JP2004363801A - Array antenna feeder, array antenna system using same, and variable beam pattern broadcasting satellite - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変ビームパターン放送衛星に搭載されるフェーズドアレーアンテナの給電回路に関するもので、各アンテナ素子に励振される振幅値を考慮してアンテナ素子を組み合わせて電力増幅器を削減する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
放送衛星にフェーズドアレーアンテナを搭載し、降雨により電波減衰が発生している地域に増力ビームを形成する技術が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
このような衛星搭載用フェーズドアレーアンテナの構成例としては、図1のような構成が考えられる。
【0004】
受信アンテナ1によって受信された受信信号はチャンネルに対応したBPF(バンドパスフィルタ)2によって帯域制限され、LNA(低ノイズアンプ)3によって増幅され、周波数変換器4で送信周波数に変換され、増幅器5で増幅された後に、分配器13に入力する。この際、分配器13での機器損失および分配損失を補償するために、ドライバアンプとしての増幅器5を挿入している。
【0005】
分配器13によってアンテナ素子数に分配された信号は、降雨により電波減衰が生じている地域へ増力ビームを形成するために、励振振幅・位相制御部14で計算された制御が施される。
【0006】
図1に示す電力増幅器8の入力部のアッテネータ(図中ATTと記す)7などで励振振幅が、移相器10で励振位相がそれぞれ制御される。制御された各信号は、アレーアンテナ素子11に給電され、所望のアンテナパターンを形成する送信信号となる。
【0007】
【非特許文献1】
田中祥次、山田哲也、村田孝雄:“放送衛星搭載用フェーズドアレー給電反射鏡アンテナの放射パターンの検討”、電子情報通信学会 技術報告、AP2001−169、PP.61−67(2002−1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の衛星搭載用フェーズドアレーアンテナにより、放送サービスを行う際、降雨により電波減衰が発生している地域に増力ビームを形成するためには、反射鏡に複数の給電アレーアンテナを組み合わせた反射鏡型フェーズドアレーアンテナを衛星に搭載する必要がある。このフェーズドアレーアンテナでは、図2に示すように、例えばKa帯では直径10メートル程度の反射鏡15に100〜300個の給電アレーアンテナ16を組み合わせることにより、晴天域には規定値の送信電力を放射しながら、サービスエリアにて直径100キロメートル程度の降雨域には規定値+10デシベルの増力を行うことができる。
【0009】
従来の衛星搭載用フェーズドアレーアンテナでは、それぞれのアンテナ素子11に1つずつ電力増幅器8が接続される。電力増幅器8は、Ka帯以上の周波数においては、MMIC(マイクロ波集積回路)などの半導体素子の適用は出力効率の観点から難しく、TWTA(進行波管増幅器)などを通常使用する必要があるが、TWTAは容積・重量ともに大きいといった欠点がある。
【0010】
これにより、アンテナ素子11への給電回路は大規模なものになる。同時に、衛星への実装が困難となる。また、電力増幅器8の個数が多くなると、発熱による問題も無視できなくなる。さらに、システムのコストも膨大なものとなる。
【0011】
本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は電力増幅器の個数を削減することが可能な技術を提供することにある。
【0012】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0014】
(1)衛星搭載用フェーズドアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子に電力を給電するフェーズドアレーアンテナ給電装置であって、前記複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電する前記アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力を分配比変更可能に分配する可変電力分配器とを備える。
【0015】
(2)前述した(1)に記載のフェーズドアレーアンテナ給電装置において、前記可変電力分配器が分配比を3dB以上で可変するグループを有する。
【0016】
(3)衛星搭載用フェーズドアレーアンテナシステムであって、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電する前記アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力を分配比変更可能に分配する可変電力分配器とを備える。
【0017】
(4)増力ビームを形成することができる可変ビームパターン放送衛星であって、フェーズドアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電する前記アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段と、受信アンテナで受信された受信信号を前記電力増幅手段に分配する分配器と、前記電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力を分配比変更可能に分配する可変電力分配器とを備える。
【0018】
前述した手段によれば、アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段は複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電し、可変電力分配器は電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力の分配比を変更可能に分配する構成となっており、電力増幅手段の数を低減させることができるので、給電回路の規模が小さくなり、コストの低廉化を計ることができる。
