JPH10229308A

JPH10229308A - ビーム走査アンテナ装置

Info

Publication number: JPH10229308A
Application number: JP2881697A
Authority: JP
Inventors: Izuru Naito; 出内藤; Norio Miyahara; 典夫宮原; Yoshihiko Konishi; 善彦小西; Shuji Urasaki; 修治浦崎; Takashi Kataki; 孝至片木; Tatsuhiro Noguchi; 龍宏野口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ビーム幅が小さく利得の高いビームを広範囲
に走査する、低損失で、構成の簡素なビーム走査アンテ
ナ装置を得ること。【解決方法】反射鏡系と一次放射系とを備えたビーム
走査アンテナ装置であって、上記一次放射系が、複数
（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナとこれらに電波を供
給する給電装置とを有し、上記給電装置が、この給電装
置に入力する電波を複数（Ｍ）に分配し、分配された電
波のそれぞれの位相を制御して出力するビーム形成装置
と、上記ビーム形成装置出力の複数（Ｍ）の電波をそれ
ぞれを増幅する複数（Ｍ）の増幅器と、上記増幅器出力
の複数（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応じ
て、上記複数（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナのうち
の特定素子アンテナの入力端に合成して出力する空間電
力合成装置と、を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビーム走査アンテ
ナ装置に関するもので、特に、ビーム幅が小さく利得の
高いビームを広範囲に走査する、低損失で構成が簡素な
ビーム走査アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、ビーム走査アンテナ装置とし
て、図１１に示すような、アクティブフェーズドアレー
アンテナが知られている。図において、２は移相器、３
は増幅器、５はアレーアンテナを構成する素子アンテナ
である。

【０００３】送信入力は、素子アンテナ５の数に分配さ
れ、移相器で特定の方向に波面が揃うように位相設定さ
れて、増幅器３で増幅された後、素子アンテナから空間
に放射されて、特定の方向に鋭いビームが形成される。
上記移相器の位相設定を別の方向に波面が揃うように変
化させることによって、ビームが走査される。また、ア
クティブフェーズドアレーアンテナでは、図１１に示す
ように、各素子アンテナ毎に、増幅器が直接接続されて
いるため、通常のフェーズドアレーアンテナに比べて、
大電力を放射できるのに加え、移相器や分配回路の損失
の影響が少ないという利点もある。

【０００４】また、従来、図１２に示すような、マルチ
ポートアンプを用いたクラスター給電反射鏡アンテナが
ある。この図は、Ｅ．ＨＡＧＩＷＡＲＡ，ｅｔａ
ｌ．，“Ｓ−ｂａｎｄｍｏｂｉｌｅｓａｔｅｌｌｉ
ｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕ
ｓｉｎｇＮ−ＳＴＡＲｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ”，１
５ｔｈＡＩＡＡＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏ
ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓ
ｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＡＩＡＡ−９４−１
０００−ＣＰ，ｐｐ．６７３−６７５（１９９４）に示
されたもので、マルチビームアンテナとして用いられて
いるものであるが、入力端子をスイッチで切替えること
により、ビーム走査アンテナ装置として動作させること
ができるものである。ここでは、マルチビームアンテナ
としての動作を説明する。図において、５は一次放射器
として用いられる素子アンテナ、８はパラボラ反射鏡、
１７は上記素子アンテナに接続されたマルチポートアン
プである。

【０００５】マルチポートアンプ１７の各入力端子に入
力した電波は、増幅された後、それぞれ、各入力端子に
対応した素子アンテナから空間に放射され、パラボラ反
射鏡８で反射されて、マルチビームを形成する。このと
き、マルチポートアンプ１７の各入力端子に入力した電
波は、その入力端子に対応したただ一つの出力端子に増
幅されて出力される。各ビームの方向は、素子アンテナ
５の位置と１対１に対応しているので、各入力端子に応
じた複数のビーム（マルチビーム）を放射することがで
きる。

【０００６】図１３は、この従来のマルチビームアンテ
ナに用いられているマルチポートアンプの構成例を示す
図である。この図は、江上ほか、“多端子電力合成形マ
ルチビーム送信系”，信学論（Ｂ），Ｊ６９−Ｂ，２，
ｐｐ．２０６−２１２（Ｆｅｂ．１９８６）に示された
もので、８入力８出力のマルチポートアンプの構成を示
している。図において、３は増幅器、１８は入力した電
波を９０゜の位相差で等分配するハイブリッド、１９は
上記ハイブリッド１８で構成されたマトリックス回路、
２０，２１はそれぞれ、マルチポートアンプの入力端
子，出力端子である。マルチポートアンプの出力端子数
は、入力端子の数と等しい。

