JPH08102618A - Multibeam antenna - Google Patents

Multibeam antenna

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JPH08102618A
JPH08102618A JP23807994A JP23807994A JPH08102618A JP H08102618 A JPH08102618 A JP H08102618A JP 23807994 A JP23807994 A JP 23807994A JP 23807994 A JP23807994 A JP 23807994A JP H08102618 A JPH08102618 A JP H08102618A
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JP
Japan
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antenna
antenna elements
amplifier
power
cluster
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Application number
JP23807994A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Shiyouki
裕樹 庄木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE: To easily solve problems such as a power loss in large power transmission, to easily set up excitation distribution for low side lobe and to highly efficiently utilize a power supply for an amplifier. CONSTITUTION: This multibeam antenna is constituted of a reflector and primary radiator and each primary radiator constitute clusters 89 to 92 arranged in each beam, and is provided with plural antenna elements 401, 411 to 416 consisting of plural kinds having different radiation characteristics and plural amplifiers 201, 211 to 216 directly connected to respective antenna elements 401, 411 to 416.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマルチビームアンテナに
関し、特に、衛星搭載用反射鏡アンテナの一次放射器と
して用いられるマルチビーム給電系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-beam antenna, and more particularly to a multi-beam feeding system used as a primary radiator of a reflector antenna mounted on a satellite.

【0002】[0002]

【従来の技術】衛星通信に対する需要の増加に伴い、衛
星搭載アンテナの利得を上げて通信容量を大きくとるこ
とが要求されている。そのために、アンテナから放射さ
れるビームのカバレッジエリアを小さくし、狭い領域に
効率良く電波を放射させる必要がある。従って、複数の
ビームでサービスエリアをカバーするマルチビームによ
る衛星放送システムが必要である。
2. Description of the Related Art With the increase in demand for satellite communication, it is required to increase the gain of an antenna mounted on the satellite to increase the communication capacity. Therefore, it is necessary to reduce the coverage area of the beam radiated from the antenna and efficiently radiate radio waves in a narrow area. Therefore, there is a need for a multi-beam satellite broadcasting system that covers a service area with a plurality of beams.

【0003】一例として、図3に示すような4ビームに
よるマルチビーム衛星通信を考える。ここで周波数の有
効利用をはかるため、1ビーム置きに同一周波数を利用
する。この周波数有効利用のため、衛星搭載アンテナに
対して放射パターンの低サイドローブ化が重要な技術と
なる。例えば、ビーム1に対して放射される電波は、同
一周波数を用いるビーム3のカバレッジに対しては干渉
が無いように、この領域内では低サイドローブ特性を有
する必要がある。
As an example, consider multibeam satellite communication using four beams as shown in FIG. Here, in order to effectively use the frequency, the same frequency is used every other beam. In order to effectively use this frequency, it is important to reduce the side lobe of the radiation pattern for the satellite antenna. For example, the radio wave radiated to the beam 1 needs to have low sidelobe characteristics in this region so that there is no interference with the coverage of the beam 3 using the same frequency.

【0004】このような低サイドローブ特性を実現する
アンテナ方式として、図2に示すような反射鏡24と一次
放射器23によって構成されるアンテナが考えられる。こ
こで一次放射器は、図6に示すように、4つのクラスタ
31,32,33,34 によって構成されている。各クラスタは、
各々一つのビームを形成し、各々7個のアンテナ素子で
構成される。ここで、ビーム1を形成するクラスタ31は
アンテナ素子1,2,3,4,5,6,7で構成され、
ビーム2を形成するクラスタ32はアンテナ素子6,7,
8,9,10,11,12で構成され、ビーム3を形成するク
ラスタ33はアンテナ素子11,12,13,14,15,16,17で
構成され、ビーム4を形成するクラスタ34はアンテナ素
子16,17,18,19,20,21,22で構成される。このよう
に、一つのビームを複数のアンテナ素子により形成し、
各アンテナ素子に適当な励振分布を設定することによ
り、それらの合成パターンが低サイドローブ特性をもつ
ようにさせることが可能である。また、ここで、ビーム
のクロスオーバーレベル(ビームとビームの境界での利
得)を高くしたいという要求から、クラスタを構成する
一部のアンテナ素子を隣接するビーム間で共用する(一
例として、アンテナ素子6,7はクラスタ31で形成する
ビーム1とクラスタ32で形成されるビーム2の両方で利
用される)。
As an antenna system which realizes such a low sidelobe characteristic, an antenna composed of a reflecting mirror 24 and a primary radiator 23 as shown in FIG. 2 can be considered. Here, the primary radiator consists of four clusters, as shown in FIG.
It is composed of 31,32,33,34. Each cluster is
Each forms one beam, and each is composed of seven antenna elements. Here, the cluster 31 forming the beam 1 is composed of antenna elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
The cluster 32 forming the beam 2 includes antenna elements 6, 7,
A cluster 33, which is composed of 8, 9, 10, 11, and 12 and forms the beam 3, is composed of antenna elements 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17, and a cluster 34, which forms the beam 4, is an antenna element. It consists of 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. In this way, one beam is formed by multiple antenna elements,
By setting an appropriate excitation distribution for each antenna element, it is possible to make the composite pattern thereof have low sidelobe characteristics. In addition, here, due to the requirement to increase the beam crossover level (gain at the beam-beam boundary), some antenna elements that form a cluster are shared between adjacent beams (for example, antenna elements are used). 6 and 7 are used by both the beam 1 formed by the cluster 31 and the beam 2 formed by the cluster 32).

【0005】以上のような考え方は既に多くの衛星搭載
用マルチビームアンテナに利用されている。その給電系
の構成として考えられる従来の方式を以下に示す。図7
はマルチビーム給電系の従来の構成を示す一例であり、
アンテナ素子1〜22は各々のビームに対応するクラスタ
の給電回路47,48,49,50 により合成(受信の場合)もし
くは分配(送信の場合)される。各給電回路の中には、
各クラスタを構成するアンテナ素子に対して所定の励振
分布を与えるように、分配器(合成器)、移相器などを
用いた構成となっている。給電回路47,48,49,50 には各
々増幅器101,102,103,104 が接続され、送受の信号の増
幅を行う。この増幅器として送信の場合には高出力増幅
器(具体的には進行波型増幅管や固体増幅器など)、受
信の場合には低雑音増幅器が用いられる。また、この給
電系構成の中で、隣接ビーム間で共用されるアンテナ素
子6,7,11,12,16,17では、2つの周波数帯域の分
離を行うために分波器205,206,207,208,209,210 が各々
接続される。この方式は給電回路でアンテナ素子の励振
分布を自由に設定できるので、周波数再利用のために最
適な低サイドローブパターンを各ビームで実現できる利
点がある。しかし、この方式は、各ビームの周波数帯域
が固定して変化しないことを前提としており、周波数帯
域や通信量を各ビームの呼量に応じて柔軟に変化させる
ことができない。
The above concept has already been applied to many satellite-mounted multi-beam antennas. The conventional method considered as the configuration of the power feeding system is shown below. Figure 7
Is an example showing a conventional configuration of a multi-beam feeding system,
The antenna elements 1 to 22 are combined (in the case of reception) or distributed (in the case of transmission) by the power feeding circuits 47, 48, 49 and 50 of the clusters corresponding to the respective beams. In each feeding circuit,
The configuration uses a distributor (combiner), a phase shifter, etc. so as to give a predetermined excitation distribution to the antenna elements forming each cluster. Amplifiers 101, 102, 103 and 104 are connected to the power feeding circuits 47, 48, 49 and 50, respectively, and amplify signals for transmission and reception. As this amplifier, a high output amplifier (specifically, a traveling wave type amplification tube or a solid-state amplifier) is used for transmission, and a low noise amplifier is used for reception. In addition, in this power feeding system configuration, the demultiplexers 205, 206, 207, 208, 209, 210 are respectively connected to the antenna elements 6, 7, 11, 12, 16, 17 that are shared between the adjacent beams to separate the two frequency bands. It In this method, the excitation distribution of the antenna element can be freely set in the feeding circuit, and therefore, there is an advantage that an optimum low sidelobe pattern for frequency reuse can be realized for each beam. However, this method is based on the premise that the frequency band of each beam does not change and cannot be changed flexibly according to the call volume of each beam.

