JPH10242749A - マルチビーム反射鏡アンテナ - Google Patents
マルチビーム反射鏡アンテナInfo
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- JPH10242749A JPH10242749A JP5428997A JP5428997A JPH10242749A JP H10242749 A JPH10242749 A JP H10242749A JP 5428997 A JP5428997 A JP 5428997A JP 5428997 A JP5428997 A JP 5428997A JP H10242749 A JPH10242749 A JP H10242749A
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- Japan
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- antenna
- reflector
- array
- parabolic reflector
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビームの形成可能な領域を拡大したマルチビ
ーム反射鏡アンテナを提供する。 【解決手段】 反射鏡と該反射鏡を励振する複数のアレ
ーアンテナとを有し、各アレーアンテナは複数のビーム
を発射し、各アレーアンテナは反射鏡の焦点面を外れた
位置に配置される。
ーム反射鏡アンテナを提供する。 【解決手段】 反射鏡と該反射鏡を励振する複数のアレ
ーアンテナとを有し、各アレーアンテナは複数のビーム
を発射し、各アレーアンテナは反射鏡の焦点面を外れた
位置に配置される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマルチビーム反射鏡
アンテナに関する。
アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】マルチビーム反射鏡アンテナとして、パ
ラボラ反射鏡の焦点面に必要なビーム数分の1次放射器
を置いた構成が最も基本的である。これは、例えば、文
献、Lo/Lee編集、“Antenna Handb
ook, Theory, Application
s, and Design”, Van Nostr
and Reinhold Company、1988
年等で説明されている。図1は上記構成のマルチビーム
反射鏡アンテナを示したものである。ここでは、ビーム
数Nの送信系を考えている。ビームに対応するN個の高
周波入力端子1011 〜N があり、そのそれぞれには電
力増幅器1021 〜N が接続されている。電力増幅器1
021 〜N の出力のそれぞれには、1次放射器1031
〜N が接続されている。高周波入力端子101i (1≦
i≦N)に加えられた信号は、電力増幅器1021 〜N
より増幅され、1次放射器103i からパラボラ反射鏡
104に向かって放射される。図1には、各1次放射器
の位相中心を波源と考え1161 〜N として記入してい
る。
ラボラ反射鏡の焦点面に必要なビーム数分の1次放射器
を置いた構成が最も基本的である。これは、例えば、文
献、Lo/Lee編集、“Antenna Handb
ook, Theory, Application
s, and Design”, Van Nostr
and Reinhold Company、1988
年等で説明されている。図1は上記構成のマルチビーム
反射鏡アンテナを示したものである。ここでは、ビーム
数Nの送信系を考えている。ビームに対応するN個の高
周波入力端子1011 〜N があり、そのそれぞれには電
力増幅器1021 〜N が接続されている。電力増幅器1
021 〜N の出力のそれぞれには、1次放射器1031
〜N が接続されている。高周波入力端子101i (1≦
i≦N)に加えられた信号は、電力増幅器1021 〜N
より増幅され、1次放射器103i からパラボラ反射鏡
104に向かって放射される。図1には、各1次放射器
の位相中心を波源と考え1161 〜N として記入してい
る。
【0003】パラボラ反射鏡104の中心105とパラ
ボラ反射鏡104の焦点106を結ぶ直線を考え、この
線分に垂直でかつ焦点106を通る平面を焦点面107
と定義する。1次放射器1031 〜N は焦点面107上
に配置されている。パラボラ鏡面の一般的な性質から、
焦点106に置かれた1次放射器103aから放射され
る電波はパラボラ反射鏡104によりアンテナの正面方
向120に反射され、アンテナの正面方向120にアン
テナビーム108aが形成される。焦点106から離れ
た位置に置かれた1次放射器103bから放射された電
波は、パラボラ反射鏡104によって図1に示すように
斜め上方に反射され、アンテナ正面方向120から離角
した方向にアンテナビーム108bが形成される。1次
放射器103bと焦点106との間の距離109をdと
するとき、この距離d(109)とアンテナビームの方
向θb (110)とはほぼ比例関係にある。焦点106
との距離d(109)を大きくとるほど、パラボラ反射
鏡104の正面方向からピークが大きく離角したビーム
が形成される。以上がパラボラ反射鏡を用いる場合のマ
ルチビーム反射鏡アンテナの最も基本的な構成と動作原
理である。
ボラ反射鏡104の焦点106を結ぶ直線を考え、この
線分に垂直でかつ焦点106を通る平面を焦点面107
と定義する。1次放射器1031 〜N は焦点面107上
に配置されている。パラボラ鏡面の一般的な性質から、
焦点106に置かれた1次放射器103aから放射され
る電波はパラボラ反射鏡104によりアンテナの正面方
向120に反射され、アンテナの正面方向120にアン
テナビーム108aが形成される。焦点106から離れ
た位置に置かれた1次放射器103bから放射された電
波は、パラボラ反射鏡104によって図1に示すように