【０００７】マルチポートアンプの入力端子２０に入力
した電波は、入力端子側のマトリックス回路１９で、入
力端子２０に対応した特定の位相関係で等分配され、全
ての増幅器３に入力する。全ての増幅器３で同様に増幅
された後、再び出力端子側のマトリックス回路１９で合
成され、入力端子２０に対応した特定の一つの出力端子
に出力される。したがって、各入力端子の入力レベルが
異なる場合でも、全ての増幅器が同じ最適状態で動作さ
せることができるため、各入出力端子間を増幅器で直結
した場合に比べて増幅器の効率を高くできる。また、増
幅器のうちの一つが故障した場合でも、全体の出力が若
干下がるだけで、特定の端子の増幅機能が全く動作しな
くなるということがない。このように、マルチポートア
ンプを用いることで、各ビームの通信量が異なる場合で
も増幅器の効率を高することができ、ビーム間の通信量
の変動に柔軟に対応できる。さらに、故障にも強い特長
がある。

【０００８】ビーム走査アンテナ装置として用いた場合
にも、このような特長は有効で、ビーム走査角に拘ら
ず、これらの特長を持った特性を実現できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の、ビーム走査ア
ンテナ装置は以上のように構成されていて、以下のよう
な課題がある。

【００１０】図１１に示したアクティブフェーズドアレ
ーアンテナを用いて、ビーム幅が小さく利得の高いビー
ムを広範囲に走査するには、膨大な数の素子アンテナを
配列した大口径アレーアンテナが必要になり、例えば、
５０ｄＢｉの利得を持つビームを１０゜（３０ビーム幅
以上に相当する）走査するためには、３０００以上の素
子アンテナを配列する必要がある。これに伴って、素子
アンテナと同じ数の増幅器、移相器も必要となり、構成
が大規模で複雑となるという課題がある。

【００１１】また、図１２に示したクラスター給電反射
鏡アンテナを用いて、ビーム幅が小さく利得の高いビー
ムを広範囲に走査するには、ビーム走査範囲に対応した
多数の入出力端子を持つマルチポートアンプが必要とな
る。マルチポートアンプには、図１３に示すようにマト
リクス回路が使われており、入出力端子数が多い場合に
は、このマトリクス回路の構成が複雑になり、損失、重
量が増加するという課題がある。さらに、増幅器の後
の、大電力が伝送される出力端子側に使われるマトリク
ス回路の損失は発熱の原因となり、この制御が課題とな
る。

【００１２】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、低損失で、構成の簡素で、軽量
な、ビーム走査アンテナ装置で、特に、ビーム幅が小さ
く利得の高いビームを広範囲に走査することが可能なビ
ーム走査アンテナ装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１に係わる発明のビーム走査アンテナ
装置は、反射鏡系と一次放射系とを備えたビーム走査ア
ンテナ装置であって、上記一次放射系が、複数（Ｎ）の
一次放射器の素子アンテナとこれらに電波を供給する給
電装置とを有し、上記給電装置が、この給電装置に入力
する電波を複数（Ｍ）に分配し、分配された電波のそれ
ぞれの位相を制御して出力するビーム形成装置と、上記
ビーム形成装置出力の複数（Ｍ）の電波をそれぞれを増
幅する複数（Ｍ）の増幅器と、上記増幅器出力の複数
（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応じて、上記
複数（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナのうちの特定素
子アンテナの入力端に合成して出力する空間電力合成装
置と、を有することを特徴とする。

【００１４】また、請求項２に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、反射鏡系と一次放射系とを備えたビー
ム走査アンテナ装置であって、上記一次放射系が、複数
（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナとこれらに電波を供
給する給電装置とを有し、上記給電装置が、この給電装
置に入力する複数（Ｐ）チャンネルの電波をそれぞれ複
数（Ｍ）に分配し、分配された電波のそれぞれの位相を
制御して出力する複数（Ｐ）のビーム形成装置と、上記
複数（Ｐ）のビーム形成装置それぞれが出力する複数
（Ｍ）の電波の対応する出力同志を異なるチャンネル間
で合成して増幅する複数（Ｍ）の増幅器と、上記増幅器
出力の複数（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応
じて、上記複数（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナのう
ちの特定素子アンテナの入力端に合成して出力する空間
電力合成装置と、を有することを特徴とする。

【００１５】また、請求項３に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項１もしくは請求項２記載のビー
ム走査アンテナ装置のビーム形成装置が、給電装置に入
力する電波を可変電力分配器を介して複数（Ｍ）に分配
し、分配された電波のそれぞれの位相を制御して出力す
ることを特徴とする。

