JP2608654B2 - Antenna device - Google Patents
Antenna deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、衛星通信や電波天文
の分野に供される地球局アンテナに関し、特に、高い指
向精度を必要とするアンテナ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an earth station antenna used in the field of satellite communication and radio astronomy, and more particularly to an antenna device requiring high directivity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図５は例えば特開昭５９−１４９４０３
号公報に示された、主反射鏡と一次放射器で構成された
従来のアンテナ装置を示す断面図である。図において、
１ａは熱変形する前の元の主反射鏡、１ｂは熱変形した
後の主反射鏡、２ａ〜２ｎはｎ個の一次放射器、３は送
受信機、４ａは熱変形する前の元の主反射鏡１ａからの
電波の光路、４ｂは熱変形した後の主反射鏡１ｂからの
電波の光路、５ａ〜５ｎはｎ個の移相器、６はｎ分配の
電力分配器、７はｎ個の移相器５ａ〜５ｎを制御する位
相制御器、８は主反射鏡１ｂの変形量を測定する検出器
である。2. Description of the Related Art FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional antenna device including a main reflecting mirror and a primary radiator shown in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209,004. In the figure,
1a is an original main mirror before thermal deformation, 1b is a main mirror after thermal deformation, 2a to 2n are n primary radiators, 3 is a transceiver, 4a is an original main mirror before thermal deformation. The optical path of the radio wave from the reflector 1a, 4b the optical path of the radio wave from the main reflector 1b after thermal deformation, 5a to 5n: n phase shifters, 6: an n-divided power divider, 7: n Is a phase controller for controlling the phase shifters 5a to 5n, and 8 is a detector for measuring the amount of deformation of the main reflecting mirror 1b.
【０００３】一方、複反射鏡アンテナ装置についても、
図５と同じ構成を適用することができる。図６はこの場
合の複反射鏡アンテナ装置を示す断面図であり、図にお
いて、９は副反射鏡、１０は主反射鏡１ａを支持する主
反射鏡骨組、１１は主反射鏡１ａや副反射鏡９の反射鏡
部を支持するマウント部、１２は当該アンテナ装置を動
かすアンテナ駆動部、１３は電波を任意の方向に向ける
ためのアンテナ駆動制御装置である。On the other hand, a double reflector antenna device also
The same configuration as FIG. 5 can be applied. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a double reflector antenna device in this case. In the drawing, 9 is a sub reflector, 10 is a main reflector frame supporting the main reflector 1a, and 11 is the main reflector 1a and the sub reflector. A mount section for supporting the reflecting mirror section of the mirror 9, an antenna drive section 12 for moving the antenna apparatus, and an antenna drive control apparatus 13 for directing a radio wave in an arbitrary direction.
【０００４】次に動作について説明する。主反射鏡１ａ
は、日射の影響を受けて主反射鏡１ｂのように熱変形を
起こす。この反射鏡の熱変形量をレーザ光などを用いた
検出器８で検出し、その信号により位相制御器７をコン
トロールして、移相器５ａ〜５ｎの位相を調整し、その
結果、熱変形によりずれた電波の光路４ｂを、元の電波
の光路４ａと同じ方向に向けることができる。Next, the operation will be described. Main reflector 1a
Undergoes thermal deformation as in the main reflecting mirror 1b under the influence of solar radiation. The amount of thermal deformation of the reflecting mirror is detected by a detector 8 using a laser beam or the like, and the phase controller 7 is controlled by the signal to adjust the phases of the phase shifters 5a to 5n. The optical path 4b of the radio wave deviated by the above can be directed in the same direction as the optical path 4a of the original radio wave.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置は
以上のように構成されているので、アンテナの開口径が
小さく、また、駆動装置を有していないアンテナは図５
に示すような構成が適している。しかしながら、アンテ
ナの開口径が大きく、カセグレンアンテナのような場合
には、一次放射器の個数ｎが多くなり、その位相の調整
が複雑になるとともに高価なものになるなどの問題点が
あった。Since the conventional antenna device is configured as described above, the aperture diameter of the antenna is small, and the antenna having no driving device is shown in FIG.