【0006】図8の給電系構成は、ビーム間で周波数帯
域や通信量を柔軟に変化させる場合に対応できるもので
ある。ここで、各アンテナ素子1〜22が各々のビームに
対応するクラスタの給電回路47,48,49,50 により合成も
しくは分配されるところは図7の構成と同様である。た
だし、隣接するビーム間で共用するアンテナ素子6,
7,11,12,16,17では、各ビームの周波数帯域が固定
していないため分波器による周波数帯域分離が不可能で
あるので、単なる分配器(合成器)41,42,43,44,46を接
続する。給電回路47,48 はマトリクス増幅器59に、給電
回路49,50 はマトリクス増幅器60に各々接続される。マ
トリクス増幅器59は3dBハイブリッド51と、この3dBハ
イブリッド51の出力に接続された2個の増幅器55,56
と、この増幅器55,56 の出力に接続されたハイブリッド
52とにより構成されている。同様に、マトリクス増幅器
60は3dBハイブリッド53と、この3dBハイブリッド53の
出力に接続された2個の増幅器57,58 と、この増幅器5
7,58 の出力に接続されたハイブリッド54とにより構成
されている。このような構成のマトリクス増幅器59,60
では、入力信号がハイブリッド52,54 により等分配され
て、二つの増幅器55,56 又は57,58 により増幅され、出
力側のハイブリッド51,53 により一方のポートに出力さ
れる。図に示すように二つのビームが同時に入力した場
合にも、常に増幅器に対して同レベルで入出力し、別々
のポートに各ビームの出力が現れる。この場合、ビーム
間での周波数帯域のアンバランス(通信量の差)があっ
ても、増幅器への入力は均一化されるので増幅器は常に
高効率で動作できる。いま、ビーム1およびビーム3が
占める周波数帯域の全体に対する割合をx(0≦x≦
1)とし、一つの増幅器の最大出力電力をPmax とする
と、増幅器の電源効率ηは次式のようになる。ここで電
源効率は、電源により出力可能な増幅器の最大出力電力
に対して実際に出力している出力電力がどのような比に
なっているかを示す(以後の説明においても同様の意味
である)。
The power supply system configuration of FIG. 8 can cope with a case where the frequency band and the amount of communication are flexibly changed between the beams. Here, the antenna elements 1 to 22 are combined or distributed by the feeding circuits 47, 48, 49, 50 of the clusters corresponding to the respective beams, as in the configuration of FIG. However, the antenna element 6, which is shared between the adjacent beams,
In 7, 11, 12, 16, and 17, since the frequency band of each beam is not fixed, the frequency band separation by the demultiplexer is not possible, so it is simply a distributor (combiner) 41, 42, 43, 44. , 46 are connected. The feeding circuits 47 and 48 are connected to the matrix amplifier 59, and the feeding circuits 49 and 50 are connected to the matrix amplifier 60. The matrix amplifier 59 is a 3 dB hybrid 51 and two amplifiers 55 and 56 connected to the output of the 3 dB hybrid 51.
And a hybrid connected to the output of this amplifier 55,56
It is composed of 52 and. Similarly, matrix amplifier
60 is a 3 dB hybrid 53, two amplifiers 57 and 58 connected to the output of this 3 dB hybrid 53, and this amplifier 5
It consists of a hybrid 54 connected to the outputs of 7,58. The matrix amplifier 59, 60 having such a configuration
In the above, the input signal is equally distributed by the hybrids 52, 54, amplified by the two amplifiers 55, 56 or 57, 58, and output to one port by the hybrids 51, 53 on the output side. As shown in the figure, even when two beams are input at the same time, the input and output are always at the same level with respect to the amplifier, and the output of each beam appears at different ports. In this case, even if there is an imbalance in the frequency band between the beams (difference in communication amount), the input to the amplifier is made uniform, so that the amplifier can always operate with high efficiency. Now, the ratio of the frequency band occupied by beam 1 and beam 3 to the entire frequency band is x (0 ≦ x ≦
1) and the maximum output power of one amplifier is Pmax, the power supply efficiency η of the amplifier is as follows. Here, the power supply efficiency indicates what ratio the output power actually output is to the maximum output power of the amplifier that can be output by the power supply (the same meaning applies in the following description). .

【0007】 η=2[2xPmax +2(1−x)Pmax ]/(4Pmax )= 1.0 (1) 従って、この例の場合、電源効率は理論的に 100%にな
る。以上述べたように、図8の給電系構成はビーム間で
通信量が変動する衛星通信システムに対して非常に有効
である。しかし、次のような問題点がある。
Η = 2 [2 × Pmax + 2 (1-x) Pmax] / (4Pmax) = 1.0 (1) Therefore, in this example, the power supply efficiency theoretically becomes 100%. As described above, the power feeding system configuration of FIG. 8 is very effective for a satellite communication system in which the communication amount varies between beams. However, there are the following problems.

