JPH0783210B2 - Mono pulse tracking antenna - Google Patents

Mono pulse tracking antenna

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JPH0783210B2
JPH0783210B2 JP441093A JP441093A JPH0783210B2 JP H0783210 B2 JPH0783210 B2 JP H0783210B2 JP 441093 A JP441093 A JP 441093A JP 441093 A JP441093 A JP 441093A JP H0783210 B2 JPH0783210 B2 JP H0783210B2
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signal
antenna
tracking
tracking signal
reflecting mirror
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波ないしミリ波
帯におけるモノパルス自動追尾機能を備えた反射鏡アン
テナ,即ち、モノパルストラッキングアンテナに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reflector antenna having a monopulse automatic tracking function in a microwave or millimeter wave band, that is, a monopulse tracking antenna.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のモノパルストラッキングアンテ
ナには、主反射鏡と副反射鏡と一次放射器とを有する複
反射鏡形(カセグレン形アンテナおよびグレゴリアン形
アンテナを含む)および反射鏡と放射器とを有する単反
射鏡形(パラボラアンテナを含む)の二種類がある。近
年、衛星通信等の分野におけるモノパルストラックング
アンテナには、極めて良好なアンテナ放射パターンを求
められている。このためモノパルス・フィードホーンと
して、一般には高次モードの伝搬しうる一つのホーンを
使用し、このホーンを通信用のフィードホーンと共用し
ている。なお、追尾用信号の周波数は、一般に、通信用
信号の周波数とは異なっている。
2. Description of the Related Art A monopulse tracking antenna of this type includes a multi-reflecting mirror type (including a Cassegrain type antenna and a Gregorian type antenna) having a main reflecting mirror, a sub-reflecting mirror and a primary radiator, and a reflecting mirror and a radiator. There are two types of single-reflecting mirror type (including parabolic antenna). In recent years, extremely good antenna radiation patterns have been required for monopulse tracking antennas in the fields of satellite communication and the like. Therefore, as a monopulse feed horn, generally one horn capable of propagating a higher order mode is used, and this horn is also used as a feed horn for communication. The frequency of the tracking signal is generally different from the frequency of the communication signal.

【0003】このモノパルストラッキングアンテナで
は、運用に先立って追尾受信システムの追尾感度および
トラッキングヌル軸(通信用のアンテナビームのアンテ
ナ軸にほぼ一致する)への引き込み応答特性を調整して
安定な自動追尾に備えておく必要がある。この準備の一
つとして、このアンテナではアンテナ駆動系の物理的な
座標軸とこのアンテナの電気的な座標軸,即ちアンテナ
ビームの座標軸とを校正しておく必要がある。即ち、追
尾受信システムは、アンテナ駆動系の物理的な座標軸と
トラッキングヌル軸の方位角(AZ)および仰角(E
L)とを一致させ、または補正できるようにしておくこ
とが必要である。
In this monopulse tracking antenna, the tracking sensitivity of the tracking receiving system and the pull-in response characteristic to the tracking null axis (which substantially coincides with the antenna axis of the antenna beam for communication) are adjusted prior to operation to achieve stable automatic tracking. Need to be prepared for. As one of the preparations, in this antenna, it is necessary to calibrate the physical coordinate axis of the antenna drive system and the electrical coordinate axis of the antenna, that is, the coordinate axis of the antenna beam. That is, the tracking reception system uses the azimuth angle (AZ) and the elevation angle (E) of the physical coordinate axis of the antenna drive system and the tracking null axis.
L) must be matched or can be corrected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のモノパルストラ
ッキングアンテナの座標軸校正は、衛星またはトランス
ポンダ等の疑似衛星またはビーコン発振源(以下、総称
してコリメーション設備という)からのビーコン波をこ
のアンテナで受信することにより行われていた。上記校
正を十分な精度で行うには、コリメーション設備をアン
テナに対して十分な遠方界となる位置、即ち2D2 /λ
(D:アンテナ開口径,λ:トラッキング(追尾用)信
号の周波数における自由空間波長)以上の距離でしかも
見通しのよい場所に設置する必要がある。しかし、被校
正アンテナが大口径になると、このアンテナとコリメー
ション設備との距離が数Kmにもおよぶため、この距離
の確保およびコリメーション設備の設置が困難であるば
かりでなく、校正のために長時間を要し、また周囲物体
からの散乱によるマルチパス等を考慮すると十分な校正
精度を得ることが困難であった。
In the coordinate axis calibration of the conventional monopulse tracking antenna, a beacon wave from a pseudo satellite such as a satellite or a transponder or a beacon oscillation source (hereinafter collectively referred to as collimation equipment) is received by this antenna. It was done by. In order to perform the above calibration with sufficient accuracy, the collimation equipment should be located at a position far enough from the antenna, that is, 2D 2 / λ.
(D: antenna aperture diameter, λ: free space wavelength at frequency of tracking (tracking) signal) It is necessary to install at a distance more than that and in a place with good visibility. However, when the antenna to be calibrated has a large diameter, the distance between this antenna and the collimation equipment can reach several kilometers, which makes it difficult not only to secure this distance and to install the collimation equipment, but also for a long time for calibration. In addition, it is difficult to obtain sufficient calibration accuracy in consideration of multipath due to scattering from surrounding objects.

【0005】なお、副反射鏡を有するアンテナでは、副
反射鏡を基準位置から主反射鏡と反対方向に移動し、上
記コリメーション設備との距離を短縮した状態で空間整
合をとり、上記校正を行う方法もある。しかし、この方
法では、副反射鏡駆動機構を必要とし、校正を度々必要
とする追尾受信システムでは、アンテナ追尾の運用に困
難を来す場合もある。
In the case of an antenna having a sub-reflecting mirror, the sub-reflecting mirror is moved from the reference position in the direction opposite to the main reflecting mirror, and the above-mentioned calibration is performed by performing spatial matching while shortening the distance from the collimation equipment. There is also a method. However, this method requires a sub-reflecting mirror drive mechanism, and a tracking receiving system that often requires calibration may have difficulty in operating the antenna tracking.

