JPS62178005A - 走査マルチビ−ムアンテナ方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ビーム合成回路を有するマルチビームアン
テナ方式を改良した可変ビーム合成回路を有する走査マ
ルチビームアンテナ方式に間するものである。

第１図は従来のビーム合成回路を用いたマルチビームア
ンテナ方式を示す一実施例であり、３つのアンテナ人力
から３つの出力を取り出す場合の構成例であり、ビーム
アンテナＡ１〜Ａ３の入力と、出力線路ＴＩ−Ｔ３をマ
トリクス状に配列し、かつ、マトリクスの各交差点で、
入出力間を結合器Ｃｌ−Ｃ９でスイッチ５ｌ−９９を介
して結合させた構成のものである。

マトリクス内の上記スイッチ５ｔ−９９の開閉により任
意のビームな選沢でき、また、複数のビームアンテナ入
力を同時に結合することでビーム合成を行うことができ
る。

また、マトリクス内の結合器Ｃｌ−Ｃ９の結合量に適当
な重みをつけることで、成形ビームや低サイドローブパ
ターン等の合成ができる。

この方式は、衛星搭載用アンテナにおいて任意の形状を
持つ成形ビームや、低サイドローブ指向性を実現できる
ほかに固定マルチビームアンテナを用いた移動体衛星通
信や衛星間データ中継システムにおいて、隣接するビー
ムの中間のクロスオーバ点における利得低下を補うため
にクロスオーバ点付近で隣接する複数のビームを合成し
、クロスオーバ点での利得を改善できる。

しかしながら、この方法では合成ビームが固定であるた
め、常時ビームビークで移動体との通信を行うことがで
きるとは限らず、オフビーム損失が生じてしまうという
欠点があった。また、成形ビームや低サイドローブパタ
ーンについても、ビームパターンを必要に応じて変える
再構成ビームを形成できないという欠点があった。

したがってこれらの欠点を除去するため、移動体衛星通
信や衛星間データ中継システムにおいては、オフビーム
損失が生じないように複数の移動体や周回衛星の位置に
応じてビームを独立に動かし、常時ビームビークで通信
を行うことができる走査マルチビームアンテナ方式が求
められる。

本発明は上記の走査マルチビームアンテナ方式を実現す
るためにスイッチと結合器の代わりに可変抵抗素子又は
利得可変素子を用いて上述の欠点を除去した可変ビーム
合成回路を有する走査マルチビームアンテナ方式の構成
法を提案するものである。以下この発明の一実施例につ
いて説明する第２図においてＡ１−Ａ３．ＴＩ−Ｔ３は
第１図と同じである。Ｖｌ−Ｖ９は可変抵抗素子又は利
得可変素子、Ｄは可変抵抗素子の抵抗制御器又は利得可
変素子の利得制御器である。

ビームアンテナＡｌ−Ａ３の入力と出力線路ＴＩ−Ｔ３
をマトリクス状に配置し、かつ、マトリクスの各交差点
で入出力間を可変抵抗素子又は利得可変素子で結合させ
た構成のものである。

可変抵抗素子としては、ＰＩＮダイオード、利得可変素
子としてはＦＥＴを用いることができる。この各可変抵
抗素子の抵抗値又は利得可変素子の利得の設定を制御器
を介して外部から行うことによって、任意の結合量を得
ることが可能となり、それによって任意の方向に合成ビ
ームを得ることができるため、常にビームビークで移動
体や周回衛星との通信を行うことが可能となる。

また、各抵抗値又は利得を制御器を介してアナログ的に
所要の手順で変化させることで、連続した結合量の変化
を得ることができるため、合成ビームを連続的に走査す
ることが可能となり、移動体や周回衛星を連続的に追尾
することができる。

上記第２図の動作を更に具体例を用いて説明する。ここ
では最も簡易な構造で走査マルチビームアンテナ方式が
実現できる３ビ一ム合成法を用いた説明を行う。

第３図は７つのアンテナ入力から４つの出力を取り出す
場合の構成例であり、図においてＡｌ〜Ａ？、Ｔ　１〜
Ｔ４．Ｖｌ−Ｖ２Ｂ、Ｄは第２図と同じである。ビーム
アンテナＡｌ〜Ａ７で作られる各成分ビームの配列方法
は一般的に最も密に構成する方法が望ましく第４図に示
すような三角配列で構成されるケースが多′い。

第４図において８１〜Ｂ７がそれぞれＡ１〜Ａ７で作ら
れる成分ビーム配列を示しており、θ。

φは方向を表している。この構成において、合成ビーム
の利得をＦ（θ、φ）とすると、ビームアンテナＡ１〜
Ａ７の各利得をそれぞれＧｌ（θ。

φ）〜Ｇ７（θ、φ）として、１つの出力線路との結合
量をそれぞれＷ１〜Ｗ７とすると、ビームアンテナ正面
方向付近では、 合成ビームの利得が所望する方向（θｄ、φｄ）におい
て最大となるためには、 となるようにＷｉを選定すればよい。

