JP2004120143A

JP2004120143A - マルチビーム形成給電回路

Info

Publication number: JP2004120143A
Application number: JP2002278346A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Ono; 大野　新樹; Moriyasu Miyazaki; 宮▲崎▼　守▲泰▼; Yoshihiko Konishi; 小西　善彦; Norio Miyahara; 宮原　典夫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】従来のマルチビーム形成給電回路は、形成したマルチビームをビーム走査ができないため、衛星の姿勢が変化した場合にビーム位置がずれるという問題点があった。
【解決手段】外部と接続された複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路１と、前記スイッチ回路の複数の出力端子にそれぞれ接続され、出力電力比を変化させる複数の可変電力分配器２と、異なる前記可変電力分配器の出力を合成する複数の電力合成回路３と、前記複数の電力合成回路に各々に接続され、信号の位相を調整する複数の移相器４と、前記複数の移相器の出力を増幅するハイブリッド・マトリックス・アンプ７と、前記ハイブリッド・マトリックス・アンプの出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナ８とが順次接続されたものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星に搭載されるアンテナからのマルチビームを用いて、地上の移動体と通信する移動体衛星通信におけるマルチビーム形成給電回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマルチビーム形成給電回路においては、２つのマルチビームのそれぞれに対応する異なるデータをもつＦ１、Ｆ２の信号をそれぞれ各電力分配器９に入力し、上記各電力分配器９で必要な振幅と位相が与えられ２分配された信号Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ２１、Ｆ２２は、同じデータをもつ信号がひとつのマルチポートアンプに入力されないように、図１に示すように２ポートマルチポートアンプ１０され、上記２ポートマルチポートアンプ１０で増幅された信号Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ２１、Ｆ２２はアンテナ１から放射される。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７４５４５６号公報（第４頁−第５頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマルチビーム形成給電回路は、形成したマルチビームをビーム走査ができないため、衛星の姿勢が変化した場合にビーム位置がずれるという問題点があった。
【０００５】
また、電力分配部と増幅部が分離しているため回路が大型でかつ複雑となるという問題点もあった。
【０００６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、マルチビームを形成しかつ形成したマルチビームをビーム走査することができるマルチビーム形成給電回路を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマルチビーム形成給電回路は、外部と接続された複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路と、前記スイッチ回路の複数の出力端子にそれぞれ接続され、出力電力比を変化させる複数の可変電力分配器と、異なる前記可変電力分配器の出力を合成する複数の電力合成回路と、前記複数の電力合成回路に各々に接続され、信号の位相を調整する複数の移相器と、前記複数の移相器の出力を増幅するハイブリッド・マトリックス・アンプと、前記ハイブリッド・マトリックス・アンプの出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナとが順次接続されたものである。
【０００８】
なお、前記可変電力分配器は、前記スイッチ回路の出力端子の各々に接続された電力分配器と、前記電力分配器に接続された複数の移相器と、前記複数の移相器に接続された９０度ハイブリッドとから構成されている。
【０００９】
また、前記ハイブリッド・マトリックス・アンプは、前記複数の移相器に接続されたマトリックス回路と、前記マトリックス回路に接続された複数の増幅器と、入力側が前記複数の増幅器に接続され、出力側が前記複数のアンテナに接続されたもう１つのマトリックス回路とから構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１１】
図１において、（ａ）は２ビームマルチビーム形成給電回路の構成図、（ｂ）はマルチビーム形成給電回路の可変電力分配器の構成図の一例、（ｃ）はマルチビーム形成給電回路の４ポートマトリックス回路の構成図の一例である。
【００１２】
