JPH075236A - Antenna directivity error angle detection system - Google Patents

Antenna directivity error angle detection system

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JPH075236A
JPH075236A JP25992691A JP25992691A JPH075236A JP H075236 A JPH075236 A JP H075236A JP 25992691 A JP25992691 A JP 25992691A JP 25992691 A JP25992691 A JP 25992691A JP H075236 A JPH075236 A JP H075236A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
antenna gain
angle
error angle
maximum
Prior art date
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Pending
Application number
JP25992691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Shimada
政明 島田
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Communications Research Laboratory
Original Assignee
Communications Research Laboratory
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Publication date
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Publication of JPH075236A publication Critical patent/JPH075236A/en
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Abstract

PURPOSE:To detect directivity error angle in the direction of the maximum antenna gain relative to the arrival direction of radiowaves quickly with a handy construction. CONSTITUTION:An antenna 1 with known antenna gain pattern and having a non-circular antenna gain contour is connected to a rotary joint 2, turned centered on the axis in the direction of the maximum antenna grain receiving radiowaves with the direction of arrival unknown. The directivity error angle in the direction of the maximum antenna gain to the incoming direction of the radiowaves is determined by an arithmetic section 5 from a corresponding relationship between the receiving level of the incoming radiowave detected by a receiver 3 and the angle of rotation of the antenna indicated with an angle detector 4.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、アンテナの指向制御を
必要とする地上無線通信システム、衛星通信システムの
分野に関するものである。 【0002】 【従来の技術】無線通信システム、特に微弱な電波で通
信を行う衛星通信システムにおいては、受信レベルが最
大になるようにアンテナ利得最大方向を電波の到来方向
に一致させる必要がある。送信局が遠方にあり、目視に
より送信局の方向を同定するのが困難な場合には、到来
電波を利用して電波の到来方向に対するアンテナの指向
誤差を判定、または指向誤差角度を検出する必要があ
り、従来の技術には大別してロービング方式とモノパル
ス方式がある。 【0003】ロービング方式は、なんらかの方法により
アンテナビームを走査することによって、電波の到来方
向に対するアンテナの指向誤差を判定するものであり、
ステップトラック方式、コニカルスキャン方式が実用化
されている。また、モノパルス方式はアンテナビームを
固定させたままアンテナの指向誤差角度を検出する方式
で、複数ホーン方式と高次モード方式に分けられる。 【0004】ステップトラック方式は、一定の時間間隔
でアンテナの指向方向を微小角度ずつステップ状に動か
すことにより得られる受信レベルの増減から、アンテナ
の指向誤差を判定する方式である。コニカルスキャン方
式は、アンテナ利得最大方向の軸に対して、アンテナの
回転軸を僅か傾けておき、到来電波を受信しながらアン
テナビームを円錐状に回転させることによりアンテナの
指向誤差を判定する方式で、アンテナの回転によっても
受信レベルが一定になった場合に、アンテナの指向誤差
が零と判定される。複数ホーン方式は、各ホーンからの
受信信号の振幅、位相を比較することにより、アンテナ
の指向誤差角度を瞬時に求める方式である。高次モード
方式も、電波の到来方向に対してアンテナの指向方向が
ずれた時に発生する高次モード波と基本モード波との振
幅、位相を比較することにより瞬時にアンテナの指向誤
差角度を求める方式である。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ステップトラック方式
は構成は簡単ではあるが、この方式では、到来電波の方
向に対してアンテナの指向誤差角度を求めることができ
ないため、アンテナの指向制御の結果として、アンテナ
の指向誤差が零と判定されるまでに時間がかかるという
欠点がある。コニカルスキャン方式では、アンテナの指
向誤差が零になるようにアンテナが指向制御された時
に、電波の到来方向に対するアンテナ利得が低下すると
いう大きな欠点がある。また、複数ホーン方式、高次モ
ード方式のモノパルス方式では、瞬時にアンテナの指向
誤差角度が求められるが、指向誤差角度を求めるための
構成が複雑になるという欠点がある。このように、従来
の技術では簡単な構成で、迅速に電波の到来方向に対す
るアンテナ利得最大方向の指向誤差角度を求めるのは困
難であるという問題を有していた。本発明の目的は、簡
単な構成で、迅速に電波の到来方向に対するアンテナ利
得最大方向の指向誤差角度を求めることである。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明では、アンテナ利
得コンタの形状に着目し、非円形アンテナ利得コンタを
有するアンテナをアンテナ利得最大方向の軸を中心に回
転させるという簡単な構成において、前記軸を中心にア
ンテナを回転させることにより電波の到来方向に対する
アンテナ利得最大方向の指向誤差角度を求めるという手
段を持つことを特徴としている。 【0007】 【作用】非円形アンテナ利得コンタを有するアンテナ
を、アンテナ利得最大方向の軸を中心に回転させると、
電波の到来方向に対するアンテナ利得が変化し、受信レ
ベルもアンテナの回転に応じて増減するので、受信レベ
ルが最大になる時のアンテナの回転角、及び受信レベル
の最大値、最小値とアンテナ利得パターンの関係から、
指向誤差角度を与える二つのパラメータが得られ、簡単
な演算により例えば、アンテナの方位角方向、仰角方向
の指向誤差角度を求めることができる。 【0008】 【実施例】図1はこの発明による実施例の要部を示した
もので、受信側に必要な構成要素である。1はアンテナ
利得パターンが既知でかつ非円形アンテナ利得コンタを