【0008】特に、送信アンテナとして利用する場合、
給電回路47,48,49,50 は大電力が伝送されており、その
中で励振分布を高精度に実現することはハードウェアを
形成する上で難しい点が多い。大電力ゆえに発生するパ
ッシブインターモジュレーション(PIM,高調波が発
生し、受信機などへ影響を与える問題)やマルチパクシ
ョン(2次電子の発生によりRF的に短絡状態になり、
大電力伝送に障害が発生する問題)を抑えるための考慮
が必要である。また、周波数帯域に柔軟性を持たせると
すると、ビーム間共用素子に接続される合成器(分配
器)41,42,43,44,45,46 において損失が発生し(このア
ンテナに対する入力の半分は損失となる)、アンテナ効
率が低下したり、熱が発生する問題もある。合成器の代
わりにハイブリッドなどを用いて素子共用を行う方法な
ども考えられているが、この場合にはビーム間共用素子
の励振分布が拘束され、クラスタとしての低サイドロー
ブ化に適した最適な励振分布設定ができなくなる。さら
に、理想的に無限大であるマトリクス増幅器のポート間
のアイソレーションが実際には有限の値にしか実現でき
ないため、あるビームの信号が他のビームのクラスタへ
洩れ込む問題もある。この場合、ビーム間アイソレーシ
ョン特性を劣化させる。ビーム間のアイソレーションレ
ベルはマトリクス増幅器のポート間アイソレーション特
性に大きく依存し、このために非常に高いビーム間アイ
ソレーションが要求されるような衛星通信システムには
利用できないこともある。
Particularly when used as a transmitting antenna,
The power supply circuits 47, 48, 49, and 50 transmit a large amount of power, and it is difficult to form the excitation distribution with high accuracy in forming the hardware. Passive intermodulation (PIM, harmonics are generated, which affects receivers, etc.) and multipaction (because of high power, RF short circuit due to generation of secondary electrons)
It is necessary to consider in order to suppress the problem that a failure occurs in high power transmission. Also, if the frequency band is made flexible, loss will occur in the combiner (distributor) 41, 42, 43, 44, 45, 46 connected to the beam sharing element (half of the input to this antenna). Is a loss), the efficiency of the antenna is reduced, and heat is generated. A method of sharing elements by using a hybrid instead of a combiner has also been considered, but in this case, the excitation distribution of shared elements between beams is constrained, which is an optimum cluster suitable for low sidelobe. The excitation distribution cannot be set. Furthermore, since the isolation between the ports of the matrix amplifier, which is ideally infinite, can be realized only to a finite value, there is a problem that a signal of one beam leaks into a cluster of another beam. In this case, the isolation characteristics between the beams are deteriorated. The isolation level between the beams largely depends on the isolation characteristics between the ports of the matrix amplifier, and thus it may not be applicable to a satellite communication system that requires very high isolation between beams.

【0009】給電系構成の従来の方法として、図9のよ
うな構成も考えられる。この構成では、アンテナ素子1
〜22に各々増幅器61〜82が直接接続されている。その
後、クラスタ単位で給電回路89,90,91,92 が構成され、
ここで低サイドローブ化に最適な励振分布が設定され
る。ビーム間で共用するアンテナ素子6,7,11,12,
1617において合成器83,84,85,86,87,88 が各々接続され
ている。この合成器では、アンテナ素子の方向へ半分の
電力しか伝達されないのでここで損失が生じることにな
るが、この部分に伝送される信号は小電力であるので特
に問題にはならない。図9の構成では、特に送信アンテ
ナとして利用する場合、アンテナ素子と増幅器が直結さ
れているので、大電力を伝送する部分が短く、図8の構
成では問題となる電力損失、PIM、マルチパクション
に対する対策は容易になる。しかし、増幅器の電源効率
の点では不利である。前述の議論と同様に、全ての増幅
器の最大出力電力がPmax であり、クラスタを構成する
アンテナ素子の励振電力が中心のアンテナ素子を1、周
辺のアンテナ素子がα(0<α≦1)、ビーム1および
3の周波数帯域の割合をxとした場合、電源効率ηは次
のようになる。 η=[2(1+6α)xPmax +2(1+6α)(1−x)Pmax ]/22Pmax =2(1+6α)/22 (2) α=0.1 (=-10dB )とすると、η=14.5%となり、電
源効率が非常に悪いことがわかる。
As a conventional method of constructing a power feeding system, a configuration as shown in FIG. 9 can be considered. In this configuration, the antenna element 1
22 to 22 are directly connected to the amplifiers 61 to 82, respectively. After that, power supply circuits 89, 90, 91, 92 are configured in cluster units,
Here, the excitation distribution that is optimal for lowering the side lobes is set. Antenna elements shared between beams 6, 7, 11, 12,
In 1617, combiners 83, 84, 85, 86, 87, 88 are respectively connected. In this combiner, only half of the electric power is transmitted in the direction of the antenna element, which causes a loss here, but since the signal transmitted to this portion has a small electric power, there is no particular problem. In the configuration of FIG. 9, particularly when used as a transmitting antenna, the antenna element and the amplifier are directly connected to each other, so that a portion for transmitting a large amount of power is short, and power loss, PIM, and multipaction which are problems in the configuration of FIG. Measures become easy. However, it is disadvantageous in terms of power supply efficiency of the amplifier. Similar to the above discussion, the maximum output power of all amplifiers is Pmax, the excitation power of the antenna elements forming the cluster is 1, and the peripheral antenna elements are α (0 <α ≦ 1), When the ratio of the frequency bands of the beams 1 and 3 is x, the power supply efficiency η is as follows. If η = [2 (1 + 6α) xPmax + 2 (1 + 6α) (1-x) Pmax] / 22Pmax = 2 (1 + 6α) / 22 (2) α = 0.1 (=-10dB), then η = 14.5%, and the power supply efficiency It turns out that is very bad.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、マ
ルチビームアンテナにおける従来の給電系構成において
マトリクス給電系を用いた場合には、大電力を伝送させ
ることに起因するパッシブインターモジュレーションや
マルチパクション、電力損失の問題を解決することが難
しく、また、電力損失低減のためにクラスタの励振分布
が制限されて十分に低サイドローブ化することが困難に
なる問題があった。また、増幅器をアンテナ素子に直結
した給電系構成の場合には、増幅器の電源効率が非常に
低くなる問題点があった。
As described above, when the matrix feed system is used in the conventional feed system configuration in the multi-beam antenna, passive intermodulation and multipacion caused by transmitting a large amount of power are carried out. However, there is a problem that it is difficult to solve the problem of power loss, and it is difficult to sufficiently reduce the side lobe because the excitation distribution of the cluster is limited in order to reduce the power loss. Further, in the case of the power feeding system configuration in which the amplifier is directly connected to the antenna element, there is a problem that the power supply efficiency of the amplifier becomes extremely low.

【0011】本発明のマルチビームアンテナはこのよう
な課題に着目してなされたものであり、その目的とする
ところは、大電力伝送に係わる電力損失などの問題を容
易に解決でき、低サイドローブ化のための励振分布設定
が容易に行え、ビーム間の通信量の変動のある場合にも
増幅器の電源を高効率に利用できる給電系を有するマル
チビームアンテナを提供することにある。
The multi-beam antenna of the present invention has been made in view of such a problem, and its purpose is to easily solve the problems such as power loss related to high power transmission, and to have a low side lobe. It is an object of the present invention to provide a multi-beam antenna having a feeding system that can easily set the excitation distribution for optimization and can use the power source of the amplifier with high efficiency even when the communication amount between the beams varies.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のマルチビームアンテナは、反射鏡と一次
放射器とによって構成されるマルチビームアンテナであ
って、前記一次放射器が、各ビームごとに設けられたク
ラスタを構成し、放射特性が異なる複数の種類からなる
複数のアンテナ素子と、この複数のアンテナ素子の各々
に直接接続された複数の増幅器とを具備する。
In order to achieve the above object, a multi-beam antenna of the present invention is a multi-beam antenna composed of a reflecting mirror and a primary radiator, wherein the primary radiator is A cluster provided for each beam is configured to include a plurality of antenna elements of a plurality of types having different radiation characteristics, and a plurality of amplifiers directly connected to each of the plurality of antenna elements.

