JP4060763B2 - Array antenna feeder and array antenna system using the same - Google Patents

Array antenna feeder and array antenna system using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナ給電装置に関し、特に、衛星搭載用のフェーズドアレーアンテナシステムに適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の衛星搭載用アンテナでは、給電系に冗長系を設けることで機器故障時用のバックアップ回路を構成している。例えば、放送衛星BS−2に搭載されている放送用アンテナは、反射鏡にアップリンク周波数である14GHz用のホーンと、ダウンリンク用(放送用)の12GHzのホーンがそれぞれ1台づつ搭載されて放送波の受信と送信とが行われている。この放送用アンテナでは、受信系では1つの現用系に1つの冗長系、送信系では2つの現用系(2つの放送チャンネルに相当する)に1つの冗長系が設けられ、現用系が故障したときに切り替えが行われて放送が継続され、放送衛星の信頼性が確保されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
また、他の衛星搭載用アンテナとして、ハイブリッドマトリックス増幅器を2つに分割し、増幅器の冗長系を設けたものと冗長系を設けないものを構成することにより、増幅器の故障時にその影響が大きいハイブリッドマトリックス増幅器については冗長系による補償ができ、増幅器の故障時にその影響が小さいハイブリッドマトリックス増幅器についてはその故障を許容する給電システムを構築したものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、図7に示すように、反射鏡に複数の給電ホーンを組み合わせた反射鏡型フェーズドアレーアンテナを衛星に搭載し、放射パターンを任意に変化させることにより、降雨域701の降雨減衰を補償する衛星搭載用フェーズドアレーアンテナシステムが提案されている(例えば、非特許文献2参照)。このフェーズドアレーアンテナシステムでは、図8(a)に示すように、ホーンアレー801は複数個のホーンをアレイ状に配置した構成となっており、図8(b)に示すように、直径10メートル程度の反射鏡802に200〜300個の給電ホーンを組み合わせることにより、サービスエリア内の晴天域には規定値の送信電力を放射しながら(図7(b)の「全国ビーム」参照)、直径100キロメートル程度の降雨域701には規定値+10デシベルの増力を行うことができる構成となっている(図7(b)の「増力ビーム」参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−284046号公報(段落番号0062)
【非特許文献1】
遠藤敬二、泉武弘共著「放送衛星の基礎知識」兼六館、第6章、衛星技術の図6−3(p.121)
【非特許文献2】
田中祥次、山田哲也、村田孝雄、“放送衛星搭載用フェーズドアレー給電反射鏡アンテナの放射パターンの検討”、電子情報通信学会 技術報告、AP2001−169、PP.61−67(2002−1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
前記非特許文献1の例は、送信系のみに着目すると、1つの反射鏡と1つのホーンからなるアンテナであり、チャンネル数にもよるが、1つのホーンあたり少なくとも1つの冗長系は設けられることになる。
【0007】
これに対して、図7に示すようなフェーズドアレーアンテナシステムでは、多数の給電ホーンを有する構成となっている。このようなフェーズドアレーアンテナにおける冗長系として、従来の技術にあるように1つのホーンに少なくとも1つの冗長系を設けた場合、当然のことながら、ホーンの数が200〜300個と多数配置されている場合は、全体として倍の数の冗長系が必要となり、給電回路が大規模なものになると同時に衛星への実装が困難となる。また、多数の冗長系を配置する場合には、フェーズドアレーアンテナシステムのコストも膨大なものとなる。
【0008】
また、現用系故障時の予備となる冗長系を共通の冗長系として別途設ける方法(特許文献1参照)も考えられるが、200〜300系統にも上る現用系に対応できる冗長系の数は少なくとも50系統程度は必要と考えられ、上記と同様な課題が生じる。
【0009】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的はアレーアンテナ給電装置の冗長系として、現用系を冗長系に転用することにより、スイッチ手段のみでコンパクトに冗長系を構成して、アレーアンテナ給電装置およびアレーアンテナシステムの信頼性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【0010】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0012】
(1)複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備え、前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路として、前記故障した給電回路よりも出力の小さな給電回路を選択するアレーアンテナ給電装置である。
【0014】
)前述した(1)に記載のアレーアンテナ給電装置であって、給電回路を切り替えた後に、放射素子が所望の放射パターンを放射するように、前記放射素子に給電する位相及び/又は振幅を制御する。
【0015】
)前述した(1)または(2)に記載のアレーアンテナ給電装置であって、前記スイッチ手段はマイクロ波マトリクススイッチである。
【0016】
)複数個の放射素子と、前記複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備え、前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路として、前記故障した給電回路よりも出力の小さな給電回路を選択するアレーアンテナシステムである。
【0017】
すなわち、故障した給電回路の冗長系として、他の現用系の給電回路を用いるようにスイッチ手段を制御するので、現用系とは別の冗長系を設ける必要も無く簡易な構成で冗長系を構成することができる。
【0018】
また、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続された給電回路で故障が生じた場合であっても、それより寄与の小さい給電回路を代わりに用いることにより、放射パターン品質の著しい劣化を防止することができる。
【0019】
その結果、冗長系をコンパクトに構成できると共に、アレーアンテナシステムの信頼性を向上させることができる。
【0020】
また、故障した給電回路の冗長系として、各給電系の放射パターン形成への寄与度に応じて、故障した給電系を切り替えることにより、放射パターン品質の劣化を最小限に抑えることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、フェーズドアレーアンテナの給電回路に関するものであり、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続された給電回路が故障した際に、故障した給電回路出力を放射素子から切り離すとともに、放射パターン形成への寄与が比較的小さな放射素子に接続された給電回路出力を、マトリクススイッチを用いて放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続することにより、アンテナ放射パターンの形状を著しく損なうことなく放射パターンを再形成することで、衛星搭載用フェーズドアレーアンテナの信頼性を向上させるものである。
