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JPH0468803A - Reformed beam antenna - Google Patents

Reformed beam antenna

Info

Publication number
JPH0468803A
JPH0468803A JP17748390A JP17748390A JPH0468803A JP H0468803 A JPH0468803 A JP H0468803A JP 17748390 A JP17748390 A JP 17748390A JP 17748390 A JP17748390 A JP 17748390A JP H0468803 A JPH0468803 A JP H0468803A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
horn
reflecting mirror
reflector
auxiliary
distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17748390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Masamoto
和義 正源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP17748390A priority Critical patent/JPH0468803A/en
Publication of JPH0468803A publication Critical patent/JPH0468803A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、放送衛星等に搭載され、各チャンネル毎に任
意の特定の地域と回線を繋いだり、降雨量に応じて時々
刻々アンテナから放射されるビームの形状を変化させて
、例えば降雨量が大きい地域のアンテナ利得を上げる等
を行う再成形ビームアンテナに関する。
[Detailed Description of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention is installed on a broadcasting satellite, etc., and connects a line to any specific area for each channel. The present invention relates to a reshaping beam antenna that changes the shape of a beam to increase antenna gain in areas with heavy rainfall, for example.

(発明の概要) 本発明は、ビーム断面の形状を変えたり、ビームの指向
方向を変えたりする再成形ビームアンテナを、複数本の
ホーンと反射鏡とで構成するもので、各ホーンと主反射
鏡との間に、少なくとも1枚の補助反射鏡を介在させて
、複数本のホーンへの供給電力分配比を変えることによ
り、ビームの指向性をより微小変化できるようにし、あ
るいはビームを再成形するに際して、より成形度を高く
し、かつ低サイドローブを可能にしたものである。
(Summary of the Invention) The present invention consists of a reshaping beam antenna that changes the shape of the beam cross section and the direction of the beam, and consists of a plurality of horns and a reflector. By interposing at least one auxiliary reflecting mirror between the mirror and changing the distribution ratio of power supplied to multiple horns, it is possible to more minutely change the beam directivity or reshape the beam. In doing so, the degree of molding is increased and low side lobes are made possible.

(従来の技術) 従来、アンテナから放射されるビームの形状を再成形す
る方法としては、例えば”ReCOnflgur−ab
le  Direct Radiating Arra
y Antenna、 Y、5uzukl etal、
The Transactions or the I
EICE、Vol。
(Prior Art) Conventionally, as a method of reshaping the shape of a beam radiated from an antenna, for example, "ReCONflgur-ab" is used.
le Direct Radiating Arra
y Antenna, Y, 5uzukl etal,
The Transactions or the I
EICE, Vol.

E72.No、3.March 1989.pp、20
2−209”に示されているように、アレイアンテナの
励振分布を変える方法および” Technology
 Advances In Reconfigur−a
ble  Contoured Beas Ref’1
etor Antennas 1nEurope、 G
、A、E、Crone etal、 1!tth AI
AA Inter−ational Cotsunic
atlon !1iatellite Systems
 Con−terenae、 AIAA−90−088
8−CP、March 1990.pp、255−26
8”に示されているように、アンテナを1枚の反射鏡と
マルチホーンとで構成し、BFN (ビームフォーミン
グネットワーク)を使用して、マルチホーンを励振する
電力の振幅と位相とを制御する方法および1個の給電ホ
ーンと1枚の反射鏡とで構成されるアンテナの前記反射
鏡を柔構造にして、鏡面形状を変化させる方法がある。
E72. No, 3. March 1989. pp, 20
2-209”, a method for changing the excitation distribution of an array antenna, and “Technology
Advances In Reconfigur-a
ble Contoured Beas Ref'1
etor Antennas 1nEurope, G
, A, E, Crone etal, 1! tth AI
AA Inter-national Cotsunic
atlon! 1iatellite Systems
Con-terenae, AIAA-90-088
8-CP, March 1990. pp, 255-26
As shown in Figure 8, the antenna consists of a single reflecting mirror and a multi-horn, and a BFN (beam forming network) is used to control the amplitude and phase of the power that excites the multi-horn. There is a method in which the reflecting mirror of an antenna consisting of one feeding horn and one reflecting mirror is made into a flexible structure to change the shape of the mirror surface.

また、クラスタホーンと反射鏡とを組み合せて、マルチ
ビームによる成形ビームを作る方法がある。
There is also a method of creating a multi-beam shaped beam by combining a cluster horn and a reflecting mirror.

この場合、全体のホーンのうちのいくつかのホーンが1
つのビームをつくり、それらのビームを合成して成形ビ
ームをつくる。このとき、各ビームに対応するクラスタ
ホーンの領域は、各ビーム間で重複しており、1つのホ
ーンが2つのビームに共通で使用されるものもある。全
体ビームを再成形するには、前記BFNを使用して各ホ
ーンへ供給する電力の振幅と、位相とを制御するものと
する。
In this case, some of the total horns are 1
Create two beams and combine them to create a shaped beam. At this time, the area of the cluster horn corresponding to each beam overlaps between each beam, and in some cases, one horn is commonly used for two beams. To reshape the overall beam, the BFN shall be used to control the amplitude and phase of the power supplied to each horn.