【0019】
また、電力増幅手段の数を低減させることができるので、電力増幅手段の発熱に伴う給電装置の発熱量も低減させることができる。
【0020】
特に、可変電力分配器の分配比が3dB以上となるようにアンテナ素子をグループ化することによって、1個のアンテナ素子のみを駆動する場合に対する電力増幅手段の定格出力の増加を最小に抑えることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
一般に放送衛星では、他国との干渉をさけるためサービスエリア外のサイドローブレベルが規定されており、規則以下にサイドローブレベルを抑圧する必要がある。図3に、可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーイズドアレーアンテナにおいて、サービスエリア(ここでは日本全国)を一様に覆う放射パターンを形成したときの給電アレーアンテナの励振振幅分布の一例を示す。図3中の番号(1〜173)は、アンテナ素子を区別するためのものである。図3において、一番上の行のアンテナ素子には左から1、2、3、4、5の番号が付けられ、次の行には左から6、7、8、9、10、11の番号が付けられており、以下の行も同様に番号が付けられ、一番下の行には左から171、172、173の番号が付けられている。
【0022】
この場合、アンテナ素子数は173素子で、日本全国のサービスエリアに対応する形状に配置している。励振振幅値が−3dB〜0dBを赤色、−6dB〜−3dBを橙色、−9dB〜−6dBを黄色、−9dB以下を青色で表わした。ここで、振幅値は最大励振振幅値で正規化されている。なお、本明細書添付の図3には色は表示されていないが、図3の原本では中心部には赤色のアンテナ素子が多く分布し、周辺部には青色のアンテナ素子が多く分布し、中間部分に橙色と黄色のアンテナ素子が分布している(後述する図5、図6においても同様である)。
【0023】
この図3から、給電アレーアンテナの励振振幅分布はアレーの中心から周辺部へ行くに従って小さくなっており、アレー中心のアンテナ素子ほど放射パターン形成への寄与が大きく(赤色、橙色の分布が多い)、また給電アレーアンテナ周辺部のアンテナ素子の励振振幅値は小さい(青色の分布が多い)ことがわかる。特に周辺部のアンテナ素子は、放射パターンにおけるエリア外のサイドローブレベルの抑圧に寄与している。
【0024】
図4に、全国均一放射パターンと青色のアンテナ素子が少なくなった時の放射パターンを示す。図4(a)は全国均一放射パターンであり、図4(b)は周辺素子がない時の放射パターンである。これより、青色のアンテナ素子(図3の周辺部に多く分布するアンテナ素子)が少なくなった時には、図4(b)に示す枠内17で全国ビームの形状が変形し、サイドローブレベルの上昇が生じることがわかる。また、図4(b)に示す枠内18で全国ビーム内の利得の変動が大きくなっているのもわかる。従って、周辺部のアンテナ素子は、励振振幅値は小さいが、放射パターン形成には寄与している。
【0025】
しかし、この例では赤と青では励振振幅値が10dB近く異なり、青と赤の励振振幅値を加算しても赤のアンテナ素子の電力増加は最大でも10%程度となる。
【0026】
放射パターンの設計手法としては、非特許文献1に詳しく述べてられているのでここでは省略する。
【0027】
図5は、サービスエリア(日本)全体を均一な放射電力で照射しつつ、降雨域のみ(ここでは札幌)の放射電力を増力したときの給電アレーアンテナの励振振幅分布である。
【0028】
この図からわかるように、給電アレーアンテナの励振振幅分布全体は図3(日本全国均一)の時と大きくは変わらず、アレー中心部のアンテナ素子ほど大きく放射パターン形成への寄与が大きいことがわかる。ただし、増力ビームを形成している札幌に対応する給電アレー上部に赤色または橙色の振幅分布が変化している。しかし、これらは図3の時の赤色および橙色の分布と大きくは変わらない。つまり、アレー中心部及び上部のアンテナ素子の大半が赤色または橙色で放射パターンの形成に寄与しているのに対して、周辺部のほぼ全てのアンテナ素子が青色となりサイドローブレベルの抑圧に寄与している、という傾向は図3の場合と変わらない。
【0029】
図6は、図5と同様に降雨域(ここでは沖縄)の放射電力を増力したときの給電アレーアンテナの励振振幅分布である。
【0030】
この図からも、給電アレーアンテナの励振振幅全体は図3(日本全国一様)の時と大きくは変わらないことがわかる。ただし、増力ビームを形成している沖縄に対応する給電アレー下部の赤色または橙色の励振振幅分布が変化している。しかし、図3と同様に、赤色及び橙色の励振振幅分布がアレー中心部に偏っていて、青色の励振振幅分布が周辺部に偏っているという傾向は変わらない。
【0031】
以上のことより、サービスエリア(日本)全体を均一な放射電力で照射したときも、降雨域のみ放射電力を増力したときも、給電アレーアンテナ素子の励振振幅分布は、給電アレーの中心部で大きくなり、周辺部で小さくなるという傾向は変わらないことがわかる。
【0032】
すなわち、この給電アレーアンテナ素子の励振振幅分布の傾向より、アレーアンテナ素子を、中心部の励振振幅値が大きい(励振振幅値が赤色または橙色である)アンテナ素子と、周辺部の励振振幅値が小さい(励振振幅値が黄色及び青色であり、中心部の励振振幅値よりも3dB以上小さい)アンテナ素子を組み合わせてグループ化し、各グループをそれぞれ1つの電力増幅器に、可変電力分配器を介して、接続することで、電力増幅器の数を削減することができる。
【0033】
図7は本発明の一実施の形態である可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナにおけるアンテナ素子のグループ化結果の一例を示す図であり、図8は本発明の一実施の形態である可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナ給電装置の概略構成を説明するための図である。
【0034】
図8に示す本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナは図7に示すグループ化に基づいた構成例であり、分配器6の前段までは図1に示す従来の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナと同じ構成である。