【0022】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0023】
図1は本発明の一実施の形態であるアレーアンテナシステムの概略構成を説明するための図である。本実施の形態では、3本のホーンからなるアレーを例にして説明する。ここで、ホーンとはホーンアンテナの略であり、円錐ホーン、角錐ホーン、楕円ホーン等がある。放射素子は電波を放射する個々のアンテナの上位概念である。以下の説明において、ホーンと記載する場合も、一般的に放射素子と記載する場合もある。
【0024】
図1において、101a〜101cは第1〜第3のホーン、102a〜102cは第1〜第3の線路、103a〜103cは第1〜第3の方向性結合器、104a〜104cは第1〜第3の増幅器、105a〜105cは第1〜第3の位相・振幅制御器、106a〜106cは第1〜第3の出力レベルセンサ、107a〜107cは第1〜第3の給電回路、108はマトリクススイッチ制御回路(制御手段)、109はマイクロ波マトリクススイッチ(スイッチ手段)である。
【0025】
図1に示すように、第1のホーン101aには、マイクロ波マトリクススイッチ109を経て第1の給電回路107aが接続されている。同様に、第2のホーン101bには、マイクロ波マトリクススイッチ109を経て第2の給電回路107bが接続されている。同様に、第3のホーン101cには、マイクロ波マトリクススイッチ109を経て第3の給電回路107cが接続されている。第1〜第3の給電回路107a〜107cは、それぞれ第1〜第3の位相・振幅制御器105a〜105c、第1〜第3の増幅器104a〜104c、第1〜第3の方向性結合器103a〜103cから構成されている。
【0026】
放送波信号はそれぞれの給電回路107a〜107cの第1〜第3の位相・振幅制御器105a〜105cに入力される。マイクロ波マトリクススイッチ109は第1のホーン101aに接続された第1の線路102a、第2のホーン101bに接続された第2の線路102b、第3のホーン101cに接続された第3の線路102cからなる。第1〜第3の方向性結合器103a〜103cの結合出力は第1〜第3の出力レベルセンサ106a〜106cに入力された後、そのレベルに応じたデジタル信号がマトリクススイッチ制御回路108に入力され、その制御出力はマイクロ波マトリクススイッチ109中の第1〜第3の線路102a〜102cを切り替える。
【0027】
図1は、第1のホーン101aが故障した場合のマイクロ波マトリクススイッチ109の状態を表している。本実施形態では、3本のホーンに接続される第1〜第3の給電回路107a〜107cが正常に動作している場合、第1の方向性結合器103aの出力は第1の線路102aを経て第1のホーン101aに接続されている。同様に、第2の方向性結合器103bの出力は第2の線路102bを経て第2のホーン101bに接続されている。同様に、第3の方向性結合器103cの出力は第3の線路102cを経て第3のホーン101cに接続されている。ここでの状況として、第2のホーン101bの放射電力は第1および第3のホーン101a,101cに比べて小さいとする。ここで、第1の給電回路107aが故障した場合、マトリクススイッチ制御回路108は、第1〜第3の出力レベルセンサ106a〜106cの出力から第2のホーン101bの出力が最も小さいと判断し、第2の給電回路107bを冗長系にする判断を行う。これにより、マイクロ波マトリクススイッチ109の第2の線路102bが第2のホーン101bから切り離されると共に、第1の線路102aも故障した第1の給電回路107aから切り離されて、第2の給電回路107bの出力は第1のホーン101aに接続される。さらに、給電回路出力を切り替えた後、第2の給電回路107bの第2の位相・振幅制御器105bには、第1の給電回路107aの第1の位相・振幅制御器105aの設定値が設定され、放射パターンの著しい劣化を防ぐ。なお、給電回路を切り替えた後、所望の放射パターンとなるように、給電回路101bおよび101cの位相・振幅制御器105bおよび105cは再設計された励振位相および振幅に調整されることにより、放射パターンの劣化をさらに少なくすることができる。
【0028】
図2は本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの一例を示す図である。ただし、図2(a)は全ての給電回路が正常に動作している場合の図であり、図2(b)は第2の給電回路107bが故障している場合の図である。この例では放射素子として、4つのホーンを有するアレーアンテナシステムの場合について説明するが、第1〜第4の給電回路107a〜107d、第1〜第4のホーン101a〜101d、および図示しないマトリクススイッチ制御回路108は、図1に示すアレーアンテナシステムと同様である。
【0029】
図2(a),(b)から明らかなように、本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチは、4端子のうちの2端子ずつを接続する周知のマイクロ波帯の切り換えスイッチ(以下、スイッチと記す)から構成されており、このスイッチを16個用いてマトリクス状に接続することにより構成される。各スイッチ201a〜201d,203a〜203lは、端子Aと端子Cとを接続すると共に端子Bと端子Dとを接続する図2中に十字で示す第1の動作モードと、端子Aと端子Dとを接続すると共に端子Bと端子Cとを接続する第2の動作モードとを有している。各スイッチ201a〜201d,203a〜203lの切り換えは、マトリクススイッチ制御回路からの制御信号に基づいて制御される構成となっている。
【0030】
このように、本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチでは、16個のスイッチ201a〜201d,203a〜203lをマトリクス状に接続することにより、第1〜第4の給電回路107a〜107dの出力を4個のホーン101a〜101dのうちの何れにも供給可能としている。また、本実施の形態では、故障と判定した給電回路(例えば、第2の給電回路107b)の出力を終端抵抗202e〜202hの何れかに接続可能な構成とすると共に、第1〜第4の給電回路107a〜107dの何れにも接続されない終端抵抗202e〜202hを他の終端抵抗202a〜202dに接続する構成となっている。
【0031】
まず、図2(a)に基づいて、正常時すなわち全ての給電回路が正常に動作している場合における本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの動作を説明する。
【0032】
図2(a)から明らかなように、スイッチ201a〜201dは拡大図として示すように、第1の給電回路107aの出力が第1のホーン101aに、第2の給電回路107bの出力が第2のホーン101bに、第3の給電回路107cの出力が第3のホーン101cに、第4の給電回路107dの出力が第4のホーン1dに接続されるように制御されている。203a〜203lで示すその他のスイッチ(十字で表している)は、図面において、上から下へ、左から右への信号経路となるように接続される(図2(a)の左下に示す接続となる)。終端抵抗202a〜202hは、図2(a)に示すように接続され、フェーズドアレーアンテナが正常に動作しているときには、全給電回路(第1〜第4の給電回路107a〜107d)の出力は、すべてホーン(第1〜第4のホーン101a〜101d)に接続される。
