JPH0213860A - 衛星搭載用マイクロ波放射計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は衛星搭載用マイクロ波放射計に関し、特に円筒
型の電子走査式フェイズドアレーアンテナを有する衛星
搭載用マイクロ波放射計に関する。

〔従来の技術〕

第５図は衛星搭載用の従来の機械走査式のマイクロ波放
射計の概略図である。所定の姿勢に制御された衛星に搭
載された機械走査式のマイクロ波放射計５０はアンテナ
回転軸５５のまわりに１次放射器５１用のりフレフタ部
５２を機械的に回転させていく。この放射計５０は地球
２６表面のある瞬時視野範囲２２に指向性を持つアンテ
ナ放射パターン５３を形成する。リフレクタ部５２が回
転するとともにその放射パターン５３に応じたアンテナ
ビームスポットで地球２６表面をコニカルスキャンして
いく。その結果、衛星軌道方向２５に走査幅２４で地球
２６表面をスキャンしていくことになる。

なお図中５４は温度較正時に用いられるスカイホーン、
５６はディッケ方式の受信機等のマイクロ波放射計電子
機器搭載部を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のマイクロ波放射計は機械走査式なので、
アンテナビームスポットを地面においてコニカルスキャ
ンさせる為にはりフレフタ部を機械的に回転させる必要
がある。そのためリフレクタ部の慣性モーメントにより
衛星全体の姿勢が変動するという欠点がある。特に大型
アンテナにしたい場合、つまり高空間分解能化、又比較
的低いマイクロ波周波数帯を観測したい場合には、この
従来例は不適である。

又、上述の問題を解決するため、機械走査式でなく電子
走査式のコプレナー型フェイズドアレーアンテナを有す
るマイクロ波放射計もあるが、地球表面においてコニカ
ルスキャンさせるためには、二次元走査のフェイズドア
レーアンテナを必要とし、重量２電力及びコスト的に問
題があり、さらに制御が複雑であるという問題もある。

本発明は、衛星の姿勢に変動を与えず、コニカルスキャ
ンできる衛星搭載用マイクロ波放射計を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば円筒の長手方向のアンテナ素子列を複数
列組み合わせて構成された円筒型フェイズドアレーアン
テナを有し、このアンテナ素子列の各々の垂直面内の指
向性が地球表面に向くように設定し、かつこのアレーア
ンテナの水平面内の指向性が地球表面の所定範囲に向く
ようにこのアンテナ素子列それぞれに対する入力波のレ
ベル及び位相を調整することを特徴とする衛星搭載用マ
イクロ波放射計が得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の衛星搭載用マイクロ波放射計の概略図
である。所定の姿勢に制御された衛星に搭載された本発
明のマイクロ波放射計２０は、円筒型の電子走査式のア
ンテナ装置１７を有し、このアンテナ装置１７は地球２
６表面のある瞬時視野範囲２２に指向性を持つアンテナ
放射パターン１８を形成する。さらにアンテナ装置１７
を制御することにより放射パターン１８に応じたアンテ
ナビームスポットで地球２６表面をコニカルスキャンし
ていく。その結果、衛星軌道方向２５に走査Ｉ！２４で
地球２６表面をスキャンしていくことになる。

なお図中１６は温度較正時に用いられるスカイホーン、
１５は従来例同様ディッケ方式の受信機及びアンテナ装
置１７の制御装置等の電子機器搭載部を示す。

第２図は本発明の衛星搭載用マイクロ波放射計の実施例
を示すシステムブロック図である。アンテナ素子列１１
〜Ｉｎは円筒型のフェイズド７レーアンテナ２を形成す
る。衛星の姿勢制御や素子列１１〜１ｎの個々のアンテ
ナ素子配置、たとえばスロットの配置等により円筒の長
手方向のアンテナ素子列１１〜１ｎはそれぞれ、垂直面
内の指向ビームが地球表面に向くようにオフセットされ
ている。

円筒の長手方向のアンテナ素子列１１〜１ｎそれぞれに
より受信された地表面からの電磁波は、低雑音増幅器３
１〜３ｎで増加され、可変位相器４１〜４ｎで位相調整
され、可変抵抗減衰器５１〜５ｎでレベル調整され、さ
らにハイブリッドからなるビーム形成回路６を経て水平
面内で指向性を持つように合成される（水平面指向性合
成）。またコニカルスキャンする場合には可変位相器及
び可変位相調整器４１〜４ｎ及び５１〜５ｎの値を一列
づつずらしていく。これら制御は制御部１４から指令さ
れる。なお、この水平面指向性合成は第３図を用いて後
に詳述する。

垂直及び水平面内でそれぞれ指向性を持って合成（垂直
・水平面指向性合成）された地表面からの電磁波は、測
定側にスイッチされている測定・校正時切替スイッチ８
及びディッケスイッチ１０を経てマイクロ波放射計受信
機１３で受信される。

このマイクロ波放射計受信器１３は地表面から放射さｈ
る雑音電磁波レベルから地表面の温度に相当するデジタ
ル信号を出力する。すなわち雑音レベルは地表面の温度
と相関関係があることが利用されている。マイクロ波放
射計受信器１３は入力信号を周波数変換、増幅、検波及
びＡ／Ｄ変換し、地表面の温度に対応したデジタル信号
を後段の衛星テレメトリインターフェース部に出力する
。

なお温度較正する際には、測定・較正用切替スイッチ８
を較正用に切替える。さらに較正用雑音源切替スイッチ
９を介して、低温側較正用雑音源供給用のスカイホーン
７又は高温側較正用雑音源１１からの較正用雑音をマイ
クロ波放射計受信機１３に与え、受信機１３の温度によ
る利得の変動分が較正される。