(発明が解決しようとする課題) ところが、従来のアレイアンテナを使用する方法では、
マルチホーン給電反射鏡アンテナに比較して、ビームセ
バレーシツン角度を小さくとれる等の利点がある反面に
おいて、比較的狭いカバレッジエリア内高利得の成形ビ
ームで覆う場合、アンテナ開口を大きくする必要がある
ために、アレイの構成素子数が多くなり、各素子の励振
係数を制御するVPD (可変電力分配器)、VPS(
可変移相器)の数も増加して、前記BFNの重量、体積
、損失が増加するという問題があった。
(Problem to be solved by the invention) However, with the conventional method of using an array antenna,
Compared to a multi-horn fed reflector antenna, it has the advantage of being able to reduce the beam separation angle, but on the other hand, it requires a larger antenna aperture when covering a relatively narrow coverage area with a high-gain shaped beam. Therefore, the number of elements in the array increases, and VPD (variable power divider) and VPS (
As the number of variable phase shifters (variable phase shifters) increases, the weight, volume, and loss of the BFN also increase.

また、アレイアンテナは、原理上構成素子が開口面を占
める面積を単位として、位相および振幅分布が制御され
るために、全体の開口面分布は不連続で離散的なものと
なり、ビームの成形度の向上を望むことは困難であった
In addition, in principle, the phase and amplitude distribution of an array antenna is controlled based on the area occupied by the constituent elements on the aperture surface, so the overall aperture distribution becomes discontinuous and discrete, resulting in a high degree of beam shaping. It was difficult to hope for improvement.

さらに、前記BFNのVPDとvPSとの設定に当って
は、構成素子間の結合を考慮しなければならない。従っ
て、運用上複雑な制御が要求されるという問題もあった
Furthermore, when setting the VPD and vPS of the BFN, the coupling between the constituent elements must be considered. Therefore, there is a problem in that complicated control is required for operation.

マルチホーン給電反射鏡アンテナでは、カバレッジエリ
ア内で高利得が容易に得られる反面、アレイアンテナと
同様に、BFNの重量、体積、損失の問題があった。さ
らに、ビームの成形度は、ホーン間隔によって制限され
るという欠点があった。すなわち、パラボラ反射鏡の開
口径と焦点距。
Although a multi-horn fed reflector antenna can easily obtain high gain within a coverage area, it has the same problems as the array antenna, such as the weight, volume, and loss of the BFN. Furthermore, the degree of beam shaping is limited by the horn spacing. In other words, the aperture diameter and focal length of the parabolic reflector.

離とを固定した場合、遠方界において素ビームの間隔を
狭くし、素ビームが合成されてできる全体ビームの成形
度を上げるには、ホーン間隔を狭くすればよいが、この
ときホーンの開口径が小さくなり、ホーンから放射され
るビームの幅が広くなり、反射鏡の外へ漏れるスピルオ
ーバが増加し、アンテナ利得の減少を招く。
When the distance is fixed, in order to narrow the distance between the elementary beams in the far field and improve the degree of shaping of the overall beam that is created by combining the elementary beams, the distance between the horns can be narrowed, but in this case, the aperture diameter of the horn becomes smaller, the width of the beam radiated from the horn becomes wider, and spillover leaking out of the reflector increases, leading to a decrease in antenna gain.

また、このスピルオーバを減少させるために、反射鏡の
開口径を大きくすると、遠方界における素ビームの幅が
狭くなり、ビームの成形度が向上しない。なお、クラス
タホーン給電反射鏡アンテナでは、前記BFNの形状が
さらに複雑化するという欠点があった。
Furthermore, if the aperture diameter of the reflecting mirror is increased in order to reduce this spillover, the width of the elementary beam in the far field becomes narrower, and the degree of beam shaping does not improve. Note that the cluster horn fed reflector antenna has the disadvantage that the shape of the BFN becomes more complicated.

さらに、1個の給電ホーンと柔構造反射鏡の鏡面形状と
を変える方法は、全ての周波数帯域(全チャンネル)に
亘って同一のビーム形状でサービスする場合には有効な
方法である。しかし、鏡面形状調整機構が大型化するこ
とおよびチャンネル毎に異なる特定方向へビームを向け
ることができないという問題があった。
Furthermore, the method of changing the mirror surface shape of one feeding horn and the flexible structure reflector is an effective method when providing services with the same beam shape across all frequency bands (all channels). However, there are problems in that the mirror surface shape adjustment mechanism becomes large and that the beam cannot be directed in specific directions that differ from channel to channel.

一本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点を有効
に解決し、その構成が簡単で、前記BFNの中のvPS
を除き、重量および損失が軽減され、高利得が維持され
、ビームの再成形が可能となり、チャンネル毎に異なる
方向のビームを廻り当てることが可能な再成形ビームア
ンテナを提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned points, the present invention effectively solves the problems of the prior art, has a simple configuration, and provides a vPS in the BFN.
The purpose of the present invention is to provide a reshaping beam antenna that reduces weight and loss, maintains high gain, and enables beam reshaping to direct beams in different directions for each channel. .

(課題を解決するための手段) このような目的を達成するために、本発明は、1枚の主
反射鏡と複数本の給電ホーンとを設け、前記給電ホーン
毎に前記主反射鏡と給電ホーンとの間に少なくとも1枚
の補助反射鏡を備え、各前記給電ホーンへの供給電力の
割合いを変えて、前記主反射鏡を経て放射されるビーム
の形状を変化させることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve such an object, the present invention provides one main reflecting mirror and a plurality of power feeding horns, and the main reflecting mirror and the feeding horn are connected to each other for each feeding horn. At least one auxiliary reflecting mirror is provided between the feeding horn and the proportion of power supplied to each of the feeding horns is changed to change the shape of the beam radiated through the main reflecting mirror. .