また、同図（ａ）において、スイッチ回路１は、複数（２つ）の入力端子に対して複数（３つ）の出力端子より選択する。複数（３つ）の可変電力分配器２は、スイッチ回路１の複数の出力端子にそれぞれ接続され、出力電力比を変化させることができる。複数（４つ）の電力合成回路３は、異なる可変電力分配器２の出力を合成する。複数（４つ）の移相器（第１の移相器）４は、電力合成回路３にそれぞれ接続されている。ハイブリッド・マトリックス・アンプ７は、複数（４つ）の移相器４に接続されている。複数（４つ）のアンテナ８は、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７に接続されている。反射鏡９は、アンテナ８の右側（図上）に配置されている。
【００１３】
なお、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７は、複数（２つ）のマトリックス回路５（５ａ（第１のマトリックス回路）、５ｂ（第２のマトリックス回路））と、複数（４つ）の増幅器６で構成される。また、図１（ｃ）で示すように、マトリックス回路５は、複数（４つ）の９０度ハイブリッドと、複数（２つ）の移相器で構成される。
【００１４】
また、同図（ｂ）において、可変電力分配器２は、電力分配器１０と、移相器（第２の移相器）１１（１１ａ、１１ｂ）と、９０度ハイブリッド（第１の９０度ハイブリッド）１２で構成される。
【００１５】
さらに、同図（ｂ）において、マトリックス回路５は、複数（４つ）の９０度ハイブリッド（第２の９０度ハイブリッド）１３（１３ａ、１３ｂ）と、複数（２つ）の移相器（第３の移相器）１４で構成される。
【００１６】
つぎに、この実施の形態１に係るマルチビーム形成給電回路の動作について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図２は、この発明の実施の形態１に係るマルチビーム形成給電回路のマルチビーム形成におけるビーム走査を示す図である。
【００１８】
ここでは、簡易化のため２つの異なるデータをもつ信号が入力され、３つのビーム形成位置より２つのビームを形成するマルチビーム形成給電回路とする。また、最大２つのアンテナ８より１つのデータを持つ信号を送信する構成とする。
【００１９】
異なるデータを持つ２つの信号をスイッチ回路１の入力端子に与える。このスイッチ回路１において、２つの入力端子に対して各々の出力端子を選択する。スイッチ回路１より出力された第１の信号は、可変電力分配器２により形成するビームに合わせて、電力比を変化させ電力合成回路３へ送られる。
【００２０】
電力合成回路３において、他の可変電力分配器２の出力と合成され、移相器４により分配された信号の位相を調整する。位相調整された信号は、複数のマトリックス回路５と複数の増幅器６により構成されるハイブリッド・マトリックス・アンプ７により増幅され、最大２つのアンテナ８より放射されてビームを形成する。
【００２１】
第２の信号も、第１の信号と同様にスイッチ回路１から出力され、可変電力分配器２と、電力合成回路３と、位相器４を経て、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７により増幅され、最大２つのアンテナ８より放射されてビームを形成する。以上のように、２つのビームが同時に放射されることによりマルチビームを形成する。
【００２２】
また、可変電力分配器２の移相器１１を適当に設定することで可変電力分配器２の出力を変化させることができ、これに基づき２つのアンテナ８の放射電力も変化する。この結果、前記２つのアンテナ８によって形成されたビームをビーム走査することが可能である。
【００２３】
このビーム走査については、図２を用いて説明する。２つのアンテナ８ａ、８ｂがあり、反射鏡９を介してビームを形成する場合について説明する。
【００２４】
アンテナ８ａのみから放射した場合は、図２の下段に示すように、ビームＡが形成される。また、アンテナ８ｂのみから放射した場合には、図２の下段に示すように、ビームＢが形成される。この場合に、アンテナ８ａ及びアンテナ８ｂから同じ電力で放射した場合は、各々のアンテナ８ａ、あるいは８ｂのみで放射した場合のそれぞれのビームＡ、Ｂの中央の位置にビームＣが形成される。つまり、アンテナ８ａ及びアンテナ８ｂから同じデータを持った信号を放射する場合において、２つのアンテナ８ａ、８ｂの放射電力を適当に変化させることで各々のアンテナのみで放射させた場合の間の適当な位置にビームＣを形成することが出来る。
【００２５】
以上のように、可変電力分配器２、電力合成回路３、移相器４、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７を接続する構成としているので、マルチビームを形成することができる。また、形成したマルチビームをビーム走査することができる。
【００２６】
なお、可変電力分配器２の出力端子数や、電力合成回路３の入力端子数は送信するアンテナ８の数と合わせているだけであり、２以上の端子数であれば問題ないことは言うまでもない。また、可変電力分配器２に、９０度ハイブリッドやカプラを用いて電力を分配しても同様の効果が得られる。さらに、可変電力分配器２の各々の出力側に移相器を接続し、この移相器の出力側に電力合成回路を追加接続する構成でも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【００２８】
