JP2003262666A - Tracking antenna apparatus - Google Patents

Tracking antenna apparatus

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JP2003262666A
JP2003262666A JP2002064707A JP2002064707A JP2003262666A JP 2003262666 A JP2003262666 A JP 2003262666A JP 2002064707 A JP2002064707 A JP 2002064707A JP 2002064707 A JP2002064707 A JP 2002064707A JP 2003262666 A JP2003262666 A JP 2003262666A
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Japan
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antenna
tracking
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sub
detection
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Application number
JP2002064707A
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Japanese (ja)
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Isao Nakajima
功 中島
Hiroshi Juzoji
寛 十蔵寺
Masuhisa Den
益久 田
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TASADA KOSAKUSHO KK
Tasada Kosakusho KK
Original Assignee
TASADA KOSAKUSHO KK
Tasada Kosakusho KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tracking antenna apparatus which is hard to be interfered by a radio wave barrier, such as power transmission lines when mounted to a mobile and used and can surely and stably acquire the direction of a arrival radio waves, since an antenna determines the direction of the arrival radio waves by itself and returns the direction to a tracking apparatus. <P>SOLUTION: In the tracking antenna apparatus, n directional sub antenna elements are fixed around a directional main antenna element so as to constitute n-divided globe detection system and a tracking drive apparatus integrally changes directions of all the antenna elements. The tracking antenna apparatus is provided with a reception means for generating n-detected outputs by independently heterodyne-detecting each high-frequency received signal, obtained from the n sub antenna elements of the n-divided globe detection system, a detection means for detecting the maximum received signal power direction by a comparison operation process, based on the n-detected outputs from the reception means and a control means for feedback-controlling the tracking drive apparatus so as to direct the main antenna element to the maximum power direction, based on a detected result from the detection means. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、車両搭載局をはじ
めとする移動局において電波の到来方向にアンテナを追
尾させる追尾アンテナ装置に関するものである。また、
本発明は、文部科学省独立行政法人航空宇宙技術研究所
の平成13年度科学技術振興調整費による「高度衛星、
通信技術を医療に応用するための研究開発」の研究過程
で見いだされた知見に基づくものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tracking antenna device for tracking an antenna in a radio wave arrival direction in a mobile station such as a vehicle-mounted station. Also,
The present invention is based on the "advanced satellite
It is based on the findings found in the research process of "Research and Development for Applying Communication Technology to Medicine".

【0002】[0002]

【従来の技術】指向性をもつマイクロ波用のアンテナで
は、捉えようとする電波の発信源の方向に指向性アンテ
ナを向けて追尾する場合、予め発信源が認識されている
ときはその位置情報に基づいて追尾装置により追尾位置
から発信源の方向へアンテナの向きを移動させている。
この場合、発信源が移動している場合は、移動に伴って
変化する方向を移動データに基づいてコンピュータで常
に計算し、この計算結果によって追尾装置を制御し、ア
ンテナの指向方向を移動させている。
2. Description of the Related Art In a directional microwave antenna, when the directional antenna is tracked in the direction of the transmission source of the radio wave to be captured, if the transmission source is previously recognized, its position information Based on the above, the direction of the antenna is moved from the tracking position to the transmission source by the tracking device.
In this case, when the transmission source is moving, the computer always calculates the direction that changes with the movement based on the movement data, and the tracking device is controlled by this calculation result to change the pointing direction of the antenna. There is.

【0003】車両などの移動体に搭載する追尾アンテナ
装置として、例えばBS受信アンテナなどにおいてアン
テナ自身で電波の強い方向を判断して追尾を行っている
ものが既に実用化されているが、これらは指向性アンテ
ナの向きを任意に揺動させることによりアンテナを最も
電波の強い方向に向けるオープンループ方式を採用して
おり、追尾の応答性は充分満足できるものではない。
As a tracking antenna device to be mounted on a moving body such as a vehicle, for example, a BS receiving antenna or the like which determines the strong direction of a radio wave by itself to perform tracking has been put into practical use. An open loop system is adopted in which the direction of the directional antenna is arbitrarily swung to orient the antenna in the direction of the strongest radio wave, and the tracking response is not sufficiently satisfactory.

【0004】一方、マイクロ波通信においてアンテナを
到来電波方向に正対させるための専用の追尾用給電系を
アンテナに装備したものも既に知られており、この場合
は追尾用給電系から得た高周波受信信号から合成された
追尾信号によりアンテナ駆動装置を制御してアンテナの
向きを自動的に制御している。
On the other hand, in microwave communication, it is already known that the antenna is equipped with a dedicated tracking power feeding system for making the antenna face the incoming radio wave direction. In this case, the high frequency obtained from the tracking power feeding system is known. The tracking signal synthesized from the received signal controls the antenna driving device to automatically control the orientation of the antenna.

【0005】即ち、従来から用いられている追尾用給電
系は、受信したマイクロ波を高周波レベルで合成(複素
数、2波以上の三角関数で合成)する自己追尾モノパル
ス方式の合成系であり、これには高次モード方式及び複
数ホーン方式がある。
That is, the tracking power feeding system that has been conventionally used is a self-tracking monopulse system that synthesizes the received microwaves at a high frequency level (complex number, a trigonometric function of two or more waves). There are high-order mode method and multiple horn method.

