JP2003163536A - マルチビームアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形成した多数のマルチビームを広角度で走査
し、ビーム幅やサイドローブの制御を可能としたマルチ
ビームアンテナを得る。 【解決手段】 NN個の放射素子９によって、N個（N＜N
N）のビームを形成するマルチビームアンテナにおい
て、スイッチマトリクス１、M個（M＞N）の可変電力m分
配器２、M＋m−1個の電力合成器３、2次元バトラーマト
リクス４、NN個の移相器５、NN個の出力可変増幅器６、
NN個の高出力増幅器７、NN個のローパスフィルタ８から
構成されるマルチビームアンテナより上記課題を実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、宇宙通信の分野
における衛星搭載用の複数のビームを持つマルチビーム
アンテナに関するものである。

【０００２】パラボラ反射鏡と複数の一次放射器からな
るクラスタ給電反射鏡アンテナに一次放射器をパラボラ
反射鏡の焦点近傍の所望の位置に配置することによっ
て、複数のビームを得ているものがある。ところが、こ
のアンテナはビーム数が多く、隣接ビームの間隔が狭い
場合には、一次放射器の大きさが制限されるため、反射
鏡周辺レベルが高くなり、隣接ビーム方向への不要放射
によりビーム間で干渉が生じるという欠点がある。

【０００３】上記欠点を除去するために、従来、図６に
示すように放射素子９およびバトラーマトリクス２０か
ら構成されているマルチビームアンテナがある。

【０００４】このマルチビームアンテナは放射素子９と
バトラーマトリクス２０によって4ビームのマルチビー
ムを構成するものであり、反射鏡アンテナタイプではな
く、直接放射タイプであるため、上述したような反射鏡
周辺レベルの上昇や隣接ビーム方向への不要放射を抑圧
しながら多ビーム化を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の直
接放射マルチビームアンテナは、放射素子９とバトラー
マトリクス２０を使用しているため、反射鏡周辺レベル
の上昇や隣接ビーム方向への不要放射を抑圧しながら多
ビーム化を図ることができるが、形成したマルチビーム
を広角度で走査し、ビーム幅やサイドローブの制御をお
こなうことができないという課題があった。

【０００6】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あり、形成した多数のビームからな
るマルチビームを広角度で走査し、ビーム幅やサイドロ
ーブの制御を可能としたマルチビームアンテナを得るこ
とを目的としたものである。

【０００7】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るマルチ
ビームアンテナはNN個の放射素子によってN個(N<NN)の
ビームを形成する送信用マルチビームアンテナにおい
て、スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配
器、M+m-1個の電力合成器、2次元バトラーマトリクス、
NN個の移相器、NN個の出力可変増幅器、NN個の高出力増
幅器、NN個のローパスフィルタから構成することによっ
て、多数のマルチビームを広角度に走査およびビーム幅
やサイドローブの制御ができるようにしたものである。

【０００８】第2の発明に係るマルチビームアンテナはN
N個の放射素子によってN個(N<NN)のビームを形成する受
信用マルチビームアンテナにおいて、スイッチマトリク
ス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m-1個の電力合成
器、2次元バトラーマトリクス、NN個の移相器、NN個の
入力可変増幅器、NN個の低雑音増幅器、NN個のハイパス
フィルタから構成することによって、多数のマルチビー
ムを広角度に走査およびビーム幅やサイドローブの制御
ができるようにしたものである。

【０００９】第３の発明に係るマルチビームアンテナは
M+m-1個の放射素子によってN個(N<M+m-1)のビームを形
成する送信用マルチビームアンテナにおいて、スイッチ
マトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m-1個の電
力合成器、M+m-1個の高出力増幅器、M+m-1個のローパス
フィルタ、1枚のオフセットパラボラ反射鏡から構成さ
れることによって、多数のマルチビームを広角度に走査
およびビーム幅やサイドローブの制御ができるようにし
たものである。

【００１０】第４の発明に係わるマルチビームアンテナ
はM+m-1個の放射素子によってN個(N< M+m-1)のビームを
形成する受信用マルチビームアンテナにおいて、スイッ
チマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m-1個の
電力合成器、M+m-1個の低雑音増幅器、M+m-1個のハイパ
スフィルタ、1枚のオフセットパラボラ反射鏡から構成
することによって、多数のマルチビームを広角度に走査
およびビーム幅やサイドローブの制御ができるようにし
たものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の送信用マルチビームアンテナを示す図であり、１はス
イッチマトリクス、２は可変電力m分配器、３は電力合
成器、４は２次元バトラーマトリクス、５は移相器、６
は出力可変増幅器、７は高出力増幅器、８はローパスフ
ィルターである。なお、９は従来技術の説明と同一のも
のである。

【００１２】マルチビームアンテナはM、N、mが２以上
の正数として、スイッチマトリクス１はM個(M>N)の可変
電力m分配器２、M+m-1個の電力合成器３、2次元バトラ
ーマトリクス４、NN個の移相器５、NN個の出力可変増幅
器６、NN個の高出力増幅器７、NN個のローパスフィルタ
８、NN個の放射素子９から構成される。

