JPH08181540A - Multi-beam radiator and multi-beam antenna using it - Google Patents

Multi-beam radiator and multi-beam antenna using it

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JPH08181540A
JPH08181540A JP32414994A JP32414994A JPH08181540A JP H08181540 A JPH08181540 A JP H08181540A JP 32414994 A JP32414994 A JP 32414994A JP 32414994 A JP32414994 A JP 32414994A JP H08181540 A JPH08181540 A JP H08181540A
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JP
Japan
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antenna
amplifier
power
antenna elements
cluster
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Application number
JP32414994A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Shiyouki
裕樹 庄木
Kazuaki Kawabata
一彰 川端
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To realize a multi-beam radiation device and a multi-beam antenna having a feeder system in which a power supply of an amplifier is utilized with high efficiency by easily solving a problem of a power loss in the case of high power transmission and facilitating the setting of exciting distribution for a low side lobe. CONSTITUTION: A cluster comprising plural antenna elements 1-22 is used for a primary radiator of a reflection mirror antenna sending/receiving a radio wave via a reflection mirror. Then amplifiers 211-232 are connected to each antenna element and a ratio of maximum output power of each amplifier is made coincident with a ratio of exciting power given to the antenna elements 1-22. Thus, fluctuation in the communication quantity between beams is solved flexibly and the power of the amplifiers 211-232 is effectively utilized and the antenna is effective to mobile communication or the like whose communication quantity fluctuates.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は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放射装
置およびこれを用いたマルチビームアンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-beam radiator used as a primary radiator of a reflector antenna mounted on a satellite and a multi-beam antenna using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】衛星通信の需要の増加に伴い、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 increasing 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2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 a multi-beam 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3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4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3
2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3
1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. 3 can be considered. Here, the primary radiator is composed of four clusters 31, 32, 33, 34 as shown in FIG. Each cluster forms one beam and each has 7 beams.
It is composed of individual antenna elements. Here, the cluster 31 forming the beam 1 includes the antenna elements 1, 2, 3, 4,
Cluster 3 composed of 5, 6 and 7 forming a beam 2
2 is composed of antenna elements 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, and the cluster 33 forming the beam 3 is composed of antenna elements 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 and beam 4 The cluster 34 forming the antenna is composed of antenna elements 16, 17, 18, 19, 20, 21, and 22. In this way, one beam is formed by a plurality of antenna elements, and an appropriate excitation distribution is set for each antenna element, so that the combined pattern of them can have a low sidelobe characteristic. 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 cluster 3
Used for both beam 1 formed by 1 and beam 2 formed by 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1
1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201、20
2、203、204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、ふたつの周波数
帯域の分離を行うために分波器205、206、20
7、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
ムの呼量に応じてフレクシブル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. FIG.
1 is an example showing a conventional configuration of a multi-beam feeding system, in which antenna elements 1 to 22 are combined (in the case of reception) or distributed (in the case of transmission) by the feeding circuits 47, 48, 49 and 50 of the clusters corresponding to the respective beams. In the case of). Each feeding circuit is configured to use a distributor (combiner), a phase shifter, etc. so as to give a predetermined excitation distribution to the antenna elements forming each cluster. The power supply circuits 47, 48, 49 and 50 have amplifiers 201 and 20 respectively.
2, 203, and 204 are connected to amplify the transmitted and received signals. As this amplifier, a high output amplifier (specifically, a traveling wave amplifier or a solid-state amplifier) is used for transmission, and a low noise amplifier is used for reception. Further, in this power feeding system configuration, the antenna elements 6, 7, 11, 12, 16, 17 shared by the adjacent beams have the duplexers 205, 206, 20 for separating the two frequency bands.
7, 208, 209 and 210 are connected to each other. 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. But,
This system is premised on that the frequency band of each beam is fixed and does not change, and the frequency band and communication volume cannot be flexibly changed according to the call volume of each beam.

【0006】図12の給電系構成は、ビーム間で周波数
帯域や通信量をフレクシブルに変化させることを可能と
するものである。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4
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、周波数帯域での分離を行う分波器により各ビームへ
信号を分離すること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、60は、3dBハイブリッ
ド51、52、53、54、増幅器55、56、57、
58により構成される。このマトリクス増幅器では、入
力信号がハイブリッドにより等分配されて、二つの増幅
器により増幅され、出力側のハイブリッドにより一方の
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。
The power supply system configuration shown in FIG. 12 makes it possible to flexibly change the frequency band and the amount of communication between beams. Here, each of the antenna elements 1 to 22 corresponds to each beam, and the feeding circuits 47 and 48 of the cluster,
FIG. 4 shows the area synthesized or distributed by 49 and 50.
The configuration is the same. However, in the antenna elements 6, 7, 11, 12, 16, 17 that are shared between the adjacent beams, it is impossible to separate the signals into the respective beams by the demultiplexer that separates in the frequency band. The simple distributors (combiners) 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 amplifiers 59, 60 are 3 dB hybrids 51, 52, 53, 54, amplifiers 55, 56, 57,
It is composed of 58. In this matrix amplifier, the input signal is equally distributed by the hybrid, amplified by the two amplifiers, and output to one port by the hybrid 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, assuming that the ratio of the frequency band occupied by beam 1 and beam 3 to the whole 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. .