【0033】
このように、第1〜第4の給電回路107a〜107dの全てが正常に動作している場合には、第1の給電回路107aが第1のホーン101aに、第2の給電回路107bが第2のホーン101bに、第3の給電回路107cが第3のホーン101cに、第4の給電回路107dが第4のホーン101dに、それぞれ接続されるように各スイッチ201a〜201d,203a〜203lが制御される。
【0034】
例えば、第1の給電回路107aから出力される給電信号が第1のホーン101aに給電される経路では、まず第1の給電回路107aの出力は第2の動作モードのスイッチ201aのA端子に入力され、給電信号はD端子より出力される。スイッチ201aのD端子より出力された給電信号は第1の動作モードのスイッチ203aのB端子に入力され、D端子より出力される。スイッチ203aのD端子より出力された給電信号は第1の動作モードのスイッチ203bのB端子に入力され、D端子より出力される。スイッチ203bのD端子より出力された給電信号は第1の動作モードのスイッチ203cのB端子に入力され、D端子に接続される第1のホーン101aに給電される。他の給電回路107b〜107dから出力された給電信号も、前述と同様にして、それぞれ第2〜第4のホーン101b〜101dに給電される。
【0035】
このとき、スイッチ201aは第2の動作モードとなっているので、終端抵抗202aはB端子を介してスイッチ201aのC端子に接続される。ここで、スイッチ203d,203g,203jはそれぞれ第1の動作モードとなっているので、スイッチ203d,203g,203jのA端子とC端子とが接続される。よって、終端抵抗202aと終端抵抗202eとが接続され、この信号線路の電位はグランドに固定される。なお、他の終端抵抗202b〜202d,202f〜202hが接続される信号線路も、前述と同様に、グランドに固定される。
【0036】
次に、図2(b)に基づいて、故障時すなわち給電回路に故障が生じた場合における本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの動作を説明する。以下の説明では、第2の給電回路107bに故障が生じた場合について説明するが、第1〜第4の給電回路107a〜107dの何れに故障が生じた場合も同様の動作となる。また、以下の説明では、正常に動作している現用系の給電回路(第1,第3,第4の給電回路107a,107c,107d)のうちで、最も出力電力が小さい給電回路(第1の給電回路107a)を故障した給電回路(第2の給電回路107b)の代わりに用いる構成としたが、これに限定されることはなく、正常に動作している現用系の給電回路のうちで、放射パターンへの寄与度に応じて故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を選択することによっても、放射パターンへの影響を抑えることができることはいうまでもない。
【0037】
図2(b)から明らかなように、第2の給電回路107bが故障した場合、第2のホーン101bに接続していたスイッチ201bは十字になり、故障した第2の給電回路107bの出力は終端抵抗202fに終端される。同時に、最も出力電力が小さいと判断された第1のホーン101aが第1の給電回路107aから切り離されるとともに、スイッチ203dが十字から第1の給電回路107aに第2のホーン101bを接続するように動作する。このとき、第1のホーン101aの入力は終端抵抗202aに終端される。以上の結果、フェーズドアレーアンテナとしては第1の給電回路107aが第2のホーン101bに、第3の給電回路107cは第3のホーン101cに、第4の給電回路107dは第4のホーン101dにそれぞれ接続されて放射パターンの再形成が行われる。
【0038】
このように、図2(a)に示す状態(全ての給電回路が正常に動作している状態)から第2の給電回路107bが故障した場合には、故障した第2の給電回路107bは第2のホーン101bから切り離されると共に、最も出力電力の小さいホーンに励振電力を給電していた給電回路、例えば、第1の給電回路107aが第1のホーン101aから切り離され、この切り離された第1の給電回路107aが第2のホーン101bに接続されるように制御される。そして、第1の給電回路107aに第2の給電回路107bに設定されていた設定値を設定するために、図示しないビーム形成回路の設定値が更新され、第2のホーン101bには故障した第2の給電回路107bが供給していた励起電力と同じ出力の励起電力が供給される。
【0039】
以下、本発明の実施の形態についてさらに説明する。
例えば図8に示される衛星搭載用フェーズドアレーアンテナにおいて、サービスエリアを覆う放射パターンを形成した場合、ホーンアレー801の励振電力分布はアレー中心部から周辺部へテーパー状に小さくなっており、アレー中心部に配置される放射素子ほど放射パターン形成への寄与が大きい。また、ホーンアレー801の周辺部に配置されるホーンは、概ね、放射パターンにおけるサイドロープレベルの抑圧に寄与している。
【0040】
図3は、サービスエリア(日本)の晴天域を均一な放射電力で照射しつつ、降雨域701のみ(ここでは東京都、図7参照)の放射電力を増力した時の給電ホーンアレーの励振電力分布である。給電ホーンの数は173個の場合で、最も電力値の高いホーンを赤色で示し、電力値が低くなっていくにしたがってオレンジ、黄色、緑、青の各色で示している。なお、本明細書添付の図3には色は表示されていないが、図3の原本では中心部には赤色のホーンが多く分布し、周辺部には青色のホーンが多く分布している(後述する図5(b)、図6(b)においても同様である)。図3から給電ホーンアレーの励振電力はアレー中心部の放射素子ほど大きく放射パターン形成への寄与が大きいことがわかる。また、アレー周辺部の放射素子は電力レベルが小さいながらもサイドロープの抑圧に寄与しており、例えば図7の降雨域701が東京からその他の地域に移動した場合は、その移動に応じて、周辺部の特定の放射素子の電力が5dB程度上昇することも考えられる。しかしながら、アレー中央部の放射素子の大半が黄色から赤色で放射パターンの形成に寄与しているのに対して、周辺部のすべての放射素子が放射パターンの形成に寄与してはいない。図4は、図3に示した励振電力分布で10メートルの反射鏡を使って放射パターンを形成した場合の一例である。日本の形状に沿って目的とする放射パターン(晴天域401、降雨域402)が形成されている。ここでの放射パターンの設計手法は非特許文献2に詳しく述べているのでここでは省略する。
【0041】
このような衛星搭載用フェーズドアレーアンテナシステムにおいて、アレー中央部のホーンに接続された増幅器(電力増幅器)などの能動素子(現用系)が故障した場合は、放射パターンの形成に影響を与え、晴天域のサービスエリアを均一な放射電力で照射できないなどの影響が出てくる。例えば、図5(b)に示すように、中央部の放射素子に励起電力を給電する給電回路のうちで、白丸○502で示す放射素子に接続される給電回路が故障した場合には、図5(a)に示すように点線で示す領域501の晴天域にレベルの落ち込みが生じ、均一な電力で照射することが困難になる。特に、給電回路部品の故障が、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続された給電回路で生じた場合は、放射パターン品質の著しい劣化が生じることとなる。これを解決するためには、従来技術によれば、給電回路を2重化する方法が考えられるが、膨大な数の冗長系を用意する必要があるとともに、アレーアンテナは波長程度の放射素子間隔で放射素子が配置されるため給電系の実装も困難となる。これに対して、本実施形態ではマトリックススイッチを用いることでコンパクトに冗長系を構成することができる。