上記の実施の形態１では、外部接続するスイッチ回路１と、複数の可変電力分配器２と、複数の電力合成回路３と、複数の移相器４と、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７とを順番に接続する構成にしたものであるが、この実施の形態２では、外部接続する複数の可変電力分配器２と、複数の電力合成回路３と、スイッチ回路１と、複数の移相器４と、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７とを順番に接続する構成としたものである。
【００２９】
図３に示すように、スイッチ回路１を複数の電力合成回路３と複数の移相器４との間に配置することにより、可変電力分配器２の個数を、形成するビーム数まで削減することができ、可変電力分配器２を構成する移相器１１の数量も減らすことができるため給電回路を小型化することができる。また、同様に、電力合成回路３の配置個数も削減することができる。
【００３０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【００３１】
上記の実施の形態１及び２では、可変電力分配器２で分配した信号が同じハイブリッド・マトリックス・アンプ７に入力される構成としたものであるが、この実施の形態３では、可変電力分配器２で分配した信号が異なるハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、７ｂに入力される構成としたものである。
【００３２】
実施の形態１及び２では、可変電力分配器２の出力が同一のハイブリッド・マトリックス・アンプ７に入力され、その前段に設置された移相器４を適当に設定した場合においても、マトリックス回路５を構成する９０度ハイブリッド１３で逆相での合成により打ち消しあい、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７を構成する増幅器６への入力信号が入力されないことがある。
【００３３】
そこで、図４に示すように、同じデータを持つ信号が異なるハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、７ｂに入力される構成とすることにより、同じ信号が９０度ハイブリッド１３で打ち消されることを防止することができ、増幅器６を効率的に動作させることができる。また、ビーム構成によってはハイブリッド・マトリックス・アンプ７の前段に設けられている移相器４を部分的になくすことにより、移相器４の個数を削減することも可能である。なお、本実施の形態３は、図１に示す実施の形態１にも適用できる。
【００３４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態４に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【００３５】
上記の実施形態３では、信号は全て移相器４を介してハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、７ｂに入力される構成としたものであるが、この実施の形態４では、可変電力分配器２で分配した各々の信号が複数のハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ〜７ｄに入力される構成としたものである。
【００３６】
図５に示すように、スイッチ回路１の各々の出力信号を少なくとも１つ以上の移相器４を介して複数のハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ〜７ｄに入力される構成とすることにより、同一信号のビームを複数形成することができる。これにより、複雑な可変電力分配器を使用しなくても、ビーム形状を日本列島のような弓形にするような整形ビームを形成することができる。また、周波数の有効利用の観点で用いられているセルラー方式に対応することができる。
【００３７】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態５に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【００３８】
図６に示すように、この実施の形態５では、複数のハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、７ｂを配置し、使用するハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、７ｂを選択する構成としたものである。ハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、又は７ｂが故障した場合に、スイッチ回路又は電力合成回路１５により、スイッチ回路１の出力側端子を適当に選択することにより、ハイブリッド・マトリックス・アンプ７ａ、又は７ｂの故障時の放射電力の低下を防止することができる。
【００３９】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態６に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【００４０】
この実施の形態６は、図７に示すように、外部と接続された複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路１と、マトリックス回路５と、複数の増幅器６と、ハイブリッド電力分配回路１８とを接続する構成としたものである。
【００４１】
ハイブリッド電力分配回路１８は、複数の移相器１６と、複数の９０度ハイブリッド１７を複数段繰り返して構成する。
【００４２】
