(57)【要約】【課題】アレーアンテナシステムの信頼性を向上させることが可能な技術を提供する。【解決手段】本発明のアレーアンテナ給電装置は、複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段とを備える。これによりコンパクトに冗長系を構成できる。【選択図】        図１
2005057377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするアレーアンテナ給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアレーアンテナ給電装置であって、故障した給電回路の代わりに用いる給電回路として、放射パターン形成への寄与が小さい給電回路を選択することを特徴とするアレーアンテナ給電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアレーアンテナ給電装置であって、給電回路を切り替えた後に、放射素子が所望の放射パターンを放射するように、前記放射素子に給電する位相及び／又は振幅を制御することを特徴とするアレーアンテナ給電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載のアレーアンテナ給電装置であって、前記スイッチ手段はマイクロ波マトリクススイッチであることを特徴とするアレーアンテナ給電装置。
【請求項５】
複数個の放射素子と、
前記複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするアレーアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナ給電装置に関し、特に、衛星搭載用のフェーズドアレーアンテナシステムに適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の衛星搭載用アンテナでは、給電系に冗長系を設けることで機器故障時用のバックアップ回路を構成している。例えば、放送衛星ＢＳ−２に搭載されている放送用アンテナは、反射鏡にアップリンク周波数である１４ＧＨｚ用のホーンと、ダウンリンク用（放送用）の１２ＧＨｚのホーンがそれぞれ１台づつ搭載されて放送波の受信と送信とが行われている。この放送用アンテナでは、受信系では１つの現用系に１つの冗長系、送信系では２つの現用系（２つの放送チャンネルに相当する）に１つの冗長系が設けられ、現用系が故障したときに切り替えが行われて放送が継続され、放送衛星の信頼性が確保されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の衛星搭載用アンテナとして、ハイブリッドマトリックス増幅器を２つに分割し、増幅器の冗長系を設けたものと冗長系を設けないものを構成することにより、増幅器の故障時にその影響が大きいハイブリッドマトリックス増幅器については冗長系による補償ができ、増幅器の故障時にその影響が小さいハイブリッドマトリックス増幅器についてはその故障を許容する給電システムを構築したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、図７に示すように、反射鏡に複数の給電ホーンを組み合わせた反射鏡型フェーズドアレーアンテナを衛星に搭載し、放射パターンを任意に変化させることにより、降雨域７０１の降雨減衰を補償する衛星搭載用フェーズドアレーアンテナシステムが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。このフェーズドアレーアンテナシステムでは、図８（ａ）に示すように、ホーンアレー８０１は複数個のホーンをアレイ状に配置した構成となっており、図８（ｂ）に示すように、直径１０メートル程度の反射鏡８０２に２００〜３００個の給電ホーンを組み合わせることにより、サービスエリア内の晴天域には規定値の送信電力を放射しながら（図７（ｂ）の「全国ビーム」参照）、直径１００キロメートル程度の降雨域７０１には規定値＋１０デシベルの増力を行うことができる構成となっている（図７（ｂ）の「増力ビーム」参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２８４０４６号公報（段落番号００６２）
【非特許文献１】
遠藤敬二、泉武弘共著「放送衛星の基礎知識」兼六館、第６章、衛星技術の図６−３（ｐ．１２１）
【非特許文献２】