【0006】高次モード方式は、アンテナが到来波方向
に完全に正対しているときに一次放射器の導波管に誘起
される電磁界が基本モードであり、アンテナが電波到来
方向からずれた場合は基本モードの他に高次モードの波
が生じることを利用して、主にTM01成分から到来波
の方向に対するアンテナ主ビーム方向の傾き検出する方
式であり、例えば一次放射器として装備される円形導波
管の結合孔出力をマジックTで合成して導波管内TM
01モードを検出する追尾用結合器などが多用されてい
る。
In the higher-order mode system, the electromagnetic field induced in the waveguide of the primary radiator is the fundamental mode when the antenna is completely facing in the incoming wave direction, and the antenna deviates from the incoming wave direction. In this case, utilizing the fact that higher-order mode waves are generated in addition to the fundamental mode, this is a method that mainly detects the tilt of the antenna main beam direction with respect to the direction of the incoming wave from the TM 01 component, and is equipped as a primary radiator, for example. The inside of the waveguide by combining the coupling hole output of the circular waveguide with Magic T
Tracking couplers for detecting the 01 mode are often used.

【0007】複数ホーン方式は、原理的にはアンテナ主
ビーム軸に対して軸対称に配置された4つのホーン放射
器を用い、アンテナ主ビーム軸に対して僅かに傾斜した
4本のビームを作り、各放射器の高周波受信信号からハ
イブリッド回路を用いて高周波レベルで合成した和信号
と差信号により方位角及び仰角の各誤差信号を得る方式
であり、これら4つの放射器だけで通信用の送受信と追
尾用の受信を同時に処理する4放射器方式と、軸上に通
信用の主放射器を置き、その周囲に4つの追尾専用放射
器を配備した5放射器方式とが知られている。
In principle, the multiple horn system uses four horn radiators arranged in axial symmetry with respect to the antenna main beam axis, and produces four beams slightly inclined with respect to the antenna main beam axis. A method for obtaining error signals of azimuth angle and elevation angle from a sum signal and a difference signal synthesized at a high frequency level from a high frequency received signal of each radiator by using a hybrid circuit, and transmitting and receiving for communication using only these four radiators. There are known a four-radiator system in which reception for tracking and tracking are simultaneously processed, and a five-radiator system in which a main radiator for communication is placed on an axis and four dedicated radiators for tracking are arranged around the main radiator.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】移動体、例えば救急車
を始めとする車両に搭載したマイクロ波アンテナで車両
の移動中に例えば人工衛星経由で送られてくる電波を追
尾受信しながら遠隔局との通信を維持しようとする場
合、例えば送電線のように等間隔で並んだ障害物スリッ
トの下を車両が通過する場合の干渉を考慮しなければな
らない。このようなスリット障害物を通過してくるマイ
クロ波のエネルギーI(θ)は、スリットから受信アンテ
ナへ向かう角度θの関数である振幅の2乗に比例してい
るので、エネルギー分布は次式で表すことができる。
With a microwave antenna mounted on a moving body, for example, an ambulance and other vehicles, the electromagnetic wave transmitted from, for example, an artificial satellite is tracked and received by a remote station while the vehicle is moving. When attempting to maintain communication, it is necessary to consider interference when a vehicle passes under obstacle slits arranged at equal intervals such as a power line. The energy I (θ) of the microwave passing through such a slit obstacle is proportional to the square of the amplitude that is a function of the angle θ from the slit to the receiving antenna. Can be represented.

【0009】[0009]

【数1】I(θ)=I(0)|sin{πD(sinθ)/λ}/{πD(sin
θ)/λ}|
## EQU1 ## I (θ) = I (0) | sin {πD (sin θ) / λ} / {πD (sin
θ) / λ} | 2

【0010】ここで、I(0)は入射マイクロ波のエネル
ギー、Dは等間隔スリットの幅、θはスリットから受信
アンテナへ向かう角度であり、また条件としては幅D以
外に反射波や干渉波は無いものとする。この式で表され
るマイクロ波エネルギーは高速フーリエ変換(FFT)
の時間スリット1つを考えた場合の電力に他ならない。
即ち、等間隔にある障害物を通過してくるマイクロ波を
一つ一つ独立して受信することは、時間軸方向に一定の
窓の場合はFFT展開したことと等価である。
Here, I (0) is the energy of the incident microwave, D is the width of the equally spaced slits, θ is the angle from the slit to the receiving antenna, and conditions other than width D are reflected waves and interference waves. There is no. The microwave energy represented by this formula is the Fast Fourier Transform (FFT)
It is nothing but the power when one time slit is considered.
That is, independently receiving the microwaves passing through the obstacles at equal intervals is equivalent to performing FFT expansion in the case of a fixed window in the time axis direction.

【0011】このことから明らかなことは、マイクロ波
を高周波レベルで合成する従来のモノパルス方式では、
車両に搭載されたアンテナが定在波の中を移動すること
により発生するフェージングや伝播の揺らぎなど、独立
した受信点が時間的にそれぞれ異なった電位変化を伴う
条件下ではFFT展開の個々の独立した値が無駄とな
り、高周波レベルで2波以上の三角関数(複素数)で合
成すると線形が維持できず、追尾に失敗する虞があると
言うことである。
What is clear from this is that in the conventional monopulse system for synthesizing microwaves at a high frequency level,
The FFT expansion is independent under the condition that the independent receiving points have different potential changes with time, such as fading and propagation fluctuations caused by the antenna mounted on the vehicle moving in the standing wave. This means that the value obtained is wasted, and if combining with a trigonometric function (complex number) of two or more waves at a high frequency level, the linearity cannot be maintained and tracking may fail.

