JPH042208A - Multi-beam antenna - Google Patents
Multi-beam antennaInfo
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Abstract
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
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a multi-beam antenna that enables simultaneous communication with a plurality of satellites in a geosynchronous orbit using 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。In a conventional multi-beam antenna, for example, as shown in FIG. 10, one main reflector 1 is shared by multiple (four in this case) beams, and one sub-reflector 21 to 24 is used for each beam.
There are some that correspond to each other.
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。The main reflecting mirror 1 is a quadratic curved surface such as a paraboloid or a torus, and the shapes of the sub-reflecting mirrors 21 to 24 are adjusted so that the optical path length from the feeding point of each beam to the aperture surface is constant.
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。Therefore, the phases on the aperture plane, which is a plane perpendicular to each beam, are uniformly aligned.
ここで、光路長とは、給電点P fl、 P fZ、
P fffPf4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。Here, the optical path length means the feeding points Pfl, PfZ,
P fff This is the total distance of the light rays emitted from Pf4 being reflected by the sub-reflecting mirrors 21, 22, 23, and 24 and the main reflecting mirror 1 and reaching each aperture surface.
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 conventional multi-beam antenna described above, when calculating the shape of the sub-reflector, the correspondence between the radiation pattern of the primary radiator and the power distribution at the aperture plane is not taken into consideration. Distribution cannot be controlled.
その結果、両者の間に第9図のような写像歪が生ずる。As a result, mapping distortion as shown in FIG. 9 occurs between the two.
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。The mapping referred to here is an image formed on a virtual plane in front of the power feeding section when a group of concentric circles at the aperture plane enters the main reflecting mirror 1 as parallel rays.
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−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。If this mapping is distorted, the power on the antenna aperture will be biased, which will reduce the aperture efficiency, and even if the polarization direction of the -order radiator is constant, the polarization direction at the aperture plane will not be constant.
Cross polarization 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.
(課題を解決するための手段〕
本発明の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。(Means for Solving the Problems) The multi-beam antenna of the present invention is provided between a plurality of sub-reflectors arranged opposite to one main reflector and a plurality of primary radiators each of which emits radio waves. An auxiliary reflector is provided at each of the auxiliary reflectors, and the radio waves emitted from each of the plurality of primary radiators are sequentially reflected by the corresponding auxiliary reflector, sub-reflector, and main reflector, and then radiated in multiple different directions. It is configured so that
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 a 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。In addition, the sub-reflector is a first reflector that is formed by a correspondence relationship between the radiation power pattern of the primary radiator and the power distribution on the aperture surface of the main reflector.
and a second condition in which the distances from the phase center of the primary radiator to the plane perpendicular to the radio wave emission direction after being reflected by the auxiliary reflector, sub-reflector, and main reflector are equal to each other. It is obtained by solving the radial differential equation of the circumferential differential equation and the radial differential equation derived from the second condition and the third condition that the reflection of the light beam on the auxiliary reflector follows Snell's law. Composed of curved surfaces.
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。Furthermore, when a ray of light parallel to the radiation direction of the radio wave is incident on the auxiliary reflector, the ray is reflected one after another by the main reflector, the sub-reflector, and the auxiliary reflector, and reaches the phase center of the primary radiator. It is composed of curved surfaces determined so that the distances are 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 an 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 reflector, sub-reflector, and auxiliary reflector to satisfy their respective conditions, the aperture efficiency and cross-polarization characteristics are improved, and the power distribution at the antenna aperture is improved. Make it controllable.
次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained 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。同図ムこおいて、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P fl。FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the present invention, showing an example in which the present invention is applied to a four-beam multi-beam antenna. In the figure, 1 is the main reflecting mirror, which is composed of an offset paraboloid, and the beams 1, 2,
It is shared by 3.4. Sub-reflector 21.22, 23.24 corresponding to beams 1, 2, 3.4 and feeding point P fl of each beam.
P f3. P fl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31,32
゜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。P f3. Primary radiators 41, 42 as P fl
, 43° and 44, there are auxiliary reflecting mirrors 31 and 32, respectively.
゜33.34 is installed. Note that the sub-reflector 21
~ 24 and auxiliary reflectors 31 to 34 are used for beams 1 to 4, respectively.
