JP2016133380A - Phase detector and satellite repeater - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact and lightweight phase detector capable of detecting a phase uniquely.SOLUTION: The phase detector comprises first and second phase comparators, a delay circuit, and a determination section. The first phase comparator compares a comparison signal and a reference signal, and outputs a first voltage corresponding to a phase difference therebetween. The delay circuit delays a phase of the reference signal by a predetermined phase delay amount. The second phase comparator compares the comparison signal and the reference signal delayed by the phase delay amount, and outputs a second voltage corresponding to a phase difference therebetween. The determination section: obtains a detected phase difference from each of the first voltage and the second voltage; corrects the detected phase difference, obtained from the second voltage, with the phase delay amount; compares the corrected detected phase difference and the detected phase difference obtained from the first voltage; and determines, when they match each other, a phase corresponding to them as a correct phase of the comparison signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、位相検出装置と、その位相検出装置を用いた衛星中継器に関するものである。   The present invention relates to a phase detection device and a satellite repeater using the phase detection device.

近年、高周波信号の位相の制御等を目的して、高精度な信号位相の検出装置が求められている。以下、衛星放送を一例として説明を行うが、本発明は、衛星放送への応用に限定されるものではない。   In recent years, a highly accurate signal phase detection device is required for the purpose of controlling the phase of a high-frequency signal. Hereinafter, satellite broadcasting will be described as an example, but the present invention is not limited to application to satellite broadcasting.

現在、8Kスーパーハイビジョンや立体テレビなどの将来の放送サービスを提供するためのメディアとして、21GHz帯を用いた衛星放送が研究されている。この21GHz帯の放送電波は、雨の影響を受けやすく、現在の12GHz帯の衛星放送よりも降雨減衰が大きい。そこで、降雨減衰補償技術として、放送衛星の放射パターンを制御し、日本全国を均一の電力で照射しつつ、降雨減衰が生じている地域には増力した電力を照射することが試みられている。   Currently, satellite broadcasting using the 21 GHz band is being studied as a medium for providing future broadcasting services such as 8K Super Hi-Vision and stereoscopic television. This 21 GHz band broadcast radio wave is easily affected by rain, and the rain attenuation is larger than the current 12 GHz band satellite broadcast. Therefore, as a rain attenuation compensation technique, it has been attempted to control the radiation pattern of the broadcasting satellite and irradiate the entire country of Japan with uniform power while irradiating the region where rain attenuation occurs with increased power.

これを実現する放送衛星用アンテナとしてアレー給電イメージングリフレクタアンテナが提案されている。このアンテナは、複数のホーンアンテナからなるアレー給電部を有しており、各ホーンの給電位相を制御し、その放射電力を空間で合成することで放射パターンを変化させることができる(非特許文献1)。   An array-fed imaging reflector antenna has been proposed as a broadcasting satellite antenna for realizing this. This antenna has an array feeding section composed of a plurality of horn antennas, and can control the feeding phase of each horn and change the radiation pattern by synthesizing the radiation power in space (non-patent document). 1).

しかしながら、予め、各ホーンの給電位相を決めて制御するとしても、各位相制御装置が出力する位相には誤差もあり、各ホーンの出力位相を検出装置で測定して再調整する必要がある。すなわち、各給電部の信号の位相が所望の位相値となるよう適切に制御するためには、制御後の各給電部の位相を正確に把握することが必要であり、衛星内部に位相検出装置を設ける必要がある。   However, even if the feeding phase of each horn is determined and controlled in advance, there is an error in the phase output by each phase control device, and the output phase of each horn must be measured by the detection device and readjusted. That is, in order to appropriately control the phase of the signal of each power feeding unit to be a desired phase value, it is necessary to accurately grasp the phase of each power feeding unit after control, and the phase detection device is installed inside the satellite. It is necessary to provide.

図5は、上記のような考えに基づいて、アレー給電イメージングリフレクタアンテナと位相検出装置を搭載した空間合成型衛星中継器の構成例を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a spatially synthesized satellite repeater equipped with an array-fed imaging reflector antenna and a phase detection device based on the above idea.

図5において、衛星に搭載された受信アンテナ41は、地球局から衛星に向けて送信(アップリンク)されてくる放送信号と制御信号を含む電波を受信する。ダイプレクサ42は、信号の送信経路と受信経路を電気的に分離するものであって、受信アンテナ41を地球局への送信アンテナとしても共用するために必要となる。分波器43は、受信した信号から放送波とコマンド信号を分離する。コマンド受信機44は、受信したコマンド信号に基づいて、アレー給電部48に個別に制御信号を与える。受信機45は、分波器43からの放送波を衛星放送用の送信周波数に変換し、入力フィルタ46に信号を出力する。入力フィルタ46は、受信機45から受けた信号に対してフィルタ処理を行い、不要波を除去したRF信号(放送信号)を出力する。分配器47は、入力フィルタ46から受けたRF信号(放送信号)を各アレー給電部48に分配する。アレー給電部48は、ホーンアンテナ49の素子数nに対応してそれぞれ独立して設けられており、各アレー給電部48は、移相器481と、増幅器482と、出力フィルタ483とを備え、制御信号に基づく所定の位相に放送信号を制御して、ホーンアンテナ49に給電する。ホーンアンテナ49は、副反射鏡51及び主反射鏡52とともに、放送波送信アンテナ(アレー給電イメージングリフレクタアンテナ)を構成し、衛星放送波を地上に送信(ダウンリンク)する。   In FIG. 5, a receiving antenna 41 mounted on a satellite receives a radio wave including a broadcast signal and a control signal transmitted (uplink) from the earth station toward the satellite. The diplexer 42 electrically separates the signal transmission path and the reception path, and is necessary for sharing the reception antenna 41 as a transmission antenna for the earth station. The duplexer 43 separates the broadcast wave and the command signal from the received signal. The command receiver 44 individually gives a control signal to the array power supply unit 48 based on the received command signal. The receiver 45 converts the broadcast wave from the duplexer 43 into a transmission frequency for satellite broadcasting, and outputs a signal to the input filter 46. The input filter 46 performs a filtering process on the signal received from the receiver 45 and outputs an RF signal (broadcast signal) from which unnecessary waves are removed. The distributor 47 distributes the RF signal (broadcast signal) received from the input filter 46 to each array power supply unit 48. The array feeders 48 are provided independently corresponding to the number n of elements of the horn antenna 49, and each array feeder 48 includes a phase shifter 481, an amplifier 482, and an output filter 483. The broadcast signal is controlled to a predetermined phase based on the control signal, and power is supplied to the horn antenna 49. The horn antenna 49, together with the sub-reflecting mirror 51 and the main reflecting mirror 52, constitutes a broadcast wave transmission antenna (array-fed imaging reflector antenna), and transmits satellite broadcast waves to the ground (downlink).