【0042】
図6(a)は本発明の実施形態による放射パターンの一例であり、図6(b)は本発明の実施形態による給電ホーンの励振電力分布の一例である。
【0043】
本発明の実施の形態では、図6(b)に502で示した中央部の放射素子に励振電力を供給する給電回路が故障した時に、放射パターンヘの寄与が少ない放射素子である図6(b)の白丸602で示す放射素子に励振電力を供給する給電回路を用いて、図6(b)に502で示した中央部の放射素子に励振電力を供給する。その結果、図6(b)に白丸602で示す放射素子を使用せずに放射パターンを形成する。白丸602で示す放射素子を使用しないため放射パターンの劣化が予想されるが、最も電力レベルの小さい周辺部の放射素子である白丸602で示す放射素子に励振電力を供給する給電回路を冗長系として使用するため、図6(a)に示すように、601で示すサイドローブが若干乱れるのみで、放射パターンの劣化はほとんど生じないこととなる。すなわち、放射パターンの形成に寄与するホーンのうちで、最も電力レベルの小さい周辺部のホーンの出力が停止されるのみとなるので、放射パターンの劣化はほとんど生じないこととなる。
【0044】
以上説明したように、本発明の実施形態は、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子用の給電回路の故障時に、放射パターン形成への寄与が比較的小さな放射素子に接続されている給電回路の出力を、マイクロ波マトリクススイッチを用いて放射パターン整形への寄与が大きい放射素子に切り替えることで、放射パターンの著しい劣化を防ぐものである。ここで、放射パターンヘの「寄与が大きい」「寄与が小さい」の区別はホーンアレー801の中央部と周辺部の場所的な違いのみで判断することも可能であるが、さらに正確な判定を行うために、各給電線路中の増幅器(電力増幅器)の出力部に組み込まれた方向性結合器の出力を出力レベルセンサーなどによりモニタリングすることにより行う。なお、マイクロ波マトリクススイッチはマイクロ波回路などで一般的に用いられるもので構成することができる。
【0045】
また、本発明の実施形態のフェーズドアレーアンテナシステムは、故障系および冗長系の給電回路出力の切り替え回路を、マイクロ波スイッチからなるマトリクス回路で構成するとともに、そのマトリクス回路は、故障した給電回路出力および故障した給電回路に接続されていたホーンの入力の両方が、切り替え作業と同時に終端抵抗に終端される。
【0046】
また、本発明の実施形態のフェーズドアレーアンテナシステムでは、複数の給電回路に故障が起こった場合でも、フェーズドアレーアンテナの放射素子に接続される給電回路の出力について、出力が最も小さい給電回路から順次、故障時の冗長系にすることにより、別途予備系の給電回路を必要としない。
【0047】
以上説明した本実施形態により、放射パターン形成への寄与が大きいホーンに接続された給電回路で故障が生じた場合であっても、放射パターン品質の著しい劣化を防止することができる。
【0048】
また、本実施の形態では、現用系の給電回路を冗長系の給電回路に用いる構成となっているので、特別な冗長系の給電回路が不要となることから給電部の規模を小さくすることができ、アレーアンテナシステムのコストの低廉化を図ることができる。
【0049】
さらには、特別な冗長系の給電回路が不要となることから給電部の規模を小さくすることができるので、衛星搭載用アレーアンテナシステムの重要な要素である重量の増加を抑えることができる。
【0050】
なお、本実施の形態のアレーアンテナシステムでは、フェーズドアレーアンテナの場合について説明したが、これに限定されることはない。
【0051】
また、本実施の形態のアレーアンテナシステムでは、故障した給電回路よりも出力が小さい他の現用系の給電回路を用いて、故障した給電回路に接続されていたホーンに励振電力を給電する構成としたが、故障した給電回路が多くなってしまった場合には、放射パターンの再設計が必要となる場合もあることはいうまでもない。
【0052】
さらには、本実施の形態のアレーアンテナシステムでは、給電回路とホーンとの組み合わせを任意に設定可能となるマイクロ波マトリクススイッチを備える構成としたが、これに限定されることはなく、例えば、給電回路とホーンとの組み合わせを制限しておき、この制限された組み合わせのうちで、故障した給電回路を現用系の給電回路で置き換える構成とすることによって、マイクロ波マトリクススイッチの回路規模を小さくすることができる。
【0053】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0054】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0055】
現用系のほかに別途冗長系を設ける必要がなく、給電系の多重化など予備給電回路を設置することが困難なアレーアンテナにおいて、簡単な構成で冗長系を形成することができ、衛星放送の信頼性を向上できる。
【0056】
また、冗長系が不要となることから給電回路の規模が小さくなり、コストの低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるアレーアンテナシステムの概略構成を説明するための図である。
【図2】本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの一例を示す図である。
【図3】降雨域のみの放射電力を増力した時の1次給電アレーの励振電力分布の一例を示したシミュレーション結果の写真である。
【図4】図3に示す励振電力分布での放射パターンの図である。
【図5】給電回路が故障した場合の放射パターンと励振電力分布とを説明するためのシミュレーション結果の写真である。
【図6】本願発明を適用して故障した給電回路を他の現用系の給電回路で置き換えた場合の放射パターンと励振電力分布とを説明するためのシミュレーション結果の写真である。
【図7】日本を覆う衛星搭載フェーズドアレーアンテナによる降雨減衰補償の概略構成を説明するための図である。
【図8】放送衛星に搭載する反射鏡型フェーズドアレーアンテナの概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
101a〜101d…第1〜第4のホーン
102a〜102c…第1〜第3の線路
103a〜103b…第1〜第3の方向性結合器
104a〜104c…第1〜第3の増幅器
105a〜105c…第1〜第3の位相・振幅制御器
106a〜106c…第1〜第3の出力レベルセンサ
107a〜107d…第1〜第4の給電回路
108…マトリクススイッチ制御回路
109…マイクロ波マトリクススイッチ
201a〜201d,203a〜203l…スイッチ
202a〜202h…終端抵抗
801…ホーンアレー
802…反射鏡
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an array antenna feeding apparatus, and more particularly to a technique effective when applied to a phased array antenna system for satellite installation.
