JP2585268B2 - Reflector antenna - Google Patents

Reflector antenna

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JP2585268B2
JP2585268B2 JP62116931A JP11693187A JP2585268B2 JP 2585268 B2 JP2585268 B2 JP 2585268B2 JP 62116931 A JP62116931 A JP 62116931A JP 11693187 A JP11693187 A JP 11693187A JP 2585268 B2 JP2585268 B2 JP 2585268B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は所定の励振ウェイトで励振される一次放射器
を備えた反射鏡アンテナに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a reflector antenna provided with a primary radiator which is excited by a predetermined excitation weight.

(従来の技術) マルチビームアンテナにおいては、限られた周波数帯
域をできるだけ有効に利用することが重要であり、その
ための手段として次のようなことがあげられる。第1の
手段は、アンテナの指向性のサイドローブを下げ、異な
るビーム間で同一周波数、同一偏波を利用する方法であ
り、第2の手段は、アンテナの交さ偏波成分(逆偏波成
分)を下げ、直交偏波(または正逆円偏波)を利用する
方法である。
(Prior Art) In a multi-beam antenna, it is important to use a limited frequency band as effectively as possible. The first means is a method of lowering the directivity side lobe of the antenna and using the same frequency and the same polarization between different beams, and the second means is the cross polarization component of the antenna (reverse polarization). Component) and orthogonal polarization (or forward and reverse circular polarization) is used.

反射鏡型マルチビームアンテナにおいて、第1の手法
により周波数の有効利用を行うためにとられる方法は、
一次放射器をクラスタ化することである。クラスタとは
一次放射器を複数のアンテナ素子により構成することで
あり、各アンテナ素子の指向性に適当なウェイト(重み
付け)を与えたうえで指向性合成を行うことにより、低
サイドローブの指向性を実現できるものである。このと
きのウェイトの決定方法にはいくつか考えられており、
以下に代表的なものについて説明する。
In the reflector type multi-beam antenna, the method that is used to effectively use the frequency by the first method is as follows.
It is to cluster the primary radiators. The cluster means that the primary radiator is composed of a plurality of antenna elements. The directivity of each antenna element is given an appropriate weight (weighting), and the directivity is synthesized. Can be realized. There are several ways to determine the weight at this time,
Hereinafter, representative ones will be described.

従来から考えられている励振ウェイトの決定法とし
て、アンテナの開口面における電流分布に注目する方法
が一般的である。この開口面の電流分布のエッヂレベル
が低い場合に、サイドローブの低い指向性が得られるこ
とはよく知られている事実であるので、エッヂレベルが
低くサイドローブを下げるような開口面分布が合成され
るように、一次放射器を構成する各アンテナ素子の励振
ウェイトを設定すればよい。この方法はメインローブを
除く全ての角度領域に渡って低サイドローブ化されるた
め、同一の周波数を用いるビームが広範囲にいくつかあ
る場合には有効である。しかし、わが国のように細長く
狭い地域を照射するマルチビームアンテナを考えた場
合、同一の周波数を用いるビームが少なく、低サイドロ
ーブ化を必要とする領域も限られてしまう。この場合、
上記の方法により低サイドローブ化を行うと、不必要な
領域についてもサイドローブ抑圧がなされるので利得の
低下を招いたりすることがあり、効率的な方法と言えな
い。
As a conventional method of determining an excitation weight, a method of paying attention to a current distribution on an aperture surface of an antenna is generally used. It is a well-known fact that when the edge level of the current distribution on the aperture plane is low, a low directivity of side lobes can be obtained. In this case, the excitation weight of each antenna element constituting the primary radiator may be set. This method has a low side lobe over all angular regions except the main lobe, and is effective when there are several beams using the same frequency in a wide range. However, when considering a multi-beam antenna that illuminates a narrow and narrow area like Japan, few beams use the same frequency, and an area that requires a low sidelobe is limited. in this case,
When the side lobe is reduced by the above method, the side lobe is suppressed even in an unnecessary area, which may lead to a decrease in gain, which is not an efficient method.