位相検出装置1は、アレー給電部48からホーンアンテナ49への給電信号を、その途中で分岐して、その信号位相を検出し、検出された位相情報をテレメトリ送信機53に送る。テレメトリ送信機53は、位相検出装置1からの位相情報に加えて、衛星の様々な情報(例えば、衛星の温度、姿勢情報、各機器の状態、等)を地球局に対して送信するためのテレメトリ信号を作成する。受信アンテナ41は、テレメトリ送信アンテナ41としても共用され、テレメトリ送信機53からダイプレクサ42を介して伝送されたテレメトリ信号に基づいて、衛星放送波とは異なる送信を行う。   The phase detection device 1 branches the power supply signal from the array power supply unit 48 to the horn antenna 49 in the middle thereof, detects the signal phase, and sends the detected phase information to the telemetry transmitter 53. In addition to the phase information from the phase detector 1, the telemetry transmitter 53 transmits various satellite information (for example, satellite temperature, attitude information, each device status, etc.) to the earth station. Create a telemetry signal. The reception antenna 41 is also used as the telemetry transmission antenna 41, and performs transmission different from the satellite broadcast wave based on the telemetry signal transmitted from the telemetry transmitter 53 via the diplexer 42.

ところで、一般に、地上での信号回路の位相検出には、ネットワークアナライザ等の種々のモニタリング装置を利用することができる。しかしながら、図5に示された空間合成型衛星中継器のシステムは、全体を人工衛星に搭載して宇宙に送り出すため、各アレー給電部の出力が所望の位相値になっているかを、地上からの制御のもとに衛星の内部で自動的に検出することが必要となり、ネットワークアナライザのような装置は衛星では使用できない。したがって、衛星に搭載可能な位相検出装置が必要になってくる。   Incidentally, in general, various monitoring devices such as a network analyzer can be used to detect the phase of a signal circuit on the ground. However, since the system of the spatial synthesis type satellite repeater shown in FIG. 5 is mounted on an artificial satellite and sent out to space, it can be determined from the ground whether the output of each array feeding unit has a desired phase value. It is necessary to automatically detect the inside of the satellite under the control of the above, and a device such as a network analyzer cannot be used in the satellite. Therefore, a phase detector that can be mounted on a satellite is required.

装置・機器を人工衛星に搭載するためには、様々な条件が要求される。まず、消費電力を極力抑えるように設計しなければならない。人工衛星は太陽電池で発電しており、限られた電力資源を有効に使用する必要がある。また、装置の重量も課題となる。打ち上げ重量の制限があり、装置・機器の重量は、その分、衛星の燃料搭載量を圧迫する。十分な燃料が乗せられなければ、姿勢制御等が可能な回数・期間が制限され、衛星の設計寿命が短くなる。   Various conditions are required to mount the device / equipment on an artificial satellite. First, it must be designed to minimize power consumption. Artificial satellites generate electricity with solar cells, and it is necessary to use limited power resources effectively. Also, the weight of the device becomes a problem. There is a limit to the launch weight, and the weight of the device / equipment will squeeze the amount of fuel on the satellite. If sufficient fuel is not loaded, the number of times and the period in which attitude control and the like can be performed are limited, and the design life of the satellite is shortened.

衛星に搭載したアレーアンテナの位相を地上で測定する手段として、素子電界ベクトル回転法がある。これは、各放射素子の出力位相を1素子ずつ360度変化させ、地球局での受信電力の変化から素子間の位相差を求める方法であるが、この方法は無変調波を用いるため、一旦変調波(放送波)の送信停止をしなければならず、連続的な送信が求められる放送衛星には使用できない。   As a means for measuring the phase of an array antenna mounted on a satellite on the ground, there is an element electric field vector rotation method. This is a method in which the output phase of each radiating element is changed 360 degrees one element at a time, and the phase difference between the elements is obtained from the change in received power at the earth station. The transmission of modulated waves (broadcast waves) must be stopped, and it cannot be used for broadcast satellites that require continuous transmission.

したがって、衛星放送のためには、衛星に搭載可能な小型の位相検出装置が要請されている。   Therefore, for satellite broadcasting, there is a demand for a small phase detector that can be mounted on a satellite.

小型の位相検出装置として利用可能性のある位相差検出器(位相差比較器)としては、従来より以下のようなものが知られている。
(a)Dフリップフロップを用いるもの
(b)検出すべき位相を時間軸方向に振動させるもの
(c)排他的論理和を用いるもの
The following are known as phase difference detectors (phase difference comparators) that can be used as a small phase detector.
(A) using a D flip-flop (b) oscillating the phase to be detected in the time axis direction (c) using an exclusive OR

上記(a)のDフリップフロップを用いた位相差検出器は、エッジトリガーで動作するためノイズで誤動作を起こす可能性が高い。よって、宇宙環境で使用するためには、信頼性に課題がある。   Since the phase difference detector using the D flip-flop of (a) operates with an edge trigger, there is a high possibility of causing malfunction due to noise. Therefore, there is a problem in reliability for use in the space environment.

上記(b)の検出すべき位相を時間軸方向に振動させて、基準信号との位相差を求める位相差検出器は、たとえば、特許文献1に記載されている。この検出回路も、Dフリップフロップを用いているためノイズに対する耐性が低い。また、回路規模が大きいという欠点がある。さらに、特許文献1の検出器は、測定対象がディジタルノギスやディジタルマイクロメータ等を前提としたものであり、高周波信号の位相差測定に適していない。   A phase difference detector for obtaining the phase difference from the reference signal by oscillating the phase to be detected in (b) in the time axis direction is described in Patent Document 1, for example. Since this detection circuit also uses a D flip-flop, it has low resistance to noise. In addition, there is a disadvantage that the circuit scale is large. Furthermore, the detector of Patent Document 1 is based on the premise that the measurement object is a digital caliper, a digital micrometer, or the like, and is not suitable for measuring a phase difference of a high-frequency signal.

これに対して、上記(c)の排他的論理和(Exclusive OR :EX−OR)を用いる位相差検出器は、ノイズに強く、回路規模も比較的小型であるので、衛星搭載用の位相検出装置としては、(c)の排他的論理和を用いた位相差検出器を用いることが、もっとも有望である。以下、排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相差検出器について詳しく説明する。   On the other hand, the phase difference detector using the exclusive OR (EX-OR) in (c) is resistant to noise and has a relatively small circuit scale. As an apparatus, it is most promising to use a phase difference detector using the exclusive OR of (c). The exclusive OR (EX-OR gate) application type phase difference detector will be described in detail below.

図6は、位相差検出器(位相差比較器)の基本構成であり、その動作原理を図7に示す。位相差検出器は、ポート1とポート2とを有するデジタル位相比較器54と、積分回路55と、アンプ(増幅器)56とからなる。ここで、デジタル位相比較器54が、排他的論理和(EX−OR)回路で構成される。   FIG. 6 shows the basic configuration of a phase difference detector (phase difference comparator), and its operating principle is shown in FIG. The phase difference detector includes a digital phase comparator 54 having ports 1 and 2, an integration circuit 55, and an amplifier 56. Here, the digital phase comparator 54 is configured by an exclusive OR (EX-OR) circuit.

図7(a)に排他論理和の真理値表を示す。ポート1とポート2の入力が一致するとき出力(演算結果)が0となり、ポート1とポート2の入力が異なるとき、出力(演算結果)が1となる。   FIG. 7A shows a truth table of exclusive OR. The output (calculation result) is 0 when the inputs of port 1 and port 2 match, and the output (calculation result) is 1 when the inputs of port 1 and port 2 are different.