【0012】本発明の課題は、特に移動体に搭載して用
いる際に送電線などの電波障害物による干渉を受けにく
く、アンテナ自身が電波の到来方向を判断して追尾装置
にフィードバックすることにより確実且つ安定して電波
到来方向を捕捉することのできる追尾アンテナ装置を提
供することである。
The object of the present invention is to prevent interference from radio wave obstacles such as power transmission lines when it is mounted on a mobile body and used, and the antenna itself determines the arrival direction of the radio wave and feeds it back to the tracking device. An object of the present invention is to provide a tracking antenna device capable of reliably and stably capturing the arrival direction of a radio wave.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明による追尾アンテ
ナ装置は、前述の課題を解決するために、少なくとも一
つの指向性主アンテナ要素と、該主アンテナ要素を中心
にしてその周囲にn分儀検知系を構成するように固定さ
れた2以上の整数n個の指向性副アンテナ要素と、これ
ら全てのアンテナ要素の向きを一体的に変える追尾駆動
装置と、前記n分儀検知系のn個の副アンテナ要素から
得られる各高周波受信信号をそれぞれ独立して検波する
ことによりn個の検知出力を生じる受信手段と、この受
信手段からのn個の検知出力に基づく比較演算処理によ
り受信信号電力が最大となる方向を検出する検出手段
と、該検出手段の検出結果に基づいて前記主アンテナ要
素が前記方向へ向くように前記追尾駆動装置をフィード
バック制御する制御手段とを備えたことを特徴としてい
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a tracking antenna device according to the present invention has at least one directional main antenna element and an n-segment around the main antenna element. Two or more integer n directional sub-antenna elements that are fixed so as to form a detection system, a tracking drive device that integrally changes the directions of all these antenna elements, and n of the n-division detection system Receiving means for producing n detection outputs by independently detecting each high-frequency reception signal obtained from the sub-antenna element and reception signal power by comparison calculation processing based on the n detection outputs from the reception means. Detecting means for detecting the direction in which the maximum is detected, and control for feedback-controlling the tracking drive device so that the main antenna element faces the direction based on the detection result of the detecting means. It is characterized in that a stage.

【0014】本発明の好適な実施形態によれば、前記主
アンテナ要素の主ビーム軸に対して四つの副アンテナ要
素の指向ビーム軸がいずれも同じ開き角度で僅かに傾斜
し、これら四つの副アンテナ要素は前記主ビーム軸の周
りに互いに等しい角度間隔で配置されて主アンテナ要素
の主ビーム軸を座標軸とする四分儀検出系を構成してお
り、前記検出手段は、これら四つの副アンテナ要素のう
ち前記主ビーム軸周りで順に隣接する二つずつからの受
信信号の検知出力同士の和信号に相当する四つの信号成
分を比較演算処理に用いている。
According to a preferred embodiment of the present invention, the directional beam axes of the four sub-antenna elements are all slightly tilted at the same opening angle with respect to the main beam axis of the main antenna element. The antenna elements are arranged at equal angular intervals around the main beam axis to form a quadrant detection system having the main beam axis of the main antenna element as a coordinate axis, and the detection means includes the four sub-antennas. Among the elements, four signal components corresponding to the sum signal of the detection outputs of the received signals from two adjacent elements that are sequentially adjacent to each other around the main beam axis are used in the comparison calculation process.

【0015】本発明の更に好適な実施形態によれば、前
記受信手段からのn個の検知出力を互いに独立して時間
積分する積分手段を更に備え、この積分手段で時間積分
された四つの検知出力を前記検出手段による比較演算処
理に用いている。
According to a further preferred embodiment of the present invention, there is further provided an integrating means for time-integrating n detection outputs from the receiving means independently of each other, and four detecting means integrated by time by the integrating means. The output is used for comparison calculation processing by the detection means.

【0016】本発明においては、従来のモノパルス方式
とは異なり、例えば四分儀検出系を構成する四つの指向
性副アンテナ要素からの各高周波受信信号をそれぞれ独
立してヘテロダイン検知し、得られた四つの検知出力に
基づく比較演算処理により電波到来方向を検出して追尾
駆動装置をフィードバック制御する。即ち、例えばnが
4の場合、ヘテロダイン検知系は4つの独立した系であ
り、このように独立した検波系から得られる4つの独立
した検知出力を比較演算処理するので、受信電波の電位
が時間的に変化する場合であっても独立した検知出力を
個々に時間積分することが可能であり、それによってそ
れぞれ独立した時間平均値を比較することができるので
合成処理により線形が崩れることもなく、移動体上から
でも到来方向の不明な信号を四分儀の直交座標の電力積
分の比較により空間上の絶対座標として方位特定が可能
である。
In the present invention, different from the conventional monopulse system, for example, the high-frequency reception signals from the four directional sub-antenna elements constituting the quadrant detection system are independently heterodyne-detected and obtained. The arrival direction of the radio wave is detected by comparison calculation processing based on the four detection outputs, and the tracking drive device is feedback-controlled. That is, for example, when n is 4, the heterodyne detection system is four independent systems, and since the four independent detection outputs obtained from the independent detection systems are subjected to the comparison calculation processing, the potential of the received radio wave is delayed. Independent detection outputs can be time-integrated individually even if they change over time, and since independent time average values can be compared with each other, the linearity is not destroyed by the synthesis process. It is possible to specify the direction of a signal whose direction of arrival is unknown from a moving body as absolute coordinates in space by comparing the power integration of the rectangular coordinates of the quadrant.