これに対して、反射鏡を介した遠方界に注目し、直接
的な指向性合成を行い必要な角度領域だけについて低サ
イドローブ化を行うという方法が考えられている。この
ひとつとして電子通信学会技術研究報告A・P85−114
(1986年2月),鈴木他“22GHz帯域別衛星放送用マル
チビームアンテナの検討”の中で並べられている方法が
あげられる。この方法は、もともとアレイアンテナで考
えられていた指向性合成法を反射鏡型マルチビームアン
テナの一次放射器の励振ウェイト決定のために応用した
ものであり、メインローブの利得を下げないための拘束
条件を課したうえで、仮想的にサイドローブ方向から入
力させる妨害波の電力レベルを最小にするように励振ウ
ェイトを決定する方法である。この方法は、メインロー
ブの利得が維持されたまま、任意の所定方向のサイドロ
ーブ抑圧が行えるので、わが国のように狭い地域に照射
されるマルチビームアンテナには有効である。
On the other hand, a method has been considered in which attention is paid to the far field via a reflecting mirror, direct directional synthesis is performed, and the side lobe is reduced only in a necessary angle region. One of them is IEICE Technical Report A ・ P85-114
(February 1986), Suzuki et al., "Methodology of Multi-beam Antennas for Satellite Broadcasting by 22GHz Band" are listed. This method applies the directivity synthesis method originally considered for the array antenna to determine the excitation weight of the primary radiator of the reflector type multi-beam antenna, and restricts the main lobe gain so as not to lower it. This is a method in which, after imposing conditions, the excitation weight is determined so that the power level of the interference wave input virtually from the side lobe direction is minimized. This method is effective for a multi-beam antenna that irradiates a small area such as Japan because sidelobe suppression in any given direction can be performed while maintaining the gain of the main lobe.

次に直交偏波を利用して周波数の有効利用を行う第2
の手段について述べる。一般に衛星搭載用の反射鏡アン
テナでは放射電波をブロッキングすることの無いよう
に、オフセット型の反射鏡を用いるが、この場合例えば
交さ偏波消去系のカセグレンアンテナのように交さ偏波
成分の発生量の少ない鏡面系を用いることにより低交さ
偏波の指向性が実現でき、直交偏波の共用が可能にな
る。しかし、偏波グリット板や周波数選択板を組み込ん
だときに交さ偏波特性が劣化することがあり、偏波共用
による周波数の再利用が困難になることがある。
Next, a second method for making effective use of frequency using orthogonal polarization
The means will be described. In general, a reflector antenna mounted on a satellite uses an offset type reflector so as not to block radiated radio waves.In this case, for example, a cross-polarization component such as a cross-polarization canceling Cassegrain antenna is used. By using a mirror system with a small amount of generation, directivity of low cross polarization can be realized and orthogonal polarization can be shared. However, when a polarization grid plate or a frequency selection plate is incorporated, cross polarization characteristics may be degraded, and it may be difficult to reuse frequencies by sharing polarization.

ところで、前述したふたつの手段を同時に実現するこ
とにより最も有効に周波数を利用できることは明らかな
ことである。この場合、交さ偏波消去系の鏡面系を用
い、クラスタ方式の一次放射器を用い、その励振ウェイ
トを先に述べた遠方界に注目した手法で決定する方法が
考えられる。しかし、この場合交さ偏波消去系の鏡面を
用いなければならないという制約があり、設計上の自由
度が制限されることがあったり、前述のように偏波グリ
ッド等により交さ偏波特性の劣化がある場合が考えられ
るなど問題点が多い。
By the way, it is obvious that the frequency can be used most effectively by realizing the above two means simultaneously. In this case, a method is conceivable in which a cross-polarization canceling mirror surface system is used, a cluster type primary radiator is used, and the excitation weight is determined by the above-described method focusing on the far field. However, in this case, there is a restriction that the mirror surface of the cross-polarization canceling system must be used, which may limit the degree of freedom in design, or may cause the cross-polarization characteristic by a polarization grid or the like as described above. There are many problems such as the possibility of deterioration of the performance.

(発明が解決しようとする問題点) 以上述べてきたように、反射鏡型アンテナでは低サイ
ドローブと低交さ偏波を同時に実現することは従来の方
法では問題点が多い。本発明は、大きな効率の低下を招
かず、鏡面系の制約なしに、低サイドローブ化と低交さ
偏波化を同時に効果的に実現する指向性を、一次放射器
を構成するアンテナ素子の励振分布を所定の式により設
定することにより実現できる反射鏡アンテナを提供する
ことを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, realizing low side lobe and low cross polarization simultaneously in the reflector antenna has many problems in the conventional method. The present invention provides a directivity that effectively achieves low side lobes and low cross polarization simultaneously without causing a large decrease in efficiency and without restricting the mirror surface system. An object of the present invention is to provide a reflector antenna that can be realized by setting an excitation distribution by a predetermined formula.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するための本発明の反射鏡アンテナ
は、反射鏡と、複数ののアンテナ素子により構成された
一次放射器と、アンテナ素子の励振を行う給電部により
構成される。この給電部は各アンテナ素子を励振ウェイ
トベクトル によって決定される励振ウェイトWnをほぼ満足するよう
に励振することを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A reflector antenna according to the present invention for achieving the above object has a reflector, a primary radiator including a plurality of antenna elements, and a power supply for exciting the antenna elements. It consists of a part. This feed unit excites each antenna element with an excitation weight vector. Is excited so as to substantially satisfy the excitation weight Wn determined by

ただし であり、 Wnはn番目のアンテナ素子の励振ウェイトで表わす。However Wn is represented by the excitation weight of the n-th antenna element.