It is constructed as a mirror surface adjusted according to the direction of the surface.
このマルチビームアンテナにおいては、例えば給電点P
fl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PfZ+ PF3.
PF3から発せられた光線は、それぞれ、補助反射鏡3
2,33,34、副反射鏡2122.23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 feeding point P
The light beam emitted from fl is transmitted through the auxiliary reflector 31° and the sub-reflector 21. It is sequentially reflected by the main reflecting mirror 1 and becomes a parallel light beam as a beam 1. Similarly, the feed point PfZ+ PF3.
The light beams emitted from PF3 are each auxiliary reflector 3.
2, 33, 34, the sub-reflector 2122.23, and the main reflector 1, resulting in a parallel configuration as beams 2, 3.4.
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-reflector and the auxiliary reflector 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L7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 step, the path of the central axis of the ray group is determined. That is, the direction of the beam, the position and orientation of the feeding point and the primary radiator at L7, and the positions of the centers 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 step, the shape of the sub-reflector is determined by solving a differential equation obtained based on the law of conservation of energy, Snell's law, and the constant optical path length condition 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 step, the shape of the auxiliary reflector is determined from the shape of the auxiliary reflector obtained in the second step and the constant optical path length condition.
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 explained.
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P、から発せられた光線は補助反射鏡3上の点PL、
副反射鏡2上の点PS、主反射鏡1上の点P、にて反射
され、開口面5上の点P1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P、
がら点P、を見た方向がビーム方向である。FIG. 2 is a diagram showing the calculation method. The light beam emitted from the feeding point P of the primary radiator 4 reaches the point PL on the auxiliary reflector 3,
It is reflected at a point PS on the sub-reflector 2 and a point P on the main reflector 1, and reaches a point P1 on the aperture surface 5. The aperture plane 5 is a plane perpendicular to the beam direction, and here points P,
The direction in which the empty point P is viewed is the beam direction.
また、点P、。、P、。、Pl。、P、。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が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。Also, point P,. ,P. ,Pl. ,P. are the auxiliary reflectors 3 and 3, respectively. Secondary reflector 2. Main reflector 1. This is the center of the aperture surface 5, and shows the path followed by the central axis of the group of light rays emitted from the feeding point Pf.
なお、以下の計算では、点P、から点Pt2点Ptから
点262点P5から点2..9点P1から点P1までの
光線の単位ベクトルをそれぞれσ。In addition, in the following calculation, from point P, point Pt2, point Pt, point 262, point P5, point 2. .. 9 The unit vectors of the rays from point P1 to point P1 are each σ.
ξ、シ、μ、また点P、P、間2点PtP、間。ξ, shi, μ, and points P, P, and two points PtP, between.
点P、P、間1点P、P、間の距離をそれぞれr。The distance between points P and P is r.
u、v、 tとおく。Let them be u, v, and t.
1次放射器4の方向(δ7.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′軸正正方向1次放射器の方向と一致している。FIG. 3 shows how to determine the actual angle of the direction (δ7.γf) of the primary radiator 4. FIG. 3 shows the relationship between the local coordinate system x'y'z' and the principal coordinate system xyz in the power feeding section, and the Z'-axis positive direction coincides with the direction of the primary radiator.
1次放射器からは第4図に示すように、開き角θ。の円
錐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。From the primary radiator, the opening angle θ is as shown in FIG. A group of light rays is emitted within the cone of. The direction of each ray in the ray group is represented by (θ, ψ) as shown in the figure.
同様に第5図は開口面における局所座標系X″yz″と
主座標系xyzの関係を表している。Similarly, FIG. 5 shows the relationship between the local coordinate system X"yz" and the principal coordinate system xyz on the aperture plane.
ビームの方向(δa、T、)は、局所座標系においては
、2″軸正方向と一致している。The beam direction (δa, T,) coincides with the 2″-axis positive 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θ。の
円錐内の光線群は、3回の反射を経た後、開口面5上で
直径りの円内に到達する。FIG. 6 shows a local coordinate system at the aperture plane 5, and the cross section of a group of light rays is drawn as a circle. Opening angle θ at the feed section. The light rays within the cone reach a circle with a diameter on the aperture surface 5 after being reflected three times.