【0013】また、本発明のマルチビームアンテナは、
前記複数の増幅器の各最大出力電力の比が各々対応する
前記複数のアンテナ素子に与える励振電力の比と一致し
ている。また、本発明のマルチビームアンテナは、前記
複数のアンテナ素子に与える励振電力の比は特定の整数
比で表される。
Further, the multi-beam antenna of the present invention is
The ratio of the maximum output powers of the plurality of amplifiers matches the ratio of the excitation powers given to the corresponding plurality of antenna elements. Further, in the multi-beam antenna of the present invention, the ratio of excitation powers given to the plurality of antenna elements is represented by a specific integer ratio.

【0014】[0014]

【作用】すなわち、本発明のマルチビームアンテナは、
反射鏡と一次放射器とによって構成されるマルチビーム
アンテナであって、前記一次放射器を各ビームごとに設
けられたクラスタを構成する複数のアンテナ素子と、こ
のアンテナ素子に直接接続された複数の増幅器によって
構成し、前記複数のアンテナ素子を放射特性が異なる複
数の種類のアンテナによって構成する。
That is, the multi-beam antenna of the present invention is
A multi-beam antenna composed of a reflector and a primary radiator, wherein the primary radiator comprises a plurality of antenna elements forming a cluster provided for each beam, and a plurality of antenna elements directly connected to the antenna element. An amplifier is used, and the plurality of antenna elements are composed of a plurality of types of antennas having different radiation characteristics.

【0015】また、本発明のマルチビームアンテナは、
前記複数の増幅器の各最大出力電力の比が各々対応する
前記複数のアンテナ素子に与える励振電力の比と一致す
るように構成する。また、本発明のマルチビームアンテ
ナは、前記複数のアンテナ素子に与える励振電力の比が
特定の整数比で表されるように構成する。
Further, the multi-beam antenna of the present invention is
It is configured such that the ratio of the maximum output power of each of the plurality of amplifiers matches the ratio of the excitation power given to the corresponding plurality of antenna elements. Further, the multi-beam antenna of the present invention is configured such that the ratio of excitation powers given to the plurality of antenna elements is represented by a specific integer ratio.

【0016】[0016]

【実施例】本実施例では、反射鏡を介して電波の送受を
行う反射鏡型アンテナの一次放射器として、複数のアン
テナ素子で構成されるクラスタを用いる。ここで、ビー
ム間での周波数再利用を行うために必要な低サイドロー
ブパターンを形成するために複数のアンテナ素子に設定
する励振分布(励振振幅、励振位相)およびアンテナ素
子の放射指向性を適当に調整することにより、ビーム単
位で低サイドローブな放射指向性を合成する。また、ク
ラスタを構成するアンテナ素子毎に増幅器が直接接続さ
れ、各々のアンテナ素子に対応して入力される信号を増
幅する。
EXAMPLE In this example, a cluster composed of a plurality of antenna elements is used as a primary radiator of a reflecting mirror type antenna that transmits and receives radio waves via a reflecting mirror. Here, the excitation distribution (excitation amplitude, excitation phase) set for multiple antenna elements and the radiation directivity of the antenna elements are set appropriately in order to form the low sidelobe pattern required for frequency reuse between the beams. By adjusting to, the radiation directivity with a low side lobe is synthesized for each beam. Further, an amplifier is directly connected to each of the antenna elements forming the cluster and amplifies a signal input corresponding to each antenna element.

【0017】また、ここでこの増幅器間の最大出力電力
の比を各アンテナ素子の励振電力の比と一致させること
により、各々のアンテナ素子においてその励振分布に応
じた出力電力を発生させる。
Further, here, by making the ratio of the maximum output power between the amplifiers coincide with the ratio of the excitation power of each antenna element, the output power corresponding to the excitation distribution is generated in each antenna element.

【0018】また、ここでアンテナ素子に与える励振電
力の比を簡単な整数比になるように設定することによ
り、アンテナ素子に接続する増幅器の最大出力電力の比
も簡単な整数比になるように設定し、その値に応じた出
力電力を発生させるようにする。
Further, by setting the ratio of the excitation powers applied to the antenna elements to be a simple integer ratio, the ratio of the maximum output power of the amplifier connected to the antenna elements is also a simple integer ratio. Set and generate output power according to that value.

【0019】以下に図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図1には、第1の実施例を示すマルチビー
ムアンテナの一次放射器の構成を示す。ここでアンテナ
全体としては、図2に示すように、反射鏡24と一次放射
器23で構成されている。この例では図3に示すように、
4ビームによってサービスエリアをカバーするマルチビ
ームによる衛星通信を想定し、1ビーム置きで同一周波
数を再利用する(ビーム1とビーム3が同一周波数f
a、ビーム2とビーム4が同一周波数fb)。ここでビ
ーム1、2,3,4は各々クラスタ501,502,503,504 に
より形成され、クラスタ501 はアンテナ素子401,411,41
2,413,414,415,416 、クラスタ502 はアンテナ素子402,
415,416,417,418,419,420 、クラスタ503はアンテナ素
子403,419,420,421,422,423,424 、クラスタ504 はアン
テナ素子404,423,424,425,426,427,428 により各々構成
される。ここでアンテナ素子としてホーンアンテナを用
いた例を示すが、アンテナ素子はこの方式以外でも構わ
ない。各クラスタの中心にあるホーンアンテナ401,402,
403,404 はその開口径を他よりも大きくしており、放射
指向性のビーム幅を狭くし、利得を高くしている。ま
た、ビームカバレッジの境界であるクロスオーバーの部
分のアンテナ利得を上げるために、隣接するビーム(ク
ラスタ)間でアンテナ素子の共用を行う。例えば、アン
テナ素子415,416 はビーム1と2で共用される。ここ
で、クラスタを構成する7つのアンテナ素子に適当な励
振分布(励振振幅と励振位相)を与えることで、各々の
ビームパターンの低サイドローブ化が容易に実現され
る。特に周波数共用するもう一方のビームカバレッジ内
のサイドローブレベルを低減させることにより、ビーム
間アイソレーションを大きくでき、周波数再利用が可能
となる。また、この実施例では、クラスタ中心のアンテ
ナ素子のアンテナ開口径を大きくすることにより、その
利得を他のアンテナ素子より高くなるように放射指向性
を変えて設定している。このような構成にすることによ
り、ビームカバレッジでのエッジ部分での高利得化と所
望領域での低サイドローブ化を同時に実現する上で最適
なクラスタ構成を実現できる。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of the primary radiator of the multi-beam antenna according to the first embodiment. Here, as shown in FIG. 2, the antenna as a whole is composed of a reflecting mirror 24 and a primary radiator 23. In this example, as shown in FIG.
Assuming multi-beam satellite communication that covers a service area with four beams, the same frequency is reused every other beam (beam 1 and beam 3 have the same frequency f).
a, beam 2 and beam 4 have the same frequency fb). Here, beams 1, 2, 3, and 4 are formed by clusters 501, 502, 503, and 504, respectively, and the cluster 501 includes antenna elements 401, 411, 41.
2,413,414,415,416, cluster 502 is antenna element 402,
415, 416, 417, 418, 419, 420, the cluster 503 is composed of antenna elements 403, 419, 420, 421, 422, 423, 424, and the cluster 504 is composed of antenna elements 404, 423, 424, 425, 426, 427, 428. Here, an example in which a horn antenna is used as the antenna element is shown, but the antenna element may be one other than this method. Horn antennas 401, 402 at the center of each cluster,
The aperture diameters of 403 and 404 are larger than those of others, so that the beam width of the radiation directivity is narrowed and the gain is increased. Further, in order to increase the antenna gain at the crossover portion which is the boundary of beam coverage, the antenna element is shared between adjacent beams (clusters). For example, antenna elements 415 and 416 are shared by beams 1 and 2. Here, by giving an appropriate excitation distribution (excitation amplitude and excitation phase) to the seven antenna elements forming the cluster, it is possible to easily realize the side lobe reduction of each beam pattern. In particular, by reducing the sidelobe level in the other beam coverage that shares the frequency, the inter-beam isolation can be increased and the frequency can be reused. Further, in this embodiment, by setting the antenna aperture diameter of the antenna element at the center of the cluster to be large, the radiation directivity is set so as to be higher than that of the other antenna elements. With such a configuration, it is possible to realize an optimum cluster configuration for simultaneously achieving high gain at the edge portion and low side lobe in the desired area in beam coverage.