であり、 の行列成分Rnmは ここで、iは放射界強度を拘束する範囲内のサンプリ
ング点をあらわす番号(i=1,…I)であり、θiはそ
のサンプリングされた方向、gn(θ)はn番目のアンテ
ナ素子の反射鏡を介して放射される指向性、αiは比例
係数であり、*は複素共役をあらわし、jはサイドロー
ブ抑圧を必要とする範囲内のサンプリング点をあらわす
番号(j=1,…J)であり、θ′jはそのサンプリング
された方向、βjは比例係数であり、kは逆偏波抑圧を
必要とする範囲内のサンプリング点をあらわす番号(k
=1,…K)であり、θ′kはそのサンプリングされた方
向、hn(θ)はn番目のアンテナ素子の反射鏡を介して
放射される逆偏波(直線偏波の場合はhn(θ)と直交す
る偏波、円偏波の場合はhn(θ)とgn(θ)と逆施の偏
波である)の指向性、γkは比例係数であり、Pnmは定
数である。
And The matrix component Rnm of Here, i is a number (i = 1,... I) representing a sampling point within a range that restricts the radiation field intensity, θi is the sampled direction, and gn (θ) is the reflection of the nth antenna element. The directivity radiated through the mirror, αi is a proportionality coefficient, * represents a complex conjugate, and j is a number (j = 1,... J) representing a sampling point within a range requiring sidelobe suppression. Where θ′j is the sampled direction, βj is a proportionality coefficient, and k is a number (k) representing a sampling point within a range where reverse polarization suppression is required.
= 1,... K), θ′k is the sampled direction, and hn (θ) is the reverse polarization radiated through the reflector of the nth antenna element (hn (hn for linear polarization) θ), the directivity of hn (θ) and gn (θ) is the inverse of the polarization in the case of circular polarization and circular polarization), γk is a proportional coefficient, and Pnm is a constant.

また、 であり、biは放射界強度を拘束する方向θiにおける複
素拘束値である。
Also, And bi is a complex constraint value in the direction θi that limits the radiation field intensity.

なお添字Tは行列の複素共役転置、−1は逆行例をあ
らわす。
Note that the suffix T represents the complex conjugate transpose of the matrix, and -1 represents the reverse example.

(作用) 本発明の反射鏡アンテナにおいて、一次放射器を構成
している複数のアンテナ素子を励振ウェイトベクトル によって決定される励振ウェイトWnをほぼ満足させるよ
うに励振させる給電部を備えることで、任意の所定方向
のサイドローブ抑圧と、任意の所定方向の交さ偏波抑圧
が同時に行え、その抑圧の程度を自由に設定できる。
(Operation) In the reflector antenna of the present invention, a plurality of antenna elements constituting the primary radiator are excited by a weight vector. By providing a power feeding unit that excites the excitation weight Wn substantially determined by the above, sidelobe suppression in an arbitrary predetermined direction and cross polarization suppression in an arbitrary predetermined direction can be simultaneously performed, and the degree of the suppression Can be set freely.

(実施例) 本発明の一実施例を以下に図面を参照して説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図には、本発明の原理をあらわす一次放射器の給
電系のブロック図を示す。ここでアンテナ素子となるホ
ーン1乃至9には各々重み付け器により励振ウェイトW1
乃至W9がかかり、各ホーンに入力した電波は重み付けさ
れて合成器10により合成される。ここで重み付けをする
目的について簡単な例をあげて説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a feed system of a primary radiator that represents the principle of the present invention. Here, the horns 1 to 9 serving as antenna elements are each provided with an excitation weight W 1 by a weighting device.
To take W 9, radio waves input to each horn are combined by the combiner 10 is weighted. Here, the purpose of weighting will be described with a simple example.