The configuration shown in FIG. However, in the case of a Cassegrain antenna having a large aperture diameter, the number n of primary radiators increases, and there is a problem that the phase adjustment becomes complicated and expensive.
【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、一次放射器は１個のままで、
電波の光路方向を補正でき、高い指向精度が得られるア
ンテナ装置を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has only one primary radiator.
It is an object of the present invention to obtain an antenna device that can correct the direction of the optical path of a radio wave and obtain high directivity.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１のア
ンテナ装置は、主反射鏡、副反射鏡及び一次放射器とか
ら構成される複反射鏡アンテナ装置において、主反射鏡
の温度分布を測定する検出器と、この検出器により検出
された温度分布データから鏡面の変形量を算出する鏡面
変形量算出手段と、この鏡面変形量算出手段により算出
された上記鏡面の変形量からアンテナ開口面上の位相誤
差をモード解析して収差係数を算出する収差係数算出手
段と、この収差係数算出手段により算出された収差係数
に基づいて電波の光路方向及びそのビームシフト量を求
めて器差補正値を算出する器差補正値算出手段と、この
器差補正値算出手段により制御され上記器差補正値に応
じて主反射鏡を駆動制御するアンテナ駆動制御装置とを
備えるように構成したものである。An antenna device according to a first aspect of the present invention includes a main reflecting mirror, a sub-reflecting mirror, and a primary radiator.
The main reflector
Detector that measures the temperature distribution of
Mirror surface that calculates the amount of deformation of the mirror surface from the extracted temperature distribution data
Calculated by the deformation amount calculating means and the mirror surface deformation amount calculating means
Phase error on the antenna aperture surface from the mirror deformation
An aberration coefficient calculator that calculates the aberration coefficient by modal analysis of the difference
Step and aberration coefficient calculated by the aberration coefficient calculation means
Of the path of the radio wave and the amount of beam shift based on the
An instrumental difference correction value calculating means for calculating an instrumental error correction value,
It is controlled by the instrumental error correction value calculating means and responds to the above instrumental error correction value.
An antenna drive control device that drives and controls the main reflector
It is obtained by configuration so that with.
【０００８】[0008]
【０００９】[0009]
【作用】この発明の請求項１におけるアンテナ装置は、
上述のように構成したことにより、鏡面の変形量を求
め、さらにアンテナ開口面上の位相誤差をモード解析す
ることによって電波の光路の方向を求めることができ、
これを器差補正値として主反射鏡を駆動制御するアンテ
ナ駆動制御装置を制御することができる。The antenna device according to the first aspect of the present invention comprises:
With the above-described configuration, the amount of deformation of the mirror surface can be obtained, and furthermore, the direction of the optical path of the radio wave can be obtained by mode analysis of the phase error on the antenna aperture surface,
Using this as the instrument difference correction value, it is possible to control the antenna drive control device that drives and controls the main reflecting mirror.