【0035】
図7に示すグループ化では、図3のアンテナ素子番号に従って、励振振幅値が−3dB〜0dBの赤色または−6dB〜−3dBの橙色であり(振幅励振値が大きい)放射パターン形成に寄与している中心部のアンテナ素子と、励振振幅値が−9dB〜−6dBの黄色または−9dB以下の青色であり(中心部のアンテナ素子よりも振幅励振値が小さい)、サイドローブレベル抑圧のために寄与している周辺部のアンテナ素子とを2個一組にグループ化した。図7中の「アンテナ素子番号」は図3のアンテナ素子番号、「札幌増力時励振振幅」は図5の励振振幅分布のアンテナ素子の色、「沖縄増力時励振振幅」は図6の励振振幅分布のアンテナ素子の色をそれぞれ示す。各グループとも、札幌に増力ビームを形成した時にも、沖縄に増力ビームを形成した時にも、励振振幅は「赤と青」または「橙と青」または「黄と青」または「黄と黄」の組み合わせとなっている。なお、図7に示すアンテナ素子の色は前述の通り各アンテナ素子に給電される給電電力の励振振幅値を示しており、赤色は−3dB〜0dB、橙色は−6dB〜−3dB、黄色は−9dB〜−6dB、青色は−9dB以下を示している。
【0036】
すなわち、本実施の形態では、降雨による電波減衰を補償する可変ビームパターン衛星に搭載されるフェーズドアレーアンテナのアンテナ素子に励振される励振振幅値が、電波減衰を補償するための増力ビームが形成される地域によって、アンテナ素子の配列全体の特定部分に偏って分布される傾向に基づいて、中心部に配置され励振振幅値が大きいアンテナ素子(放射パターン形成への寄与が大きく、励振振幅値が−3dB〜0dBの赤色または−6dB〜−3dBの橙色となるアンテナ素子)と、周辺部に配置され励振振幅値が小さいアンテナ素子(放射パターン形成への寄与が小さく、励振振幅値が−9dB〜−6dBの黄色または−9dB以下の青色となり中心部のアンテナ素子よりも励振振幅値が3dB以上小さいアンテナ素子)とをそれぞれ1個ずつ組み合わせたグループ化を複数形成した構成となっている。例えば、第1のグループでは、札幌増力時及び沖縄増力時に励振振幅値が青色の#1のアンテナ素子と、札幌増力時に赤色で沖縄増力時に黄色の#13のアンテナ素子とを組み合わせた構成となる。また、図7から明らかなように、本実施の形態では全てのアンテナ素子を組み合わせることによって、第1〜第86のグループを形成している。
【0037】
図8に示すように、本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナでは、分配器6の出力には、アッテネータ(図中ATTと記す)7、電力増幅器8、及び可変電力分配器9がこの順番に接続され、可変電力分配器9の出力に移相器10を介してアンテナ素子11が接続される。また、アッテネータ7、可変電力分配器9、及び移相器10には、振幅・位相制御部12からの制御信号が入力される。
【0038】
このように、本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナでは、2個のアンテナ素子11で1つのグループを形成し、各グループ毎にアッテネータ7、電力増幅器8、及び可変電力分配器9を配置する構成となっているので、各アンテナ素子11毎の給電電力は可変電力分配器9から得られることとなる。従って、本実施の形態では、可変電力分配器9の出力毎に移相器10を配置して、可変電力分配器9から増幅出力される給電電力に所望の励振振幅を与える構成となっている。
【0039】
次に、図8に基づいて、本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナ給電装置の動作を説明する。本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナ給電装置では、受信アンテナ1によって受信された受信信号はチャンネルに対応したBPF(バンドパスフィルタ)2によって帯域制限された後に、LNA(低ノイズアンプ)3によって増幅される。増幅された受信信号は、周波数変換器4で送信周波数に変換された後に、分配器6での機器損失及び分配損失を補償するための増幅器5で増幅され、分配器6に入力する。
【0040】
分配器6に入力された信号は図7に示すグループ毎に分配され、各グループ毎のアッテネータ7に入力される。ここで、本実施の形態では2個のアンテナ素子11で1つのグループを構成しているので、各アッテネータ7における減衰値すなわちアッテネータ7と後段の電力増幅器8とによる励振振幅の制御は、各グループの2個のアンテナ素子11分の励振振幅となるように制御される。例えば、#1と#13のアンテナ素子11からなる第1のグループの札幌増力時では、#1のアンテナ素子11の励振振幅が青色(−9dB以下)であり、#13のアンテナ素子11の励振振幅が赤色(−3dB〜0dB)となるので、電力増幅器8からの出力信号がそれぞれの励振振幅を加算した振幅値となるようにアッテネータ7が制御される。他のグループでも第1のグループと同様に、2個のアンテナ素子11の励振振幅を加算した励振振幅となるように、アッテネータ7の減衰値が制御される。なお、本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナでは、可変電力分配器9による分配損失の補償は、アッテネータ(ATT)7及び電力増幅器8からなる増幅手段と増幅器5とのいずれで補償してもよいことはいうまでもない。
【0041】
電力増幅器8で所定の励振振幅に制御された信号は各グループ毎に設けられた可変電力分配器9により2つに分配された後に、移相器10で励振位相が制御され各アンテナ素子11に給電される。アッテネータ7、可変電力分配器9、移相器10は振幅・位相制御部12によって制御される。
【0042】
以上説明したように、本実施の形態の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナでは、振幅・位相制御部12はフェーズドアレーアンテナが所望のアンテナパターンを形成するように、アッテネータ7の減衰値と可変電力分配器9の分配比を調整して、励振振幅値を設定し、アンテナ素子11の前段に接続された移相器10で、所望の励振位相値に設定する。このような構成とすることによって、励振振幅値が大きいアンテナ素子11とこのアンテナ素子11よりも励振振幅値が小さいアンテナ素子11とを組み合わせることにより、電力増幅器8を削減したフェーズドアレーアンテナ給電装置を形成することが可能となる。