いま、第3図に示すように、オフセットパラボラ反射
鏡51と一次放射器52によって構成されるアンテナによ
り、例えば地球の静止軌道上から地上へ第4図に示すよ
うなエリア21乃至24にビームを放射する場合を考える。
ここで同一周波数をエリア2つ置きに(例えばエリア21
と24が同一偏波同一周波数)用い、さらに同一のエリア
内で直交偏波を用いるという周波数の再利用を考える。
これを実現するために必要なアンテナの特性は、その放
射指向性が、例えばエリア21に放射するビームについて
言えば、エリア24の領域内においてサイドローブが充分
多く、かつ、エリア21の領域内において交さ偏波成分の
少ないことが要求される。重み付けはこのような特性の
指向性を得るために行なわれ、以下に本発明による励振
ウェイト(重み付け)の決定方法を示す。
Now, as shown in FIG. 3, an antenna composed of an offset parabolic reflector 51 and a primary radiator 52, for example, directs a beam from the geosynchronous orbit of the earth to the ground to areas 21 to 24 as shown in FIG. Consider the case of radiation.
Here, the same frequency is placed in every other area (for example, area 21).
And 24 use the same polarization and the same frequency), and further consider the frequency reuse of using orthogonal polarization within the same area.
The characteristic of the antenna required to realize this is that the radiation directivity is, for example, for a beam radiating to the area 21, the side lobe is sufficiently large in the area of the area 24, and in the area of the area 21, It is required that the cross polarization component be small. Weighting is performed to obtain the directivity of such characteristics, and a method of determining an excitation weight (weighting) according to the present invention will be described below.

任意の角度領域の中で低サイドローブ、低交さ偏波を
指向性を実現するような励振ウェイトを求めると、この
励振ウェイトにより合成される指向性はメインビームの
利得の下がったものになる可能性がある。したがって、
これを避けるために、メインビームにおける利得を常に
一定に保つことが必要になる。
When an excitation weight that achieves directivity with low side lobes and low cross polarization in an arbitrary angle region is obtained, the directivity synthesized by this excitation weight will be a decrease in the gain of the main beam. there is a possibility. Therefore,
In order to avoid this, it is necessary to keep the gain in the main beam constant.

いま、メインビーム方向θiにおいて常にbiなる送信
(または受信)レベルになるものとする。このとき励振
ウェイトは を満足していることになる。ここでgn(θi)はθi方
向におけるn番目のホーンの指向性であり、Nはホーン
数、Iは送信レベルを拘束する方向の数である。
Now, it is assumed that the transmission (or reception) level always becomes bi in the main beam direction θi. At this time, the excitation weight is Will be satisfied. Here, gn (θi) is the directivity of the nth horn in the θi direction, N is the number of horns, and I is the number of directions restricting the transmission level.

いま、 なるベクトル表示を用いると、式(1)は、 とあらわされる。(Tは複素共役転置を示す) 式(5)に示したような拘束条件を励振ウェイトWnは
課したうえで、低サイドローブ、低交さ偏波である指向
性を合成するような励振ウェイトを決定するが、そのと
きの方法は次のような考え方に基づいている。
Now Using a vector representation of It is expressed. (T indicates a complex conjugate transpose.) The excitation weight Wn imposes the constraint condition as shown in Expression (5), and then combines the directivity with low side lobe and low cross polarization. The method at that time is based on the following concept.

いま、仮想的にメインローブの方向θi(i=1…
I)からαiなる電力をもつ所望波が到来し、サイドロ
ーブ方向θ′j(i=1…J)からβjなる電力をもつ
所望数と同偏波である妨害波、方向θ″k(k=1…
K)からγkなる電力をもつ所望波と逆偏波である妨害
波が各々到来し、n番目のホーンにおいてPnnなる雑音
が生じるものとする。このときアンテナ全体での出力電
力Poutは次のようにあらわされる。
Now, virtually, the main lobe direction θi (i = 1...)
A desired wave having power of αi arrives from I), an interference wave having the same polarization as the desired number having power of βj from the side lobe direction θ′j (i = 1... J), and a direction θ ″ k (k = 1 ...
From K), it is assumed that a desired wave having a power of γk and an interference wave which is a reverse polarization respectively arrive, and noise Pnn is generated in the n-th horn. At this time, the output power Pout of the entire antenna is expressed as follows.