【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12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 is theoretically 100%. As described above, the power feeding system configuration of FIG. 12 is extremely 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次の電子発生により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
ために神経を尖らせる必要がある。また、周波数帯域に
フレクシビリティ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、4
4、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。合成器の換わりにハ
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,
A large amount of electric power is transmitted to the power feeding circuits 47, 48, 49 and 50, and it is often difficult to form the excitation distribution with high accuracy in terms of hardware formation. Passive intermodulation (PIM,
The nerves are sharpened in order to suppress harmonics, which affect the receiver, etc.) and multipaction (the problem that a short circuit occurs in RF due to the generation of secondary electrons, which causes a failure in high power transmission). Need to be made. Further, if flexibility is given to the frequency band, combiners (distributors) 41, 42, 43, 4 connected to the inter-beam shared element are used.
There is also a problem that losses occur at 4, 45, and 46 (half of the input to this antenna becomes a loss), antenna efficiency decreases, and heat is generated. A method of sharing elements by using a hybrid instead of a combiner is also considered, but in this case, the excitation distribution of the shared elements between beams is constrained, and it is the most suitable for low sidelobe as a cluster. 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13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。ここで増幅器は全て同じ仕様である。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,
12,16,17において合成器83、84、85、8
6、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13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12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) ここでα=0.1(=- 10dB)とすると、η=1
4.5%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. 13 can be considered. In this configuration, the amplifiers 61 to 82 are directly connected to the antenna elements 1 to 22, respectively. Here, all the amplifiers have the same specifications. After that, the power supply circuits 89, 90, 91, 92 are configured in cluster units, and the excitation distribution optimum for lowering the side lobes is set here. Antenna elements 6, 7, 11 shared between beams
12, 16, 17 combiners 83, 84, 85, 8
6, 87 and 88 are connected to each other. 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. 13, particularly when used as a transmitting antenna, since the antenna element and the amplifier are directly connected, the 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. η = [2 (1 + 6α) xPmax + 2 (1 + 6α) (1-x) Pmax] / 22Pmax = 2 (1 + 6α) / 22 (2) Here, if α = 0.1 (= -10 dB), η = 1
It is 4.5%, which shows that the power supply efficiency is very poor.

【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, in the conventional feed system configuration of the multi-beam antenna, when the matrix feed system is used, passive intermodulation or multi-pass resulting from transmitting a large amount of power is used. However, there is a problem that it is difficult to solve the problems of power loss and 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】本発明では、以上の問題点を解決し、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、
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
チビーム放射装置及びこれを用いたマルチビームアンテ
ナを提供することを目的とする。
According to the present invention, the above problems can be solved and problems such as power loss related to high power transmission can be easily solved.
The excitation distribution can be easily set to reduce the side lobe,
An object of the present invention is to provide a multi-beam radiating device having a feeding system that can efficiently use a power source of an amplifier and a multi-beam antenna using the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第一の発明では、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、前記クラスタはビー
ム毎に設けられ、前記アンテナ素子毎に増幅器が接続さ
れ、前記増幅器の各最大出力電力の比は各々対応する前
記アンテナ素子に与える励振電力の比と一致させたこと
を特徴とする。
In order to solve the above problems, in the first invention, a plurality of antenna elements are used as a primary radiator of a reflecting mirror type antenna that transmits and receives radio waves through a reflecting mirror. The cluster is provided for each beam, an amplifier is connected to each antenna element, and the ratio of the maximum output power of each amplifier is made to match the ratio of the excitation power given to the corresponding antenna element. It is characterized by

【0013】また、第一の発明において、前記アンテナ
素子毎に接続される増幅器の最大出力電力の比は簡単な
整数比で表されるようにしたことを特徴とする。第二の
発明では、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、前記クラスタはビーム毎に設け
られ、前記アンテナ素子の一部は隣接するビーム間で共
用され、他の一部はただ一つの対応するビームに対して
のみ使用され、前記ただ一つの対応するビームに対して
のみ使用されるアンテナ素子はマトリクス増幅器に接続
したことを特徴とする。
Further, in the first invention, the ratio of the maximum output power of the amplifier connected to each of the antenna elements is represented by a simple integer ratio. In the second invention, a cluster composed of a plurality of antenna elements is used as a primary radiator of a reflector mirror antenna that transmits and receives radio waves through a reflector, and the cluster is provided for each beam, and the antenna element Part of the antenna is shared between adjacent beams, the other part is used only for one corresponding beam, and the antenna element used for only one corresponding beam is a matrix amplifier. It is characterized by being connected.

【0014】[0014]

【作用】第一の発明では、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。ここで複数の
アンテナ素子に適当な励振分布(励振振幅、励振位相)
を設定することができ、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が形成できる。
このクラスタをビーム毎に設けることにより、ビーム単
位で低サイドローブ特性をもたせることができる。クラ
スタを構成するアンテナ素子毎には増幅器が接続され、
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
子において励振分布に応じた出力電力を発生させること
ができる。
According to the first aspect of the present invention, a cluster composed of a plurality of antenna elements is used as the primary radiator of a reflector mirror antenna that transmits and receives radio waves through the reflector. Here, an appropriate excitation distribution (excitation amplitude, excitation phase) for multiple antenna elements
Can be set, and a low sidelobe pattern required for frequency reuse between beams can be formed.
By providing this cluster for each beam, low sidelobe characteristics can be provided for each beam. An amplifier is connected to each antenna element forming the cluster,
By making the ratio of the maximum output power between the amplifiers equal to the ratio of the excitation power of each antenna element, the output power according to the excitation distribution can be generated in each antenna element.