【0043】
なお、本実施の形態では、1個の電力増幅器8に2個のアンテナ素子11を割り当てる構成すなわちアンテナ素子11のグループ化を2個一組としたが、これに限定されることはなく、例えば、電力増幅器8に定格出力が大きなものを採用することにより、アンテナ素子11のグループ化を3個一組、4個一組とすることも可能である。
【0044】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0045】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0046】
給電アレーアンテナ励振振幅分布を用いたアンテナ素子のグループ化を設計段階で適用することにより、1つの電力増幅器に給電アレーアンテナ素子を複数個接続することができる。これにより、給電回路の規模が小さくなり、コストの低廉化を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーイズドアレーアンテナの構成例の概念図である。
【図2】従来の可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーイズドアレーアンテナの構成例の概念図である。
【図3】日本の全体を均一な放射電力で照射したときの給電アレーアンテナ励振振幅分布のシミュレーション結果の写真である。なお、各振幅値は最大励振振幅値で正規化されている。
【図4】図3に示す励振振幅分布での全国均一放射パターンと、周辺素子がない時の放射パターンのシミュレーション結果の写真である。
【図5】日本の全体を均一な放射電力で照射しつつ、降雨域のみの放射電力を増力したときの給電アレーアンテナ励振振幅分布のシミュレーション結果の写真である。ここでは、降雨域を札幌としている。
【図6】第5図と同様なシミュレーション結果の写真であり、降雨域を沖縄としている。
【図7】本発明を用いて2個のアンテナ素子を1つにグループ化した例の一部である。
【図8】本発明による、グループ化した可変ビームパターン放送衛星搭載用フェーズドアレーアンテナ給電回路の構成例の概念図である。
【符号の説明】
1…受信アンテナ 2…BPF(バンドパスフィルタ)
3…LNA(低ノイズアンプ) 4…周波数変換器
5…増幅器 6,13…分配器
7…アッテネータ(ATT) 8…電力増幅器
9…可変電力分配器 10…移相器
11…アンテナ素子 12…振幅・位相制御部
14…励振振幅・位相制御部 15…反射鏡
16…給電アレーアンテナ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a feeder circuit of a phased array antenna mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite, and relates to a technique for reducing power amplifiers by combining antenna elements in consideration of an amplitude value excited in each antenna element. is there.
[0002]
[Prior art]
There is known a technology in which a phased array antenna is mounted on a broadcasting satellite and an intensified beam is formed in an area where radio wave attenuation occurs due to rainfall (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
As a configuration example of such a phased array antenna for satellite installation, a configuration as shown in FIG. 1 can be considered.
[0004]
The received signal received by the
[0005]
The signal distributed to the number of antenna elements by the
[0006]
The excitation amplitude and the excitation phase are controlled by an attenuator (referred to as ATT in the drawing) 7 and the like of the input section of the
[0007]
[Non-patent document 1]
Shoji Tanaka, Tetsuya Yamada, Takao Murata: "Study on radiation pattern of phased array-fed reflector antenna for on-board broadcasting satellite", IEICE Technical Report, AP2001-169, PP. 61-67 (2002-1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to form an intensified beam in an area where radio wave attenuation has occurred due to rainfall when providing broadcasting services using the above-mentioned satellite phased array antenna, a reflector type combining a reflector with multiple feeding array antennas A phased array antenna must be mounted on the satellite. In this phased array antenna, as shown in FIG. 2, for example, in the Ka band, by combining a reflecting