(作用) このような技術手段により、本発明は、1枚の主反射鏡
と複数本の給電ホーンとを設け、前記給電ホーン毎に前
記主反射鏡と給電ホーンとの間に少なくとも1枚の補助
反射鏡を設け、各前記給電ホーンへの供給電力の割合い
を変えて、前記主反射鏡から放射されるビームの形状を
変化させることによって、ビームフォーミングネットワ
ーク(BFN)の中の可変移相器(vps)が除かれ、
重量および損失が軽減され、高利得が維持され、ビーム
の再成形が可能となり、チャンネル毎に異なる方向への
ビームの割り当てが可能である。
(Function) With such technical means, the present invention provides one main reflecting mirror and a plurality of feeding horns, and for each feeding horn, at least one sheet is provided between the main reflecting mirror and the feeding horn. A variable phase shift in a beam forming network (BFN) is achieved by providing an auxiliary reflector and varying the proportion of power supplied to each of the feed horns to change the shape of the beam emitted from the main reflector. vessel (vps) is removed,
Weight and losses are reduced, high gain is maintained, beam reshaping is possible, and beam assignment to different directions for each channel is possible.

(実施例) 次に、本発明の実施例を図面に基づき、詳細に説明する
(Example) Next, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第1図は本発明における再成形ビームアンテナの一実施
例の概略構成図を示す。図において再成型ビームアンテ
ナ10は、1枚の主反射鏡1と、複数、本実施例では1
個の補助反射鏡2と、1個である給電ホーン3および1
台の電力分配器9とから構成されている。補助反射鏡2
は各給電ホン3にそれぞれ1個づつ配置され、電力分配
器9は供給電力を分割して、各ホーン3に供給する。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of a reshaped beam antenna according to the present invention. In the figure, the reshaped beam antenna 10 includes one main reflector 1 and a plurality of mirrors, in this embodiment one
auxiliary reflectors 2, and one feeding horn 3 and 1
It consists of two power distributors 9. Auxiliary reflector 2
is arranged in each power supply horn 3, and the power divider 9 divides the supplied power and supplies it to each horn 3.

なお、この電力分配器9は、受信アンテナ用として使用
するときには電力合成器として使用するものである。
Note that this power divider 9 is used as a power combiner when used as a receiving antenna.

各ホルン3から放射された電波が補助反射鏡2を紅白し
て主反射鏡1に到達する際に、補助反射鏡2は電波の路
長、すなわち主反射鏡1上の電流の位相分布の調整を行
うものである。
When the radio waves emitted from each horn 3 pass through the auxiliary reflector 2 and reach the main reflector 1, the auxiliary reflector 2 adjusts the path length of the radio wave, that is, the phase distribution of the current on the main reflector 1. This is what we do.

この結果、各ホーン3に対応するビーム(素ビーム)は
、遠方界においてアンテナの正面方向とは異なるある特
定の方向に電力の集中をした鋭いビームの形成を可能と
する。ところが、位相分布の制御のみでは、良好なサイ
ドローブ特性が得られないが、この補助反射鏡2は低サ
イドローブ特性の向上を目的として、主反射鏡1上の電
流の振幅制御も行うものである。
As a result, the beam (elementary beam) corresponding to each horn 3 can form a sharp beam with power concentrated in a specific direction different from the front direction of the antenna in the far field. However, good sidelobe characteristics cannot be obtained only by controlling the phase distribution, but the auxiliary reflector 2 also controls the amplitude of the current on the main reflector 1 in order to improve the low sidelobe characteristics. be.

第2図は同じく本発明における再成形ビームアンテナの
他の実施例の概略構成図を示す。図において再成形ビー
ムアンテナ11は、各給電ホーン3にそれぞれ1個づつ
の補助反射鏡2.4が配置され、電力分配器って分配さ
れる電力が各ホーン3に供給され、このホーン3から放
射された電波が補助反射鏡2.4を経て主反射鏡1に到
達する。
FIG. 2 shows a schematic diagram of another embodiment of the reshaped beam antenna according to the present invention. In the figure, the reshaping beam antenna 11 has one auxiliary reflector 2.4 disposed in each feeding horn 3, and power distributed by a power divider is supplied to each horn 3. The radiated radio waves reach the main reflector 1 via the auxiliary reflector 2.4.

この際、補助反射鏡2.4は、電波の路長すなわち主反
射鏡】上の電流の位相分布を調整すると共に、低サイド
ローブ特性を目的として、主反射鏡1上の電流の振幅制
御を容易とする。
At this time, the auxiliary reflector 2.4 adjusts the path length of the radio wave, that is, the phase distribution of the current on the main reflector], and also controls the amplitude of the current on the main reflector 1 for the purpose of low side lobe characteristics. Make it easy.

