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JP3569083B2 - Multi-beam phased array antenna - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチビームフェーズドアレーアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マルチビームフェーズドアレーアンテナのための給電回路として、文献J.Butler and R.Lowe,“Beam−forming matrix simplifies design of electronically scanned antennas”,Electronic design,Vol.9,pp.170−173,Apr.1961.に「バトラーマトリクス」と呼ばれる高周波マトリクス回路が説明されている。バトラーマトリクスは2 個の入力信号端子と出力信号端子を有し、高周波ハイブリッド回路、固定移相器を多段に接続して構成される高周波マトリクス回路である。
【0003】
図5に、例として8素子のバトラーマトリクス106を示す。回路は、高周波信号入力端子101 (4L、3L、2L、1L、1R、2R、3R、4R)と高周波信号出力端子102 (A〜H)を有し、90°ハイブリッド10312および固定移相器10416から構成されている。信号入力端子のひとつに与えられた信号は、90°ハイブリッドによる分配と固定移相器による位相設定の繰り返しにより、最終的にはすべての出力ポートに等信号強度で分配される。出力信号端子に現れる信号は等差数列で表される位相関係を有し、その公差は入力信号端子毎に異なる。8素子のバトラーマトリクスの場合には、公差、すなわち、隣接出力信号端子間の位相差として、入力ポート4L、3L、2L、1L、1R、2R、3R、4Rのそれぞれに対して、7π/8、5π/8、3π/8、π/8、−π/8、−3π/8、−5π/8、−7π/8の8通りが得られる。
【0004】
バトラーマトリクスの出力信号のそれぞれを等間隔で配置された素子アンテナ105 より構成されるアレーアンテナ105に給電するとき、高周波信号の位相関係に対応して、異なる方向にピークを有するビームが形成される。ビームの方向Θ(アレーアンテナの正面方向を基準とする)と隣接する素子間の位相差Δψの関係は、
sinΘ=Δψ/(kd) (1)
で与えられる。ただし、dはアレーアンテナの素子間隔、kは電波の波数を表している。ビームの方向Θは、各素子アンテナから発した電波が同相で加算され、電波が強め合う方向という条件から求められる。
【0005】
図5の8素子のバトラーマトリクスをアレーアンテナ105(素子アンテナ105 )に接続した場合に形成されるマルチビームのアンテナビームパタンを図6に示す。計算では、素子アンテナの指向特性は無指向性、素子アンテナの間隔dは半波長としている。高周波信号入力端子101 (4L、3L、2L、1L、1R 2R、3R、4R)への入力に対し、それぞれ、−61°、−38.7°、−22°、−7.2°、7.2°、22°、38.7°、61°の方向に8つの独立なビームが形成されることがわかる。
【0006】
図6では、図1の素子アンテナから放射されるビームを上から順に4L、3L、2L、1L、1R、2R、3R、4Rビームと名付けている。また、素子アンテナの間隔を例えば1.583波長に広げると、±4.5°、±13.7°、±23.2°、±33.5°の方向にビームが形成される。
【0007】
バトラーマトリクスでは、入力または出力端子の数を2 とするとき、回路を構成するコンポーネントの数は2 ・log (2 )のオーダであり、多ビーム多素子のアレーアンテナでも回路の規模は爆発的には増大しないことを特徴とする。したがって、多ビームを必要とするマルチビーム形成回路として使用するときにメリットが大きい。しかしながら形成されるビームの範囲はかなり広く、図6からわかるように素子アンテナの間隔が半波長の場合には、最も外側のふたつのビームの間隔は61°−(−61°)=122°となる。素子アンテナの間隔を1.583波長に広げても、最も外側のふたつのビームの間隔は67°である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、静止衛星から地球のある限定された地域をサービスエリアとするように、数度といった狭い領域にマルチビームを形成したい場合がある。バトラーマトリクスを単独に使用するとき、マルチビームが形成される範囲はかなり広い。素子アンテナの間隔を広げればビーム形成範囲を狭くすることができるが、アレーアンテナの全体の大きさが増すことには限度がある。
【0009】
