するビームの偏波は周縁部から
中心部に至る動径方向に長い偏平な右旋楕円偏波
を用いることに特徴がある。
In the satellite communication system according to the present invention, as shown in Figure 7b, the polarization of the beam that irradiates the center of the earth is right-handed circularly polarized, and the polarization of the beam that irradiates the periphery is in the radial direction from the periphery to the center. It is characterized by the use of long flat right-handed elliptically polarized waves.

周縁部のビームの偏波特性(楕円偏波率)は、
周縁部の代表方向(例えばそのビームの中心方
向)に対して、実質的に式(2)で規定される。
The polarization characteristics (elliptic polarization) of the beam at the edge are:
It is substantially defined by equation (2) with respect to the representative direction of the peripheral edge (for example, the direction of the center of the beam).

このように送信側と受信側で異なる偏波を使用
し、しかもその楕円偏波率を式(2)のごとくにする
ことにより、海面等の反射体による反射波の偏波
がほぼ左旋円偏波になるため、右旋円偏波受信の
地球局アンテナ4では反射波6をほとんど受信し
なくなる。その結果、大きなフエージングマージ
ンが必要でなくなる効果が生じる。
By using different polarizations on the transmitting side and the receiving side and setting the elliptical polarization coefficient as shown in equation (2), the polarization of the reflected wave from a reflecting object such as the sea surface is almost left-handed circularly polarized. As a result, the reflected wave 6 is hardly received by the earth station antenna 4 which receives the right-handed circularly polarized wave. As a result, there is an effect that a large fading margin is not required.