有するアンテナ、2はアンテナを容易に回転させるため
のロータリージョイント、3は受信機、4は角度検出
器、5は指向誤差角度を計算するための演算部である。
ロータリージョイントの可動部分にアンテナが接続され
ており、アンテナをアンテナ利得最大方向の軸を中心に
回転させることができる。角度検出器はアンテナの回転
角を知るためのもので、ロータリージョイントの回転部
分に接して取り付けられ、角度検出器の出力としてアン
テナ回転角θが得られる。また、受信機からは到来電波
の受信レベルRが得られる。 【0009】以下に、図面を参照しながら本発明の動作
を詳細に説明する。非円形アンテナ利得コンタとして、
楕円形アンテナ利得コンタを例にとって説明する。図2
は、電波の到来方向近傍にアンテナを指向させた時の図
である。図2に示される楕円は楕円形アンテナ利得コン
タで、O点は楕円形アンテナ利得コンタの中心、即ちア
ンテナ利得最大方向であり、アンテナの回転軸と一致さ
せてある。従って、アンテナの回転軸の方向はO点を通
り、紙面に垂直な方向となる。2本の破線は、それぞれ
楕円形アンテナ利得コンタの長軸及び短軸である。長軸
と水平方向とのなす角度をθとすると、このθは図1に
示したアンテナ回転角θに相当し、角度検出器から得る
ことができる。Sは電波の到来方向で、線分OSの長さ
に相当する角度差をφsとし、線分OSと水平方向との
なす角度をθsとする。アンテナの回転操作によって、
上記φsとθsを求めることができれば、電波の到来方
向に対するO点の指向誤差角度を求めたことになる。 【0010】アンテナをその回転軸を中心に180度以
上回転させると、電波の到来方向Sに対するアンテナ利
得はアンテナ回転角θに応じて変化するので、受信レベ
ルRは線分OSが楕円形アンテナ利得コンタの長軸と重
なった時に最大に、同アンテナ利得コンタの短軸と重な
った時に最小となり、アンテナ回転角θに対する受信レ
ベルRは概略、図3に示すような変化となる。 【0011】次に図3の受信レベルRの変化からθsと
φsの求め方を説明する。θsは、図2において楕円形
アンテナ利得コンタの長軸と線分OSが一致したときの
θに相当するので、図3の受信レベルの変化から受信レ
ベルが最大になった時のアンテナ回転角を読み取ればよ
く、簡単に求めることができる。 【0012】次にφsの求め方について説明する。図4
は楕円形アンテナ利得コンタを有するアンテナのアンテ
ナ利得パターンの例で、O点からの離角に対する長軸面
及び短軸面の利得パターンである。ここで、長軸面及び
短軸面とは図2の楕円形アンテナ利得コンタのそれぞれ
長軸及び短軸とアンテナ利得最大方向、即ちアンテナ回
転軸とで定義される面のことである。楕円形アンテナ利
得コンタを有するアンテナでは、同じ離角に対するアン
テナ利得は長軸面と短軸面とで相違し、長軸面と短軸面
での利得の差は離角が大きくなるにしたがって徐々に大
きくなっていくという特徴があるので、長軸面と短軸面
とのアンテナ利得の差が与えられれば、アンテナ利得パ
ターンから一義的にO点からの離角を求めることができ
る。 【0013】電波の到来方向を図4の矢印で示した方向
と仮定すると、アンテナの回転操作によって電波の到来
方向に対するアンテナ利得は、図4のA点とB点の間を
変化することになり、受信レベルRもアンテナ利得の変
化に応じて、図3のように受信レベルの最大点A’点と
最小点B’点の間を変化することになる。従って、アン
テナ利得パターン及び受信レベルとも同じ目盛りスケー
ルで表わせば、線分ABの長さと線分A’B’の長さは
一致することになるので、φsを求めるにはこの対応関
係を逆に辿ればよいことになる。図3の受信レベルの変
化から、その最大受信電力を与えるA’点及び最小受信
電力を与えるB’点から線分A’B’の長さ、即ち、図
4の線分ABの長さに相当する長軸面と短軸面のアンテ
ナ利得の差を求めることができ、アンテナ利得パターン
から、O点からの離角としてφsを得ることができる。 【0014】アンテナの回転操作による受信レベルの変
化及びアンテナ利得パターンから求めたθsとφsか
ら、電波の到来方向に対するアンテナ利得最大方向の指
向誤差角度は、方位角−仰角(Az−El)マウント方
式のアンテナ指向制御機構を例にとると、方位角方向の
指向誤差角度ΔAz及び仰角方向の指向誤差角度)El
は、概略、次式で求めることができる。 【0015】 【数1】 【0016】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンテナ
指向誤差角度検出方式によれば、簡易な構成で、電波の
到来方向に対するアンテナ利得最大方向の指向誤差角度
を迅速に求めることができるため、小規摸な無線通信設
備に対して迅速なアンテナ指向制御を提供することがで
きる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of terrestrial radio communication systems and satellite communication systems that require antenna pointing control. 2. Description of the Related Art In a wireless communication system, particularly in a satellite communication system that communicates with weak radio waves, it is necessary to make the maximum antenna gain direction coincide with the arrival direction of radio waves so that the reception level becomes maximum. If it is difficult to visually identify the direction of the transmitting station because the transmitting station is distant, it is necessary to use the incoming radio wave to determine the pointing error of the antenna with respect to the incoming direction of the radio wave, or to detect the pointing error angle. However, the conventional technologies are roughly classified into a roving method and a monopulse method. The roving method is a method of determining the pointing error of the antenna with respect to the arrival direction of radio waves by scanning the antenna beam by some method.
The step track method and the conical scan method have been put to practical use. The monopulse method is a method of detecting the pointing error angle of the antenna while the antenna beam is fixed, and is divided into a multiple horn method and a higher order mode method. The step track method is a method of determining the pointing error of the antenna from the increase / decrease in the reception level obtained by moving the pointing direction of the antenna stepwise by a small angle at regular time intervals. The conical scan method is a method of determining the pointing error