本発明の目的は、小さな回路規模で数多くのビームが形成できるバトラーマトリクスをマルチビームフェーズドアレーの給電回路として用い、狭い領域にマルチビームを形成可能なアンテナを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バトラーマトリクスと素子アンテナの間に移相器のアレーを設け、アンテナアレーは反射鏡の焦点面からはずれた位置に置き、アンテナアレーを一次放射器として用いて反射鏡と組み合わせた構成とすることを最も主要な特徴とする。
【0011】
バトラーマトリクスにアンテナ素子を接続し電波を直接空間に放射する従来方式とは、バトラーマトリクスと素子アンテナの間に移相器のアレーを挿入することと、アレーアンテナを一次放射器として使用し電波を反射鏡に照射して使用する点が異なる。
【0012】
一般にバトラーマトリクスは、前に述べたように素子アンテナが直線状または平面状に並べたアレーアンテナに接続して使う。このときアレーアンテナから放射される電波は、等位相面が平面となる平面波である。本発明ではバトラーマトリクスの後段に移相器のアレーが接続されており、この移相器のアレーで特定の位相分布を加えることにより、アレーアンテナから放射する電波を球面波とする。アレーアンテナからの放射された球面波は反射鏡に照射され、反射鏡によって球面波から再び平面波に変換されサービスエリアに照射される。
【0013】
ところで式(1)からは、隣接素子間の位相差Δψが同じである場合には、素子アンテナの間隔dが広いほどビームの方向Θは小さくなることを示している。本発明の構成によれば、反射鏡には一次放射器として用いたアレーアンテナが拡大して投影されると考えることができる。すなわちこれは、等価的に素子アンテナの間隔dを広げることであり、バトラーマトリクスを単独で使用する従来の使用法と比較して、狭い領域にマルチビームを形成できる効果が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1および図2は、本発明の実施の形態のふた通りの場合について示したものである。発明は、高周波入力端子
【数1】

Figure 0003569083
を有する(2 )入力(2 )出力のバトラーマトリクス106a、その出力端子数に対応する固定移相器
【数2】
Figure 0003569083
の(2 )個のアレー104a、素子アンテナの(2 )個のアレー
【数3】
Figure 0003569083
、反射鏡107より構成されている。バトラーマトリクス106aの出力端子の各々に固定移相器
【数4】
Figure 0003569083
が接続され、その出力のそれぞれは素子アンテナ
【数5】
Figure 0003569083
に接続されている。(2 )個の素子アンテナより構成されるアレーアンテナ105aは反射鏡の焦点面108以外の場所に置かれている。バトラーマトリクスは入力信号を所定の位相差で出力端子に分配する分配回路として動作する。
【0015】
アレーアンテナ105aの配置にはふた通りが考えられ、反射鏡の焦点面108より反射鏡寄りの場合と、反射鏡より遠い場合である。図2と図1は、そのそれぞれに対応している。[X 、Y 、Z ]は座標系109を表している。なお、原点は反射鏡の焦点110であり、X 平面を反射鏡の焦点面108と定義している。Z 軸は反射鏡の開口面の中心を向き、焦点から反射鏡方向を正としている。i番目(1≦i≦2 )の素子アンテナの座標を[Xfi、Yfi、Zfi]とする。またi番目の移相器の設定値をφ (位相遅れ)とする。
【0016】
図1に関しては、仮に同相の信号を固定移相器のアレー104aに加えるとき、素子アンテナ
【数6】
Figure 0003569083
から放射される電波を反射鏡の焦点110に収れんさせることが、その役割である。アレーアンテナ105aからは収れんする球面波112が放射される。すなわち、このためには移相器入力端子から素子アンテナを経て焦点に達する信号の経路長が、すべての信号経路において等しい必要がある。したがって、i番目の固定移相器104a によって与える位相遅れをφ 、素子アンテナ105a と焦点110との間の距離L 111(L =(Xfi +Yfi +Zfi 1/2 )とするとき、
Figure 0003569083
が成立している必要がある。ただしkは、自由空間における波数を表している。図1の場合のようにアレーアンテナ105aが焦点面より反射鏡より遠い側にあるとき、中央の素子アンテナに接続した移相器ほど大きな位相遅れを与える必要があることがわかる。
【0017】
図2のようにアレーアンテナ105aが焦点面108より反射鏡寄りにあるときは、あたかも焦点110から電波が発射するのと等価であるように、移相器
【数7】
Figure 0003569083
の値を設定する。つまり、アレーアンテナ105aからは発散する球面波112が放射される。移相器