【0015】また、ここで増幅器の各最大出力電力の比
を簡単な整数比になるように設定することにより、簡単
な整数比で表される各々のアンテナ素子の励振分布に応
じた出力電力を発生させることができる。
By setting the ratio of the maximum output powers of the amplifiers to be a simple integer ratio, the output power corresponding to the excitation distribution of each antenna element represented by the simple integer ratio can be obtained. Can be generated.

【0016】第二の発明では、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。ここで複
数のアンテナ素子に適当な励振分布(励振振幅、励振位
相)を設定することができ、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が形成でき
る。このクラスタをビーム毎に設けることにより、ビー
ム単位で低サイドローブ特性をもたせることができる。
ここで、アンテナ素子の一部は隣接するクラスタ間で共
用されており、この他のアンテナ素子についてはただ一
つの対応するビームに対してのみ使用される。隣接する
クラスタ間で共用するアンテナ素子には各々のアンテナ
素子毎に増幅器が接続され、入力信号が増幅される。ま
た、ただ一つの対応するビームに対してのみ使用される
アンテナ素子についてはマトリクス増幅器に接続され、
マトリクス増幅器の中にある複数の増幅器へ入力信号を
均一に分配して増幅する。
In the second aspect of the invention, a cluster composed of a plurality of antenna elements is used as the primary radiator of the reflector type antenna that transmits and receives radio waves via the reflector. Here, an appropriate excitation distribution (excitation amplitude, excitation phase) can be set for a plurality of antenna elements, and a low sidelobe pattern required for frequency reuse between beams can be formed. By providing this cluster for each beam, low sidelobe characteristics can be provided for each beam.
Here, some of the antenna elements are shared between adjacent clusters, while other antenna elements are used for only one corresponding beam. An amplifier is connected to each antenna element shared by adjacent clusters to amplify the input signal. Also, for antenna elements used for only one corresponding beam, connected to the matrix amplifier,
The input signal is evenly distributed and amplified to a plurality of amplifiers in the matrix amplifier.

【0017】[0017]

【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1には、第一の発明の実施例を示すマルチビーム
アンテナの給電系(マルチビーム放射装置)の構成を示
す。この例では図2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fa、ビーム2とビーム
4が同一周波数fb)。アンテナ全体は、図3に示すよ
うに、反射鏡24と一次放射器23で構成され、一次放
射器の構成は図4に示すようになる。ここでビーム1、
2,3,4は各々クラスタ31、32、33、34によ
り形成され、クラスタ31はアンテナ素子1、2、3、
4、5、6、7、クラスタ32はアンテナ素子6、7、
8、9、10、11、12、クラスタ33はアンテナ素
子11、12、13、14、15、16、17、クラス
タ34はアンテナ素子16、17、18、19、20、
21、22により各々構成される。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6、7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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a feed system (multi-beam radiator) of a multi-beam antenna showing an embodiment of the first invention. In this example, as shown in FIG. 2, assuming the satellite communication by multi-beam covering the service area by four beams, the same frequency is reused every other beam (beam 1 and beam 3 have the same frequency fa, beam 2). And the beam 4 has the same frequency fb). As shown in FIG. 3, the entire antenna is composed of a reflecting mirror 24 and a primary radiator 23, and the configuration of the primary radiator is as shown in FIG. Beam 1 here,
2, 3, 4 are formed by clusters 31, 32, 33, 34, respectively, and the cluster 31 includes antenna elements 1, 2, 3,
4, 5, 6, 7 and the cluster 32 are antenna elements 6, 7,
8, 9, 10, 11, 12, the cluster 33 is the antenna element 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, and the cluster 34 is the antenna element 16, 17, 18, 19, 20,
21 and 22, respectively. Antenna elements are shared between adjacent beams (clusters) in order to increase the antenna gain at the crossover portion which is the boundary of beam coverage. For example, antenna elements 6 and 7 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 side lobe level in the other beam coverage that shares the frequency, the inter-beam isolation can be increased and the frequency can be reused.

【0018】図1の給電系構成において、アンテナ素子
1〜22は各々増幅器211〜232に接続される。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6、7、11、12、16、17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、87、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)を用
い、実際には進行波型増幅器(TWT)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。
In the power feeding system configuration of FIG. 1, antenna elements 1 to 22 are connected to amplifiers 211 to 232, respectively. Each amplifier has a power supply circuit 89, 90, 91 for each cluster unit.
Connected to 92. 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. For the antenna elements 6, 7, 11, 12, 16, 17 shared between the beams (between clusters), combiners (distributors in the case of reception) 83, 84, 85, 86 are provided between the amplifier and the power feeding circuit. , 87, 88 are respectively connected to combine (distribute) the signals from the power supply circuits. 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 a traveling wave amplifier (TWT) or solid state amplifier (SSPA) is actually used. In the case of reception, a low noise amplifier (LNA) is used as an amplifier.