開口面5上の各光線の方向は開口面5に対して垂直で、
2″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、 tI
/)で表される。The direction of each ray on the aperture plane 5 is perpendicular to the aperture plane 5,
It coincides with the positive direction of the 2″ axis, and the position where each ray in the ray group passes on the aperture surface 5 is as shown in the same figure (p, tI
/).
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(δm、Tm)を決める。Now, the first step in this calculation method is to determine the central axis of the ray. For this path, first (a) determine the desired beam direction (δm, Tm);
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Pt (xf、 yr、Z
r)と向き(δr、T、)、
(c)副反射鏡の中心の位置P so (xso、y
s。On the other hand, (b) the position Pt (xf, yr, Z
r) and direction (δr, T,), (c) position of the center of the sub-reflector P so (xso, y
s.
ZSO)、
(d)補助反射鏡の中心の位置P to (Xto、
7t。ZSO), (d) Position of the center of the auxiliary reflector P to (Xto,
7t.
210)、
をそれぞれ選ぶことにより、−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
での光路長りが決まる。210). Furthermore, by determining this path, the length of the optical path 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, in the second step, a partial differential equation that determines the shape of the sub-reflector 2 is determined.
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pt (θ)所望の開口
面電力分布をp、(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 the local coordinate system at the feeding point, and FIG. 6 shows the local coordinate system at the aperture plane. Now, for crossed polarization cancellation, if the power distribution of the aperture surface and the primary radiator is rotationally symmetric, then ψ=ψ+ω (ω: constant)...(1) Here,
If the radiation pattern of the primary radiator is pt (θ) and the desired aperture power distribution is p, (ρ), then the following ordinary differential equation is derived from the law of conservation of energy.
ただし、 py=lpr(θ) sinθdθ PA=SP、(ρ)ρdρ θe :給電点から補助反射鏡を見込む角。however, py=lpr(θ) sinθdθ PA=SP, (ρ)ρdρ θe: Angle when looking into the auxiliary reflector from the feeding point.
D:主反射鏡の開口径。D: Aperture 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 expressed as a function of θ only.
ρ=F(θ) ・・・(3)
式(1)、 (3)から(θ、ψ)に対応する開口面
上の点Pa (xm 、)’m )が定まる。ρ=F(θ) (3) From equations (1) and (3), a point Pa (xm,)'m) on the aperture surface corresponding to (θ, ψ) is determined.
X11=ρcosψy )’ a ”” 9 ”ψ
−(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P、に対応する主反射鏡上
の点Pa (Xs、V*、zヨ)はただし、
a =sin”δ1
b=y、sin δa cos 6m +2
ftan crsin δ。X11=ρcosψy )' a ”” 9 ”ψ
-(4) Now, if the main reflecting mirror 1 is a paraboloid with a focal length f as shown in FIG. ), however, a = sin” δ1 b = y, sin δa cos 6m +2
ftan crsin δ.
cos T* 2 fcos δa
c = x、 ” + y、 ”cos” δ、
+4 fsin δ8+4ftanα(XaS1n7
m
” ’/ a CO5δ、CO3γ、)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=(ν8.ν。cos T* 2 fcos δa c = x, ” + y, “cos” δ,
+4 fsin δ8+4ftanα(XaS1n7
m '''/a CO5δ, CO3γ,) Furthermore, from Snell's law on the main reflector, the incident ray unit vector to the main reflector ν=(ν8.ν.
νt)は反射光線単位ベクトルμ−(μ8.μ、。νt) is the reflected ray unit vector μ−(μ8.μ,.
μ、)が常に、 p、 =sin δ、 cos γ1 B、 =sin δ、5in7゜ μ1l=cos 6m で表されることを考慮すると、次のようになる。μ, ) is always p, = sin δ, cos γ1 B, = sin δ, 5in7゜ μ1l=cos 6m Considering that it is expressed as:
vx = 1/2f−A、 X、 +sin δ@C
O5Tm・・・ (7)
νy = 1/2f−Az y、 +sin
663417m・・・ (8)
y、 =AZ +cos 6m (9)ただし
A! =
z、+f
また点P、P、間の距離tは、主反射鏡の中心点P、。vx = 1/2f-A, X, +sin δ@C
O5Tm... (7) νy = 1/2f-Az y, +sin
663417m... (8) y, =AZ +cos 6m (9) However, A! = z, +f Also, the distance t between points P and P is the center point P of the main reflecting mirror.