田中祥次、山田哲也、村田孝雄、“放送衛星搭載用フェーズドアレー給電反射鏡アンテナの放射パターンの検討”、電子情報通信学会  技術報告、ＡＰ２００１−１６９、ＰＰ．６１−６７（２００２−１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
前記非特許文献１の例は、送信系のみに着目すると、１つの反射鏡と１つのホーンからなるアンテナであり、チャンネル数にもよるが、１つのホーンあたり少なくとも１つの冗長系は設けられることになる。
【０００７】
これに対して、図７に示すようなフェーズドアレーアンテナシステムでは、多数の給電ホーンを有する構成となっている。このようなフェーズドアレーアンテナにおける冗長系として、従来の技術にあるように１つのホーンに少なくとも１つの冗長系を設けた場合、当然のことながら、ホーンの数が２００〜３００個と多数配置されている場合は、全体として倍の数の冗長系が必要となり、給電回路が大規模なものになると同時に衛星への実装が困難となる。また、多数の冗長系を配置する場合には、フェーズドアレーアンテナシステムのコストも膨大なものとなる。
【０００８】
また、現用系故障時の予備となる冗長系を共通の冗長系として別途設ける方法（特許文献１参照）も考えられるが、２００〜３００系統にも上る現用系に対応できる冗長系の数は少なくとも５０系統程度は必要と考えられ、上記と同様な課題が生じる。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的はアレーアンテナ給電装置の冗長系として、現用系を冗長系に転用することにより、スイッチ手段のみでコンパクトに冗長系を構成して、アレーアンテナ給電装置およびアレーアンテナシステムの信頼性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１２】
（１）複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、前記複数個の給電回路のうちから選択された前記故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された前記放射素子に接続するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えるアレーアンテナ給電装置である。
【００１３】
（２）前述した（１）に記載のアレーアンテナ給電装置であって、故障した給電回路の代わりに用いる給電回路として、放射パターン形成への寄与が小さい給電回路を選択する。
【００１４】
（３）前述した（１）または（２）に記載のアレーアンテナ給電装置であって、給電回路を切り替えた後に、放射素子が所望の放射パターンを放射するように、前記放射素子に給電する位相及び／又は振幅を制御する。
【００１５】
（４）前述した（１）ないし（３）のうちのいずれかに記載のアレーアンテナ給電装置であって、前記スイッチ手段はマイクロ波マトリクススイッチである。
【００１６】
（５）複数個の放射素子と、前記複数個の放射素子それぞれに励振電力を給電するための複数個の給電回路と、前記複数の放射素子と前記複数の給電回路との接続を切り替えるスイッチ手段と、前記複数個の給電回路のうちの任意の給電回路が故障したときに、故障した給電回路を放射素子から切り離し、複数個の給電回路のうちから選択された故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を、切り離された放射素子に接続するようにスイッチ手段を制御する制御手段と、を備えるアレーアンテナシステムである。
【００１７】
すなわち、故障した給電回路の冗長系として、他の現用系の給電回路を用いるようにスイッチ手段を制御するので、現用系とは別の冗長系を設ける必要も無く簡易な構成で冗長系を構成することができる。
【００１８】
また、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続された給電回路で故障が生じた場合であっても、それより寄与の小さい給電回路を代わりに用いることにより、放射パターン品質の著しい劣化を防止することができる。
【００１９】