【0006】従って、本発明の第1の目的は、設置条件
に制約の多い外部にコリメーション設備を設けることな
く、容易にしかも迅速にアンテナ座標軸の校正ができる
モノパルストラッキングアンテナを提供することにあ
る。
Therefore, it is a first object of the present invention to provide a monopulse tracking antenna which can easily and quickly calibrate the antenna coordinate axis without providing an external collimation facility, which has many restrictions on the installation conditions.

【0007】本発明の第2の目的は、精度よく上記校正
ができるモノパルストラッキングアンテナを提供するこ
とにある。
A second object of the present invention is to provide a monopulse tracking antenna which can perform the above calibration with high accuracy.

【0008】本発明の第3の目的は、単反射鏡アンテナ
においても運用に困難を来す恐れなく上記校正ができる
モノパルスアンテナを提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a monopulse antenna capable of performing the above-mentioned calibration without fear of causing difficulty in operation even in a single reflecting mirror antenna.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のモノパルストラ
ッキングアンテナは、追尾信号を受ける反射鏡と前記反
射鏡から前記追尾信号を受ける放射器とを含む反射鏡ア
ンテナと、前記放射器から前記追尾信号を受けて前記追
尾信号の基本モード成分を和信号として生じるとともに
前記追尾信号の高次モード成分を差信号として生じる追
尾信号検出手段と、前記追尾信号検出手段からの前記和
信号および前記差信号に応答して前記反射鏡アンテナの
アンテナ軸に対する前記追尾信号の方位角誤差よび仰
角誤差を検出する追尾信号処理手段とを備えるモノパル
ストラッキングアンテナにおいて、前記反射鏡の反射面
上に設けられ前記追尾信号と同一周波数のビーコン波を
前記放射器に放射するプローブアンテナをさらに備えて
いる。
A monopulse tracking antenna of the present invention is a reflector antenna including a reflector for receiving a tracking signal and a radiator for receiving the tracking signal from the reflector, and the tracking signal from the radiator. In response to the tracking signal detection means for generating the fundamental mode component of the tracking signal as a sum signal and the higher order mode component of the tracking signal as a difference signal, the sum signal and the difference signal from the tracking signal detection means in monopulse tracking antenna and a tracking signal processing means responsive to detect the azimuth error Contact and elevation errors of the tracking signal to the antenna axis of the reflector antenna, the tracking signal provided on the reflecting surface of the reflector It further comprises a probe antenna for radiating a beacon wave having the same frequency as the above to the radiator.

【0010】本発明のモノパルストラッキングアンテナ
の一つは、追尾信号を受ける主反射鏡と前記主反射鏡か
ら前記追尾信号を受ける副反射鏡と前記副反射鏡から前
記追尾信号を受ける放射器とを含む複反射鏡アンテナ
と、前記放射器から前記追尾信号を受けて前記追尾信号
の基本モード成分を和信号として生じるとともに前記追
尾信号の高次モード成分を差信号として生じる追尾信号
検出手段と、前記追尾信号検出手段からの前記和信号お
よび前記差信号に応答して前記反射鏡アンテナのアンテ
ナ軸に対する前記追尾信号の方位角誤差よび仰角誤差
を検出する追尾信号処理手段とを備えるモノパルストラ
ッキングアンテナにおいて、前記副反射鏡に設けられ前
記追尾信号と同一周波数のビーコン波を前記放射器に放
射するプローブアンテナと、前記ビーコン波を前記プロ
ーブアンテナに供給するビーコン発振器とをさらに備え
ている。
One of the monopulse tracking antennas of the present invention comprises a main reflecting mirror for receiving a tracking signal, a sub-reflecting mirror for receiving the tracking signal from the main reflecting mirror, and a radiator for receiving the tracking signal from the sub-reflecting mirror. A multi-reflecting mirror antenna, including a tracking signal detecting means for receiving the tracking signal from the radiator to generate a fundamental mode component of the tracking signal as a sum signal and a higher-order mode component of the tracking signal as a difference signal, in monopulse tracking antenna and a tracking signal processing means for detecting the sum signal and azimuth error Contact and elevation errors of the tracking signal to the antenna axis of the reflector antenna in response to the difference signal from the tracking signal detecting means A probe antenna provided in the sub-reflector for radiating a beacon wave having the same frequency as the tracking signal to the radiator. And Na, further comprising a beacon generator that supplies the beacon wave to the probe antenna.

【0011】また、本発明のモノパルストラッキングア
ンテナの別の一つは、追尾信号を受ける主反射鏡と前記
主反射鏡から前記追尾信号を受ける副反射鏡と前記副反
射鏡から前記追尾信号を受ける放射器とを含む複反射鏡
アンテナと、前記放射器から前記追尾信号を受けて前記
追尾信号の基本モード成分を和信号として生じるととも
に前記追尾信号の高次モード成分を差信号として生じる
追尾信号検出手段と、前記追尾信号検出手段からの前記
和信号および前記差信号に応答して前記反射鏡アンテナ
のアンテナ軸に対する前記追尾信号の方位角誤差および
仰角誤差を検出する追尾信号処理手段とを備えるモノパ
ルストラッキングアンテナにおいて、仰角0度の前記反
射鏡のアンテナ軸の選択された特定点を基点としてこの
基点から地面に対する垂直軸および水平軸の等距離の位
置にそれぞれ配置されており前記追尾信号と同一周波数
のビーコン波を前記放射器に放射する二つのプローブア
ンテナと、前記ビーコン波を前記二つのプローブアンテ
ナに切替えて供給するビーコン発振器とをさらに備えて
いる。
Another one of the monopulse tracking antennas of the present invention is a main reflecting mirror that receives a tracking signal, a sub-reflecting mirror that receives the tracking signal from the main reflecting mirror, and the tracking signal from the sub-reflecting mirror. A multi-reflecting mirror antenna including a radiator, and a tracking signal detection that receives the tracking signal from the radiator to generate a fundamental mode component of the tracking signal as a sum signal and a higher-order mode component of the tracking signal as a difference signal. Means, and tracking signal processing means for detecting an azimuth error and an elevation error of the tracking signal with respect to the antenna axis of the reflector antenna in response to the sum signal and the difference signal from the tracking signal detecting means. In the tracking antenna, the selected specific point of the antenna axis of the reflector having an elevation angle of 0 degree is used as a base point.
Two probe antennas, which are respectively arranged at equal distances from the base point to the ground on the vertical axis and the horizontal axis, and radiate beacon signals of the same frequency as the tracking signal to the radiator, and the beacon waves on the two probes. It further comprises a beacon oscillator switched to an antenna and supplied.