と開口面との距離を!とすればt=z−t’
・・・ (10)となる。and the distance from the aperture surface! Then t=z-t'
... (10).
以上、給電点からの光線の向き(θ、ψ)と開口面上の
点Ps (Xs 、 ’Is )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、 を及び光線
単位ベクトルσ ξ、シ、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 correspondence relationship equation (
1), (3), and (4), each distance r, v, u, from the feeding point to the aperture plane, and r and σ of the light unit vectors σ ξ, ξ, μ, are given, and t
and ν is determined. μ is a unit vector in the beam direction and is set from the beginning.
よって、残る未知数はu、 vとξであるが、UV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, and UV can be obtained from the following equation under the condition that the optical path length is constant.
(X++u 6 X +yIllt 6 y +Zmr
6 z −Lt )= u 2+r”+2u r
(ν× σウ + シ、σ、+ ν2L2 u(x*
rl/x NmtVy +2+++rl’t L2 r
(X+++v+3’nf (fy +Zeaf6z
)+X m(2+V mf”+Z mfただし、X*r
=XII Xt + ’l*t=VII Yv
。(X++u 6 X +yIllt 6 y +Zmr
6 z −Lt )= u 2+r”+2u r
(ν× σu + shi, σ, + ν2L2 u(x*
rl/x NmtVy +2+++rl't L2 r
(X+++v+3'nf (fy +Zeaf6z
)+X m(2+V mf”+Z mfHowever, X*r
=XII Xt + 'l*t=VII Yv
.
Zsf=Za zt 、 Lt =L
tここで、光路長とは給電点P、から発せられた光線が
点PL、P、、P、にて反射され開口面上の点P1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。光線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。Zsf=Za zt, Lt=L
tHere, the optical path length refers to the total distance of the light beam emitted from the feeding point P, reflected at the points PL, P, , P, and reaching the point P1 on the aperture surface. Further, the condition that the optical path length is constant is a condition that the optical path length is constant for any (θ, ψ). This condition is necessary to align the phases of the group of light rays at the aperture plane.
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.
ξyt =(xmr−uyx −rσx )/v
・・・(13)ξy =(ylar−uvv −ra
y )/v °” (14)ξz =(Zsf−
Ll!/g −r(Fg )/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。ξyt = (xmr-uyx-rσx)/v
...(13) ξy = (ylar-uvv-ra
y )/v °” (14) ξz = (Zsf−
Ll! /g−r(Fg)/v=
(15) All parameters can be obtained by giving r, θ, and ψ through the calculations so far.
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。Now, from Snell's law for the auxiliary reflector, the following partial differential equation is derived.
A、=cos θcos ψ+X/Z sin
θAz=sin θcos ψ−X/Z co
s θBI=CO3θsin ψ+X/Z s
in θBz=sin θsin ψ−X/Z
cos θX=(a、−ξx )sinrr−((
F、−ξ、)CO8T。A, = cos θcos ψ+X/Z sin
θAz=sin θcos ψ−X/Z co
s θBI=CO3θsin ψ+X/Z s
in θBz=sin θsin ψ−X/Z
cos θX=(a, -ξx) sinrr-((
F, -ξ,)CO8T.
Y=(σX−ξX )cosδtcO5Tr+(σ、−
ξy)cos 6t sin re −(σg −
0g )sinδ。Y=(σX−ξX)cosδtcO5Tr+(σ,−
ξy) cos 6t sin re −(σg −
0g) sin δ.
Z−(σに−ξ* )sinδf CO3γtNσ、−
ξy)sin δr Sin 7 y +(7r雰
−ξ寓)cosδf以上式(1)〜(17)の組み合
わせにより、式(16)、(17)は次のような径方向
2周方向の偏微分方程式になっていることが判る。Z−(σ to −ξ*) sin δf CO3γtNσ, −
ξy) sin δr Sin 7 y + (7r atmosphere - ξeg) cos δf By the combination of equations (1) to (17), equations (16) and (17) are the following partial differentials in the two circumferential directions in the radial direction. It turns out that it is an equation.