斜め上方に反射され、アンテナ正面方向120から離角
した方向にアンテナビーム108bが形成される。1次
放射器103bと焦点106との間の距離109をdと
するとき、この距離d(109)とアンテナビームの方
向θb (110)とはほぼ比例関係にある。焦点106
との距離d(109)を大きくとるほど、パラボラ反射
鏡104の正面方向からピークが大きく離角したビーム
が形成される。以上がパラボラ反射鏡を用いる場合のマ
ルチビーム反射鏡アンテナの最も基本的な構成と動作原
理である。
【0004】ところで、電力増幅器102に入力する信
号レベルを増大すると、それに伴い出力信号レベルも増
大する。その最大出力レベルには限界があり、そのとき
の入力信号レベルが最大入力レベルとなる。上記の構成
のマルチビーム反射鏡アンテナにおいて、実際には、高
周波入力端子1011 〜N に入力する信号レベルにばら
つきがある。そのひとつが最大入力信号レベルに達して
おり、他の入力端子に加えられる信号レベルが小さく増
幅器の能力(増幅器に与える電力)に余裕があっても、
それを融通することができず、システム全体としての効
率は良くない。
号レベルを増大すると、それに伴い出力信号レベルも増
大する。その最大出力レベルには限界があり、そのとき
の入力信号レベルが最大入力レベルとなる。上記の構成
のマルチビーム反射鏡アンテナにおいて、実際には、高
周波入力端子1011 〜N に入力する信号レベルにばら
つきがある。そのひとつが最大入力信号レベルに達して
おり、他の入力端子に加えられる信号レベルが小さく増
幅器の能力(増幅器に与える電力)に余裕があっても、
それを融通することができず、システム全体としての効
率は良くない。
【0005】また、上記の構成では、1次放射器を置く
位置と形成されるビームの方向は1対1に対応してい
る。そのため、近接してビームを配置したい場合には1
次放射器の位置を近づけて配置する必要がある。1次放
射器の大きさによっては実現できない場合がある。
位置と形成されるビームの方向は1対1に対応してい
る。そのため、近接してビームを配置したい場合には1
次放射器の位置を近づけて配置する必要がある。1次放
射器の大きさによっては実現できない場合がある。
【0006】上述の欠点を解決するマルチビーム反射鏡
アンテナの構成として、給電にアレーアンテナを用いる
構成が考えられる。例えばこれは、小林他、「マイクロ
波FFT回路を用いた衛星搭載超マルチビームフォーミ
ング技術の検討」、電子情報通信学会技術報告SAT9
6−73、pp.23〜30、1996年で用いられて
いる。図2はこのアンテナの構成を示しており、M素子
のアンテナを用いたNビームの系を記載している。高周
波入力端子に加えられた信号1011 〜N は、ビーム形
成回路111によって、その全ての出力端子1121 〜
M に所定の振幅及び位相をもって分配される。ビーム形
成回路の出力端子1121 〜M のそれぞれには電力増幅
器1021 〜M が接続されており、その出力は素子アン
テナ1131 〜M に接続されている。素子アンテナ11
31 〜M はアレーアンテナ114を構成している。アレ
ーアンテナ114は、図1の場合と異なり、焦点面10
7以外の面内に置かれている。なお、素子アンテナの数
Mは、一般には、ビーム数Nとは無関係に選ぶことがで
きる。
アンテナの構成として、給電にアレーアンテナを用いる
構成が考えられる。例えばこれは、小林他、「マイクロ
波FFT回路を用いた衛星搭載超マルチビームフォーミ
ング技術の検討」、電子情報通信学会技術報告SAT9
6−73、pp.23〜30、1996年で用いられて
いる。図2はこのアンテナの構成を示しており、M素子
のアンテナを用いたNビームの系を記載している。高周
波入力端子に加えられた信号1011 〜N は、ビーム形
成回路111によって、その全ての出力端子1121 〜
M に所定の振幅及び位相をもって分配される。ビーム形
成回路の出力端子1121 〜M のそれぞれには電力増幅
器1021 〜M が接続されており、その出力は素子アン
テナ1131 〜M に接続されている。素子アンテナ11
31 〜M はアレーアンテナ114を構成している。アレ
ーアンテナ114は、図1の場合と異なり、焦点面10
7以外の面内に置かれている。なお、素子アンテナの数
Mは、一般には、ビーム数Nとは無関係に選ぶことがで
きる。
【0007】もし仮に、パラボラ反射鏡104の焦点1
06を波源とする場合と一致する振幅位相関係の高周波
信号がアレーアンテナ114から放射されるとすれば、
アンテナの正面方向120にビーム108aが形成され
る。図1では焦点面107上に個別の1次放射器を置い
ていたが、ビーム形成回路111によってその場所を仮
想的な波源1171 〜N とするような位相関係を設定し
アレーアンテナ114から放射できれば、仮想的な波源
1171 〜N の位置に対応して、図1の時と同一のビー
ム方向のアンテナビームが形成できる。例えば、仮想的
な波源117bに対応して、アンテナビーム108bが
形成できる。図3は、図2のアンテナ構成を用いて実現
できるビームパタンの一例を示している。アンテナパタ
ンは計算により求めている。反射鏡は開口径14m、焦
点距離11.2mとしている。また、アレーアンテナは
256個の直径95mmφの素子アンテナを縦16個×
横16個に95mm間隔で正方に配置したものを用い
た。周波数は2.5GHzとした。
06を波源とする場合と一致する振幅位相関係の高周波
信号がアレーアンテナ114から放射されるとすれば、
アンテナの正面方向120にビーム108aが形成され
る。図1では焦点面107上に個別の1次放射器を置い
ていたが、ビーム形成回路111によってその場所を仮
想的な波源1171 〜N とするような位相関係を設定し
アレーアンテナ114から放射できれば、仮想的な波源
1171 〜N の位置に対応して、図1の時と同一のビー
ム方向のアンテナビームが形成できる。例えば、仮想的