【0019】以下に、増幅器の最大出力電力の設定の方
法を送信アンテナの給電系の場合について説明する。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。アン
テナ素子が同一である場合には、クラスタ中心のアンテ
ナ素子(図1の例では、アンテナ素子4、9、14、1
9)に励振する電力レベルを1とすると、周辺の素子に
対しては−10dB程度になる。いま、この値をα(0<
α<1)とする。この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4、9、
14、19に接続される増幅器214、219、22
4、229の最大出力電力をPmax とし、その周辺のア
ンテナ素子1、2、3、5、6、7、8、10、11、
12、13、15、16、17、18、20、21、2
2に接続される増幅器211、212、213、21
5、216、217、218、220、221、22
2、223、225、226、227、228、23
0、231、232の最大出力電力をαPmax とする。
増幅器の増幅率は全て同じである。また、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。このような状況において、ビーム1(3)が占める
周波数帯域の割合をx(0≦x≦1)としたときの増幅
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=0.1(=−10dB)を仮定すると、η
=55.2%となる。
The method of setting the maximum output power of the amplifier will be described below in the case of the feeding system of the transmitting antenna. To reduce the side lobes, it is necessary to set the excitation distribution optimized for the antenna elements that make up the cluster. If the antenna elements are the same, the antenna element at the center of the cluster (in the example of FIG. 1, the antenna elements 4, 9, 14, 1,
If the power level excited in 9) is set to 1, it will be about -10 dB for the surrounding elements. Now, set this value to α (0 <
Let α <1). This excitation distribution is set by the feeding circuit, and the excitation phase is also adjusted in some cases. In such a situation, the antenna elements 4, 9,
Amplifiers 214, 219, 22 connected to 14, 19
4, the maximum output power of 229 is set to Pmax, and the antenna elements 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, surrounding the Pmax are set.
12, 13, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 2
Amplifiers 211, 212, 213, 21 connected to 2
5,216,217,218,220,221,22
2, 223, 225, 226, 227, 228, 23
The maximum output power of 0, 231, 232 is αPmax.
The amplification factors of the amplifiers are all the same. In addition, the operating point (backoff level) of the amplifier is set so that the linearity of input to output is guaranteed even if all the bands are concentrated on a certain beam, and the output power at that time is defined as the maximum output power. ing. In such a situation, when the ratio of the frequency band occupied by the beam 1 (3) is x (0 ≦ x ≦ 1), the power supply efficiency η of the amplifier is expressed as follows. η = sum of output powers of all beams / sum of maximum output powers of amplifiers = [2 (1 + 6α) × Pmax + 2 (1 + 6α) (1-x) Pmax] / [(4 + 18α) Pmax] = (1 + 6α) / (2 + 9α) (3) Therefore, assuming α = 0.1 (= -10 dB), η
= 55.2%.

【0020】以上のような給電系構成により、次のよう
な効果が期待できる。例えば、アンテナ素子と増幅器が
直結しているので、送信の場合、高電力の伝送線路を最
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、第一の発明の場合、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。
The following effects can be expected with the above power supply system configuration. For example, since the antenna element and the amplifier are directly connected to each other, in the case of transmission, the transmission line of high power is the minimum part, so that loss due to high power, passive intermodulation (PIM), multi-action etc. It is relatively easy to deal with the problem. For example, in order to reduce the PIM, a manufacturing method such as integral molding of a power feeding circuit is taken, but in the case of the first invention, 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.

【0021】また本発明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、50%程度以上の電源効率が得られ
る。これは図13に示した従来の方法に比較して数倍良
い値である。このから、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
搭載アンテナに対して非常に有効である。
Further, with the configuration of the power feeding system of the present invention, even if the communication amount varies between the beams and the frequency band is changed accordingly, a power efficiency of about 50% or more can be obtained. This is a value several times better than that of the conventional method shown in FIG. From this, it is very effective for a satellite-mounted antenna used in a satellite mobile communication system, which is expected to have a large fluctuation in communication amount.

【0022】またアンテナの励振分布は給電回路により
自由に設定できる。従って、低サイドローブ化に対して
最適な励振分布が設定でき、高いビーム間アイソレーシ
ョンレベルが要求されるような場合にも、本発明の構成
は有効である。また、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。
The excitation distribution of the antenna can be freely set by the feeding circuit. Therefore, the configuration of the present invention is effective even when an optimal excitation distribution can be set for lowering the side lobe and a high isolation level between beams is required. In addition, the power supply circuit is a region where the signal is at a low power level, and there is no problem of heat generation due to line loss, and the power supply circuit can be made small, thin, and easy by using a planar circuit such as a microstrip line. Can be done.

【0023】また本発明の給電系構成は、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、同じ特性のもの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。
Further, the power supply system configuration of the present invention clearly shows a method for optimizing the setting of the amplifier by the index of the maximum output power with the power supply efficiency of the amplifier as the 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, it is only necessary to manufacture a large number of products having the same characteristics, and it is possible to simplify processes such as designing, manufacturing, and adjustment.

【0024】第一の発明において、以下のような変更を
行ってもその効果は同じである。例えば本発明におい
て、アンテナ素子、給電線路、給電回路コンポーネント
などはそ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。
In the first invention, the same effect is obtained even if the following modifications are made. For example, in the present invention, the antenna element, the feeding line, the feeding circuit component and the like may be of any type. The effect is the same no matter what method is used.

【0025】またクラスタの方式について、図4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4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。・給
電回路の構成についても図1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が考えられる。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。
Further, the cluster system has been described by taking the configuration of seven antenna elements as an example as shown in FIG. 4, but the same effect can be obtained by using another system such as the case of using nine antenna elements. There is. Also, regarding the sharing of the antenna elements in the adjacent clusters, the case where two antenna elements are shared is shown in FIG. 4, but this may be shared by 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. 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, the power supply circuit component can be easily manufactured,
There are advantages such as reduction of power supply loss.