このように、本発明は、所要の成形ビームを複数の素ビ
ームに分解し、各ビームに対応してホン3を配置し、こ
の各ホーン3と主反射鏡1との間に、このホーン3毎に
1枚の補助反射鏡2または2枚の補助反射鏡2.4を配
置して、遠方界におけるビームの成形を、各ホーン3を
励振する電力の分配比のみを変えることによって行うも
のである。 第3図は第1図および第2図における電力
分配器の概要構成図を示し、図(A)は全カバレッジエ
リアを全周波数帯域に亘り共通の成形ビムで覆う場合、
図(B)は各周波数帯域を任意の成形ビームで割り当て
る場合である。図(A)において電力分配器(チャンネ
ル合成/分配器)9は、可変電力分配器(V P D)
を調整し、各ホーン3へ供給される電力分配比を変える
ことによって、各ホーン3から発生するビーム#l、#
2゜#■て合成されるビームの再成形を可能とするもの
である。また、図(B)において各チャンネル1ch、
2ch、・nchは任意のビーム#1.#2#1に割り
当てられて、各チャンネルlch 、 2ch・・・、
 nch毎に所要方向に対応するホーン3をスイッチ5
にて選択するように構成されている。なお、チャンネル
合成/分配器9は、本アンテナを送信用として使用する
ときには合成器で、受信用として使用するときには分配
器であるものとする。
In this way, the present invention decomposes a required shaped beam into a plurality of elementary beams, arranges a horn 3 corresponding to each beam, and places the horn 3 between each horn 3 and the main reflecting mirror 1. One auxiliary reflector 2 or two auxiliary reflectors 2.4 are arranged for each horn, and beam shaping in the far field is performed by changing only the distribution ratio of the power that excites each horn 3. be. Figure 3 shows a schematic configuration diagram of the power divider in Figures 1 and 2, and Figure (A) shows the case where the entire coverage area is covered with a common shaped beam over all frequency bands;
Figure (B) shows the case where each frequency band is assigned to an arbitrary shaped beam. In Figure (A), the power divider (channel combiner/divider) 9 is a variable power divider (V P D).
By adjusting the power distribution ratio supplied to each horn 3, the beams #l, #
This makes it possible to reshape the beams that are combined at 2°#■. In addition, in figure (B), each channel 1ch,
2ch, .nch is an arbitrary beam #1. #2 Assigned to #1, each channel lch, 2ch...
Switch the horn 3 corresponding to the required direction for each channel to the switch 5.
It is configured so that it can be selected. It is assumed that the channel combiner/distributor 9 is a combiner when this antenna is used for transmission, and a distributor when it is used for reception.

第4図は遠方界における各ホーンに対応する素ビームの
位置と電力比とを示す地図である。図において日本地図
6は、束径1. I 0度の静止衛星から見た図であっ
て、11本のホーン3が素ビーム#1、#2.・・・、
#11に対応して配置され、素ビーム#1.#  2.
・・・、#11の位置が、主として主反射鏡1上の位相
分布で決定され、各素ビーム#1、#2.・・・、#1
1に対してその位相分布を調節した結果が示されている
。円の中心は素ビーム#1.#2.・・・、#11の位
置を表わし、円の半径と数値とは電力比を表わしている
。第3図(A)に示す可変電力分配器(V P D)を
使用してビーム成形する場合の実施例で、各素ビーム#
1.・・・#11を、第4図に示す電力比で同相合成す
ることによって1つの成形ビームが得られ、第3図(A
)に示す可変電力分配器(VPD)を再調整し、第4図
に示す各素ビーム#1.・・・ #11の電力比を変え
ることによって、異なった形状の成形ビームが得られる
FIG. 4 is a map showing the position and power ratio of elementary beams corresponding to each horn in the far field. In the figure, the map of Japan 6 has a bundle diameter of 1. I is a diagram seen from a geostationary satellite at 0 degrees, and the 11 horns 3 are elementary beams #1, #2, . ...,
#11 is arranged corresponding to elementary beam #1. #2.
..., #11 is determined mainly by the phase distribution on the main reflecting mirror 1, and the positions of the elementary beams #1, #2, . ..., #1
The results of adjusting the phase distribution for 1 are shown. The center of the circle is elementary beam #1. #2. . . . represents the position of #11, and the radius of the circle and the numerical value represent the power ratio. This is an example of beam forming using a variable power divider (VPD) shown in FIG. 3(A), in which each elementary beam #
1. ...One shaped beam is obtained by in-phase combining #11 with the power ratio shown in Fig. 4, and as shown in Fig. 3 (A
) is readjusted to adjust the variable power divider (VPD) shown in FIG. ... By changing the power ratio of #11, shaped beams of different shapes can be obtained.

また、第3図(B)に示す電力分配器9を使用した場合
、第4図の円の大きさはすべて等しく、第3図(B)の
スイッチ5の切替えによって、チャンネル毎に対応する
素ビーム#1.・・・ #11を第4図の円のうちのど
こかを指向させることが可能である。
Furthermore, when the power divider 9 shown in FIG. 3(B) is used, the sizes of the circles in FIG. 4 are all the same, and by switching the switch 5 in FIG. Beam #1. ... It is possible to point #11 somewhere in the circle in Figure 4.

第5図は第4図に示す素ビームを合成した成形ビームの
概要図である。図において日本全土6をなるべく均一な
利得で覆うことを目標とするも、素ビームの電力比を変
えて特定地域の利得を上げることができる。本実施例で
は主反射鏡1の開口径は112λ(λ:波長)とする。
FIG. 5 is a schematic diagram of a shaped beam obtained by combining the elementary beams shown in FIG. 4. In the figure, although the goal is to cover all of Japan 6 with as uniform a gain as possible, it is possible to increase the gain in a specific area by changing the power ratio of the elementary beams. In this embodiment, the aperture diameter of the main reflecting mirror 1 is 112λ (λ: wavelength).