【0012】[0012]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明の第1の実施例のブロック
図であり、モノパルストラッキングアンテナの追尾受信
システムを示している。図2は、図1の実施例における
一次放射器3への高次モード波の励振原理を示す図であ
り、(a)はTE21モード波の励振原理、(b)はT
E21モード波の電磁界分布を示す。図3は図1の実施
例における追尾誤差による誤差電圧の発生原理を説明す
るための立体座標系を示す図である。
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, showing a tracking reception system of a monopulse tracking antenna. 2A and 2B are diagrams showing the principle of excitation of a higher-order mode wave into the primary radiator 3 in the embodiment of FIG. 1, where FIG. 2A is the principle of TE21 mode wave excitation, and FIG.
The electromagnetic field distribution of an E21 mode wave is shown. FIG. 3 is a diagram showing a three-dimensional coordinate system for explaining a principle of generating an error voltage due to a tracking error in the embodiment of FIG.

【0014】図1ないし図3を併せ参照し、このモノパ
ルストラッキングアンテナの追尾受信システムにおける
アンテナ座標軸の校正動作について説明する。この追尾
受信システムにおいて、主反射鏡1と副反射鏡2と一次
放射器3とが、カセグレンアンテナを構成している。副
反射鏡2上には、ビーコン発振器4からの微小レベルの
ビーコン信号Sを一次放射器3に向けて放射するプロー
ブアンテナ5を設けている。このプローブアンテナ5
は、微小モノポールを形成するアンテナであり、一次放
射器3の基準位置Oから、アンテナ軸(z軸)に対して
角度θ、x軸(方位角にほぼ相当)に対して角度φの位
置にオフセットして置かれる。角度θおよびφは、プロ
ーブアンテナ5が副反射鏡2上に存在できるかぎり、任
意に選んでよい。なお、衛星通信用のモノパルスアンテ
ナでは、通信用信号の周波数が4GHz帯,開口径13
m程度のときに、プローブアンテナ5をアンテナ軸に対
して0.1°以下の精度で副反射鏡2に取付けることが
でき、この取付精度は追尾受信システムのトラッキング
精度からの要求値を十分満足できる値である。また、ビ
ーコン発振器4は副反射鏡2の反射面の裏側等,カセグ
レンアンテナの近傍に容易に設置することができる。
The calibration operation of the antenna coordinate axes in the tracking reception system of the monopulse tracking antenna will be described with reference to FIGS. In this tracking reception system, the main reflecting mirror 1, the sub-reflecting mirror 2, and the primary radiator 3 form a Cassegrain antenna. A probe antenna 5 that radiates a minute level beacon signal S from the beacon oscillator 4 toward the primary radiator 3 is provided on the sub-reflecting mirror 2. This probe antenna 5
Is an antenna that forms a minute monopole, and is at a position of an angle θ from the reference position O of the primary radiator 3 with respect to the antenna axis (z axis) and an angle φ with respect to the x axis (approximately equivalent to the azimuth angle). Placed offset. The angles θ and φ may be arbitrarily selected as long as the probe antenna 5 can be present on the sub-reflecting mirror 2. In the case of the monopulse antenna for satellite communication, the frequency of the communication signal is 4 GHz band and the aperture diameter is 13
When the distance is about m, the probe antenna 5 can be attached to the sub-reflecting mirror 2 with an accuracy of 0.1 ° or less with respect to the antenna axis, and this attachment accuracy sufficiently satisfies the required value from the tracking accuracy of the tracking reception system. It is a possible value. Further, the beacon oscillator 4 can be easily installed near the Cassegrain antenna, such as on the back side of the reflecting surface of the sub-reflecting mirror 2.

【0015】ビーコン信号Sは、このモノパルスアンテ
ナが運用中に受ける追尾受信信号と同一角周波数ωを有
し、(1)式で表わされる。
The beacon signal S has the same angular frequency ω as the tracking reception signal received by the monopulse antenna during operation and is represented by the equation (1).