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例による複反射鏡アンテ
ナ装置を示す断面側面図である。図において、１ａは熱
変形する前の元の主反射鏡、１ｂは熱変形した後の主反
射鏡、２は一次放射器、３は送受信機、４ａは熱変形す
る前の元の主反射鏡１ａからの電波の光路、４ｂは熱変
形した後の主反射鏡１ｂからの電波の光路、８は主反射
鏡１ｂの温度分布を測定する検出器、９は副反射鏡、１
０は主反射鏡１ａを支持する主反射鏡骨組、１１は主反
射鏡１ａや副反射鏡９の反射鏡部を支持するマウント
部、１２は当該アンテナ装置を動かすアンテナ駆動部、
１３は電波を任意の方向に向けるためのアンテナ駆動制
御装置、１４は温度分布データの取得を制御する検出器
８の制御装置、１５は検出器の制御装置１４の出力デー
タの記録装置Ｉである。２０は温度分布データを処理す
るコンピュータ、１６はコンピュータ２０で処理された
器差補正値の記録装置IIである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional side view showing a double reflector antenna device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1a is an original main reflector before thermal deformation, 1b is a main reflector after thermal deformation, 2 is a primary radiator, 3 is a transceiver, 4a is an original main reflector before thermal deformation. The optical path of the radio wave from 1a, 4b is the optical path of the radio wave from the main reflector 1b after thermal deformation, 8 is a detector for measuring the temperature distribution of the main reflector 1b, 9 is the sub-mirror, 1
Reference numeral 0 denotes a main reflector frame that supports the main reflector 1a, 11 denotes a mount that supports the reflectors of the main reflector 1a and the sub-reflector 9, 12 denotes an antenna driver that moves the antenna device,
13 is an antenna drive control device for directing a radio wave in an arbitrary direction, 14 is a control device of the detector 8 for controlling acquisition of temperature distribution data, and 15 is a recording device I of output data of the detector control device 14. . Reference numeral 20 denotes a computer for processing temperature distribution data, and reference numeral 16 denotes a recording device II for the instrument difference correction value processed by the computer 20.
【００１２】図２はコンピュータで処理するプログラム
の流れを示し、図において、２１は検出器８とその制御
装置１４を介して測定された温度分布データから機械的
な鏡面の変形量を算出する処理プログラムＩ、２２はア
ンテナ開口面上の位相誤差分布をモード解析する処理プ
ログラムII、２３は電波の光路方向およびそのビームシ
フト量を求めて、器差補正値を算出する処理プログラム
III である。FIG. 2 shows a flow of a program to be processed by a computer. In the figure, reference numeral 21 denotes a process for calculating a mechanical mirror surface deformation amount from temperature distribution data measured via the detector 8 and its controller 14. Programs I and 22 are processing programs II for mode analysis of the phase error distribution on the antenna aperture surface, and processing programs for calculating the optical path direction and the beam shift amount of the radio wave and calculating the instrumental error correction value.
III.
【００１３】次に動作について説明する。アンテナの主
反射鏡１ａ，主反射鏡骨組１０やマウント部１１は、日
射により、陽の当たる部分と日蔭の部分で温度差が出る
ため熱変形が生じる。この熱変形によりアンテナの電気
的性能としては、電波の光路方向が４ａから４ｂのよう
にずれて指向精度が劣化し、利得が低下する。このた
め、高い指向精度を必要とするアンテナ装置において
は、この熱変形を抑えるために、アンテナの構造物の材
料として、熱膨張率の小さいＣＦＲＰ（カーボン入強化
プラスチック）などの高価な材料を使っている。Next, the operation will be described. The main reflector 1a, the main reflector frame 10, and the mount 11 of the antenna are thermally deformed due to a difference in temperature between the sunlit portion and the shaded portion due to solar radiation. Due to this thermal deformation, the electrical performance of the antenna is such that the direction of the optical path of the radio wave is shifted from 4a to 4b, the directivity accuracy is deteriorated, and the gain is reduced. For this reason, in an antenna device requiring high directivity, in order to suppress the thermal deformation, an expensive material such as CFRP (carbon-reinforced plastic) having a small coefficient of thermal expansion is used as a material of the antenna structure. ing.
【００１４】熱変形した主反射鏡１ｂからの電波の光路
４ｂの方向を補正するために、主反射鏡１ｂの温度分布
を、サーモビュア，サーマルイメージャ，コンパクトサ
ーモ（いずれも商品名で、市販されている）などの赤外
線を用いた検出器８で測定する。測定されたデータは、
ディジタル化されており、検出器の制御装置１４を介し
てコンピュータ２０に取り込むことができる。また、直
接記録装置Ｉ１５に記録することもできる。In order to correct the direction of the optical path 4b of the radio wave from the main reflecting mirror 1b which has been thermally deformed, the temperature distribution of the main reflecting mirror 1b is adjusted by using a thermoviewer, a thermal imager, and a compact thermo (all of which are commercially available under the trade names). Is measured by a detector 8 using infrared rays such as The measured data is
It is digitized and can be captured by the computer 20 via the detector controller 14. In addition, the data can be directly recorded on the recording device I15.
