JP2014023162A - １ビーム当たり複数の給電部を有するマルチビーム送受信アンテナ、複数アンテナのシステム、およびそのようなアンテナを含む衛星通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】１ビーム当たり複数の給電部を有するマルチビーム送受信アンテナ、複数アンテナのシステム、およびそのようなアンテナを含む衛星通信システムを提供する。
【解決手段】送受信アンテナは、平面の２方向に沿った４つの隣接する給電部のグループによりクラスタリングされた給電部１０ａ〜１０ｄのアレイを含み、各給電部は、直交偏波を有する２つの送信ポートおよび２つの受信ポートを含んでいる。４つの隣接する給電部１０ａ〜１０ｄの各グループＧ１〜Ｇ３毎に、同一周波数および偏波値のペアに対応する第１（Ｔ１ａ〜Ｔ１ｄ）または第２（Ｔ２ａ〜Ｔ２ｄ）送信ポートの各々、および第１（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｄ）または第２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｄ）受信ポートの各々が方向Ｘに２×２接続され、次いで方向Ｙに２×２接続されていて、４つの相互接続された送信ポートが送信ビームを形成し、４つの相互接続された受信ポートが受信ビームを形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、１ビーム当たり複数の給電部を有するマルチビーム送受信アンテナ、連続的なビームの形成を行う送受信アンテナのシステム、およびそのようなアンテナシステムの１つを含む衛星通信システムに関する。本発明は特に衛星通信の領域に、中でもいわゆる４色スキームにおける周波数再利用による衛星リソースの最適化に適用できる。

考察するマルチビームアンテナは少なくとも１つの反射器、例えば「オフセット放物面」として知られる放射ビームに対する給電部のずれを有する非対称放物面、および反射器の焦点に配置された一次給電部のアレイを含んでいる。各々の一次給電部は、例えばホーン型または他の任意の公知の種類の放射素子、および放射素子に給電する無線周波数ＲＦチャネルからなる。

従来、焦点アレイの各給電部には、アンテナから放射された細いビームおよび「スポット」として知られる地上カバレッジ領域が対応している。基本ビームが互いに分離されている場合、マルチビームによるアンテナの放射を得ることが可能であり、この分離は空間的であってよく、あるいは２本の隣接するビーム間の直交偏波または異なる周波数を用いて得られる。幾何学的法則により、所望の地上カバレッジをアンテナの焦点面に射影して、各スポットに対応する各々の一次給電部の位相中心の正確な位置合わせが可能になる。カバレッジが地上で等間隔に配置されたスポットからなる場合、２つの隣接スポット間のオフセットが、焦点面内で２つの隣接する給電部を分離する空間を直接決定する。

多数の連続的な細いビームの形成は、放物面反射器の焦点面に配置された多数の基本放射素子を含むアンテナの製造を示唆する。１ビーム当たり１つの給電部に対応するＳＦＰＢ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｅｅｄ Ｐｅｒ Ｂｅａｍ）構成における従来型アンテナの場合、円形二極化における送受信器能の実行を意図した無線周波数ＲＦチャネルの配置用に割り当てられた体積は、放射素子の放射表面に囲まれている。

無線周波数チャネルに結合された放射素子からなる各給電部がビームを形成する上記構成において、形成された各ビームが例えば基本放射素子を構成する専用ホーンにより伝送され、無線周波数チャネルが各ビーム毎に、ユーザーのニーズに応じて選択された周波数帯域で１つの偏波における送信／受信器能を実行する。スポットに対する良好な放射効率を得るために、放射アレイのホーンは、反射器の縁への照射を充分に低レベルにすることにより溢れ出しに起因する損失を抑制可能にすべく、放射アレイが充分指向性を発揮するのに充分な空間を有していなければならない。スポット同士は交互に配置されているため、アンテナの２つの給電部間の空間は、所望の無線周波数性能を実現するにはホーンの物理的寸法と整合していない場合がある。例えば、スポットサイズが１°未満の場合があてはまる。この問題を解決すべく、各々がカバレッジの３分の１〜４分の１を受け持つ３〜４つの異なるアンテナが一般的に選択される。従って、同一アンテナによりカバレッジの２つの隣接スポットが生じることはない。アンテナアレイのレイアウトに制約が無い場合、この構成により一般に極めて有効なアンテナ性能が得られるようになる。しかし、ビームの直径が小さくなった場合、幾何学的な制約が増大し、３〜４つのアンテナにまたがるカバレッジを共有するもかかわらず、各ホーンを設置するのに充分な空間を用意することができない。サイズが０．２°〜０．４°の範囲にある極めて狭いスポットの場合、焦点アレイの各給電部に割り当てられる空間が極めて小さくなり、焦点アレイの各給電部から見た反射器の位置が所定の角度よりも低いため、溢れ出し損失を回避するのに充分な指向性を給電部が発揮できない。