of the antenna by slightly tilting the rotation axis of the antenna with respect to the axis of the maximum antenna gain and rotating the antenna beam conically while receiving incoming radio waves. When the reception level becomes constant due to the rotation of the antenna, the pointing error of the antenna is determined to be zero. The multiple horn method is a method for instantaneously obtaining the pointing error angle of the antenna by comparing the amplitude and phase of the received signal from each horn. Also in the higher-order mode method, the pointing error angle of the antenna is instantly obtained by comparing the amplitude and phase of the higher-order mode wave and the fundamental mode wave generated when the pointing direction of the antenna deviates from the arrival direction of the radio wave. It is a method. Although the step track system has a simple structure, it is impossible to obtain the pointing error angle of the antenna with respect to the direction of the incoming radio wave in this system, so that the pointing control of the antenna is controlled. As a result, there is a drawback that it takes time until the pointing error of the antenna is determined to be zero. The conical scan method has a major drawback that the antenna gain with respect to the arrival direction of radio waves decreases when the antenna is controlled so that the pointing error of the antenna becomes zero. Further, in the multi-horn method and the high-order mode monopulse method, the pointing error angle of the antenna is instantaneously obtained, but there is a drawback that the configuration for finding the pointing error angle becomes complicated. As described above, the conventional technique has a problem that it is difficult to quickly obtain the pointing error angle in the antenna gain maximum direction with respect to the arrival direction of the radio wave with a simple configuration. An object of the present invention is to quickly obtain the pointing error angle of the maximum antenna gain direction with respect to the arrival direction of radio waves with a simple configuration. In the present invention, attention is paid to the shape of the antenna gain contour, and an antenna having a non-circular antenna gain contour is rotated in a simple configuration around the axis in the maximum antenna gain direction. , And means for obtaining a pointing error angle in the antenna gain maximum direction with respect to the arrival direction of the radio wave by rotating the antenna about the axis. When an antenna having a non-circular antenna gain contour is rotated about the axis in the maximum antenna gain direction,
The antenna gain changes depending on the direction of arrival of the radio wave, and the reception level also increases or decreases according to the rotation of the antenna. From the relationship
Two parameters giving the pointing error angle are obtained, and the pointing error angle in the azimuth direction and the elevation direction of the antenna can be obtained by a simple calculation. FIG. 1 shows an essential part of an embodiment according to the present invention, which is a necessary component on the receiving side. 1 is an antenna whose antenna gain pattern is known and has a non-circular antenna gain contour. 2 is a rotary joint for rotating the antenna easily. 3 is a receiver. 4 is an angle detector. 5 is a pointing error angle. Is a calculation unit for.
An antenna is connected to the movable part of the rotary joint, and the antenna can be rotated about the axis in the maximum antenna gain direction. The angle detector is for knowing the rotation angle of the antenna, is attached in contact with the rotating portion of the rotary joint, and the antenna rotation angle θ is obtained as the output of the angle detector. Further, the reception level R of the incoming radio wave is obtained from the receiver. The operation of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. As a non-circular antenna gain contour,