【0016】 S=K(ejwt +be-jWt)ejr …(1) ここで、Kは一次放射器3がプローブアンテナ5から受
けるビーコン信号Sの主偏波成分の振幅、bはビーコン
信号Sの交差偏波成分の主偏波成分に対する振幅比、γ
は楕円偏波の主軸の水平軸(x軸)とのなす角(図3参
照)である。ビーコン信号Sの磁界成分hiがアンテナ
軸(z軸)に対して仰角θの傾きで一次放射器3に入射
した場合には、一次放射器3の開口部のy軸方向管壁に
は、信号Sの磁界成分hz=(hi/2)・sinθが
同相励振され、この結果、円形導波管を形成する一次放
射器3にはビーコン信号Sの高次モードであるTE21
モード成分も受信される(図2(a)および(b)参
照)。なお、ビーコン信号Sの電界成分eiがアンテナ
軸に対して仰角θの傾きで一次放射器3に入射した場合
には、同様に一次放射器3の開口部に存在する電界の管
軸方向成分がez=ei・sinθになり、一次放射器
3にはビーコン信号Sの別の高次モードであるTM01
モード成分も受信される。ビーコン信号Sは、一次放射
器3を介して追尾信号検出器6に供給される。追尾信号
検出器6は、上記高次モードと基本モードであるTE1
1モードとを含むビーコン信号Sに応答し、(2)式で
表わされ基本モードから生じる和信号eΣおよび(3)
式で表わされ高次モードから生じる差信号eδを受信端
64および差信号出力端65にそれぞれ生じ、この追尾
受信システムの座標誤差信号の原形とする。
S = K (e jwt + be −jWt ) e jr (1) Here, K is the amplitude of the main polarization component of the beacon signal S received by the primary radiator 3 from the probe antenna 5, and b is the beacon signal S. Amplitude ratio of cross-polarization component to main polarization component of, γ
Is an angle (see FIG. 3) formed with the horizontal axis (x axis) of the principal axis of the elliptically polarized wave. When the magnetic field component hi of the beacon signal S is incident on the primary radiator 3 at an inclination of an elevation angle θ with respect to the antenna axis (z axis), a signal is generated on the tube wall in the y-axis direction at the opening of the primary radiator 3. The magnetic field component h of S, hz = (hi / 2) · sin θ, is excited in phase, and as a result, the primary radiator 3 forming the circular waveguide has a TE21 which is a higher mode of the beacon signal S.
Mode components are also received (see FIGS. 2 (a) and 2 (b)). When the electric field component ei of the beacon signal S is incident on the primary radiator 3 at an inclination of an elevation angle θ with respect to the antenna axis, the tube axis direction component of the electric field existing in the opening of the primary radiator 3 is similarly generated. ez = ei · sin θ, and TM01, which is another higher-order mode of the beacon signal S, is applied to the primary radiator 3.
Modal components are also received. The beacon signal S is supplied to the tracking signal detector 6 via the primary radiator 3. The tracking signal detector 6 has the TE1 which is the higher mode and the basic mode.
In response to a beacon signal S including one mode, a sum signal e Σ represented by the equation (2) generated from the basic mode and (3)
The difference signal e δ expressed by the equation and generated from the higher-order mode is generated at the reception end 64 and the difference signal output end 65, respectively, and is the original form of the coordinate error signal of this tracking reception system.

【0017】 eΣ=√2×KΣ・cos(ωt+γ) …(2) eδ=Kδ・θ・cos(ωt±γ±φ) …(3) ここで、KΣは受信端64に生じる和信号eΣの振幅、
Kδは差信号出力端65に生じる差信号eδの振幅であ
る。
EΣ = √2 × KΣ · cos (ωt + γ) (2) eδ = Kδ · θ · cos (ωt ± γ ± φ) (3) where KΣ is the sum signal eΣ generated at the receiving end 64. amplitude,
Kδ is the amplitude of the difference signal eδ generated at the difference signal output terminal 65.

【0018】なお、追尾信号検出回路6は、例えば衛星
に指向して通信中には、通信受信信号を受信端64に生
じ、通信送信信号を送信端66から入力する。また、上
記追尾受信信号に応答する和信号および差信号を受信端
64および差信号出力端65にそれぞれ生じる。
Note that the tracking signal detection circuit 6 generates a communication reception signal at the reception end 64 and inputs a communication transmission signal from the transmission end 66 during communication while directing to, for example, a satellite. Further, a sum signal and a difference signal in response to the tracking reception signal are generated at the reception end 64 and the difference signal output end 65, respectively.

【0019】和信号eΣおよび差信号eδが追尾信号処
理回路7に供給され、回路7は和信号eΣおよび差信号
eδに応答して(4)式および(5)式で表わされる直
交関係の誤差電圧ed(AZ)および誤差電圧ed(EL)を生
じる。
The sum signal e Σ and the difference signal e δ are supplied to the tracking signal processing circuit 7, and the circuit 7 responds to the sum signal e Σ and the difference signal e δ, and the error of the orthogonal relation expressed by the equations (4) and (5). It produces a voltage ed (AZ) and an error voltage ed (EL) .

【0020】 ed(AZ)=θ・cosφ …(4) ed(EL)=θ・sinφ …(5) この追尾受信システムでは、運用時においては、誤差電
圧ed(AZ)がアンテナビームの方位角指向誤差,誤差電
圧ed(EL)が仰角指向誤差を表わし、従って、誤差電圧
ed(AZ)および誤差電圧ed(EL)を共に零(ヌル)にな
るように対象目標からのビーコン波を追尾する。
Ed (AZ) = θ · cos φ (4) ed (EL) = θ · sin φ (5) In this tracking receiving system, the error voltage ed (AZ) is the azimuth angle of the antenna beam during operation. The pointing error and the error voltage ed (EL) represent the elevation angle pointing error. Therefore, the beacon wave from the target is tracked so that both the error voltage ed (AZ) and the error voltage ed (EL) become zero (null). .

【0021】一方、本発明の目的である座標軸校正にお
いては、副反射鏡2上のプローブアンテナ5が一次放射
器3の放射の中心(基準位置)Oを原点とする立体座標
系の角度(θ,φ)方向にオフセットされており(図3
参照)、このオフセット角比は既知である。従って、追
尾信号処理回路7では、誤差電圧ed(AZ)に対する誤差
電圧ed(EL)の比をプローブアンテナ5のオフセット角
比に等しくなるように設定する。即ち、ed(EL)/ed
(AZ)=tanφとなるように設定すると、誤差電圧ed
(AZ)および誤差電圧ed(EL)をプローブアンテナ5から
のビーコン信号Sの方位角成分および仰角成分にそれぞ
れ一致させることができ、即ち、この追尾受信システム
のアンテナ座標軸校正ができる。なお、上記誤差電圧比
の設定は、追尾信号処理回路7への和信号eΣと差信号
eδとの相対入力位相を変化させてアンテナの電気的座
標系を回転させることで行う。
On the other hand, in the coordinate axis calibration which is the object of the present invention, the probe antenna 5 on the sub-reflecting mirror 2 makes an angle (θ) of a three-dimensional coordinate system whose origin is the center (reference position) O of the radiation of the primary radiator 3. , Φ) direction (Fig. 3
), This offset angle ratio is known. Therefore, in the tracking signal processing circuit 7, the ratio of the error voltage ed (EL) to the error voltage ed (AZ) is set to be equal to the offset angle ratio of the probe antenna 5. That is, ed (EL) / ed
When set so that (AZ) = tanφ, the error voltage ed
(AZ) and the error voltage ed (EL ) can be matched with the azimuth angle component and the elevation angle component of the beacon signal S from the probe antenna 5, that is, the antenna coordinate axis calibration of this tracking reception system can be performed. The error voltage ratio is set by changing the relative input phase of the sum signal eΣ and the difference signal eδ to the tracking signal processing circuit 7 and rotating the electrical coordinate system of the antenna.