多数の連続的な細いビームの形成を可能にする第２のアンテナ構成は、１ビーム当たりいくつかの給電部を用いるＭＦＰＢ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｆｅｅｄｓ Ｐｅｒ Ｂｅａｍ）構成による２アンテナのシステムを用いる。一般に、第１アンテナＴｘが送信器として動作し、第２アンテナＲｘが受信器として動作し、各アンテナ毎に、いくつかの隣接する基本給電部が発した信号を結合することにより各ビームが形成され、これらの給電部のいくつかを再利用して連続的なビームを形成する。給電部を再利用することで満足すべき放射効率が得られ、これはいくつかのビームの形成に寄与し、各ビームに割り当てられる放射表面を拡大すると共に溢れ出し損失の減少を可能にする。同一周波数および偏波を有するいくつかのビーム間で給電部を共有する場合、いわゆる直交則を成立させることにより放射素子を共有するビーム同士が独立している状態を生起することが可能である。直交性は、同一放射素子を共有するビーム形成ネットワークＢＦＮの分配回路を２対２に分離する指向性カプラを用いて実現される。しかし、直交制約は、アンテナの放射パターンの変形および分配回路の複雑さに関係する再結合回路の抵抗損失の増大をもたらす。累積損失は往々にして顕著、すなわち１ｄＢのオーダーである。更に、ビーム形成器の複雑さを、１スポット当たり２放射素子の再利用率に制限することが必要である。これは、２本の隣接するビームの結合回路を２つの隣接する放射素子に対応する距離だけ物理的に分離することにつながる。０．２°〜０．３°の範囲の角度的にずれているスポットの場合、見かけの焦点距離が、極めて大きく、例えば１０メートルのオーダーになり得る。最後に、２本の隣接するビームを形成する際の給電部の再利用には、結合回路の寸法、ビーム形成器の重量、および各アンテナ毎に振幅および位相法則を成立させる複雑さに関する重大な短所がある。実際、１偏波当たり２つの給電部を再利用する場合、基本無線周波数ＲＦチャネルの数が、形成されるスポットの数の４倍超に増える。従って、１００つのスポットの場合、４００つの放射素子を超えるＲＦチャネルの数が必要となり、５００ｍｍ×５００ｍｍのオーダーの焦点面の表面を必要とする。ビーム形成器の重量と体積は従って扱い難くなる。

仏国特許第２９３９９７１号明細書により、不均衡な分岐カプラが関連付けられた２本の分岐を有する非対称ＯＭＴを用いて極めて小型の無線周波数チャネルを生成できることが知られている。この無線周波数チャネルは、送信器および受信器として二重偏波で動作し、寸法がホーン直径を上回らない無線周波数要素および結合回路を含んでいる。

本発明の目的は、１ビーム当たり複数の給電部を有するマルチビーム送受信アンテナ、および既存アンテナシステムの短所を克服して連続的なビームの形成を行う送受信アンテナのシステムを提供することにより、隣接するビームの形成に直交ＢＦＮを用いる必要をなくすと共に、０．２°〜０．４°の範囲に開口角を有する多数の細い連続的なビームが得られるようにして、各ビームに対応するスポットと呼ばれる地上カバレッジ領域を良好にカバーすると同時に、アンテナの数および寸法を削減することである。

この目的のため、本発明は、少なくとも１つの反射器および反射器を照射するいくつかの給電部のアレイを含んでいて１ビーム当たり複数の給電部を有するマルチビーム送受信アンテナに関し、当該給電部は、平面の２方向Ｘ、Ｙに沿って互いに間隔が空けられたいくつかのグループにクラスタリングされていて、各給電部は無線周波数チャネルに接続された放射素子を含んでいる。各給電部は、同一周波数Ｆ１および互いに直交する偏波を有する第１および第２送信ポートと、同一周波数Ｆ２および互いに直交する偏波を有する第１および第２受信ポートを含んでいる。これらの給電部は、方向Ｘ、Ｙにおいて４つの隣接する給電部のグループにクラスタリングされている。４つの隣接する給電部の各グループ毎に、同一周波数および偏波値のペアに対応する第１または第２送信ポート、および第１または第２受信ポートが、方向Ｘに２×２接続され、次いで方向Ｙに２×２接続されていて、４つの相互接続された送信ポートが送信ビームを形成し、４つの相互接続された受信ポートが受信ビームを形成している。

有利な点として、方向Ｘにおける２つの連続する隣接グループが方向Ｘにおいて１つの給電部に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられていて共通の２つの給電部を共有し、方向Ｙにおける２つの連続する隣接グループが方向Ｙにおいて２つの給電部に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられていて共通の給電部を共有せず、４つの給電部の各グループが送信ビームおよび受信ビームを形成するようにできる。

代替的に、方向Ｘにおける２つの連続する隣接グループが方向Ｘにおいて１つの給電部に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられ、方向Ｙにおける２つの連続する隣接グループが方向Ｙにおいて１つの給電部に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられていて、４つの給電部の各グループが送信ビームおよび受信ビームを形成するようにできる。

有利な点として、各ビームの形成に際して、４つの給電部のグループの送信または受信ポート間の接続は分配回路により実現され、当該分配回路は互いに独立した異なるビームの形成専用である。

有利な点として、給電部の２つのグループのうち第１グループにおいて、第１送信ポートの各々と、同一偏波の第１受信ポートの各々とが方向Ｘに２×２接続され、次いで方向Ｙに２×２接続され、当該２つのグループのうち第２グループにおいて、第２送信ポートの各々と、同一偏波の第２受信ポートの各々とが方向Ｘに２×２接続され、次いで方向Ｙに２×２接続されている。

