JP4877802B2 - Monopulse automatic tracking antenna feeder - Google Patents
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Description
この発明は、断面が円形導波管の形状を有し、開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ内を伝送するTE21モードを用いたモノパルス自動追尾アンテナ給電装置に関するものである。 In the present invention, TE 21 transmits in a horn antenna having a circular waveguide shape in cross section and having a truncated cone-shaped horn attached to the opening end so that the opening area of the opening end gradually increases. The present invention relates to a monopulse automatic tracking antenna feeder using a mode.
従来のTE21モードを用いた追尾誤差信号検出装置においては、同モード成分を検出するためのモードカプラとして導波管あるいは同軸線路プローブからなる回路が用いられていた。 In a conventional tracking error signal detection apparatus using the TE 21 mode, a circuit composed of a waveguide or a coaxial line probe is used as a mode coupler for detecting the same mode component.
従来のTE21モードカプラとして、円形導波管を伝搬するTE21モード成分を複数個の結合孔で抽出し矩形導波管の内部で進行しつつ合成することによって前記モード成分を取り出すモードカプラがある(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional TE 21 mode coupler, there is a mode coupler that extracts TE 21 mode components propagating through a circular waveguide by extracting them from a plurality of coupling holes and synthesizing them while proceeding inside the rectangular waveguide. Yes (for example, see Patent Document 1).
また、モードカプラとして、TE21モードではなく円形導波管の基本モードであるTE11モードを取り出すことを目的とし、互いに直交するプローブを用いることで垂直および水平偏波成分を各々取り出すモードカプラがある(例えば、特許文献2参照)。 Further, as a mode coupler, there is a mode coupler for extracting vertical and horizontal polarization components by using probes orthogonal to each other for the purpose of extracting the TE 11 mode, which is a fundamental mode of a circular waveguide, instead of the TE 21 mode. (For example, refer to Patent Document 2).
このモードカプラは、モードカプラというよりは一般には偏分波器と称されている。いずれにしても、これらのカプラにおいては、所望のモード成分を取り出すための線路として導波管あるいは同軸線路が用いられている。 This mode coupler is generally called a demultiplexer rather than a mode coupler. In any case, in these couplers, a waveguide or a coaxial line is used as a line for extracting a desired mode component.
前述したTE21モードにより形成されるホーンアンテナ指向性は、その正面方向にナルを有するパターンとなることから、正面方向にメインビームを形成する基本モードTE11モードの電力成分を別途検知比較することにより、モノパルス追尾アンテナ装置を構成することができる。しかしながら、前記モードカプラとして導波管や同軸線路を用いた場合、装置全体の重量あるいは容積が比較的大きくなってしまう問題があった。 Since the horn antenna directivity formed by the TE 21 mode described above has a pattern having a null in the front direction, the power component of the basic mode TE 11 mode that forms the main beam in the front direction is separately detected and compared. Thus, a monopulse tracking antenna device can be configured. However, when a waveguide or a coaxial line is used as the mode coupler, there is a problem that the weight or volume of the entire apparatus becomes relatively large.
また、モードカプラの外部に電力合成を行うための電力合成回路を設けた場合、モードカプラと電力合成回路を接続する導波管や同軸線路が別途必要となるため、その配線時の伸縮や曲げなどにより合成時の合成位相誤差が発生しやすくなり、追尾装置の追尾精度の劣化を招いてしまう問題もあった。 In addition, when a power combining circuit for combining power is provided outside the mode coupler, a waveguide and a coaxial line for connecting the mode coupler and the power combining circuit are separately required. As a result, there is a problem that a compositing phase error is likely to occur at the time of synthesizing and the tracking accuracy of the tracking device is deteriorated.
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、モノパルス追尾に必要なTE21モードカプラを誘電体基板上に構成することで、その軽量化及び小形化を図ると共に、モードカプラの出力信号を合成するための電力合成回路も同一基板上に形成することにより、装置全体の軽量、小形化を図ると共に電力合成時の位相誤差に起因する追尾精度の劣化を抑圧することができるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を得ることを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. By constructing a TE 21 mode coupler necessary for monopulse tracking on a dielectric substrate, the weight and size of the coupler can be reduced, and the mode coupler can be reduced. A monopulse that can reduce the overall weight of the device and reduce tracking accuracy due to phase errors during power combining by forming a power combining circuit for combining output signals on the same substrate. The object is to obtain an automatic tracking antenna feeder.
