JPH01276803A - 電子走査アンテナ - Google Patents

電子走査アンテナ

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JPH01276803A
JPH01276803A JP1067400A JP6740089A JPH01276803A JP H01276803 A JPH01276803 A JP H01276803A JP 1067400 A JP1067400 A JP 1067400A JP 6740089 A JP6740089 A JP 6740089A JP H01276803 A JPH01276803 A JP H01276803A
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JP
Japan
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array
reflector
antenna
circuit
sources
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Pending
Application number
JP1067400A
Other languages
English (en)
Inventor
Regis Lenormand
レジス・ルノルマン
Antoine Clerino
アントワヌ・クレリノ
Jacques Neron
ジヤツク・ヌロン
Jean-Philippe Marre
ジヤン―フイリツプ・マレ
Gerard Raguenet
ジエラール・ラグネ
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Thales Alenia Space France SAS
Original Assignee
Alcatel Thomson Espace SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2658—Phased-array fed focussing structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0025—Modular arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子走査アンテナに係る。
１吸匹え１ １９８２年、Ｍａｓｓｏｎ刊の電気通信技術科学叢書（
ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｅｔ　５
ｃｉｅｎｔｉｆｉｑｕｅ　ｄｅｓ　ｔｅｌｅｃ。
ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）のｒＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎｓ　５ｐａｔｉａｌｅｓ」、特にそのｖ
ｏｌ、　■、９２〜９４頁及び２５９〜２６１頁は、電
力分割器と移相器とを介して共通送信器から同時に給電
される複数のアンテナの集合方法を記載しており、該集
合アンテナの特性値は各アンテナの放射パターンとアン
テナ間における電力の振幅及び位相の分布状態に依存す
ると説明している。
この特性を利用することによって１つの放射ソースでは
得ることができない放射パターンを得ることが可能であ
る。更に、電力分割器と移相器との特性値を電子手段に
よって変更することによって放射パターンをほぼ瞬時に
変更し得る。放射ソースの最も簡単な集合方法は、すべ
てのソースが等しいソースから成りソースが並進方向に
のみ互いにオフセットしたアレイを形成する方法である
。
これにより、特に直線状アレイまたは平面状アレイが得
られる。
前出の文献はまた、多重ビームを生成するために反射器
付きアンテナを使用することを記載している。該アンテ
ナの利点は軽量であること及び折り畳み可能な構造を使
用することによって広い放射面積が得られることである
０幅の狭い複数のビームを生成したい場合には一般にこ
のタイプのアンテナが使用される。放射開孔のいかなる
遮蔽をも阻止するために反射器の照射システムは通常は
反射器に対してオフセットしている。該開孔の遮蔽は二
次ローブのレベルを増加させ、このような増加はこの種
の用途では完全に阻止される必要がある。主反射器は例
えばパラボラ反射器である。
各々が各１つのビームに対応する照射ソースの集合を焦
点の近傍に配置することによって多重ビームが得られる
。これらのソースを焦点に正確に配置することはできな
いので照射は幾何学的に完全ではなく、その結果として
位相収差が生じ、このため放射性能がある程度損なわれ
る。即ち、放射パターンの変形、焦点で実現可能な利得