本発明はまた、２つの送受信アンテナを含む、連続的なビームの形成を行う送受信アンテナのシステムに関し、２つの送受信アンテナは空間内の第１方向Ｕにおいて同一の整列方向を有し、空間内の第２方向Ｖにおいて角度的にずれている。

有利な点として、２つの送受信アンテナの整列方向間の角度的なずれは、２つのアンテナにより地上に形成されたスポット列のうち１つのスポットに等しいオフセットに対応する。

本発明はまた、２つの送受信アンテナの少なくとも１つのシステムを含む衛星通信システムにも関する。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、完全に例示的且つ非限定的な例による記述を精査することにより明らかになろう。

本発明による、送受信給電部の例示的な模式図である。 本発明による、図１ａの送受信給電部の４つのポートを示す断面図である。 本発明による、送受信を行う間に二重偏波機能として動作する例示的無線周波数チャネルの模式図である。 本発明による、連続的なビームの形成を行う２つの送受信アンテナシステムを示す例示的な模式図である。 本発明による、連続的なビームの形成を行う２つの送受信アンテナシステムにより生じる地上カバレッジ領域の例を示す模式図である。 本発明による、給電部が六角形メッシュアレイに配置され、且つ方向Ｘ、Ｙが互いに９０°とは異なる角度をなす場合において、給電部のアレイの方向Ｘにおける２つの隣接するグループ間で２つの給電部を共有し、方向Ｙに沿っては給電部を共有しない、各送受信アンテナの４つの給電部のグループの第１構成例の模式図であって、図を簡素化すべく給電部を省略している。 本発明による、送受信アンテナの給電部のポートを方向Ｘにおいて２×２接続する第１レベルの分配を示す模式図である。 本発明による、送受信アンテナの給電部のポートを方向Ｙにおいて２×２接続する第２レベルの分配を示す模式図である。 本発明による、給電部が六角形メッシュに配置され、且つ方向Ｘ、Ｙが互いに９０°の角度をなす場合において、方向Ｘにおける２つの隣接するグループ間および方向Ｙにおける２つの隣接するグループ間で１つの給電部を共有する、各送受信アンテナの４つの給電部のグループの第２構成例の模式図である。 本発明による、図６ａの構成を有する２つのアンテナで得られるカバレッジの例である。 本発明による、給電部が正方形メッシュに配置され、且つ方向Ｘ、Ｙが互いに９０°の角度をなす場合において、方向Ｘにおける２つの隣接するグループ間および方向Ｙにおける２つの隣接するグループ間で１つの給電部を共有する、各送受信アンテナの４つの給電部のグループの第３の構成例の模式図である。 本発明による、図７ａに対応するアンテナの特定のケースの模式図である。 本発明による、図７ｂの特定のケースに対応する構成を有する１つのアンテナで得られるカバレッジの例である。

図１ａに、本発明による送受信給電部の例を示す。送受信給電部１０は、例えばホーン型の放射素子１１、およびホーン１１に接続された無線周波数チャネル１２からなる。図１ｃに断面を示す無線周波数チャネル１２は、送受信用に二重偏波で動作する小型化された新世代チャネルである。無線周波数チャネル１２は送信用に２つの送信ポートＴ１をＴ２を含み、当該無線周波数チャネルは受信用に２つの受信ポートＲ１、Ｒ２を含み、図１ｂに断面を示す４つのポートＴ１、Ｔ２、Ｒ１、Ｒ２は無線周波数要素および結合回路１３を介して放射素子１１に接続されている。同図において給電部１０は、図１ｂの４つのポートを囲む円で示す。無線周波数要素は、断面が円形または正方形をなす小型の励起子１４、例えば標準モードトランスデューサ（ＯＭＴ））を含み、励起子１４は、９０°の角度で間隔が空けられ、励起子１４の長手方向の１または複数の壁に配置された２つの結合スロット１６、１７を介して分岐カプラ１５に結合されている。２つの送信ポートＴ１、Ｔ２が分岐カプラ１５の２本の異なる分岐に接続されている。励起子１４は、長手軸Ｚに沿って配置された２つの終端１８、１９の間で、軸Ｚに沿って長手方向に延在している。例えばホーン型の放射素子１１が励起子１４の第１終端１８に接続され、２つの受信ポートＲ１、Ｒ２が励起子１４の第２終端１９に接続されている。ＯＭＴは、第１偏波を示す第１電磁モード、または第１偏波に直交する第２偏波を示す第２電磁気のモードのいずれかにより選択的に、（送信を行う間）ホーン１１に給電するか、または（受信を行う間）ホーン１１により給電される。２つの電場要素が関連付けられた第１および第２偏波は、線形であり、各々水平偏波および垂直偏波として知られる。

２つの送信ポートＴ１、Ｔ２は、２つの受信ポートＲ１、Ｒ２と同様に、互いに直交する２つの偏波、例えば右および左円偏波、または互いに直交する２つの線形偏波において動作する。文献仏国特許第２９３９９７１号明細書に記述されているように不均衡分岐カプラ１５が関連付けられた２本の分岐を有する非対称ＯＭＴを用いることにより、給電部１０は極めて小型であって、無線周波数要素および無線周波数チャネル１２の結合回路の寸法はホーン１１の直径、すなわち約３０ｍｍを超えない。等間隔に配置された同一ホーンのアレイを含むアンテナの場合、各ホーン専用の各無線周波数チャネルは、ホーンの直径に対応する約３０ｍｍの寸法の六角形メッシュに収まる。