その結果、冗長系をコンパクトに構成できると共に、アレーアンテナシステムの信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、故障した給電回路の冗長系として、各給電系の放射パターン形成への寄与度に応じて、故障した給電系を切り替えることにより、放射パターン品質の劣化を最小限に抑えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、フェーズドアレーアンテナの給電回路に関するものであり、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続された給電回路が故障した際に、故障した給電回路出力を放射素子から切り離すとともに、放射パターン形成への寄与が比較的小さな放射素子に接続された給電回路出力を、マトリクススイッチを用いて放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続することにより、アンテナ放射パターンの形状を著しく損なうことなく放射パターンを再形成することで、衛星搭載用フェーズドアレーアンテナの信頼性を向上させるものである。
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
図１は本発明の一実施の形態であるアレーアンテナシステムの概略構成を説明するための図である。本実施の形態では、３本のホーンからなるアレーを例にして説明する。ここで、ホーンとはホーンアンテナの略であり、円錐ホーン、角錐ホーン、楕円ホーン等がある。放射素子は電波を放射する個々のアンテナの上位概念である。以下の説明において、ホーンと記載する場合も、一般的に放射素子と記載する場合もある。
【００２４】
図１において、１０１ａ〜１０１ｃは第１〜第３のホーン、１０２ａ〜１０２ｃは第１〜第３の線路、１０３ａ〜１０３ｃは第１〜第３の方向性結合器、１０４ａ〜１０４ｃは第１〜第３の増幅器、１０５ａ〜１０５ｃは第１〜第３の位相・振幅制御器、１０６ａ〜１０６ｃは第１〜第３の出力レベルセンサ、１０７ａ〜１０７ｃは第１〜第３の給電回路、１０８はマトリクススイッチ制御回路（制御手段）、１０９はマイクロ波マトリクススイッチ（スイッチ手段）である。
【００２５】
図１に示すように、第１のホーン１０１ａには、マイクロ波マトリクススイッチ１０９を経て第１の給電回路１０７ａが接続されている。同様に、第２のホーン１０１ｂには、マイクロ波マトリクススイッチ１０９を経て第２の給電回路１０７ｂが接続されている。同様に、第３のホーン１０１ｃには、マイクロ波マトリクススイッチ１０９を経て第３の給電回路１０７ｃが接続されている。第１〜第３の給電回路１０７ａ〜１０７ｃは、それぞれ第１〜第３の位相・振幅制御器１０５ａ〜１０５ｃ、第１〜第３の増幅器１０４ａ〜１０４ｃ、第１〜第３の方向性結合器１０３ａ〜１０３ｃから構成されている。
【００２６】
放送波信号はそれぞれの給電回路１０７ａ〜１０７ｃの第１〜第３の位相・振幅制御器１０５ａ〜１０５ｃに入力される。マイクロ波マトリクススイッチ１０９は第１のホーン１０１ａに接続された第１の線路１０２ａ、第２のホーン１０１ｂに接続された第２の線路１０２ｂ、第３のホーン１０１ｃに接続された第３の線路１０２ｃからなる。第１〜第３の方向性結合器１０３ａ〜１０３ｃの結合出力は第１〜第３の出力レベルセンサ１０６ａ〜１０６ｃに入力された後、そのレベルに応じたデジタル信号がマトリクススイッチ制御回路１０８に入力され、その制御出力はマイクロ波マトリクススイッチ１０９中の第１〜第３の線路１０２ａ〜１０２ｃを切り替える。
【００２７】
図１は、第１のホーン１０１ａが故障した場合のマイクロ波マトリクススイッチ１０９の状態を表している。本実施形態では、３本のホーンに接続される第１〜第３の給電回路１０７ａ〜１０７ｃが正常に動作している場合、第１の方向性結合器１０３ａの出力は第１の線路１０２ａを経て第１のホーン１０１ａに接続されている。同様に、第２の方向性結合器１０３ｂの出力は第２の線路１０２ｂを経て第２のホーン１０１ｂに接続されている。同様に、第３の方向性結合器１０３ｃの出力は第３の線路１０２ｃを経て第３のホーン１０１ｃに接続されている。ここでの状況として、第２のホーン１０１ｂの放射電力は第１および第３のホーン１０１ａ，１０１ｃに比べて小さいとする。ここで、第１の給電回路１０７ａが故障した場合、マトリクススイッチ制御回路１０８は、第１〜第３の出力レベルセンサ１０６ａ〜１０６ｃの出力から第２のホーン１０１ｂの出力が最も小さいと判断し、第２の給電回路１０７ｂを冗長系にする判断を行う。これにより、マイクロ波マトリクススイッチ１０９の第２の線路１０２ｂが第２のホーン１０１ｂから切り離されると共に、第１の線路１０２ａも故障した第１の給電回路１０７ａから切り離されて、第２の給電回路１０７ｂの出力は第１のホーン１０１ａに接続される。さらに、給電回路出力を切り替えた後、第２の給電回路１０７ｂの第２の位相・振幅制御器１０５ｂには、第１の給電回路１０７ａの第１の位相・振幅制御器１０５ａの設定値が設定され、放射パターンの著しい劣化を防ぐ。なお、給電回路を切り替えた後、所望の放射パターンとなるように、給電回路１０１ｂおよび１０１ｃの位相・振幅制御器１０５ｂおよび１０５ｃは再設計された励振位相および振幅に調整されることにより、放射パターンの劣化をさらに少なくすることができる。