[0002]
[Prior art]
In a conventional satellite-mounted antenna, a backup circuit for equipment failure is configured by providing a redundant system in the power feeding system. For example, the broadcasting antenna mounted on the broadcasting satellite BS-2 has a 14 GHz horn for the uplink frequency and a 12 GHz horn for the downlink (for broadcasting) each mounted on the reflector. Broadcast waves are received and transmitted. In this broadcasting antenna, when one active system is provided in the receiving system, one redundant system is provided in the transmitting system, and one redundant system is provided in the transmitting system (corresponding to two broadcast channels), and the active system fails. The broadcast is continued and the reliability of the broadcasting satellite is ensured (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
Also, as another satellite-mounted antenna, a hybrid matrix amplifier is divided into two, and a configuration in which a redundant system of the amplifier is provided and a configuration in which a redundant system is not provided constitutes a hybrid that has a large effect when an amplifier fails. As for the matrix amplifier, there is a hybrid system amplifier that can compensate by a redundant system and has a small influence on the failure of the amplifier, and has built a power supply system that allows the failure (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
In addition, as shown in FIG. 7, a reflector-type phased array antenna in which a plurality of feeding horns are combined with a reflector is mounted on a satellite, and the radiation pattern is arbitrarily changed to compensate for rain attenuation in the rain region 701. A satellite-mounted phased array antenna system has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2). In this phased array antenna system, as shown in FIG. 8A, the horn array 801 has a configuration in which a plurality of horns are arranged in an array. As shown in FIG. 8B, the diameter is about 10 meters. By combining 200 to 300 feeding horns with the reflecting mirror 802, radiating prescribed transmission power to the clear sky area in the service area (see “national beam” in FIG. 7B), the diameter 100 The rain region 701 of about a kilometer is configured to be able to increase the specified value +10 decibels (see “intensifying beam” in FIG. 7B).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-284046 (paragraph number 0062)
[Non-Patent Document 1]
Keiji Endo and Takehiro Izumi, “Basic Knowledge of Broadcasting Satellites” Kenrokukan, Chapter 6, Figure 6-3 of Satellite Technology (p.121)
[Non-Patent Document 2]
Shoji Tanaka, Tetsuya Yamada, Takao Murata, “Examination of radiation pattern of phased array fed reflector antenna for broadcasting satellite”, IEICE Technical Report, AP2001-169, PP. 61-67 (2002-1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of examining the prior art, the present inventor has found the following problems.
The example of Non-Patent Document 1 is an antenna composed of one reflector and one horn when focusing only on the transmission system, and depending on the number of channels, at least one redundant system is provided per horn. become.
[0007]
On the other hand, the phased array antenna system as shown in FIG. 7 has a configuration having a large number of feeding horns. As a redundant system in such a phased array antenna, when at least one redundant system is provided in one horn as in the prior art, naturally, a large number of horns of 200 to 300 are arranged. If this is the case, a double number of redundant systems are required as a whole, and the power supply circuit becomes large, and at the same time, it is difficult to mount on a satellite. In addition, when a large number of redundant systems are arranged, the cost of the phased array antenna system also becomes enormous.
[0008]
A method of separately providing a redundant system as a common redundant system in case of failure of the active system is also conceivable (see Patent Document 1). However, at least the number of redundant systems capable of supporting 200 to 300 active systems is at least. About 50 systems are considered necessary, and the same problems as described above arise.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to use a redundant system as a redundant system of an array antenna power supply device, and to convert the current system into a redundant system, so that the redundant system can be made compact by using only switch means. To provide a technique capable of improving the reliability of the array antenna feeding device and the array antenna system.
[0010]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
[0012]
(1) A plurality of power supply circuits for supplying excitation power to each of a plurality of radiation elements, and the plurality Pieces The radiating element and the plurality Pieces Switch means for switching the connection with the power supply circuit, and when any power supply circuit of the plurality of power supply circuits fails, the failed power supply circuit is disconnected from the radiating element, and from among the plurality of power supply circuits Control means for controlling the switch means to connect a power feeding circuit used in place of the selected faulty power feeding circuit to the disconnected radiating element; A power supply circuit having a smaller output than the failed power supply circuit is selected as a power supply circuit used in place of the failed power supply circuit. This is an array antenna feeder.
[0014]
( 2 ) (1) ) In the array antenna feeding device described above, after switching the feeding circuit, the phase and / or amplitude of feeding to the radiating element is controlled so that the radiating element radiates a desired radiation pattern.
[0015]
( 3 ) (1) mentioned above Or (2) In the array antenna feeding device according to claim 1, the switch means is a microwave matrix switch.
[0016]
( 4 ) A plurality of radiating elements; a plurality of power feeding circuits for feeding excitation power to each of the plurality of radiating elements; Pieces The radiating element and the plurality Pieces Switch means for switching the connection with the power supply circuit, and when any power supply circuit of the plurality of power supply circuits fails, the failed power supply circuit is disconnected from the radiating element, Said Selected from a plurality of feeder circuits Said The power supply circuit used in place of the failed power supply circuit was disconnected. Said To connect to the radiating element Said Control means for controlling the switch means, A power supply circuit having a smaller output than the failed power supply circuit is selected as a power supply circuit used in place of the failed power supply circuit. This is an array antenna system.
[0017]
That is, as the redundant system of the failed power supply circuit, the switch means is controlled to use another power supply circuit of the current system, so it is not necessary to provide a redundant system different from the current system, and the redundant system is configured with a simple configuration. can do.
[0018]
In addition, even when a failure occurs in a power supply circuit connected to a radiation element that has a large contribution to radiation pattern formation, the radiation pattern quality can be significantly degraded by using a power supply circuit that has a smaller contribution instead. Can be prevented.
[0019]
As a result, the redundant system can be configured compactly, and the reliability of the array antenna system can be improved.
[0020]
Further, as a redundant system of the failed power supply circuit, the deterioration of the radiation pattern quality can be minimized by switching the failed power supply system according to the contribution degree of each power supply system to the radiation pattern formation.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention relates to a feeding circuit of a phased array antenna, and when a feeding circuit connected to a radiating element having a large contribution to the formation of a radiation pattern fails, the failed feeding circuit output is output from the radiating element. By separating the feed circuit output connected to the radiation element that has a relatively small contribution to the radiation pattern formation and connecting to the radiation element having a large contribution to the radiation pattern formation using a matrix switch, The reliability of the satellite-mounted phased array antenna is improved by reforming the radiation pattern without significantly degrading the antenna.
[0022]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.
[0023]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of an array antenna system according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, an explanation will be given taking an array of three horns as an example. Here, the horn is an abbreviation for a horn antenna, and includes a conical horn, a pyramid horn, an elliptical horn and the like. A radiating element is a superordinate concept of individual antennas that radiate radio waves. In the following description, it may be described as a horn or generally as a radiating element.
[0024]
1, 101a to 101c are first to third horns, 102a to 102c are first to third lines, 103a to 103c are first to third directional couplers, and 104a to 104c are first to third horns. Third amplifiers 105a to 105c are first to third phase / amplitude controllers, 106a to 106c are first to third output level sensors, 107a to 107c are first to third power supply circuits, and 108 is A matrix switch control circuit (control means) 109 is a microwave matrix switch (switch means).
[0025]
As shown in FIG. 1, a first power supply circuit 107 a is connected to the first horn 101 a via a microwave matrix switch 109. Similarly, a second power feeding circuit 107b is connected to the second horn 101b via a microwave matrix switch 109. Similarly, a third power feeding circuit 107 c is connected to the third horn 101 c via a microwave matrix switch 109. The first to third power feeding circuits 107a to 107c include first to third phase / amplitude controllers 105a to 105c, first to third amplifiers 104a to 104c, and first to third directional couplers, respectively. 103a to 103c.