【0022】図1を参照して追尾信号検出器6の動作を
詳細に説明すると、検出器6はモードカップラ61と偏
波変換器62と偏分波器63とを含んでいる。モードカ
ップラ61は、一次放射器3からビーコン信号Sを受
け、TE21モードの差信号eδを差信号出力端65
に、TE11モードの和信号eΣを偏波変換器62にそ
れぞれ生じる。なお、このモードカップラ61は、モノ
パルストラッキングアンテナの運用時にアンテナ軸(z
軸)が対象目標に指向すると、差信号出力端65での上
記追尾受信信号の受信レベルが零になる。また、モード
カップラ61の差信号出力端65へ結合する高次モード
としては、TM01モード,TE01モード等も使用で
きる。偏波変換器62は、モードカップラ61からTE
11モードのビーコン信号Sを供給され、この信号Sの
偏波面を偏分波器63の入力偏波面に一致させる。偏分
波器63は、偏波変換器62から供給されたビーコン信
号Sを受信端64に和信号eΣとして生じ、またモノパ
ルストラッキングアンテナの運用時には、送信端66に
供給された通信信号を偏波変換器62に供給する。
The operation of the tracking signal detector 6 will be described in detail with reference to FIG. 1. The detector 6 includes a mode coupler 61, a polarization converter 62 and a demultiplexer 63. The mode coupler 61 receives the beacon signal S from the primary radiator 3 and outputs the difference signal eδ in the TE21 mode to the difference signal output terminal 65.
Then, the sum signal eΣ of the TE11 mode is generated in the polarization converter 62, respectively. It should be noted that this mode coupler 61 is used to operate the antenna axis (z
When the axis) points toward the target, the reception level of the tracking reception signal at the difference signal output terminal 65 becomes zero. Further, as the higher-order mode coupled to the difference signal output terminal 65 of the mode coupler 61, TM01 mode, TE01 mode, etc. can be used. The polarization converter 62 is connected to the TE from the mode coupler 61.
The 11-mode beacon signal S is supplied, and the polarization plane of this signal S is matched with the input polarization plane of the demultiplexer 63. The demultiplexer 63 generates the beacon signal S supplied from the polarization converter 62 as the sum signal eΣ at the receiving end 64, and polarizes the communication signal supplied to the transmitting end 66 during operation of the monopulse tracking antenna. Supply to the converter 62.

【0023】さらに図1を参照して追尾信号処理回路7
の動作を詳細に説明すると、この回路7は、差信号出力
端65からの差信号eδをそれぞれ受ける位相検波器7
3および74と、和信号eΣを受信端64から受けこの
信号eΣを可変移相させて信号eΣ1を生じる可変位相
器76と、信号eΣ1をπ/2ラジアン遅らせて信号e
Σ2を生じる位相器75とを含む。位相検波器73は差
信号eδと信号eΣ1とを比較して比較信号e1を生
じ、位相検波器74は差信号eδと信号eΣ2とを比較
して比較信号e2を生じる。これら直交関係にある比較
信号e1およびe2の各各は、ローパスフィルタ71お
よび72により直流成分のみをそれぞれ検出され、
(2)式および(3)式の誤差電圧ed(AZ)および誤差
電圧ed(EL)になる。上述の信号eΣ1,eΣ2,e1
およびe2を(6)式ないし(9)式に示す。
Further referring to FIG. 1, tracking signal processing circuit 7
In detail, the circuit 7 includes a phase detector 7 which receives the difference signal e δ from the difference signal output terminal 65.
3 and 74, the sum signal eΣ from the receiving end 64, and the signal eΣ is variably phase-shifted to generate the signal eΣ1, and the signal eΣ1 is delayed by π / 2 radians to obtain the signal e.
And a phaser 75 that produces Σ2. The phase detector 73 compares the difference signal eδ and the signal eΣ1 to generate the comparison signal e1, and the phase detector 74 compares the difference signal eδ and the signal eΣ2 to generate the comparison signal e2. Only the DC component of each of the comparison signals e1 and e2 in the orthogonal relationship is detected by the low-pass filters 71 and 72, respectively.
The error voltage ed (AZ) and the error voltage ed (EL) in the expressions (2) and (3 ) are obtained. The above signals eΣ1, eΣ2, e1
And e2 are shown in formulas (6) to (9).

【0024】 eΣ1=KΣ・cos(ωt+γ) …(6) eΣ2=KΣ・sin(ωt+γ) …(7) e1=θ・[cosφ+cos(2ωt±2γ±φ)] …(8) e2=θ・[sinφ+sin(2ωt±2γ±φ)] …(9) (4)式および(5)式の誤差電圧ed(AZ)および誤差
電圧ed(EL)は、可変位相器76により位相調整され、
座標系を変換したあとの電圧である。可変位相器76の
調整はこの校正時にマニュアル操作で行ってよい。
EΣ1 = KΣ · cos (ωt + γ) (6) eΣ2 = KΣ · sin (ωt + γ) (7) e1 = θ · [cosφ + cos (2ωt ± 2γ ± φ)] (8) e2 = θ · [[ sin φ + sin (2ωt ± 2γ ± φ)] (9) The error voltage ed (AZ) and the error voltage ed (EL ) in the equations (4) and (5) are phase-adjusted by the variable phase shifter 76,
It is the voltage after the coordinate system is converted. The adjustment of the variable phase shifter 76 may be performed manually during this calibration.

【0025】上述のとおり、図1の実施例は、設置のた
めの制約条件が多くまた校正精度にも不安のある外部コ
リメーション設備を用いないので、容易かつ迅速に精度
の高いモノパルスアンテナのアンテナ座標軸の校正を行
うことができる。
As described above, the embodiment shown in FIG. 1 does not use an external collimation facility which has many restrictions for installation and is concerned about calibration accuracy. Therefore, the antenna coordinate axis of the monopulse antenna with high accuracy can be easily and quickly obtained. Can be calibrated.