な波源117bに対応して、アンテナビーム108bが
形成できる。図3は、図2のアンテナ構成を用いて実現
できるビームパタンの一例を示している。アンテナパタ
ンは計算により求めている。反射鏡は開口径14m、焦
点距離11.2mとしている。また、アレーアンテナは
256個の直径95mmφの素子アンテナを縦16個×
横16個に95mm間隔で正方に配置したものを用い
た。周波数は2.5GHzとした。
【0008】図2の構成によれば、あるひとつの高周波
入力端子101i に加えられた信号は、ビーム形成回路
111で分配され、全ての電力増幅器1021 〜M に入
力される。そのため、個々の高周波入力端子101i の
信号レベルにばらつきがあっても、電力増幅器1021
〜N には共通に信号が入力されるため、システム全体で
は効率的に動作する。また、隣接するビームの間隔はビ
ーム形成回路111で設定する位相により仮想的な波源
の位置を移動させることが可能である。図2の構成によ
って図1の構成におけるふたつの問題点が解決されてい
る。
入力端子101i に加えられた信号は、ビーム形成回路
111で分配され、全ての電力増幅器1021 〜M に入
力される。そのため、個々の高周波入力端子101i の
信号レベルにばらつきがあっても、電力増幅器1021
〜N には共通に信号が入力されるため、システム全体で
は効率的に動作する。また、隣接するビームの間隔はビ
ーム形成回路111で設定する位相により仮想的な波源
の位置を移動させることが可能である。図2の構成によ
って図1の構成におけるふたつの問題点が解決されてい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図2に示したアレー給
電マルチビーム反射鏡アンテナを用いれば、例えば図3
に示したようなアンテナビームを実現することが可能で
ある。図3において、一例として必要な利得を43dB
iとすると、方位角±2.7°までの領域にビームが形
成されることが読みとれる。しかし、地球的な規模での
広域的な衛星通信では、ビームが形成される領域をより
広くすることが必要になる。本発明では、使用可能なビ
ームを形成できる領域をさらに拡大した、アレーアンテ
ナを給電に用いたマルチビーム反射鏡アンテナを提供す
ることを目的とする。
電マルチビーム反射鏡アンテナを用いれば、例えば図3
に示したようなアンテナビームを実現することが可能で
ある。図3において、一例として必要な利得を43dB
iとすると、方位角±2.7°までの領域にビームが形
成されることが読みとれる。しかし、地球的な規模での
広域的な衛星通信では、ビームが形成される領域をより
広くすることが必要になる。本発明では、使用可能なビ
ームを形成できる領域をさらに拡大した、アレーアンテ
ナを給電に用いたマルチビーム反射鏡アンテナを提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、パラボラ反射鏡と、該反射鏡を励振
するアレーアンテナとを有し、該アレーアンテナの各素
子アンテナは複数の高周波入力端子と複数の高周波出力
端子を有し各入力端子の信号は全ての出力端子に所定の
振幅及び位相で出力されるビーム形成回路に接続され
る、マルチビーム反射鏡アンテナにおいて、複数の方向
にビームを発射するアレーアンテナが複数個もうけら
れ、各アレーアンテナは反射鏡の焦点面を外れた位置に
配置されるマルチビーム反射鏡アンテナにある。各アレ
ーアンテナはマルチビームを発射する。
の本発明の特徴は、パラボラ反射鏡と、該反射鏡を励振
するアレーアンテナとを有し、該アレーアンテナの各素
子アンテナは複数の高周波入力端子と複数の高周波出力
端子を有し各入力端子の信号は全ての出力端子に所定の
振幅及び位相で出力されるビーム形成回路に接続され
る、マルチビーム反射鏡アンテナにおいて、複数の方向
にビームを発射するアレーアンテナが複数個もうけら
れ、各アレーアンテナは反射鏡の焦点面を外れた位置に
配置されるマルチビーム反射鏡アンテナにある。各アレ
ーアンテナはマルチビームを発射する。
【0011】従来技術のアレー給電反射鏡アンテナで
は、給電用のアレーアンテナを1組としていた。本発明
は複数組のアレーアンテナを反射鏡アンテナの焦点面以
外の位置に配置する。この点が従来技術とは異なる。本
項ではまず、従来技術によるマルチビーム形成の様子を
説明し、特にアンテナの正面方向から離角したビームに
おいて利得の低下が著しい理由について述べる。その後
で当該手段が有効である理由を述べる。従来技術による
マルチビーム形成に関して、1次放射器を個別のアンテ
ナとした場合とアレーアンテナとした場合、反射鏡アン
テナの正面方向にビームを形成する場合と斜め方向に形
成する場合の合計4通りについて考える。それらを図4
A、図4B、図5A及び図5Bに、1ビーム分について
模式的に示している。
は、給電用のアレーアンテナを1組としていた。本発明
は複数組のアレーアンテナを反射鏡アンテナの焦点面以
外の位置に配置する。この点が従来技術とは異なる。本
項ではまず、従来技術によるマルチビーム形成の様子を
説明し、特にアンテナの正面方向から離角したビームに
おいて利得の低下が著しい理由について述べる。その後
で当該手段が有効である理由を述べる。従来技術による
マルチビーム形成に関して、1次放射器を個別のアンテ
ナとした場合とアレーアンテナとした場合、反射鏡アン
テナの正面方向にビームを形成する場合と斜め方向に形
成する場合の合計4通りについて考える。それらを図4
A、図4B、図5A及び図5Bに、1ビーム分について
模式的に示している。
【0012】図4Aは、1次放射器を個別のアンテナと
し、アンテナの正面方向120にビームを形成する場合
である。高周波入力端子101に加えられた信号は、電
力増幅器102により増幅され、1次放射器103から
放射される。1次放射器103はパラボラ反射鏡104
の焦点106に置かれている。1次放射器103からは