[0026]
The broadcast wave signal is input to the first to third phase / amplitude controllers 105a to 105c of the power feeding circuits 107a to 107c. The microwave matrix switch 109 includes a first line 102a connected to the first horn 101a, a second line 102b connected to the second horn 101b, and a third line 102c connected to the third horn 101c. Consists of. The combined outputs of the first to third directional couplers 103a to 103c are input to the first to third output level sensors 106a to 106c, and then a digital signal corresponding to the level is input to the matrix switch control circuit 108. The control output switches the first to third lines 102 a to 102 c in the microwave matrix switch 109.
[0027]
FIG. 1 shows the state of the microwave matrix switch 109 when the first horn 101a fails. In the present embodiment, when the first to third feeding circuits 107a to 107c connected to the three horns are operating normally, the output of the first directional coupler 103a is transmitted through the first line 102a. Then, it is connected to the first horn 101a. Similarly, the output of the second directional coupler 103b is connected to the second horn 101b via the second line 102b. Similarly, the output of the third directional coupler 103c is connected to the third horn 101c via the third line 102c. As a situation here, it is assumed that the radiated power of the second horn 101b is smaller than that of the first and third horns 101a and 101c. Here, when the first power supply circuit 107a fails, the matrix switch control circuit 108 determines that the output of the second horn 101b is the smallest from the outputs of the first to third output level sensors 106a to 106c, It is determined that the second power feeding circuit 107b is a redundant system. As a result, the second line 102b of the microwave matrix switch 109 is disconnected from the second horn 101b, and the first line 102a is also disconnected from the failed first power supply circuit 107a, and the second power supply circuit 107b. Is connected to the first horn 101a. Further, after switching the power feeding circuit output, the setting value of the first phase / amplitude controller 105a of the first power feeding circuit 107a is set in the second phase / amplitude controller 105b of the second power feeding circuit 107b. And prevent significant degradation of the radiation pattern. It should be noted that the phase / amplitude controllers 105b and 105c of the power supply circuits 101b and 101c are adjusted to the redesigned excitation phase and amplitude so that a desired radiation pattern is obtained after switching the power supply circuit. Can be further reduced.
[0028]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the microwave matrix switch of the present embodiment. However, FIG. 2A is a diagram when all the power supply circuits are operating normally, and FIG. 2B is a diagram when the second power supply circuit 107b is out of order. In this example, the case of an array antenna system having four horns as a radiating element will be described. However, first to fourth feeding circuits 107a to 107d, first to fourth horns 101a to 101d, and a matrix switch (not shown) The control circuit 108 is similar to the array antenna system shown in FIG.
[0029]
As is clear from FIGS. 2A and 2B, the microwave matrix switch of this embodiment is a known microwave band changeover switch (hereinafter referred to as a switch) that connects two of the four terminals. It is configured by connecting 16 switches in a matrix form. Each of the switches 201a to 201d and 203a to 203l connects the terminal A and the terminal C and connects the terminal B and the terminal D together with the first operation mode indicated by a cross in FIG. And a second operation mode in which the terminal B and the terminal C are connected. Switching of each of the switches 201a to 201d and 203a to 203l is controlled based on a control signal from the matrix switch control circuit.
[0030]
As described above, in the microwave matrix switch according to the present embodiment, the 16 switches 201a to 201d and 203a to 203l are connected in a matrix form so that the outputs of the first to fourth power feeding circuits 107a to 107d are four. Supply to any of the horns 101a to 101d is possible. In the present embodiment, the output of the power supply circuit (for example, the second power supply circuit 107b) determined to be faulty can be connected to any of the termination resistors 202e to 202h, and the first to fourth The terminal resistors 202e to 202h that are not connected to any of the power feeding circuits 107a to 107d are connected to the other terminal resistors 202a to 202d.
[0031]
First, based on FIG. 2A, the operation of the microwave matrix switch of the present embodiment when it is normal, that is, when all the power supply circuits are operating normally will be described.
[0032]
As is clear from FIG. 2A, the switches 201a to 201d have an output from the first power feeding circuit 107a to the first horn 101a and an output from the second power feeding circuit 107b to the second as shown in an enlarged view. The horn 101b is controlled so that the output of the third feeding circuit 107c is connected to the third horn 101c and the output of the fourth feeding circuit 107d is connected to the fourth horn 1d. Other switches (represented by a cross) indicated by 203a to 203l are connected to form a signal path from the top to the bottom and from the left to the right in the drawing (the connection shown at the bottom left in FIG. 2A). Becomes). Termination resistors 202a to 202h are connected as shown in FIG. 2A, and when the phased array antenna is operating normally, the outputs of all the feeding circuits (first to fourth feeding circuits 107a to 107d) are , All are connected to horns (first to fourth horns 101a to 101d).
[0033]
As described above, when all of the first to fourth power supply circuits 107a to 107d are operating normally, the first power supply circuit 107a is used as the first horn 101a and the second power supply circuit 107b is used as the first power supply circuit. The switches 201a to 201d and 203a to 203l are connected to the second horn 101b so that the third feeding circuit 107c is connected to the third horn 101c and the fourth feeding circuit 107d is connected to the fourth horn 101d. Be controlled.
[0034]
For example, in the path where the power supply signal output from the first power supply circuit 107a is supplied to the first horn 101a, the output of the first power supply circuit 107a is first input to the A terminal of the switch 201a in the second operation mode. The power supply signal is output from the D terminal. The power supply signal output from the D terminal of the switch 201a is input to the B terminal of the switch 203a in the first operation mode and output from the D terminal. The power feeding signal output from the D terminal of the switch 203a is input to the B terminal of the switch 203b in the first operation mode and output from the D terminal. The power supply signal output from the D terminal of the switch 203b is input to the B terminal of the switch 203c in the first operation mode, and is supplied to the first horn 101a connected to the D terminal. The power supply signals output from the other power supply circuits 107b to 107d are also supplied to the second to fourth horns 101b to 101d, respectively, in the same manner as described above.
[0035]
At this time, since the switch 201a is in the second operation mode, the termination resistor 202a is connected to the C terminal of the switch 201a via the B terminal. Here, since the switches 203d, 203g, and 203j are each in the first operation mode, the A terminal and the C terminal of the switches 203d, 203g, and 203j are connected. Therefore, the termination resistor 202a and the termination resistor 202e are connected, and the potential of this signal line is fixed to the ground. Note that the signal lines to which the other termination resistors 202b to 202d and 202f to 202h are connected are also fixed to the ground as described above.