[0009]
In the conventional phased array antenna for onboard satellite, one
[0010]
Thereby, the power supply circuit to the
[0011]
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the number of power amplifiers.
[0012]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0014]
(1) A phased array antenna power supply device for supplying power to a plurality of antenna elements constituting a phased array antenna for use in a satellite, wherein the antenna element supplies power to each group in which the plurality of antenna elements are grouped. And a variable power distributor for distributing the output of the power amplifying means to each antenna element in the group so that the distribution ratio can be changed.
[0015]
(2) In the phased array antenna power supply device according to (1), the variable power distributor has a group whose distribution ratio is changed at 3 dB or more.
[0016]
(3) A phased array antenna system mounted on a satellite, comprising: a plurality of antenna elements; and a power amplifying means having a number less than the number of the antenna elements for supplying power to each group in which the plurality of antenna elements are grouped; A variable power distributor for distributing the output of the power amplifying means to each antenna element in the group such that the distribution ratio can be changed.
[0017]
(4) A variable beam pattern broadcasting satellite capable of forming an intensified beam, wherein a plurality of antenna elements constituting a phased array antenna and power are supplied to each group in which the plurality of antenna elements are grouped. Power amplifying means less than the number of antenna elements, a distributor for distributing a received signal received by a receiving antenna to the power amplifying means, and changing an output of the power amplifying means to distribute power to each antenna element in the group. And a variable power distributor for distributing as much as possible.
[0018]
According to the above-described means, the power amplifying means having less than the number of antenna elements feeds power to each group in which the plurality of antenna elements are grouped, and the variable power divider outputs the output of the power amplifying means to each antenna in the group. The configuration is such that the power distribution ratio is distributed to the elements in a changeable manner, and the number of power amplifying means can be reduced. Therefore, the size of the power supply circuit can be reduced, and the cost can be reduced.