【００２８】
図２は本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの一例を示す図である。ただし、図２（ａ）は全ての給電回路が正常に動作している場合の図であり、図２（ｂ）は第２の給電回路１０７ｂが故障している場合の図である。この例では放射素子として、４つのホーンを有するアレーアンテナシステムの場合について説明するが、第１〜第４の給電回路１０７ａ〜１０７ｄ、第１〜第４のホーン１０１ａ〜１０１ｄ、および図示しないマトリクススイッチ制御回路１０８は、図１に示すアレーアンテナシステムと同様である。
【００２９】
図２（ａ），（ｂ）から明らかなように、本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチは、４端子のうちの２端子ずつを接続する周知のマイクロ波帯の切り換えスイッチ（以下、スイッチと記す）から構成されており、このスイッチを１６個用いてマトリクス状に接続することにより構成される。各スイッチ２０１ａ〜２０１ｄ，２０３ａ〜２０３ｌは、端子Ａと端子Ｃとを接続すると共に端子Ｂと端子Ｄとを接続する図２中に十字で示す第１の動作モードと、端子Ａと端子Ｄとを接続すると共に端子Ｂと端子Ｃとを接続する第２の動作モードとを有している。各スイッチ２０１ａ〜２０１ｄ，２０３ａ〜２０３ｌの切り換えは、マトリクススイッチ制御回路からの制御信号に基づいて制御される構成となっている。
【００３０】
このように、本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチでは、１６個のスイッチ２０１ａ〜２０１ｄ，２０３ａ〜２０３ｌをマトリクス状に接続することにより、第１〜第４の給電回路１０７ａ〜１０７ｄの出力を４個のホーン１０１ａ〜１０１ｄのうちの何れにも供給可能としている。また、本実施の形態では、故障と判定した給電回路（例えば、第２の給電回路１０７ｂ）の出力を終端抵抗２０２ｅ〜２０２ｈの何れかに接続可能な構成とすると共に、第１〜第４の給電回路１０７ａ〜１０７ｄの何れにも接続されない終端抵抗２０２ｅ〜２０２ｈを他の終端抵抗２０２ａ〜２０２ｄに接続する構成となっている。
【００３１】
まず、図２（ａ）に基づいて、正常時すなわち全ての給電回路が正常に動作している場合における本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの動作を説明する。
【００３２】
図２（ａ）から明らかなように、スイッチ２０１ａ〜２０１ｄは拡大図として示すように、第１の給電回路１０７ａの出力が第１のホーン１０１ａに、第２の給電回路１０７ｂの出力が第２のホーン１０１ｂに、第３の給電回路１０７ｃの出力が第３のホーン１０１ｃに、第４の給電回路１０７ｄの出力が第４のホーン１ｄに接続されるように制御されている。２０３ａ〜２０３ｌで示すその他のスイッチ（十字で表している）は、図面において、上から下へ、左から右への信号経路となるように接続される（図２（ａ）の左下に示す接続となる）。終端抵抗２０２ａ〜２０２ｈは、図２（ａ）に示すように接続され、フェーズドアレーアンテナが正常に動作しているときには、全給電回路（第１〜第４の給電回路１０７ａ〜１０７ｄ）の出力は、すべてホーン（第１〜第４のホーン１０１ａ〜１０１ｄ）に接続される。
【００３３】
このように、第１〜第４の給電回路１０７ａ〜１０７ｄの全てが正常に動作している場合には、第１の給電回路１０７ａが第１のホーン１０１ａに、第２の給電回路１０７ｂが第２のホーン１０１ｂに、第３の給電回路１０７ｃが第３のホーン１０１ｃに、第４の給電回路１０７ｄが第４のホーン１０１ｄに、それぞれ接続されるように各スイッチ２０１ａ〜２０１ｄ，２０３ａ〜２０３ｌが制御される。
【００３４】
例えば、第１の給電回路１０７ａから出力される給電信号が第１のホーン１０１ａに給電される経路では、まず第１の給電回路１０７ａの出力は第２の動作モードのスイッチ２０１ａのＡ端子に入力され、給電信号はＤ端子より出力される。スイッチ２０１ａのＤ端子より出力された給電信号は第１の動作モードのスイッチ２０３ａのＢ端子に入力され、Ｄ端子より出力される。スイッチ２０３ａのＤ端子より出力された給電信号は第１の動作モードのスイッチ２０３ｂのＢ端子に入力され、Ｄ端子より出力される。スイッチ２０３ｂのＤ端子より出力された給電信号は第１の動作モードのスイッチ２０３ｃのＢ端子に入力され、Ｄ端子に接続される第１のホーン１０１ａに給電される。他の給電回路１０７ｂ〜１０７ｄから出力された給電信号も、前述と同様にして、それぞれ第２〜第４のホーン１０１ｂ〜１０１ｄに給電される。