マトリックス回路５において分配された信号は、複数の増幅器６により効率よく増幅される。ハイブリッド電力分配回路１８を構成する複数個の移相器１６を適宜設定することによりアンテナ８より放射される電力を制御することができる。また、電力分配回路とマトリックス回路を一体化させた機能を有するため、給電回路を小型化することができる。さらに、複数のアンテナ８から放射を要する場合も簡単に構成することができる。
【００４３】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係るマルチビーム形成給電回路について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態７に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【００４４】
この実施の形態７は、図８に示すように、外部と接続された複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路１と、ハイブリッド電力分配回路１８と、複数の増幅器６と、マトリックス回路５とを接続する構成としたものである。
【００４５】
ハイブリッド電力分配回路１８は、複数の移相器１６と、複数の９０度ハイブリッド１７を複数段繰り返して構成する。
【００４６】
スイッチ回路１により出力端子を選択された信号は、ハイブリッド電力分配回路１８を構成する複数個の移相器を適宜設定することにより、ハイブリッド電力分配回路１８に接続される複数の増幅器６において効率よく増幅される。増幅された信号は、マトリックス回路５によりアンテナ８に所望の電力で給電され、アンテナ８より放射される。
【００４７】
この構成とすることにより、アンテナ８より放射される電力を制御することができる。また、電力分配回路とマトリックス回路を一体化させた機能を有するとともに、ハイブリッド電力分配回路１８を増幅器６よりも前段階に配置することにより低電力レベル（低耐電力設計）の構成とすることができ、給電回路を小型化することができる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明に係るマルチビーム形成給電回路は、以上説明したとおり、外部と接続された複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路と、前記スイッチ回路の複数の出力端子にそれぞれ接続され、出力電力比を変化させる複数の可変電力分配器と、異なる前記可変電力分配器の出力を合成する複数の電力合成回路と、前記複数の電力合成回路に各々に接続され、信号の位相を調整する複数の移相器と、前記複数の移相器の出力を増幅するハイブリッド・マトリックス・アンプと、前記ハイブリッド・マトリックス・アンプの出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナとが順次接続されたので、マルチビームを形成でき、形成したマルチビームをビーム走査することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るマルチビーム形成給電回路のマルチビーム形成におけるビーム走査を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態７に係るマルチビーム形成給電回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　スイッチ回路、２　可変電力分配器、３　電力合成回路、４　移相器（第１の移相器）、５、５ａ、５ｂ　マトリックス回路、６　増幅器、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ　ハイブリッド・マトリックス・アンプ、８　アンテナ、９　反射鏡、１０　電力分配器、１１、１１ａ、１１ｂ　移相器（第２の移相器）、１２　９０度ハイブリッド（第１の９０度ハイブリッド）、１３、１３ａ、１３ｂ９０度ハイブリッド（第２の９０度ハイブリッド）、１４　移相器（第３の移相器）、１５　スイッチ回路又は電力合成回路、１６、１６ａ、１６ｂ　移相器、１７、１７ａ、１７ｂ　９０度ハイブリッド、１８　ハイブリッド電力分配回路。

Claims

外部と接続された複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路の複数の出力端子にそれぞれ接続され、出力電力比を変化させる複数の可変電力分配器と、
異なる前記可変電力分配器の出力を合成する複数の電力合成回路と、
前記複数の電力合成回路に各々に接続され、信号の位相を調整する複数の第１の移相器と、
前記複数の第１の移相器の出力を増幅するハイブリッド・マトリックス・アンプと、
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプの出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナと
を備え、
前記可変電力分配器は、前記スイッチ回路の出力端子の各々に接続された電力分配器と、前記電力分配器に接続された複数の第２の移相器と、前記複数の第２の移相器に接続された第１の９０度ハイブリッドとから構成され、
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプは、前記複数の第１の移相器に接続された第１のマトリックス回路と、前記第１のマトリックス回路に接続された複数の増幅器と、入力側が前記複数の増幅器に接続され、出力側が前記複数のアンテナに接続された第２のマトリックス回路とから構成される