次に、2枚の補助反射鏡2.4の生成について、第4図
の素ビーム#4を例として説明するも、他の素ビームに
ついても同様である。遠方界における素ビーム#4の中
心方向と、アンテナの機械軸(主反射鏡1の開口面上で
等位相分布のときのビーム方向)との角度は、上述のよ
うに主として、主反射鏡1の開口面上の位相分布で決定
する。
Next, the generation of the two auxiliary reflecting mirrors 2.4 will be explained using elementary beam #4 in FIG. 4 as an example, but the same applies to other elementary beams. As mentioned above, the angle between the center direction of elementary beam #4 in the far field and the mechanical axis of the antenna (the beam direction when the phase distribution is equal on the aperture surface of the main reflector 1) is mainly determined by the direction of the center of the elementary beam #4 in the far field. Determined by the phase distribution on the aperture plane.

第6図は1114図に示すビーム#4に対応する主反射
鏡上の位相分布図、第7図は同じく主反射鏡上の振幅分
布図である。位相・振幅分布は第6図および第7図に示
すように、主反射鏡1の開口面上で実現され、なお振幅
分布は同心円状の分布である。この振幅分布は、遠方界
におけるビーム幅およびサイドローブ特性を決定する。
FIG. 6 is a phase distribution diagram on the main reflecting mirror corresponding to beam #4 shown in FIG. 1114, and FIG. 7 is an amplitude distribution diagram on the main reflecting mirror. As shown in FIGS. 6 and 7, the phase/amplitude distribution is realized on the aperture surface of the main reflecting mirror 1, and the amplitude distribution is a concentric distribution. This amplitude distribution determines the beam width and sidelobe characteristics in the far field.

すなわち、振幅分布を−様な分布とすれば、最小ビーム
幅が得られ、またテーラ分布とすれば、低サイドローブ
特性となる。
That is, if the amplitude distribution is a --like distribution, a minimum beam width will be obtained, and if it is a Taylor distribution, a low sidelobe characteristic will be obtained.

次に、第6WJおよび第7図に示す位相・振幅分布を実
現する補助反射鏡2の生成法を説明する。
Next, a method of generating the auxiliary reflecting mirror 2 that realizes the phase/amplitude distribution shown in the sixth WJ and FIG. 7 will be explained.

なお、主反射鏡1は各素ビームに対して共通に使用され
るので、予め与えられているものとする。
Note that since the main reflecting mirror 1 is used in common for each elementary beam, it is assumed that it is provided in advance.

第8図に示すように主反射鏡1の開口面8は円形で、平
面x、y上にとり、また座標ρ、φは開口面8の中心か
ら測定するものとすると、主反射鏡1は第(1)式また
は第(2)式で表わされる。
As shown in FIG. 8, the aperture surface 8 of the main reflecting mirror 1 is circular and is placed on the plane x, y, and the coordinates ρ, φ are measured from the center of the aperture surface 8. It is expressed by equation (1) or equation (2).

Z−f (x、y)        ・・・(1)Z−
g(ρ、φ)       ・・・(2)また、開口面
の中心と2軸との距離をAとし、開口面8の半径をρ、
とする。ホーン3の開口径は、ホーン3を伝搬するモー
ドがカットオフにならないように、例えばコルゲートホ
ーンならば0.76λ以上にする(λ:波長)。
Z-f (x, y) ... (1) Z-
g (ρ, φ) ... (2) Also, the distance between the center of the aperture surface and the two axes is A, and the radius of the aperture surface 8 is ρ,
shall be. For example, in the case of a corrugated horn, the aperture diameter of the horn 3 is set to 0.76λ or more (λ: wavelength) so that the mode propagating through the horn 3 is not cut off.

次に、給電ホーンの位置P  (x h 、  y h
 。
Next, the position P (x h , y h
.

zh)を決定する。ホーン3の位置およびホーン軸の方
向Zsは、隣の補助反射鏡2、ホーン3と交差しないよ
うに選択する。また、補助反射鏡2の大きさはホーン3
から補助反射鏡2を見込む角度θ磨と、ホーン3と補助
反射鏡2との間の距離「0とから従属的に決定する。第
8図に示すようにZs力方向単位ベクトルはX軸と垂直
で、Z軸からy軸方向に角度Ωだけ傾斜している。
zh) is determined. The position of the horn 3 and the direction Zs of the horn axis are selected so as not to intersect with the adjacent auxiliary reflector 2 and horn 3. Also, the size of the auxiliary reflector 2 is the size of the horn 3.
The angle θ when looking into the auxiliary reflector 2 is determined dependently from the distance ``0'' between the horn 3 and the auxiliary reflector 2. It is vertical and inclined at an angle Ω in the y-axis direction from the Z-axis.

なお、ホーン3から補助反射鏡2を見込む角度θ1は、
スピルオーバを少なくするように考慮して、ホーン3か
ら放射されるビームの電カバターン! (θ)(円形ホ
ーンを使用するので軸対称となる)から、補助反射鏡2
のエツジ照射レベルが充分小さくなるように、例えば−
14dBとなるように決定する。
Note that the angle θ1 when viewing the auxiliary reflector 2 from the horn 3 is
In order to reduce spillover, the beam emitted from the horn 3 is electrically covered! (θ) (since a circular horn is used, it is axially symmetrical), the auxiliary reflector 2
For example, −
It is determined to be 14 dB.

さらに、主反射鏡1の開口面8における所要の位相分布
を例えば第6図に示す分布e(ρ、ψ)とし、また軸対
称な電力分布を例えば第7図に示す分布V(ρ)とする
Furthermore, the required phase distribution at the aperture surface 8 of the main reflecting mirror 1 is, for example, the distribution e(ρ, ψ) shown in FIG. 6, and the axially symmetrical power distribution is, for example, the distribution V(ρ) shown in FIG. do.