焦点106を波源とする球面波が放射され、パラボラ反
射鏡104に照射される。1151 〜115N は1次放
射器から発するレイ(ray)を示している。全てのレ
イはパラボラ反射鏡104によりアンテナの正面方向1
20に反射され、アンテナの正面方向120にアンテナ
ビーム108aが形成される。通常、1次放射器103
から電波が照射される角度範囲118は、焦点106か
らパラボラ反射鏡104を見込む角度に一致させ、その
ような大きさの1次放射器が選択される。反射鏡104
に電波が照射される範囲は119に示したようにパラボ
ラ反射鏡全体であり、高いアンテナ利得のビームが形成
できる。
し、アンテナの正面方向120にビームを形成する場合
である。高周波入力端子101に加えられた信号は、電
力増幅器102により増幅され、1次放射器103から
放射される。1次放射器103はパラボラ反射鏡104
の焦点106に置かれている。1次放射器103からは
焦点106を波源とする球面波が放射され、パラボラ反
射鏡104に照射される。1151 〜115N は1次放
射器から発するレイ(ray)を示している。全てのレ
イはパラボラ反射鏡104によりアンテナの正面方向1
20に反射され、アンテナの正面方向120にアンテナ
ビーム108aが形成される。通常、1次放射器103
から電波が照射される角度範囲118は、焦点106か
らパラボラ反射鏡104を見込む角度に一致させ、その
ような大きさの1次放射器が選択される。反射鏡104
に電波が照射される範囲は119に示したようにパラボ
ラ反射鏡全体であり、高いアンテナ利得のビームが形成
できる。
【0013】図5Aは、1次放射器をアレーアンテナに
置換えた場合について示している。高周波入力端子10
1に入力された信号は、ビーム形成回路111により分
配され、電力増幅器1021 〜M を経て全ての素子アン
テナ1131 〜M に給電される。素子アンテナ1131
〜M は、アレーアンテナ114を構成している。高周波
入力端子101に対してビーム形成回路111では、ア
レーアンテナ114から放射される波面が焦点106を
波源とする球面波と一致するような位相関係の高周波信
号が与えられる。素子アンテナ113i から発するレイ
のうち、その素子アンテナ113i と焦点106を結ん
だ方向成分のレイ115i が正面方向のアンテナビーム
形成に寄与し、アンテナビーム108aを形成する。電
波は反射鏡の全体に照射され(119)、図4Aの場合
に次いで高いアンテナ利得のビームが形成できる。素子
アンテナ113i からはレイ115i とは異なる方向に
もレイが放射される。しかし、これらのレイはビーム1
08aの形成には寄与しないため、図4Aの場合と比較
して利得は若干低下小さくなる。
置換えた場合について示している。高周波入力端子10
1に入力された信号は、ビーム形成回路111により分
配され、電力増幅器1021 〜M を経て全ての素子アン
テナ1131 〜M に給電される。素子アンテナ1131
〜M は、アレーアンテナ114を構成している。高周波
入力端子101に対してビーム形成回路111では、ア
レーアンテナ114から放射される波面が焦点106を
波源とする球面波と一致するような位相関係の高周波信
号が与えられる。素子アンテナ113i から発するレイ
のうち、その素子アンテナ113i と焦点106を結ん
だ方向成分のレイ115i が正面方向のアンテナビーム
形成に寄与し、アンテナビーム108aを形成する。電
波は反射鏡の全体に照射され(119)、図4Aの場合
に次いで高いアンテナ利得のビームが形成できる。素子
アンテナ113i からはレイ115i とは異なる方向に
もレイが放射される。しかし、これらのレイはビーム1
08aの形成には寄与しないため、図4Aの場合と比較
して利得は若干低下小さくなる。
【0014】次に斜め方向のアンテナビーム形成につい
て説明する。図4Bは、1次放射器103を個別のアン
テナとした場合で、1次放射器103を焦点面107内
で焦点106から距離d(109)離れた位置に置いて
いる。1次放射器103から発するレイを順に1151
〜N とし描いている。なお、1次放射器103は図4A
の場合と同じものを使用しており、1次放射器から電波
が放射される角度範囲118も同じである。1次放射器
103から発するレイのうちパラボラ反射鏡104に当
たるものがビーム形成に寄与し、斜め方向のアンテナビ
ーム108bが作られる。図でパラボラ反射鏡104の
下端に当たるレイを115K とすると、レイ115K 〜
115N はパラボラ反射鏡104に照射されずスピルオ
ーバとなる。1次放射器から電波が放射される角度範囲
118は一定であるので、焦点106から遠くに位置す
る1次放射器ほどスピルオーバは大きくなる。また、焦
点から離れるほどパラボラ反射鏡104のコマ収差が大
きくなる。斜め方向のビームでは、スピルオーバと収差
の増大のため、アンテナ利得が低下するとともにサイド
ローブレベルが上昇する。このようなアンテナ特性の劣
化のため、実際に使用できる斜め方向のビームには限界
がある。
て説明する。図4Bは、1次放射器103を個別のアン
テナとした場合で、1次放射器103を焦点面107内
で焦点106から距離d(109)離れた位置に置いて
いる。1次放射器103から発するレイを順に1151
〜N とし描いている。なお、1次放射器103は図4A
の場合と同じものを使用しており、1次放射器から電波
が放射される角度範囲118も同じである。1次放射器
103から発するレイのうちパラボラ反射鏡104に当
たるものがビーム形成に寄与し、斜め方向のアンテナビ
ーム108bが作られる。図でパラボラ反射鏡104の
下端に当たるレイを115K とすると、レイ115K 〜
115N はパラボラ反射鏡104に照射されずスピルオ
ーバとなる。1次放射器から電波が放射される角度範囲
118は一定であるので、焦点106から遠くに位置す
る1次放射器ほどスピルオーバは大きくなる。また、焦