【００１３】衛星通信システムでは、ダウンリンクとア
ップリンクでは使用するＲＦ帯が大きく異なる。例え
ば、Ｋa帯においては、ダウンリンクは２０ＧＨｚ帯、
アップリンクは３０ＧＨｚ帯が用いられ、衛星搭載用ア
ンテナは送信が２０ＧＨｚ帯、受信が３０ＧＨｚ帯とな
る。

【００１４】マルチビームアンテナでＲＦ周波数が大き
く異なる送信と受信をひとつのアンテナで行うために
は、各放射素子９に広帯域性が必要となる。また、所要
の放射素子９の配列間隔も送受で大きく異なるため、衛
星搭載用マルチビームアンテナは、送信アンテナと受信
アンテナを別アンテナとするのが一般的である。

【００１５】周回衛星は上空を移動するため、地上から
見た衛星位置は時々刻々変化する。衛星の変化に対し
て、サービスエリアに張られたマルチビームの形状、間
隔は一定に保つ必要がある。このため、衛星搭載用アン
テナには、衛星の変化に対応してマルチビームの形状、
指向方向を変化させる能力、形成可能なマルチビームか
ら実際に使用するビームを選択する能力が必要となる。

【００１６】図５は上述した機能の説明図であり、黒丸
群３０はサービスエリアに張られた通信状態のマルチビ
ームであり、白丸群４０は通信状態にないマルチビーム
である。

【００１７】白丸群４０は衛星の変化に対応してサービ
スエリアに張られたマルチビームの形状、間隔を一定に
保つために用意されたものであり、必要に応じて選択さ
れ、通信状態に移行する。

【００１８】すなわち、N個の入力端子からスイッチマ
トリクス１へ入力された各ビームの送信波は、M個の可
変電力m分配器２のうち、スイッチマトリクス１により
選択され所定のN個に入力される。次に、電力合成器３
によって複数分配され、それぞれの分配出力が異なる電
力合成器３によって他のビームの送信波と合成される。

【００１９】各電力合成器３の出力は、２次元バトラー
マトリクス４に入力され、ここで等振幅かつ一定の傾斜
を持った相対位相分布にて分配出力される。さらに、こ
の分配出力はそれぞれ移相器５、出力可変増幅器６、高
出力増幅器７、及びローパスフィルター８を通って放射
素子９から空間に放射されて空間で再合成され、所定の
方向に放射ビームを形成する。

【００２０】図６のマルチビームアンテナでは、形成さ
れる複数ビームの相対的な方向やビーム幅は固定である
が、本発明では、可変電力ｍ分配器２により分配振幅比
を制御することで各ビームの方向やビーム幅をある程度
独立に制御することが可能となる。

【００２１】また、可変電力ｍ分配器２により分配振幅
比に加えて分配位相差も制御することで各ビーム方向の
より一層木目細かな制御が可能となる。

【００２２】さらに、２次元バトラーマトリクス４の出
力側に設けられた移相器５、出力可変増幅器６を制御す
ることにより２次元バトラーマトリクス４によって形成
された全てのビームに対して同時に同一方向へのビーム
走査およびビーム幅やサイドローブの制御をおこなうこ
とができる。

【００２３】NN個の放射素子によって、N個(N<NN)のビ
ームを形成する送信用マルチビームアンテナにおいて、
スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m
-1個の電力合成器、2次元バトラーマトリクス、NN個の
移相器、NN個の出力可変増幅器、NN個の高出力増幅器、
NN個のローパスフィルタから構成することによって、多
数の送信用マルチビームを広角度に走査およびビーム幅
やサイドローブの制御ができるという効果がある。

【００２４】実施の形態２．図２は受信用マルチビーム
アンテナの構成図であり、１１は出力可変増幅器、１２
は低雑音増幅器、１３はハイパスフィルターである。な
お、９は従来技術の説明と同一、１〜５は実施の形態１
の説明と同一のものである。動作原理および機能は実施
の形態１の場合と全く同様である。

【００２５】NN個の放射素子によって、N個(N<NN)のビ
ームを形成する受信用マルチビームアンテナにおいて、
スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m
-1個の電力合成器、2次元バトラーマトリクス、NN個の
移相器、NN個の入力可変増幅器、NN個の低雑音増幅器、
NN個のハイパスフィルタから構成することによって、多
数の受信用マルチビームを広角度に走査およびビーム幅
やサイドローブの制御ができるという効果がある。

【００２６】実施の形態３．図３は1枚のオフセットパ
ラボラ反射鏡を有する送信用マルチビームアンテナの構
成図であり、１０はオフセットパラボラ反射鏡である。
なお、９は従来技術の説明と同一、１、２、３、７、８
は実施の形態１の説明と同一のものである。

【００２７】このように1枚のオフセットパラボラ反射
鏡１０によるビーム偏向時の収差の効果により、図１と
図２で用いた放射素子９の数を削減することが可能とな
る。一方、本構成では、２次元バトラーマトリクス４が
不要となることから、低損失化が図れるという長所もあ
る。