本発明の第2の実施例による通信方式を実現す
るための衛星アンテナ2の一構成を図8に示す。
図8は従来から広く使われているマルチフイード
によるマルチビームアンテナである。給電ホーン
21から放射された電波は反射鏡20を経て放射
する。異なるホーンから放射された電波はそれぞ
れ異なる方向に進行し、それぞれビームを形成す
る。図のようにOMT22を用いて2つの直交ポ
ート23,24から励振する場合を考える。図7
aのようにどのビームも円偏波を放射させるため
には、それぞれのホーンの直交ポート23,24
を同振幅で90゜位相差で励振すれば良い。一方、
本実施例で用いる図7bのような偏波特性を実現
するためには、それぞれの給電ホーン21の直交
ポート23,24の励振振幅比と位相差をそれぞ
れのビームの所要偏波率に応じたものとすれば良
い。
FIG. 8 shows a configuration of a satellite antenna 2 for realizing a communication system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a conventionally widely used multi-beam antenna using multi-feeds. The radio waves radiated from the feeding horn 21 are radiated through the reflecting mirror 20. Radio waves emitted from different horns travel in different directions and form beams. Consider the case where the OMT 22 is used to excite from two orthogonal ports 23 and 24 as shown in the figure. Figure 7
In order for each beam to emit circularly polarized waves as shown in a, the orthogonal ports 23 and 24 of each horn are
should be excited with the same amplitude and 90° phase difference. on the other hand,
In order to realize the polarization characteristics as shown in FIG. 7b used in this embodiment, the excitation amplitude ratio and phase difference of the orthogonal ports 23 and 24 of each feeding horn 21 must be adjusted according to the required polarization factor of each beam. It's fine if you take it as something like that.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
衛星に搭載するアンテナの偏波特性の中心部に対
しては円偏波を用い、周辺部に対しては半径方向
に長軸を有する楕円偏波を用いることにより、既
存の地球局に対しても何らの設備上の変更を行う
ことなしに、不要波である反射波の影響を排除す
ることができ、効率の良い衛星通信システムを実
現することができる。特に、地球局の数が多い移
動体衛星通信システムに対して実際的であり、か
つ、経済的な効果を与えることができる。
(Effects of the Invention) As explained in detail above, according to the present invention,
By using circularly polarized waves for the central part of the polarization characteristic of the antenna mounted on the satellite, and using elliptical polarized waves with a long axis in the radial direction for the peripheral parts, it is possible to transmit signals to existing earth stations. However, the influence of reflected waves, which are unnecessary waves, can be eliminated without making any equipment changes, and an efficient satellite communication system can be realized. In particular, it is practical and can provide economical effects to mobile satellite communication systems with a large number of earth stations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図1は本発明の適用対象となる衛星通信システ
ムの構成を示す模式図、図2a,bはフエージン
グマージンを小さくするための従来の第1の方法
を説明するための略図及び特性図、図3a,bは
フエージングマージンを小さくするため従来地球
局側で行われていた偏波制御による方法を説明す
るためのブロツク構成図、図4a,b,cは本発
明の第1の実施例において衛星アンテナが用いる
偏波の角度特性を説明するための座標系図及び偏
波特性図、図5は楕円偏波の偏波率を定義するた
めに必要な座標系を示す図、図6は本発明の第1
の実施例を実現するために必要な衛星アンテナの
一構成例を示す略図、図7は本発明の第2の実施
例において衛星アンテナが用いるそれぞれのビー
ムにおける偏波特性例図、図8は本発明の第2の
実施例を実現するために必要な衛星アンテナの一
構成例を示す斜視図である。 1……衛星、2……衛星アンテナ、3……地球
局、4……地球局アンテナ、5……直接波、6…
…反射波、7……反射体、8……地球、10……
クロスダイポールによる地球局アンテナ、11…
…90゜移相器、12……合成器、13……送受信
器、14……可変移相器、15……位相制御装
置、16……仰角検出器、20……反射鏡、21
……ホーン、22……OMT、23,24……給
電ポート。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a satellite communication system to which the present invention is applied, and FIGS. 2a and 2b are schematic diagrams, characteristic diagrams, and diagrams for explaining the first conventional method for reducing the fading margin. 3a and 3b are block configuration diagrams for explaining a polarization control method conventionally performed on the earth station side in order to reduce the fading margin. A coordinate system diagram and a polarization characteristic diagram to explain the angular characteristics of polarized waves used by satellite antennas. Figure 5 is a diagram showing the coordinate system necessary to define the polarization rate of elliptically polarized waves. Figure 6 is a diagram from this book. First invention
FIG. 7 is a diagram showing an example of the polarization characteristics of each beam used by the satellite antenna in the second embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of a satellite antenna necessary for realizing a second embodiment of the present invention. 1...Satellite, 2...Satellite antenna, 3...Earth station, 4...Earth station antenna, 5...Direct wave, 6...
...Reflected wave, 7...Reflector, 8...Earth, 10...
Earth station antenna with cross dipole, 11...
... 90° phase shifter, 12 ... Combiner, 13 ... Transmitter/receiver, 14 ... Variable phase shifter, 15 ... Phase control device, 16 ... Elevation angle detector, 20 ... Reflector, 21
...Horn, 22...OMT, 23, 24...Power supply port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 衛星軌道上に置かれた通信衛星を用いる衛星
通信方式において、前記通信衛星のアンテナの偏
波特性が地球の中心部に対して円偏波、地球の周
辺部に対しては半径方向に長軸を有する楕円偏波
となつていることを特徴とする衛星通信方式。 2 前記アンテナが直交する2つの偏波を放射で
きるアンテナ素子を配列したアレイアンテナであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
衛星通信方式。 3 前記アンテナがマルチフイードによるマルチ
ビームアンテナであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の衛星通信方式。
[Claims] 1. In a satellite communication system using a communication satellite placed in a satellite orbit, the polarization characteristics of the antenna of the communication satellite are circularly polarized for the center of the earth and circularly polarized for the periphery of the earth. On the other hand, a satellite communication system is characterized by elliptically polarized waves having a long axis in the radial direction. 2. The satellite communication system according to claim 1, wherein the antenna is an array antenna in which antenna elements capable of radiating two orthogonal polarized waves are arranged. 3. The satellite communication system according to claim 1, wherein the antenna is a multi-beam antenna using a multi-feed.
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CA2022854C (en) * 1989-10-02 1995-06-06 Bary Robert Bertiger Multiple beam deployable space antenna system

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