点から離れるほどパラボラ反射鏡104のコマ収差が大
きくなる。斜め方向のビームでは、スピルオーバと収差
の増大のため、アンテナ利得が低下するとともにサイド
ローブレベルが上昇する。このようなアンテナ特性の劣
化のため、実際に使用できる斜め方向のビームには限界
がある。
【0015】図5Bは、アレーアンテナ114を給電に
用いた場合について説明している。図4Bにて1次放射
器103を置いた位置に仮想的な波源117bを定め
る。仮想的な波源117bと素子アンテナ1131 〜M
を結んだ線分方向のレイのうち、パラボラ反射鏡104
に照射するものが斜め方向のアンテナビーム108bの
形成に寄与する。図5Bで、パラボラ反射鏡104の上
端に当たるレイを115 K としている。ビーム形成に寄
与するのは、115K から115M のレイである。図5
Bにおいて素子アンテナ1131 から113K-1 からも
電波は放射されるが、アンテナビーム108bの形成に
は寄与しない。パラボラ反射鏡104にレイが照射され
ても、それらのレイはアンテナビーム108bとは異な
る方向に反射されるためである。ビーム形成に有効な電
波が照射される領域119は、パラボラ反射鏡104の
一部の領域に限定される。これが、斜め方向のビームの
アンテナ利得の低下の最大の原因であると考えられる。
焦点106と仮想的な波源との距離d(109)を大き
くとるほど、ビーム形成に寄与するレイの数は少なくな
り、さらにアンテナ利得は低下する。パラボラ反射鏡1
04上で電波が照射される領域119を図4Bと図5B
で比べると、領域119は図5Bの方が小さい。このた
めアレー給電の反射鏡アンテナでは、斜め方向のビーム
の利得の低下は著しいといえる。
用いた場合について説明している。図4Bにて1次放射
器103を置いた位置に仮想的な波源117bを定め
る。仮想的な波源117bと素子アンテナ1131 〜M
を結んだ線分方向のレイのうち、パラボラ反射鏡104
に照射するものが斜め方向のアンテナビーム108bの
形成に寄与する。図5Bで、パラボラ反射鏡104の上
端に当たるレイを115 K としている。ビーム形成に寄
与するのは、115K から115M のレイである。図5
Bにおいて素子アンテナ1131 から113K-1 からも
電波は放射されるが、アンテナビーム108bの形成に
は寄与しない。パラボラ反射鏡104にレイが照射され
ても、それらのレイはアンテナビーム108bとは異な
る方向に反射されるためである。ビーム形成に有効な電
波が照射される領域119は、パラボラ反射鏡104の
一部の領域に限定される。これが、斜め方向のビームの
アンテナ利得の低下の最大の原因であると考えられる。
焦点106と仮想的な波源との距離d(109)を大き
くとるほど、ビーム形成に寄与するレイの数は少なくな
り、さらにアンテナ利得は低下する。パラボラ反射鏡1
04上で電波が照射される領域119を図4Bと図5B
で比べると、領域119は図5Bの方が小さい。このた
めアレー給電の反射鏡アンテナでは、斜め方向のビーム
の利得の低下は著しいといえる。
【0016】ここでは、図5Bでの問題点を解決する手
段として、複数組のアレーアンテナにより給電する方式
を提案する。図6Aまたは図6Bは本発明の構成を示し
たものである。図5Bと同じアンテナ給電系121をこ
こでは2セット配置している。上側と下側に位置をずら
して配置した給電系121aと121bを用意する。紙
面で右上方向のビーム形成には下側のアンテナ給電系1
21bのみを用いる。右下方向のビームの形成のために
はアンテナ給電系121aを用いる。図6Bにおいてビ
ーム形成に寄与するレイは115K 〜115M である。
本発明の図6Bでは、図5Bと比較して、レイはパラボ
ラ反射鏡104においてより広い領域に照射されてい
る。これにより、斜め方向のビームにおいても利得の低
下は減少すると考えられ、より広い角度範囲にビームを
形成できることが期待できる。
段として、複数組のアレーアンテナにより給電する方式
を提案する。図6Aまたは図6Bは本発明の構成を示し
たものである。図5Bと同じアンテナ給電系121をこ
こでは2セット配置している。上側と下側に位置をずら
して配置した給電系121aと121bを用意する。紙
面で右上方向のビーム形成には下側のアンテナ給電系1
21bのみを用いる。右下方向のビームの形成のために
はアンテナ給電系121aを用いる。図6Bにおいてビ
ーム形成に寄与するレイは115K 〜115M である。
本発明の図6Bでは、図5Bと比較して、レイはパラボ
ラ反射鏡104においてより広い領域に照射されてい
る。これにより、斜め方向のビームにおいても利得の低
下は減少すると考えられ、より広い角度範囲にビームを
形成できることが期待できる。
【0017】
【発明の実施の形態】図6Aと図6Bは発明の実施の形
態を示している。2組の独立なアレーアンテナ給電系1
21a、121bを用意する。紙面で右上向きのビーム
を形成するためには下側に配置したアンテナ給電系12
1bを使用し、右下向きのビームを形成するためには上
側に配置したアンテナ給電系121aを使用する。これ
までの説明と同様に、紙面で右上方向とアンテナ正面方
向のビームを形成する場合について説明する。
態を示している。2組の独立なアレーアンテナ給電系1
21a、121bを用意する。紙面で右上向きのビーム
を形成するためには下側に配置したアンテナ給電系12
1bを使用し、右下向きのビームを形成するためには上
側に配置したアンテナ給電系121aを使用する。これ
までの説明と同様に、紙面で右上方向とアンテナ正面方
向のビームを形成する場合について説明する。
【0018】まず図6Bを用いて、右上向きのビームを
形成する場合について説明する。
形成する場合について説明する。
【0019】ビーム形成回路111bの高周波入力端子
101bi に入力される。高周波信号はビーム形成回路
111bによって分配され、電力増幅器102b1 〜M