[0036]
Next, based on FIG. 2B, the operation of the microwave matrix switch of the present embodiment at the time of failure, that is, when a failure occurs in the power feeding circuit will be described. In the following description, a case where a failure occurs in the second power feeding circuit 107b will be described, but the same operation is performed when any of the first to fourth power feeding circuits 107a to 107d fails. Further, in the following description, among the currently operating power supply circuits (first, third, and fourth power supply circuits 107a, 107c, and 107d) that are operating normally, the power supply circuit having the smallest output power (the first power supply circuit). The power supply circuit 107a) is used in place of the failed power supply circuit (second power supply circuit 107b), but the present invention is not limited to this. It goes without saying that the influence on the radiation pattern can also be suppressed by selecting a power feeding circuit to be used instead of the failed power feeding circuit in accordance with the contribution to the radiation pattern.
[0037]
As apparent from FIG. 2B, when the second power supply circuit 107b fails, the switch 201b connected to the second horn 101b becomes a cross, and the output of the failed second power supply circuit 107b is It is terminated by a termination resistor 202f. At the same time, the first horn 101a determined to have the lowest output power is disconnected from the first power supply circuit 107a, and the switch 203d connects the second horn 101b from the cross to the first power supply circuit 107a. Operate. At this time, the input of the first horn 101a is terminated by the termination resistor 202a. As a result, as the phased array antenna, the first feeding circuit 107a is connected to the second horn 101b, the third feeding circuit 107c is connected to the third horn 101c, and the fourth feeding circuit 107d is connected to the fourth horn 101d. Each is connected to recreate the radiation pattern.
[0038]
Thus, when the second power supply circuit 107b fails from the state shown in FIG. 2A (a state where all the power supply circuits are operating normally), the failed second power supply circuit 107b is The first horn 101a is disconnected from the power supply circuit, for example, the first power supply circuit 107a, which is disconnected from the second horn 101b and supplies the excitation power to the horn having the smallest output power. The feeding circuit 107a is controlled to be connected to the second horn 101b. Then, in order to set the set value set in the second feed circuit 107b in the first feed circuit 107a, the set value of the beam forming circuit (not shown) is updated, and the second horn 101b is damaged. Excitation power having the same output as the excitation power supplied by the second power supply circuit 107b is supplied.
[0039]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described.
For example, in the satellite-mounted phased array antenna shown in FIG. 8, when the radiation pattern covering the service area is formed, the excitation power distribution of the horn array 801 decreases in a tapered manner from the array center to the periphery. The radiating elements arranged in (1) have a larger contribution to the radiation pattern formation. In addition, the horn arranged in the peripheral portion of the horn array 801 generally contributes to suppression of the side rope level in the radiation pattern.
[0040]
FIG. 3 shows the excitation power distribution of the feeding horn array when the radiant power of only the rainfall area 701 (here, Tokyo, see FIG. 7) is increased while irradiating the clear sky area of the service area (Japan) with uniform radiated power. It is. The number of feeding horns is 173, the horn with the highest power value is shown in red, and the power values are shown in orange, yellow, green, and blue as the power value decreases. In addition, although color is not displayed in FIG. 3 attached to this specification, in the original of FIG. 3, many red horns are distributed in the central part, and many blue horns are distributed in the peripheral part ( The same applies to FIGS. 5B and 6B described later). It can be seen from FIG. 3 that the excitation power of the feeding horn array is larger for the radiating element at the center of the array and contributes greatly to the radiation pattern formation. In addition, the radiating elements in the periphery of the array contribute to the suppression of the side rope while the power level is small. For example, when the rain region 701 in FIG. 7 moves from Tokyo to other regions, according to the movement, It is also conceivable that the power of a specific radiating element in the peripheral portion increases by about 5 dB. However, most of the radiating elements in the central part of the array are yellow to red and contribute to the formation of the radiation pattern, whereas all the radiating elements in the peripheral part do not contribute to the formation of the radiation pattern. FIG. 4 shows an example in which a radiation pattern is formed using a 10-meter reflector with the excitation power distribution shown in FIG. A target radiation pattern (a clear sky region 401, a rain region 402) is formed along the shape of Japan. Since the design method of the radiation pattern here is described in detail in Non-Patent Document 2, it is omitted here.
[0041]
In such a satellite-mounted phased array antenna system, if an active element (active system) such as an amplifier (power amplifier) connected to the horn at the center of the array fails, it affects the formation of the radiation pattern and causes a clear sky. Effects such as inability to irradiate the service area with uniform radiant power. For example, as shown in FIG. 5 (b), when a feeding circuit connected to the radiating element indicated by a white circle ○ 502 out of the feeding circuits that feeds excitation power to the radiating element in the center, As shown in FIG. 5A, a level drop occurs in the clear sky region 501 indicated by the dotted line, and it becomes difficult to irradiate with uniform power. In particular, when a failure of the power feeding circuit component occurs in a power feeding circuit connected to a radiation element that greatly contributes to radiation pattern formation, the radiation pattern quality is significantly degraded. In order to solve this, according to the prior art, a method of duplicating the feeding circuit can be considered, but it is necessary to prepare an enormous number of redundant systems, and the array antenna has a radiating element spacing of about the wavelength. Since the radiating elements are arranged, it is difficult to mount the feeding system. On the other hand, in the present embodiment, a redundant system can be configured compactly by using a matrix switch.
[0042]
FIG. 6A is an example of the radiation pattern according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6B is an example of the excitation power distribution of the feeding horn according to the embodiment of the present invention.
[0043]
In the embodiment of the present invention, FIG. 6B is a radiating element that contributes little to the radiation pattern when a power supply circuit that supplies excitation power to the central radiating element indicated by 502 in FIG. ) Is used to supply the excitation power to the central radiation element indicated by 502 in FIG. 6B. As a result, a radiation pattern is formed without using the radiation element indicated by the white circle 602 in FIG. Since the radiation pattern indicated by the white circle 602 is not used, the radiation pattern is expected to deteriorate. However, a power supply circuit that supplies excitation power to the radiation element indicated by the white circle 602 that is the peripheral radiation element having the lowest power level is used as a redundant system. Since it is used, as shown in FIG. 6A, the side lobe indicated by 601 is only slightly disturbed, and the radiation pattern hardly deteriorates. That is, among the horns that contribute to the formation of the radiation pattern, the output of the peripheral horn with the lowest power level is only stopped, so that the radiation pattern hardly deteriorates.
[0044]
As described above, the embodiment of the present invention is a power supply circuit that is connected to a radiation element that has a relatively small contribution to the formation of a radiation pattern when a power supply circuit for the radiation element that has a large contribution to the formation of the radiation pattern has failed. Is switched to a radiation element having a large contribution to the radiation pattern shaping using a microwave matrix switch, thereby preventing a significant deterioration of the radiation pattern. Here, the distinction between “large contribution” and “small contribution” to the radiation pattern can be determined only by the locational difference between the central portion and the peripheral portion of the horn array 801, but in order to make a more accurate determination. In addition, the output of a directional coupler incorporated in the output section of an amplifier (power amplifier) in each feed line is monitored by an output level sensor or the like. Note that the microwave matrix switch can be constituted by a component generally used in a microwave circuit or the like.