【0020】図4は一次放射器の給電系の構成を示す。
本実施例では、アンテナ素子 401〜404, 411〜428 は各
々増幅器 201〜204, 211〜228 に直接接続される。各増
幅器はクラスタ単位毎に給電回路89,90,91,92 に接続さ
れる。この給電回路では、低サイドローブな放射指向性
を実現するような励振分布を各アンテナ素子に対して設
定する。例えば、給電回路は、幾つかの分配器(受信の
場合には合成器)、移相器などで構成され、これらのコ
ンポーネントの分配比や位相量を設定することにより各
アンテナ素子へ所定の励振振幅、励振位相を与えること
ができる。ビーム間(クラスタ間)で共用するアンテナ
素子415,416,419,420,423,424 には、増幅器と給電回路
の間に合成器(受信の場合には分配器)83,84,85,86,8
7,88 が各々接続され、各給電回路からの信号を合成
(分配)する。合成器(分配器)は単なるT分岐のよう
なもので形成できる。この給電系は送信、受信ともに利
用できる。送信の場合には、増幅器として高出力増幅器
(HPA)が用いられ、実際には進行波型増幅器(TW
T)や固体増幅器(SSPA)が利用される。受信の場
合には、増幅器として低雑音増幅器(LNA)を用い
る。
FIG. 4 shows the structure of the feeding system of the primary radiator.
In this embodiment, the antenna elements 401 to 404 and 411 to 428 are directly connected to the amplifiers 201 to 204 and 211 to 228, respectively. Each amplifier is connected to the power feeding circuits 89, 90, 91, 92 for each cluster. In this power feeding circuit, an excitation distribution that realizes low sidelobe radiation directivity is set for each antenna element. For example, the power supply circuit is composed of several distributors (combiner in the case of reception), phase shifters, etc. By setting the distribution ratio and phase amount of these components, each antenna element can be excited to a predetermined frequency. Amplitude and excitation phase can be given. The antenna elements 415, 416, 419, 420, 423, 424 that are shared between the beams (between clusters) have a combiner (a distributor in the case of reception) 83, 84, 85, 86, 8 between the amplifier and the feed circuit.
7,88 are connected to each other and combine (distribute) the signals from each power supply circuit. The combiner (distributor) can be formed as a simple T-branch. This power supply system can be used for both transmission and reception. In the case of transmission, a high power amplifier (HPA) is used as an amplifier, and in actuality, a traveling wave type amplifier (TW
T) or solid-state amplifier (SSPA) is used. In the case of reception, a low noise amplifier (LNA) is used as an amplifier.

【0021】以下に、増幅器が全て同一であるものとし
て、増幅器の電源効率を送信アンテナを考えた場合につ
いて考えてみる。増幅器 201〜204, 211〜228 の最大出
力電力が全てPmax であるとする。励振分布について
は、各クラスタにおいて、中心のアンテナ素子(図1の
例では401,402,403,404 )に与える励振電力のレベルを
1とした場合、周辺のアンテナ素子(図1のクラスタ50
1 ではアンテナ素子411,412,413,414,415,416 )にはα
(αは0でない)の励振電力を与える。ビーム1および
3が全周波数帯域の中で専有する割合をx(0≦x≦
1)とする場合、増幅器の電源効率ηは (2)式に示した
通りになる。本発明の実施例では、周辺のアンテナ素子
の利得が低いので、周辺の小さな開口のアンテナ素子に
はそれだけ励振電力を大きく設定しなければならない。
従って、従来方式ではα=0.1 (=-10dB )程度であっ
たものが、本実施例ではその数倍の割合、例えばα=0.
5 (=-3dB)程度にする必要がある。α=0.5 の場合、
η=36.4%となり、従来方式に比較して効率が数倍にな
る。
Below, let us consider the case where the transmission antenna is considered as the power supply efficiency of the amplifier, assuming that the amplifiers are all the same. It is assumed that the maximum output powers of the amplifiers 201 to 204 and 211 to 228 are all Pmax. Regarding the excitation distribution, in each cluster, when the level of the excitation power given to the central antenna element (401, 402, 403, 404 in the example of FIG. 1) is set to 1, the surrounding antenna elements (cluster 50 of FIG.
In 1 the antenna elements 411,412,413,414,415,416) have α
The excitation power of (α is not 0) is given. The proportion of beams 1 and 3 occupied in the entire frequency band is x (0 ≦ x ≦
In the case of 1), the power supply efficiency η of the amplifier is as shown in equation (2). In the embodiment of the present invention, since the gain of the antenna elements in the periphery is low, it is necessary to set the excitation power as large as that for the antenna element having a small aperture in the periphery.
Therefore, in the conventional method, the value is about α = 0.1 (= -10 dB), but in the present embodiment, it is several times that ratio, for example, α = 0.
It should be around 5 (= -3dB). When α = 0.5,
η = 36.4%, which is several times more efficient than the conventional method.