【0026】次に、第一の発明のその他の実施例につい
て説明する。図5には、第一の発明のその他の実施例で
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4、9、14、19には各々合成
器263、265、267、269と分配器264、2
66、268、270を介して4つの増幅器(アンテナ
素子4については増幅器271、272、273、27
4、アンテナ素子9については増幅器275、276、
277、278、アンテナ素子14については増幅器2
79、280、281、282、アンテナ素子19につ
いては増幅器283、284、285、286)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
1、2、3、5、6、7、8、10、11、12、1
3、15、16、17、18、20、21、22には各
々増幅器241、242、243、245、246、2
47、248、250、251、252、253、25
5、256、257、258、260、261、262
が接続される。ここでクラスタは図4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、9
0、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
6、7、11、12、17、18については合成器8
3、84、85、86、87、88により信号の合成を
行う。
Next, another embodiment of the first invention will be described. FIG. 5 shows the configuration of a power feeding system which is another embodiment of the first invention. Taking the case of transmission as an example, the configuration and operation of this power feeding system will be described. The antenna elements 4, 9, 14, and 19 at the center of the cluster have combiners 263, 265, 267, and 269 and distributors 264 and 2, respectively.
66, 268, 270 and four amplifiers (for the antenna element 4, amplifiers 271, 272, 273, 27
4, the antenna element 9 has amplifiers 275, 276,
277 and 278, the amplifier element 2 for the antenna element 14
79, 280, 281, 282 and amplifiers 283, 284, 285 and 286 are connected to the antenna element 19. Also, the antenna elements 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 1 around the cluster are
Amplifiers 241, 242, 243, 245, 246, and 2 are provided in 3, 15, 16, 17, 18, 20, 21, and 22, respectively.
47, 248, 250, 251, 252, 253, 25
5, 256, 257, 258, 260, 261, 262
Is connected. Here, it is assumed that the clusters are arranged as shown in FIG. The excitation power corresponding to each antenna element is supplied to the feeding circuits 89, 9 for each beam.
It is set by 0, 91, and 92, and low side lobe radiation directivity is realized in each beam. Further, similar to the configuration example of FIG. 1, the combiner 8 is used for the antenna elements 6, 7, 11, 12, 17, and 18 shared between the beams (clusters).
Signals are combined by 3, 84, 85, 86, 87, 88.

【0027】以下に、増幅器の最大出力電力の設定の方
法ついて説明する。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。いま、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−10dBであれ
ば、この比は10:1になる。低サイドローブ化の程度
によりこの比率は変化し、図5の実施例では例えば4:
1となるような場合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。
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). Now, if the power level excited to the surrounding antenna elements is -10 dB with respect to the central element, this ratio will be 10: 1. This ratio changes depending on the degree of side lobe reduction, and in the embodiment of FIG.
We are considering the case where it becomes 1. 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.

【0028】図5の構成例では、最大出力電力をN倍す
る換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、効果も同様なものが得られる。この他に以下のよ
うな効果も期待できる。
In the configuration example of FIG. 5, instead of multiplying the maximum output power by N times, N 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, and the same effect can be obtained. In addition to this, the following effects can be expected.

【0029】また利用する増幅器を全て同一にすること
が可能となる。従って、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。
Further, it becomes possible to use all the same amplifiers. Therefore, the steps of designing, manufacturing, adjusting, etc. of the amplifier are further simplified, which is very effective in reducing the cost of the entire antenna.

【0030】図6には第二の発明の実施例を示すマルチ
ビームアンテナの給電系の構成を示す。ここで想定する
マルチビームは図2に示したとおりであり、また、図3
に示したような反射鏡アンテナおよび図4に示した一次
放射器を考えている。
FIG. 6 shows the structure of a feeding system of a multi-beam antenna showing an embodiment of the second invention. The multi-beam assumed here is as shown in FIG. 2, and FIG.
Consider a reflector antenna such as that shown in Figure 1 and the primary radiator shown in Figure 4.

【0031】図6の給電系構成において、クラスタの周
辺に置かれたアンテナ素子1、2、3、5、6、7、
8、10、11、12、13、15、16、17、1
8、20、21、22は各々増幅器101、102、1
03、105、106、107、108、110、11
1、112、113、115、116、117、11
8、120、121、122に直接接続される。クラス
タの中心にあるアンテナ素子4、9、14、19はマト
リクス増幅器に接続される。アンテナ素子4、9につい
てはマトリクス増幅器301に、アンテナ素子14、1
9についてはマトリクス増幅器302に各々接続され
る。マトリクス増幅器に接続されるアンテナ素子は必ず
しもクラスタの中心にあるアンテナ素子である必要は無
いが、そのアンテナ素子が一つのビームについて単独で
利用されている(隣接ビームで共用していない)こと
と、一つのマトリクス増幅器に接続される二つのアンテ
ナ素子は違う周波数帯で動作していることが条件であ
る。マトリクス増幅器301、302は3dBハイブリッ
ド123、124、125、126と増幅器104、1
09、114、119により構成され、入力信号を増幅
器に均等に分配して増幅し、入力ポートに対応する出力
ポートから出力する。マトリクス増幅器および増幅器は
クラスタ単位毎に給電回路132、133、134、1
35に接続される。
In the feed system configuration of FIG. 6, the antenna elements 1, 2, 3, 5, 6, 7, placed around the cluster,
8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 1
8, 20, 21, 22 are amplifiers 101, 102, 1 respectively
03, 105, 106, 107, 108, 110, 11
1, 112, 113, 115, 116, 117, 11
8, 120, 121, 122 are directly connected. The antenna elements 4, 9, 14, 19 at the center of the cluster are connected to the matrix amplifier. The antenna elements 4 and 9 are arranged in the matrix amplifier 301 and the antenna elements 14 and 1
9 are connected to the matrix amplifier 302, respectively. The antenna element connected to the matrix amplifier does not necessarily have to be the antenna element at the center of the cluster, but that antenna element is used independently for one beam (not shared by adjacent beams), The condition is that the two antenna elements connected to one matrix amplifier are operating in different frequency bands. Matrix amplifiers 301 and 302 are 3 dB hybrids 123, 124, 125 and 126 and amplifiers 104 and 1
09, 114, and 119, the input signal is evenly distributed to the amplifier, amplified, and output from the output port corresponding to the input port. The matrix amplifiers and the amplifiers include the power supply circuits 132, 133, 134, and 1 for each cluster unit.
35 is connected.