[0019]
Further, since the number of power amplifying means can be reduced, the amount of heat generated by the power supply device due to the heat generated by the power amplifying means can also be reduced.
[0020]
In particular, by grouping the antenna elements so that the distribution ratio of the variable power divider is 3 dB or more, it is possible to minimize an increase in the rated output of the power amplifying means when only one antenna element is driven. it can.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Generally, in a broadcasting satellite, a side lobe level outside a service area is specified in order to avoid interference with other countries, and it is necessary to suppress the side lobe level below a rule. FIG. 3 shows an example of the excitation amplitude distribution of the feeding array antenna when a radiation pattern that uniformly covers a service area (here, nationwide) is formed in a phased array antenna for a variable beam pattern broadcasting satellite. The numbers (1 to 173) in FIG. 3 are for distinguishing antenna elements. In FIG. 3, the antenna elements in the top row are numbered 1, 2, 3, 4, 5 from the left, and the next row has 6, 7, 8, 9, 10, 11 from the left. The following lines are similarly numbered, and the bottom line is numbered 171, 172, 173 from the left.
[0022]
In this case, the number of antenna elements is 173, and the antenna elements are arranged in a shape corresponding to the service area in Japan. The excitation amplitude values are represented by red for -3 dB to 0 dB, orange for -6 dB to -3 dB, yellow for -9 dB to -6 dB, and blue for -9 dB or less. Here, the amplitude value is normalized by the maximum excitation amplitude value. Although the colors are not shown in FIG. 3 attached to this specification, many red antenna elements are distributed in the center in the original of FIG. 3, and many blue antenna elements are distributed in the peripheral part. Orange and yellow antenna elements are distributed in the middle part (the same applies to FIGS. 5 and 6 described later).
[0023]
From FIG. 3, the excitation amplitude distribution of the feed array antenna decreases from the center of the array to the periphery, and the antenna element at the center of the array contributes more to the formation of the radiation pattern (the distribution of red and orange colors increases). Also, it can be seen that the excitation amplitude value of the antenna element around the feeding array antenna is small (the blue distribution is large). Particularly, the peripheral antenna element contributes to suppression of the side lobe level outside the area in the radiation pattern.
[0024]
FIG. 4 shows a nationwide uniform radiation pattern and a radiation pattern when the number of blue antenna elements is reduced. FIG. 4A shows a nationwide uniform radiation pattern, and FIG. 4B shows a radiation pattern when there is no peripheral element. As a result, when the number of blue antenna elements (antenna elements distributed largely in the periphery of FIG. 3) decreases, the shape of the nationwide beam is deformed in the
[0025]
However, in this example, the excitation amplitude values of red and blue differ by almost 10 dB, and even if the excitation amplitude values of blue and red are added, the power increase of the red antenna element is at most about 10%.
[0026]
The method of designing the radiation pattern is described in detail in
[0027]
FIG. 5 is an excitation amplitude distribution of the feeding array antenna when the entire service area (Japan) is irradiated with uniform radiation power and the radiation power in only the rainfall area (here, Sapporo) is increased.
[0028]
As can be seen from this figure, the entire excitation amplitude distribution of the feed array antenna is not much different from that in FIG. 3 (uniform in Japan), and the antenna element at the center of the array has a larger contribution to radiation pattern formation. . However, the red or orange amplitude distribution has changed above the power supply array corresponding to Sapporo forming the intensifying beam. However, these are not much different from the red and orange distributions in FIG. In other words, most of the antenna elements in the center and upper part of the array are red or orange and contribute to the formation of the radiation pattern, while almost all the antenna elements in the peripheral part are blue and contribute to the suppression of the side lobe level. Is the same as in the case of FIG.
[0029]
FIG. 6 is an excitation amplitude distribution of the feeding array antenna when the radiation power in the rainfall region (here, Okinawa) is increased as in FIG.
[0030]
It can also be seen from this figure that the entire excitation amplitude of the feed array antenna is not much different from that of FIG. 3 (uniform in Japan). However, the excitation amplitude distribution of red or orange below the feed array corresponding to Okinawa forming the intensified beam has changed. However, similarly to FIG. 3, the tendency that the excitation amplitude distributions of red and orange are biased toward the center of the array and the excitation amplitude distribution of blue is biased toward the periphery remains unchanged.