図２ａに、本発明による、連続的なビームの形成を行う送受信アンテナのシステムを示す。当該アンテナシステムは、各アンテナが送信器Ｔｘおよび受信器Ｒｘとして動作する２つのアンテナ２１、２２を含み、送信周波数Ｆ１は受信周波数Ｆ２とは異なる。２つのアンテナ２１、２２は各々放射アレイ２３、２４を含み、各放射アレイ２３、２４は平面の２方向Ｘ、Ｙに編成されたいくつかの給電部を含んでいる。各給電部は、無線周波数チャネル１２に接続された放射素子１１、２つの送信ポートＴ１、Ｔ２および２つの受信ポートＲ１、Ｒ２を含み、２つの送信ポートＴ１、Ｔ２は、互いに直交する偏波Ｐ１、Ｐ２を有し、２つの受信ポートＲ１、Ｒ２は互いに直交する偏波Ｐ１、Ｐ２を有している。送信ポートＴ１、Ｔ２および受信ポートＲ１、Ｒ２の偏波は、例えば線形または円形であってよい。アンテナの異なる光学的構成、例えばグレゴリアン、カスグレン等が可能であり、アンテナは特に放射アレイに関連付けられた１つまたは２つの反射器を含んでいてよい。図２ａにおいて、各アンテナ２１、２２は、対応するアンテナ２１、２２の放物面反射器の焦点面に配置された放射アレイ２３、２４により照射される各々の放物面反射器２５、２６を含んでいる。各アンテナは、地上カバレッジの選択された領域、例えばある地方、国、いくつかの国のグループ、大陸、または他の地域へ向けて、各々の整列方向２７、２８に整列されている。

カバーされる地域が、例えばチリのように細長い形状であって基本的に空間内の単一方向Ｕに延在する場合、本発明は、地上でスポットの良好な重なりを得ながら１つの送受信アンテナで送受信を行う間に地域全体をカバーすることが可能になる点で有利である。

カバーされる地域が、地球表面の２方向Ｕ、Ｖに延在する場合、アンテナ給電部の特定の構成において、特に給電部が正方形メッシュに配置されている場合、本発明による１つのアンテナにより準完全なカバレッジを得ることが可能である。他の構成において、特に給電部が六角形メッシュに配置されている場合、送受信を行う間、Ｕ、Ｖ両方向におけるスポットの良好な重なりを得るために２つの同一寸法の送受信アンテナに依存することが必要な場合もある。完全なカバレッジを得るために２つのアンテナが用いる場合、第１アンテナ２１は、送受信を行う間、空間内の第１方向Ｕにおいて所望のカバレッジ全体を、および空間内の第２方向Ｖにおいて所望のカバレッジの第１半部をカバーすることを意図されている。第２アンテナ２２は、送受信を行う間、所望のカバレッジの第２半部を保証すべく空間内の第２方向Ｖにおいて、第１アンテナ２１のカバレッジの穴を埋めることを意図されている。従って２つのアンテナにより、方向Ｕ、Ｖにおける所望のカバレッジ全体を再構成することが可能になる。

非限定的な例として、図２ｂに、２つのアンテナ２１、２２により得られるカバレッジの例を示す。スポット１は第１アンテナ２１により得られる地上カバレッジ領域に対応し、スポット２は第２アンテナ２２により得られる地上カバレッジ領域に対応している。同図は、方向Ｕにおいて、第１アンテナ２１により得られるスポット１が２つの隣接スポット１同士がわずかに重なり合いながら接触しているのに対し、方向Ｖにおいてスポット１は接触せず、カバレッジに穴が生じていることを示している。第２アンテナ２２により得られるスポット２は、スポット２の追加的な列を構成し、スポット２の各列がスポット１の連続する２列の間に交互に配置されているため、第１アンテナ２１のカバレッジの穴を埋めることが可能になる。非限定的な例として、８行８列のマトリクスに配置された６４もの放射素子を各々が含む２つのアンテナにおいて、２つのアンテナの１２８もの放射素子により、空間内の２方向においてスポットの良好な重なりを得ながら、空間内の２方向に４２もの連続的なスポットを地上に形成することが可能になる。

各アンテナ２１、２２毎に、地上のスポットに対応する各送信ビームおよび各受信ビームは、２×２マトリクスに配置された４つの隣接する無線周波数給電部から発せられた信号を結合することにより形成された。２本の隣接するビームは、給電アレイの第１方向Ｘまたは第２方向Ｙにおける２つの隣接するグループにより形成された。