【００１６】また、請求項４に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項１もしくは請求項２記載のビー
ム走査アンテナ装置の空間電力合成装置が、増幅器出力
の複数（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応じ
て、電力合成装置の入力側のアレイアンテナから放射
し、複数（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナにそれぞれ
接続している電力合成装置の出力側の複数の素子アンテ
ナのうちの特定素子アンテナの入力端に合成して出力す
ることを特徴とする。

【００１７】また、請求項５に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項４記載のビーム走査アンテナ装
置の空間電力合成装置が、その入力側のアレイアンテナ
を構成する素子アンテナのうち、一部を非励振素子とし
て間引いて励振することを特徴とする。

【００１８】また、請求項６に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項４記載のビーム走査アンテナ装
置の空間電力合成装置が、その入力側のアレイアンテナ
と出力側の複数の素子アンテナとの間にルーネベルグレ
ンズを挿入した構成をもつことを特徴とする。

【００１９】また、請求項７に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項１もしくは請求項２記載のビー
ム走査アンテナ装置の空間電力合成装置が、増幅器出力
の複数（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応じ、
ロットマンレンズを介して、上記複数（Ｎ）の一次放射
器の素子アンテナのうちの特定素子アンテナの入力端に
合成して出力することを特徴とする。

【００２０】また、請求項８に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項１もしくは請求項２記載のビー
ム走査アンテナ装置の反射鏡系が、カセグレン形式であ
ることを特徴とする。

【００２１】また、請求項９に係わる発明のビーム走査
アンテナ装置は、請求項１もしくは請求項２記載のビー
ム走査アンテナ装置の反射鏡系が、グレゴリアン形式で
あることを特徴とする。

【００２２】また、請求項１０に係わる発明のビーム走
査アンテナ装置は、請求項１もしくは請求項２記載のビ
ーム走査アンテナ装置の反射鏡系が、フロントフィード
オフセットカセグレン（ＦＦＯＣ）形式であることを特
徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明のビーム走査アンテナ
装置の実施の形態１を示す概略構成図である。この実施
の形態１は、シングルビームのビーム走査アンテナ装置
を構成したものである。図において、移相器２、増幅器
３、素子アンテナ５、パラボラ反射鏡８は、図１１また
は図１２に示した従来の装置と同様のものである。この
ビーム走査アンテナ装置は、反射鏡系（ここではパラボ
ラ反射鏡８）と一次放射系７とを備え、一次放射系７
は、複数（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナ５とこれら
に電波を供給する給電装置６とを有している。上記給電
装置６は、ビーム形成装置１，増幅器３，電力合成装置
４とを有している。ビーム形成装置１は、給電装置６に
入力する電波を複数（Ｍ）に分配し、分配された電波の
それぞれの位相を移相器２によって制御して出力する。
上記ビーム形成装置出力の複数（Ｍ）の電波はそれぞれ
複数（Ｍ）の増幅器３で増幅される。電力合成装置４
は、上記増幅器出力の複数（Ｍ）の電波を入力し、それ
ぞれの位相に応じて、上記複数（Ｎ）の一次放射器の素
子アンテナ５のうちの特定の素子アンテナの入力端に合
成して出力する。

【００２４】上記電力合成装置４の出力端は１次放射器
である素子アンテナ５に直結されており、ビーム方向は
素子アンテナ５の位置と対応している。したがって、ビ
ーム形成装置１の移相器２を制御して励振する素子アン
テナを変えることによって、ビームを走査することがで
きる。なお、励振する素子アンテナ５は、基本的には一
個でよいが、たとえば、ビームを連続的に走査する必要
がある場合や、サイドローブを充分低くする必要がある
場合などには、隣接する複数の素子アンテナを励振する
ように電力合成をすればよい。

【００２５】以上のように、この実施の形態１では、ビ
ーム幅が小さく利得の高いビームに必要なアンテナ開口
径を、反射鏡系を用いて実現できるため、素子アンテナ
数の極端な増加を招くことなく構成が簡素なアンテナを
得ることができる。また、後記の実施の形態で具体例を
説明するように、増幅器３の後につながる電力合成装置
４を低損失で、簡素な、軽量な構成とすることができる
空間電力合成装置を用いて、広範囲にビーム走査する場
合でも、低損失で構成の簡素なアンテナを得ることがで
きる。