図7(b)に、排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相差検出器の各信号の関係を示す。ポート1から入力された信号S1と、ポート2から入力された信号S2とに基づいて、デジタル位相比較器(排他的論理和回路)54は、EX−OR出力S3を出力する。すなわち、ポート1とポート2の信号のずれているところに出力S3が出る。この論理出力を積分回路55で平滑化して、アンプ(増幅器)56で増幅すると、出力S3のパルス幅(位相ずれ)に比例した出力電圧S4が得られ、これが位相差検出出力(電圧)S4となる。このように、S1とS2の位相のずれが検出でき、位相差(ずれ幅)の大きさに応じて出力電圧が変化する。   FIG. 7B shows the relationship of each signal of the phase difference detector of the exclusive OR (EX-OR gate) application type. Based on the signal S1 input from the port 1 and the signal S2 input from the port 2, the digital phase comparator (exclusive OR circuit) 54 outputs an EX-OR output S3. That is, the output S3 is output at the position where the signals of the port 1 and the port 2 are shifted. When this logic output is smoothed by the integrating circuit 55 and amplified by the amplifier 56, an output voltage S4 proportional to the pulse width (phase shift) of the output S3 is obtained, which is referred to as a phase difference detection output (voltage) S4. Become. Thus, the phase shift between S1 and S2 can be detected, and the output voltage changes according to the magnitude of the phase difference (shift width).

図6の回路において、信号S1とS2が共にデューティ比50%の同じ矩形波としたとき、その位相差が0度のときはEX−OR出力S3が発生しないから出力電圧S4は0V。S1とS2の位相差が0〜180度の間は、位相差(ずれ幅)に応じて出力S3のパルス幅が大きくなるから次第に出力電圧S4は大きくなり、位相差180度でS1とS2の重なりがなくなりS4は最大電圧となる。そして、位相差が180度を超えると再びS1とS2の信号の重なりが生じてEX−OR出力S3のパルス幅が次第に減少し、S1とS2の位相差が180〜360度の間は、位相差とともに信号の重なりが大きくなるから次第に出力電圧S4は小さくなる。そして、位相差360度(=0度)で最初に戻り、出力電圧S4は0Vとなる。   In the circuit of FIG. 6, when both the signals S1 and S2 are the same rectangular wave having a duty ratio of 50%, when the phase difference is 0 degree, the EX-OR output S3 is not generated, so the output voltage S4 is 0V. When the phase difference between S1 and S2 is between 0 and 180 degrees, the pulse width of the output S3 increases according to the phase difference (deviation width), so the output voltage S4 gradually increases, and when the phase difference is 180 degrees, the difference between S1 and S2 There is no overlap, and S4 becomes the maximum voltage. Then, when the phase difference exceeds 180 degrees, the signals of S1 and S2 overlap again, the pulse width of the EX-OR output S3 gradually decreases, and the phase difference between S1 and S2 is between 180 and 360 degrees. Since the signal overlap increases with the phase difference, the output voltage S4 gradually decreases. And it returns to the beginning with a phase difference of 360 degrees (= 0 degree), and the output voltage S4 becomes 0V.

なお、位相差0度(360度)で出力電圧S4が0Vとなり、位相差180度で出力電圧S4が最大電圧となるのは、図6の出力回路に基づくためであり、この位相差0度と180度のどちらで最大電圧になるかは、出力の回路構成による。市販の排他的論理和応用型の位相差検出器には、位相差0度で最大電圧となり、位相差180度で出力電圧0Vとなる設計のものもある。   The reason why the output voltage S4 becomes 0V when the phase difference is 0 degree (360 degrees) and the output voltage S4 becomes the maximum voltage when the phase difference is 180 degrees is based on the output circuit of FIG. The maximum voltage at 180 degrees or 180 degrees depends on the circuit configuration of the output. Some commercially available exclusive OR application type phase difference detectors have a maximum voltage when the phase difference is 0 degree and an output voltage of 0 V when the phase difference is 180 degrees.

いずれにしても、排他的論理和応用型の位相差検出器は、その出力電圧が位相差0〜180度、及び180〜360度において、最小電圧(0V)と最大電圧の間で連続的に変化し、位相差180度を中心とした対称形の電圧特性を示す。   In any case, the exclusive OR application type phase difference detector continuously outputs between the minimum voltage (0 V) and the maximum voltage when the output voltage is 0 to 180 degrees and 180 to 360 degrees. It changes and shows a symmetrical voltage characteristic centered on a phase difference of 180 degrees.

このように、排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相比較器は、Dフリップフロップを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ポート1とポート2に入力される信号の位相差を出力電圧として得ることができる。   As described above, the exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparator has a relatively simple circuit configuration without using a D flip-flop, and the level of the signal input to the port 1 and the port 2. The phase difference can be obtained as the output voltage.

特公平6−64100号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-64100

長坂ほか, “21GHz帯放送衛星用アレー給電イメージングリフレクタアンテナ実験モデル”, 映像情報メディア学会技術報告, Vol.36 No.37, pp.17-20, (BCT2012-81), 2012年9月Nagasaka et al., “21-GHz band array-fed imaging reflector antenna experimental model for broadcasting satellites”, ITE Technical Report, Vol.36 No.37, pp.17-20, (BCT2012-81), September 2012

上記のとおり、衛星搭載用の位相検出装置においてはノイズに強い排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相比較器を用いることが望ましい。   As described above, it is desirable to use an exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparator that is resistant to noise in a phase detection device mounted on a satellite.

しかしながら、EX−OR型位相比較器は、その動作原理から、位相差−出力電圧特性が位相差180度を中心とした対称形となるため、位相差θ度の出力電圧は、位相差(360−θ)度の出力電圧と等しい。よって、出力電圧から一意の位相差を求めることができないという欠点がある。衛星搭載用の位相検出装置は、位相差を一意に特定することが要求されるため、EX−OR型位相比較器をそのまま衛星用位相検出装置として用いることはできない。   However, because the EX-OR type phase comparator has a phase difference-output voltage characteristic that is symmetric with a phase difference of 180 degrees as the center, the output voltage of the phase difference θ degree has a phase difference (360). It is equal to the output voltage of −θ) degrees. Therefore, there is a drawback that a unique phase difference cannot be obtained from the output voltage. Since the phase detection device mounted on the satellite is required to uniquely specify the phase difference, the EX-OR type phase comparator cannot be used as it is as the phase detection device for satellite.

したがって、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、一意に位相を検出することができる、軽量・小型の位相検出器とそれを利用した衛星中継器を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention made in view of the above problems is to provide a lightweight and small phase detector capable of uniquely detecting a phase and a satellite repeater using the same. .

上記課題を解決するために本発明に係る位相検出装置は、基準信号に対する比較信号の位相を検出する位相検出装置であって、前記比較信号と前記基準信号とを比較し、位相差に応じた第1の電圧を出力する第1の位相比較部と、前記基準信号の位相を所定の位相遅延量だけ遅延させる遅延回路と、前記比較信号と前記位相遅延量だけ遅延した基準信号とを比較し、位相差に応じた第2の電圧を出力する第2の位相比較部と、前記第1の電圧から求めた位相と、前記第2の電圧から求めた位相を前記位相遅延量で補正した位相に基づいて、比較信号の位相を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a phase detection device according to the present invention is a phase detection device that detects a phase of a comparison signal with respect to a reference signal, compares the comparison signal with the reference signal, and responds to a phase difference. The first phase comparison unit that outputs the first voltage, the delay circuit that delays the phase of the reference signal by a predetermined phase delay amount, and the reference signal that is delayed by the phase delay amount are compared. A second phase comparator that outputs a second voltage according to the phase difference, a phase obtained from the first voltage, and a phase obtained by correcting the phase obtained from the second voltage with the phase delay amount And a determination unit for determining the phase of the comparison signal.