【0022】上記したように、本実施例では放射指向性
の違うアンテナ素子によりクラスタを構成し、その各ア
ンテナ素子に増幅器を直接接続することにより以下のよ
うな効果が得られる。 (1) クラスタを構成するアンテナ素子の放射指向性
を変化させて設定したことにより、高利得化、低サイド
ローブ化に向けて最適な構成を実現することができる。
このことはアンテナ効率を上げ、マルチビームを用いた
衛星通信、衛星放送システムにおいて周波数有効利用を
行う上で重要である。 (2) アンテナ素子と増幅器が直結しているので、送
信の場合、高電力の伝送線路が最小限の部分となってい
るので、高電力化に伴う損失、パッシブインターモジュ
レーション(PIM)、マルチパクションなどの問題の
対策が比較的容易である。例えば、PIMの低減のため
には給電回路の一体化成形などの製造方法がとられる
が、第1の実施例の場合、このようなことを考慮した製
造・製作が簡単に行える。また、受信の場合には、アン
テナ素子から増幅器に至る線路損失を最小にすることが
でき、線路損失によるG/T(利得対雑音温度比)の劣
化を防ぐことができる。 (3) 本実施例の給電系構成により、ビーム間で通信
量の変動があり、それに伴い周波数帯域などを変化させ
た場合にも、高い電源効率が得られる。これから、通信
量の変動が大きいことが予想される、衛星移動通信シス
テムなどに利用される衛星搭載アンテナなどの応用とし
て非常に有効である。 (4) 給電回路は信号が小電力レベルの領域であり、
線路損失に伴う熱の発生などの問題が全く無く、給電回
路の製作もマイクロストリップ線路などの平面回路によ
り、小型、薄型で、しかも容易に行うことができる。
As described above, in this embodiment, the following effects can be obtained by forming a cluster with antenna elements having different radiation directivities and directly connecting an amplifier to each of the antenna elements. (1) By changing and setting the radiation directivity of the antenna elements forming the cluster, it is possible to realize an optimum configuration for high gain and low sidelobe.
This is important for improving antenna efficiency and for effective frequency utilization in satellite communications and satellite broadcasting systems using multi-beams. (2) Since the antenna element and the amplifier are directly connected, the transmission line of high power is the minimum part in the case of transmission, so the loss due to high power, passive intermodulation (PIM), multi-action It is relatively easy to deal with such problems. For example, in order to reduce the PIM, a manufacturing method such as integral molding of the power feeding circuit is taken, but in the case of the first embodiment, manufacturing / manufacturing considering such a situation can be easily performed. Further, in the case of reception, the line loss from the antenna element to the amplifier can be minimized, and the deterioration of G / T (gain-to-noise temperature ratio) due to the line loss can be prevented. (3) With the configuration of the power supply system of the present embodiment, high power supply efficiency can be obtained even when there is a change in communication amount between beams and the frequency band is changed accordingly. From this, it is very effective as an application such as a satellite-mounted antenna used in a satellite mobile communication system, which is expected to have a large fluctuation in communication amount. (4) The power supply circuit is a region where the signal is at a low power level,
There is no problem such as heat generation due to line loss, and a power supply circuit can be manufactured easily by using a planar circuit such as a microstrip line, which is small and thin.

【0023】次に、図4の給電系構成において、各アン
テナ素子に接続された増幅器の最大出力電力をクラスタ
中心のアンテナ素子401,402,403,404 に対応する増幅器
201,202,203,204 についてはPmax 、クラスタの周辺ア
ンテナ素子 411〜428 に対応する増幅器 211〜228 につ
いてはαPmax とする構成も考えられる。この場合、増
幅器の電源効率ηは次のように表される。 η=全てのビームの出力電力の和/増幅器の最大出力電力の和 =[2(1+6α) xPmax +2(1+6α)(1-x) Pmax ]/[ (4+18α)Pmax ] =(1+6α) /(2+9α) (3) 従って、α=0.5 を仮定すると、η=61.5%となる。
Next, in the configuration of the feeding system shown in FIG. 4, the maximum output power of the amplifier connected to each antenna element corresponds to the amplifier element 401, 402, 403, 404 at the center of the cluster.
A configuration is also conceivable in which Pmax is set for 201, 202, 203, 204 and αPmax is set for the amplifiers 211-228 corresponding to the peripheral antenna elements 411-428 of the cluster. In this case, the power supply efficiency η of the amplifier is expressed as follows. η = sum of output power of all beams / sum of maximum output power of amplifier = [2 (1 + 6α) × Pmax + 2 (1 + 6α) (1-x) Pmax] / [(4 + 18α) Pmax] = (1 + 6α) / (2 + 9α) (3) Therefore, assuming α = 0.5, η = 61.5%.

【0024】以上のような構成により、電源効率をさら
に高くすることができ、ビーム間での通信量の変動の多
い移動体衛星通信システムに対しては益々有効であると
言える。また、この給電系構成は、増幅器の電源効率を
評価関数として、最大出力電力という指標により増幅器
の最適化設定を行う方法を明確に示している。これによ
り、増幅器は中心のアンテナ素子用のものと、周辺のア
ンテナ素子用の二種類あればよいことを示した。従っ
て、同じ特性の増幅器をたくさん製作すればよく設計、
製造、調整などの工程を簡単化できることになる。
With the above-mentioned configuration, the power supply efficiency can be further increased, and it can be said that it is more and more effective for the mobile satellite communication system in which the amount of communication between beams is largely varied. In addition, this power feeding system configuration clearly shows a method of optimizing the amplifier by using the index of maximum output power with the power supply efficiency of the amplifier as an evaluation function. From this, it is shown that there are two types of amplifiers, one for the central antenna element and the other for the peripheral antenna elements. Therefore, if you make many amplifiers with the same characteristics
This will simplify the manufacturing and adjustment processes.

【0025】なお、励振分布は給電回路によって設定さ
れ、場合によっては励振位相も調整する。このような状
況において、クラスタの中心のアンテナ素子に接続され
る増幅器の最大出力電力をPmax とし、その周辺のアン
テナ素子に接続される増幅器の最大出力電力をαPmax
とした。増幅器の増幅率は全て同じである。また、ここ
で、全ての帯域があるビームに集中しても入力対出力の
線形性が保障されるように増幅器の動作点(バックオフ
レベル)を設定し、そのときの出力電力を最大出力電力
と定義している。また、(3) 式からαが大きければ大き
いほど電源効率が上がることがわかる。従って、αをで
きるだけ大きくして(場合によっては1以上になる)効
率をさらに上げることも可能である。
The excitation distribution is set by the power supply circuit, and the excitation phase is also adjusted in some cases. In such a situation, the maximum output power of the amplifier connected to the antenna element at the center of the cluster is Pmax, and the maximum output power of the amplifier connected to the antenna elements around it is αPmax.
And The amplification factors of the amplifiers are all the same. The operating point (back-off level) of the amplifier is set so that the input-to-output linearity is guaranteed even if all the bands are concentrated on a certain beam, and the output power at that time is set to the maximum output power. Is defined as In addition, it can be seen from Equation (3) that the larger α is, the higher the power efficiency is. Therefore, it is possible to further increase the efficiency by making α as large as possible (in some cases, 1 or more).