【００１５】コンピュータ２０に取り込まれた温度分布
データは、処理プログラムＩ２１にて機械的な鏡面の変
形量に変換される。The temperature distribution data taken into the computer 20 is converted into a mechanical mirror deformation by the processing program I21.
【００１６】この鏡面の熱変形による鏡面誤差は、緩や
かなモード、即ち一次や二次の歪が支配的となる。この
ようにアンテナ開口面全体が大きく歪んでいる場合は、
鏡面誤差をレンズにおける収差として扱うことができ
る。即ち、鏡面誤差によるアンテナ開口面上の位相誤差
は、開口面の座標系として半径方向をρ、周方向をφと
すれば、下記のように近似できる。The mirror error due to the thermal deformation of the mirror surface is dominated by a gradual mode, that is, a primary or secondary distortion. If the entire antenna aperture is greatly distorted like this,
Specular errors can be treated as aberrations in the lens. That is, the phase error on the antenna opening surface due to the mirror surface error can be approximated as follows by setting ρ in the radial direction and φ in the circumferential direction as the coordinate system of the opening surface.
【００１７】 Ψ（ρ，φ）＝Ａρcos(φs −φ）＋Ｂρ2 ＋Ｃρ cos (φs −φ） ＋Ｄρ cos (φs −φ）＋Ｅρ4 ＋Ｆρ cos (φs −φ） …(1) ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆはそれぞれ歪曲収差，
像面歪曲，非点収差，３次コマ収差，球面収差，５次コ
マ収差の係数であり、φs は電波の光路の偏向面の角度
である。[0017] Ψ (ρ, φ) = Aρcos (φ s -φ) + Bρ 2 + Cρ cos (φ s -φ) + Dρ cos (φ s -φ) + Eρ 4 + Fρ cos (φ s -φ) ... (1) here Where A, B, C, D, E, and F are distortion aberrations,
Field curvature, astigmatism, a coefficient of the third-order coma aberration, spherical aberration, the fifth-order coma aberration, phi s is the angle of the deflecting surface of the optical path of the radio wave.
【００１８】処理プログラムＩ２１で処理された変形量
は、処理プログラムII２２において電気的な位相量に換
算され、その開口面の誤差分布を上式(1) に近似させ、
各収差係数を求める。The deformation amount processed by the processing program I21 is converted into an electric phase amount by the processing program II22, and the error distribution of the opening surface is approximated by the above equation (1).
Find each aberration coefficient.
【００１９】処理プログラムIII ２３では、処理プログ
ラムII２２で求めた収差係数より、電波の光路方向およ
びそのビームシフト量を求めて、器差補正値を算出す
る。この器差補正値は、アンテナ駆動制御装置１３への
指令値となる。また、直接記録装置II１６に記録するこ
ともできる。この記録装置II１６に、予め日射の方向と
アンテナの方向および気象条件などを組み合わせて器差
補正値のテーブルを作成しておけば、リアルタイムでア
ンテナの制御を処理しなくても、そのテーブルがあれば
熱変形による電波の光路方向のずれを推定して補正する
ことができる。In the processing program III23, the optical path direction of the radio wave and the beam shift amount thereof are obtained from the aberration coefficient obtained in the processing program II22, and the instrumental error correction value is calculated. This instrument difference correction value is a command value to the antenna drive control device 13. In addition, the data can be directly recorded on the recording device II16. If a table of the instrument difference correction values is created in advance in the recording device II16 by combining the direction of solar radiation, the direction of the antenna, weather conditions, and the like, the table can be used without processing antenna control in real time. For example, it is possible to estimate and correct a shift in the optical path direction of a radio wave due to thermal deformation.