この発明に係るモノパルス自動追尾アンテナ給電装置は、断面が円形導波管の形状を有し、開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ内を伝送するTE21モードを用いてモノパルス自動追尾を行うモノパルス自動追尾アンテナ給電装置において、前記ホーンアンテナ内の管軸方向と直交する面内に金属板の表裏に装着された第1と第2の誘電体基板を挿入し、前記金属板及び前記第1と第2の誘電体基板の管軸中心部をくり抜き、前記第1の誘電体基板の上面に円周方向に沿って90度間隔で4本の先端開放プローブを配置して構成され、前記TE21モードを検出する第1のモードカプラと、前記第2の誘電体基板の下面に円周方向に沿って90度間隔で、かつ第1のモードカプラの先端開放プローブとは互いに45度ずれた位置関係で4本の先端開放プローブを配置して構成され、前記TE21モードを検出する第2のモードカプラと、前記第1と第2の誘電体基板上に設けられて前記第1と第2のモードカプラの出力信号を電力合成するための電力合成回路と、前記第1および第2の誘電体基板の前記ホーンアンテナが接する部分に設けられるスルーホールとを備えたことを特徴とする。
The monopulse automatic tracking antenna feeder according to the present invention has a circular waveguide shape in cross section, and a shape in which a frustoconical horn is attached to the opening end so that the opening area of the opening end gradually increases. In the monopulse automatic tracking antenna power supply apparatus that performs monopulse automatic tracking using the TE 21 mode that transmits in the horn antenna, the first and second metal plates mounted on the front and back of the metal plate in a plane orthogonal to the tube axis direction in the horn antenna Insert a second dielectric substrate, cut out the metal plate and the central portion of the tube axis of the first and second dielectric substrates, and 90 degrees along the circumferential direction on the top surface of the first dielectric substrate. A first mode coupler configured to dispose four tip-opening probes at intervals, and detecting the TE 21 mode; and a lower surface of the second dielectric substrate at intervals of 90 degrees along the circumferential direction; And first The open-end probe mode coupler is configured by arranging four open ended probe in a positional relationship shifted 45 degrees from each other, and a second mode couplers for detecting the TE 21 mode, the first and second provided provided on the dielectric substrate an output signal of the first and second mode coupler and the power combining circuit for power combining, the horn antenna is in contact portions of the first and second dielectric substrate Provided with a through hole.
この発明によれば、モノパルス追尾に必要なTE21モードカプラを誘電体基板上に構成することで、その軽量化及び小形化を図ると共に、モードカプラの出力信号を合成するための電力合成回路も同一基板上に形成することにより、装置全体の軽量、小形化を図ると共に電力合成時の位相誤差に起因する追尾精度の劣化を抑圧することができる。 According to the present invention, the TE 21 mode coupler necessary for monopulse tracking is configured on the dielectric substrate, thereby reducing the weight and size of the coupler, and also providing a power combining circuit for synthesizing the output signal of the mode coupler. By forming them on the same substrate, it is possible to reduce the overall weight and size of the apparatus, and to suppress tracking accuracy deterioration due to phase errors during power combining.
実施の形態1.
図1−図3は、この発明の実施の形態1によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図で、図1はモードカプラ部のみを描いた斜視図、図2はその断面構造を示す図、図3はモードカプラを構成する2つの誘電体基板の回路パターンを示す図である。
Embodiment 1 FIG.
1 to 3 are diagrams showing a monopulse automatic tracking antenna feeder according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing only a mode coupler portion, and FIG. 2 is a diagram showing a sectional structure thereof. 3 is a diagram showing circuit patterns of two dielectric substrates constituting the mode coupler.