【0026】さらに、本実施例において、以下のような
変更を行ってもその効果は同じである。 (1) アンテナ素子、給電線路、給電回路コンポーネ
ントなどの方式は全く問わない。どのような方式のもの
を用いても効果は同じである。 (2) アンテナ素子の放射指向性に違いをもたせる手
段は問わない。実施例では、アンテナの開口の大きさを
変えたが、この他の形状などを変化させたり、アンテナ
方式そのものを変えてもよい。 (3) クラスタの方式について、図1に示したよう
に、7つのアンテナ素子による構成を例にあげて説明し
たが、9つのアンテナ素子を用いる場合など他の方式を
用いても同様の効果がある。また、隣接クラスタにおけ
るアンテナ素子の共用についても、図1では2個のアン
テナ素子を共用する場合について示したが、これを1素
子共用など違う数のアンテナ素子を共用するものとして
もよい。クラスタを構成するアンテナ素子の中で、一つ
のビームについて単独で利用するアンテナ素子が存在す
れば(複数あってもよい)、隣接クラスタで共用するア
ンテナ素子の数は自由である。 (4) 給電回路の構成についても図4に示した例の限
りではない。例えば、周波数変換器を設けて、低い周波
数帯へ変換して給電回路を構成する方法も考えられる。
この場合、給電回路コンポーネントの製作が容易になっ
たり、給電損失を低減できるなどの利点がある。同様
に、給電回路の軽量化などを目的として、電波/光変換
器により光周波数帯に変換し、光による給電回路を形成
することも考えられる。
Further, in the present embodiment, the same effects can be obtained even if the following modifications are made. (1) Any method such as an antenna element, a power feeding line, a power feeding circuit component, etc. may be used. The effect is the same no matter what method is used. (2) Any means can be used to make the radiation directivity of the antenna element different. Although the size of the aperture of the antenna is changed in the embodiment, other shapes may be changed, or the antenna system itself may be changed. (3) The cluster system has been described by taking the configuration of seven antenna elements as an example as shown in FIG. 1. However, the same effect can be obtained by using another system such as the case of using nine antenna elements. is there. Also, regarding the sharing of the antenna elements in the adjacent clusters, the case where two antenna elements are shared is shown in FIG. 1, but it is also possible to share a different number of antenna elements such as sharing one element. If there is an antenna element used independently for one beam among the antenna elements forming the cluster (there may be a plurality of antenna elements), the number of antenna elements shared by adjacent clusters is arbitrary. (4) The configuration of the power supply circuit is not limited to the example shown in FIG. For example, a method of providing a frequency converter and converting to a low frequency band to configure a power supply circuit can be considered.
In this case, there are advantages that the power supply circuit component can be easily manufactured, and the power supply loss can be reduced. Similarly, for the purpose of reducing the weight of the power supply circuit, it may be possible to convert it into an optical frequency band by a radio wave / optical converter to form a power supply circuit by light.

【0027】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図5は本発明の第2の実施例である給電系の構成
を示す。送信の場合を例にとり、この給電系の構成およ
び動作について説明する。クラスタ中心にあるアンテナ
素子401,402,403,404 には各々合成器263,265,267,269
と分配器264,266,268,270 を介して2つの増幅器(アン
テナ素子401 については増幅器251,252 、アンテナ素子
402 については増幅器253,254 、アンテナ素子403 につ
いては増幅器255,256 、アンテナ素子404 については増
幅器257,258 )が接続されている。また、クラスタの周
辺にあるアンテナ素子 411〜428 には各々増幅器 211〜
228 が一つずつ接続される。ここでクラスタは図1に示
したような配列になっているものとする。各アンテナ素
子に対応する励振電力は、各々のビームに関する給電回
路89,90,91,92 により設定され、各ビームで低サイドロ
ーブな放射指向性が実現される。また、図1の構成例と
同様に、ビーム(クラスタ)間で共用するアンテナ素子
415,416,419,420,423,424 については合成器83,84,85,8
6,87,88 により信号の合成を行う。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a configuration of a power feeding system which is a second embodiment of the present invention. Taking the case of transmission as an example, the configuration and operation of this power feeding system will be described. The antenna elements 401, 402, 403, 404 at the center of the cluster are respectively composed by combiners 263, 265, 267, 269.
And two amplifiers via the distributors 264, 266, 268, 270 (for the antenna element 401, the amplifier 251, 252, the antenna element
Amplifiers 253 and 254 are connected to 402, amplifiers 255 and 256 are connected to the antenna element 403, and amplifiers 257 and 258 are connected to the antenna element 404. In addition, the antenna elements 411 to 428 around the cluster have amplifiers 211 to 411, respectively.
228 are connected one by one. Here, it is assumed that the clusters are arranged as shown in FIG. The excitation power corresponding to each antenna element is set by the feeding circuits 89, 90, 91, 92 for each beam, and low side lobe radiation directivity is realized in each beam. Further, similar to the configuration example of FIG. 1, an antenna element shared between beams (clusters)
For 415,416,419,420,423,424, synthesizer 83,84,85,8
The signals are combined by 6,87,88.

【0028】以下に、増幅器の最大出力電力の設定の方
法について説明する。図1の構成例と同様に低サイドロ
ーブ化のためにクラスタを構成するアンテナ素子に最適
化された励振分布を設定する必要がある。ここで、クラ
スタ中心のアンテナ素子に励振する電力レベルと周辺の
アンテナ素子に励振する電力レベルの比はN:1(Nは
整数)であるものとする。図1のクラスタ構成の場合、
周辺のアンテナ素子に励振する電力レベルが中心素子に
対して-3dB程度になるとするとこの比は2:1になる。
低サイドローブ化の程度とアンテナ素子の放射指向性の
違いによりこの比率は変化する。図5では、この比率が
2:1のときについて考えている。この場合、図1の実
施例では、中心のアンテナ素子に接続される増幅器の最
大出力電力を周辺のアンテナ素子に接続される増幅器の
N倍とすることにより、増幅器の電源効率を最適化でき
る。図5の構成例では、最大出力電力をN倍する代わり
に周辺のアンテナ素子に接続された増幅器と同じものを
N個並列させている。このような構成にすることによ
り、図1の構成例の場合と全く同じ電源効率が得られ、
同様な効果が期待できる。この他に、利用する増幅器を
全て同一にすることが可能となるので、増幅器の設計、
製造、調整などの工程がさらに簡単になり、アンテナ全
体の低コスト化にも非常に有効である効果もある。
The method of setting the maximum output power of the amplifier will be described below. Similar to the configuration example of FIG. 1, it is necessary to set an optimized excitation distribution for the antenna elements that form the cluster in order to reduce the side lobes. Here, the ratio of the power level excited to the antenna element at the center of the cluster and the power level excited to the antenna elements in the periphery is N: 1 (N is an integer). In the case of the cluster configuration of FIG.
If the power level excited to the surrounding antenna elements is about -3 dB with respect to the central element, this ratio will be 2: 1.
This ratio changes depending on the degree of side lobe reduction and the radiation directivity of the antenna element. In FIG. 5, the case where this ratio is 2: 1 is considered. In this case, in the embodiment of FIG. 1, the maximum output power of the amplifier connected to the central antenna element is set to N times that of the amplifier connected to the peripheral antenna elements, so that the power supply efficiency of the amplifier can be optimized. In the configuration example of FIG. 5, instead of multiplying the maximum output power by N, the same amplifiers connected to peripheral antenna elements are arranged in parallel. With such a configuration, exactly the same power supply efficiency as in the configuration example of FIG. 1 can be obtained,
A similar effect can be expected. In addition to this, it is possible to use all the same amplifiers.
Manufacturing and adjustment processes are further simplified, and there is an effect that it is very effective in reducing the cost of the entire antenna.