上述のパラメータに対して、幾何光学法を用いて補助反
射鏡2の形状γ(θ、φ)を求める。このような定式化
の条件は、 ■補助反射鏡2上へのフェル7の原理の適用■ホーン3
から開口面8までの光路長(位相条件)■エネルギー保
存則 である。
The shape γ (θ, φ) of the auxiliary reflecting mirror 2 is determined using the geometrical optics method with respect to the above-mentioned parameters. The conditions for such a formulation are: ■ Application of Fel 7's principle on the auxiliary reflector 2 ■ Horn 3
The optical path length from to the aperture surface 8 (phase condition) ■The law of conservation of energy.

このために、補助反射鏡2の生成の出発点として、ホー
ン軸方向(θ−0.φ−0)で、ホーン3の位相中心p
hから補助反射鏡2とレイとの交点までの距離r。を決
定する。
For this purpose, as a starting point for generating the auxiliary reflecting mirror 2, the phase center p of the horn 3 is
Distance r from h to the intersection of the auxiliary reflector 2 and the ray. Determine.

この方法は次のとおりである。ホーン軸方向のレイが補
助反射鏡2と主反射鏡1とを介して、開口面8の中心に
至る光路長りは、第8図に示すように次式(3)で表わ
される。
The method is as follows. The optical path length of the ray in the horn axis direction to the center of the aperture surface 8 via the auxiliary reflecting mirror 2 and the main reflecting mirror 1 is expressed by the following equation (3) as shown in FIG.

D””r+8−1−2       ・・・ (3)予
め全ての素ビームの中で基準となる素ビーム、例えば第
4図に示すビーム#1を選択して置き、これに対応する
位相分布の開口面8の中心における位相をe 1ビーム
#1の中心レイのホーンから開口面中心までの光路長を
り。とする。また、補助反射鏡2を生成しようとするビ
ーム#4に対応する位相分布の開口面中心における位相
をeとすれば、次式(4)が成立する。
D""r+8-1-2... (3) Select and place the reference elementary beam, for example beam #1 shown in FIG. 4, in advance from among all the elementary beams, and calculate the phase distribution corresponding to it. The phase at the center of the aperture surface 8 is e. The optical path length from the horn of the center ray of beam #1 to the center of the aperture surface. shall be. Further, if the phase at the center of the aperture plane of the phase distribution corresponding to beam #4 for which the auxiliary reflecting mirror 2 is to be generated is set to e, the following equation (4) holds true.

k(D−D  ) = −(e−f3o) +2nπ・
・・・・・(4) 但し、k−2π/λ、λ:波長。
k(D-D) = −(e-f3o) +2nπ・
...(4) However, k-2π/λ, λ: wavelength.

n−Q、  ± 1. ・・・ 従って、第(4)式から光路長りを求め、第(8)式を
満す距離rOを求めればよい。
n-Q, ±1. ... Therefore, the optical path length may be determined from equation (4), and the distance rO that satisfies equation (8) may be obtained.

次に、距離ro以外のr(θ、φ)を求めるための方程
式の導入について述べる。第(3)式のSは第(5)式
、第(6)式が成立する。
Next, we will describe the introduction of equations for finding r(θ, φ) other than the distance ro. For S in equation (3), equations (5) and (6) hold true.

2   2   2 1/2 S−(△X +△y +△2 )  ・・(5)△X 
−p eO8ψ−xh−rsin ecos φ△y 
= −A + p sinψ−yh−rsinθsin
φeO8Ω−r eO5θsinΩ △z−z−zh+rsln θsin φsin Ω−
r eO8θCOSΩ       ・・・(6)第(
3)式および第(5)式を用いて補助反射鏡2上へフェ
ル7の原理を適用することによって、第(7)式および
第(8)式を求める。
2 2 2 1/2 S-(△X +△y +△2) ... (5) △X
-p eO8ψ-xh-rsin ecos φ△y
= −A + p sinψ−yh−rsinθsin
φeO8Ω−r eO5θsinΩ △z−z−zh+rsln θsin φsin Ω−
r eO8θCOSΩ ...(6)th (
Equations (7) and (8) are obtained by applying Fell's principle to the auxiliary reflecting mirror 2 using equations (3) and (5).

r θ−(rRt / (S−R))−fs/k (S
−R)l e、ρθ   ・・・(7)rφ−(r R
p / (S  R) l   (S /k (S−R
) l θψ     ・・・(8)ここで、添字はそ
の変数に関する偏微分を意味する。
r θ−(rRt / (SR))−fs/k (S
-R) le, ρθ ... (7) rφ-(r R
p / (S R) l (S /k (S-R
) l θψ (8) Here, the subscript means the partial differential with respect to the variable.

Rt−△x cos ecos φ−△y (−cos
 θsin φ” cosΩ+sinθsinΩ)−△
z (cosθsin φ・SInΩ+sinθeO8
Ω)        −<9)Rp−−△x sjn 
θsin φ+△y sln θeO8φ’ eO8Ω
−△z sin ecos φsinΩ −110>R
−△x sinθcosφ+△y (slnθsinφ
−eO8Ω+COSθsinΩ)−△z  (sin 
θaSln φsinΩ−cosθcosΩ)    
 −(11)なお、第(7)式および第(8)式の算出
に当って、(θ、φ)から(ρ、φ)への写像において
、ψ−φ+π、ρ −0,ψφ−1を仮定していφ る。これは、θ−一定の円群は、ρ−一定の同心円群に
写像されることを意味するものである。
Rt-△x cos ecos φ-△y (-cos
θsin φ” cosΩ+sinθsinΩ)−△
z (cosθsin φ・SInΩ+sinθeO8
Ω) −<9)Rp−−△x sjn
θsin φ+△y sln θeO8φ' eO8Ω
−△z sin ecos φsinΩ −110>R
−△x sinθcosφ+△y (slnθsinφ
−eO8Ω+COSθsinΩ)−△z (sin
θaSln φsinΩ−cosθcosΩ)
-(11) In calculating equations (7) and (8), in the mapping from (θ, φ) to (ρ, φ), ψ−φ+π, ρ −0, ψφ−1 It is assumed that φ. This means that a group of circles with constant θ is mapped to a group of concentric circles with constant ρ.