また、前記位相検出装置は、前記判定部が、前記第1の位相比較部の位相差−出力電圧特性に基づいて、前記第1の電圧から複数の位相を求めるとともに、前記第2の位相比較部の位相差−出力電圧特性に基づいて、前記第2の電圧から複数の位相を求め、前記第2の電圧から得られた位相を前記位相遅延量で補正し、補正後の位相と前記第1の電圧から得られた位相とを比較して、一致するものを比較信号の正しい位相として判定することが望ましい。   In the phase detection device, the determination unit obtains a plurality of phases from the first voltage based on a phase difference-output voltage characteristic of the first phase comparison unit, and the second phase comparison A plurality of phases are obtained from the second voltage based on the phase difference-output voltage characteristics of the unit, the phase obtained from the second voltage is corrected by the phase delay amount, and the corrected phase and the first phase are corrected. It is desirable to compare the phase obtained from the voltage of 1 and determine the coincidence as the correct phase of the comparison signal.

また、前記位相検出装置は、前記第1及び第2の位相比較部が、排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相比較部であることが望ましい。   In the phase detection device, it is preferable that the first and second phase comparison units are exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparison units.

上記課題を解決するために本発明に係る衛星中継器は、前記位相検出装置を、アレー給電イメージングリフレクタアンテナに給電する信号の位相検出に用いたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a satellite repeater according to the present invention is characterized in that the phase detection device is used for phase detection of a signal fed to an array-fed imaging reflector antenna.

本発明によれば、ノイズに強く、一意の位相検出結果を得ることができる、小型・軽量で精度の高い位相検出装置が実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a small, lightweight and highly accurate phase detection device that is resistant to noise and can obtain a unique phase detection result.

本発明による位相検出装置を衛星中継器に用いれば、放送信号に影響を与えることなく高精度に位相を測定することができる。位相測定の結果を地上にフィードバックすれば、衛星中継器の位相誤差を補正した放射パターン制御を行うことができる。たとえば、将来8Kスーパーハイビジョン放送に有望な21GHz帯(21.4GHz〜22.0GHz)衛星放送システムにこの位相検出装置を適用すれば、増力ビームを精度良く形成することにより降雨減衰を補償でき、降雨による遮断時間を低減できる。   If the phase detector according to the present invention is used for a satellite repeater, the phase can be measured with high accuracy without affecting the broadcast signal. If the result of the phase measurement is fed back to the ground, radiation pattern control in which the phase error of the satellite repeater is corrected can be performed. For example, if this phase detector is applied to a 21 GHz (21.4 GHz to 22.0 GHz) satellite broadcasting system that is promising for 8K Super Hi-Vision broadcasting in the future, it is possible to compensate for rain attenuation by accurately forming a booster beam. The cut-off time due to can be reduced.

実施の形態1の位相検出装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a phase detection device according to a first embodiment. 本発明の位相を検出する原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle which detects the phase of this invention. 実施例における排他的論理和(EX−ORゲート)応用型位相比較部の位相差−出力電圧特性と、位相の検出例を示す図である。It is a figure which shows the phase difference-output voltage characteristic of the exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparison part in an Example, and the example of a detection of a phase. 実施の形態2の衛星中継器の要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the satellite repeater of Embodiment 2. FIG. 空間合成型衛星中継器の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a space synthetic | combination type satellite repeater. 排他的論理和(EX−ORゲート)応用型位相比較器の基本構成である。This is a basic configuration of an exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparator. 排他的論理和(EX−ORゲート)応用型位相比較器の動作原理である。This is the operation principle of an exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparator.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(実施の形態1)
図1に、本発明の位相検出装置1の構成を表すブロック図を示す。位相検出装置1は、第1のEX−ORゲート応用型位相比較部11、第2のEX−ORゲート応用型位相比較部12、遅延回路13、及び判定部14を備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the phase detection device 1 of the present invention. The phase detection apparatus 1 includes a first EX-OR gate application type phase comparison unit 11, a second EX-OR gate application type phase comparison unit 12, a delay circuit 13, and a determination unit 14.

位相検出装置1は、2つの信号入力端を有しており、一方に基準信号、他方に基準信号との位相差を求める比較信号を入力する。   The phase detection device 1 has two signal input terminals, and inputs a reference signal to one side and a comparison signal for obtaining a phase difference from the reference signal to the other side.

第1のEX−ORゲート応用型位相比較部11、第2のEX−ORゲート応用型位相比較部12は、図6及び図7で説明した排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相差検出器と同じ機能を有するものであり、それぞれ入力用のポート1,2と、ポート3,4を備える。なお、2つのEX−ORゲート応用型位相比較部(以下、単に「位相比較部」ともいう。)は同じ特性であることが望ましい。   The first EX-OR gate application type phase comparison unit 11 and the second EX-OR gate application type phase comparison unit 12 are of the exclusive OR (EX-OR gate) application type described with reference to FIGS. It has the same function as the phase difference detector, and includes input ports 1 and 2 and ports 3 and 4, respectively. It is desirable that the two EX-OR gate applied phase comparators (hereinafter also simply referred to as “phase comparators”) have the same characteristics.

第1のEX−ORゲート応用型位相比較部11は、そのポート1及びポート2に、位相検出装置1の入力である比較信号及び基準信号をそれぞれそのまま入力し、両信号の位相差に対応する電圧を出力する。その出力電圧は判定部14に入力される。   The first EX-OR gate application type phase comparison unit 11 inputs the comparison signal and the reference signal, which are the inputs of the phase detection device 1, to the port 1 and the port 2, respectively, and corresponds to the phase difference between the two signals. Output voltage. The output voltage is input to the determination unit 14.

遅延回路13は、入力に対して既知の位相遅延量(α度)だけ位相を遅延させる回路である。遅延回路13は、位相検出装置1の基準信号入力端と第2のEX−ORゲート応用型位相比較部12のポート4との間に配置され、基準信号の位相を所定の位相遅延量(α度)だけ遅延させる。なお、ここでは説明の都合上「遅延」と記載しているが、αを負の値とすれば、実質的に位相を進めることになるから、遅延回路13は移相回路と解釈して良い。また、位相遅延量(α度)は、180×n度(nは整数)以外の値とする。   The delay circuit 13 is a circuit that delays the phase by a known phase delay amount (α degrees) with respect to the input. The delay circuit 13 is disposed between the reference signal input terminal of the phase detection device 1 and the port 4 of the second EX-OR gate application type phase comparison unit 12, and converts the phase of the reference signal to a predetermined phase delay amount (α Delay). Here, for the sake of explanation, “delay” is described, but if α is a negative value, the phase is substantially advanced, so that the delay circuit 13 may be interpreted as a phase shift circuit. . The phase delay amount (α degree) is a value other than 180 × n degrees (n is an integer).