図３に、給電部が六角形メッシュのアレイに分布している場合の無線周波数給電部１０の４×４グループ化の第１例を示すが、同一構成が例えば正方形メッシュのように他の種類のメッシュでも実現可能である。本例では、Ｘ、方向Ｙは、互いに直交するように選択されておらず、例えば１２０°または６０°の角度であってもよい。４つの給電部の各グループにより、送信ビームおよび受信ビームを形成することが可能になる。ビーム形成装置は、カプラを一切含んでおらず、互いに同一色のポートを接続する導波管で作られた分配回路のみを含んでいる。各ビームは、１ビーム毎に独立した専用の分配回路により形成されている。分配回路は、送信を行う間は信号結合器として動作し、受信を行う間は信号分配器として動作する。送信ビームの形成専用の分配回路は、同一４×４グループの４つの給電部の送信ポートＴ１またはＴ２の１つを接続し、４つの相互接続された送信ポート同一色を有している。同様に、受信ビーム形成専用の分配回路は、同一４×４グループの４つの給電部の受信ポートＲ１またはＲ２の１つを接続し、４つの相互接続された受信ポートは同一色を有している。送受信を行う間、２本の隣接するビームが、方向Ｘにおいて隣接する２つのグループＧ１、Ｇ１または方向Ｙにおいて隣接するＧ２、Ｇ３により形成され、各グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４．．．ＧＮは各々４つの給電部１０からなり、２つの隣接するグループＧ１、Ｇ２は、アンテナの第１方向Ｘにおいて給電部の寸法（図３の無線周波数給電部１０の直径Ｄに等しい）に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられ、２つの隣接するグループＧ１、Ｇ３は、アンテナの第２方向Ｙにおける２つの給電部の寸法（図３の２つの無線周波数給電部の直径２Ｄに等しい）に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられている。従って、この第１例では、方向Ｘにおいて、２本の隣接するビームの形成に寄与する４つの無線周波数給電部の２つのグループＧ１、Ｇ２は２つの給電部を共有するのに対し、方向Ｙにおいて、２本の隣接するビームの形成に寄与する４つの無線周波数給電部の２つのグループＧ１、Ｇ３は給電部を共有しない。２つの隣接するグループ間での無線周波数給電部の共有は従って、アンテナの単一方向Ｘでしか実現されないため、送信器および受信器として動作する１つのアンテナにより、空間内第１方向Ｕでは完全であるが、空間内の第２方向Ｖでは不完全なカバレッジを保証することが可能になる。第２アンテナ２２により、送受信を行う間、空間内の第２方向Ｖにおいて間隔が空けられたスポット２の追加的な列を形成して、送受信を行う間、第１アンテナ２１のカバレッジの穴を埋めることが可能になる。

各アンテナにより形成されたビームは、４つの給電部の各グループ毎に、同一色、すなわち同一周波数および同一偏波のポートを接続する２レベルの分配を含んでいるビーム形成器により形成された。従って、本発明によれば、各ビームが、他のビームを形成する分配回路から独立した専用の分配回路により形成された点が有利である。各ビームは、４つの給電部のグループにより専用の分配回路を介して４つの給電部の４つのポートを相互接続することにより形成され、４つの接続されたポートは同一色を有し、各色は周波数と偏波のペア（Ｆ１、Ｐ１）、（Ｆ２、Ｐ２）、（Ｆ２、Ｐ１）、（Ｆ２、Ｐ２）に対応している。４つの給電部の各グループは従って、相互接続されていて送信ビームの形成を可能にする同一色の４つの送信ポート、および相互接続されていて受信ビームの形成を可能にする同一色の４つの受信ポートを含んでいる。２つの送信ポートおよび２つの受信ポートを含む同一グループの各給電部の各々において、隣接するグループの給電部と共に、送信ポートおよび受信ポートが、各々送受信用に、他の２本のビームの形成に利用可能な状態で残る。

第１レベルの分配の例を図４に示す。本例において、第１分配レベルは、４つの無線周波数給電部の各グループ毎に、方向Ｘにおいて隣接する２つの無線周波数給電部１０ａ、１０ｂの第１送信ポートＴ１ａ、Ｔ１ｂと受信ポートＲ１ａ、Ｒ１ｂとを２×２接続する２つの第１分配回路Ｃ１、Ｃ２、および方向Ｘにおいて隣接する２つの無線周波数給電部１０ｃ、１０ｄの第１送信ポートＴ１ｃ、Ｔ１ｄと受信ポートＲ１ｃ、Ｒ１ｄを２×２接続する２つの第１分配回路Ｃ３、Ｃ４、すなわち、４つの無線周波数給電部１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄの各グループ毎に４つの第１分配回路Ｃ１〜Ｃ４を含んでいる。第１分配回路Ｃ１、Ｃ２は、４つの給電部の同一グループＧ１の隣接する第１および第２給電部１０ａ、１０ｂの２つの第１送信ポートＴ１ａ、Ｔ１ｂの各々と、２つの第１受信ポートＲ１ａ、Ｒ１ｂの各々とを方向Ｘにおいて２×２接続する。接続された２つの第１送信ポートＴ１ａ、Ｔ１ｂは、同一偏波Ｐ１および同一動作周波数Ｆ１を有し、接続された２つの第１受信ポートＲ１ａ、Ｒ１ｂは同一偏波Ｐ１および同一動作周波数Ｆ２を有している。同様に、第１分配回路はＣ３、Ｃ４は、４つの給電部の同一グループＧ１の２つの第３および第４の隣接する給電部１０ｃ、１０ｄの２つの第１送信ポートＴ１ｃ、Ｔ１ｄ、および２つの第１受信ポートＲ１、Ｒ１ｄを各々方向Ｘにおいて２×２接続する。接続された２つの第１送信ポートＴ１ｃ、Ｔ１ｄは同一偏波Ｐ１および同一動作周波数Ｆ１を有し、接続された２つの第１受信ポートＲ１ｃ、Ｒ１ｄは同一偏波Ｐ１および同一動作周波数Ｆ２を有している。