【0029】以上、上記した実施例によれば、アンテナ
素子と増幅器が直結されているので、高出力化に伴うP
IM、マルチパクションなどの問題発生を防ぐことが容
易に行え、低損失化にも有効である。また、マルチビー
ム衛星通信システムにおいて周波数有効利用を行う上で
重要な低サイドローブ化が、小電力の信号が伝送されて
いる給電回路において行われているので、アンテナ素子
へ最適励振分布の設定が容易に行える。また、アイソレ
ーション特性を劣化させることがないので周波数再利用
を行う上で高アイソレーション特性が要求される衛星放
送システムなどに利用する上で有効である。さらに、ク
ラスタを構成するアンテナ素子の形状などを変えてその
放射指向性を変えることにより、合成放射指向性が高利
得化低サイドローブ化に対して最適になるように設定で
きる。ここで各アンテナ素子に接続される増幅器の電源
効率を考慮した最適設定が行えるので、ビーム間での通
信量に変動がある場合に対して周波数帯域の割当を変え
るなどフレクシブルな対応を行った場合にも増幅器の電
源効率を高効率に使用することができ、電源の制限され
る衛星搭載システムにおいて非常に効果が大きい。さら
に、このアンテナを構成する上で必要な増幅器の種類は
ただの1種類もしくは高々2種類で済むため、この増幅
器の設計、製造、調整などの工程が非常に簡単化され、
特性の良いものが低コストで製作することが可能にな
り、衛星搭載アンテナなどの用途として効果が大きい。
As described above, according to the above embodiment, since the antenna element and the amplifier are directly connected to each other, the P
It is easy to prevent the occurrence of problems such as IM and multipaction, and it is also effective in reducing loss. In addition, since the side lobes, which are important for effective frequency use in a multi-beam satellite communication system, are implemented in the power supply circuit that transmits low power signals, the optimum excitation distribution can be set for the antenna element. Easy to do. Further, since the isolation characteristic is not deteriorated, it is effective for use in a satellite broadcasting system or the like which requires high isolation characteristic for frequency reuse. Furthermore, by changing the shape of the antenna elements forming the cluster and changing the radiation directivity thereof, it is possible to set the combined radiation directivity to be optimum for high gain and low sidelobe. Since the optimum setting can be done here considering the power supply efficiency of the amplifier connected to each antenna element, when flexible correspondence such as changing the frequency band allocation is performed when the communication volume between beams changes. Moreover, the power supply efficiency of the amplifier can be used with high efficiency, which is extremely effective in a satellite-mounted system where the power supply is limited. Furthermore, the type of amplifier required to configure this antenna is only one type or at most two types, so the steps of designing, manufacturing, adjusting, etc. of this amplifier are greatly simplified.
It is possible to manufacture a product with good characteristics at low cost, and it is very effective for applications such as satellite mounted antennas.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、大電力伝送における電
力損失などの問題を容易に解決でき、低サイドローブ化
のための励振分布設定が容易に行え、増幅器の電源を高
効率に利用できる給電系を有するマルチビームアンテナ
を提供できる。
According to the present invention, problems such as power loss in high power transmission can be easily solved, the excitation distribution can be easily set for lowering side lobes, and the power source of the amplifier can be used with high efficiency. A multi-beam antenna having a feeding system can be provided.

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

【図1】本発明のマルチビームアンテナの実施例である
一次放射器構成を示す上面図である。
FIG. 1 is a top view showing a configuration of a primary radiator that is an embodiment of a multi-beam antenna of the present invention.

【図2】本発明のマルチビームアンテナの実施例である
反射鏡アンテナの構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a reflector antenna which is an embodiment of a multi-beam antenna of the present invention.

【図3】ビームの配置および周波数分割の様子を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing how beams are arranged and frequency division is performed.

【図4】本発明のマルチビームアンテナの第1の実施例
である給電系構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a feeding system that is a first embodiment of a multi-beam antenna of the present invention.

【図5】本発明のマルチビームアンテナの第2の実施例
である給電系構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a feeding system that is a second embodiment of the multi-beam antenna of the present invention.

【図6】従来の方法によるマルチビームアンテナの一次
放射器構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a primary radiator configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【図7】従来の方法によるマルチビームアンテナの給電
系構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a feed system configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【図8】従来の方法によるマルチビームアンテナの他の
給電系構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing another feed system configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【図9】従来の方法によるマルチビームアンテナの他の
給電系構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing another feed system configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【符号の説明】 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2
0,21,22,401,402,403,404,411,412,413,414,415,416,41
7,418,419,420,421,422,423,424,425,426,427,428 …ア
ンテナ素子、24…反射鏡、23…一次放射器、31,32,33,3
4,501,502,503,504 …クラスタ、47,48,49,50,89,90,9
1,92 …給電回路、55,56,57,58,61,62,63,64,65,66,67,
68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,101,1
02,103,104,201,202,203,204,211,212,213,214,215,21
6,217,218,219,220,221,222,223,224,225,226,227,228,
251,252,253,254,255,256,257,258 …増幅器、205,206,
207,208,209,210 …分波器、41,42,43,44,45,46,83,84,
85,86,87,88 …合成器もしくは分配器。
[Explanation of symbols] 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2
0,21,22,401,402,403,404,411,412,413,414,415,416,41
7,418,419,420,421,422,423,424,425,426,427,428… Antenna element, 24… Reflector, 23… Primary radiator, 31,32,33,3
4,501,502,503,504 ... Cluster, 47,48,49,50,89,90,9
1,92… Feed circuit, 55,56,57,58,61,62,63,64,65,66,67,
68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,101,1
02,103,104,201,202,203,204,211,212,213,214,215,21
6,217,218,219,220,221,222,223,224,225,226,227,228,
251,252,253,254,255,256,257,258… Amplifier, 205,206,
207,208,209,210… Splitter, 41,42,43,44,45,46,83,84,
85,86,87,88… combiner or distributor.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反射鏡と一次放射器とによって構成され
るマルチビームアンテナであって、前記一次放射器が、 各ビームごとに設けられたクラスタを構成し、放射特性
が異なる複数の種類からなる複数のアンテナ素子と、 この複数のアンテナ素子の各々に直接接続された複数の
増幅器と、を具備したことを特徴とするマルチビームア
ンテナ。
1. A multi-beam antenna comprising a reflecting mirror and a primary radiator, wherein the primary radiator constitutes a cluster provided for each beam, and comprises a plurality of types having different radiation characteristics. A multi-beam antenna comprising: a plurality of antenna elements; and a plurality of amplifiers directly connected to each of the plurality of antenna elements.
【請求項2】 前記複数の増幅器の各最大出力電力の比
は各々対応する前記複数のアンテナ素子に与える励振電
力の比と一致していることを特徴とする請求項1記載の
マルチビームアンテナ。
2. The multi-beam antenna according to claim 1, wherein the ratio of the maximum output power of each of the plurality of amplifiers matches the ratio of the excitation power applied to the corresponding plurality of antenna elements.
【請求項3】 前記複数のアンテナ素子に与える励振電
力の比は特定の整数比で表されることを特徴とする請求
項1記載のマルチビームアンテナ。
3. The multi-beam antenna according to claim 1, wherein a ratio of excitation powers given to the plurality of antenna elements is represented by a specific integer ratio.
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