El r/aθ=Tθ(γ、θ、ψ) −(1B)a
γ/aψ=γψ(γ、θ、ψ) ・・・(19)いま、
式(18)、(1,9)が全微分可能条件、すなわち、
aγθ/aψ=aγθ/θθ
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。しがし式(18)。El r/aθ=Tθ(γ, θ, ψ) −(1B)a
γ / aψ = γψ (γ, θ, ψ) ... (19) Now,
If equations (18) and (1, 9) satisfy the fully differentiable condition, that is, aγθ/aψ=aγθ/θθ, the sub-reflector 2 and the auxiliary reflector 3 can be determined here. Shigashi style (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、弐(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。Since (19) is generally not fully differentiable, both equations cannot be made compatible at the same time. Therefore, the shape of the sub-reflector 2 is determined by ignoring equation (19) and solving the differential equation in the radial direction using only the second (18). 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 an initial value, give the value of the central axis of the ray at the first stage.
(c)0≦θ≦00で式(18)を数値計算により解く
。(c) Solve equation (18) by numerical calculation with 0≦θ≦00.
(d)上記(a)〜(C)をO≦ψく2πで行う。(d) Perform the above (a) to (C) with O≦ψ and 2π.
という計算の過程で、副反射!l!2の形状を得る。In the process of calculation, secondary reflection! l! Obtain the shape of 2.
このとき補助反射鏡の形状も同時に求まるが、弐(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7まう。At this time, the shape of the auxiliary reflector is also determined at the same time.
) is completely ignored, phase errors and aberrations remain in the combination with the sub-reflector 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 by applying the constant optical path length condition and Snell's law to the shape of the auxiliary reflecting mirror 2 obtained previously.
すなわち、ある(θ、ψ)方向に対して(a)副反射鏡
上の点P8における曲面微係数を求める。That is, with respect to a certain (θ, ψ) direction, (a) the curved surface differential coefficient at point P8 on the sub-reflector is determined.
(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) Re-determine 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 Pt' at which the optical path length is constant.
という計算を、0≦θ≦θo、o≦ψく2πで行ったと
きの点P1の集合体を補助反射鏡とする。When this calculation is performed with 0≦θ≦θo, o≦ψ and 2π, the collection of points P1 is defined as an auxiliary reflecting mirror.
このようにして求められた補助反射鏡は、LeviCi
vitaの法則によれば、スネルの法則を自動的に満足
するはずである。The auxiliary reflector obtained in this way is LeviCi
According to Vita's law, Snell's law should be automatically satisfied.
なお、点pt’(χt’+ 3’t’+ Zt’)
はξ′から次式で求められる。In addition, point pt'(χt'+ 3't'+ Zt')
is obtained from ξ′ using the following equation.
Xt =X、 V ξX
yt =y$−■ ξy
Zz =Z、 V ξ2
X st” Xs −Xt + 3’ 5
t=V* −Yt 、 Z Xt”Zs −
ZtL 、、=L4−u
以上の計算の具体例を次に示す。第8図は、本計算法に
より開口面上の同心円群を給電点で写像した様子である
。ただし、このときのビームの向きは、第9図と同じで
、次の通りである。Xt =X, V ξX yt =y$-■ ξy Zz =Z, V ξ2
t=V* −Yt, Z Xt”Zs −
ZtL,,=L4-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 using this calculation method. However, the direction of the beam at this time is the same as in FIG. 9, and is as follows.
6m = 5.OCdeg)
γ* −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。6m = 5. OCdeg) γ* -90,0 (deg) The mapping calculated by the present invention is not greatly distorted as shown in FIG. 9, and has a shape close to concentric circles.
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。This map shows that the aperture efficiency and cross-polarization characteristics of the multi-beam antenna have been significantly 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 thus obtained three-reflector system enables the following.
(a)所望の方向にビームを出す。(a) Emit a beam 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 on 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 in the aperture plane.