無線周波数給電部１０ａは４つのポートを含み、その２つの送信ポートＴ１ａ、Ｔ２ａおよび２つの受信ポートＲ１ａ、Ｒ２ａが、第１送信ポートＴ１ａ、Ｔ１ｂ、および受信ポートＲ１ａ、Ｒ１ｂの各々の組み合わせが実行された後で、４つの給電部の第１グループＧ１の２つの隣接する無線周波数給電部１０ａ、１０ｂに接続され、２つの無線周波数給電部１０ａ、１０ｂは各々、自由で順次各々方向Ｘにおいて、第１グループＧ１から１つの給電部に対応するピッチＬ１分の間隔が空けられた４つの給電部の第２グループＧ２に属している隣接する給電部の第２送信ポートおよび第２受信ポートに接続可能な第２送信ポートＴ２ａ、Ｔ２ｂおよび第２受信ポートＲ２ａ、Ｒ２ｂを含んでいる。例えば、図４において、第２グループＧ２の４つの給電部は、給電部１０ｂ、１０’ａ、１０ｄ、１０’ｃである。給電部１０ｂの送信Ｔ２ｂおよび受信Ｒ２ｂポートは各々給電部１０’ａの送信ポートＴ’２ａおよびＲ’２ａに接続され、給電部１０ｄのポートＴ２ｄおよびＲ２ｄは各々給電部１０’ｃのポートＴ’２ｃおよびＲ’２ｃに接続されている。２つの隣接する給電部の２つの各ポート間の接続は、放射アレイの縁まで４つの給電部の全てのグループについて同様に実現される。アンテナの放射アレイの縁に配置された給電部は隣接する給電部を１つしか有しておらず、各々は自由なままである各１つの送信ポートＴ２ａ、Ｔ２ｃおよび１つの受信ポートＲ２ａ、Ｒ２ｃを含んでいる。

第２レベルの分配の例を図５に示す。第２分配レベルは、第２分配回路Ｄ１、Ｄ２を含み、その各々が、４つの無線周波数給電部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの各グループＧ１毎に、方向Ｘにおいて接続された第３および第４の無線周波数給電部の２つの第１送信ポートＴ１ｃ、Ｔ１ｄに方向Ｘにおいて接続された第１および第２給電部１０ａ、１０ｂの２つの第１送信ポートＴ１ａ、Ｔ１ｂを一方とし、方向Ｘにおいて接続された第３および第４の無線周波数給電部１０ｃ、１０ｄの２つの第１受信ポートＲ１ｃ、Ｒ１ｄに方向Ｘにおいて接続された第１および第２無線周波数給電部１０ａ、１０ｂの２つの第１受信ポートＲ１ａ、Ｒ１ｂを他方として、方向Ｙにおいて２×２接続する。分配回路Ｄ１の出力は周波数Ｆ１および偏波Ｐ１のスポットの送信ポートＴｘであり、分配回路Ｄ２の出力は周波数Ｆ２および偏波Ｐ１のスポットの受信ポートＲｘである。同様に、４つの給電部の各グループ毎に、第１分配レベルの第１分配回路により２×２接続された同一周波数および同一偏波の全てのポートが、アンテナの全ての送受信スポットを形成するように第２レベルの分配回路により相互接続される。送信を行う間、分配回路は信号結合器として動作し、受信を行う間、アンテナのビーム形成器の動作は反転して分配回路は信号分配器として動作する。

方向Ｕにおいて、各スポットは４つの無線周波数給電部のグループにより生成され、給電部１つ分の間隔が空けられているために２つの給電部を共有する２つの隣接するグループにより２つの隣接するスポットが生成される。この構成により、１つのアンテナを用いて、且つ２本の隣接するビームを形成する直交回路を用いることなく、方向Ｕにおける良好なスポット重なり、および送受信を行う間、当該方向Ｕにおいて穴が存在しない地上カバレッジ領域を得ることが可能になる。Ｖ方向において．各スポットは４つの無線周波数給電部のグループにより生成され、給電部２つ分の間隔が空けられているために給電部を共有しない２つの隣接するグループにより２つの隣接スポットが生成される。１つのアンテナにより得られるスポットは方向Ｖにおいて重ならず、地上カバレッジ領域には当該方向Ｖにおいて穴が存在する。しかしこの種の地上カバレッジは、例えばチリのように細長い形状の地域をカバーするには充分である。この場合１つの送受信アンテナ２１で充分である。

空間内の２方向Ｕ、Ｖに沿って延在するより大きな地域については、図２ａ、２ｂに示すように、完全なカバレッジを得るために２つの送受信アンテナ２１、２２が必要な場合がある。第１アンテナ２１の方向Ｖにおいて第２アンテナ２２がカバレッジの穴を埋めるように、第２アンテナ２２の整列方向２８は、第１アンテナ２１の整列方向２７に対して角度的にずれている。２つのアンテナの整列方向における、一方に対する他方の、角度的なずれは、第１アンテナ２１により地上で形成されるスポット１の列に対する、第２アンテナ２２により形成されたスポット２の列の方向Ｖにおけるずれに対応しており、２つのアンテナの整列方向２７、２８は方向Ｕにおいて同一である。各アンテナは、送受信を行う間、方向Ｕにおいて全部のスポットを、および方向Ｖにおいて２列のスポットのうち１列を形成する。第２アンテナ２２により形成されたスポットの列のずれは、１つのスポットの直径に概ね対応しているため、方向Ｖにおいて、第１アンテナ２１により形成された２つの連続的なスポット列１の間に追加的なスポット列１を挿入することにより、スポット１、２の間に良好な重なりが得られ、２つの送受信アンテナにより生じるカバレッジの穴を埋めることが可能になる。