【0017】本発明において、追尾信号の受信系には高
いS/N比が得られるヘテロダイン検知方式を採用する
ことが望ましい。更に好ましくは、受信手段から得られ
る独立した複数の検知出力をそれぞれ個々に独立して或
る遅延時間に亘って時間積分することが好ましい。これ
は、人工衛星からの電波中に存在する微弱な信号成分を
検出する場合、ノイズ中に埋もれた信号成分を検出する
ためには、信号成分は位相が揃っており、ノイズは位相
がランダムである事実を利用することが得策であるから
である。時間積分により位相のランダムなノイズ成分は
相殺され、信号成分のみを高感度で取り出すことができ
る。
In the present invention, it is desirable to adopt a heterodyne detection system which can obtain a high S / N ratio in the tracking signal receiving system. More preferably, it is preferable to independently integrate a plurality of independent detection outputs obtained from the receiving means with each other over a certain delay time. This is because when detecting weak signal components existing in the radio waves from artificial satellites, the signal components have the same phase and the noise has random phase in order to detect the signal components buried in the noise. Because it is a good idea to utilize a certain fact. Random phase noise components are canceled by time integration, and only signal components can be extracted with high sensitivity.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の特徴とその他の詳
細を図示の実施形態に基づいて詳しく説明する。尚、以
下に述べる実施形態は本発明を限定するものではなく、
当業者に自明なその変形態様も本発明の技術的範疇に包
含されることは述べるまでもない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The features and other details of the present invention will be described below in detail based on the illustrated embodiments. The embodiments described below do not limit the present invention,
Needless to say, the modifications that are obvious to those skilled in the art are also included in the technical scope of the present invention.

【0019】図1は本発明の好適な一実施例に係る追尾
アンテナ装置における追尾系の主要部の構成を示す機能
ブロック図、図2は本発明で使用するアンテナの一例を
示す模式斜視図、図3は同じくアンテナの別の一例を示
す模式斜視図である。
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the main part of a tracking system in a tracking antenna device according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of an antenna used in the present invention. FIG. 3 is a schematic perspective view showing another example of the same antenna.

【0020】本発明による追尾アンテナ装置では、少な
くとも一つの指向性主アンテナ要素と、この主アンテナ
要素を中心にしてその周囲にn分儀検知系を構成するよ
うに配置された2以上の正数n個の指向性副アンテナ要
素とを使用する。
In the tracking antenna device according to the present invention, at least one directional main antenna element and two or more positive numbers arranged around the main antenna element so as to form an n-segment detection system. Using n directional sub-antenna elements.

【0021】図2に示す実施例では、これらアンテナ要
素をいずれもパラボラ反射器にビームモードのヘリクス
を装着してなるヘリカルアンテナで構成しており、本来
の通信に用いられる送受信用給電部を備えた中央のヘリ
カルアンテナHmが主アンテナ要素であり、その周囲に
90度の角度間隔で配置された4つのヘリカルアンテナ
Ha,Hb,Hc.Hdがそれぞれ追尾用に用いられる
受信用給電部を備えた副アンテナ要素である。これら全
てのヘリカルアンテナの各反射器は互いに固定関係に連
結されており、好適には一体成形されている。
In the embodiment shown in FIG. 2, each of these antenna elements is composed of a helical antenna in which a beam mode helix is attached to a parabolic reflector, and is provided with a transmission / reception power feeding section used for original communication. The central helical antenna Hm is the main antenna element, and the four helical antennas Ha, Hb, Hc. Hd is a sub-antenna element provided with a power feeding unit for reception that is used for tracking. The reflectors of all these helical antennas are fixedly connected to one another and are preferably integrally molded.

【0022】主アンテナHmの主ビーム軸に対し、四つ
の副アンテナHa〜Hdの指向ビーム軸はいずれも同じ
開き角度で僅かに傾斜し、これら四つの副アンテナが前
記主ビーム軸の周りに互いに等しい角度間隔で主アンテ
ナHmの主ビーム軸を座標軸とする四分儀検出系を前記
主ビームに直交する座標面内に構成している。各副アン
テナの開き角度と主アンテナからの離心距離は、使用す
るアンテナの種別による特性、主に半値角、及び隣接ア
ンテナとの干渉特性によって定まる。これら主アンテナ
と副アンテナは、それらの反射器ごと後述の駆動装置D
(図1)によってアジマス(方位)及びエレベーション
(俯仰)方向に一体的に駆動制御可能である。
With respect to the main beam axis of the main antenna Hm, the directional beam axes of the four sub-antennas Ha to Hd are all slightly inclined at the same divergence angle, and these four sub-antennas are mutually arranged around the main beam axis. A quadrant detection system having a main beam axis of the main antenna Hm as a coordinate axis at equal angular intervals is formed in a coordinate plane orthogonal to the main beam. The opening angle of each sub-antenna and the eccentric distance from the main antenna are determined by the characteristics of the type of antenna used, the half-value angle, and the interference characteristics with the adjacent antenna. The main antenna and the sub-antenna, together with their reflectors, are driven by a driving device D described later.
By (FIG. 1), it is possible to integrally control the drive in the azimuth (direction) and elevation (depression) directions.