を経て素子アンテナ113b1 〜M に給電される。素子
アンテナ113b1 〜M はアレーアンテナ114bを構
成している。
101bi に入力される。高周波信号はビーム形成回路
111bによって分配され、電力増幅器102b1 〜M
を経て素子アンテナ113b1 〜M に給電される。素子
アンテナ113b1 〜M はアレーアンテナ114bを構
成している。
【0020】図1でパラボラ反射鏡104の焦点面10
7内で波源1161 〜N の位置を移動させることにより
異なる方向のビームが形成でき、そのような位置で同時
に球面波を放射することによりマルチビームが形成でき
ることを述べた。N個のビームを形成する場合N個の点
波源1161 〜N が必要で、その位置とアンテナビーム
の方向は1対1の対応関係にあった。ある点波源に着目
すると、その点波源から離れたある断面での電界の振幅
位相分布は一意に定まる。アレーアンテナ給電する場合
は上記の点波源を仮想的なものと考え、アレーアンテナ
の開口における電界分布と仮想的な点波源による電界分
布とが一致するように、ビーム形成回路によって信号の
振幅位相関係を調整する。図6Bにおいて仮想的な点波
源を117bi とし、それがパラボラ反射鏡の焦点10
4から距離di (109)だけ離れていると考える。こ
のときビーム形成回路111bは、高周波信号入力端子
101bi に加えた信号に対して、仮想的な波源116
bi による電界分布と同一の電界分布がアレーアンテナ
114b上に構成されるよう、信号の振幅位相関係を設
定する機能を有する。
7内で波源1161 〜N の位置を移動させることにより
異なる方向のビームが形成でき、そのような位置で同時
に球面波を放射することによりマルチビームが形成でき
ることを述べた。N個のビームを形成する場合N個の点
波源1161 〜N が必要で、その位置とアンテナビーム
の方向は1対1の対応関係にあった。ある点波源に着目
すると、その点波源から離れたある断面での電界の振幅
位相分布は一意に定まる。アレーアンテナ給電する場合
は上記の点波源を仮想的なものと考え、アレーアンテナ
の開口における電界分布と仮想的な点波源による電界分
布とが一致するように、ビーム形成回路によって信号の
振幅位相関係を調整する。図6Bにおいて仮想的な点波
源を117bi とし、それがパラボラ反射鏡の焦点10
4から距離di (109)だけ離れていると考える。こ
のときビーム形成回路111bは、高周波信号入力端子
101bi に加えた信号に対して、仮想的な波源116
bi による電界分布と同一の電界分布がアレーアンテナ
114b上に構成されるよう、信号の振幅位相関係を設
定する機能を有する。
【0021】素子アンテナ113bi から放射される電
波(レイ)のうち、素子アンテナ113bi と仮想的な
波源117bi とを結んだ方向のレイでパラボラ反射鏡
104に照射するものが、アンテナビーム108bの形
成に寄与する。図6Bでは115K はパラボラ反射鏡の
上端に当たり、115K 、115K+1 、・・・、115
M がビーム形成に寄与している。素子アンテナ113b
1 〜M のうち、第2番目以下のもの合計7個がアンテナ
ビーム108bの形成に実効的に寄与していることが見
て取れる。同一方向のアンテナビーム108bを単一の
アレーアンテナ114によって形成する図5Bでは、ビ
ーム形成に実効的に寄与する素子アンテナの3つであ
る。図5Bと図6Bを比較すると、後者の方がより多く
の数の素子アンテナ113からのレイがパラボラ反射鏡
104に照射しており、ビーム形成に有効な電波が反射
鏡に照射している領域119が大きい。このような理由
により、正面方向から離角したビームであっても、アン
テナ利得の低下は低減できることが期待できる。なお、
右下方向のビームを形成する場合は、ビーム形成回路1
11aを用いれば上記と同様であるので説明は省略す
る。
波(レイ)のうち、素子アンテナ113bi と仮想的な
波源117bi とを結んだ方向のレイでパラボラ反射鏡
104に照射するものが、アンテナビーム108bの形
成に寄与する。図6Bでは115K はパラボラ反射鏡の
上端に当たり、115K 、115K+1 、・・・、115
M がビーム形成に寄与している。素子アンテナ113b
1 〜M のうち、第2番目以下のもの合計7個がアンテナ
ビーム108bの形成に実効的に寄与していることが見
て取れる。同一方向のアンテナビーム108bを単一の
アレーアンテナ114によって形成する図5Bでは、ビ
ーム形成に実効的に寄与する素子アンテナの3つであ
る。図5Bと図6Bを比較すると、後者の方がより多く
の数の素子アンテナ113からのレイがパラボラ反射鏡
104に照射しており、ビーム形成に有効な電波が反射
鏡に照射している領域119が大きい。このような理由
により、正面方向から離角したビームであっても、アン
テナ利得の低下は低減できることが期待できる。なお、
右下方向のビームを形成する場合は、ビーム形成回路1
11aを用いれば上記と同様であるので説明は省略す
る。
【0022】次に、図6Aにアンテナの正面方向にビー
ムを形成する場合について述べる。ビーム形成回路11
1bを使用する。ビーム形成回路111bによりパラボ
ラ反射鏡104の焦点106を波源とする場合に相当す
る信号の振幅位相が設定される。図6Bの場合と同様な
手順によりアンテナビーム108aの形成に寄与するレ
イを記入する。すなわち、焦点106と素子アンテナ1
13b1 〜N を結び、かつ、パラボラ反射鏡104に照
射するものとして、レイ1151 〜115K を選び出す
ことができる。図6Aの場合には、4つの素子アンテナ
がアンテナビーム108aに寄与していることがみてと
れる。ビーム形成に寄与する素子アンテナが少ないこと
によるアンテナ利得は低下はあるが、図6Aでは焦点1
06が仮想的な点波源となっており、このときパラボラ
反射鏡104の収差によるビームの劣化はない。図5A
と図5Bのアンテナ利得の差と図6Aと図6Bでの差を