【００２０】なお、上記実施例では、器差補正値をアン
テナ駆動制御装置１３の制御用データとして使用した
が、図３に示す、本発明の他の実施例のアンテナ装置の
ように、副反射鏡９に副反射鏡駆動装置１７を装備し
て、副反射鏡９を軸方向，上下方向に動かして制御する
こともできる。In the above embodiment, the instrumental difference correction value is used as control data of the antenna drive control unit 13. However, as shown in FIG. It is also possible to equip the mirror 9 with a sub-reflector driving device 17 and control the sub-reflector 9 by moving the sub-reflector 9 in the axial and vertical directions.
【００２１】図４はそのコンピュータで処理するプログ
ラムの流れを示し、処理プログラムIV２４では、処理プ
ログラムII２２で求めた収差係数より、副反射鏡の移動
量を求めて、器差補正値を算出する。この器差補正値
は、副反射鏡駆動装置１７への指令値となる。FIG. 4 shows the flow of a program processed by the computer. In a processing program IV24, the amount of movement of the sub-reflector is calculated from the aberration coefficient obtained in the processing program II22 to calculate an instrumental error correction value. This instrument difference correction value becomes a command value to the sub-reflector driving device 17.
【００２２】この実施例によれば、主反射鏡に比し小型
の副反射鏡を駆動し、補正を行なえばよいので、図１の
実施例の効果に加え、小さなモータを使用できるので装
置を安価に構成でき、かつ応答速度が速いものが得られ
る。According to this embodiment, it is only necessary to drive and correct the sub-reflector, which is smaller than the main reflector, so that a small motor can be used in addition to the effect of the embodiment of FIG. An inexpensive device having a high response speed can be obtained.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１のア
ンテナ装置によれば、主反射鏡、副反射鏡及び一次放射
器とから構成される複反射鏡アンテナ装置において、主
反射鏡の温度分布を測定する検出器と、この検出器によ
り検出された温度分布データから鏡面の変形量を算出す
る鏡面変形量算出手段と、この鏡面変形量算出手段によ
り算出された上記鏡面の変形量からアンテナ開口面上の
位相誤差をモード解析して収差係数を算出する収差係数
算出手段と、この収差係数算出手段により算出された上
記収差係数に基づいて電波の光路方向及びそのビームシ
フト量を求めて器差補正値を算出する器差補正値算出手
段と、この器差補正値算出手段により制御され上記器差
補正値に応じて主反射鏡を駆動制御するアンテナ駆動制
御装置とを備え、主反射鏡の温度分布データをコンピュ
ータ処理することによって得られた器差補正値で、主反
射鏡を駆動制御するアンテナ駆動制御装置を制御し、主
反射鏡の熱変形による電波の光路方向のずれを補正する
ように構成したので、主反射鏡の温度分布熱変形による
電波の光路方向のずれを補正でき、精度の高いものが得
られる効果がある。As described above, according to the antenna apparatus of the first aspect of the present invention, the primary reflecting mirror, the secondary reflecting mirror, and the primary radiation
In the double reflector antenna device composed of
A detector for measuring the temperature distribution of the reflector, and the detector
From the detected temperature distribution data
Mirror surface deformation amount calculating means, and the mirror surface deformation amount calculating means.
From the calculated amount of deformation of the mirror surface
Aberration coefficient to calculate aberration coefficient by modal analysis of phase error
Calculation means and the aberration coefficient calculation means
Based on the aberration coefficient, the direction of the optical path and the beam
The instrumental error correction value calculation method for calculating the instrumental error correction value by calculating the shift amount
And the instrumental error controlled by the instrumental error correction value calculating means.
Antenna drive control that drives and controls the main reflector according to the correction value
A control device, and controls an antenna drive control device that drives and controls the main reflecting mirror with the instrumental difference correction value obtained by computer processing of the temperature distribution data of the main reflecting mirror. It is configured to correct the deviation of the radio wave in the optical path direction, so the temperature distribution of the main reflector is affected by thermal deformation.