【００２８】また、オフセットパラボラ反射鏡１０に起
因するスピルオーバ成分については開口面分布を最適化
することにより、最小化することができる。衛星の変化
に対して、サービスエリアに張られたマルチビームの形
状、間隔を一定に保つ機能は実施の形態１と実施の形態
２の場合と全く同様である。

【００２９】M+m-1個の放射素子によって、N個(N<M+m-
1)のビームを形成する送信用マルチビームアンテナにお
いて、スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配
器、M+m-1個の電力合成器、M+m-1個の高出力増幅器、M+
m-1個のローパスフィルタ、1枚のオフセットパラボラ反
射鏡から構成することによって、多数の送信用マルチビ
ームを広角度に走査およびビーム幅やサイドローブの制
御ができるという効果があるとともに、オフセットパラ
ボラ反射鏡がない場合に比較して素子数を低減できると
いう効果がある。

【００３０】実施の形態４．図４は1枚のオフセットパ
ラボラ反射鏡を有する受信用マルチビームアンテナの構
成図である。なお、９は従来技術の説明と同一、１、
２、３は実施の形態１の説明と同一、１０、１２、１３
は実施の形態２の説明と同一である。動作原理および機
能は実施の形態３の送信用マルチビームアンテナと全く
同様である。

【００３１】M+m-1個の放射素子によって、N個(N<M+m-
1)のビームを形成する受信用マルチビームアンテナにお
いて、スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配
器、M+m-1個の電力合成器、M+m-1個の低雑音増幅器、M+
m-1個のハイパスフィルタ、1枚のオフセットパラボラ反
射鏡から構成することによって、多数の受信用マルチビ
ームを広角度に走査およびビーム幅やサイドローブの制
御ができるという効果があるとともに、オフセットパラ
ボラ反射鏡がない場合に比較して素子数を低減できると
いう効果がある。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、多数の送信用マルチ
ビームを広角度に走査およびビーム幅やサイドローブの
制御ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の送信用マルチビームアンテナを示
す図である。

【図２】 この発明の受信用マルチビームアンテナを示
す図である。

【図３】 この発明のオフセットパラボラ反射鏡付き送
信用マルチビームアンテナを示す図である。

【図４】 この発明のオフセットパラボラ反射鏡付き受
信用マルチビームアンテナを示す図である。

【図５】 この発明の動作原理を示す図である。

【図６】 従来のマルチビームアンテナを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ スイッチマトリクス、 ２ 可変電力m分配器、
３ 電力合成器、 ４二次元バトラーマトリクス、 ５
移相器、 ６ 出力可変増幅器、 ７ 高出力増幅
器、 ８ ハイパスフィルタ、 ９ 放射素子、 １０
オフセットパラボラ反射鏡、 １１ 入力可変増幅器
１２ 低雑音増幅器、 １３ ハイパスフィルター、
２０ バトラーマトリクス、 ３０ 黒丸群、 ４０
白丸群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 善彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 関口 高志 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宮原 典夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 浅原 隆 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宮▲ざき▼ 守泰 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 田原 志浩 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA11 AB08 BA01 CA06 DB02 DB03 DB06 EA02 FA06 FA12 FA23 FA26 FA31 FA32 GA04 GA05 GA08 HA01 HA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 NN個の放射素子によって、N個(N<NN)の
   ビームを形成するマルチビームアンテナにおいて、スイ
   ッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m-1個
   の電力合成器、2次元バトラーマトリクス、NN個の移相
   器、NN個の出力可変増幅器、NN個の高出力増幅器、NN個
   のローパスフィルタから構成されることを特徴とする送
   信用マルチビームアンテナ。
2. 【請求項２】 NN個の放射素子によって、N個(N<NN)の
   ビームを形成するマルチビームアンテナにおいて、スイ
   ッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配器、M+m-1個
   の電力合成器、2次元バトラーマトリクス、NN個の移相
   器、NN個の出力可変増幅器、NN個の低雑音増幅器、NN個
   のハイパスフィルタから構成されることを特徴とする受
   信用マルチビームアンテナ。
3. 【請求項３】 M+m-1個の放射素子によって、N個(N<M+m
   +1)のビームを形成するマルチビームアンテナにおい
   て、スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配
   器、M+m-1個の電力合成器、M+m-1個の高出力増幅器、M+
   m-1個のローパスフィルタ、1枚のオフセットパラボラ反
   射鏡から構成されることを特徴とする送信用マルチビー
   ムアンテナ。
4. 【請求項４】 M+m-1個の放射素子によって、N個(N< M+
   m-1)のビームを形成するマルチビームアンテナにおい
   て、スイッチマトリクス、M個(M>N)の可変電力m分配
   器、M+m-1個の電力合成器、M+m-1個の低雑音増幅器、M+
   m-1個のハイパスフィルタ、1枚のオフセットパラボラ反
   射鏡から構成されることを特徴とする受信用マルチビー
   ムアンテナ。