【0026】図4は、本発明の第2の実施例を示す図で
あり、(a)はブロック図、(b)はプローブアンテナ
5Aおよび5Bの配置図である。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, (a) is a block diagram, and (b) is a layout diagram of probe antennas 5A and 5B.

【0027】このモノパルストラッキングアンテナの追
尾受信システムは、図1の実施例と同様に、主反射鏡1
と副反射鏡2Aと一次放射器3とを含むカセグレンアン
テナと、ビーコン発振器4と、追尾信号検出器6と、追
尾信号処理回路7とを備えている。しかし、この追尾受
信システムは、プローブアンテナ5に代えて二つのプロ
ーブアンテナ5Aおよび5Bを、図示するごとく、副反
射鏡2Aの中心Pを通るアンテナ軸の選択された特定点
を基点としてこの基点から垂直(y軸)面内および水平
(x軸)面内の等距離の位置にそれぞれ配置している。
なお、図におけるx軸およびy軸は、主反射鏡1および
副反射鏡2Aが仰角0度の場合,つまり校正時におい
て、地面と平行な面および地面と垂直な面にそれぞれ一
致するように設定している。また、ビーコン発振器4か
らのビーコン波Sは、切替器8によりプローブアンテナ
5Aおよび5Bに交互に切替えられ、プローブアンテナ
5Aからはビーコン波S1,プローブアンテナ5Bから
はビーコン波S2を一次放射器3の方向に放射する。
The tracking receiving system of this monopulse tracking antenna is similar to the embodiment of FIG.
A Cassegrain antenna including the sub-reflector 2A and the primary radiator 3, a beacon oscillator 4, a tracking signal detector 6, and a tracking signal processing circuit 7. However, in this tracking receiving system , instead of the probe antenna 5, two probe antennas 5A and 5B are used , as shown in the figure, a specific point of the antenna axis passing through the center P of the sub-reflecting mirror 2A.
Is set as a base point and is arranged at positions equidistant from the base point in a vertical (y-axis) plane and a horizontal (x-axis) plane.
The x-axis and the y-axis in the figure are the main reflecting mirror 1 and
When the sub-reflector 2A has an elevation angle of 0 degrees, that is,
The plane parallel to the ground and the plane perpendicular to the ground.
It is set to match. Further, the beacon wave S from the beacon oscillator 4 is alternately switched to the probe antennas 5A and 5B by the switcher 8, and the beacon wave S1 is emitted from the probe antenna 5A and the beacon wave S2 is emitted from the probe antenna 5B to the primary radiator 3. Radiates in the direction.

【0028】上述の通りにプローブアンテナ5Aおよび
5Bを配置すると、プローブアンテナ5Aからのビーコ
ン波S1の放射時には、仰角方向の誤差電圧ed(EL)が
最大値に、方位角方向の誤差電圧ed(AZ)が零にならな
ければならない。一方、プローブアンテナ5Bからのビ
ーコン波S2の放射では、誤差電圧ed(EL)が零に、誤
差電圧ed(AZ)が最大値にならなければならない。これ
らの誤差電圧設定も追尾信号処理回路7内の可変位相器
76の移相量を調整して和信号eΣの伝送系と差信号e
δの伝送系との間の電気長のずれを補正することにより
達成され、アンテナ座標軸の校正がされる。
When the probe antennas 5A and 5B are arranged as described above, the error voltage ed (EL ) in the elevation angle direction becomes the maximum value and the error voltage ed ( in the azimuth direction direction ed ( when the beacon wave S1 is emitted from the probe antenna 5A. AZ) must be zero. On the other hand, in the radiation of the beacon wave S2 from the probe antenna 5B, the error voltage ed (EL) must be zero and the error voltage ed (AZ) must be the maximum value. These error voltage settings are also adjusted by adjusting the amount of phase shift of the variable phase shifter 76 in the tracking signal processing circuit 7 and the transmission system of the sum signal eΣ and the difference signal e.
This is achieved by correcting the electrical length deviation from the transmission system of δ, and the antenna coordinate axis is calibrated.

【0029】図4の実施例においては、仰角方向および
方位角方向のアンテナ座標の校正をそれぞれ独立に行う
ことができるので、図1の実施例よりさらに精度を高い
校正を行うことができる。
In the embodiment of FIG. 4, since the antenna coordinates in the elevation direction and the azimuth angle direction can be independently calibrated, the calibration can be performed with higher accuracy than the embodiment of FIG.

【0030】なお、ビーコン信号S1の放射用として、
図1の実施例においては1個のプローブアンテナ5を、
図4の実施例においては2個のプローブアンテナ5Aお
よび5Bをそれぞれ備えているが、これらプローブアン
テナの数量は、実施例に限定されるものではなく、多い
ほどアンテナ座標軸の校正精度をよくできるのは勿論で
ある。
For the emission of the beacon signal S1,
In the embodiment of FIG. 1, one probe antenna 5 is
In the embodiment of FIG. 4, two probe antennas 5A and 5B are provided respectively, but the number of these probe antennas is not limited to the embodiment, and the larger the number, the better the calibration accuracy of the antenna coordinate axes. Of course.

【0031】図5は本発明の第3の実施例のブロック図
である。
FIG. 5 is a block diagram of the third embodiment of the present invention.

【0032】このモノパルスアンテナの追尾受信システ
ムは、放射器21と反射鏡22とを含むパラボラアンテ
ナと、上述した追尾信号検出器6と追尾信号処理回路7
とを備えている。また、この追尾受信システムは、反射
鏡22上にビーコン発振器4からのビーコン信号Sを放
射器21に向けて放射するプローブアンテナ23を設け
ている。このプローブアンテナ23は、図1の実施例の
プローブアンテナ5と同様のアンテナであり、位置もア
ンテナ軸(z軸)に対して放射器21の基準位置O1か
ら、x軸に対して角度θ、y軸に対して角度φの位置に
オフセットして置かれる。従って、この実施例も図1の
実施例と同様にアンテナ座標軸の校正を行うことができ
る。
This monopulse antenna tracking receiving system includes a parabolic antenna including a radiator 21 and a reflecting mirror 22, the above-mentioned tracking signal detector 6 and a tracking signal processing circuit 7.
It has and. Further, in this tracking reception system, a probe antenna 23 that radiates the beacon signal S from the beacon oscillator 4 toward the radiator 21 is provided on the reflecting mirror 22. This probe antenna 23 is an antenna similar to the probe antenna 5 of the embodiment of FIG. 1, and its position is from the reference position O1 of the radiator 21 with respect to the antenna axis (z axis) to the angle θ with respect to the x axis. It is placed offset from the y-axis at an angle φ. Therefore, this embodiment can also calibrate the antenna coordinate axes as in the embodiment of FIG.