【0023】一方、図3に示す実施例では、これをカセ
グレンアンテナで実現している。即ち、このカセグレン
アンテナは、主反射器Rmと、その焦点位置に正対配置
された副反射器Rsとを備えており、副反射器Rsの焦
点位置に合致する主反射器Rmの中心部には5つの給電
エレメントを組み込んだ複合給電素子Pが固定されてい
る。主反射器Rmの背部に配置されているのは、後述の
受信系及び検出系を組み込んだ四分儀検出装置の筐体S
である。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 3, this is realized by the Cassegrain antenna. That is, this Cassegrain antenna includes a main reflector Rm and a sub-reflector Rs that is arranged in a face-to-face relationship with the main reflector Rm. The main reflector Rm is aligned with the focus position of the sub-reflector Rs. Is fixed with a composite feeding element P incorporating five feeding elements. Arranged on the back of the main reflector Rm is a casing S of a quadrant detection device incorporating a reception system and a detection system described later.
Is.

【0024】複合給電素子Pは、主アンテナ要素として
本来の通信用に用いられる送受信用給電エレメントPm
を中心部に有し、その周囲に90度の角度間隔で副アン
テナ要素として追尾用に用いられる受信用給電エレメン
トPa,Pb,Pc,Pdを配置してなるものである。
この場合、送受信用の主アンテナエレメントPmは主反
射器Rmの焦点上に位置し、それに対して追尾用の各副
アンテナエレメントPa,Pb,Pc,Pdは主反射器
Rmの焦点から等距離でオフセットした位置にあるの
で、主アンテナエレメントPmの主ビーム軸に対し、四
つの副アンテナエレメントPa〜Pdの指向ビーム軸は
いずれも均等な開き角度の方向に向くことになり、従っ
てこれら四つの副アンテナが前記主ビーム軸の周りに互
いに等しい角度間隔で主アンテナPmの主ビーム軸を座
標軸とする四分儀検出系を前記主ビームに直交する座標
面内に構成することになる。各アンテナエレメントは、
複合給電素子Pがカセグレンアンテナに取り付けられて
いるので、後述の駆動装置によってアンテナが向きを変
えると一斉に向きを変えることになる。
The composite feeding element P is a transmitting / receiving feeding element Pm used as a main antenna element for original communication.
In the center, and receiving feed elements Pa, Pb, Pc, and Pd used for tracking as sub-antenna elements are arranged around the center at 90 degree intervals.
In this case, the transmitting / receiving main antenna element Pm is located on the focal point of the main reflector Rm, while the tracking sub-antenna elements Pa, Pb, Pc, Pd are equidistant from the focal point of the main reflector Rm. Because of the offset position, the directional beam axes of the four sub-antenna elements Pa to Pd are all oriented toward the direction of an even opening angle with respect to the main beam axis of the main antenna element Pm. The antennas constitute a quadrant detection system with the main beam axis of the main antenna Pm as a coordinate axis at equal angular intervals around the main beam axis in a coordinate plane orthogonal to the main beam. Each antenna element is
Since the composite feeding element P is attached to the Cassegrain antenna, when the directions of the antennas are changed by the driving device described later, the directions are changed all at once.

【0025】尚、上述の複合給電素子Pを利用して通常
のパラボラアンテナに四分儀検出系を組み込むことも可
能である。この場合は、例えば前記カセグレンアンテナ
の副反射器Rsに代えて複合給電素子Pを主反射器Rm
に正対するように取り付ければよい。
Incidentally, it is also possible to incorporate the quadrant detection system into an ordinary parabolic antenna by utilizing the above-mentioned composite feeding element P. In this case, for example, instead of the sub-reflector Rs of the Cassegrain antenna, the composite feed element P is replaced by the main reflector Rm.
It should be attached so as to face directly.

【0026】カセグレンアンテナやパラボラアンテナに
本発明を適用する場合、特に高い使用周波数領域では主
アンテナ要素及び副アンテナ要素として指向特性に優れ
たホーンタイプのエレメントを用いることが好ましい。
勿論、本発明に使用するアンテナ要素は以上の例に限ら
れるものではなく、受信すべき電波の偏波形式によって
例えば八木アンテナやループアンテナなど、種々の形式
のマイクロ波指向性アンテナを用いて構成することが可
能である。
When the present invention is applied to a Cassegrain antenna or a parabolic antenna, it is preferable to use a horn type element having excellent directional characteristics as the main antenna element and the sub antenna element, especially in a high operating frequency range.
Of course, the antenna element used in the present invention is not limited to the above example, and is configured using various types of microwave directional antennas such as a Yagi antenna and a loop antenna depending on the polarization type of the radio wave to be received. It is possible to

【0027】図1には、図2に示したアンテナを利用し
て本発明の追尾アンテナ装置を構成した場合の四分儀検
出追尾系の機能的な回路構成が示されている。尚、主ア
ンテナ要素による本来の通信用の送受信系については公
知の方式と大差ないので図示及び詳しい説明は省略す
る。
FIG. 1 shows a functional circuit configuration of a quadrant detection / tracking system when the tracking antenna device of the present invention is constructed by using the antenna shown in FIG. Since the transmission / reception system for the original communication by the main antenna element is not much different from the known system, its illustration and detailed description are omitted.