【００２６】実施の形態２．図２はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態２を示す概略構成図であ
る。この実施の形態２は、複数のビームに対応した、マ
ルチビームのビーム走査アンテナ装置を構成したもので
ある。図において、移相器２、増幅器３、電力合成装置
４、素子アンテナ５、パラボラ反射鏡８は、図１に示し
た実施例１と同様のものである。このビーム走査アンテ
ナ装置は、反射鏡系（ここではパラボラ反射鏡８）と一
次放射系７ａとを備え、一次放射系７ａは、複数（Ｎ）
の一次放射器の素子アンテナ５とこれらに電波を供給す
る給電装置６ａとを有している。上記給電装置６ａは、
ビーム形成装置１ａ，増幅器３，電力合成装置４とを有
している。上記ビーム形成装置１ａは、複数Ｐのビーム
形成装置からなり、この給電装置６ａに入力する複数
（Ｐ）チャンネルの電波は、それぞれチャンネル対応の
ビーム形成装置に入力し複数（Ｍ）に分配され、分配さ
れた電波のそれぞれの位相を位相器２によって制御して
出力する。上記チャンネル対応のビーム形成装置が出力
する複数（Ｍ）の電波の出力を（１，２，…，ｍ）とし
て、対応する各ビーム形成装置の同一出力同志の電波を
合成し、合成波はそれぞれ複数（Ｍ）の増幅器３で増幅
される。

【００２７】電力合成装置４は、上記増幅器出力の複数
（Ｍ）の増幅された電波を入力し、それぞれの位相に応
じて、合成した電波を特定の出力端に出力する。電力合
成装置４の出力端は一次放射系の素子アンテナ５に直結
されており、ビーム方向は素子アンテナ５の位置と対応
している。したがって、各チャンネルが独立に、電力合
成装置４の特定の出力端に出力し、特定の素子アンテナ
５の位置と対応しているビーム方向に、マルチビームを
形成し、放射する。ビーム形成装置１の移相器２を制御
して励振する素子アンテナを変えることによって、ビー
ムを走査することができ、マルチビームのビーム走査ア
ンテナを実現できる。

【００２８】以上のように、この実施の形態２では、ビ
ーム幅が小さく利得の高いビームに必要なアンテナ開口
径を、反射鏡系を用いて実現できるため、素子アンテナ
数の極端な増加を招くことなく構成が簡素で、軽量なマ
ルチビームのアンテナを得ることができる。また、後記
の実施の形態で具体例を説明するように、増幅器３の後
につながる電力合成装置を低損失で構成の簡素とするこ
とができる空間電力合成装置を用いて、広範囲にビーム
走査する場合でも、低損失で構成の簡素なマルチビーム
のビーム走査アンテナを得ることができる。

【００２９】実施の形態３．図３はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態１，２に用いられるビーム
形成装置を示す概略構成図である。図３において、ビー
ム形成装置１、移相器２、増幅器３は図１に示したもの
と同一のもので、同様の働きをする。９はビーム形成装
置１に入力する電波を複数（Ｍ）に分配する可変電力分
配器で、増幅器３に分配する電波の分配比を制御する。
電力合成装置（図３には示していない）の電力合成の制
御は、分配された電波の位相の制御のみでも可能である
が、ビーム形成装置１にこの可変電力分配器９を用いる
ことにより、分配された電波の位相のみでなく振幅も制
御することができ、電力合成装置４の電力合成の制御を
より高精度に行なうことができる。なお、この可変電力
分配器９は、複数の増幅器間で入力する電波の電力が大
きくばらついて増幅器の効率が著しく低下しないよう、
極端な分配比とならないように制御される。なお、実施
の形態１，２を示す図１，２では、説明を簡略にするた
め、ビーム形成装置１に可変電力分配器９を図示してい
ないが、電力合成装置４の電力合成をより高精度に行な
うためには、ビーム形成装置１に可変電力分配器９を適
用することが有効なことは明らかである。

