JPH0758863B2 - モノパルス給電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、到来する電波を受信してその到来方向の変
化を検出するためのアンテナにおいて、和信号パターン
と差信号パターンとによつて構成されるモノパルスパタ
ーンを形成するための給電方法に関するものである。

（従来の技術） 電波の到来方向の変化を検出するための反射鏡アンテナ
に対する給電方法として、複数の１次放射器を用いるモ
ノパルス方式がある。第３図ａはこの方式の原理を示す
図である。アンテナ中心軸に対してわずかに偏移して給
電された１次放射器1a、1bの主ビーム2a、2bは第３図ｂ
のようにアンテナ中心軸３に対してわずかにずれてい
る。これらのビームで受信される出力a,bの和と差の電
圧を、ハイブリツド回路４を比較器として用いて取り出
すと、第３図ｃのように差信号５は和信号６の最大点７
で０になり、中心軸からはずれるとそのずれ角に比例し
た電圧が得られる。アンテナのパターンとしては、第３
図ｄのようになり、差信号パターン８はナル９を持つ。
実用の際は方位角および仰角の差信号が必要になるか
ら、第４図のように４個の１次放射器10a、10b、10c、1
0dと４個のハイブリツド回路11₁、11₂、11₃、11₄から成
る比較器を使つて給電装置を構成すればよい。１次放射
器の個数は４個に限ることはなく、より多くの１次放射
器を用いた構成例もあるが、原理的には共通である。こ
の方式は例えば、電子通信学会編「アンテナ工学ハンド
ブツク」（オーム社、昭和55年）185ページなどにおい
て公知である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来このような複数の１次放射器を用いるモノパルス給
電装置は、追尾レーダなどにおいて、反射鏡の焦点に置
いて用いられてきた。ところが、この給電装置を焦点か
ら離してゆくと、鏡面収差のために、ナルの位置が設計
値からずれ、またナルの深さが浅くなり、したがつて方
向誤差検出感度が低くなる欠点がある。

本発明の目的は、このように反射鏡の焦点から離れた位
置に置かれた場合においても、差信号パターンのナルの
深さを十分に深くでき、したがつて高い方向誤差検出感
度を保持でき、かつ設計性良くナルの方向を設定できる
ようなモノパルス給電方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は１次放射器と比
較器の間に複素重み付け回路を付加し、各１次放射器に
適当な励振係数を付与することを最も主要な特徴とす
る。この重み付け回路によつて励振係数の振幅と位相を
調整できるようにする点が従来の技術と異なる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を説明する図である。第１図ａ
に反射鏡100と１次放射器101₁、101₂、101₃、101₄との
位置関係の例を、また第１図ｂに１次放射器101₁、10
1₂、101₃、101₄、重み付け回路102₁、102₂、102₃、10
2₄、およびハイブリツド回路103₁、103₂、103₃、103₄か
ら成る比較器から成るモノパルス給電装置を示す。第１
図中でハイブリツドは103のようなシンボルで表してい
る。

ｉ番目の１次放射器に付与する励振係数をa_i（ｉ＝1,2,
3,4）とし、このｉ番目の１次放射器単独で反射鏡に対
して給電したときの（θ，φ）方向に対するアンテナパ
ターンをf_i（θ，φ）（f_i（θ，φ）は複素数）とし、
かつ差信号のナルおよび和信号のピークを設定する方向
を（θ₀，φ₀）とするとき、方位角および仰角の差信号
のナルの条件から a₁f₁（θ₀，φ₀）−a₂f₂（θ₀，φ₀）＋a₃f₃（θ₀，
φ₀）−a₄f₄（θ₀，φ₀）＝０ a₁f₁（θ₀，φ₀）＋a₂f₂（θ₀，φ₀）−a₃f₃（θ₀，
φ₀）−a₄f₄（θ₀，φ₀）＝０ また和信号が（θ₀，φ₀）でピークを持つ条件から a₁f₁（θ₀，φ₀）＋a₂f₂（θ₀，φ₀）＋a₃f₃（θ₀，
φ₀）＋a₄f₄（θ₀，φ₀）≠０ さらに終端器104に電力を出さない条件から a₁f₁（θ₀，φ₀）−a₂f₂（θ₀，φ₀）−a₃f₃（θ₀，
φ₀）＋a₄f₄（θ₀，φ₀）＝０ これらの４つの連立方程式を解けば、励振係数として が得られる。ホーン数が４より増加した場合にも全く同
様に考えることができる。