【数8】
Figure 0003569083
の設定値は、
Figure 0003569083
なる関係を満たす。このときアンテナアレーの外側の素子ほど大きな位相遅れを与えなければならないことがわかる。
【0018】
仮想的に反射鏡の焦点から発した電波は反射鏡107に照射し、反射鏡107によって球面波から平面波113に変換されサービスエリアにビームが形成される。反射鏡107にはアレーアンテナ105の像が拡大して投影されていると考えることができる。バトラーマトリクス106aの信号入力端子
【数9】
Figure 0003569083
毎に異なった位相関係の信号が得られる。信号入力端子
【数10】
Figure 0003569083
により平面波113の放射方向はそれぞれ異なるが、等価的にアレー素子の間隔が拡大して反射鏡107に投影されているので、バトラーマトリクスとアレーアンテナを組み合わせて使用する場合と比較して、本発明では平面波113の放射方向は狭まるといえる。
【0019】
次に、具体的な形状パラメータを設定し、本発明の構成のマルチビームアンテナのアンテナパタンを計算する。図3は本発明の一具体構成例で、アンテナパタン計算に用いるアンテナの形状を示している。開口径114が10m、焦点距離115が8m、オフセット角116が44°、開口半角117(焦点から反射鏡面を見込む角度の半分)が29.74°の反射鏡107があり、その焦点面108から1m前方にアレーアンテナ105aを配置している。素子アンテナは190mmの円形開口のものとし、190mmの間隔でアンテナを配置している。8入力8素子のバトラーマトリクスでは、隣接素子における位相差が±π/8、±3π/8、±5π/8、±7π/8のいずれかである。このような位相関係を有する信号を、式(3)で与えられる位相値に設定された移相器のアレーを介して1次放射器に与えるとき、反射鏡により形成されるアンテナパタンを計算した。形成されるアンテナパタンの断面をまとめて記したものが図4である。周波数は2.5GHzとした。図4では−1.6°、−1.1°、−0.7°、−0.25°、0.20°、0.6°、1.0°、1.5°の方向にピークを持つ8つのビームが形成されることがわかる。
【0020】
従来の技術の項で、素子アンテナの間隔が1.583波長のときにアレーアンテナだけを用いたときに形成されるビームの方向は、±4.5°、±13.7°、±23.2°、±33.5°となることを述べた。これは、周波数2.5GHz(波長は120mm)のときに190mmの間隔で素子アンテナを配置する場合に相当する。本発明の構成によれば、マルチビームが形成される領域は約1/20に圧縮される効果が得られている。
【0021】
【発明の効果】
バトラーマトリクスをアレーアンテナに接続し直接放射を行うとき、マルチビームが形成される領域は広く、その範囲を制御することが課題であった。バトラーマトリクスの出力に移相器アレーを接続し反射鏡の焦点面以外に配置したアレーアンテナと反射鏡より構成される系を考案し、このような系を用いることによりビームの形成される領域を圧縮することを可能とした。また反射鏡を使用したことにより、利得の向上と半値幅の狭さくという効果が得られる。本発明は送信アンテナ及び受信アンテナの双方に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態で、アレーアンテナを焦点面より反射鏡から遠い位置に配置した場合の構成である。
【図2】本発明の実施の形態のひとつで、アレーアンテナを焦点面より反射鏡寄りに配置した場合の構成である。
【図3】本発明の具体的構成の一例で、アンテナパタン計算に用いるアンテナの形状を示している。
【図4】本発明で得られるアンテナパタンの一計算例である。
【図5】バトラーマトリクスの構成を示したもので、回路は8入力8出力のものである。
【図6】バトラーマトリクスにより形成可能なアンテナビームパタンを表したもので、8入力8出力バトラーマトリクスを用いたときのものである。
【符号の説明】
【数11】
Figure 0003569083
102 高周波信号出力端子
10312 90°ハイブリッド
【数12】
Figure 0003569083
104a 固定移相器のアレー
105、105a アレーアンテナ
【数13】
Figure 0003569083
106、106a バトラーマトリクス
107 反射鏡
108 反射鏡の焦点面
109 座標系
110 反射鏡の焦点
111 i番目素子アンテナと焦点の距離
112 球面波
113 平面波
114 開口系
115 焦点距離
116 オフセット角
117 開口半角[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-beam phased array antenna.