第2のEX−ORゲート応用型位相比較部12は、そのポート3に位相検出装置1の入力である比較信号をそのまま入力し、ポート4に遅延回路13の出力、すなわち、基準信号を所定の位相遅延量(α度)だけ位相を遅らせた信号を入力し、ポート3,4の両信号の位相差に対応する電圧を出力する。その出力電圧は判定部14に入力される。   The second EX-OR gate applied phase comparison unit 12 inputs the comparison signal, which is the input of the phase detection device 1, as it is to the port 3, and outputs the output of the delay circuit 13, that is, the reference signal to the port 4 as a predetermined signal. A signal delayed in phase by an amount of phase delay (α degrees) is input, and a voltage corresponding to the phase difference between both signals of ports 3 and 4 is output. The output voltage is input to the determination unit 14.

判定部14は、第1のEX−ORゲート応用型位相比較部11及び第2のEX−ORゲート応用型位相比較部12の出力電圧を入力とし、位相比較部11,12の位相差−出力電圧の対応関係と、後述の手順に基づいて、基準信号に対する比較信号の正しい位相を判定し、位相検出出力信号を出力する。この位相検出出力信号は、判定された位相を一意に示す信号であり、アナログ信号でもデジタル信号でも良い。   The determination unit 14 receives the output voltages of the first EX-OR gate application type phase comparison unit 11 and the second EX-OR gate application type phase comparison unit 12 as input, and the phase difference-output of the phase comparison units 11 and 12. The correct phase of the comparison signal with respect to the reference signal is determined based on the correspondence between the voltages and the procedure described later, and a phase detection output signal is output. This phase detection output signal is a signal that uniquely indicates the determined phase, and may be an analog signal or a digital signal.

以下、位相検出装置1の位相検出を行う手順(判定ロジック)について説明する。   Hereinafter, a procedure (determination logic) for performing phase detection of the phase detection device 1 will be described.

基準信号(位相0度)に対して位相がθ度遅れた比較信号(位相θ度:未知)の位相を求める場合について、図2を参照して説明する。   The case where the phase of the comparison signal (phase θ degree: unknown) whose phase is delayed by θ degrees with respect to the reference signal (phase 0 degree) will be described with reference to FIG.

位相比較部11,12は、図2に示す位相差−出力電圧特性20(ポート間の位相差0度で出力最大電圧、位相差180度で出力0Vとなり、180度を中心に対称形)を有しているとする。なお、この特性20は理論値であるが、市販のEX−ORゲート応用型位相比較器も概ねこのような特性を示す。また、遅延回路13は、既知の位相遅延量(α度)の遅延を生じるとする。   The phase comparison units 11 and 12 have the phase difference-output voltage characteristics 20 shown in FIG. 2 (the output maximum voltage is obtained when the phase difference between the ports is 0 degrees, the output is 0 V when the phase difference is 180 degrees, and the output is symmetrical about 180 degrees). Suppose you have it. Although the characteristic 20 is a theoretical value, a commercially available EX-OR gate application type phase comparator generally exhibits such a characteristic. Further, it is assumed that the delay circuit 13 causes a delay of a known phase delay amount (α degree).

このとき、各ポートの入力位相(基準信号に対する位相)は、次のとおりである(ただし、θは未知の値)。   At this time, the input phase (phase with respect to the reference signal) of each port is as follows (where θ is an unknown value).

Figure 2016133380
Figure 2016133380

位相検出装置1は2つの位相比較部を持ち、かつ、一方の位相比較部12の基準信号については遅延しているため、第1と第2の位相比較部11,12は、位相比較結果が異なり、異なる電圧を出力する。   Since the phase detection apparatus 1 has two phase comparison units and the reference signal of one phase comparison unit 12 is delayed, the first and second phase comparison units 11 and 12 have a phase comparison result. Different and output different voltages.

各ポートに表1の位相が入力されたとき、第1の位相比較部11は、位相差θに対応する電圧V1を出力する。図2に示す位相比較部11の特性20から明らかなように、位相比較部11は2つの位相差において電圧V1を出力するから、判定部14は、第1の位相比較部11からの出力電圧V1に基づいて、ポート1に入力された比較信号の位相(基準信号に対する位相)が、θ度又は(360−θ)度のいずれかであると判断する。 When the phase of Table 1 is input to each port, the first phase comparator 11 outputs a voltage V 1 corresponding to the phase difference θ. As apparent from the characteristic 20 of the phase comparison unit 11 shown in FIG. 2, the phase comparison unit 11 outputs the voltage V 1 at the two phase differences, so that the determination unit 14 outputs from the first phase comparison unit 11. Based on the voltage V 1 , it is determined that the phase of the comparison signal input to the port 1 (phase with respect to the reference signal) is either θ degrees or (360−θ) degrees.

このとき、第2の位相比較部12は、位相差(θ−α)に対応する電圧V2を出力する。同様に、この出力電圧V2と図2に示す位相比較部12の特性20から、判定部14は、ポート3の入力信号(比較信号)のポート4の入力信号(遅延した基準信号)に対する位相が、(θ−α)度又は(360−θ+α)度のいずれかであると判断する。 At this time, the second phase comparison unit 12 outputs a voltage V 2 corresponding to the phase difference (θ−α). Similarly, from the output voltage V 2 and the characteristic 20 of the phase comparison unit 12 shown in FIG. 2, the determination unit 14 determines the phase of the input signal (comparison signal) of the port 3 relative to the input signal (delayed reference signal) of the port 4. Is determined to be either (θ−α) degrees or (360−θ + α) degrees.

ここで遅延回路13の位相遅延量(α度)は既知であるから、位相比較部12で得られた結果を補正することができる。すなわち、ポート4に元の基準信号が入力されたとすれば、ポート3の比較信号との位相差はα度大きくなり、第1の位相比較部11と同じ結果が得られるはずであるから、位相遅延量α度を加える補正により、本来の位相が求められる。したがって、判定部14は、位相比較部12の出力電圧V2から求めた位相を補正(α度を加算)して、ポート3の比較信号の本来の位相(基準信号に対する位相)は、θ度又は(360−θ+2α)度であると判断する。 Here, since the phase delay amount (α degree) of the delay circuit 13 is known, the result obtained by the phase comparison unit 12 can be corrected. That is, if the original reference signal is input to the port 4, the phase difference from the comparison signal of the port 3 is increased by α degrees, and the same result as that of the first phase comparison unit 11 should be obtained. The original phase is obtained by the correction that adds the delay amount α degrees. Therefore, the determination unit 14 corrects the phase obtained from the output voltage V 2 of the phase comparison unit 12 (adds α degree), and the original phase of the comparison signal of the port 3 (phase with respect to the reference signal) is θ degree. Or, it is determined that it is (360−θ + 2α) degrees.

