JP2017163535A - アンテナシステムのｒｆコンポーネントのための小型で軽量なｔｅｍラインネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで軽量なＴＥＭライン（トランスバス電磁線）ネットワーク構造体を提供する。
【解決手段】アンテナシステムで使用されるＲＦコンポーネントのためのＴＥＭラインネットワーク構造体１０は、信号伝送路を画定している外側導電体１４を形成する導電性本体と、所定位置で導電性本体に電気的に接地されている導電性中央導電体１６とを含んでいる。中央導電体１６は、ＲＦ周波数で外側導電体１４から電磁気的に絶縁されており、所定位置の少なくとも１つのみで信号伝送路内に接続および支持されている。好適には外側導電体１４は３層で形成されており、中央導電体は１６それらの層の１つと一体的である。
【選択図】図６

Description

本願は２０１６年１月２８日に出願された米国仮特許願第６２／２８８２８３号の優先権を主張する。

本発明はアンテナシステムの分野に関係し、特には、デュアルバンドアンテナフィードシステム（２つの帯域アンテナの供給システム）のごときアンテナシステムのＲＦ（無線周波数）コンポーネントのためのコンパクトで軽量なＴＥＭライン（トランスバース電磁線）ネットワークに関する。

アンテナにおける電磁信号のためのトランスミッション（送信）ラインの技術分野においては、Ｔｘ（送信）信号パスとＲｘ（受信）信号パスの両方のためのウェーブガイド（導波路）ネットワーク（網）を備えたオーソゴナル（直交）モードジャンクション（ＯＭＪ）を活用するフィードシステムの利用はよく知られている。このような活用は、特にオンボードスペースクラフトアプリケーション（宇宙船内運用）においては、典型的には以下のごとき運用条件を満たす。
− 組み合わされたＴｘとＲｘのファンクショナリティ（機能性）
− 二重円形または線状ポラリゼーション（偏波）ファンクショナリティ
− 高Ｔｘ−Ｒｘ信号アイソレーション（分離／絶縁）
− 低信号インサーションロス（挿入損失）
− 優れた信号ＸＰＤ（交差偏波識別）および軸方向比パフォーマンス（性能）
− 良好な放熱能力
− 低ＰＩＭ（パッシブインターモジュレーション）プロダクト（積）

これらの条件は典型的には可能な限り小さな全体積と可能な限り低質量のアンテナフィードシステムと結びついている。

しかしながら、Ｔｘ信号パスとＲｘ信号パスの両方のためのウェーブガイドネットワークを備えたＯＭＪを含んだ、そのようなアンテナフィードシステムの活用により達成される典型的で比較的に大きな全体積と質量は、少なくとも因数２で体積と質量がさらに分解されるべきであるような数多くの適用事例において活用を妨害する。

図１から図４に示されている単純なカプラー１００を利用するＴＥＭラインネットワークのごとき他の設計形態は、典型的には導路形状の基底部１０６と略平坦な上蓋部１０８とで作られている導路形状の導電性外側導電体内の誘電性支持部１０４で支持されている導電性中央部すなわち内側導電体１０２（中央に位置するブランチ（枝状）ラインカプラー１０３を含む）を含んでおり、典型的には小さくて軽量ではあるが、それらは他の条件を達成できないという欠点を有している。（宇宙空間での適用においては真空環境内での）放熱が必要な支持部内のシグナルロス（信号損失）による発熱のために、実際には、中央導電体の電気的に絶縁する誘電性支持部は信号パワーハンドリングを制限する。一方、このことは一般的にアンテナシステムの全体的なインサーションロスを増加させ、よってアンテナの能力を低下させる。

従って、アンテナシステムおよび関連するデュアルバンドアンテナフィードシステム（２つの帯域アンテナの供給システム）のための改良されたコンパクトで軽量なＴＥＭラインネットワークの需要が存在する。

従って、本発明の一般的な目的は、上述の弱点を解消するアンテナシステムおよび関連するデュアルバンドアンテナフィードシステムのための改良されたコンパクトで軽量なＴＥＭラインネットワークを提供することである。

本発明の１利点は、ＴＥＭラインネットワーク構造体が、電気的に接地（アース）する位置のみで、すなわち誘電性支持部を使用せずに支持されている中央導電体または内側導電体を含んでいることである。

本発明の別な利点は、ＴＥＭラインネットワーク構造体が、特に内側導電体と外側導電体またはフレーム部との間の電気接続のために低ＰＩＭプロダクトの能力を有していることである。

本発明の別な利点は、ＴＥＭラインネットワーク構造体が優れたアセンブリ（組立）精度を備え、製造が容易なことである。

本発明の別な利点は、ＴＥＭラインネットワーク構造体が、特に内側導電体と外側導電体またはフレーム部との間の良好な熱伝導と、誘電性支持部の不在のために放熱性が高いことである。