に比較して利得の損失、寄生二次ローブの発生、等が生
じる。反射器の曲率が大きいほど、また焦点からのずれ
が大きいほどこのような特性低下が顕著である。従って
、反射器をできるだけ「フラット」な形状、即ち開孔直
径に対する焦点距離の比が大きい形状にする必要がある
。その結果、構造が大型化し精度及び機械的強度の問題
が生じる。更に、種々のソース間に寄生的相互結合が生
じる可能性があり、これは付加的な二次ローブを生じさ
せる。
広い観測視野で放射ビームの電子的偏向を要する宇宙通
信用の分野においては、複数ビーム幅の角偏向が生じる
。従って、アンテナの放射パターンの形状を正確にモニ
タできることが必須である。
このような大型アンテナの編成においてはまたシステム
の複数の要件を配慮する必要がある。
−衛星体積に制約があるので１つのアンテナで送信及び
受信の双方を行なう必要がある。
−機械的設置装置が使用中に搭載されるプラットホーム
及び使用前に格納される発射装置と適合しなければなら
ない。
一温度制御性がよい。
一多様な任務及び多数のユーザーに対応できる。
本発明の目的は上記のごとき種々の問題を解決すること
にある。
このために本発明は、要素ソースのアレイと給電制御用
電子素子とエネルギを収束する反射器と含み、前記アレ
イが反射器の焦点領域に配置され、前記給電制御用電子
素子が 一要素ソースの夫々に各々が対応するハイブリッド結合
器と、 一増幅回路と、 一制御ユニットによって個別に制御される調整自在な移
相器と調整自在な減衰器とから各々が構成されたビーム
形成回路と、 一所与のビームに対応する有効出力信号を送出すべくハ
イブリッド接合の集合から構成された少なくとも１つの
合成器（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）とを含むことを特徴とする
電子走査アンテナを提供する。
１つまたは複数の合成器の各々はハイブリッド接合の集
合から形成され、該接合の出力は１つまたは複数の有効
出力信号が得られるまで一対ずつ組み合わせられる。
給電制御用電子゛素子はスイッチングデバイスを含むの
が有利である。
本発明で提案された解決は、電子走査型アンテナである
。該アンテナは反射器の焦点領域に電磁場を合成し得る
アレイから成る。
機械的な解決に比較して本発明の利点は、ソースまたは
反射器を移動・させる必要がないことであり、また短い
焦点距離（小型アンテナ）を使用できることであり、ま
た複数リンクの同時接続に使用し得ることである。
直接放射アレイをもつアンテナに比較して本発明のアン
テナは以下の利点をもつ。
−アンテナの性能がアレイの総寸法に直接関係しない。
−必ずしも衛星の地球側の面に設置しなくてもよい。
単一反射器をもつイメージングアンテナに比較して本発
明のアンテナは以下の利点をもつ。
−アレイの外側寸法が小さい。
一アンテナの効率が改良される。
最後に、２つの反射器をもつイメージングアンテナに比
較して本発明のアンテナが小型化されていることは明ら
かである。
１制漣 本発明の特徴及び利点は添付図面に示す非限定具体例に
基づく以下の記載より明らかにされるであろう。
第１図に示す本発明のアンテナは反射器の焦点Ｆの近傍
に配置された平面状ソースアレイ１１から給電されるパ
ラボラ反射器１０を含む、アレイ１２はアレイ１１に対
応する仮想ソースアレイを示す。
第２図はソースアレイ１１に沿った２つの方向ＯＸ及び
ＯＹに沿って移動するための種々の振幅分布の例を示す
。
第２図に示す円板の直径はアレイの種々のソースによっ
て受信された信号の振幅を示す。
センサが固定した分布法則をもつときは、これらの種々
のエネルギ分布を感知するセンサの効率を最適化するこ
とができない０位相分布に関しても同様である。
従って、反射器の焦点に対してソースを相対移動させる
想定するとアンテナの放射効率が低下する。
本発明のアンテナにおいては、各要素ソースの振幅及び
位相が調整される。これにより、各要素ソースがあたか
も反射器の焦点Ｆに存在するような要素ソースの最適合
成を得ることが可能である。
このような動作によって反射器１０及び要素ソースアレ
イ１１を固定状態に維持したままで照準の方向に左右さ
れない利得をもつアンテナを設計することが可能である
。
ソースアレイ１１の使用によって実分布に対応する成分
が局部的に感知される。これらの成分は濾過及び増幅さ
れた後に、（可変移相器によって）微分位相を抹消する
位相項を与えられ、可変減衰器とハイブリッド結合器と
から成る加算回路によって最適に加算される。
場の振幅最大値の変位は、一方で走査角度θの関数であ
り他方でアレイの中心と反射器の中心との間の距離の関
数である。
アレイの寸法は最大変位（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）と振幅
分布とから導かれる。収差があるため該分布はθの関数