[0045]
In the phased array antenna system according to the embodiment of the present invention, the switching circuit between the faulty and redundant power supply circuit outputs is configured by a matrix circuit composed of microwave switches, and the matrix circuit has a faulty power supply circuit output. Both the input of the horn connected to the faulty power supply circuit and the termination resistor are terminated simultaneously with the switching operation.
[0046]
Further, in the phased array antenna system according to the embodiment of the present invention, even when a failure occurs in a plurality of power feeding circuits, the power feeding circuit connected to the radiating element of the phased array antenna is sequentially output from the power feeding circuit with the smallest output. By making a redundant system at the time of failure, a separate standby power supply circuit is not required.
[0047]
According to the present embodiment described above, even when a failure occurs in the power feeding circuit connected to the horn that greatly contributes to the formation of the radiation pattern, it is possible to prevent the deterioration of the radiation pattern quality.
[0048]
Further, in the present embodiment, since the active power feeding circuit is used for the redundant power feeding circuit, a special redundant power feeding circuit is not required, so the scale of the power feeding unit can be reduced. Thus, the cost of the array antenna system can be reduced.
[0049]
Furthermore, since a special redundant power supply circuit is not required, the scale of the power supply unit can be reduced, and an increase in weight, which is an important element of the satellite-mounted array antenna system, can be suppressed.
[0050]
In addition, in the array antenna system of this Embodiment, although the case of the phased array antenna was demonstrated, it is not limited to this.
[0051]
Further, in the array antenna system of the present embodiment, a configuration is used in which excitation power is supplied to the horn connected to the failed power supply circuit using another active power supply circuit whose output is smaller than that of the failed power supply circuit. However, it goes without saying that the radiation pattern may need to be redesigned when the number of failed power supply circuits increases.
[0052]
Furthermore, the array antenna system according to the present embodiment is configured to include a microwave matrix switch that can arbitrarily set a combination of a feeding circuit and a horn. However, the present invention is not limited thereto. Reduce the circuit scale of the microwave matrix switch by limiting the combination of the circuit and the horn, and replacing the failed power supply circuit with the current power supply circuit in this limited combination. Can do.
[0053]
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention, but the invention is not limited to the embodiment of the invention and does not depart from the gist of the invention. Of course, various changes can be made.
[0054]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0055]
It is not necessary to provide a separate redundant system in addition to the active system, and a redundant system can be formed with a simple configuration in an array antenna where it is difficult to install a standby power supply circuit such as multiplexing of power supply systems. Reliability can be improved.
[0056]
Further, since the redundant system is not required, the scale of the power feeding circuit is reduced, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of an array antenna system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a microwave matrix switch according to the present embodiment.
FIG. 3 is a photograph of a simulation result showing an example of an excitation power distribution of the primary power supply array when the radiated power only in a rainy region is increased.
4 is a diagram of a radiation pattern in the excitation power distribution shown in FIG.
FIG. 5 is a photograph of a simulation result for explaining a radiation pattern and an excitation power distribution when a power feeding circuit fails.
FIG. 6 is a photograph of a simulation result for explaining a radiation pattern and an excitation power distribution when a failed feeder circuit is applied by applying the present invention to another active feeder circuit.
FIG. 7 is a diagram for explaining a schematic configuration of rain attenuation compensation by a satellite-mounted phased array antenna covering Japan.
FIG. 8 is a diagram for explaining a schematic configuration of a reflector type phased array antenna mounted on a broadcasting satellite.
[Explanation of symbols]
101a to 101d ... 1st to 4th horn
102a-102c ... 1st-3rd track | line
103a to 103b ... first to third directional couplers
104a to 104c ... first to third amplifiers
105a to 105c: first to third phase / amplitude controllers
106a to 106c: first to third output level sensors
107a to 107d ... 1st to 4th power supply circuits
108: Matrix switch control circuit
109 ... Microwave matrix switch
201a-201d, 203a-203l ... switch
202a to 202h ... Terminal resistance
801 ... Horn array
802 ... Reflector

Claims (4)

複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、
前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、
前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、
を備え
前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路として、前記故障した給電回路よりも出力の小さな給電回路を選択することを特徴とするアレーアンテナ給電装置。
A plurality of power supply circuits for supplying excitation power to each of the plurality of radiating elements;
And switching means for switching the connection of the plurality pieces of radiating elements and the plurality pieces of the feeder circuit,
When an arbitrary power supply circuit of the plurality of power supply circuits fails, the failed power supply circuit is disconnected from the radiating element and used instead of the failed power supply circuit selected from the plurality of power supply circuits. Control means for controlling the switch means to connect a feed circuit to the disconnected radiating element;
Equipped with a,
An array antenna power supply apparatus , wherein a power supply circuit having an output smaller than that of the failed power supply circuit is selected as a power supply circuit used in place of the failed power supply circuit .
請求項1に記載のアレーアンテナ給電装置であって、給電回路を切り替えた後に、放射素子が所望の放射パターンを放射するように、前記放射素子に給電する位相及び/又は振幅を制御することを特徴とするアレーアンテナ給電装置。2. The array antenna feeding device according to claim 1, wherein after the feeding circuit is switched, the phase and / or amplitude of feeding to the radiating element is controlled so that the radiating element radiates a desired radiation pattern. A featured array antenna feeder. 請求項1または2に記載のアレーアンテナ給電装置であって、前記スイッチ手段はマイクロ波マトリクススイッチであることを特徴とするアレーアンテナ給電装置。 3. The array antenna power supply apparatus according to claim 1, wherein the switch means is a microwave matrix switch. 複数個の放射素子と、
前記複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、
前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、
前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、
を備え
前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路として、前記故障した給電回路よりも出力の小さな給電回路を選択することを特徴とするアレーアンテナシステム。
A plurality of radiating elements;
A plurality of power supply circuits for supplying excitation power to each of the plurality of radiating elements;
And switching means for switching the connection of the plurality pieces of radiating elements and the plurality pieces of the feeder circuit,
When an arbitrary power supply circuit of the plurality of power supply circuits fails, the failed power supply circuit is disconnected from the radiating element and used instead of the failed power supply circuit selected from the plurality of power supply circuits. Control means for controlling the switch means to connect a feed circuit to the disconnected radiating element;
Equipped with a,
An array antenna system , wherein a power feeding circuit having an output smaller than that of the faulty power feeding circuit is selected as a power feeding circuit used in place of the faulty power feeding circuit .
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