図６ａに、給電部が六角形メッシュとしてアレイに分配され、２方向Ｘ、Ｙが互いに９０°の角度をなす場合の無線周波数給電部１０の４×４グループ化の第２の例を示す。当該第２例において、方向Ｘにおける２つの隣接するグループが１つの無線周波数給電部を共有し、方向Ｙにおける２つの隣接するグループもまた１つの給電部を共有している。２つの隣接するグループＧ１、Ｇ２は、アンテナの第１方向Ｘにおける１つの給電部の寸法に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられ、２つの隣接するグループＧ１、Ｇ３は、アンテナの第２方向Ｙにおける１つの給電部の寸法に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられていて、ピッチＬ２は従ってピッチＬ１に等しい。図６ａの構成により得られるカバレッジの例を図６ｂに示す。このカバレッジは、送受信を行う間、完全なカバレッジを得るべく２つの送受信アンテナを用いて得られる。第１および第３の水平線のスポット１が第１アンテナにより生じ、第２水平線のスポット２が第２アンテナにより生じる。

図７ａに、給電部が正方形メッシュとしてアレイに分配され、２方向Ｘ、Ｙが互いに９０°の角度をなす場合の無線周波数給電部１０の４×４グループ化の第３の例を示す。当該第３例において、２つの隣接するグループが１つの無線周波数給電部を共有し、当該共有は、方向Ｘにおいて隣接するグループと方向Ｙにおいて隣接するグループとの間で実現される。図６ａの場合と同様に、２つの隣接するグループＧ１、Ｇ２は、アンテナの第１方向Ｘにおける１つの給電部の寸法に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられ、２つの隣接するグループＧ１、Ｇ３は、アンテナの第２方向Ｙにおける１つの給電部の寸法に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられている。正方形メッシュの場合、放射素子は、六角形メッシュの場合よりも互いに近接して配置できるため、アンテナサイズが同一の場合、給電部の数、従って地上のスポットの数を増やすことができる。従って１つのアンテナにより、送受信を行う間、完全なカバレッジを得ることができる。図７ｂ、７ｃに、正方形メッシュアレイおよび各４つの給電部からなる５つのグループにグループ化され、各グループが隣接するグループと１つの給電部を共有している１６個の給電部を含むアンテナの例を示す。給電部の５つのグループにより、対応するカバレッジを示す図７ｃに示すように、送信を行う間に５つのスポットを生成し、受信を行う間に５つのスポットを生成することが可能になる。

完全なカバレッジはまた、給電部の隣接するグループが方向Ｘ、Ｙにおいて１つの給電部を共有する六角形メッシュを有する放射アレイを用いて１つのアンテナにより得ることができるが、アンテナ性能の劣化を伴う。

本発明について特定の実施形態との関連で記述しできたが、本発明はこれらに一切限定されず、記述した手段並びに本発明の範囲に含まれるならばそれらの組合せの全ての技術的等価物が含まれることは明らかである。

１０ 給電部
１０ａ 給電部
１０ｂ 給電部
１０ｃ 給電部
１０ｄ 給電部
１０’ａ 給電部
１１ 放射素子
１２ 無線周波数チャネル
１３ 結合回路
１４ 励起子
１５ 分岐カプラ
１６ 結合スロット
１７ 結合スロット
１８ 終端
１９ 終端
２１ アンテナ
２２ アンテナ
２３ 放射アレイ
２４ 放射アレイ
２５ 放物面反射器
２６ 放物面反射器
２７ 整列方向
２８ 整列方向
Ｆ１ 送信周波数
Ｆ２ 受信周波数
Ｃ１ 分配回路
Ｃ２ 分配回路
Ｃ３ 分配回路
Ｃ４ 分配回路
Ｄ１ 分配回路
Ｄ２ 分配回路
２Ｄ 直径
Ｇ１ 給電部グループ
Ｇ２ 給電部グループ
Ｇ３ 給電部グループ
ＧＮ 給電部グループ
Ｌ１ ピッチ
Ｌ２ ピッチ
Ｐ１ 偏波
Ｐ２ 偏波
Ｒ１ 受信ポート
Ｒ１ａ 受信ポート
Ｒ１ｂ 受信ポート
Ｒ１ｃ 受信ポート
Ｒ１ｄ 受信ポート
Ｒ’１ａ 受信ポート
Ｒ２ 受信ポート
Ｒ２ａ 受信ポート
Ｒ２ｂ 受信ポート
Ｒ２ｃ 受信ポート
Ｒ２ｄ 受信ポート
Ｒ’２ａ 受信ポート
Ｔ１ 送信ポート
Ｔ１ａ 送信ポート
Ｔ１ｂ 送信ポート
Ｔ１ｃ 送信ポート
Ｔ１ｄ 送信ポート
Ｔ’１ａ 送信ポート
Ｔ２ 送信ポート
Ｔ２ａ 送信ポート
Ｔ２ｂ 送信ポート
Ｔ２ｃ 送信ポート
Ｔ２ｄ 送信ポート
Ｔ’２ａ 送信ポート
Ｕ 方向
Ｖ 方向
Ｘ 方向
Ｙ 方向