An elliptical antenna gain contour will be described as an example. Figure 2
[Fig. 6] is a diagram when the antenna is directed in the vicinity of the arrival direction of radio waves. The ellipse shown in FIG. 2 is the elliptical antenna gain contour, and the point O is the center of the elliptical antenna gain contour, that is, the antenna gain maximum direction, and is aligned with the rotation axis of the antenna. Therefore, the direction of the rotation axis of the antenna passes through the point O and is perpendicular to the paper surface. The two broken lines are the major axis and the minor axis of the elliptical antenna gain contour, respectively. When the angle between the long axis and the horizontal direction is θ, this θ corresponds to the antenna rotation angle θ shown in FIG. 1 and can be obtained from the angle detector. S is the arrival direction of the radio wave, and the angle difference corresponding to the length of the line segment OS is φs, and the angle formed by the line segment OS and the horizontal direction is θs. By rotating the antenna,
If φs and θs can be obtained, it means that the pointing error angle of the point O with respect to the arrival direction of the radio wave is obtained. When the antenna is rotated by 180 degrees or more about its rotation axis, the antenna gain with respect to the arrival direction S of the radio wave changes according to the antenna rotation angle θ, so that the reception level R is the elliptical antenna gain of the line segment OS. It becomes maximum when it overlaps with the major axis of the contour, and it becomes minimum when it overlaps with the minor axis of the same antenna gain contour, and the reception level R with respect to the antenna rotation angle θ changes roughly as shown in FIG. Next, how to obtain θs and φs from the change of the reception level R in FIG. 3 will be described. Since θs corresponds to θ when the long axis of the elliptical antenna gain contour coincides with the line segment OS in FIG. 2, the antenna rotation angle when the reception level becomes maximum from the change in the reception level in FIG. You can read it, and you can easily find it. Next, how to obtain φs will be described. Figure 4
Is an example of an antenna gain pattern of an antenna having an elliptical antenna gain contour, and is a gain pattern of a major axis plane and a minor axis plane with respect to the angle of departure from point O. Here, the major axis surface and the minor axis surface are surfaces defined by the major axis and the minor axis of the elliptical antenna gain contour shown in FIG. 2 and the maximum antenna gain direction, that is, the antenna rotation axis. In an antenna having an elliptical antenna gain contour, the antenna gain for the same separation angle differs between the major axis surface and the minor axis surface, and the difference in gain between the major axis surface and the minor axis surface gradually increases as the deviation angle increases. Therefore, if the difference in antenna gain between the long-axis surface and the short-axis surface is given, the angle of departure from point O can be uniquely obtained from the antenna gain pattern. Assuming that the direction of arrival of the radio wave is the direction shown by the arrow in FIG. 4, the antenna gain with respect to the direction of arrival of the radio wave will change between points A and B in FIG. 4 by rotating the antenna. As shown in FIG. 3, the reception level