本発明のさらに別な利点は、ＴＥＭラインネットワーク構造体が、（繰り返すが）内側導電体と外側導電体またはフレーム部との間の電気接続と、誘電性支持部の不在のためにＥＳＤ（静電放電）に対して比較的に免疫性（抵抗性）が高いことである。

本発明のさらに別な利点は、ＴＥＭラインネットワーク構造体が、（繰り返すが）内側導電体と外側導電体またはフレーム部との間の構造的結合によって良好な構造強度を有していることである。

本発明のさらに別な利点は、上述のＴＥＭラインネットワークに関連するデュアルバンドアンテナフィードシステムが、十分に低いＰＩＭプロダクトの組み合わされた第１信号と第２信号（例えば、Ｔｘ信号およびＲｘ信号）のファンクショナリティのために、少なくとも因数２による質量分解（存在するアンテナフィードシステムの活用に対するもの）において前記の条件の全てを満たすことである。そのようなデュアルバンドアンテナフィードシステムの１例では、第１信号（例えば、相対的に高パワーのＴｘ信号）パスのために、４つの直交的にポジショニングされた共軸プローブ（円形または正方形のウェーブガイド（導波路）の形態のファンダメンタルモードランチャ）と、第２信号（例えば、相対的に低パワーのＲｘ信号）を拒絶する共軸スタブフィルタを備えた上述のＴＥＭラインネットワーク（正方形／長方形共軸ライン）、円形ポラリゼーションを発生させるための２つのラトレースカプラーとブランチラインカプラー、および３重のファンクショナリティである構造性、熱性およびＲＦを有した３対のショート（短絡）されたスタブ（スタブとは、主配線から枝のように分かれる短い配線）が組み合わされる。第２信号のためには、デュアルバンドアンテナフィードシステムは、セプタム（隔壁）ポラライザ（偏波器）または代わりにＯＭＪベースネットワークを備えた円形または正方形のウェーブガイドフィードネットワークを含むことができる。

本発明の１実施形態によれば、アンテナシステムで使用されるＲＦ（無線周波数）コンポーネントのためのＴＥＭラインネットワーク構造体が提供され、このＴＥＭラインネットワーク構造体は以下を含んでいる。
−外側導電体を形成する導電性本体であって、この外側導電体は断面を有した信号伝送路を画定しており、この信号伝送路は、その断面内にて略中央的に位置する信号伝搬軸を有した信号パスを画定しているもの。
−所定の位置にて本体に電気的に接地された導電性中央導電体であって、この中央導電体は信号伝送路の信号伝搬軸にほぼ沿って延びており、ＲＦ周波数で外側導電体から電磁的に絶縁されており、この中央導電体は、所定の位置のうちの１つの位置だけで、誘電支持部を使用することなく信号伝送路内に支持されているもの。

１実施例では中央導電体は本体の少なくとも一部と一体であり、誘電支持部の使用は不要である。

１実施例では、中央導電体は信号伝搬軸に沿って延びる信号セクション（部分）と、信号伝搬軸に略垂直な方向にその信号セクションから所定位置の外側導電体にまで延びるスタブセクションとを含んでいる。

便利には、そのスタブセクションは複数対(ペア)のスタブを含んでいる。

１実施例では、外側導電体は相互に重なり合って広がる３層を含んでいる。

便利には、これら３層は上層、下層および上層と下層の間に位置する中間層を含んでおり、これら上層、中間層および下層はそれぞれ内部に形成された信号伝送路の一部を有している。

便利には、中間層は内部に形成された信号伝送路のその一部内に位置する中央導電体を含んでいる。

便利には、中央導電体は中間層の外側導電体と一体的である。

本発明の別な実施形態によれば、第１周波数バンド（帯域）と第２周波数バンドでそれぞれ第１信号を送信して第２信号を受信するためにデュアルバンドアンテナフィードシステム構造体が提供され、このデュアルバンドアンテナフィードシステム構造体は、以下を含んでいる。
−それぞれ第２信号を拒絶する共軸スタブフィルタを有した複数の、典型的には４つの直交するポジションの共軸プローブを含んだ第１信号パスと、少なくとも１つのコンポーネント構造体を含んだＴＥＭラインネットワークであって、この少なくとも１つのコンポーネント構造体は以下を含んでいる。
−外側導電体を形成する導電性本体であって、その外側導電体は断面を有した信号伝送路を画定しており、その信号伝送路は、その断面内で略中央に位置する信号伝搬軸を有した信号パスを画定しているもの。
−所定の位置で本体に電気的に接地した導電性の中央導電体であって、その中央導電体は信号伝送路の信号伝搬軸にほぼ沿って延びており、ＲＦ周波数で外側導電体から電磁的に絶縁されており、その中央導電体は所定の位置の少なくとも１つの位置だけで信号伝送路内に支持されているもの。
−第２信号のデュアルポラリゼーション（２つの分離、偏光）を発生させる信号コンバイナ及び／又はカプラーと組み合わされた少なくとも１つの信号ポラライザを有したウェーブガイドネットワークを含んだ第２信号パス。