ことを特徴とするマルチビーム形成給電回路。
外部と接続され、出力電力比を変化させる複数の可変電力分配器と、
異なる前記可変電力分配器の出力を合成する複数の電力合成回路と、
前記複数の電力合成回路に複数の入力端子がそれぞれ接続され、前記複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路の出力端子の少なくとも１つに接続され、信号の位相を調整する第１の移相器と、
少なくとも１つの前記第１の移相器の出力、及び前記スイッチ回路の出力を増幅するハイブリッド・マトリックス・アンプと、
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプの出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナと
を備え、
前記可変電力分配器は、前記外部と接続された電力分配器と、前記電力分配器に接続された複数の第２の移相器と、前記複数の第２の移相器に接続された第１の９０度ハイブリッドとから構成され、
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプは、少なくとも１つの前記第１の移相器に接続された第１のマトリックス回路と、前記第１のマトリックス回路に接続された複数の増幅器と、入力側が前記複数の増幅器に接続され、出力側が前記複数のアンテナに接続された第２のマトリックス回路とから構成される
ことを特徴とするマルチビーム形成給電回路。
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプと同じ構成を有し、少なくとも１つの前記第１の移相器、及び前記スイッチ回路に前記ハイブリッド・マトリックス・アンプと並列に接続された少なくとも１つ以上の第２のハイブリッド・マトリックス・アンプ
をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のマルチビーム形成給電回路。
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプと同じ構成をそれぞれ有し、少なくとも１つの前記第１の移相器、及び前記スイッチ回路に前記ハイブリッド・マトリックス・アンプと並列に接続された少なくとも１つ以上の第３のハイブリッド・マトリックス・アンプ
をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のマルチビーム形成給電回路。
外部と接続され、出力電力比を変化させる複数の可変電力分配器と、
異なる前記可変電力分配器の出力を合成する複数の第１の電力合成回路と、
前記複数の第１の電力合成回路に各々に接続され、信号の位相を調整する複数の第１の移相器と、
前記複数の第１の移相器に複数の入力端子がそれぞれ接続され、前記複数の入力端子と複数の出力端子を選択する第１のスイッチ回路と、
前記第１のスイッチ回路の複数の出力端子の出力を増幅する複数のハイブリッド・マトリックス・アンプと、
前記複数のハイブリッド・マトリックス・アンプの出力を選択する複数の第２のスイッチ回路又は第２の電力合成回路と、
前記複数の第２のスイッチ回路又は第２の電力合成回路の出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナと
を備え、
前記可変電力分配器は、前記外部と接続された電力分配器と、前記電力分配器に接続された複数の第２の移相器と、前記複数の第２の移相器に接続された第１の９０度ハイブリッドとから構成され、
前記ハイブリッド・マトリックス・アンプは、前記第１のスイッチ回路の複数の出力端子に接続された第１のマトリックス回路と、前記第１のマトリックス回路に接続された複数の増幅器と、入力側が前記複数の増幅器に接続され、出力側が前記複数の第２のスイッチ回路又は第２の電力合成回路に接続された第２のマトリックス回路とから構成される
ことを特徴とするマルチビーム形成給電回路。
外部と接続され複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に接続され信号を分配するマトリックス回路と、
前記マトリックス回路の出力側に各々の接続され信号を増幅する複数の増幅器と、
前記複数の増幅器に接続されたハイブリッド電力分配回路と、
前記ハイブリッド電力分配回路の出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナと
を備え、
前記ハイブリッド電力分配回路は、構成として、前記複数の増幅器に接続された複数の移相器と、前記複数の移相器に接続された複数の９０度ハイブリッドとを複数段繰り返す
ことを特徴とするマルチビーム形成給電回路。
外部と接続され複数の入力端子と複数の出力端子を選択するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に接続されたハイブリッド電力分配回路と、
前記ハイブリッド電力分配回路の出力側に接続され信号を増幅する複数の増幅器と、
前記複数の増幅器に接続され信号を分配するマトリックス回路と、
前記マトリックス回路の出力に基づいてマルチビームを形成する複数のアンテナと
を備え、
前記ハイブリッド電力分配回路は、構成として、前記スイッチ回路の複数の出力端子にそれぞれ接続された複数の移相器と、前記複数の移相器に接続された複数の９０度ハイブリッドとを複数段繰り返す
ことを特徴とするマルチビーム形成給電回路。