[0002]
[Prior art]
As a feeder circuit for a multi-beam phased array antenna, reference [J. Butler and R.S. Lowe, "Beam-forming matrix simplifications of electronically scanned antennas", Electronic design, Vol. 9, pp. 170-173, Apr. 1961. Describes a high-frequency matrix circuit called a "Butler matrix". The Butler matrix is a high-frequency matrix circuit having 2N input signal terminals and output signal terminals, and configured by connecting high-frequency hybrid circuits and fixed phase shifters in multiple stages.
[0003]
FIG. 5 shows an example of an 8-element Butler matrix 106. The circuit has high-frequency signal input terminals 101 1 to 8 (4L, 3L, 2L, 1L, 1R, 2R, 3R, 4R) and high-frequency signal output terminals 102 1 to 8 (A to H). 1 to 12 and fixed phase shifters 104 1 to 16 . The signal supplied to one of the signal input terminals is finally distributed to all output ports with equal signal strength by repeating the distribution by the 90 ° hybrid and the phase setting by the fixed phase shifter. The signals appearing at the output signal terminals have a phase relationship represented by an arithmetic progression, and their tolerances are different for each input signal terminal. In the case of an 8-element Butler matrix, the tolerance, that is, the phase difference between adjacent output signal terminals, is 7π / 8 for each of the input ports 4L, 3L, 2L, 1L, 1R, 2R, 3R, 4R. , 8π, 3π / 8, π / 8, -π / 8, -3π / 8, -5π / 8, -7π / 8.
[0004]
When each of the output signals of the Butler matrix is fed to the array antenna 105 composed of the element antennas 105 1 to 8 arranged at equal intervals, beams having peaks in different directions corresponding to the phase relationship of the high-frequency signal are generated. It is formed. The relationship between the beam direction Θ (based on the front direction of the array antenna) and the phase difference Δψ between adjacent elements is
sinΘ = Δψ / (kd) (1)
Given by Here, d represents the element spacing of the array antenna, and k represents the wave number of the radio wave. The beam direction Θ is determined from the condition that the radio waves emitted from the element antennas are added in phase and the radio waves are strengthened.
[0005]
FIG. 6 shows a multi-beam antenna beam pattern formed when the eight-element Butler matrix of FIG. 5 is connected to the array antenna 105 (element antennas 105 1 to 105 8 ). In the calculation, the directional characteristics of the element antenna are omnidirectional, and the distance d between the element antennas is half the wavelength. With respect to inputs to the high frequency signal input terminals 101 1 to 8 (4L, 3L, 2L, 1L, 1R , 2R, 3R, 4R), respectively, −61 °, −38.7 °, −22 °, and −7. It can be seen that eight independent beams are formed in the directions of 2 °, 7.2 °, 22 °, 38.7 °, 61 °.
[0006]
In FIG. 6, beams radiated from the element antenna of FIG. 1 are named 4L, 3L, 2L, 1L, 1R, 2R, 3R, and 4R beams in order from the top. Further, when the interval between the element antennas is expanded to, for example, 1.583 wavelengths, beams are formed in directions of ± 4.5 °, ± 13.7 °, ± 23.2 °, and ± 33.5 °.
[0007]
The Butler matrix, when the number of input or output terminal and 2 N, the number of components constituting the circuit is on the order of 2 N · log 2 (2 N ), multi-beam circuit scale even in multi-element array antenna Is characterized by not increasing explosively. Therefore, there is a great merit when used as a multi-beam forming circuit requiring multiple beams. However, the range of the formed beam is quite wide, and as can be seen from FIG. 6, when the distance between the element antennas is half a wavelength, the distance between the two outermost beams is 61 ° − (− 61 °) = 122 °. Become. Even if the distance between the element antennas is increased to 1.583 wavelengths, the distance between the two outermost beams is 67 °.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
For example, there is a case where it is desired to form a multi-beam in a narrow area such as several degrees so that a limited area of the earth from a geostationary satellite is set as a service area. When the Butler matrix is used alone, the range over which multiple beams are formed is quite large. Increasing the spacing between the element antennas can reduce the beam forming range, but there is a limit to increasing the overall size of the array antenna.