第１図のモノパルス給電装置の１次放射器101₁〜101₄の
中心105が反射鏡100の焦点にあるならば、焦点給電に対
応するアンテナビームの方向すなわちアンテナ中心軸の
方向では、各１次放射器単独で給電した場合のアンテナ
パターンf_i（（θ，φ）（ｉ＝1,2,3,4）はすべて等し
くなるから、付与すべきa_i（ｉ＝1,2,3,4）はすべて等
しくなり、結局重み付け回路は不要である。しかし１次
放射器の中心５が反射鏡の焦点から離れた場合には、重
み付け回路によつて、例えば上記の励振係数a_iを付与す
れば良い。重み付け回路は振幅と位相を設定できるもの
であつて、具体的には、減衰器、増幅器、移相器などを
適当に組み合わせて実現できる。

第２図はこの発明の作用の一例を示す図であつて、開口
径が波長の250倍程度のアンテナにおいて、アンテナ中
心軸からビーム幅にして約５ビーム分だけ離れた方向に
対応する位置にモノパルス給電装置の１次放射器を置い
たときのパターンである。第２図ａには重み付け回路な
しの従来のモノパルス給電装置による和信号のパターン
106と仰角差信号パターン107を示す。この場合、１次放
射器の中心105に対応する方向108に、ナルの方向
（θ₀，φ₀）が一致すればよいが、実際にはこの方向10
8からナルの位置および和信号のピークがずれている。
またナルの深さが浅い。これに対して、本発明による励
振係数a_i＝K/f_i（θ₀，φ₀）を付与した場合には、第２
図ｂのように、１次放射器の中心105に対応する方向108
に和信号のピークならびに深いナルを形成している。こ
のナルは原理的には零（―∞dB）になる。

一般に、励振係数の位相項は移相器によつて十分低損失
に実現できるが、その絶対値については適当な増幅器が
ない場合が多く、減衰器によつて実現することになる。
したがつて重み付け回路での損失を小さくするには、a_i
の絶対値の分散は小さいほうが良い。

第２図ｃは本発明の他の実施例として、本発明の特許請
求の範囲第２項の示した励振係数a_iではなくa_i＝K/f
_i（θ₀，φ₀）の位相のみを励振係数として付与した場
合のパターンであつて、和信号のピークおよび差信号の
ナルの位置は１次放射器の中心105に対応する方向108か
らずれるが、第２図ａよりは深いナルが得られ、かつ重
み付け回路で故意に損失を付与することがないという作
用を示している。

本発明の更に他の実施例は、Ｋを一定値とするとき、a_i
の絶対値の分散が最小となるような方向（θ₁，φ₁）を
f_i（θ，φ）のデータから最速降下法などによつて求
め、この方向にナルを設定するというものである。本実
施例は、原理的には零（―∞dB）のナルが得られるとと
もに、重み付け回路での損失を最小にできる作用を有す
る。

本発明の別の実施例は、１次放射器の位置をずらすこと
によつて、上記の（θ₁，φ₁）と設定したいナルの方向
（θ₀，φ₀）とが実用上十分な範囲にまで近接するよう
にしようとするものである。

ここで、実用上十分に小さい方向差とは、例えば正規化
角度 （Ｄはアンテナ開口径、λは使用波長、ψは角度）にし
て、ｕの差分Δｕ＝0.05程度が目安となる。何故ならば 電波到来方向誤差検出のダイナミツクレンジがｕ＝
１のオーダである。

受信機の出力電圧にオフセツト電圧を加えてナル位
置の調整を行うことができるが、オフセツト量はダイナ
ミツクレンジの1/10以下が望ましい。

衛星塔載給電回路の振幅および位相の定常誤差およ
び温度変化による日変化分を、それぞれ例えば0.1dB、
５°と見積ると、これらの誤差による電波到来方向検出
誤差の定常分および日変化分はΔｕ＝0.05である。