【００３５】
このとき、スイッチ２０１ａは第２の動作モードとなっているので、終端抵抗２０２ａはＢ端子を介してスイッチ２０１ａのＣ端子に接続される。ここで、スイッチ２０３ｄ，２０３ｇ，２０３ｊはそれぞれ第１の動作モードとなっているので、スイッチ２０３ｄ，２０３ｇ，２０３ｊのＡ端子とＣ端子とが接続される。よって、終端抵抗２０２ａと終端抵抗２０２ｅとが接続され、この信号線路の電位はグランドに固定される。なお、他の終端抵抗２０２ｂ〜２０２ｄ，２０２ｆ〜２０２ｈが接続される信号線路も、前述と同様に、グランドに固定される。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に基づいて、故障時すなわち給電回路に故障が生じた場合における本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの動作を説明する。以下の説明では、第２の給電回路１０７ｂに故障が生じた場合について説明するが、第１〜第４の給電回路１０７ａ〜１０７ｄの何れに故障が生じた場合も同様の動作となる。また、以下の説明では、正常に動作している現用系の給電回路（第１，第３，第４の給電回路１０７ａ，１０７ｃ，１０７ｄ）のうちで、最も出力電力が小さい給電回路（第１の給電回路１０７ａ）を故障した給電回路（第２の給電回路１０７ｂ）の代わりに用いる構成としたが、これに限定されることはなく、正常に動作している現用系の給電回路のうちで、放射パターンへの寄与度に応じて故障した給電回路の代わりに用いる給電回路を選択することによっても、放射パターンへの影響を抑えることができることはいうまでもない。
【００３７】
図２（ｂ）から明らかなように、第２の給電回路１０７ｂが故障した場合、第２のホーン１０１ｂに接続していたスイッチ２０１ｂは十字になり、故障した第２の給電回路１０７ｂの出力は終端抵抗２０２ｆに終端される。同時に、最も出力電力が小さいと判断された第１のホーン１０１ａが第１の給電回路１０７ａから切り離されるとともに、スイッチ２０３ｄが十字から第１の給電回路１０７ａに第２のホーン１０１ｂを接続するように動作する。このとき、第１のホーン１０１ａの入力は終端抵抗２０２ａに終端される。以上の結果、フェーズドアレーアンテナとしては第１の給電回路１０７ａが第２のホーン１０１ｂに、第３の給電回路１０７ｃは第３のホーン１０１ｃに、第４の給電回路１０７ｄは第４のホーン１０１ｄにそれぞれ接続されて放射パターンの再形成が行われる。
【００３８】
このように、図２（ａ）に示す状態（全ての給電回路が正常に動作している状態）から第２の給電回路１０７ｂが故障した場合には、故障した第２の給電回路１０７ｂは第２のホーン１０１ｂから切り離されると共に、最も出力電力の小さいホーンに励振電力を給電していた給電回路、例えば、第１の給電回路１０７ａが第１のホーン１０１ａから切り離され、この切り離された第１の給電回路１０７ａが第２のホーン１０１ｂに接続されるように制御される。そして、第１の給電回路１０７ａに第２の給電回路１０７ｂに設定されていた設定値を設定するために、図示しないビーム形成回路の設定値が更新され、第２のホーン１０１ｂには故障した第２の給電回路１０７ｂが供給していた励起電力と同じ出力の励起電力が供給される。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態についてさらに説明する。
例えば図８に示される衛星搭載用フェーズドアレーアンテナにおいて、サービスエリアを覆う放射パターンを形成した場合、ホーンアレー８０１の励振電力分布はアレー中心部から周辺部へテーパー状に小さくなっており、アレー中心部に配置される放射素子ほど放射パターン形成への寄与が大きい。また、ホーンアレー８０１の周辺部に配置されるホーンは、概ね、放射パターンにおけるサイドロープレベルの抑圧に寄与している。
【００４０】