[0031]
As described above, the excitation amplitude distribution of the feed array antenna element is large at the center of the feed array both when the entire service area (Japan) is irradiated with uniform radiated power and when the radiated power is increased only in the rainfall area. It can be seen that the tendency of becoming smaller at the periphery does not change.
[0032]
That is, according to the tendency of the excitation amplitude distribution of the feeding array antenna element, the array antenna element is divided into an antenna element having a large excitation amplitude value at the center (the excitation amplitude value is red or orange) and an excitation amplitude value at the peripheral part. Antenna elements that are small (the excitation amplitude values are yellow and blue and are 3 dB or less smaller than the excitation amplitude value at the center) are combined and grouped, and each group is respectively connected to one power amplifier via a variable power distributor. By connecting, the number of power amplifiers can be reduced.
[0033]
FIG. 7 is a diagram showing an example of a grouping result of antenna elements in a phased array antenna mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram illustrating a variable beam pattern according to an embodiment of the present invention. It is a figure for explaining the schematic structure of the phased array antenna feeder for beam pattern broadcasting satellite loading.
[0034]
The variable beam pattern of the present embodiment shown in FIG. 8 is an example of a configuration based on the grouping shown in FIG. 7, and the conventional variable beam pattern shown in FIG. It has the same configuration as the phased array antenna for broadcasting satellites.
[0035]
In the grouping shown in FIG. 7, the excitation amplitude value is red of -3 dB to 0 dB or orange of -6 dB to -3 dB (the amplitude excitation value is large) in accordance with the antenna element number of FIG. The center antenna element and the excitation amplitude value is -9 dB to -6 dB yellow or -9 dB or less blue (the amplitude excitation value is smaller than the center antenna element), and contributes to side lobe level suppression And surrounding antenna elements are grouped in pairs. In FIG. 7, “antenna element number” is the antenna element number in FIG. 3, “Sapporo excitation amplitude” is the color of the antenna element of the excitation amplitude distribution in FIG. 5, and “Okinawa excitation excitation amplitude” is the excitation amplitude in FIG. The colors of the distributed antenna elements are shown. For each group, the excitation amplitude was "red and blue" or "orange and blue" or "yellow and blue" or "yellow and yellow" both when the intensified beam was formed in Sapporo and when the intensified beam was formed in Okinawa. It is a combination of Note that the colors of the antenna elements shown in FIG. 7 indicate the excitation amplitude values of the power supplied to each antenna element as described above. Red represents -3 dB to 0 dB, orange represents -6 dB to -3 dB, and yellow represents-. 9 dB to -6 dB, and blue indicates -9 dB or less.
[0036]
That is, in the present embodiment, the excitation amplitude value that is excited by the antenna element of the phased array antenna mounted on the variable beam pattern satellite that compensates for the radio wave attenuation due to rainfall forms an intensified beam for compensating the radio wave attenuation. Depending on the area, an antenna element arranged at the center and having a large excitation amplitude value (having a large contribution to radiation pattern formation and having an excitation amplitude value of- An antenna element having a red color of 3 dB to 0 dB or an orange color of -6 dB to -3 dB) and an antenna element arranged at the periphery and having a small excitation amplitude value (contribution to formation of a radiation pattern is small and the excitation amplitude value is -9 dB to- (An antenna element that is yellow at 6 dB or blue at -9 dB or less and has an excitation amplitude value at least 3 dB smaller than the antenna element at the center) The has a configuration in which a combined group one by one each of a plurality of form. For example, the first group has a configuration in which the # 1 antenna element whose excitation amplitude value is blue at the time of Sapporo boost and Okinawa boost is combined with the # 13 antenna element which is red at the time of Sapporo boost and yellow at the time of Okinawa boost. . Also, as is apparent from FIG. 7, in the present embodiment, the first to 86th groups are formed by combining all the antenna elements.