【0028】この回路は、各副アンテナHa,Hb,H
c,Hdから得られる各高周波受信信号をそれぞれ独立
してヘテロダイン検知する4つの受信部Ra,Rb,R
c,Rd(受信手段)と、各受信部から得られる4つの
独立した検知出力を個々に独立して時間積分する積分部
Fa,Fb,Fc,Fd(積分手段)と、個々の積分部
で積分された4つの検知出力に基づいて比較演算処理に
より最大電力を示す受信電波の到来方向を検出する比較
演算回路CM(検出手段)と、比較演算回路CMによる
検出結果に基づいて追尾用駆動装置Dをフィードバック
制御する制御装置CONTとを備え、これにより、比較
演算回路CMからの信号が常に最大値となるように駆動
装置Dを介してアンテナの方位を変えるためのアジマス
モータMaと俯仰角を変えるためのエレベーションモー
タMeをフィードバック制御している。
This circuit includes sub-antennas Ha, Hb and H.
4 receivers Ra, Rb, R that independently detect the respective high-frequency received signals obtained from c and Hd
c, Rd (reception means), integration sections Fa, Fb, Fc, Fd (integration means) for independently independently time-integrating four independent detection outputs obtained from each reception section, and individual integration sections. A comparison calculation circuit CM (detection means) for detecting the arrival direction of the received radio wave showing the maximum power by the comparison calculation processing based on the four integrated detection outputs, and a tracking drive device based on the detection result by the comparison calculation circuit CM. And a control device CONT for feedback controlling D, whereby an azimuth motor Ma for changing the azimuth of the antenna via the drive device D and a depression / elevation angle so that the signal from the comparison operation circuit CM always has the maximum value. The elevation motor Me for changing is feedback-controlled.

【0029】各受信部で検波する高周波受信信号は、例
えば主アンテナによる通信に用いられる変調電波の搬送
波信号であればよく、或いは特別に重畳されたマーカー
信号であっても良い。各チャンネルの受信部Ra,R
b,Rc,Rdでは、各副アンテナHa,Hb,Hc,
Hdからの各高周波受信信号にそれぞれ独立して局部発
信信号を混合してそれぞれの受信信号の強度をヘテロダ
イン検知する。尚、この回路の四つの独立したチャンネ
ルは、副アンテナから比較演算回路CMに至るまでの全
ての要素について特性のばらつきを補償調整してほぼ同
一特性に揃えてあることは述べるまでもない。
The high-frequency reception signal detected by each receiving unit may be, for example, a carrier wave signal of a modulated radio wave used for communication by the main antenna, or may be a specially superimposed marker signal. Receivers Ra and R of each channel
In b, Rc, and Rd, each sub-antenna Ha, Hb, Hc,
The high frequency reception signals from Hd are independently mixed with the local oscillation signals to heterodyne-detect the intensity of each reception signal. It is needless to say that the four independent channels of this circuit are adjusted to have substantially the same characteristics by compensating and adjusting variations in characteristics of all elements from the sub antenna to the comparison operation circuit CM.

【0030】図1において、各受信部より後段側はアナ
ログ・デジタル変換器で変換されたデジタル信号処理系
で組まれている。これらのデジタル信号処理系と各受信
部の局部発信周波数制御部の安定動作はマイクロコンピ
ュータCPUによる統括管理で保証されている。
In FIG. 1, the rear stage side of each receiving section is assembled by a digital signal processing system converted by an analog / digital converter. The stable operation of the digital signal processing system and the local oscillation frequency control section of each receiving section is guaranteed by the integrated management by the microcomputer CPU.

【0031】図示の実施例では、4つの副アンテナH
a,Hb,Hc、Hdのうち、主アンテナHmの主ビー
ム軸を中心として周方向に順に隣接する2つずつの副ア
ンテナからの受信信号の検知出力が混合器Mxa,Mx
b,Mya、Mybでそれぞれ混合されており、個々の
混合器で得た合計4つの和信号が比較演算回路CMで比
較されるようになっている。
In the illustrated embodiment, four sub-antennas H
Of the a, Hb, Hc, and Hd, the detection outputs of the reception signals from two sub antennas that are adjacent in order in the circumferential direction about the main beam axis of the main antenna Hm are mixers Mxa and Mx.
b, Mya, and Myb are respectively mixed, and a total of four sum signals obtained by the individual mixers are compared by the comparison operation circuit CM.

【0032】即ち、アンテナを後方から見て主アンテナ
Hmの左上部に位置する副アンテナHaによる高周波受
信信号に由来する検知出力をA、同じく右上部に位置す
る副アンテナHbによる高周波受信信号に由来する検知
出力をB、左下部に位置する副アンテナHcによる高周
波受信信号に由来する検知出力をC、右下部に位置する
副アンテナHdによる高周波受信信号に由来する検知出
力をDとすると、混合器Myaは和信号(A+B)に対
応する出力を生じ、混合器Mybは和信号(C+D)に
対応する出力を生じ、混合器Mxaは和信号(A+C)
に対応する出力を生じ、混合器Mxbは和信号(B+
D)に対応する出力を生じる。
That is, when the antenna is viewed from the rear, the detection output derived from the high frequency reception signal by the sub antenna Ha located in the upper left part of the main antenna Hm is A, and the detection output derived from the high frequency reception signal by the sub antenna Hb also located in the upper right part. Let B be the detection output, the detection output from the high-frequency reception signal from the sub-antenna Hc located at the lower left is C, and the detection output from the high-frequency reception signal from the sub-antenna Hd located at the lower right is D. Mya produces an output corresponding to the sum signal (A + B), mixer Myb produces an output corresponding to the sum signal (C + D), and mixer Mxa produces a sum signal (A + C).
And the mixer Mxb produces a sum signal (B +
Produces an output corresponding to D).