図３は、サービスエリア（日本）の晴天域を均一な放射電力で照射しつつ、降雨域７０１のみ（ここでは東京都、図７参照）の放射電力を増力した時の給電ホーンアレーの励振電力分布である。給電ホーンの数は１７３個の場合で、最も電力値の高いホーンを赤色で示し、電力値が低くなっていくにしたがってオレンジ、黄色、緑、青の各色で示している。なお、本明細書添付の図３には色は表示されていないが、図３の原本では中心部には赤色のホーンが多く分布し、周辺部には青色のホーンが多く分布している（後述する図５（ｂ）、図６（ｂ）においても同様である）。図３から給電ホーンアレーの励振電力はアレー中心部の放射素子ほど大きく放射パターン形成への寄与が大きいことがわかる。また、アレー周辺部の放射素子は電力レベルが小さいながらもサイドロープの抑圧に寄与しており、例えば図７の降雨域７０１が東京からその他の地域に移動した場合は、その移動に応じて、周辺部の特定の放射素子の電力が５ｄＢ程度上昇することも考えられる。しかしながら、アレー中央部の放射素子の大半が黄色から赤色で放射パターンの形成に寄与しているのに対して、周辺部のすべての放射素子が放射パターンの形成に寄与してはいない。図４は、図３に示した励振電力分布で１０メートルの反射鏡を使って放射パターンを形成した場合の一例である。日本の形状に沿って目的とする放射パターン（晴天域４０１、降雨域４０２）が形成されている。ここでの放射パターンの設計手法は非特許文献２に詳しく述べているのでここでは省略する。
【００４１】
このような衛星搭載用フェーズドアレーアンテナシステムにおいて、アレー中央部のホーンに接続された増幅器（電力増幅器）などの能動素子（現用系）が故障した場合は、放射パターンの形成に影響を与え、晴天域のサービスエリアを均一な放射電力で照射できないなどの影響が出てくる。例えば、図５（ｂ）に示すように、中央部の放射素子に励起電力を給電する給電回路のうちで、白丸○５０２で示す放射素子に接続される給電回路が故障した場合には、図５（ａ）に示すように点線で示す領域５０１の晴天域にレベルの落ち込みが生じ、均一な電力で照射することが困難になる。特に、給電回路部品の故障が、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子に接続された給電回路で生じた場合は、放射パターン品質の著しい劣化が生じることとなる。これを解決するためには、従来技術によれば、給電回路を２重化する方法が考えられるが、膨大な数の冗長系を用意する必要があるとともに、アレーアンテナは波長程度の放射素子間隔で放射素子が配置されるため給電系の実装も困難となる。これに対して、本実施形態ではマトリックススイッチを用いることでコンパクトに冗長系を構成することができる。
【００４２】
図６（ａ）は本発明の実施形態による放射パターンの一例であり、図６（ｂ）は本発明の実施形態による給電ホーンの励振電力分布の一例である。
【００４３】
本発明の実施の形態では、図６（ｂ）に５０２で示した中央部の放射素子に励振電力を供給する給電回路が故障した時に、放射パターンヘの寄与が少ない放射素子である図６（ｂ）の白丸６０２で示す放射素子に励振電力を供給する給電回路を用いて、図６（ｂ）に５０２で示した中央部の放射素子に励振電力を供給する。その結果、図６（ｂ）に白丸６０２で示す放射素子を使用せずに放射パターンを形成する。白丸６０２で示す放射素子を使用しないため放射パターンの劣化が予想されるが、最も電力レベルの小さい周辺部の放射素子である白丸６０２で示す放射素子に励振電力を供給する給電回路を冗長系として使用するため、図６（ａ）に示すように、６０１で示すサイドローブが若干乱れるのみで、放射パターンの劣化はほとんど生じないこととなる。すなわち、放射パターンの形成に寄与するホーンのうちで、最も電力レベルの小さい周辺部のホーンの出力が停止されるのみとなるので、放射パターンの劣化はほとんど生じないこととなる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の実施形態は、放射パターン形成への寄与が大きい放射素子用の給電回路の故障時に、放射パターン形成への寄与が比較的小さな放射素子に接続されている給電回路の出力を、マイクロ波マトリクススイッチを用いて放射パターン整形への寄与が大きい放射素子に切り替えることで、放射パターンの著しい劣化を防ぐものである。ここで、放射パターンヘの「寄与が大きい」「寄与が小さい」の区別はホーンアレー８０１の中央部と周辺部の場所的な違いのみで判断することも可能であるが、さらに正確な判定を行うために、各給電線路中の増幅器（電力増幅器）の出力部に組み込まれた方向性結合器の出力を出力レベルセンサーなどによりモニタリングすることにより行う。なお、マイクロ波マトリクススイッチはマイクロ波回路などで一般的に用いられるもので構成することができる。
【００４５】
また、本発明の実施形態のフェーズドアレーアンテナシステムは、故障系および冗長系の給電回路出力の切り替え回路を、マイクロ波スイッチからなるマトリクス回路で構成するとともに、そのマトリクス回路は、故障した給電回路出力および故障した給電回路に接続されていたホーンの入力の両方が、切り替え作業と同時に終端抵抗に終端される。