【0032】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6、7、11、12、16、17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)
127、128、129、130、131、132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。
In this power feeding circuit, an excitation distribution that realizes a radiation directivity with low side lobes 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. For the antenna elements 6, 7, 11, 12, 16, 17 shared between the beams (clusters), a combiner (a distributor in the case of reception) is provided between the amplifier and the feeding circuit.
127, 128, 129, 130, 131 and 132 are respectively connected to combine (distribute) the signals from the power supply circuits. The combiner (distributor) can be formed as a simple T-branch. This power supply system can be used for both transmission and reception.

【0033】以下に、増幅器の最大出力電力の設定の方
法を送信アンテナの給電系の場合について説明する。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として、クラスタ中心のアン
テナ素子4、9、14、19に励振する電力レベルを1
とし、周辺の素子に対してはα(0<α<1)とする。
ここでアンテナ素子に直結された増幅器(マトリクス増
幅器の中に配置されたもの以外)の最大出力電力をPma
x 、マトリクス増幅器の中に配置された増幅器104、
109、114、119の最大出力電力を0.5Pmax
とする。増幅率は全て同一であるものとする。この場
合、ビーム1(3)が占める周波数帯域の割合をx(0
≦x≦1)としたときの増幅器の電源効率ηは以下のよ
うになる。 η=[2( 1+ 6α) xPmax +2( 1+ 6α)(1- x) Pmax ] /[( 2+ 18) Pmax ] =( 1+ 6α) /10 (4) α=0.1(=- 10dB)を仮定すると、η=16%
となり、従来の方法に比較して電源効率は改善される。
従って、ビーム間の通信量の変動する衛星通信システム
などへ利用する場合に有効である。
The method of setting the maximum output power of the amplifier will be described below in the case of the feeding system of the transmitting antenna. As the excitation distribution optimized for the antenna elements forming the cluster to reduce the side lobes, the power level excited to the antenna elements 4, 9, 14, 19 at the center of the cluster is 1
And α (0 <α <1) for peripheral elements.
Here, the maximum output power of the amplifier (other than the one arranged in the matrix amplifier) directly connected to the antenna element is set to Pma.
x, an amplifier 104 arranged in a matrix amplifier,
Maximum output power of 109, 114, 119 is 0.5 Pmax
And The amplification rates are all the same. In this case, the ratio of the frequency band occupied by beam 1 (3) is x (0
The power supply efficiency η of the amplifier when ≦ x ≦ 1) is as follows. η = [2 (1 + 6α) xPmax +2 (1 + 6α) (1-x) Pmax] / [(2 + 18) Pmax] = (1 + 6α) / 10 (4) α = 0.1 (= -10 dB), η = 16%
Therefore, the power supply efficiency is improved as compared with the conventional method.
Therefore, it is effective when used in a satellite communication system or the like in which the amount of communication between beams varies.

【0034】図6に実施例において、クラスタ周辺のア
ンテナ素子に接続された増幅器の最大出力をそのアンテ
ナ素子の励振電力に比例した値αPmax とすることによ
り、さらに電源効率が改善されたマルチビーム給電系が
構成される。この場合、電源効率ηは以下のようにな
る。 η=[2( 1+ 6α) xPmax +2( 1+ 6α)(1- x) Pmax ] /[(2+ 18α) Pmax ] =( 1+ 6α) /( 1+ 9α) ( 5) α=0.1(=−10dB)を仮定すると、η=84.2
%となり、ほぼ100%に近い値が達成される。
In the embodiment shown in FIG. 6, the maximum output of the amplifier connected to the antenna element around the cluster is set to a value αPmax proportional to the excitation power of the antenna element, so that the power supply efficiency is further improved. The system is constructed. In this case, the power supply efficiency η is as follows. η = [2 (1 + 6α) xPmax +2 (1 + 6α) (1-x) Pmax] / [(2 + 18α) Pmax] = (1 + 6α) / (1 + 9α) (5) α = 0 . (1−10 dB), η = 84.2
%, And a value close to 100% is achieved.