【0033】また、この反射鏡22のアンテナ軸に対し
て垂直軸面上および水平面上に図4の実施例と同様に二
つのプローブアンテナを設けると、図4と同様の動作原
理によりアンテナ座標軸の校正ができるのは明らかであ
る。
Further, when two probe antennas are provided on the vertical axis plane and the horizontal plane with respect to the antenna axis of the reflecting mirror 22 as in the embodiment of FIG. 4, the antenna coordinate axis of the antenna coordinate axis is the same as that of FIG. It is clear that calibration is possible.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、反射鏡面
上のしかもアンテナ軸から任意にオフセットした点に一
つ以上のプローブアンテナを設け、このプローブアンテ
ナをコリメーションのための放射源とするので、設置条
件に制約の多い外部にコリメーション設備を設けること
なく、迅速・容易にしかも精度よくモノパルストラッキ
ングアンテナのアンテナ座標軸の校正ができるという効
果がある。
As described above, according to the present invention, one or more probe antennas are provided on the reflecting mirror surface and at a point arbitrarily offset from the antenna axis, and the probe antennas are used as the radiation source for collimation. There is an effect that the antenna coordinate axis of the monopulse tracking antenna can be calibrated quickly, easily and accurately without providing external collimation equipment, which has many restrictions on installation conditions.

【0035】また本発明は、単反射鏡アンテナにおいて
も運用に困難を来す恐れなく上記校正ができる効果があ
る。
Further, the present invention has an effect that the above-mentioned calibration can be performed even in a single reflecting mirror antenna without fear of causing difficulty in operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例における一次放射器3への高次モ
ード波の励振原理を示す図であり、(a)はTE21モ
ード波の励振原理、(b)はTE21モード波の電磁界
分布を示す。
2A and 2B are diagrams showing the principle of excitation of a higher-order mode wave into the primary radiator 3 in the embodiment of FIG. 1, where FIG. 2A is a principle of excitation of a TE21 mode wave, and FIG. 2B is an electromagnetic field of a TE21 mode wave. The distribution is shown.

【図3】図1の実施例における追尾誤差による誤差電圧
の発生原理を説明するための立体座標系を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a three-dimensional coordinate system for explaining a principle of generating an error voltage due to a tracking error in the embodiment of FIG.

【図4】本発明の第2の実施例を示す図であり、(a)
はブロック図、(b)はプローブアンテナ5Aおよび5
Bの配置図である。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, (a)
Is a block diagram, (b) is probe antennas 5A and 5
FIG.

【図5】本発明の第3の実施例のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主反射鏡 2 副反射鏡 3 一次放射器 4 ビーコン発振器 5,5A,5B,23 プローブアンテナ 6 追尾信号検出器 7 追尾信号処理回路 8 切替器 21 放射器 22 反射鏡 61 モードカップラ 62 偏波変換器 63 偏分波器 64 受信端 65 差信号出力端 66 送信端 71,72 ローパスフィルタ 73,74 位相検波器 75 位相器 76 可変位相器 1 Main Reflector 2 Sub Reflector 3 Primary Radiator 4 Beacon Oscillator 5, 5A, 5B, 23 Probe Antenna 6 Tracking Signal Detector 7 Tracking Signal Processing Circuit 8 Switcher 21 Radiator 22 Reflector 61 Mode Coupler 62 Polarization Conversion 63 Depolarizer 64 Receiver 65 Differential signal output 66 Transmit 71,72 Low pass filter 73,74 Phase detector 75 Phaser 76 Variable phaser

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01Q 25/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01Q 25/02