次いで、判定部14は、第1の位相比較部11から得られた結果と、第2の位相比較部12から得られた位相を補正した結果とを対比する。第1の位相比較部11からは、比較信号の位相がθ度又は(360−θ)度のいずれかであるとの結果が得られ、また、第2の位相比較部12から得られた位相を補正することにより、比較信号の位相がθ度又は(360−θ+2α)度のいずれかであるとの結果が得られたことから、比較信号の真の位相は、第1と第2の位相比較部の結果が一致するθ度であると判定できる。したがって、判定部14は、比較信号の位相がθ度であるとの、位相検出出力信号を出力する。   Next, the determination unit 14 compares the result obtained from the first phase comparison unit 11 with the result obtained by correcting the phase obtained from the second phase comparison unit 12. The first phase comparison unit 11 obtains a result that the phase of the comparison signal is either θ degrees or (360−θ) degrees, and the phase obtained from the second phase comparison unit 12 As a result that the phase of the comparison signal is either θ degrees or (360−θ + 2α) degrees is corrected, the true phase of the comparison signal is the first and second phases. It can be determined that the degree of the coincidence result of the comparison unit. Therefore, the determination unit 14 outputs a phase detection output signal that the phase of the comparison signal is θ degrees.

(360−θ)度と(360−θ+2α)度は、通常、互いに異なる値であり、また、θ度とも異なる値であるから、位相が一致するのはθ度の一組だけであり、上述のように正しい位相θが決定できる。ただし、「2α度」が360度の整数倍となるときは、(360−θ)度と(360−θ+2α)度が一致し、一致する位相が2組となって正確な判定ができなくなる。したがって、遅延回路13の位相遅延量(α)は、180×n度(nは整数)以外の値とする。   Since (360-θ) degrees and (360-θ + 2α) degrees are usually different from each other and different from θ degrees, only one set of θ degrees has the same phase. Thus, the correct phase θ can be determined. However, when “2α degrees” is an integral multiple of 360 degrees, (360−θ) degrees and (360−θ + 2α) degrees coincide with each other, and two phases coincide with each other, and accurate determination cannot be performed. Accordingly, the phase delay amount (α) of the delay circuit 13 is set to a value other than 180 × n degrees (n is an integer).

なお、特殊な場合として、θ度又は(θ−α)度のいずれかが、0度(360度)又は180度であって、出力電圧V1又は出力電圧V2から求めた位相が一通りとなることがあるが、このときも、第1の位相比較部11から得られた位相θと、第2の位相比較部12から得られた位相を補正した位相θは一致するから、上述の手順と同様に、3つの位相のうち、一致する位相θを正しい比較信号の位相として判定することができる。また更に、このように、出力電圧V1又は出力電圧V2から求めた位相が一通りとなる場合は、この一通りの位相から(比較を行うことなく)直ちに正しい比較信号の位相を導出できるから、結果を比較して一致した位相を選択する手順を省略(迂回)して、直ちに正しい位相を求め、位相検出出力信号を出力する判定ロジックを設けることもできる。 As a special case, either θ degrees or (θ−α) degrees is 0 degrees (360 degrees) or 180 degrees, and the phase obtained from the output voltage V 1 or the output voltage V 2 is one line. Even at this time, the phase θ obtained from the first phase comparison unit 11 and the phase θ obtained by correcting the phase obtained from the second phase comparison unit 12 coincide with each other. Similar to the procedure, the matching phase θ among the three phases can be determined as the phase of the correct comparison signal. Furthermore, in this way, when the phase obtained from the output voltage V 1 or the output voltage V 2 is one, the phase of the correct comparison signal can be immediately derived from this one phase (without comparison). Therefore, it is also possible to provide a determination logic for omitting (bypassing) the procedure of comparing the results and selecting the matching phases, immediately obtaining the correct phase, and outputting the phase detection output signal.

以上のような手順で、位相検出装置1は、基準信号に対する比較信号の正しい位相を一意に求めることができる。   With the procedure as described above, the phase detection device 1 can uniquely obtain the correct phase of the comparison signal with respect to the reference signal.

(実施例と位相検出結果)
実際のEX−ORゲート応用型位相比較器を利用して、位相検出装置1を構成し、測定を行った結果を示す。
(Example and phase detection result)
The result of having measured the phase detection apparatus 1 using the actual EX-OR gate application type phase comparator is shown.

図3に示す位相差−出力電圧特性30は、既存の(市販の)排他的論理和応用型の位相差検出器について、基準信号に対する位相差(ポート1と2の位相差)[単位:度]とその出力電圧を実測して求めた特性である。   The phase difference-output voltage characteristic 30 shown in FIG. 3 is obtained by using a phase difference detector (phase difference between ports 1 and 2) with respect to a reference signal (unit: degree) for an existing (commercially available) exclusive OR application type phase difference detector. ] And its output voltage are characteristics obtained by actual measurement.

図3において、四角いドットが位相比較器の実測データ(離散的な測定値)であり、位相差−出力電圧特性30(実線)は、実測データから最小二乗法などの近似により求めることができる。現実の位相比較器出力は、位相差0度(360度)及び180度近傍においてなだらかな変化をし、直線性が失われるが、本発明の作用・効果の上では特段の問題を生じない。   In FIG. 3, square dots are actually measured data (discrete measured values) of the phase comparator, and the phase difference-output voltage characteristic 30 (solid line) can be obtained from the measured data by approximation such as the least square method. The actual output of the phase comparator changes gently near the phase difference of 0 degrees (360 degrees) and in the vicinity of 180 degrees, and the linearity is lost. However, there is no particular problem in the operation and effect of the present invention.

今回実測した位相差検出器は、位相差0度(360度)で最大電圧(約1.8V)になり、位相差180度で最小電圧(約0V)になった。なお、位相比較器出力電圧の最大値(例えば、約1.8V)は、検出器内のアンプの増幅度によるものであり、適宜設定可能なものである。   The phase difference detector actually measured this time has a maximum voltage (about 1.8 V) at a phase difference of 0 degree (360 degrees), and a minimum voltage (about 0 V) at a phase difference of 180 degrees. The maximum value (for example, about 1.8 V) of the phase comparator output voltage depends on the amplification degree of the amplifier in the detector and can be set as appropriate.

実施例として、第1及び第2のEX−ORゲート応用型位相比較部11,12を、図3の特性30を有する位相差検出器で構成した。また、遅延回路13の位相遅延量は、90度に設定した。   As an example, the first and second EX-OR gate application type phase comparison units 11 and 12 are configured by a phase difference detector having the characteristic 30 of FIG. The phase delay amount of the delay circuit 13 was set to 90 degrees.

位相検出の検証のために、基準信号との位相差が60度である比較信号を用いた。   For verification of phase detection, a comparison signal having a phase difference of 60 degrees from the reference signal was used.

比較信号と基準信号を位相検出装置1に入力したところ、第1の位相比較部11と第2の位相比較部12の出力電圧(位相差に対する出力電圧)は、それぞれ1.25Vと1.55Vであった。第1の位相比較部11の出力電圧のレベルを示すライン31、及び、第2の位相比較部12の出力電圧のレベルを示すライン32を、図3の位相差−出力電圧特性30に重ねて示す。   When the comparison signal and the reference signal are input to the phase detection device 1, the output voltages (output voltages with respect to the phase difference) of the first phase comparison unit 11 and the second phase comparison unit 12 are 1.25V and 1.55V, respectively. Met. A line 31 indicating the output voltage level of the first phase comparison unit 11 and a line 32 indicating the output voltage level of the second phase comparison unit 12 are superimposed on the phase difference-output voltage characteristic 30 of FIG. Show.