これらの図において、誘電体基板2a、2bは、金属板3に装着されたうえで、断面が円形導波管の形状を有し開口端の開口面積が徐々に広くなるように開口端に円錐台形状のホーンが取り付けられた形状のホーンアンテナ1に挿入されており、ホーンアンテナ1の管軸中心部において、誘電体基板2a、2bおよび金属板3はくり抜かれているものとする。誘電体基板2aの上面には先端開放プローブ5a、6a、7a、8aが90度間隔で配置され、また、誘電体基板2bの下面には先端開放プローブ5b、6b、7b、8bが90度間隔で配置されている。それらプローブは互いに角度45度だけずれた位置関係にあり、各プローブはホーンアンテナ1に設けられた窓10a、11a、12a、13aおよび10b、11b、12b、13bを介して同ホーンアンテナ1の内部に挿入されている。
In these drawings, the
なお、ホーンアンテナ1と誘電体基板2a、2bが接触する部分は、前述の先端開放プローブの近傍を除いてスルーホール4が複数個設けられている。そして、各先端開放プローブの出力端子A1、A2、A3、A4およびB1、B2、B3、B4は、それぞれマイクロストリップ線路14を介してラットレースカプラ15に接続され、さらに、図示するモードカプラの出力端子はウィルキンソン電力合成器16に接続される。
Note that a portion where the horn antenna 1 and the
ここで、ラットレースカプラ15の同相合成端子は、スルーホール17により電気的に接地された薄膜抵抗18により、終端されており、ウィルキンソン電力合成器16には、逆相電力成分を吸収するアイソレーション抵抗としての薄膜抵抗19が接続されている。そして、誘電体基板2a上のウィルキンソン電力合成器16の出力端子Aoutはスルーホール20を介してもう一方の誘電体基板2b上のマイクロストリップ線路に電気的に接続され、同端子は誘電体基板2b上の電力合成回路の出力端子である端子Boutと共にブランチラインカプラ21に接続され、その出力端子OUT1およびOUT2がモノパルス自動追尾アンテナ給電装置の出力端子となる。
Here, the in-phase combined terminal of the rat race coupler 15 is terminated by a
次に、この発明の実施の形態1によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置の動作について説明する。ホーンアンテナ1を伝送するTE21モードは、図4に示すような電界分布を有しており、図4(A)、(B)に示すように、互いに直交する2つの偏波状態が存在する。従って、同図中に示すように先端開放プローブ5a、6a、7a、8a及び5b、6b、7b、8bを挿入することで、それら2つのTE21モードの電界を検出することができる。このため、図1−図3に示した本実施の形態は、TE21モードカプラとして動作することがわかる。
Next, the operation of the monopulse automatic tracking antenna feeder according to Embodiment 1 of the present invention will be described. The TE 21 mode transmitting the horn antenna 1 has an electric field distribution as shown in FIG. 4, and there are two polarization states orthogonal to each other as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). . Therefore, as shown in the figure, by inserting the tip
一方、図4に示したTE21モードの電界ベクトルの方向からわかるように、角度90度を隔てて隣接するプローブ間の電界位相は逆相となることから、図3に示すように、隣接する各プローブの出力端子を逆相電力合成回路であるラットレースカプラ15を用いて接続することにより、図3の端子Aoutにおいては、各プローブが検出した図4(A)に相当するTE21モード成分が互いに同相で合成され、図3の端子Boutにおいては、同様に図4(B)に相当するTE21モード成分が同相合成される。そして、端子Aout、Boutの互いに直交する偏波成分を90度ハイブリッドであるブランチラインカプラ21を用いて合成することにより、その出力端子OUT1、OUT2には右旋あるいは左旋偏波成分が出力されることになるため、任意の受信偏波に対応したアンテナ追尾が可能となる。 On the other hand, as can be seen from the direction of the electric field vector of the TE 21 mode shown in FIG. 4, the electric field phase between adjacent probes separated by an angle of 90 degrees is opposite, so as shown in FIG. By connecting the output terminal of each probe using a rat race coupler 15 which is a reverse phase power combining circuit, a TE 21 mode component corresponding to FIG. 4A detected by each probe is detected at the terminal Aout of FIG. Are combined in phase with each other, and the TE 21 mode component corresponding to FIG. 4B is similarly combined in phase with the terminal Bout in FIG. Then, by combining the polarization components orthogonal to each other at the terminals Aout and Bout using the branch line coupler 21 that is a 90-degree hybrid, right-handed or left-handed polarized wave components are output to the output terminals OUT1 and OUT2. Therefore, antenna tracking corresponding to an arbitrary received polarization can be performed.
また、本実施の形態においては、TE21モードを検出する先端開放プローブ5a、6a、7a、8a及び5b、6b、7b、8bおよびそれを支持する誘電体基板2a、2bはホーンアンテナ1の外周部だけに配置されており、同ホーンアンテナ1の管軸中心部には設けられていない。これにより、ホーンアンテナ1の基本モードであるTE11モードに対する影響を極力軽微に留めており、その通過損失、定在波比の劣化を抑圧している。
In the present embodiment, the open-
また、本実施の形態においては、誘電体基板2a、2bとホーンアンテナ1が接する部分にスルーホール4を適宜設けることにより、管壁にて管軸方向に流れる電流を阻害することのないようにし、上述のホーンアンテナ1の基本モードであるTE11モードの通過特性の劣化を回避している。
In the present embodiment, the through holes 4 are appropriately provided at the portions where the
なお、本実施の形態においては、2つの異なる誘電体基板2a、2bを別途金属板3に装着するものとしたが、2つの層を有する多層誘電体基板を用いてその層間に地導体となる極薄の金属導体を形成することによっても本実施の形態と同等の効果を得ることができる。
In this embodiment, two different
このように、上記実施の形態によれば、モノパルス追尾に必要なTE21モードカプラを誘電体基板上に構成すると共に、同カプラの出力信号を合成するための電力合成回路も同一基板上に形成することにより、モノパルス追尾装置全体の軽量、小形化を図ることが可能となる。 Thus, according to the above embodiment, the TE 21 mode coupler required for monopulse tracking is configured on the dielectric substrate, and the power combining circuit for combining the output signals of the coupler is formed on the same substrate. By doing so, it is possible to reduce the weight and size of the entire monopulse tracking device.