したがつて（θ₀，φ₀）と（θ₁，φ₁）との方向差はΔ
ｕ＝0.05程度に抑えれば十分である。

１次放射器の位置を動かすための手続きとしては、繰り
返し法を用いる。すなわち、まず最初の（θ₁，φ₁）が
上記実施例のようにして求まつたなら、方向の差分値
（θ₁−θ₀，φ₁−φ₀）に相当するだけ１次放射器を移
動する。そして新しい位置での１次放射器に対してf
_i（θ，φ）を求め、それから次の（θ₁，φ₁）を求め
る。これを繰り返して、（θ₁−θ₀，φ₁−φ₀）が十分
小さくなるまで、１次放射器の移動を続ける。具体的に
はナル点を設定したい方向（θ₀，φ₀）と、a_iの絶対値
の分散が最小となる方向（θ₁，φ₁）とが一致しない場
合において、（θ₀，φ₀）と（θ₁，φ₁）とが実用上十
分である範囲に近接するまで、次の一連の手続き
（イ）、（ロ）、（ハ）により１次放射器の位置とａと
を定める。

（イ）ビーム方向の差分（θ₁−θ₀，φ₁−φ₀）に相当
するだけ１次放射器を移動する。

（ロ）新しい位置での１次放射器に対してパターンf
_i（θ，φ）を求め、それにより（θ₁，φ₁）を求め
る。

（ハ）新しい（θ₀，φ₀）と（θ₁，φ₁）の差が実用上
十分小さくなれば、繰り返しを止める。さもなければ
（イ）、（ロ）を繰り返す。

この実施例は、重み付け回路での損失を最小にして、か
つ希望の方向に原理的には零（―∞dB）のナルを形成で
きるという作用を持つ。

例えば、東経135°の静止衛星軌道上から日本を照射す
る開口径Ｄ＝250波長程度の衛星塔載アンテナにおい
て、アンテナ中心軸を大阪に向けると仮定する。このア
ンテナで、大阪から約1.4°離れた北海道の方向にモノ
パルスパターンのナルを合成しようとする場合に、上記
のような実施例において、どのような性能が得られるの
かを示したのが表１である。

従来技術である重み付け回路なし（a_i＝1,i＝1,2,3,4）
の場合には不十分なナルの深さしか得られず、設計値か
らのナルの位置のずれも大きい。

なる重み付け回路を付加した場合には、十分なナル深さ
と設計値通りのナル位置が得られるが、一方重み付け回
路での損失が1.4dBとやや大きい。（θ₁，φ₁）にナル
点を移動させた場合には、0.2dBという低損失で十分な
ナル深さは得られるが、ナルの位置の設計値からのずれ
が大きい。最後に（θ₁，φ₁）に（θ₀，φ₀）が近付く
ように１次放射器の位置を動かし、かつ となるよう重み付けを行う場合においては、十分な深さ
のナルが、設計値に十分近接した位置に得られ、かつ重
み付け回路における損失も0.2dBと十分小さい。この場
合の１次放射器の移動量は、１次放射器の大きさをｄと
して0.15d程度である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は電波到来方向の変化を検
出するためのモノパルス給電装置に複素重み付け回路を
付け加えて、各１次放射器に励振係数を付与することに
より、反射鏡の焦点から離れた位置に１次放射器がある
場合においても、希望する方向に深いナルを形成し、高
い方向誤差検出感度を持たせることができる。