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に対して上記計算による副反
射鏡21,22.23.24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, and the auxiliary reflecting mirrors 21, 22, 23, 24 and 31, 32,
By attaching 33 and 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。Note that in the present invention, the physical arrangement of the mirror system is not limited to four beams, but can be configured to emit a large number of beams.
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 explained above, the present invention can improve the aperture efficiency and cross-polarized wave characteristics of a multi-beam antenna by adding an auxiliary reflecting mirror. In addition, by configuring the curved surfaces of the main reflector, sub-reflector, and auxiliary reflector to satisfy their respective conditions, the aperture efficiency and cross-polarization characteristics are improved, and the power distribution at the antenna aperture is improved. It also has the effect of making it controllable and reducing side lobes.
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。
第1図
21〜24′副反射銑
31〜34 ′・辛1カッと身141ト41〜44:I
〉′に駁酊各
第2
図
第3
図
第6
図
第7
図
第4
図
第5
図
y 7′
t′
第8
図
第9
図FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the multi-beam antenna of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing the optical path of one beam.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the local coordinate system and the principal coordinate system in the power feeding section, FIG. 4 is a diagram showing the local coordinate system in the power feeding section,
Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the local coordinate system and the principal coordinate system in the aperture plane, Fig. 6 is a plan view showing the local coordinate system in the aperture plane, Fig. 7 is a cross-sectional view of the main reflecting mirror, and Fig. 8 is a diagram showing the relationship between the local coordinate system and the principal coordinate system in the aperture plane. FIG. 9 is a mapping diagram of a feeding section according to the present invention, FIG. 9 is a mapping diagram of a feeding section according to a conventional antenna, and FIG. 10 is a schematic perspective view of a conventional multi-beam antenna. 1... Main reflecting mirror, 2, 21-24... Sub-reflecting mirror, 3
.. 31-34...Auxiliary reflecting mirror, 4.41-44...
Primary radiator, 5... Aperture surface, 6... Main reflecting mirror focus. Fig. 1 21-24' Sub-reflection iron 31-34', Spicy 1 cut meat 141 To 41-44:I
〉'Each 2nd Figure 3 Figure 6 Figure 7 Figure 4 Figure 5 Figure y 7't' Figure 8 Figure 9
Claims (1)
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。 2、前記主反射鏡は回転放物面の一部であり、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。[Claims] 1. One main reflecting mirror, a plurality of sub-reflecting mirrors disposed opposite to the main reflecting mirror, and a plurality of auxiliary reflecting mirrors disposed opposite to each of these sub-reflecting mirrors. a mirror, and a plurality of primary radiators that respectively emit radio waves toward these auxiliary reflectors, and the radio waves radiated from the plurality of primary radiators are transmitted to the corresponding auxiliary reflectors; A multi-beam antenna characterized in that it is configured to be sequentially reflected by a sub-reflector and a main reflector and then radiated in a plurality of different directions. 2. The main reflecting mirror is a part of a paraboloid of revolution, and the sub-reflecting mirror has a first reflector formed of a correspondence relationship between the radiation power pattern of the primary radiator and the power distribution on the aperture surface of the main reflecting mirror. and the conditions of
A second condition in which the distances from which the light rays emitted from the phase center of the primary radiator reach a plane perpendicular to the radio wave radiation direction after being reflected by the auxiliary reflector, the sub-reflector, and the main reflector are equal to each other; , a curved surface obtained by solving the radial differential equation of the circumferential differential equation and the radial differential equation derived from the third condition that the reflection of the light beam by the auxiliary reflector follows Snell's law, When a ray of light parallel to the radiation direction of the radio wave is incident on the auxiliary reflector, the ray is reflected one after another by the main reflector, the sub-reflector, and the auxiliary reflector, and the distance to the phase center of the primary radiator is The multi-beam antenna according to claim 1, which is a curved surface determined to be equal for each light ray.
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 |
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| JP10341790A JP3149432B2 (en) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | Multi-beam antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042208A true JPH042208A (en) | 1992-01-07 |
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|---|---|
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Cited By (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
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| Publication number | Publication date |
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| JP3149432B2 (en) | 2001-03-26 |
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