[0009]
An object of the present invention is to provide an antenna capable of forming a multi-beam in a narrow area by using a Butler matrix capable of forming a large number of beams with a small circuit scale as a feed circuit of a multi-beam phased array.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a configuration in which an array of phase shifters is provided between a Butler matrix and an element antenna, the antenna array is placed at a position off the focal plane of the reflector, and the antenna array is combined with the reflector using the antenna array as a primary radiator. Is the most main feature.
[0011]
The conventional method of connecting an antenna element to a Butler matrix and radiating radio waves directly to the space is to insert an array of phase shifters between the Butler matrix and the element antenna, and to use the array antenna as a primary radiator to transmit radio waves. The difference is that the mirror is used by irradiating it.
[0012]
In general, a Butler matrix is used by connecting to an array antenna in which element antennas are arranged linearly or in a plane as described above. At this time, the radio wave radiated from the array antenna is a plane wave having an equal phase plane. In the present invention, an array of phase shifters is connected to the subsequent stage of the Butler matrix, and a radio wave radiated from the array antenna is converted into a spherical wave by adding a specific phase distribution in the array of the phase shifters. The spherical wave radiated from the array antenna is applied to a reflecting mirror, converted from the spherical wave into a plane wave again by the reflecting mirror, and applied to a service area.
[0013]
Equation (1) shows that, when the phase difference Δψ between adjacent elements is the same, the beam direction 小 さ く becomes smaller as the distance d between the element antennas is larger. According to the configuration of the present invention, it can be considered that the array antenna used as the primary radiator is enlarged and projected on the reflecting mirror. In other words, this is equivalent to increasing the distance d between the element antennas, and an effect that a multi-beam can be formed in a narrow area is obtained as compared with the conventional method using the Butler matrix alone.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show two cases of the embodiment of the present invention. The invention provides a high-frequency input terminal
Figure 0003569083
(2 N ) input (2 N ) output Butler matrix 106 a having a fixed phase shifter corresponding to the number of output terminals thereof
Figure 0003569083
Of (2 N) pieces of the array 104a, (2 N) pieces of the array ## EQU3 ## element antennas
Figure 0003569083
, And a reflecting mirror 107. A fixed phase shifter for each of the output terminals of the Butler matrix 106a
Figure 0003569083
Are connected, and each of the outputs is an element antenna
Figure 0003569083
It is connected to the. An array antenna 105a composed of (2 N ) element antennas is placed at a place other than the focal plane 108 of the reflector. The Butler matrix operates as a distribution circuit that distributes an input signal to an output terminal with a predetermined phase difference.
[0015]
There are two possible arrangements of the array antenna 105a, and there are a case where the reflector is closer to the reflector than the focal plane 108 of the reflector and a case where it is farther than the reflector. FIG. 2 and FIG. 1 correspond to each. [X f , Y f , Z f ] represents the coordinate system 109. Note that the origin is the focus 110 of the reflector defines the X f Y f plane as the focal plane 108 of the reflector. The Zf axis points toward the center of the opening surface of the reflector, and the direction from the focal point to the reflector is positive. Let the coordinates of the i-th (1 ≦ i ≦ 2 N ) element antenna be [X fi , Y fi , Z fi ]. The set value of the i-th phase shifter is φ i (phase delay).
[0016]
Referring to FIG. 1, if an in-phase signal is added to the fixed phase shifter array 104a, the element antenna
Figure 0003569083
The function is to converge the radio waves radiated from the reflector 110 at the focal point 110 of the reflector. A converging spherical wave 112 is emitted from the array antenna 105a. That is, for this purpose, the path length of the signal reaching the focal point from the phase shifter input terminal via the element antenna needs to be equal in all the signal paths. Therefore, the phase delay given by the i-th fixed phase shifter 104a i is φ i , and the distance L i 111 (L i = (X fi 2 + Y fi 2 + Z fi 2 ) 1 ) between the element antenna 105a i and the focal point 110. / 2 )
Figure 0003569083
Must be established. Here, k represents a wave number in free space. When the array antenna 105a is farther from the reflector than the focal plane as in the case of FIG. 1, it is understood that the phase shifter connected to the central element antenna needs to have a larger phase delay.
[0017]
When the array antenna 105a is closer to the reflector than the focal plane 108 as shown in FIG. 2, the phase shifter ## EQU7 ## is equivalent to the emission of radio waves from the focal point 110.