【0033】比較演算回路CMでは、和信号(A+B)
と和信号(C+D)との比較演算によって上下方向、即
ちアンテナの俯仰角の広がり方向における最大電力放射
位置に関する電波到来情報を検出し、同様に和信号(A
+C)と和信号(B+D)との比較演算によって左右方
向、即ちアンテナの方位角の広がり方向における最大電
力放射位置に関する電波到来情報を検出する。比較演算
回路CM内では、これらの情報から空間内における最大
電力の電波放射位置に関する三次元情報が生成され、こ
れがフィードバック情報として制御装置CONTに与え
られ、制御装置CONTが駆動装置Dを介してモータM
a,Meをフィードバック制御する。このようにして、
常に上下及び左右方向の検出出力の和信号の強度を比較
し、受信信号強度の高い側へアンテナを向けるように駆
動指令を与えて追尾駆動系をフィードバック制御するこ
とにより正確な追尾動作を果たすようにしてある。
In the comparison operation circuit CM, the sum signal (A + B)
And the sum signal (C + D) are compared to detect radio wave arrival information about the maximum power radiation position in the vertical direction, that is, in the direction in which the angle of depression and elevation of the antenna spreads.
+ C) and the sum signal (B + D) are compared to detect radio wave arrival information about the maximum power radiation position in the left-right direction, that is, in the direction in which the azimuth of the antenna spreads. In the comparison arithmetic circuit CM, three-dimensional information regarding the radio wave radiation position of the maximum power in space is generated from these information, and this is given to the control device CONT as feedback information, and the control device CONT drives the motor via the drive device D. M
Feedback control of a and Me. In this way
Accurate tracking operation is performed by constantly comparing the sum signal strengths of the detected outputs in the up and down and left and right directions and giving a drive command to direct the antenna to the side with a higher received signal strength and feedback controlling the tracking drive system. I am doing it.

【0034】本実施例においては、上述の和信号は受信
部からの検知出力を積分部で時間積分した後に混合して
得た信号である。例えば副アンテナからノイズに比べて
充分に高い信号成分を含む受信信号が得られる場合は、
図1に破線で示したように積分部を用いずに各受信部か
らの検知出力を直接的に混合器に入力して信号強度の相
対比較だけでフィードバックをかけることも可能である
が、受信信号中の信号成分の強度がノイズレベルに対し
て不充分な場合は、各受信部からの検知出力を例えば伝
播距離に応じて設定された任意の時間に亘って個々に独
立して時間積分することにより位相のランダムなノイズ
成分が相殺され、信号成分のみを高感度で取り出すこと
ができる。しかもこれは、各チャンネルで独立して処理
されるので、前述したように、車両に搭載されたアンテ
ナが定在波の中を移動することにより発生するフェージ
ングや伝播の揺らぎなど、独立した受信点が時間的にそ
れぞれ異なった電位変化を伴う条件下でも直線性が保た
れ、追尾に失敗する虞がないという利点がある。
In the present embodiment, the above-mentioned sum signal is a signal obtained by mixing the detection output from the receiving section with the integrating section after time integration. For example, when a received signal containing a signal component sufficiently higher than noise can be obtained from the sub antenna,
As shown by the broken line in FIG. 1, it is also possible to directly input the detection output from each receiving section to the mixer without using an integrating section and give feedback only by relative comparison of signal intensities. When the intensity of the signal component in the signal is insufficient with respect to the noise level, the detection output from each receiving unit is time-integrated individually and independently over an arbitrary time set according to the propagation distance, for example. As a result, random noise components of phases are canceled out, and only the signal component can be extracted with high sensitivity. Moreover, since this is processed independently for each channel, as described above, independent receiving points such as fading and propagation fluctuations that occur when the antenna mounted on the vehicle moves in the standing wave. However, there is an advantage that the linearity is maintained even under the condition that the potential changes are different with respect to time, and there is no possibility of tracking failure.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
電波の到来方向を検出するためにアンテナ自体を振動さ
せる必要はなく、しかも従来のモノパルス方式の追尾ア
ンテナに比べて特に移動体に搭載して用いる際に送電線
などの電波障害物による干渉を受けにくく、アンテナ自
身が電波の到来方向を判断して追尾装置にフィードバッ
クをかけるので、確実且つ安定して電波到来方向を捕捉
することのできる追尾アンテナ装置を提供することがで
きるものである。
As described above, according to the present invention,
It is not necessary to vibrate the antenna itself to detect the direction of arrival of radio waves, and compared with the conventional monopulse type tracking antenna, it is subject to interference from radio wave obstacles such as power transmission lines especially when it is mounted on a moving body and used. Since the antenna itself determines the arrival direction of the radio wave and feeds it back to the tracking device, it is possible to provide a tracking antenna device capable of reliably and stably capturing the arrival direction of the radio wave.

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

【図1】本発明の好適な一実施例に係る追尾アンテナ装
置における追尾系の主要部の構成を示す機能ブロック図
である。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a main part of a tracking system in a tracking antenna device according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】本発明で使用するアンテナの一例を示す模式斜
視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of an antenna used in the present invention.