また、本実施の形態によれば、モードカプラと電力合成回路を導波管や同軸線路などの伝送線路により、別途接続する必要が無くなることから、それに伴い生じがちな電力合成時の位相誤差、ひいては追尾精度の劣化を抑圧することも可能となる。 In addition, according to the present embodiment, it is not necessary to separately connect the mode coupler and the power combining circuit by a transmission line such as a waveguide or a coaxial line. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the tracking accuracy.
実施の形態2.
図5は、図3と併せてこの発明の実施の形態2によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置を示す図である。図5に示す実施の形態2によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置は、実施の形態1を示す図3にある端子OUT1およびOUT2の各端子にそれぞれ結合線路からなる帯域通過フィルタ22、低雑音増幅器23、ミキサ24、発振器25を追加したものであり、これらは、マイクロストリップ線路14を用いて適宜接続されたうえ、同一の誘電体基板2b上に構成されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a monopulse automatic tracking antenna feeder according to Embodiment 2 of the present invention in combination with FIG. The monopulse automatic tracking antenna feeding apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 5 includes a band-
次に、この発明の実施の形態2によるモノパルス自動追尾アンテナ給電装置の動作について説明する。低雑音増幅器23およびミキサ24は、各回路を構成する部品一式がパッケージに封止されたパッケージ品、あるいは誘電体基板2b上にトランジスタなどの能動素子およびそれに付随する整合回路を実装、形成することにより構成される。本実施の形態2によれば、実施の形態1にて得られる高周波帯の追尾信号から不要波を帯域通過フィルタ22により除去した上で低雑音増幅器23で増幅し、さらにミキサ24と発振器25により中間周波数帯へダウンコンバートすることにより、図5中に示した端子OUT1’およびOUT2’からは追尾信号を高周波帯ではなく中間周波数帯で取り出すことが可能となる。
Next, the operation of the monopulse automatic tracking antenna feeder according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The
このように、モノパルス追尾に必要なTE21モードカプラを誘電体基板上に構成すると共に、同カプラの出力信号を合成するための電力合成回路、ひいては不要波を除去するフィルタ、低雑音増幅器、ミキサ、および発振器を全て同一基板上に形成することにより、モノパルス追尾装置全体の大幅な軽量、小形化が可能となる。また、本実施の形態2によれば、追尾信号出力を高周波ではなくMHz帯やKHz帯の中間周波数帯信号として取り出すため、追尾信号を別途処理する信号処理部への信号伝送が高周波帯に比べて容易となる利点も有している。 Thus, a TE 21 mode coupler necessary for monopulse tracking is configured on a dielectric substrate, and a power combining circuit for combining the output signals of the coupler, and thus a filter for removing unnecessary waves, a low noise amplifier, a mixer By forming all the oscillators on the same substrate, the entire monopulse tracking device can be significantly reduced in weight and size. Further, according to the second embodiment, since the tracking signal output is extracted as an intermediate frequency band signal in the MHz band or KHz band instead of the high frequency, signal transmission to the signal processing unit that separately processes the tracking signal is compared with the high frequency band. And has the advantage of being easy.
1 ホーンアンテナ、 2a、2b 誘電体基板、 3 金属板、 4、17、20 スルーホール、 5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b 先端開放プローブ、 10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b 窓、 14 マイクロストリップ線路、 15 ラットレースカプラ、 16 ウィルキンソン電力合成器、 18、19 薄膜抵抗、 21 ブランチラインカプラ、22 帯域通過フィルタ、 23 低雑音増幅器、 24 ミキサ、 25 発振器。 1 Horn antenna, 2a, 2b Dielectric substrate, 3 Metal plate, 4, 17, 20 Through hole, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b Open-ended probe, 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b window, 14 microstrip line, 15 rat race coupler, 16 Wilkinson power combiner, 18, 19 thin film resistor, 21 branch line coupler, 22 bandpass filter, 23 low noise amplifier, 24 mixer, 25 Oscillator.