[0037]
As shown in FIG. 8, in the phased array antenna mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite according to the present embodiment, the output of the
[0038]
As described above, in the phased array antenna for mounting on a variable beam pattern broadcast satellite according to the present embodiment, one group is formed by the two
[0039]
Next, the operation of the phased array antenna power supply device for mounting on a variable beam pattern broadcasting satellite according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the phased array antenna power supply device mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite according to the present embodiment, the received signal received by the receiving
[0040]
The signal input to the
[0041]
The signal controlled to have a predetermined excitation amplitude by the
[0042]
As described above, in the phased array antenna mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite according to the present embodiment, the amplitude /
[0043]
In the present embodiment, the configuration in which two
[0044]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiment of the present invention, and does not depart from the gist of the invention. It goes without saying that various changes can be made in.
[0045]
【The invention's effect】
The following is a brief description of an effect obtained by a representative one of the inventions disclosed in the present application.
[0046]
By applying the grouping of the antenna elements using the feed array antenna excitation amplitude distribution at the design stage, a plurality of feed array antenna elements can be connected to one power amplifier. As a result, the size of the power supply circuit is reduced, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a configuration example of a conventional phased array antenna mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a configuration example of a conventional phased array antenna mounted on a variable beam pattern broadcasting satellite.
FIG. 3 is a photograph of a simulation result of an excitation amplitude distribution of a feed array antenna when the entire Japan is irradiated with uniform radiation power. Note that each amplitude value is normalized by the maximum excitation amplitude value.
4 is a photograph of a simulation result of a nationwide uniform radiation pattern in the excitation amplitude distribution shown in FIG. 3 and a radiation pattern without peripheral elements.
FIG. 5 is a photograph of a simulation result of a feed array antenna excitation amplitude distribution when radiating power is increased only in a rainfall region while irradiating the whole of Japan with uniform radiating power. Here, the rainfall area is Sapporo.
FIG. 6 is a photograph of a simulation result similar to that of FIG. 5, where the rainfall area is Okinawa.
FIG. 7 is a part of an example in which two antenna elements are grouped into one using the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram of a configuration example of a grouped variable beam pattern broadcasting satellite phased array antenna feed circuit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: receiving antenna 2: BPF (bandpass filter)
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電する前記アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段と、
前記電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力を分配比変更可能に分配する可変電力分配器と、
を備えることを特徴とするフェーズドアレーアンテナ給電装置。A phased array antenna feeding device that feeds power to a plurality of antenna elements constituting a phased array antenna for a satellite,
Power amplifying means less than the number of the antenna elements for supplying power to each group in which the plurality of antenna elements are grouped,
A variable power divider that distributes the output of the power amplifying means to each antenna element in the group so that the power can be distributed.
A phased array antenna feeding device, comprising:
前記可変電力分配器が分配比を3dB以上で可変するグループを有することを特徴とするフェーズドアレーアンテナ給電装置。The phased array antenna feeding device according to claim 1,
The said variable power distributor has a group which makes a distribution ratio variable at 3 dB or more, The phased array antenna feed apparatus characterized by the above-mentioned.
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電する前記アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段と、
前記電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力を分配比変更可能に分配する可変電力分配器と、
を備えることを特徴とするフェーズドアレーアンテナシステム。A phased array antenna system for use on a satellite,
A plurality of antenna elements,
Power amplifying means less than the number of the antenna elements for supplying power to each group in which the plurality of antenna elements are grouped,
A variable power divider that distributes the output of the power amplifying means to each antenna element in the group so that the power can be distributed.
A phased array antenna system comprising:
フェーズドアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子がグループ化された各グループに電力を給電する前記アンテナ素子の数より少ない電力増幅手段と、
受信アンテナで受信された受信信号を前記電力増幅手段に分配する分配器と、
前記電力増幅手段の出力をグループ内の各アンテナ素子に電力を分配比変更可能に分配する可変電力分配器と、
を備えることを特徴とする可変ビームパターン放送衛星。A variable beam pattern broadcast satellite capable of forming an intensified beam,
A plurality of antenna elements constituting a phased array antenna,
Power amplifying means less than the number of the antenna elements for supplying power to each group in which the plurality of antenna elements are grouped,
A distributor that distributes a reception signal received by a reception antenna to the power amplification unit,
A variable power divider that distributes the output of the power amplifying means to each antenna element in the group so that the power can be distributed.
A variable beam pattern broadcasting satellite, comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2003-06-03 JP JP2003158278A patent/JP2004363801A/en active Pending
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