【００４６】
また、本発明の実施形態のフェーズドアレーアンテナシステムでは、複数の給電回路に故障が起こった場合でも、フェーズドアレーアンテナの放射素子に接続される給電回路の出力について、出力が最も小さい給電回路から順次、故障時の冗長系にすることにより、別途予備系の給電回路を必要としない。
【００４７】
以上説明した本実施形態により、放射パターン形成への寄与が大きいホーンに接続された給電回路で故障が生じた場合であっても、放射パターン品質の著しい劣化を防止することができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、現用系の給電回路を冗長系の給電回路に用いる構成となっているので、特別な冗長系の給電回路が不要となることから給電部の規模を小さくすることができ、アレーアンテナシステムのコストの低廉化を図ることができる。
【００４９】
さらには、特別な冗長系の給電回路が不要となることから給電部の規模を小さくすることができるので、衛星搭載用アレーアンテナシステムの重要な要素である重量の増加を抑えることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態のアレーアンテナシステムでは、フェーズドアレーアンテナの場合について説明したが、これに限定されることはない。
【００５１】
また、本実施の形態のアレーアンテナシステムでは、故障した給電回路よりも出力が小さい他の現用系の給電回路を用いて、故障した給電回路に接続されていたホーンに励振電力を給電する構成としたが、故障した給電回路が多くなってしまった場合には、放射パターンの再設計が必要となる場合もあることはいうまでもない。
【００５２】
さらには、本実施の形態のアレーアンテナシステムでは、給電回路とホーンとの組み合わせを任意に設定可能となるマイクロ波マトリクススイッチを備える構成としたが、これに限定されることはなく、例えば、給電回路とホーンとの組み合わせを制限しておき、この制限された組み合わせのうちで、故障した給電回路を現用系の給電回路で置き換える構成とすることによって、マイクロ波マトリクススイッチの回路規模を小さくすることができる。
【００５３】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００５５】
現用系のほかに別途冗長系を設ける必要がなく、給電系の多重化など予備給電回路を設置することが困難なアレーアンテナにおいて、簡単な構成で冗長系を形成することができ、衛星放送の信頼性を向上できる。
【００５６】
また、冗長系が不要となることから給電回路の規模が小さくなり、コストの低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるアレーアンテナシステムの概略構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態のマイクロ波マトリクススイッチの一例を示す図である。
【図３】降雨域のみの放射電力を増力した時の１次給電アレーの励振電力分布の一例を示したシミュレーション結果の写真である。
【図４】図３に示す励振電力分布での放射パターンの図である。
【図５】給電回路が故障した場合の放射パターンと励振電力分布とを説明するためのシミュレーション結果の写真である。
【図６】本願発明を適用して故障した給電回路を他の現用系の給電回路で置き換えた場合の放射パターンと励振電力分布とを説明するためのシミュレーション結果の写真である。
【図７】日本を覆う衛星搭載フェーズドアレーアンテナによる降雨減衰補償の概略構成を説明するための図である。
【図８】放送衛星に搭載する反射鏡型フェーズドアレーアンテナの概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１ａ〜１０１ｄ…第１〜第４のホーン
１０２ａ〜１０２ｃ…第１〜第３の線路
１０３ａ〜１０３ｂ…第１〜第３の方向性結合器
１０４ａ〜１０４ｃ…第１〜第３の増幅器
１０５ａ〜１０５ｃ…第１〜第３の位相・振幅制御器
１０６ａ〜１０６ｃ…第１〜第３の出力レベルセンサ
１０７ａ〜１０７ｄ…第１〜第４の給電回路
１０８…マトリクススイッチ制御回路
１０９…マイクロ波マトリクススイッチ
２０１ａ〜２０１ｄ，２０３ａ〜２０３ｌ…スイッチ
２０２ａ〜２０２ｈ…終端抵抗
８０１…ホーンアレー
８０２…反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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