【0035】マトリクス増幅器に関しては、図7もしく
は図8のような構成により、増幅器の数を任意に増加さ
せることができる。このような方法により、クラスタ中
心のアンテナ素子の励振電力とクラスタ周辺のアンテナ
素子の励振電力の比がN:1となるときに、全ての増幅
器(マトリクス増幅器の中のものも含める)の最大出力
電力、増幅率を同一として、クラスタ周辺のアンテナ素
子に対しては1個の増幅器を接続し、クラスタ中心のア
ンテナ素子に対してはマトリクス増幅器に接続し、その
中にN個の増幅器を構成する。このような構成にするこ
とにより、給電系に用いられる増幅器は全て同一種類の
ものとなり、設計、製造を簡単化し、低コスト化する上
で都合がよい。
Regarding the matrix amplifier, the number of amplifiers can be arbitrarily increased by the configuration shown in FIG. 7 or 8. By such a method, when the ratio of the excitation power of the antenna element at the center of the cluster and the excitation power of the antenna element at the periphery of the cluster is N: 1, the maximum output of all amplifiers (including those in the matrix amplifier) With the same power and amplification factor, one amplifier is connected to the antenna elements around the cluster, and a matrix amplifier is connected to the antenna element at the center of the cluster, and N amplifiers are configured therein. . With such a configuration, all the amplifiers used in the power feeding system are of the same type, which is convenient for simplifying the design and manufacturing and reducing the cost.

【0036】図6の例では、2つの周波数帯に分割した
場合の給電系構成について示したが、本発明はこの例に
限らずさまざまなマルチビームに対しても利用できる。
例えば、図9に示すように4つの周波数帯(fa,f
b,fc,fd)で分割した場合、給電系において4つ
の周波数に対応する各クラスタの中心のアンテナ素子を
図10に示すようなマトリクス給電系に接続することに
より、図6の構成の場合と同様な効果が得られる。
In the example of FIG. 6, the configuration of the power feeding system when divided into two frequency bands is shown, but the present invention is not limited to this example and can be used for various multi-beams.
For example, as shown in FIG. 9, four frequency bands (fa, f
b, fc, fd), the antenna element at the center of each cluster corresponding to four frequencies in the feeding system is connected to the matrix feeding system as shown in FIG. Similar effects are obtained.

【0037】以上の実施例から明らかなように、本発明
では、移動体衛星通信などにおけるビーム間の通信量の
変動に対してフレクシブルに対応し、常に電源の効率を
高い状態で無駄無く利用できるマルチビーム給電系を提
供できる。しかも、給電系内に配置される増幅器を均一
化することができるので、その設計、製造、調整の工程
を著しく簡単化し、特性の良いものを低コストに製作す
ることができる。また、第一の発明と同様の効果があ
り、アンテナ素子と増幅器が直結していることによりP
IMやマルチパクョンなどの高出力伝送に伴う問題を回
避することが容易であるなどの利点がある。
As is apparent from the above embodiments, according to the present invention, it is possible to flexibly cope with the fluctuation of the communication amount between the beams in the mobile satellite communication or the like, and it is possible to use the power source efficiently without waste. A multi-beam feeding system can be provided. Moreover, since the amplifiers arranged in the power feeding system can be made uniform, the designing, manufacturing, and adjusting processes can be remarkably simplified, and those having excellent characteristics can be manufactured at low cost. Further, there is the same effect as the first invention, and since the antenna element and the amplifier are directly connected, P
There is an advantage that it is easy to avoid problems associated with high-power transmission such as IM and multi-packaging.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明のマルチビーム放射装置及びマル
チビームアンテナにおいては、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PIM、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。
In the multi-beam radiator and the multi-beam antenna of the present invention, since the antenna element and the amplifier are directly connected to each other, it is possible to easily prevent the occurrence of problems such as PIM and multi-passion due to the high output. 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.

【0039】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、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
クシブルな対応が可能であり、この場合に増幅器の電源
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は絶大であ
る。
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, it is possible to respond flexibly by changing the allocation of the frequency band when there is a change in the communication volume between the beams. In this case, the power supply efficiency of the amplifier can be used with high efficiency. Very effective in limited satellite-borne systems. 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 a low cost, and it is extremely effective as an application such as a satellite antenna.

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

【図1】 本発明のマルチビーム放射装置の給電系構成
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a feeding system of a multi-beam radiation device of the present invention.

【図2】 ビームの配置および周波数分割の様子を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing how beams are arranged and frequency division is performed.

【図3】 本発明のマルチビームアンテナの構成を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a multi-beam antenna of the present invention.

【図4】 一次放射器の構成するクラスタを示す上面
図。
FIG. 4 is a top view showing clusters of the primary radiator.

【図5】 本発明のマルチビーム放射装置の他の給電系
構成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing another feed system configuration of the multi-beam radiation device of the present invention.

【図6】 第二の発明のマルチビーム放射装置の給電系
構成を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a feeding system of a multi-beam radiation device of a second invention.

【図7】 本発明のマルチビームアンテナに用いるマト
リクス増幅器の構成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a matrix amplifier used in the multi-beam antenna of the present invention.

【図8】 本発明のマルチビームアンテナに用いるマト
リクス増幅器の他の構成を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration of the matrix amplifier used in the multi-beam antenna of the present invention.

【図9】 ビームの配置および周波数分割の他の構成例
を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of beam arrangement and frequency division.

【図10】 本発明のマルチビームアンテナに用いるマ
トリクス増幅器の他の実施例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the matrix amplifier used in the multi-beam antenna of the present invention.