Pout=W|TRxxW| ここで いま、所望波,正偏波の妨害波,逆偏波の妨害波,雑音
が各々お互いに相関の無いものであることを仮定すると
Rxxの要素Rnmは のようにあらわされる。ここでgn(θ)はn番目のホー
ンの正偏波の指向性、hn(θ)はn番目のホーンの逆偏
波(交さ偏波)の指向性であり、添字*は複素共役をあ
わらす。
Pout = W | T RxxW | where Now, assuming that the desired wave, the interference wave of the positive polarization, the interference wave of the reverse polarization, and the noise are not correlated with each other.
The element Rnm of Rxx is It is represented as Here, gn (θ) is the directivity of the n-th horn for the positive polarization, hn (θ) is the directivity of the n-th horn for the reverse polarization (cross polarization), and the subscript * indicates the complex conjugate. Awarasu.

このとき式(5)の拘束条件のもとで出力電力Poutを
最小にするように励振ウェイトを求めれば、結果として
出力電力の中には、所望波の成分のみ残り、妨害波成分
は打ち得されることになる。Poutを最小にする励振ウェ
イトベクトル は解析的に次のように求められる。
At this time, if the excitation weight is determined so as to minimize the output power Pout under the constraint condition of the equation (5), as a result, only the component of the desired wave remains in the output power and the interference wave component is not obtained. Will be done. Excitation weight vector that minimizes Pout Is analytically obtained as follows.

ここで−1は逆行列を意味する。 Here, -1 means an inverse matrix.

ここまでの説明において、式(9)の励振ウェイト
は、仮想的に所望波,妨害波を受信した際に所望波成分
のみ残し、妨害波成分を打ち消すような出力を与えるこ
とを示した。このことは言いかえると式(9)の励振ウ
ェイトで各ホーンを励振した場合に合成される放射指向
性が、所望波を設定した方向には利得が維持されてお
り、妨害波を設定したサイドローブと交さ偏波成分の方
向には零点が形成されるものになるということである。
この考え方を応用し、所望波方向として利得を下げたく
ないメインローブの方向、正偏波の妨害波の方向として
サイドローブ抑圧を行う方向、逆偏波の妨害波の方向と
して交さ偏波抑圧を行う方向を各々選んで励振ウェイト
を求めることにより、所定の角度領域において低サイド
ローブ、低交さ偏波である指向性が合成される。
In the description so far, it has been shown that the excitation weight of the equation (9) gives an output that cancels the interference wave component while virtually leaving the desired wave component when the desired wave and the interference wave are received. In other words, the radiation directivity synthesized when each horn is excited by the excitation weight of Expression (9) is such that the gain is maintained in the direction in which the desired wave is set, and the side in which the interference wave is set. This means that a zero point is formed in the direction of the polarization component crossed with the lobe.
Applying this idea, the direction of the main lobe where you do not want to lower the gain as the desired wave direction, the direction of the side lobe suppression as the direction of the interference of the positive polarization, and the cross polarization suppression as the direction of the interference of the reverse polarization By selecting excitation directions in each of the directions for performing the above, directivity of low side lobe and low cross polarization in a predetermined angle region is synthesized.

本発明における励振ウェイトの決定法は、前述の従来
の低サイドローブ化のために用いられていた励振ウェイ
ト決定法を交さ偏波の抑圧を同時に行えるように改良し
たものであり、従来鏡面系により交さ偏波成分を低くし
ようとしていたものを一次放射器の励振分布により、サ
イドローブと同時に抑圧するところが特徴である。ま
た、これは式(8)に示すようにRxxの成分の中に逆偏
波の妨害波を組み込むことにより行なわれ、現実には合
成が難しいところの正偏波と逆偏波の電力を仮想的に合
計して全体の電力を求め、これを最小にするような励振
ウェイトを求めたところも特徴である。
The excitation weight determining method in the present invention is an improvement of the above-described conventional excitation weight determining method used for lowering side lobes so that cross polarization can be suppressed at the same time. The characteristic feature is that the excitation distribution of the primary radiator suppresses the cross polarization component at the same time as the side lobe. In addition, this is performed by incorporating an interference wave of the reverse polarization into the component of Rxx as shown in the equation (8). Another characteristic is that the total power is obtained by summing the values in total, and the excitation weight that minimizes the total power is obtained.