【００３０】実施の形態４．図４はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態１，２に用いられる電力合
成装置４を示す概略構成図である。図４に示す電力合成
装置は図１，２に示す電力合成装置４の具体例を示して
いる。図４において、増幅器３、電力合成装置４、素子
アンテナ５は、図１，２に示したものと同一のもので、
同様の働きをする。１０，１１は、それぞれ空間電力合
成装置４を構成する電力合成装置の入力側の電力送信用
アレーアンテナ、電力合成装置の出力側の電力受信用素
子アンテナである。電力送信用アレーアンテナ１０を構
成する素子アンテナは、複数の増幅器３から入力した電
波をそれぞれ放射する。このとき、素子アンテナ１０の
励振位相、あるいは、励振振幅と位相を適当に設定する
ことにより、これらから放射される電波を電力受信用素
子アンテナ１１の特定の素子に集中させ合成することが
できる。このときの励振位相、あるいは、励振振幅と位
相は、ビーム形成装置１の移相器２、あるいは、可変電
力分配器９と移相器２（図には示していない）で設定さ
れる。電力受信用素子アンテナ１１で受信された電波
は、１次放射器の素子アンテナ５からアンテナビームと
して放射される。なお、電力受信用素子アンテナ１１の
うち、電波を集中させる素子は基本的には一つでよい。
但し、隣接する素子アンテナ５に電力を配分して、アン
テナビームを連続的に走査したり、複数の素子アンテナ
５を同時に励振してアンテナビームの低サイドローブ化
を図るために、これらの素子アンテナ５に対応した電力
受信用素子アンテナ１１に電力を配分することも可能で
ある。また、素子アンテナ５は電力受信用素子アンテナ
１１と伝送線路で接続されているため、電力受信用素子
アンテナ１１の配列を素子アンテナの配列と独立に、空
間電力合成装置として最適となるように決定することが
できる利点がある。

【００３１】以上のように、この実施の形態４で示す電
力合成装置は、電力が空間で合成されるため、通常の合
成回路などで生じる伝送線路の損失がなく、低損失な電
力合成装置を実現でき、これを空間電力合成装置と呼
ぶ。また、電力送信用アレーアンテナ１０と電力受信用
素子アンテナ１１のみで、構成が非常に簡素となる。し
たがって、実施の形態１，２で説明したように増幅器３
の後につながる電力合成装置を低損失で簡素な構成とす
ることで、従来の技術が実現している、ビーム走査角に
拘らず増幅器を効率的に用いることができ、故障にも強
いという特徴を合わせもち、ビーム幅が小さく利得の高
いビームを広範囲に走査できる低損失なアンテナを実現
できる。

【００３２】実施の形態５．図５はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態１，２に用いられる空間電
力合成装置の電力送信用アレーアンテナの励振素子の配
置を説明する図である。図４に示した空間電力合成装置
は、電力送信用アレーアンテナ１０にサイドローブがあ
ると、不要方向に電力が放射されることになり損失とな
る。この実施の形態５は、電力送信用アレーアンテナを
構成する素子アンテナのうち、一部を非励振素子として
間引くことで開口分布にテーパをつけ、低サイドローブ
化を図ったものである。図５は、Ｒ．Ｅ．Ｃｏｌｌｉ
ｎ，ｅｔａｌ．，“ Ａｎｔｅｎｎａｔｈｅｏｒ
ｙ”，ｐａｒｔ１，ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ，ｐｐ．２２
５（１９６９）に示されたもので、四角配列の円形開口
アレーアンテナで、アレーを構成する素子アンテナの一
部を間引いて、３０ｄＢのテーラー分布を実現した例で
ある。この図では、増幅器（図には示していない）が接
続されている励振素子のみを小さい黒丸で表している。
図５に表示されていない非励振素子は整合終端されてい
る。このように、素子間引き法を適用することによっ
て、増幅器の動作状態を全て同じ最適状態に保ったまま
開口分布にテーパをつけることができ、空間電力合成装
置の低損失化を実現することができる。

【００３３】実施の形態６．図６はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態１，２に用いられる空間電
力合成装置を示す概略構成図である。図において、増幅
器３、電力合成装置４、素子アンテナ５、電力送信用ア
レーアンテナ１０、電力受信用素子アンテナ１１は図４
に示したものと同一のもので、同様の働きをする。１２
は、空間電力合成装置を構成するルーネベルグレンズで
ある。この実施の形態６は、実施の形態４の電力送信用
アレーアンテナ１０と電力受信用素子アンテナ１１との
間に、ルーネベルグレンズ１２を挿入したものである。
電力送信用アレーアンテナ１０の素子を、電力受信用素
子アンテナ１１に対応した方向に対して共相で励振すれ
ばよいので、ビーム形成装置（図６には示していない）
での位相設定が簡単になるという利点がある。しかし、
レンズを構成する誘電体によって損失が増加する欠点も
ある。

【００３４】なお、ここでは、ルーネベルグレンズを用
いた場合を示したが、同様の働きをする異なるレンズを
用いても、同様の効果が得られることは明らかである。

【００３５】実施の形態７．図７はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態１，２に用いられる電力合
成装置を示す概略構成図である。図において、増幅器
３、電力合成装置４、素子アンテナ５は図１，２に示し
たものと同一のもので、同様の働きをする。１３は、電
力合成装置を構成するロットマンレンズである。一般
に、ロットマンレンズは、複数ある入力端子のうちの一
つに電波を入力すると、入力端子に応じた方向に共相と
なる位相分布で電波を出力端子に分配するもので、一次
元にビーム走査する直線アレーアンテナの給電回路とし
て用いられる。この実施の形態７では、入出力端子を通
常とは逆に用い、ロットマンレンズ１３を電力合成器と
して用いている。すなわち、通常の出力端子に、特定の
方向で共相となる位相分布で電波を入力すると、通常の
入力端子のうちで、この方向に対応した一つの端子から
電力合成された電波を取り出すことができる。