【図11】 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。
FIG. 11 is a diagram showing a feed system configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【図12】 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。
FIG. 12 is a diagram showing a feed system configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【図13】 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。
FIG. 13 is a diagram showing a feed system configuration of a multi-beam antenna according to a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、1
2、13、14、15、16、17、18、19、2
0、21、22…アンテナ素子 反射鏡…24 一次放射器…23 31、32、33、34…クラスタ 47、48、49、50、89、90、91、92、1
32、133、134、135…給電回路 55、56、57、58、61、62、63、64、6
5、66、67、68、69、70、71、72、7
3、74、75、76、77、78、79、80、8
1、82、101、102、103、104、105、
106、107、108、109、110、111、1
12、113、114、115、116、117、11
8、119、120、121、122、201、20
2、203、204、211、212、213、21
4、215、216、217、218、219、22
0、221、222、223、224、225、22
6、227、228、229、230、231、23
2、313、321…増幅器 205、206、207、208、209、210…分
波器 41、42、43、44、45、46、83、84、8
5、86、87、88、127、128、129、13
0、131、132、263、264、265、26
6、267、268、269、270、314、315
…合成器もしくは分配器 59、60、301、302…マトリクス増幅器 51、52、53、54、123、124、125、1
26、310、322…ハイブリッド 311…無反射終端
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 1
2, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 2
0, 21, 22 ... Antenna element Reflector ... 24 Primary radiator ... 23 31, 32, 33, 34 ... Cluster 47, 48, 49, 50, 89, 90, 91, 92, 1
32, 133, 134, 135 ... Feeding circuit 55, 56, 57, 58, 61, 62, 63, 64, 6
5, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 7
3, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 8
1, 82, 101, 102, 103, 104, 105,
106, 107, 108, 109, 110, 111, 1
12, 113, 114, 115, 116, 117, 11
8, 119, 120, 121, 122, 201, 20
2, 203, 204, 211, 212, 213, 21
4, 215, 216, 217, 218, 219, 22
0, 221, 222, 223, 224, 225, 22
6, 227, 228, 229, 230, 231, 23
2, 313, 321 ... Amplifier 205, 206, 207, 208, 209, 210 ... Demultiplexer 41, 42, 43, 44, 45, 46, 83, 84, 8
5, 86, 87, 88, 127, 128, 129, 13
0, 131, 132, 263, 264, 265, 26
6, 267, 268, 269, 270, 314, 315
... Combiner or distributor 59, 60, 301, 302 ... Matrix amplifier 51, 52, 53, 54, 123, 124, 125, 1
26, 310, 322 ... Hybrid 311 ... Non-reflective termination

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の放射素子と、増幅器を介して放射素
子と接続される給電回路とからなる放射手段を複数備え
たマルチビーム放射装置において、前記複数の放射素子
に給電する信号電力比とほぼ等しく前記増幅器間の最大
出力電力比を設定したことを特徴とするマルチビーム放
射装置。
1. A multi-beam radiation device comprising a plurality of radiation means comprising a plurality of radiation elements and a feeding circuit connected to the radiation elements via an amplifier, and a signal power ratio for feeding power to the plurality of radiation elements. A multi-beam radiation device, wherein the maximum output power ratio between the amplifiers is set to be substantially equal.
【請求項2】第一の放射手段を構成する放射素子、電力
増幅器の一部と第二の放射手段を構成する放射素子、電
力増幅器の一部とを共用することを特徴とする請求項1
記載のマルチビーム放射装置。
2. The radiating element that constitutes the first radiating means, part of the power amplifier and the radiating element that constitutes the second radiating means, part of the power amplifier are shared.
A multi-beam emitting device as described.
【請求項3】反射鏡を介して電波の送信または受信を行
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、前記クラスタはビ
ーム毎に設けられ、前記アンテナ素子毎に増幅器が接続
され、前記増幅器の各最大出力電力の比は各々対応する
前記アンテナ素子に与える励振電力の比と一致している
ことを特徴とするマルチビームアンテナ。
3. A cluster composed of a plurality of antenna elements is used as a primary radiator of a reflector antenna for transmitting or receiving radio waves through a reflector, and the cluster is provided for each beam, and the antenna is provided. An amplifier is connected to each element, and a ratio of maximum output power of the amplifier is matched with a ratio of excitation power given to the corresponding antenna elements.
【請求項4】前記アンテナ素子毎に接続されている増幅
器の最大出力電力の比は簡単な整数比で表されることを
特徴とする請求項3記載のマルチビームアンテナ。
4. The multi-beam antenna according to claim 3, wherein the maximum output power ratio of the amplifier connected to each of the antenna elements is represented by a simple integer ratio.
【請求項5】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、前記クラスタはビーム毎に設
けられ、前記アンテナ素子の一部は隣接するビーム間で
共用され、他の一部はただ一つの対応するビームに対し
てのみ使用され、前記ただ一つの対応するビームに対し
てのみ使用されるアンテナ素子はマトリクス増幅器に接
続されていることを特徴とするマルチビームアンテナ。
5. A cluster composed of a plurality of antenna elements is used as a primary radiator of a reflector antenna that transmits and receives radio waves through a reflector, and the cluster is provided for each beam and the antenna element Some are shared between adjacent beams, some are used only for one corresponding beam, antenna elements used for only one corresponding beam are connected to the matrix amplifier The multi-beam antenna is characterized by being.
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