【図3】同じく本発明で使用するアンテナの別の一例を
示す模式斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing another example of the antenna similarly used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Hm:主ヘリカルアンテナ(主アンテナ要素) Ha〜Hd:副ヘリカルアンテナ(副アンテナ要素) Rm:主反射器 Rs:副反射器 P:複合給電素子 Pm:主給電エレメント(主アンテナ要素) Pa〜Pd:副給電エレメント(副アンテナ要素) Ra〜Rd:受信部(受信手段) Fa〜Fd:積分部(積分手段) CM:比較演算回路(検出手段) CONT:制御装置(制御手段) D:追尾駆動装置 Ma:アジマスモータ Me:エレベーションモータ Mxa,Mxb,Mya,Myb:混合器 CPU:マイクロコンピュータ Hm: Main helical antenna (main antenna element) Ha to Hd: Sub-helical antenna (sub-antenna element) Rm: Main reflector Rs: Secondary reflector P: Composite feeding element Pm: Main feeding element (main antenna element) Pa to Pd: Sub feeding element (sub antenna element) Ra to Rd: receiving unit (receiving means) Fa to Fd: Integrator (integrator) CM: Comparison operation circuit (detection means) CONT: control device (control means) D: Tracking drive device Ma: Azimuth motor Me: Elevation motor Mxa, Mxb, Mya, Myb: Mixer CPU: Microcomputer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田 益久 富山県高岡市伏木古府2−3−64 Fターム(参考) 5J021 AA01 AA06 AA12 AB02 AB07 AB09 BA01 CA06 DA02 EA05 FA13 FA14 FA17 FA19 FA21 FA29 GA02 HA03 HA10 JA00 5J046 AA02 AA04 AB05 AB12 AB18 MA00    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masuhisa Ta             2-3-6 Fushiki Kofu, Takaoka City, Toyama Prefecture F-term (reference) 5J021 AA01 AA06 AA12 AB02 AB07                       AB09 BA01 CA06 DA02 EA05                       FA13 FA14 FA17 FA19 FA21                       FA29 GA02 HA03 HA10 JA00                 5J046 AA02 AA04 AB05 AB12 AB18                       MA00

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一つの指向性主アンテナ要素
と、該主アンテナ要素を中心にしてその周囲にn分儀検
知系を構成するように固定された2以上の整数n個の指
向性副アンテナ要素と、これら全てのアンテナ要素の向
きを一体的に変える追尾駆動装置と、前記n分儀検知系
のn個の副アンテナ要素から得られる各高周波受信信号
をそれぞれ独立してヘテロダイン検知することによりn
個の検知出力を生じる受信手段と、この受信手段からの
n個の検知出力に基づく比較演算処理により受信信号電
力が最大となる方向を検出する検出手段と、該検出手段
の検出結果に基づいて前記主アンテナ要素が前記方向へ
向くように前記追尾駆動装置をフィードバック制御する
制御手段とを備えたことを特徴とする追尾アンテナ装
置。
1. At least one directional main antenna element and two or more integer n directional sub-antennas fixed so as to form an n-segment detection system around the main antenna element. Elements, a tracking drive device that integrally changes the orientations of all of these antenna elements, and heterodyne detection independently for each high-frequency reception signal obtained from the n sub-antenna elements of the n-division detection system. n
Receiving means for producing a plurality of detection outputs, detecting means for detecting a direction in which the received signal power is maximized by comparison calculation processing based on the n detection outputs from the receiving means, and based on a detection result of the detecting means. A tracking antenna device comprising: a control unit that feedback-controls the tracking drive device so that the main antenna element faces the direction.
【請求項2】 主アンテナ要素の主ビーム軸に対して四
つの副アンテナ要素の指向ビーム軸がいずれも同じ開き
角度で僅かに傾斜し、これら四つの副アンテナ要素は前
記主ビーム軸の周りに互いに等しい角度間隔で配置され
て主アンテナ要素の主ビーム軸を座標軸とする四分儀検
出系を構成し、前記検出手段は、これら四つの副アンテ
ナ要素のうち前記主ビーム軸周りで順に隣接する二つず
つからの受信信号の検知出力同士の和信号に相当する四
つの信号成分を比較演算処理に用いていることを特徴と
する請求項1に記載の追尾アンテナ装置。
2. The directional beam axes of the four sub-antenna elements are all slightly tilted at the same divergence angle with respect to the main beam axis of the main antenna element, and these four sub-antenna elements are arranged around the main beam axis. The quadrant detection system is arranged at equal angular intervals to each other and has the main beam axis of the main antenna element as a coordinate axis, and the detection means are adjacent to each other in order around the main beam axis among these four sub antenna elements. The tracking antenna device according to claim 1, wherein four signal components corresponding to a sum signal of detection outputs of received signals from two each are used for comparison calculation processing.
【請求項3】 前記受信手段からの四つの検知出力を互
いに独立して時間積分する積分手段を更に備え、この積
分手段で時間積分されたn個の検知出力を前記検出手段
による比較演算処理に用いていることを特徴とする請求
項1に記載の追尾アンテナ装置。
3. Further comprising an integrating means for time-integrating the four detection outputs from the receiving means independently of each other, and n detection outputs time-integrated by the integrating means are used for comparison calculation processing by the detecting means. The tracking antenna device according to claim 1, wherein the tracking antenna device is used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009168778A (en) * 2008-01-21 2009-07-30 Panasonic Electric Works Co Ltd Active sensor and illumination device using the same
JP2009288195A (en) * 2008-05-30 2009-12-10 Fujitsu Ltd Radio wave direction detector and antenna movable device

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