【００３６】このように、この実施の形態７では、ロッ
トマンレンズを用いて、電力合成装置の構成を簡素で、
且つ薄型化することができる。なお、上記のように、ロ
ットマンレンズを、通常用いられるように直線アレーア
ンテナの給電回路として用いる場合には、一次元のビー
ム走査にしか対応できない。これに対し、電力合成装置
としてこの実施の形態７のように用いた場合には、電力
合成された電波の出力端子と、ビーム走査アンテナ装置
の一次放射器として用いる素子アンテナ５とを伝送線路
で接続するため、素子アンテナの設定位置を自由に決め
ることができる。したがって、ビーム方向は素子アンテ
ナ位置によって決まることから、通常の場合と異なり、
ビーム走査範囲は一次元に限定されず、自由な方向にビ
ーム走査が可能となる。

【００３７】なお、ここでは、ロットマンレンズを用い
た場合を示したが、同様の働きをする、異なる直線アレ
ーアンテナ給電回路を用いても、同様の効果が得られる
ことは明らかである。

【００３８】実施の形態８．図８はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態８を示す概略構成図であ
る。図において、ビーム形成装置１、移相器２、増幅器
３、電力合成装置４、素子アンテナ５、給電装置６、１
次放射系７は、図１に示したものと同一のもので、同様
の働きをする。上記の給電装置、１次放射系をそれぞれ
６ａ，７ａとすれば図２に示したものと同一のもので、
同様の働きをする。１４はカセグレン形式反射鏡系であ
る。この実施の形態８では、反射鏡系をカセグレン形式
反射系１４とすることにより、一次放射系７と反射鏡系
の相対関係に設計の自由度が大きくでき、アンテナ構成
の自由度が大きくなるため、設置場所の制約等を緩和す
ることができる。

【００３９】実施の形態９．図９はこの発明のビーム走
査アンテナ装置の実施の形態９を示す概略構成図であ
る。図において、ビーム形成装置１、移相器２、増幅器
３、電力合成装置４、素子アンテナ５、給電装置６、１
次放射系７は図１に示したものと同一のもので、同様の
働きをする。上記の給電装置、１次放射系をそれぞれ６
ａ，７ａとすれば図２に示したものと同一のもので、同
様の働きをする。１５はグレゴリアン形式反射鏡系であ
る。この実施の形態９では、反射鏡系をグレゴリアン形
式反射鏡系１５とすることにより、実施の形態８と同
様、一次放射系７と反射鏡系の相対関係に設計の自由度
が大きくでき、アンテナ構成の自由度が大きくなるた
め、設置場所の制約等を緩和することができる。

【００４０】実施の形態１０．図１０はこの発明のビー
ム走査アンテナ装置の実施の形態１０を示す概略構成図
である。図において、ビーム形成装置１、移相器２、増
幅器３、電力合成装置４、素子アンテナ５、給電装置
６、１次放射系７は図１に示したものと同一のもので、
同様の働きをする。上記の給電装置、１次放射系をそれ
ぞれ６ａ，７ａとすれば図２に示したものと同一のもの
で、同様の働きをする。１６はＦＦＯＣ形式反射鏡系で
ある。ＦＦＯＣ形式反射鏡系１６はビーム偏向特性の優
れた反射鏡系として知られているものである。この実施
の形態１０では、この反射鏡系を用いることにより、ビ
ーム走査時の特性劣化が小さいビーム走査アンテナ装置
を得ることができる。また、一次放射系７と反射鏡系の
相対関係に設計の自由度が大きくでき、アンテナ構成の
自由度が大きくなるため、設置場所の制約等を緩和でき
るのは、実施の形態８、９と同様である。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係わる発明に
よれば、ビーム幅が小さく利得の高いビームを得るのに
必要なアンテナ開口径を、反射鏡系を用いて構成したこ
とにより、素子アンテナ数の極端な増加を招くことな
く、構成が簡素なアンテナ装置を得ることができる。ま
た、電力合成装置を低損失で、軽量な、簡素な構成とす
ることができ、広範囲にビーム走査する場合でも、低損
失で、簡素な構成のビーム走査アンテナ装置を得ること
ができる。