として変化する。
このようなアレイによる給電は反射器１０の焦点Ｆの領
域における電磁場分布に最も調和する電磁場分布を合成
し得る。より詳細には、アンテナが信号を受信すると、
アレイの各要素ソースに与えられた振幅係数及び相対位
相係数は特定方向からくる最大電力を受容するように最
適化される。
アンテナのニレメン１〜に与えるべき所要の振幅係数及
び相対位相係数は当業者によく知られた「複素共役マツ
チング（ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃｏｎｊＢａｔｅ　ｍａｔｃ
ｈｉｎｇ）」技術によって計算される。アレイの各要素
ソースと周囲場分布との間で最大の電力伝達を得るため
にはアレイの開孔における総合場゛分布が反射器の焦点
の領域における場分布と共役でなければならない。
要素ソースの振幅及び位相のこのような制御によって（
要素ソース間の間隔次第で）任意の場分布を理論的に合
成できるので多くの利点が得られる。
反射器の焦点距離をＦとしその直径をＤとしたときく照
準誤差に起因する照準損を低減するために）大きい比Ｆ
／Ｄを要するという制約が緩和され、従ってアレイの位
置を最適化することが可能である。
このような特徴はアンテナサブシステムの全体形状に対
して重要な影響を与える。即ち、例えば熱制御を容易に
するようにアレイを衛星のプラットホームの片面に直接
装着してもよい。更に、照準誤差による有意な損失を生
じることなくプラットホームの近傍に反射器を配置でき
るような小さいＦ／Ｄ比を使用し得る。
第３図は１つのビームを受信する本発明のアンテナを構
成する電子素子の第１具体例を示す。
各要素ソースＳｊの出力で水平偏向の第１出力Ｈと垂直
偏向の第２出力Ｖとが得られる。これらの２つの偏向は
いずれもハイブリッド結合器２０に接続され、該結合器
において一方の信号を他方の信号に対して時間的に９０
°移相させた後に水平偏向と垂直偏向との和を構成する
１つの円偏向が得られる。
ハイブリッド結合器２０の出力で得られた信号は夫々、
フィルタ２２と本来の増幅器２３とから各々が構成され
た低ノイズ増幅回路２１の入力に与えられ、次に、調整
自在な移相器２５と調整自在な減衰器２６とから各々が
構成されたビーム形成回路に与えられる。上記の回路は
夫々、制御ユニット２７によって個別に制御される。ビ
ーム形成回路の出力のアンテナ信号はハイブリッド接合
の集合２９から形成された合成回路２８に入力される。
該ハイブリッド接合の出力は考察中のビームに対応する
有効な出力信号Ｆが得られるまで２つずつ組み合わせら
れる。
ｍ個のビームを受信する場合の給電用電子素子を第４図
に示す。
第４図において第３図と等しい素子は同じ参照符号で示
されている。
低ノイズ増幅回路２１は各ソースＳｊの後方に配置され
ている。増幅後の各信号は比Ｇ／Ｔ（Ｇは利得及びＴは
ノイズ温度）の有意な低下を生じることなくユーザー数
ｍで分割（３５）される。
ビーム形成回路２４は各信号の振幅及び位相を調整する
。これらの信号は次にｍ個の電力合成器２８に与えられ
加算後に最大出力が得られる。このようにして各々が各
１つのビームに対応するｍ個の信号Ｆ１．．．Ｆｎ＋が
得られる。
加算に必要なチャネルの数を制限するために、所与の方
向θに対してビームの一部分だけが性能に有意に貢献す
ることが理解されよう。従って、スイッチングデバイス
を使用し少数のチャネルを加算するだけでよい。アレイ
上のスポットの軌跡を追跡するためにスイッチングシス
テムは以下のごとく動作する。状態Ｎをもつ要素ソース
Ｓｐ、Ｓｐ＋１゜ＳＩｌ＋ｑに対応する能動回路は状態
Ｎ＋１をもつ要素ソ−スＳｒ、Ｓｒ＋１．Ｓｒ＋ｑに順
次割り当てられる。
移動体の追跡は以下のごとく行なわれる。
小さい変動の場合には移動体に対する指向性を最大レベ
ルに維持するように場のマツチング成分（各チャネルの
振幅及び位相）を更新する。
スポットの変位が所定間値に到達すると総利得性能に最
も貢献するエレメントを能動状態に維持するようにチャ
ネルを切り替える。
従って、有意レベルの電力を受信したエレメントだけが
小型アレイと電力合成器とによってモニタされるように
スイッチングデバイスは低ノイズ増幅回路２１と減衰移
相回路２４との間に配置され、各ビーム（または各ユー
ザー）はアレイ全体でなく１グループのエレメントだけ
によってモニタされる。
このような変形によってかなりの軽量化が可能である。
例えば第５図に示すように、ビームが１つの場合には、
後続するハイブリッド結合器２０と低ノイズ増幅回路２
１とを順次備えたソースＳｊがスイッチングデバイス３
１に接続されている。
該スイッチングデバイス３１のｑ個の出力（３３）は第
７図に示すビーム形成ユニット３２の入力（３４）を構
成する。該ユニットは第３図のユニットに対応するが回
路の所要数が少ない、この回路と第３図の回路とを区別