それぞれの出力電圧は判定部14に入力され、位相値(検出位相差)に変換される。判定部14における、各位相比較部の出力電圧から検出位相差への変換では、電圧/位相変換テーブルを使用することができる。電圧/位相変換テーブルは、位相比較部単体の入出力特性の測定データから作成できる。なお、位相比較部の特性を関数(演算式)として持ち、演算により位相値を導くこともできる。   Each output voltage is input to the determination unit 14 and converted into a phase value (detection phase difference). In the conversion from the output voltage of each phase comparison unit to the detected phase difference in the determination unit 14, a voltage / phase conversion table can be used. The voltage / phase conversion table can be created from the measurement data of the input / output characteristics of the phase comparison unit alone. It is also possible to have the characteristics of the phase comparison unit as a function (calculation formula) and derive the phase value by calculation.

判定部14における変換の結果、第1の位相比較部11の出力電圧からは60度と305度という位相値(検出位相差)が求まり、第2の位相比較部12の出力電圧からは35度と330度という位相値が求まる(図3)。なお、330度は−30度と同じである。   As a result of the conversion in the determination unit 14, phase values (detected phase differences) of 60 degrees and 305 degrees are obtained from the output voltage of the first phase comparison unit 11, and 35 degrees from the output voltage of the second phase comparison unit 12. And a phase value of 330 degrees are obtained (FIG. 3). 330 degrees is the same as −30 degrees.

位相比較部12の基準信号は遅延回路により90度遅延している。これは既知であるから、判定部14において、位相比較部12の検出結果(位相値)に90度を加える補正演算を行う。   The reference signal of the phase comparator 12 is delayed by 90 degrees by the delay circuit. Since this is already known, the determination unit 14 performs a correction operation to add 90 degrees to the detection result (phase value) of the phase comparison unit 12.

出力電圧、検出位相差、遅延補正量、補正後の位相差の関係を表にまとめると、次のとおりとなる。   The relationship among the output voltage, the detected phase difference, the delay correction amount, and the corrected phase difference is summarized as follows.

Figure 2016133380
Figure 2016133380

表2のとおり、位相比較部11の検出結果(位相値)と位相比較部12の補正後の検出結果(位相値)とを比較すると、一致する位相値として、60度が1つ存在し、実際の位相差が求まる。   As shown in Table 2, when the detection result (phase value) of the phase comparison unit 11 and the detection result (phase value) after correction of the phase comparison unit 12 are compared, there is one 60 degree as a matching phase value, The actual phase difference is obtained.

以上より、本発明による位相検出装置は、一意の位相検出結果を正確に得ることができることが検証された。   From the above, it was verified that the phase detection device according to the present invention can accurately obtain a unique phase detection result.

(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2について説明をする。本発明の実施の形態2は、実施の形態1で説明した位相検出装置を用いた空間合成型衛星中継器である。図4は、実施の形態2の衛星中継器の構成例の要部を示すブロック図である。実施の形態1と同一の構成については同一の符号を付している。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below. The second embodiment of the present invention is a space synthesis type satellite repeater using the phase detection apparatus described in the first embodiment. FIG. 4 is a block diagram illustrating a main part of a configuration example of the satellite repeater according to the second embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図4は、入力フィルタ46から出力されるRF信号(放送信号)が分配器47に入力されるところから、各ホーンアンテナ49に給電される信号が、分岐して位相検出装置1に入力され、位相情報が出力されるまでを拡大して表している。   In FIG. 4, since the RF signal (broadcast signal) output from the input filter 46 is input to the distributor 47, the signal fed to each horn antenna 49 is branched and input to the phase detection device 1. The phase information is output until it is output.

位相検出装置1は、2つのEX−ORゲート応用型位相比較部11,12、遅延回路13、及び判定部14を含み、実施の形態1の位相検出装置1と同じ構成である。   The phase detection device 1 includes two EX-OR gate application type phase comparison units 11 and 12, a delay circuit 13, and a determination unit 14, and has the same configuration as the phase detection device 1 of the first embodiment.

図4において、分配器47、アレー給電部48、ホーンアンテナ49等は、図5と同じである。出力フィルタ483からホーンアンテナ49(素子数n)に向かう信号経路に方向性結合器484を配置し、ホーンアンテナ49に給電する信号の一部を、例えば−10dB、或いは−20dB程度、必要に応じて分岐させればよい。なお、図4においては、構成要素間の接続による位相差(導波管長の差等)は考慮していないが、実際の設計においては、これら接続による位相への影響が各ホーン及び基準信号との間で等しくなるように設計するか、或いは接続による位相差を計算で補正する等の調整が必要である。   In FIG. 4, the distributor 47, the array power feeding unit 48, the horn antenna 49, and the like are the same as those in FIG. A directional coupler 484 is disposed in the signal path from the output filter 483 toward the horn antenna 49 (number of elements n), and a part of the signal fed to the horn antenna 49 is, for example, about −10 dB or −20 dB as necessary. And then branch off. In FIG. 4, the phase difference (difference in waveguide length, etc.) due to the connection between the components is not taken into consideration. However, in the actual design, the influence on the phase due to these connections is different from each horn and the reference signal. It is necessary to make adjustments such that the phase difference due to connection is corrected by calculation.

位相検出装置1の入力の一方には、分配器47から、放送信号の一部を分配して入力し、これを基準信号とする。位相を検出するためには、位相の基準となる信号が必要であり、この衛星中継器においては、アレー給電部48に入力される信号と同一の信号を用いることが適切である。   A part of the broadcast signal is distributed and input to one of the inputs of the phase detector 1 from the distributor 47, and this is used as a reference signal. In order to detect the phase, a signal serving as a reference for the phase is required. In this satellite repeater, it is appropriate to use the same signal as the signal input to the array power supply unit 48.

位相検出装置1の入力の他方にはアレー給電部48の分岐出力(既に位相調整や増幅を行った後の方向性結合器の結合出力)信号を入力し、この信号を比較信号として、基準信号に対する位相検出を行う。アレー給電部48は複数(ホーンアンテナと同数)の給電部で構成されるため、その分岐出力も複数あるが、切替器50により所望の給電部からの分岐出力が選択可能とする。   The other of the inputs of the phase detector 1 receives a branch output of the array feeding unit 48 (the combined output of the directional coupler after phase adjustment and amplification), and uses this signal as a comparison signal as a reference signal. Phase detection for. Since the array power supply unit 48 is composed of a plurality of power supply units (the same number as the horn antenna), there are a plurality of branch outputs, but the switch 50 can select a branch output from a desired power supply unit.

選択された給電部の分岐出力信号に対して、上記実施の態様1で説明した位相検出の手順を行う。すなわち、第1のEX−ORゲート応用型位相比較部11の出力電圧から検出位相差を求め、第2のEX−ORゲート応用型位相比較部12の出力電圧から基準信号を遅延させたときの検出位相差を求める。その後、第2の位相比較部12から得られた検出位相差を位相遅延量で補正し、補正後の位相差を第1の位相比較部11の検出位相差と比較する。第1と第2の位相比較部から得られた位相差で一致するものを、比較信号の正しい位相として位相検出結果を求める。これで一つの給電部の分岐出力信号の基準信号に対する位相差が求められる。   The phase detection procedure described in the first embodiment is performed on the branch output signal of the selected power feeding unit. That is, the detection phase difference is obtained from the output voltage of the first EX-OR gate application type phase comparison unit 11, and the reference signal is delayed from the output voltage of the second EX-OR gate application type phase comparison unit 12. Find the detected phase difference. Thereafter, the detected phase difference obtained from the second phase comparison unit 12 is corrected by the phase delay amount, and the corrected phase difference is compared with the detected phase difference of the first phase comparison unit 11. The phase detection result is obtained with the phase difference obtained from the first and second phase comparison units matching the correct phase of the comparison signal. Thus, the phase difference of the branch output signal of one power supply unit with respect to the reference signal is obtained.