Claims (8)

1. 少なくとも１つの反射器および前記反射器を照射する複数の給電部の１つのアレイを含んでいて１ビーム当たり複数の給電部を有するマルチビーム送受信アンテナであって、前記給電部が平面の２方向Ｘ、Ｙにおいて互いに間隔が空けられたいくつかのグループにクラスタリングされていて、各給電部が無線周波数チャネルに接続された放射素子を含み、
   各給電部（１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０’ａ）が、同一周波数Ｆ１および互いに直交する偏波（Ｐ１、Ｐ２）を有する第１（Ｔ１、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃ、Ｔ１ｄ、Ｔ’１ａ）および第２送信ポート（Ｔ２、Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃ、Ｔ２ｄ、Ｔ２’ａ）と、同一周波数Ｆ２および互いに直交する偏波（Ｐ１、Ｐ２）を有する第１（Ｒ１、Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄ、Ｒ’１ａ）および第２受信ポート（Ｒ２、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ２ｄ、Ｒ’２ａ）を含み、
   前記給電部（１０）が、前記方向Ｘ、Ｙにおいて４つの隣接する給電部（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）のグループにクラスタリングされ、
   ４つの隣接する給電部（１０ａ〜１０ｄ）の各グループ（Ｇ１〜ＧＮ）毎に、同一周波数および偏波値のペア（Ｆ１、Ｐ１）、（Ｆ１、Ｐ２）、（Ｆ２、Ｐ１）、（Ｆ２、Ｐ２）に対応する前記第１（Ｔ１ａ〜Ｔ１ｄ）または前記第２（Ｔ２ａ〜Ｔ２ｄ）送信ポートと、前記第１（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｄ）または前記第２（Ｒ２ａ〜Ｒ２ｄ）受信ポートとが、前記方向Ｘに２×２接続され、次いで前記方向Ｙに２×２接続されていて、前記４つの相互接続された送信ポートが送信ビームを形成し、前記４つの相互接続された受信ポートが受信ビームを形成することを特徴とするアンテナ。
2. 前記方向Ｘにおける２つの連続する隣接グループ（Ｇ１、Ｇ２）が、前記方向Ｘにおいて１つの給電部に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられていて２つの給電部を共有し、前記方向Ｙにおける２つの連続する隣接グループ（Ｇ１、Ｇ３）が、前記方向Ｙにおいて２つの給電部に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられていて給電部を共有せず、４つの給電部の各グループ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、．．．、ＧＮ）が送信ビームおよび受信ビームを形成することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記方向Ｘにおける２つの連続する隣接グループ（Ｇ１、Ｇ２）が、前記方向Ｘにおいて１つの給電部に対応する第１ピッチＬ１分の間隔が空けられ、前記方向Ｙにおける２つの連続する隣接グループ（Ｇ１、Ｇ３）が、前記方向Ｙにおいて１つの給電部に対応する第２ピッチＬ２分の間隔が空けられていて、４つの給電部（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、．．．、ＧＮ）の各グループが送信ビームおよび受信ビームを形成することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
4. 各ビームの形成に際して、４つの給電部のグループの送信または受信ポート間の接続が分配回路（Ｃ１、Ｃ３、Ｄ１）、（Ｃ２、Ｃ４、Ｄ２）により実現され、前記分配回路は互いに独立した異なるビームの形成専用であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ。
5. 給電部（１０ａ〜１０ｄ）の前記２つのグループのうち第１グループ（Ｇ１）において、前記第１送信ポート（Ｔ１ａ〜Ｔ１ｄ）、および同一偏波の前記第１受信ポート（Ｒ１ａ〜Ｒ１ｄ）が各々前記方向Ｘに２×２接続され、次いで前記方向Ｙに２×２接続され、給電部（１０ｂ、１０’ａ、１０ｄ、１０’ｃ）の前記２つのグループのうち第２グループ（Ｇ２）において、前記第２送信ポート（Ｔ２ｂ、Ｔ’２ａ、Ｔ２ｄ、Ｔ’２ｃ）、および同一偏波の前記第２受信ポート（Ｒ２ｂ、Ｒ’２ａ、Ｒ２ｄ、Ｒ’２ｃ）の各々が前記方向Ｘに２×２接続され、次いで前記方向Ｙに２×２接続されていることを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ。
6. 請求項１に記載の２つの送受信アンテナ（２１、２２）を含み、前記２つの送受信アンテナ（２１、２２）が空間内の第１方向Ｕにおいて同一の整列方向（２７、２８）を有し、空間内の第２方向Ｖにおいて角度的にずれていることを特徴とする、連続的なビームの形成を行う送受信アンテナのシステム。
7. 前記２つの送受信アンテナ（２１、２２）の整列方向（２７、２８）間の角度的なずれが、前記２つのアンテナ（２１、２２）により地上に形成されたスポット列（２）のうち１つのスポットに等しいずれに対応することを特徴とする、請求項６に記載の連続的なビームの形成を行う送受信アンテナのシステム。
8. 請求項６または７に記載の２つの送受信アンテナ（２１、２２）の少なくとも１つのシステムを含む衛星通信システム。

Images