比較すると、差は後者の場合の方が小さく、アンテナの
正面方向120からより離れた方向にも所定の利得を満
たすビーム形成できることと考えられる。
ムを形成する場合について述べる。ビーム形成回路11
1bを使用する。ビーム形成回路111bによりパラボ
ラ反射鏡104の焦点106を波源とする場合に相当す
る信号の振幅位相が設定される。図6Bの場合と同様な
手順によりアンテナビーム108aの形成に寄与するレ
イを記入する。すなわち、焦点106と素子アンテナ1
13b1 〜N を結び、かつ、パラボラ反射鏡104に照
射するものとして、レイ1151 〜115K を選び出す
ことができる。図6Aの場合には、4つの素子アンテナ
がアンテナビーム108aに寄与していることがみてと
れる。ビーム形成に寄与する素子アンテナが少ないこと
によるアンテナ利得は低下はあるが、図6Aでは焦点1
06が仮想的な点波源となっており、このときパラボラ
反射鏡104の収差によるビームの劣化はない。図5A
と図5Bのアンテナ利得の差と図6Aと図6Bでの差を
比較すると、差は後者の場合の方が小さく、アンテナの
正面方向120からより離れた方向にも所定の利得を満
たすビーム形成できることと考えられる。
【0023】図7には本発明により形成可能なアンテナ
パタンの例を描いている。アレーアンテナ114aと1
14bの位置以外の条件は、図3の場合と同じ条件であ
る。対称性からひとつのアンテナ給電系に得られるパタ
ンのみを図示している。方位角0°と線対称の位置にも
ビームが形成できる。必要なアンテナ利得を43dBi
と定めると−5°までの領域に8つのビームが形成でき
ていることがわかる。
パタンの例を描いている。アレーアンテナ114aと1
14bの位置以外の条件は、図3の場合と同じ条件であ
る。対称性からひとつのアンテナ給電系に得られるパタ
ンのみを図示している。方位角0°と線対称の位置にも
ビームが形成できる。必要なアンテナ利得を43dBi
と定めると−5°までの領域に8つのビームが形成でき
ていることがわかる。
【0024】
【発明の効果】従来のアレー給電反射鏡アンテナでは、
ひとつのアレーアンテナを給電に用いていた。本発明で
は、アレーアンテナの数を複数組とすることにより、よ
り広範な範囲にビームを形成できることを示した。一例
として、アレーアンテナが1セットである場合には、±
2.7°の範囲に10個の所定の利得ビームを形成可能
であったが、2セットを用いる場合に約±5°の範囲に
16個の所定の利得ビームを形成可能とし、ビームが形
成できる領域を約1.7倍に拡大した。
ひとつのアレーアンテナを給電に用いていた。本発明で
は、アレーアンテナの数を複数組とすることにより、よ
り広範な範囲にビームを形成できることを示した。一例
として、アレーアンテナが1セットである場合には、±
2.7°の範囲に10個の所定の利得ビームを形成可能
であったが、2セットを用いる場合に約±5°の範囲に
16個の所定の利得ビームを形成可能とし、ビームが形
成できる領域を約1.7倍に拡大した。
【図1】従来技術によるマルチビーム反射鏡アンテナの
構成を示している。1次放射器として個別のホーンアン
テナを用いている。
構成を示している。1次放射器として個別のホーンアン
テナを用いている。
【図2】従来技術によるマルチビーム反射鏡アンテナの
構成を示している。焦点面以外の面に置いたアレーアン
テナにより給電している。
構成を示している。焦点面以外の面に置いたアレーアン
テナにより給電している。
【図3】アレーアンテナ給電マルチビーム反射鏡アンテ
ナにより実現できるアンテナパタンの計算例を示してい
る。
ナにより実現できるアンテナパタンの計算例を示してい
る。
【図4A】1次放射器を個別のアンテナとした反射鏡ア
ンテナで、アンテナの正面方向にビームを形成する場合
の様子を描いたものである。
ンテナで、アンテナの正面方向にビームを形成する場合
の様子を描いたものである。
【図4B】1次放射器を個別のアンテナとし反射鏡アン
テナで、アンテナの正面方向から離角した方向にビーム
を形成する場合の様子を描いたものである。
テナで、アンテナの正面方向から離角した方向にビーム
を形成する場合の様子を描いたものである。
【図5A】アレーアンテナ給電の反射鏡アンテナで、ア
ンテナの正面方向にビームを形成する場合の様子を描い
たものである。
ンテナの正面方向にビームを形成する場合の様子を描い
たものである。
【図5B】アレーアンテナ給電の反射鏡アンテナで、ア
ンテナの正面方向から離角した方向にビームを形成する
場合の様子を描いたものである。
ンテナの正面方向から離角した方向にビームを形成する
場合の様子を描いたものである。
【図6A】複数組のアレーアンテナを給電に用いた反射
鏡アンテナで、アンテナの正面方向にビームを形成する
場合の様子を描いたものである。本発明の実施の形態を
表した図でもある。
鏡アンテナで、アンテナの正面方向にビームを形成する
場合の様子を描いたものである。本発明の実施の形態を
表した図でもある。
【図6B】複数組のアレーアンテナを給電に用いた反射
鏡アンテナで、アンテナの正面方向から離角した方向に
ビームを形成する場合の様子を描いたものである。本発
明の実施の形態を表わした図でもある。
鏡アンテナで、アンテナの正面方向から離角した方向に
ビームを形成する場合の様子を描いたものである。本発
明の実施の形態を表わした図でもある。
【図7】本発明により形成可能なアンテナパタンの例を
描いたものである。
描いたものである。
101、1011 〜N 、101a1 〜N 、101b1 〜
N 高周波入力端子 102、1021 〜N 、1021 〜M 電力増幅器 103、1031 〜N 、1031 〜M 、103a、10
3b 1次放射器 104 パラボラ反射鏡 105 パラボラ反射鏡の中心 106 パラボラ反射鏡の焦点 107 焦点面 108、108a、108b アンテナビーム 109 1次放射器とパラボラ反射鏡の焦点との間の距