また、エネルギー保存則は次式(12)で表わされる。Further, the energy conservation law is expressed by the following equation (12).

Vcv(ρ)ρ dρ dψ−■ (θ) sin θ
dθ dφ                ・・・(
12)ここに、VCは次(13)式で与えられる。
Vcv (ρ) ρ dρ dψ−■ (θ) sin θ
dθ dφ...(
12) Here, VC is given by the following equation (13).

VC−fl(θ)slnθ dθ/、j”V (ρ) 
 /)  dρ・・・(13) 第(12)式に上述の同心円写像の条件を用いて、次式
(14)を求める。
VC-fl(θ)slnθ dθ/, j”V (ρ)
/) dρ (13) Using the above-mentioned concentric mapping conditions in equation (12), the following equation (14) is obtained.

a  e  =  !   (θ ンsin   θ 
/Vc  V  (ρ )  p−(14)以上のよう
に求めた方程式を用いて、補助反射鏡2を生成する。
ae=! (θ sin θ
/Vc V (ρ) p-(14) The auxiliary reflecting mirror 2 is generated using the equation obtained above.

まず、充分小さいθを与え、このθに対して第(14)
式を積分してρを計算する。次に、φを0から2πまて
変化させながら、第(8)式を積分してrを計算する。
First, give a sufficiently small θ, and for this θ, the (14th)
Calculate ρ by integrating the equation. Next, r is calculated by integrating equation (8) while changing φ from 0 to 2π.

ここで、補助反射鏡2を構成する小さな円板状のものが
求められたことになる。
Here, a small disc-shaped object constituting the auxiliary reflecting mirror 2 has been found.

以後、順次θを僅かずっθ−まて増加させる毎に、第(
7)式と第(14)式とを積分することによって、r(
θ、φ)を計算することができる。このようにして、補
助反射@2の形状が決定される。
Thereafter, each time θ is increased by a slight θ−, the (
By integrating equation (7) and equation (14), r(
θ, φ) can be calculated. In this way, the shape of the auxiliary reflection @2 is determined.

次に、補助反射鏡4につき説明する。第9図および第1
0図はそれぞれ第4図に示す素ビーム#1ないし#11
を合成したときの主反射鏡2の開口面上の位相および振
幅分布である。この開口面分布の放射パターンは第5図
であって、低サイドローブ特性となっている。第5図に
示すような成形ビームを素ビームとして使用し、この成
形ビームの合成による成形ビームを作ることを考える。
Next, the auxiliary reflecting mirror 4 will be explained. Figure 9 and 1
Figure 0 shows elementary beams #1 to #11 shown in Figure 4, respectively.
This is the phase and amplitude distribution on the aperture plane of the main reflecting mirror 2 when synthesized. The radiation pattern of this aperture distribution is shown in FIG. 5, and has low sidelobe characteristics. Consider using a shaped beam as shown in FIG. 5 as an elementary beam and creating a shaped beam by combining the shaped beams.

この場合、1個のホーン3と補助反射鏡2とで、主反射
鏡1の開口面8上に第9図および第10図に示すような
位相および振幅を作ることが必要で、上述のように振幅
分布が第7図に示すように同心円状の分布であるときに
は、1枚の補助反射鏡2で容易に実現可能である。しか
し、第10図に示すような複雑な振幅分布を実現するた
めには、第2図に示すように補助反射鏡2に補助反射鏡
4を付加する。ことが必要である。
In this case, it is necessary to create the phase and amplitude as shown in FIGS. 9 and 10 on the aperture surface 8 of the main reflector 1 using one horn 3 and the auxiliary reflector 2, and as described above. When the amplitude distribution is a concentric distribution as shown in FIG. 7, this can be easily realized with one auxiliary reflecting mirror 2. However, in order to realize a complex amplitude distribution as shown in FIG. 10, an auxiliary reflecting mirror 4 is added to the auxiliary reflecting mirror 2 as shown in FIG. It is necessary.

この補助反射鏡4の、生成法について説明する。A method for producing this auxiliary reflecting mirror 4 will be explained.

第8図のホーン3を、これと等価的な放射特性を有する
ホーンと2次曲面反射鏡とで構成するセットに置き変え
る。すなわち、2次曲面の2つの焦点の1つを、第8図
に示すホーン位置Ph一致させる。次に、第11図に示
すように他の焦点P。
The horn 3 in FIG. 8 is replaced with a set consisting of a horn having radiation characteristics equivalent to the horn 3 and a quadratic curved reflector. That is, one of the two focal points of the quadratic curved surface is made to coincide with the horn position Ph shown in FIG. Next, another focal point P as shown in FIG.