【００４２】また、請求項２に係わる発明によれば、ビ
ーム形成装置を複数個備え、ビーム幅が小さく利得の高
いビームを得るのに必要なアンテナ開口径を、反射鏡系
を用いて構成したことにより、素子アンテナ数の極端な
増加を招くことなく、構成が簡素なマルチビームアンテ
ナ装置を得ることができる。また、電力合成装置を低損
失で、簡素な構成のマルチビームのビーム走査アンテナ
装置を得ることができる。

【００４３】また、請求項３に係わる発明によれば、請
求項１もしくは請求項２のビーム走査アンテナ装置の給
電装置のビーム形成装置に可変電力分配器を設けて、入
力する電波の位相、または、振幅と位相の両方を制御す
ることにより、空間電力合成装置における電力合成の制
御を、精度よく行なうビーム走査アンテナ装置を得るこ
とができる。

【００４４】また、請求項４に係わる発明によれば、請
求項１もしくは請求項２のビーム走査アンテナ装置の給
電装置の電力合成装置を空間電力合成装置とすることに
より、低損失で、軽量な、簡素な構成のビーム走査アン
テナ装置を得ることができる。

【００４５】また、請求項５に係わる発明によれば、請
求項４のビーム走査アンテナ装置の空間電力合成装置が
その入力側のアレイアンテナを構成する素子アンテナの
うち、一部を非励振素子として間引いて励振することに
より、さらに低損失化を図ったビーム走査アンテナ装置
を得ることができる。

【００４６】また、請求項６に係わる発明によれば、請
求項４のビーム走査アンテナ装置の空間電力合成装置が
その入力側のアレイアンテナと出力側の複数の素子アン
テナとの間にルーネベルグレンズを挿入した構成をもつ
ことにより、ビーム形成装置での位相設定が容易なビー
ム走査アンテナ装置を得ることができる。

【００４７】また、請求項７に係わる発明によれば、請
求項１もしくは請求項２のビーム走査アンテナ装置の空
間電力合成装置をロットマンレンズを用いた構成とする
ことにより、電力合成装置を簡単な構成で、薄型とな
り、且つ素子アンテナの位置設定の自由度が大きく、そ
れに伴いビーム走査範囲は一次元に限定されず、自由な
方向にビーム走査が可能なビーム走査アンテナ装置を得
ることができる。

【００４８】また、請求項８に係わる発明によれば、反
射鏡系をカセグレン形式とすることにより、一次放射系
７と反射鏡系の相対位置の設計の自由度が大きくなり、
アンテナ構成の設置場所の制約を緩和されるビーム走査
アンテナを得ることができる。

【００４９】また、請求項９に係わる発明によれば、反
射鏡系をグレゴリアン形式とすることにより、一次放射
系７と反射鏡系の相対位置の設計の自由度が大きくな
り、アンテナ構成の設置場所の制約を緩和されるビーム
走査アンテナを得ることができる。

【００５０】また、請求項１０に係わる発明によれば、
反射鏡系をＦＦＯＣ形式とすることにより、反射鏡系は
ビーム偏向特性が優れ、ビーム走査時の特性劣化が小さ
いビーム走査アンテナ装置を得ることができる。さら
に、一次放射系７と反射鏡系の相対位置の設計の自由度
が大きくなり、アンテナ構成の設置場所の制約を緩和さ
れるビーム走査アンテナを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示す概略構成図で
ある。

【図２】この発明の実施の形態２を示す概略構成図で
ある。

【図３】この発明の実施の形態３を示す実施の形態
１，２に用いるビーム形成装置を示す概略構成図であ
る。

【図４】この発明の実施の形態４を示す実施の形態
１，２に用いる空間電力合成装置を示す概略構成図であ
る。

【図５】この発明の実施の形態５を示す実施の形態
１，２に用いる空間電力合成装置のアレーアンテナの励
振素子の配置を説明する図である。

【図６】この発明の実施の形態６を示す実施の形態
１，２に用いる空間電力合成装置を示す概略構成図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態７を示す実施の形態
１，２に用いる空間電力合成装置を示す概略構成図であ
る。