第5図,第6図には本発明による励振ウェイトにより
一次放射器を励振した際に合成される放射指向性の一例
を示す。第5図には正偏波、第6図には逆偏波の指向性
を各々示し、実線71が本発明の励振ウェイトにより合成
される指向性をあらわす。この例では、メインローブを
拘束する方向としてエリア21内の矢印40の方向、サイド
ローブ抑圧の方向として、エリア21と同じ周波数を用い
るエリア24内の矢印41,42の方向、交さ偏波抑圧の方向
として、メインローブと同じエリア21内の矢印43,44の
方向を選ぶ。第5図,第6図には比較のために、従来の
開口面分布により励振ウェイトを決定する方法により得
られる指向性を点線72で、遠方界に注目して低サイドロ
ーブ化だけを抑圧する方法による指向性を破線73で示し
ているが、これらに比較し本発明による指向性が低サイ
ドローブと低交さ偏波が同時に実現できる点で優れてい
る。
5 and 6 show an example of radiation directivity synthesized when the primary radiator is excited by the excitation weight according to the present invention. FIG. 5 shows the directivity of the forward polarization and FIG. 6 shows the directivity of the reverse polarization, and the solid line 71 indicates the directivity combined by the excitation weight of the present invention. In this example, the direction of the arrow 40 in the area 21 is used as the direction for restraining the main lobe, the direction of the arrows 41 and 42 in the area 24 using the same frequency as the area 21 is used as the direction of side lobe suppression, and the cross polarization suppression is performed. Is selected as the direction of arrows 43 and 44 in the same area 21 as the main lobe. 5 and 6, for comparison, the directivity obtained by the conventional method of determining the excitation weight based on the aperture distribution is indicated by a dotted line 72 in the far field, and only the low side lobe is suppressed. The directivity according to the method is indicated by a broken line 73, but the directivity according to the present invention is superior to these methods in that low side lobes and low cross polarization can be simultaneously realized.

以上示したように、本発明による励振ウェイトを設定
した一次放射器を用いることにより、任意の所定方向に
ついて低サイドローブ化、低交さ偏波化させる放射指向
性を実現できる。また式(8)における定数αi,βj,γ
k,Pnnの設定により、サイドローブ、交さ偏波の各々の
抑圧量を自由に調整できる利点がある。これはマルチビ
ームアンテナの設計のうえで非常に重要である。
As described above, by using the primary radiator in which the excitation weight is set according to the present invention, it is possible to realize radiation directivity for lowering the side lobe and lowering the cross polarization in an arbitrary predetermined direction. Also, constants αi, βj, γ in equation (8)
By setting k and Pnn, there is an advantage that the suppression amounts of the side lobes and cross polarization can be freely adjusted. This is very important in designing a multi-beam antenna.

以上のような励振ウェイトを一次放射器の各アンテナ
素子に与えるような給電系の一構成例を第2図に示す。
励振ウェイトは複素数で与えられ、これを励振振幅と励
振位相のふたつに分けて考えることができる。励振位相
はホーン1乃至9に各々直接接続されている移相器11乃
至19により設定され、励振振幅は3電力分配器31乃至34
の分配比の設定により行なわれる。ここで導波管による
構成を考えた場合、移相器としては金属棒挿入型など管
内波長を変える方式などで、電力分配器としては、方向
性結合型やセプタム型などの方式で容易に実現できる。
以上の例より例振位相、励振振幅を任意に設定すること
は比較的容易に行えることがわかる。
FIG. 2 shows a configuration example of a feed system in which the above-described excitation weight is provided to each antenna element of the primary radiator.
The excitation weight is given by a complex number, which can be divided into two, excitation amplitude and excitation phase. The excitation phase is set by phase shifters 11 to 19 directly connected to the horns 1 to 9, respectively, and the excitation amplitude is set to three power dividers 31 to 34.
Is set by setting the distribution ratio. Considering the waveguide configuration here, the phase shifter can be easily realized by a method such as a metal rod insertion type that changes the wavelength inside the tube, and the power distributor can be easily realized by a directional coupling type or septum type. it can.
From the above examples, it can be seen that it is relatively easy to set the sample phase and the excitation amplitude arbitrarily.

ところで式(9)の励振ウェイトベクトル が解析的に得られる解であるとすれば、ある初期値から
この に逐次的に収束していく逐次解が次のように与えられ
る。
By the way, the excitation weight vector of equation (9) Is a solution that can be obtained analytically. Is given as follows.

ただし であり、IIは単位行列、μは解の収束速度を制御する係
数、mは逐次回路である。
However Where II is a unit matrix, μ is a coefficient for controlling the convergence speed of the solution, and m is a sequential circuit.