するために参照符号にプライム符号（°）を付加した。
この第３具体例はｍ個のビームの場合にも適用される。
その場合には増幅器２１の出力に分割器３５と第６図の
一個のスイッチングデバイス３１とを順次配備する。１
６個の各スイッチングデバイスの出力は一個のビーム形
成ユニット３２に接続されている。
上記では本発明の電子走査アンテナのビーム受信動作を
説明した。これらの説明は送信動作に関しても当てはま
る。但し送信の場合には第２図、第３図、第５図及び第
７図に示すフィルタ２２及び低ノイズ増幅器２３が電力
増幅器２２’　、２３°に置換される。
要素ソースのアレイ１１は支持体に印刷された「パッチ
」アレイから成ってもよい、これらの「バッチ」エレメ
ントの各々は任意に多周波アンテナ例えば三周波アンテ
ナを構成する。
本発明を図示の好適具体例に基づいて説明したが、本発
明の範囲を逸脱することなく記載の構成素子を等価の素
子で代替し得ることは理解されよう′。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の走査アンテナの概略図、第２図は本発
明のアンテナの動作の説明図、第３図は本発明のアンテ
ナの給電制御用電子素子の第１具体例の説明図、第４図
は本発明のアンテナの給電制御用電子素子の第２具体例
の説明図、第５図、第６図及び第７図は本発明のアンテ
ナの給電制御用電子素子の具体例の説明図である。 １０・・・・・・反射器、１１・・・・・・ソースアレ
イ、２１・・・・・・増幅回路、２２・・・・・・フィ
ルタ、２３・・・・・・増幅器、２４・・・・・・ビー
ム形成回路、２５・・・・・・移相器、２６・・・・・
・減衰器、２７・・・・・・制御ユニット、２８・・・
・・・合成回路、２９・・・・・・ハイブリッド接合の
集合、３１・・・・・・スイッチングデバイス。 代楓人弁理士　旬ａ　　山　　　武 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、７

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）要素ソースのアレイと給電制御用電子素子とエネ
    ルギを収束する反射器とを含み、前記アレイが反射器の
    焦点領域に配置され、前記給電制御用電子素子が −要素ソースの夫々に各々が対応するハイブリッド結合
    器と、 −増幅回路と、 −制御ユニットによつて個別に制御される調整自在な移
    相器と調整自在な減衰器とから各々が構成されたビーム
    形成回路と、 −所与のビームに対応する有効出力信号を送出すべくハ
    イブリッド接合の集合から構成された少なくとも１つの
    合成器 とを含むことを特徴とする電子走査アンテナ。
  2. （２）ｍ個のビームを生成すべく、各々がビーム形成回
    路と該回路に後続する夫々の合成器とから構成された一
    個のビーム形成ユニットに給電するために各増幅器の出
    力で信号をユーザー数ｍで除算することを特徴とする請
    求項１に記載のアンテナ。
  3. （３）増幅器の出力にスイッチングデバイスが配置され
    、該スイッチングデバイスに後続してビーム形成ユニッ
    トが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
    アンテナ。
  4. （４）増幅器の出力で給電制御用電子素子がｍ個の分割
    器とこれらに後続するｍ個のスイッチングデバイスとを
    含み、これによりｍ個のビームが生成されることを特徴
    とする請求項１に記載のアンテナ。
JP1067400A 1988-03-18 1989-03-17 電子走査アンテナ Pending JPH01276803A (ja)

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FR8803544 1988-03-18
FR8803544A FR2628895B1 (fr) 1988-03-18 1988-03-18 Antenne a balayage electronique

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JPH01276803A true JPH01276803A (ja) 1989-11-07

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US (1) US4965588A (ja)
EP (1) EP0340429A1 (ja)
JP (1) JPH01276803A (ja)
AU (1) AU613458B2 (ja)
CA (1) CA1298651C (ja)
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