にホーンの位相中心を持ってくる。新たに導入した補助
反射鏡4の鏡面を修整し、ホーンから主反射鏡1に至る
レイを幾何光学法を適用して追跡し、主反射鏡開口面8
における振幅分布が所望の分布、例えば第10図に示す
ような分布となるようにする。補助反射鏡4を修整する
ことによって、主反射鏡1の開口面8上の位相分布が変
化するから、例えば第9図に示すような所望の位相分布
となるように補助反射鏡2を再修整する。このために、
また振幅分布が変化するから、再度補助反射鏡4を調整
する。以下、この操作を所望の開口面分布に充分接近す
るまで繰り返すことによって達成される。
Bring the phase center of the horn to . The mirror surface of the newly introduced auxiliary reflector 4 is modified, the ray from the horn to the main reflector 1 is tracked by applying the geometrical optics method, and the main reflector aperture 8 is
The amplitude distribution at is set to a desired distribution, for example, the distribution shown in FIG. By modifying the auxiliary reflector 4, the phase distribution on the aperture surface 8 of the main reflector 1 changes, so the auxiliary reflector 2 must be re-modified to obtain the desired phase distribution as shown in FIG. 9, for example. do. For this,
Also, since the amplitude distribution changes, the auxiliary reflecting mirror 4 is adjusted again. Thereafter, this operation is repeated until the desired aperture distribution is sufficiently approached.

(発明の効果) 以上、説明したように1枚の主反射鏡と複数のホーンと
の間に、各ホーン毎に少なくとも1枚の補助反射鏡を設
は各ホーンへの供給電力の割り合いを変えることによっ
て、従来技術の問題点が有効に解決され、従来のBFN
におけるvPSが不要となりアンテナ性能・効率が向上
し、低サイドローブな再成形ビームが可能で、さらにチ
ャンネル毎に異なる方向へビームを向ける可変ビームに
適用可能で、従来技術に比較して微細なビーム方向制御
がより簡略化された構成により達成される等の効果を奏
する。
(Effects of the Invention) As explained above, by providing at least one auxiliary reflector for each horn between one main reflector and a plurality of horns, the proportion of power supplied to each horn can be adjusted. By changing the conventional BFN, the problems of the conventional technology can be effectively solved.
The antenna performance and efficiency are improved by eliminating the need for vPS in the conventional technology, enabling reshaping of beams with low side lobes, and making it possible to use variable beams that direct beams in different directions for each channel, resulting in finer beams than conventional technology. Effects such as directional control being achieved with a simpler configuration are achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

j11図は本発明における再成形ビームアンテナの一実
施例の概略構成図、第2図は同じく本発明における再成
形ビームアンテナの他の実施例の概略構成図、第3図は
第1図および第2図における電力分配器の概要構成図を
示し、図、(A)1ヨビームの再成形用、図(B)はチ
ャンネル毎に異なる方向へのビーム割り当て用、第4図
は各ホーンに対応する素ビームの遠方界における位置と
電力比とを示す地図、第5図は第4図の全素ビームを合
成した放射パターン図、第6図は素ビームに対応する主
反射鏡の開口面位相分布図、第7図は同じく振幅分布図
、第8図は補助反射鏡の生成説明図、第9図は第4図の
全素ビームを合成した放射パターンに対応する主反射鏡
の開口面位相分布図、第10図は同じく振幅分布図、第
11図は補助反射鏡の生成説明図である。 1・・・主反射鏡     2・・・補助反射鏡3・・
・給電ホーン    4・・・補助反射鏡5・・・スイ
ッチ     6・・・日本地図7・・・素ビーム  
   8・・・主反射鏡開口面10.11・・・再成形
ビームアンテナ代  理  人  弁理士  三  好
  秀  和lch 2ch nch 第7図 y 第8 図
Figure j11 is a schematic configuration diagram of one embodiment of the reshaped beam antenna according to the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the reshaped beam antenna according to the present invention, and FIG. A schematic configuration diagram of the power divider in Figure 2 is shown. Figure (A) is for reshaping the 1-way beam, Figure (B) is for beam assignment to different directions for each channel, and Figure 4 is for each horn. A map showing the position and power ratio of elementary beams in the far field, Figure 5 is a radiation pattern diagram combining all elementary beams in Figure 4, and Figure 6 is the aperture phase distribution of the main reflecting mirror corresponding to the elementary beams. Figure 7 is the same amplitude distribution diagram, Figure 8 is a diagram explaining the generation of the auxiliary reflector, and Figure 9 is the aperture phase distribution of the main reflector corresponding to the radiation pattern obtained by combining all the elementary beams in Figure 4. Similarly, FIG. 10 is an amplitude distribution diagram, and FIG. 11 is an explanatory diagram of generation of an auxiliary reflecting mirror. 1... Main reflecting mirror 2... Auxiliary reflecting mirror 3...
・Power supply horn 4... Auxiliary reflector 5... Switch 6... Map of Japan 7... Raw beam
8... Main reflector aperture 10.11... Reshaping beam antenna agent Patent attorney Hidekazu Miyoshi lch 2ch nch Fig. 7 y Fig. 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)1枚の主反射鏡と複数本の給電ホーンとを設け、前
記給電ホーン毎に前記主反射鏡と給電ホーンとの間に少
なくとも1枚の補助反射鏡を備え、各前記給電ホーンへ
の供給電力の割合いを変えて、前記主反射鏡を経て放射
されるビームの形状を変化させることを特徴とする再成
形ビームアンテナ。
1) One main reflecting mirror and a plurality of feeding horns are provided, and each feeding horn is provided with at least one auxiliary reflecting mirror between the main reflecting mirror and the feeding horn; A reshaping beam antenna characterized in that the shape of the beam radiated through the main reflecting mirror is changed by changing the proportion of the supplied power.
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