It is possible to correct the deviation of the radio wave in the optical path direction, and it is possible to obtain a highly accurate radio wave .
【００２４】[0024]
【図１】この発明の一実施例による複反射鏡アンテナ装
置を示す断面側面図である。FIG. 1 is a sectional side view showing a double reflector antenna device according to an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の一実施例のデータ処理のフローチャ
ートを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a flowchart of data processing according to an embodiment of the present invention.
【図３】この発明の他の実施例による複反射鏡アンテナ
装置を示す断面側面図である。FIG. 3 is a sectional side view showing a double reflector antenna device according to another embodiment of the present invention.
【図４】この発明の他の実施例のデータ処理のフローチ
ャートを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a flowchart of data processing according to another embodiment of the present invention.
【図５】従来のアンテナ装置を示す断面側面図である。FIG. 5 is a sectional side view showing a conventional antenna device.
【図６】従来の複反射鏡アンテナ装置を示す断面側面図
である。FIG. 6 is a sectional side view showing a conventional double reflector antenna device.
１ａ 元の主反射鏡 １ｂ 変形後の主反射鏡 ２ 一次放射器 ３ 一次放射器 ４ａ 元の電波の光路 ４ｂ 変形後の電波の光路 ８ 検出器 ９ 副反射鏡 １０ 主反射鏡骨組 １１ マウント部 １２ アンテナ駆動部 １３ アンテナ駆動制御装置 １４ 検出器の制御装置 １５ 記録装置Ｉ １６ 記録装置II １７ 副反射鏡駆動装置 ２０ コンピュータ ２１ 処理プログラムＩ ２２ 処理プログラムII ２３ 処理プログラムIII ２４ 処理プログラムIV 1a Original main reflector 1b Modified main reflector 2 Primary radiator 3 Primary radiator 4a Original radio wave optical path 4b Modified radio wave optical path 8 Detector 9 Secondary reflector 10 Main reflector mirror frame 11 Mounting part 12 Antenna drive unit 13 Antenna drive control device 14 Detector control device 15 Recording device I 16 Recording device II 17 Subreflector driving device 20 Computer 21 Processing program I 22 Processing program II 23 Processing program III 24 Processing program IV
Claims (1)
ら構成される複反射鏡アンテナ装置において、 主反射鏡の温度分布を測定する検出器と、この 検出器により検出された温度分布データから鏡面の
変形量を算出する鏡面変形量算出手段と、 この鏡面変形量算出手段により算出された上記鏡面の変
形量からアンテナ開口面上の位相誤差をモード解析して
収差係数を算出する収差係数算出手段と、 この収差係数算出手段により算出された上記収差係数に
基づいて電波の光路方向及びそのビームシフト量を求め
て 器差補正値を算出する器差補正値算出手段と、この 器差補正値算出手段により制御され上記器差補正値
に応じて主反射鏡を駆動制御するアンテナ駆動制御装置
とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。 1. A main reflector, the double reflector antenna apparatus composed of a sub-reflector 及 beauty primary radiator, a detector for measuring the temperature distribution of the main reflecting mirror, the temperature detected by the detector from the distribution data of the mirror
And specular deformation amount calculating means for calculating an amount of deformation, variations calculated in the mirror surface by the mirror surface deformation amount calculation means
Mode analysis of the phase error on the antenna aperture from the shape parameters
An aberration coefficient calculating unit for calculating an aberration coefficient, and the aberration coefficient calculated by the aberration coefficient calculating unit.
The direction of the optical path of the radio wave and its beam shift based on the
And instrumental error correction value calculating means for calculating an instrumental error correction value each, that an antenna driving control unit for driving and controlling the main reflector in accordance with the controlled said instrumental error correction value by the instrumental error correction value calculating means antenna equipment according to claim.
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