離d 110 アンテナビームのピークの方向θb 111、111a、111b ビーム形成回路 1121 〜N ビーム形成回路の出力端子 1131 〜M 素子アンテナ 114 アレーアンテナ 1151 〜115N 、1151 〜115M レイ 1161 〜N 波源 1171 〜N 、117b、117bi 仮想的な波源 118 個別の1次放射器から電波が放射される角度範
囲 119 ビーム形成に有効な電波が照射する領域 120 アンテナの正面方向 121、121a、121b アンテナ給電系
N 高周波入力端子 102、1021 〜N 、1021 〜M 電力増幅器 103、1031 〜N 、1031 〜M 、103a、10
3b 1次放射器 104 パラボラ反射鏡 105 パラボラ反射鏡の中心 106 パラボラ反射鏡の焦点 107 焦点面 108、108a、108b アンテナビーム 109 1次放射器とパラボラ反射鏡の焦点との間の距
離d 110 アンテナビームのピークの方向θb 111、111a、111b ビーム形成回路 1121 〜N ビーム形成回路の出力端子 1131 〜M 素子アンテナ 114 アレーアンテナ 1151 〜115N 、1151 〜115M レイ 1161 〜N 波源 1171 〜N 、117b、117bi 仮想的な波源 118 個別の1次放射器から電波が放射される角度範
囲 119 ビーム形成に有効な電波が照射する領域 120 アンテナの正面方向 121、121a、121b アンテナ給電系
フロントページの続き (72)発明者 小川 博世 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 パラボラ反射鏡と、該反射鏡を励振する
アレーアンテナとを有し、該アレーアンテナの各素子ア
ンテナは複数の高周波入力端子と複数の高周波出力端子
を有し各入力端子の信号は全ての出力端子に所定の振幅
及び位相で出力されるビーム形成回路に接続されるマル
チビーム反射鏡アンテナにおいて、 複数の方向にビームを発射するアレーアンテナが複数個
もうけられ、 各アレーアンテナは反射鏡の焦点面を外れた位置に配置
されることを特徴とする、マルチビーム反射鏡アンテ
ナ。 - 【請求項2】 各アレーアンテナが、反射鏡とその焦点
面の間に配置される請求項1記載のマルチビーム反射鏡
アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5428997A JPH10242749A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | マルチビーム反射鏡アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5428997A JPH10242749A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | マルチビーム反射鏡アンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242749A true JPH10242749A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12966418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5428997A Pending JPH10242749A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | マルチビーム反射鏡アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242749A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100894909B1 (ko) | 2007-08-21 | 2009-04-30 | 한국전자통신연구원 | 재구성 하이브리드 안테나 장치 |
| CN111129698A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-08 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种偏馈电控融合天线及系统 |
| CN111146560A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-12 | 上海航天测控通信研究所 | 一种复合馈源抛物柱面天线及探测卫星 |
-
1997
- 1997-02-24 JP JP5428997A patent/JPH10242749A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100894909B1 (ko) | 2007-08-21 | 2009-04-30 | 한국전자통신연구원 | 재구성 하이브리드 안테나 장치 |
| CN111129698A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-08 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种偏馈电控融合天线及系统 |
| CN111146560A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-12 | 上海航天测控通信研究所 | 一种复合馈源抛物柱面天线及探测卫星 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040113 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040304 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040330 |