【図８】この発明の実施の形態８を示す実施の形態８
を示す概略構成図である。

【図９】この発明の実施の形態９を示す概略構成図で
ある。

【図１０】この発明の実施の形態１０を示す概略構成
図である。

【図１１】従来のビーム走査アンテナ装置を示す概略
構成図である。

【図１２】従来のマルチビームアンテナを示す概略構
成図である。

【図１３】従来のマルチビームアンテナに用いられる
マルチポートアンプを示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ビーム形成装置、２移相器、３増幅器、４電
力合成装置、５素子アンテナ、６，６ａ給電装置、
７，７ａ一次放射系、８パラボラ反射鏡、９可変
電力分配器、１０電力送信用アレーアンテナ、１１
電力受信用素子アンテナ、１２ルーネベルグレンズ、
１３ロットマンレンズ、１４カセグレン形式反射鏡
系、１５グレゴリアン形式反射鏡系、１６ＦＦＯＣ
形式反射鏡系。

フロントページの続き (72)発明者浦崎修治東京都千代田区丸ノ内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者片木孝至東京都千代田区丸ノ内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者野口龍宏東京都千代田区丸ノ内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射鏡系と一次放射系とを備えたビーム
走査アンテナ装置であって、上記一次放射系が、複数（Ｎ）の一次放射器の素子アン
テナとこれらに電波を供給する給電装置とを有し、上記給電装置が、この給電装置に入力する電波を複数
（Ｍ）に分配し、分配された電波のそれぞれの位相を制
御して出力するビーム形成装置と、上記ビーム形成装置出力の複数（Ｍ）の電波をそれぞれ
を増幅する複数（Ｍ）の増幅器と、上記増幅器出力の複数（Ｍ）の電波を入力し、それぞれ
の位相に応じて、上記複数（Ｎ）の一次放射器の素子ア
ンテナのうちの特定素子アンテナの入力端に合成して出
力する空間電力合成装置と、を有することを特徴とする
ビーム走査アンテナ装置。
【請求項２】反射鏡系と一次放射系とを備えたビーム
走査アンテナ装置であって、上記一次放射系が、複数（Ｎ）の一次放射器の素子アン
テナとこれらに電波を供給する給電装置とを有し、上記給電装置が、この給電装置に入力する複数（Ｐ）チ
ャンネルの電波をそれぞれ複数（Ｍ）に分配し、分配さ
れた電波のそれぞれの位相を制御して出力する複数
（Ｐ）のビーム形成装置と、上記複数（Ｐ）のビーム形成装置それぞれが出力する複
数（Ｍ）の電波の対応する出力同志を異なるチャンネル
間で合成して増幅する複数（Ｍ）の増幅器と、上記増幅器出力の複数（Ｍ）の電波を入力し、それぞれ
の位相に応じて、上記複数（Ｎ）の一次放射器の素子ア
ンテナのうちの特定素子アンテナの入力端に合成して出
力する空間電力合成装置と、を有することを特徴とするビーム走査アンテナ装置。
【請求項３】ビーム形成装置が、給電装置に入力する
電波を可変電力分配器を介して複数（Ｍ）に分配し、分
配された電波のそれぞれの位相を制御して出力すること
を特徴とする請求項１もしくは請求項２記載のビーム走
査アンテナ装置。
【請求項４】空間電力合成装置が、増幅器出力の複数
（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応じて、電力
合成装置の入力側のアレイアンテナから放射し、複数
（Ｎ）の一次放射器の素子アンテナにそれぞれ接続して
いる電力合成装置の出力側の複数の素子アンテナのうち
の特定素子アンテナの入力端に合成して出力することを
特徴とする請求項１もしくは請求項２記載のビーム走査
アンテナ装置。
【請求項５】空間電力合成装置が、その入力側のアレ
イアンテナを構成する素子アンテナのうち、一部を非励
振素子として間引いて励振することを特徴とする請求項
４記載のビーム走査アンテナ装置。
【請求項６】空間電力合成装置が、その入力側のアレ
イアンテナと出力側の複数の素子アンテナとの間にルー
ネベルグレンズを挿入した構成をもつことを特徴とする
請求項４記載のビーム走査アンテナ装置。
【請求項７】空間電力合成装置が、増幅器出力の複数
（Ｍ）の電波を入力し、それぞれの位相に応じ、ロット
マンレンズを介して、上記複数（Ｎ）の一次放射器の素
子アンテナのうちの特定素子アンテナの入力端に合成し
て出力することを特徴とする請求項１もしくは請求項２
記載のビーム走査アンテナ装置。
【請求項８】反射鏡系が、カセグレン形式であること
を特徴とする請求項１もしくは請求項２記載のビーム走
査アンテナ装置。
【請求項９】反射鏡系が、グレゴリアン形式であるこ
とを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載のビーム
走査アンテナ装置。
【請求項１０】反射鏡系が、フロントフィードオフセ
ットカセグレン（ＦＦＯＣ）形式であることを特徴とす
る請求項１もしくは請求項２記載のビーム走査アンテナ
装置。