R also changes between the maximum point A ′ and the minimum point B ′ of the reception level according to the change in the antenna gain. Therefore, if the antenna gain pattern and the reception level are expressed on the same scale, the length of the line segment AB and the length of the line segment A′B ′ match, and therefore, to obtain φs, the correspondence relation is reversed. You can follow it. From the change of the reception level in FIG. 3, from the point A ′ giving the maximum reception power and the point B ′ giving the minimum reception power to the length of the line segment A′B ′, that is, the length of the line segment AB in FIG. The difference in antenna gain between the corresponding long-axis surface and short-axis surface can be obtained, and φs can be obtained as the angle of departure from point O from the antenna gain pattern. From θs and φs obtained from the change in the reception level and the antenna gain pattern due to the rotation operation of the antenna, the directional error angle of the maximum antenna gain with respect to the arrival direction of the radio wave is the azimuth-elevation (Az-El) mount system. Taking the antenna pointing control mechanism of FIG. 2 as an example, the pointing error angle ΔAz in the azimuth direction and the pointing error angle in the elevation direction) El
Can be roughly calculated by the following equation. [Equation 1] As described above, according to the antenna pointing error angle detection method of the present invention, the pointing error angle in the maximum antenna gain direction with respect to the arrival direction of a radio wave can be quickly obtained with a simple structure. Therefore, quick antenna pointing control can be provided for small wireless communication equipment.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例に係る要部を示した図である。 【図2】非円形アンテナ利得コンタとして、楕円形アン
テナ利得コンタを有するアンテナを電波の到来方向近傍
に指向させた時のアンテナ利得コンタと電波の到来方向
との関係を示した例である。 【図3】アンテナを回転させた時の受信レベルの変化パ
ターンの例である。 【図4】アンテナ利得パターンの例である。 【符号の説明】 R 受信レベル θ アンテナ回転角 1 アンテナ 2 ロータリージョイント 3 受信機 4 角度検出器 5 演算部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a main part according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an example showing a relationship between an antenna gain contour and a radio wave arrival direction when an antenna having an elliptical antenna gain contour as a non-circular antenna gain contour is directed in the vicinity of the radio wave arrival direction. FIG. 3 is an example of a change pattern of a reception level when an antenna is rotated. FIG. 4 is an example of an antenna gain pattern. [Explanation of Codes] R Reception Level θ Antenna Rotation Angle 1 Antenna 2 Rotary Joint 3 Receiver 4 Angle Detector 5 Operation Unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求事項1】 到来方向の未知なる電波を受ける受信
側において、非円形アンテナ利得コンタを有しかつアン
テナ利得最大方向の軸を中心に回転可能なアンテナを用
い、電波を受信しながら前記軸を中心にアンテナを回転
させることにより得られる受信レベルの変化パターンと
アンテナ回転角との対応関係から、電波の到来方向に対
するアンテナ利得最大方向の指向誤差角度を求めること
を特徴とするアンテナ指向誤差角度検出方式。
What is claimed is: 1. A receiving side that receives an unknown radio wave in the arrival direction uses an antenna having a non-circular antenna gain contour and rotatable about the axis in the maximum antenna gain direction to transmit the radio wave. The pointing error angle of the antenna gain maximum direction with respect to the arrival direction of the radio wave is obtained from the correspondence relationship between the antenna rotation angle and the change pattern of the reception level obtained by rotating the antenna about the axis during reception. Antenna pointing error angle detection method.
JP25992691A 1991-07-04 1991-07-04 Antenna directivity error angle detection system Pending JPH075236A (en)

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