Figure 0003569083
Set the value of. That is, the diverging spherical wave 112 is radiated from the array antenna 105a. Phase shifter [Equation 8]
Figure 0003569083
The setting value of
Figure 0003569083
Satisfy the following relationship. At this time, it is understood that a larger phase delay must be given to an element outside the antenna array.
[0018]
A radio wave virtually emitted from the focal point of the reflecting mirror irradiates the reflecting mirror 107 and is converted from a spherical wave to a plane wave 113 by the reflecting mirror 107 to form a beam in the service area. It can be considered that the image of the array antenna 105 is projected on the reflecting mirror 107 in an enlarged manner. Signal input terminal of Butler matrix 106a
Figure 0003569083
A signal having a different phase relationship is obtained every time. Signal input terminal [Equation 10]
Figure 0003569083
Although the radiation directions of the plane waves 113 are different from each other, the distance between the array elements is equivalently enlarged and projected onto the reflecting mirror 107, so that the present invention is compared with the case where the Butler matrix and the array antenna are used in combination. Then, it can be said that the radiation direction of the plane wave 113 is narrowed.
[0019]
Next, specific shape parameters are set, and the antenna pattern of the multi-beam antenna having the configuration of the present invention is calculated. FIG. 3 shows an example of a specific configuration of the present invention, showing the shape of an antenna used for calculating an antenna pattern. There is a reflecting mirror 107 having an opening diameter 114 of 10 m, a focal length 115 of 8 m, an offset angle 116 of 44 °, and an opening half angle 117 (half the angle from the focal point to the reflecting mirror surface) of 29.74 °. An array antenna 105a is arranged 1 m ahead. The element antenna has a circular opening of 190 mm, and the antennas are arranged at intervals of 190 mm. In an 8-input, 8-element Butler matrix, the phase difference between adjacent elements is any of ± π / 8, ± 3π / 8, ± 5π / 8, ± 7π / 8. When a signal having such a phase relationship is applied to a primary radiator through an array of phase shifters set to a phase value given by Expression (3), an antenna pattern formed by a reflector is calculated. . FIG. 4 collectively shows the cross sections of the formed antenna pattern. The frequency was 2.5 GHz. In FIG. 4, peaks appear in the directions of -1.6, -1.1, -0.7, -0.25, 0.20, 0.6, 1.0, and 1.5. It can be seen that eight beams having are formed.
[0020]
In the related art section, the directions of beams formed when only the array antenna is used when the interval between element antennas is 1.583 wavelengths are ± 4.5 °, ± 13.7 °, ± 23. 2 °, ± 33.5 °. This corresponds to a case where element antennas are arranged at intervals of 190 mm when the frequency is 2.5 GHz (the wavelength is 120 mm). According to the configuration of the present invention, the effect of compressing the region where the multi-beam is formed to about 1/20 is obtained.
[0021]
【The invention's effect】
When a Butler matrix is connected to an array antenna to perform direct radiation, the area in which multiple beams are formed is wide, and it has been a problem to control the area. A system consisting of an array antenna and a reflector arranged outside the focal plane of the reflector by connecting a phase shifter array to the output of the Butler matrix is devised, and by using such a system, the area where the beam is formed can be defined. It is possible to compress. Also, the use of the reflecting mirror has the effect of improving the gain and narrowing the half-value width. The invention applies to both transmitting and receiving antennas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration according to an embodiment of the present invention when an array antenna is arranged at a position farther from a reflector than a focal plane.
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which an array antenna is arranged closer to a reflector than a focal plane.
FIG. 3 shows an example of a specific configuration of the present invention, showing an antenna shape used for antenna pattern calculation.
FIG. 4 is a calculation example of an antenna pattern obtained by the present invention.
FIG. 5 shows the configuration of a Butler matrix, and the circuit has eight inputs and eight outputs.
FIG. 6 shows an antenna beam pattern that can be formed by a Butler matrix, when an 8-input 8-output Butler matrix is used.