上式において１合成ビーム当たりのビームアンテナ数が
多い場合にはＷｉは一意にきまらないが、第５図に示す
ように隣接する三個の成分ビームを選んで合成すれば三
個の成分ビーム中心で構成される三角形内においてはビ
ーム合成の結合ｆｌＷ１　：Ｗ２　：Ｗ３が一意に決ま
ることになる。第５図においてＢ１−８３はビーム合成
に用いる三個の成分ビーム配列を示し、Ｅは三個の成分
ビーム中心で構成される三角形である。

このことは、所望する方向（θｄ、φｄ）に合成ビーム
を正確に指向するためには３ビ一ム合成を用いれば十分
であることを意味し、しかも（２）式に示す簡単なアル
ゴリズムを用いて常に合成ビームのピーク値で移動体や
周回衛星との通信が可能である。

広い視野を３ビ一ム合成を用いた合成ビームで走査する
ためには３成分ビームの各ビーム中心で形成される三角
形を組み替えていけば良く、それに応じて可変抵抗素子
または利得可変素子を制御器を用いて切り替えていけば
よい。この時、合成ビームを三角形の三辺上に形成する
場合は３ビ一ム合成が実質２ビ一ム合成となり、また、
三角形の頂点に合成ビームを形成する場合は実質、−個
の成分ビームと等価になり、合成ビームの走査は滑らか
に行うことができる。

この方式はビーム合成に用いる成分ビーム数は１合成ビ
ーム当たり三個あれば十分であり、可変ビーム合成器の
可変抵抗素子又は利得可変素子を１つのビームを合成す
るのに三点において結合させるだけで済む。

例えば第３図において出力線路Ｔｌ上にビームアンテナ
ＡＩ、Ａ２．Ａ３を用いた可変合成ビームを形成するた
めには、可変抵抗素子又は利得可変素子Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ
３のバイアス電圧を制御器りを用いて変化させて可変ビ
ームを合成する。この時、出力線路ＴＩに結合している
他の可変抵抗素子または利得可変素子■４〜■７は制御
器りを用いて遮断状態にバイアス電圧を設定し、オフ状
態のスイッチの役目をもたせる方法をとることができる
。

したがってこの方法はビームアンテナ端子群と、合成信
号端子群とで構成されるマトリクスにおいて、動作状態
にある結合点の数が少なくて済むため、結合点での結合
量を大きくとることができ、線路間の直接結合による誤
差をほとんど考えなくて済むため、合成ビームの設計や
制御が容易である。

以上述べたように、この発明はビーム合成回路のマトリ
クス交差点に可変抵抗素子又は利得可変素子を用いるこ
とにより、可変ビーム合成回路を形成し、複数のビーム
を独立に走査できる走査マルチビームアンテナ方式を実
現することができる。

以上は、受信アンテナを例にとって示したものであるが
、原理上送信アンテナにも、そのまま適用できることは
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のビーム合成回路を用いたマルチビームア
ンテナ方式の説明図、第２図と第３図はそれぞれ本発明
の一実施例を示す図であり、可変ビーム合成回路を用い
た走査マルチビームアンテナ方式の説明図、第４図は成
分ビームの配列図。 第５図は３ビ一ム合成の概念を示す図であり、図中へ１
〜Ａ７はビームアンテナ、Ｔｌ〜Ｔ４は出力線路、Ｓｌ
〜Ｓ９はスイッチ、Ｃ１〜Ｃ９は結合器、Ｖｌ−Ｖ２８
は可変抵抗素子または利得可変素子、Ｄは制御器、Ｂ１
−８７は成分ビーム配列、Ｅは三個の成分ビーム中心で
構成される三角形である。 なお、図中同一部分又は相当部分には同一符号を付しで
ある。 特許出願人　　郵政省７１波研究所長 口下−一１図 Ｄ 第２０ １Ａ３閏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ビーム固定形のマルチビームアンテナ方式において、複
   数の走査ビームを合成するために、ビームアンテナ端子
   群と、合成信号端子群とをマトリクス状に配置して、か
   つ可変抵抗素子又は利得可変素子を用いてマトリクスの
   各交差点を接続し、制御器により上記可変抵抗素子の抵
   抗値又は利得可変素子の利得を任意に変化させることに
   より、マトリクスの各交差点における結合量を任意に変
   化し得る可変ビーム合成回路を有することを特徴とする
   走査マルチビームアンテナ方式。