次に、切替器50により比較信号の側を順次切り替えていって、アレー給電部48の全ての給電部の分岐出力信号について、基準信号に対して各信号がどれだけ位相が異なっているかを求める。基準信号に対する各分岐出力信号の位相差が分かれば、ホーンアンテナ49に供給している各給電部の出力信号全体について、互いの位相関係が分かる。この位相情報はテレメトリ信号として地球局に送信される。   Next, the comparison signal side is sequentially switched by the switch 50 to determine how much each signal is different in phase with respect to the reference signal for the branch output signals of all the power feeding units of the array power feeding unit 48. . If the phase difference of each branch output signal with respect to the reference signal is known, the phase relationship between the entire output signals of the respective power feeding units supplied to the horn antenna 49 can be known. This phase information is transmitted to the earth station as a telemetry signal.

アレー供給イメージングリフレクタアンテナの位相制御においては、各ホーンアンテナに給電する信号の相対的な位相差が分かれば、所望の放射パターンとなっているか知ることができる。地球局において、衛星の運用者は、テレメトリ信号として送られたアレー給電部の位相情報を得て、必要な修正のためのコマンド信号を衛星中継器に送信することができる。   In the phase control of the array-fed imaging reflector antenna, if the relative phase difference between the signals fed to the horn antennas is known, it can be known whether the desired radiation pattern is obtained. In the earth station, the satellite operator can obtain the phase information of the array power feeding unit sent as a telemetry signal and transmit a command signal for necessary correction to the satellite repeater.

このように実施の形態2に係る空間合成型衛星中継器によれば、位相検出装置1をアレー給電部48に設けることにより、地上より放送衛星の放射パターンを精度よく制御することができる。   As described above, according to the spatial synthesis type satellite repeater according to the second embodiment, the radiation pattern of the broadcasting satellite can be accurately controlled from the ground by providing the phase detection device 1 in the array power supply unit 48.

また、衛星中継器を構成する機器の経年変化等により、例えば、増幅器の位相特性に変化が生じた場合においても、位相検出装置の測定結果を用いて、その位相変化を反映させてコマンド信号を送ることにより、適切な制御ができる。   In addition, for example, even when the phase characteristics of the amplifier change due to aging of the equipment that constitutes the satellite repeater, the command signal is reflected by reflecting the phase change using the measurement result of the phase detector. By sending, appropriate control can be performed.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions and the like included in each means can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of means can be combined into one or divided.

本発明の装置は、高周波信号の位相検出に用いられる。特に、衛星中継器に搭載する位相検出器として有用である。また、この位相検出装置は、携帯電話の基地局等において、複数のアンテナを利用して位相制御を行い、カバーエリア等を適切に制御する場合にも利用できる。   The apparatus of the present invention is used for phase detection of high frequency signals. In particular, it is useful as a phase detector mounted on a satellite repeater. In addition, this phase detection device can be used when a phase control is performed using a plurality of antennas in a mobile phone base station or the like to appropriately control a cover area or the like.

1 位相検出装置
11 EX−ORゲート応用型位相比較部
12 EX−ORゲート応用型位相比較部
13 遅延回路
14 判定部
20 EX−ORゲート応用型位相比較部の特性(理論)
30 EX−ORゲート応用型位相比較部の特性(実測)
41 受信アンテナ、テレメトリ送信アンテナ
42 ダイプレクサ
43 分波器
44 コマンド受信機
45 受信機
46 入力フィルタ
47 分配器
48 アレー給電部
49 ホーンアンテナ
50 切替器
51 副反射鏡
52 主反射鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase detection apparatus 11 EX-OR gate application type phase comparison part 12 EX-OR gate application type phase comparison part 13 Delay circuit 14 Judgment part 20 Characteristics of EX-OR gate application type phase comparison part (theory)
30 Characteristics of EX-OR gate application type phase comparator (actual measurement)
41 receiving antenna, telemetry transmitting antenna 42 diplexer 43 duplexer 44 command receiver 45 receiver 46 input filter 47 distributor 48 array feeder 49 horn antenna 50 switch 51 sub-reflecting mirror 52 main reflecting mirror

Claims (4)

基準信号に対する比較信号の位相を検出する位相検出装置であって、
前記比較信号と前記基準信号とを比較し、位相差に応じた第1の電圧を出力する第1の位相比較部と、
前記基準信号の位相を所定の位相遅延量だけ遅延させる遅延回路と、
前記比較信号と前記位相遅延量だけ遅延した基準信号とを比較し、位相差に応じた第2の電圧を出力する第2の位相比較部と、
前記第1の電圧から求めた位相と、前記第2の電圧から求めた位相を前記位相遅延量で補正した位相に基づいて、比較信号の位相を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする位相検出装置。
A phase detection device for detecting a phase of a comparison signal with respect to a reference signal,
A first phase comparator that compares the comparison signal with the reference signal and outputs a first voltage according to a phase difference;
A delay circuit that delays the phase of the reference signal by a predetermined phase delay amount;
A second phase comparison unit that compares the comparison signal with a reference signal delayed by the phase delay amount and outputs a second voltage according to a phase difference;
A determination unit that determines a phase of a comparison signal based on a phase obtained from the first voltage and a phase obtained by correcting the phase obtained from the second voltage with the phase delay amount;
A phase detection apparatus comprising:
請求項1に記載の位相検出装置において、前記判定部は、前記第1の位相比較部の位相差−出力電圧特性に基づいて、前記第1の電圧から複数の位相を求めるとともに、前記第2の位相比較部の位相差−出力電圧特性に基づいて、前記第2の電圧から複数の位相を求め、前記第2の電圧から得られた位相を前記位相遅延量で補正し、補正後の位相と前記第1の電圧から得られた位相とを比較して、一致するものを比較信号の正しい位相として判定することを特徴とする位相検出装置。   2. The phase detection device according to claim 1, wherein the determination unit obtains a plurality of phases from the first voltage based on a phase difference-output voltage characteristic of the first phase comparison unit, and the second A plurality of phases are obtained from the second voltage based on the phase difference-output voltage characteristics of the phase comparison unit, the phase obtained from the second voltage is corrected with the phase delay amount, and the corrected phase And the phase obtained from the first voltage, and the matching phase is determined as the correct phase of the comparison signal. 請求項1又は2に記載の位相検出装置において、前記第1及び第2の位相比較部は、排他的論理和(EX−ORゲート)応用型の位相比較部であることを特徴とする位相検出装置。   3. The phase detection device according to claim 1, wherein the first and second phase comparison units are exclusive OR (EX-OR gate) application type phase comparison units. apparatus. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の位相検出装置を、アレー給電イメージングリフレクタアンテナに給電する信号の位相検出に用いた衛星中継器。   A satellite repeater using the phase detection device according to any one of claims 1 to 3 for phase detection of a signal fed to an array-fed imaging reflector antenna.
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