式(10)の励振ウェイトベクトル により決定される励振ウェイトWn(m+1)により合成され
る指向性は、逐次回数mを増やすに従い徐々にサイドロ
ーブ抑圧量と交さ偏波抑圧量が増え、mを無限大にする
と式(9)に示した励振ウェイトによる合成指向性に一
致する。したがって、式(9)に示した励振ウェイトの
場合と同様の効果がある他にサイドローブ抑圧、交さ偏
波抑圧を必要以上に行うことを避け、指向性合成により
メインローブへの悪影響が生じるのを極力防止すること
ができる。つまり、逐次、励振ウェイトによる合成指向
性を計算により確認していき、サイドローブ、交さ偏波
のレベルが所定の値以下になったところの励振ウェイト
を一次放射器の励振分布として用いることにより、必要
以上にサイドローブ,交さ偏波の抑圧を行い、メインロ
ーブの利得が低下したりする悪影響が無いようにするこ
とができる。
Excitation weight vector of equation (10) The directivity synthesized by the excitation weight Wn (m + 1) determined by the following equation is obtained by gradually increasing the sidelobe suppression amount and the cross-polarization suppression amount as the number m of iterations is increased, and setting m to infinity. This corresponds to the combined directivity by the excitation weight shown in 9). Therefore, besides having the same effect as the case of the excitation weight shown in the equation (9), it is also possible to avoid performing the side lobe suppression and the cross polarization suppression more than necessary, and the directivity combination adversely affects the main lobe. Can be prevented as much as possible. In other words, by sequentially calculating the combined directivity of the excitation weights by calculation, by using the excitation weights where the level of the side lobes and cross-polarizations have become equal to or less than a predetermined value as the excitation distribution of the primary radiator, Further, it is possible to suppress the side lobes and the cross polarization more than necessary, so that the gain of the main lobe is not adversely affected.

なお、ここまでは、アンテナ素子としてホーンアンテ
ナを用いて説明を行ってきたが、パッチアンテナなど他
のアンテナ素子でも構わないし、その数も任意に選んで
よい。また励振ウェイトを決定する利得の拘束方向の数
I、サイドローブ抑圧の方向の数J、交さ偏波の抑圧の
方向Kも各々状況に応じて自由に選んでも本発明による
効果は損なわれない。また、いままでの説明では正偏波
と逆偏波を直交する直線偏波を考えていたが、これを右
旋,左旋の円偏波を考えても同様の効果が得られる。
In the above, the description has been made using the horn antenna as the antenna element. However, another antenna element such as a patch antenna may be used, and the number thereof may be arbitrarily selected. In addition, the effect of the present invention is not impaired even if the number I of the direction in which the gain is determined to determine the excitation weight, the number J of the direction of sidelobe suppression, and the direction K of the cross polarization suppression are freely selected according to the situation. . In the above description, linear polarization orthogonal to normal polarization and reverse polarization has been considered. However, the same effect can be obtained by considering clockwise or counterclockwise circular polarization.

以上の説明においてオフセットパラボラ反射鏡を用い
た場合について述べてきたが、本発明は他の反射鏡を用
いても同様の効果が得られる。
In the above description, the case where the offset parabolic reflecting mirror is used has been described, but the present invention can obtain the same effect by using another reflecting mirror.

一般にカセグレンアンテナなどにおいては、その鏡面
系に発生する交さ偏波成分が小さいため交さ偏波抑圧は
特に考えなくてもよいが、第7図のように偏波グリッド
板60(直交する直線偏波のうちのひとつは通過、もうひ
とつは反射する性質をもつ)などを組み込んだ場合に交
さ偏波特性を劣化させることが多い。このような場合に
も本発明は有効であり、式(8)で示した指向性gn
(θ),hn(θ)に各々偏波グリッド板60の影響を含め
たものを用いて励振ウェイトを求めればオフセットパラ
ボラ反射鏡の場合と同様に低サイドローブ,低交さ偏波
の指向性が得られる。これは偏波グリッド板60以外に周
波数選択板(低周波数を反射し、高周波数を通過させる
性質をもつ)など他の構造物が、第7図の斜線部に示さ
れるような幾何光学的に電波が通過している領域内に存
在している場合についても同様なことが言える。
In general, in a Cassegrain antenna or the like, the cross-polarization component generated in the mirror system is small, so that cross-polarization suppression is not particularly considered. However, as shown in FIG. When one of the polarizations has a property of passing and the other has a property of reflecting the light, the cross polarization characteristic is often deteriorated. The present invention is also effective in such a case, and the directivity gn shown in Expression (8) is used.
If the excitation weight is obtained using (θ) and hn (θ) including the influence of the polarization grid plate 60, the directivity of low sidelobe and low cross polarization is obtained as in the case of the offset parabolic reflector. Is obtained. This is because, besides the polarization grid plate 60, other structures such as a frequency selection plate (which has a property of reflecting low frequencies and passing high frequencies) are geometrically optical as shown by the hatched portions in FIG. The same can be said for the case where the radio wave exists in the area where the radio wave passes.