Claims (5)
前記ホーンアンテナ内の管軸方向と直交する面内に金属板の表裏に装着された第1と第2の誘電体基板を挿入し、前記金属板及び前記第1と第2の誘電体基板の管軸中心部をくり抜き、前記第1の誘電体基板の上面に円周方向に沿って90度間隔で4本の先端開放プローブを配置して構成され、前記TE21モードを検出する第1のモードカプラと、
前記第2の誘電体基板の下面に円周方向に沿って90度間隔で、かつ第1のモードカプラの先端開放プローブとは互いに45度ずれた位置関係で4本の先端開放プローブを配置して構成され、前記TE21モードを検出する第2のモードカプラと、
前記第1と第2の誘電体基板上に設けられて前記第1と第2のモードカプラの出力信号を電力合成するための電力合成回路と、
前記第1および第2の誘電体基板の前記ホーンアンテナが接する部分に設けられるスルーホールと
を備えたことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。 The TE 21 mode is used to transmit the inside of a horn antenna having a circular waveguide shape in cross section and having a truncated cone-shaped horn attached to the opening end so that the opening area of the opening end gradually increases. In monopulse automatic tracking antenna feeding device that performs monopulse automatic tracking,
First and second dielectric substrates mounted on the front and back of a metal plate are inserted into a plane perpendicular to the tube axis direction in the horn antenna, and the metal plate and the first and second dielectric substrates are inserted. A first end for detecting the TE 21 mode is formed by hollowing out the central portion of the tube axis and arranging four open-ended probes at intervals of 90 degrees along the circumferential direction on the upper surface of the first dielectric substrate. A mode coupler;
Four tip open probes are arranged on the lower surface of the second dielectric substrate at intervals of 90 degrees along the circumferential direction and at a position shifted by 45 degrees from the tip open probe of the first mode coupler. A second mode coupler configured to detect the TE 21 mode;
A power combining circuit provided on the first and second dielectric substrates for combining the output signals of the first and second mode couplers;
A monopulse automatic tracking antenna feeding device comprising: a through hole provided in a portion where the horn antenna contacts the first and second dielectric substrates .
前記第1と第2の誘電体基板及び前記金属板は、層間に地導体層を有する誘電体多層基板で形成され、
前記第1と第2のモードカプラは、前記誘電体多層基板上に形成された
ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。 In the monopulse automatic tracking antenna feeding device according to claim 1,
The first and second dielectric substrates and the metal plate are formed of a dielectric multilayer substrate having a ground conductor layer between layers,
The monopulse automatic tracking antenna feeding device, wherein the first and second mode couplers are formed on the dielectric multilayer substrate.
前記第1と第2のモードカプラのうち一方に含まれる電力合成回路の出力信号を他方のモードカプラが形成される誘電体基板面まで層間接続により伝送し、前記第1と第2のモードカプラの出力電力を前記第1の誘電体基板または前記第2の誘電体基板のいずれか一方の誘電体基板面上でさらに電力合成する90度ハイブリッドをさらに備えた
ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。 In the monopulse automatic tracking antenna feeding device according to claim 1 or 2,
An output signal of a power combining circuit included in one of the first and second mode couplers is transmitted by interlayer connection to a dielectric substrate surface on which the other mode coupler is formed, and the first and second mode couplers are transmitted. The monopulse automatic tracking antenna further comprising a 90-degree hybrid that further combines the power of the output power of the first dielectric substrate or the second dielectric substrate on the dielectric substrate surface of the first dielectric substrate. Power supply device.
前記90度ハイブリッドが形成される誘電体基板上に、前記90度ハイブリッドの2つの出力端子に接続される不要波抑圧用のフィルタ回路を形成した
ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。 In the monopulse automatic tracking antenna feeding device according to claim 3,
A monopulse automatic tracking antenna feeding device, wherein a filter circuit for suppressing unnecessary waves connected to two output terminals of the 90-degree hybrid is formed on a dielectric substrate on which the 90-degree hybrid is formed.
前記フィルタ回路が形成される誘電体基板上に、低雑音増幅器、発振器、およびミキサによる高周波部品を実装して、中間周波数帯の信号成分を出力する
ことを特徴とするモノパルス自動追尾アンテナ給電装置。 In the monopulse automatic tracking antenna feeder according to claim 4,
A monopulse automatic tracking antenna feeding device, wherein high-frequency components including a low noise amplifier, an oscillator, and a mixer are mounted on a dielectric substrate on which the filter circuit is formed, and a signal component in an intermediate frequency band is output.
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