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 追尾信号を受ける反射鏡と前記反射鏡か
ら前記追尾信号を受ける放射器とを含む反射鏡アンテナ
と、前記放射器から前記追尾信号を受けて前記追尾信号
の基本モード成分を和信号として生じるとともに前記追
尾信号の高次モード成分を差信号として生じる追尾信号
検出手段と、前記追尾信号検出手段からの前記和信号お
よび前記差信号に応答して前記反射鏡アンテナのアンテ
ナ軸に対する前記追尾信号の方位角誤差よび仰角誤差
を検出する追尾信号処理手段とを備えるモノパルストラ
ッキングアンテナにおいて、 前記反射鏡の反射面上に設けられ前記追尾信号と同一周
波数のビーコン波を前記放射器に放射するプローブアン
テナをさらに備えることを特徴とするモノパルストラッ
キングアンテナ。
1. A reflector antenna including a reflector for receiving a tracking signal and a radiator for receiving the tracking signal from the reflector; and a fundamental mode component of the tracking signal when the tracking signal is received from the radiator. A tracking signal detecting unit that generates a higher-order mode component of the tracking signal as a difference signal and that occurs as a signal, and the summing signal and the difference signal from the tracking signal detecting unit in response to the antenna axis of the reflector antenna. in monopulse tracking antenna and a tracking signal processing means for detecting an azimuth error Contact and elevation errors of the tracking signal, emit a beacon wave of the tracking signal and the same frequency is provided on the reflecting surface of the reflector in the radiator A monopulse tracking antenna, further comprising:
【請求項2】 前記反射鏡が、前記追尾信号を受ける主
反射鏡と、前記主反射鏡から前記追尾信号を受けてこの
追尾信号を前記放射器に反射する副反射鏡とを含み、 前記プローブアンテナが、前記副反射鏡の反射面上に設
けられ、 前記ビーコン波を前記プローブアンテナに供給するビー
コン発振器をさらに備えることを特徴とする請求項1記
載のモノパルストラッキングアンテナ。
2. The probe includes a main reflecting mirror that receives the tracking signal, and a sub-reflecting mirror that receives the tracking signal from the main reflecting mirror and reflects the tracking signal to the radiator. The monopulse tracking antenna according to claim 1, wherein an antenna is provided on a reflecting surface of the sub-reflecting mirror, and the beacon further includes a beacon oscillator that supplies the beacon wave to the probe antenna.
【請求項3】 前記プローブアンテナが、仰角0度の
記反射鏡のアンテナ軸の選択された特定点を基点として
この基点から地面に対する垂直軸および水平軸の等距離
の位置にそれぞれ配置されている二つのプローブアンテ
含むことを特徴とする請求項1記載のモノパルスト
ラッキングアンテナ。
3. The probe antenna is based on a selected specific point of the antenna axis of the reflecting mirror having an elevation angle of 0 degree.
The monopulse tracking antenna according to claim 1 , further comprising two probe antennas arranged at positions equidistant from the base point on the vertical axis and the horizontal axis with respect to the ground .
【請求項4】 前記追尾信号処理手段が、前記ビーコン
波の放射時において、前記放射器に対する前記プローブ
アンテナの方位角および仰角に対応する前記方位角誤差
および前記仰角誤差を検出せしめるように、供給される
前記和信号と前記差信号との相対位相を変化させること
ができる位相調整手段を備えることを特徴とする請求項
1記載のモノパルストラッキングアンテナ。
4. The beacon is provided by the tracking signal processing means.
The probe for the radiator during the emission of waves
The azimuth error corresponding to the azimuth and elevation of the antenna
And the like allowed to detect the elevation angle error, varying the relative phase between the difference signal and the sum signal is supplied
The monopulse tracking antenna according to claim 1, further comprising a phase adjusting unit capable of performing the above.
【請求項5】 追尾信号を受ける主反射鏡と前記主反射
鏡から前記追尾信号を受ける副反射鏡と前記副反射鏡か
ら前記追尾信号を受ける放射器とを含む複反射鏡アンテ
ナと、前記放射器から前記追尾信号を受けて前記追尾信
号の基本モード成分を和信号として生じるとともに前記
追尾信号の高次モード成分を差信号として生じる追尾信
号検出手段と、前記追尾信号検出手段からの前記和信号
および前記差信号に応答して前記反射鏡アンテナのアン
テナ軸に対する前記追尾信号の方位角誤差よよび仰角誤
差を検出する追尾信号処理手段とを備えるモノパルスト
ラッキングアンテナにおいて、 前記副反射鏡に設けられ前記追尾信号と同一周波数のビ
ーコン波を前記放射器に放射するプローブアンテナと、
前記ビーコン波を前記プローブアンテナに供給するビー
コン発振器とをさらに備えることを特徴とするモノパル
ストラッキングアンテナ。
5. A multi-reflector antenna including a main reflecting mirror for receiving a tracking signal, a sub-reflecting mirror for receiving the tracking signal from the main reflecting mirror, and a radiator for receiving the tracking signal from the sub-reflecting mirror, and the radiation. Signal receiving means for receiving the tracking signal from a tracking device and generating a fundamental mode component of the tracking signal as a sum signal and a higher-order mode component of the tracking signal as a difference signal, and the sum signal from the tracking signal detection means. And a tracking signal processing means for detecting an azimuth angle error and an elevation angle error of the tracking signal with respect to the antenna axis of the reflector antenna in response to the difference signal, wherein the monopulse tracking antenna is provided in the sub-reflector. A probe antenna that radiates a beacon wave having the same frequency as a tracking signal to the radiator,
A monopulse tracking antenna, further comprising: a beacon oscillator that supplies the beacon wave to the probe antenna.
【請求項6】 追尾信号を受ける主反射鏡と前記主反射
鏡から前記追尾信号を受ける副反射鏡と前記副反射鏡か
ら前記追尾信号を受ける放射器とを含む複反射鏡アンテ
ナと、前記放射器から前記追尾信号を受けて前記追尾信
号の基本モード成分を和信号として生じるとともに前記
追尾信号の高次モード成分を差信号として生じる追尾信
号検出手段と、前記追尾信号検出手段からの前記和信号
および前記差信号に応答して前記反射鏡アンテナのアン
テナ軸に対する前記追尾信号の方位角誤差および仰角誤
差を検出する追尾信号処理手段とを備えるモノパルスト
ラッキングアンテナにおいて、仰角0度の 前記反射鏡のアンテナ軸の選択された特定点
を基点としてこの基点から地面に対する垂直軸および水
平軸の等距離の位置にそれぞれ配置されており前記追尾
信号と同一周波数のビーコン波を前記放射器に放射する
二つのプローブアンテナと、前記ビーコン波を前記二つ
のプローブアンテナに切替えて供給するビーコン発振器
とをさらに備えることを特徴とするモノパルストラッキ
ングアンテナ。
6. A multi-reflector antenna including a main reflecting mirror for receiving a tracking signal, a sub-reflecting mirror for receiving the tracking signal from the main reflecting mirror, and a radiator for receiving the tracking signal from the sub-reflecting mirror, and the radiation. Signal receiving means for receiving the tracking signal from a tracking device and generating a fundamental mode component of the tracking signal as a sum signal and a higher-order mode component of the tracking signal as a difference signal, and the sum signal from the tracking signal detection means. and the monopulse tracking antenna and a tracking signal processing means responsive to said difference signal for detecting the azimuth error and the elevation error of the tracking signal to the antenna axis of the reflector antenna, antenna elevation angle 0 ° of the reflecting mirror Selected point on the axis
The vertical axis from the base point to the ground and the water
Two probe antennas that are arranged at equidistant positions on a flat axis and radiate beacon waves of the same frequency as the tracking signal to the radiator, and a beacon that switches the beacon wave to the two probe antennas and supplies the beacon waves. A monopulse tracking antenna further comprising an oscillator.
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