通信衛星や放送衛星の搭載アンテナの高度化にともな
い、今後その指向方向制御にはモノパルス方式の方向誤
差検出が多用されるであろう。そのようなモノパルス給
電装置が本来の通信や放送用の給電装置とアンテナ鏡面
を共用する場合、１次放射器の配置上の問題から、反射
鏡の焦点から離れた位置に置かねばならぬことがありう
る。このような場合に本発明のモノパルス給電方法を適
用すれば、高感度かつ高制度のアンテナ指向方向制御を
実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するための図。 第２図は本発明の作用として、焦点から離れた位置に置
いたモノパルス給電装置による和信号と差信号のパター
ンを示した図。第２図ａは従来の重み付け回路なしの場
合のパターン、第２図b,cは本発明による重み付け回路
を付加した場合のパターンである。 第３図は従来のモノパルス給電装置の原理を２次元で説
明するための図。 第４図は従来のモノパルス給電装置で、方位角と仰角の
両方の差信号を取り出すための装置の概略を示した図で
ある。 1a、1b……１次放射器。 2a、2b……１次放射器1aあるいは1b単独で給電したとき
のパターン。 ３……アンテナ中心軸。 ４……ハイブリツド回路。 ５……差信号の角度依存性。 ６……和信号の角度依存性。 ７……和信号の最大点。 ８……差信号のdBパターン。 ９……差信号のナル。 10a、10b、10c、10d……１次放射器。 11₁、11₂、11₃、11₄……ハイブリツド回路。 100……反射鏡。 101₁、101₂、101₃、101₄……１次放射器。 102₁、102₂、102₃、102₄……重み付け回路。 103₁、103₂、103₃、103₄……ハイブリツド回路。 104……終端器。 105……１次放射器101₁〜101₄の中心。 106……和信号パターン。 107……差信号パターン。 108……１次放射器101₁〜101₄の中心105に対応するアン
テナビームの中心。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１枚の反射鏡に対して給電を行
   なう複数の１次放射器と、該各１次放射器に設けられ位
   相及び振幅を可変とする複素重み付け回路と、該各複素
   重み付け回路の出力信号から和信号及び差信号を提供す
   る比較器とを有するモノパルス給電装置であって、和信
   号のパタンと差信号のパターンによるモノパルスパター
   ンを形成するためのモノパルス給電方法において、 複数の１次放射器のうちｉ番目（ｉ＝1,2,・・・）の１
   次放射器単独で反射鏡に対して給電したときの（θ，
   φ）方向に対する振幅と位相を含んでいる複素アンテナ
   パターンをf_i（θ，φ）とし、 差信号のナル点を設定する方向を（θ₀，φ₀）とすると
   き、前記複素重み付け回路によってｉ番目の１次放射器
   に付与される複素励振係数a_iを、 （Ｋは０でない定数） をほぼ満足するように定めたことを特徴とするモノパル
   ス給電方法。
2. 【請求項２】Ｋを一定値とするとき、ナル点を設定する
   方向（θ₀，φ₀）を、a_iの絶対値の分散が最小となるよ
   うな方向（θ₁，φ₁）に定めたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のモノパルス給電方法。
3. 【請求項３】少なくとも１枚の反射鏡に対して給電を行
   なう複数の１次放射器と、該各１次放射器に設けられ位
   相及び振幅を可変とする複素重み付け回路と、該各複素
   重み付け回路の出力信号から和信号及び差信号を提供す
   る比較器とを有するモノパルス給電装置であって、和信
   号のパタンと差信号のパターンによるモノパルスパター
   ンを形成するためのモノパルス給電方法において、 複数の１次放射器のうちｉ番目（ｉ＝1,2,・・・）の１
   次放射器単独で反射鏡に対して給電したときの（θ，
   φ）方向に対する振幅と位相を含んでいる複素アンテナ
   パターンをf_i（θ，φ）とし、差信号のナル点を設定す
   る方向を（θ₀，φ₀）とするとき、前記複素重み付け回
   路によってｉ番目の１次放射器に付与される複素励振係
   数a_iを、 （Ｋは０でない定数） をほぼ満足するように定め、ナル点を設定したい方向
   （θ₀，φ₀）と、a_iの絶対値の分散が最小となる方向
   （θ₁，φ₁）とが一致しない場合に、（θ₀，φ₀）と
   （θ₁，φ₁）とが所望の範囲に近接するまで、次の一連
   の工程（イ）、（ロ）、（ハ）により１次放射器の位置
   とａとを定めたことをモノパルス給電方法； （イ）ビーム方向の差分（θ₁−θ₀，φ₁−φ₀）に相当
   するだけ１次放射器を移動する； （ロ）移動した新規な位置での１次放射器に対してパタ
   ーンf_i（θ，φ）を求め、それにより（θ₁，φ₁）を求
   める； （ハ）求められた新規な（θ₀，φ₀）と（θ₁，φ₁）の
   差が所定値になれば、繰り返しを止め、さもなければ前
   記工程（イ）、（ロ）を繰り返す。