[Explanation of symbols]
(Equation 11)
Figure 0003569083
102 1 to 8 high frequency signal output terminals 103 1 to 12 90 ° hybrid
Figure 0003569083
104a fixed phase shifter array 105, 105a array antenna
Figure 0003569083
106, 106a Butler matrix 107 Reflecting mirror 108 Reflecting mirror focal plane 109 Coordinate system 110 Reflecting mirror focal point 111 Distance between i-th element antenna and focal point 112 Spherical wave 113 Plane wave 114 Aperture system 115 Focal length 116 Offset angle 117 Opening half-angle

Claims (2)

反射鏡と、
複数の高周波入力端子と複数の高周波出力端子とを有し、各入力端子の信号を各出力端子に等信号強度で所定の位相差をもって分配する分配回路と、
該分配回路の出力に接続され、入出力端子が1:1に対応した移相器アレーと、
該移相器アレーの出力に接続され前記反射鏡の焦点面以外の面におかれる素子アンテナアレーとを有し、
前記分配回路が、2 N (Nは自然数)個の入力端子と2 N 個の出力端子をもつバトラーマトリクス回路であり、
前記素子アンテナアレーが、前記反射鏡とその焦点の間におかれ、
前記移相器アレーは、i番目(1≦i≦2 N )の素子アンテナの座標を[X fi 、Y fi 、Z fi ]、i番目の移相器の設定値をφ i 、i番目の素子アンテナと焦点との間の距離L i =(X fi 2 +Y fi 2 +Z fi 2 1/2 、自由空間における波数をkとするとき、
Figure 0003569083
となるように移相量を設定されることを特徴とする、マルチビームフェーズドアレーアンテナ。
A reflector,
A distribution circuit having a plurality of high-frequency input terminals and a plurality of high-frequency output terminals, and distributing a signal of each input terminal to each output terminal with a predetermined phase difference with equal signal strength,
A phase shifter array connected to the output of the distribution circuit and having an input / output terminal corresponding to 1: 1;
An element antenna array connected to the output of the phase shifter array and located on a plane other than the focal plane of the reflecting mirror,
The distribution circuit is 2 N (N is a natural number) input terminals and 2 N Butler matrix circuit with output terminals
Said element antenna array is located between said reflector and its focal point,
The phase shifter array has an i-th (1 ≦ i ≦ 2 N) ) Is [X fi , Y fi , Z fi ], the set value of the i-th phase shifter is φ i , and the distance L i between the i-th element antenna and the focal point is L i = (X fi 2 + Y fi 2 + Z fi 2 ) 1/2 , where k is the wave number in free space,
Figure 0003569083
A multi-beam phased array antenna, wherein the amount of phase shift is set so that
反射鏡と、
複数の高周波入力端子と複数の高周波出力端子とを有し、各入力端子の信号を各出力端子に等信号強度で所定の位相差をもって分配する分配回路と、
該分配回路の出力に接続され、入出力端子が1:1に対応した移相器アレーと、
該移相器アレーの出力に接続され前記反射鏡の焦点面以外の面におかれる素子アンテナアレーとを有し、
前記分配回路が、2 N (Nは自然数)個の入力端子と2 N 個の出力端子をもつバトラーマトリクス回路であり、
前記素子アンテナアレーが前記反射鏡の焦点面に対して反射鏡の反対側におかれ、
前記移相器アレーは、i番目(1≦i≦2 N )の素子アンテナの座標を[X fi 、Y fi 、Z fi ]、i番目の移相器の設定値をφ i 、i番目の素子アンテナと焦点との間の距離L i =(X fi 2 +Y fi 2 +Z fi 2 1/2 、自由空間における波数をkとするとき、
Figure 0003569083
となるように移相量を設定されることを特徴とする、マルチビームフェーズドアレーアンテナ。
A reflector,
A distribution circuit having a plurality of high-frequency input terminals and a plurality of high-frequency output terminals, and distributing a signal of each input terminal to each output terminal with a predetermined phase difference with equal signal strength,
A phase shifter array connected to the output of the distribution circuit and having an input / output terminal corresponding to 1: 1;
An element antenna array connected to the output of the phase shifter array and located on a plane other than the focal plane of the reflecting mirror,
The distribution circuit is 2 N (N is a natural number) input terminals and 2 N Butler matrix circuit with output terminals
The element antenna array is located on the opposite side of the reflector with respect to the focal plane of the reflector,
The phase shifter array has an i-th (1 ≦ i ≦ 2 N) ) Is [X fi , Y fi , Z fi ], the set value of the i-th phase shifter is φ i , and the distance L i between the i-th element antenna and the focal point is L i = (X fi 2 + Y fi 2 + Z fi 2 ) 1/2 , where k is the wave number in free space,
Figure 0003569083
A multi-beam phased array antenna, wherein the amount of phase shift is set so that
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