また、ディッケスイッチ１０は受信機１３の入力として
入力電磁波と比較雑音源１２を１０〜１００Ｈｚの速さ
で切り替えることにより、受信機１３の利得変動を抑え
るもので、衛星搭載受信機によく用いられる技術である
。

入力雑音のレベル変動は、受信機１３の利得変動に比べ
て、極めて小さいので、このように受信機１３の利得変
動の影響が抑えられている。

なおこの実施例において、ビーム形成回路６から後段の
回路群、すなわちスイッチ８から受信機１３までのディ
ッケスイッチを含むディッケ受信方式は、第５図の従来
例にも使われているものである。また、アンテナ素子１
１〜１ｎからビーム形成回路６までは、第１図のアンテ
ナ装置１７に収められているものとする。

次に前述した水平面指向性合成を第２図及び第３図を用
いて詳述する。第３図は本発明に用いられる円筒型のフ
ェイズドアレーアンテナを上から見た図である。

前述のようにアンテナ素子列１１〜１ｎは衛星姿勢やス
ロット配置により垂直面内で指向性を有し、かつ所定の
瞬時視野範囲のアンテナ放射パターンを得るためには、
さらに水平面内で指向性を持って合成即ち垂直・水平面
指向性合成しなければならない。

いま、円筒のフェイズドアレーアンテナ２から所定の距
離にあり、アンテナ素子列１１〜１ｎに平行な平面３０
を考える。まずアンテナ素子列１１〜１ｎのうち所定の
視野範囲の電磁波受信に必要なアンテナ素子列で受信さ
れる電磁波の位相が平面３０において一致するよう可変
位相器４１〜４ｎ（第２図）を調整する。さらに、受信
に不必要なアンテナ素子列に対する減衰値を最大に、か
つ平面３０において受信に必要なアンテナ素子列に対す
る減衰値がティラー分布に従うように可変抵抗減衰器５
１〜５ｎを調整する。このように調整することにより必
要な視野範囲２２に対するアンテナ放射パターン１８（
第１図）が形成される。

また、コニカルスキャンする場合には給電が必要なアン
テナ素子列の可変移相器及び抵抗減衰器４１〜４ｎ及び
５１〜５ｎの位相値及び減衰値を１列づつずらしていく
。

なお、これら可変移相器及び抵抗減衰器４１〜４ｎ及び
５１〜５ｎの調整は制御部１４で行う。

第４Ａ及び４Ｂ図は本発明の衛星搭載用マイクロ波放射
計におけるアンテナ装置の第１及び第２の実施例をそれ
ぞれ示す。第４Ａ図において、複数のスロット３２が設
けられたアンテナ素子列１１に対応する低雑音増幅器３
３、可変移相器３４及び可変抵抗減衰器３５が一列に設
けられている。

さらに他のアンテナ素子列１２〜Ｉｎも同様の構成であ
る。そしてビーム形成部３６が円筒型アレーアンテナの
底面に設けられている。このビーム形成部３６の出力は
アーム３７中の接続線を介してディッケ受信機等からな
る電子機器部１５に送られる。なお、第２図の制御部１
４もこの電子機器部１５に収められているものとする。

第４Ｂ図において、アンテナ素子列１１に対する低雑音
増幅器３８、可変位相器３９及び可変抵抗減衰器４０は
円筒型アレーアンテナの底面部に扇形に配置されている
。他のアンテナ素子列１２〜１ｎに対しても同様である
。そしてビーム形成部４１は扇形の中心部に設置されて
いる。さらにビーム形成部４１の出力はアーム３７中の
接続線を介して電子機器部１５に送られる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の円筒型の電子走査式フェイズドア
レーを用いたマイクロ波放射計は、円筒型アレーアンテ
ナの長手方向の垂直面指向性を地表面方向にオフセット
させておき、水平面指向を電子走査させることにより地
表面においてコニカルスキャンしているので、衛星全体
の姿勢制御に影響を与えることがない。従って、アンテ
ナを大型化でき、高空間分離能化でき、さらに比較的低
いマイクロ波周波数帯を観測できる。また、同様なコニ
カルスキャンを電子走査式のコプレナ型フェイズドアレ
ーアンテナで行うと二次元走査のフェイズドアレーを必
要とするのでこれと比較しても重量、電力、コスト及び
制御の容易性において、本発明のマイクロ波放射計の方
がすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の衛星搭載用マイクロ波放射計の概略図
、第２図は本発明の衛星搭載用マイクロ波放射計の実施
例を示すシステムブロック図、第３図は第１図及び第２
図の円筒型フェイズドアレーアンテナの平面図、第４Ａ
及び４Ｂ図はそれ１１〜１ｎ・・・・・・アンテナ素子
列、２・・・・・・円筒型フェイズドアレーアンテナ、
３１〜３ｎ・・・・・・低雑音増幅器、４１〜４ｎ・・
・・・・可変移相器、５１〜５ｎ・・・・・・可変抵抗
減衰器、６・旧・・ビーム形成回路、７・・・・・・ス
カイホーン、８・・・・・・測定較正用切替スイッチ、
９・・・・・・較正用雑音源切替スイッチ、１０・・・
・・・ディッケスイッチ、１１・山・・較正用雑音源、
１２・・・・・・比較雑音源、１３・・・・・・マイク
ロ波放射計受信機、１４・・・・・・制御回路。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒の長手方向のアンテナ素子列を複数列組み合わせて
   構成された円筒型フェイズドアレーアンテナを有し、前
   記アンテナ素子列の各々の垂直面内の指向性が地球表面
   に向くように設置し、かつ前記アレーアンテナの水平面
   内の指向性が前記地球表面の所定範囲に向くように前記
   アンテナ素子列それぞれに対する入力波のレベル及び位
   相を調整することを特徴とする衛星搭載用マイクロ波放
   射計。