〔発明の効果〕 以上詳述してきたように、本発明によれば、主ローブ
の利得の低下を招くことなく任意の角度領域におけるサ
イドローブの抑圧、交さ偏波の抑圧を行い、放射指向性
を改善することができる。また、サイドローブ及び交さ
偏波の抑圧領域、抑圧レベルを自由に設定できる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, suppression of side lobes and suppression of cross-polarization in an arbitrary angle region without reducing the gain of the main lobe, Performance can be improved. Further, the suppression region and suppression level of the side lobe and cross polarization can be freely set.

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

第1図は、本発明の原理を表わすブロック図、第2図
は、本発明の一実施例である給電系構成例を示す図、第
3図は、オフセットパラボラ反射鏡アンテナを示す図、
第4図は、マルチビームの配置を示す図、第5図は正偏
波の合成指向性を示す図、第6図は、交さ偏波の合成指
向性を示す図、第7図は、他の実施例を示す図である。 1,2,3,4,5,6,7,8,9……アンテナ素子、W1乃至W9……重
み付け器、10……合成器。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the principle of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a feed system configuration according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram illustrating an offset parabolic reflector antenna,
FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the multi-beams, FIG. 5 is a diagram showing the combined directivity of the positive polarization, FIG. 6 is a diagram showing the combined directivity of the cross polarization, and FIG. It is a figure showing other examples. 1,2,3,4,5,6,7,8,9 ...... antenna elements, W 1 to W 9 ...... weighter, 10 ...... synthesizer.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】反射鏡と、N個(Nは2以上の自然数)の
アンテナ素子により構成された一次放射器と、それぞれ
のアンテナ素子を (なお添字は複素共役転置行列、-1は逆行列) により決定される励振ベクトルの要素Wnにより励振する
重み付け器とを具備することを特徴とする反射鏡アンテ
ナ。 ただし、 各行列要素Rnmが、 (iは放射界強度を拘束する角度範囲内のサンプリング
点をあらわす番号、 jはサイドローブ抑圧を必要とする角度範囲内のサンプ
リング点をあらわす番号、 kは逆偏波抑圧を必要とする角度範囲内のサンプリング
点をあらわす番号、 α、β、γは比例係数、 θ、θ′、θ′はそのサンプリングされた方向を
示す角度の大きさ、 gn(θ)はn番目のアンテナ素子の反射鏡を介して放射
される指向性、 hn(θ)はn番目のアンテナ素子の反射鏡を介して放射
される逆偏波の指向性、 *は複素共役、Pnmは定数である。)なる (biは放射界強度を拘束する方向θにおける複素拘束
値)
1. A primary radiator comprising a reflector, N antenna elements (N is a natural number of 2 or more), and each antenna element (Note the subscript T is the complex conjugate transposed matrix, -1 is an inverse matrix) reflector antenna characterized by comprising a weighting unit for exciting the elements W n of excitation vectors determined by. However, each matrix element R nm is (I is a number representing a sampling point within an angle range that restricts the radiation field intensity, j is a number representing a sampling point within an angle range that requires sidelobe suppression, and k is an angle range that requires reverse polarization suppression. Α i , β i , and γ i are proportional coefficients, θ i , θ ′ j , θ ′ k are the angles indicating the sampled directions, and g n (θ) is n The directivity radiated through the reflector of the n th antenna element, h n (θ) is the directivity of the reverse polarization radiated through the reflector of the n th antenna element, * is complex conjugate, P nm Is a constant.) (B i is the complex constraint value in the direction θ i that limits the radiation field intensity)
【請求項2】マルチビームを形成するため、前記一次放
射器を複数個具備したことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の反射鏡アンテナ。
2. The reflector antenna according to claim 1, wherein a plurality of said primary radiators are provided to form a multi-beam.
【請求項3】W(m+1)=W(m)−μ(PRPW(m)+PRF)なる関
係式 (ただし、P=I−C(CTC)-1CT、F=C(CTC)-1B Iは単位行列、μは解の収束速度を制御する係数、mは
逐次回数) により定まる励振ベクトルW(m+1)の各要素により、前記
重み付け器の重み値を決定することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の反射鏡アンテナ。
Wherein W (m + 1) = W (m) -μ (PRPW (m) + PRF) relational expression (where, P = I-C (C T C) -1 C T, F = C ( C T C) -1 B I is a unit matrix, μ is a coefficient for controlling the convergence speed of the solution, m is the number of iterations, and m is an excitation vector W (m + 1). The reflector antenna according to claim 1, wherein the antenna is determined.
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