１実施態様では、第１信号パスは、複数の共軸プローブを含んだ直交モードジャンクション（直交接点）に接続されたラトレースカプラー（rat-race coupler）とブランチラインカプラー（branch-line coupler：分岐線結合器）とを含んでおり、ラトレースカプラー、直交モードジャンクションおよびブランチラインカプラーのそれぞれがＴＥＭラインネットワークのコンポーネント構造体である。

本発明の他の目的と利点はここで提供されている詳細な説明を添付の図面に照らして注意深く読むことによって明らかになるであろう。

本発明のさらなる形態および利点は以下の図面に関連させて以下の説明を読めばさらに理解が進むであろう。

従来技術のＴＥＭラインカプラーネットワーク構造体の上方斜視図である。 図１のＴＥＭラインカプラーの分解上方斜視図である。 上蓋が外されている図１のＴＥＭラインカプラーの平面図である。 図３の４−４線に沿った拡大断面図であり、上層が含まれている。 本発明の１実施例によるＴＥＭラインカプラーネットワーク構造体の斜視図である。 図５の実施例の分解上方斜視図である。 上層が外されている図５の実施例の平面図である。 図７の８−８線に沿った拡大断面図であり、上層が含まれている。 本発明の１実施例によるデュアルバンドアンテナフィードシステム構造体のＴＥＭライン部分の上方斜視図である。 図７の８−８線に沿った拡大上方斜視図であり、上層が含まれている。

添付の図面に図示するごとき本発明の好適実施例が、ここに記載された目的にて非限定的に説明されている。

図５から図８を説明すれば、本発明の１実施例によるアンテナシステムのための、および関連するデュアルバンドアンテナフィードシステムのための、特に比較的に高パワーの信号（例えば、相対的に低パワーＲｘ信号に対する比較的に高パワーＴｘ信号）のＴＥＭラインカプラーのごときＴＥＭライン（トランスバース電磁線）ネットワーク構造体１０が図示されている。

典型的には、ＴＥＭラインカプラー１０は、ＲＦ（無線周波数）でそこから典型的には電磁的に絶縁されているが、所定位置でそこに電気的にＤＣ（直流）接続（接地）されている内側導電体または中央導電体１６を有した略閉鎖（断面）導路パスを形成する外側導電体１４を画定し、導路パス内に進入してそこを流れ、そこに沿って流れるアンテナ電磁信号を支持する本体１２を含んでいる。外側導電体１４は典型的には３層で形成されており、すなわち下層２０、上層２２およびそれらの間の中間層２４で形成されている。中央導電体１６は、少なくとも１つの所定位置、典型的には全ての所定位置でのみで、誘電支持部を一切介在させずに導路パス内で支持されている。図示の実施例１０では中央導電体１６は略中央に位置する３ブランチカプラー１８を含んでいる。

少なくとも導路パスの内面２６は導電性であり、その導路は図８で明示するように閉鎖した、典型的には実質的に長方形である断面（本発明の範囲を逸脱せずに断面形状を、例えば正方形、円形、等々の異なるものとしてもよい）を有している。信号伝送路パスは断面内で略中央的に位置する信号伝搬軸２８を画定している。導電性の中央導電体１６は信号伝送路の信号伝搬軸２８にほぼ沿って延びており、所定位置にて本体１２に電気的に接続すなわち接地されている。典型的には、中央導電体１６は、外側導電体１４の中間層２４のごとく本体１２の少なくとも一部と一体である（または単一体で形成されている）。

典型的には、中央導電体１６は信号伝搬軸２８に沿って延びる信号セクション３０と、所定位置にて外側導電体１４にまで、信号伝搬軸２８に対して略垂直方向に信号セクション３０から延びるスタブセクションと３２を含んでいる。

典型的には、スタブセクション３２は複数ペアのスタブ３４を含んでおり、それぞれのスタブ３４は中央導電体１６の信号セクション３０から外側導電体１４に延びており、そこでそれに接地されて所定位置の１つを形成する。それぞれのペアのスタブ３４は、中央導電体１６の外側導電体１４への接地を許容しており、大きなシグナルロスを引き起こさずに外側導電体１６と外側導電体１４の間の信号絶縁を許容する。

中央導電体１６が上層２２と下層２０の一方を通って少なくとも部分的に延びている中央導電体１６の入力ポートと出力ポート３６のそれぞれの位置は除いて、本体１２の上層２２と下層２０内に形成された導路パスの部分は本質的には互いに鏡像である。

図示はされていないが、当該技術の専門家であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、これら３層が、相互間に良好な電気パスを確保しながら異なる方法で相互に固定できることを容易に気付くであろう。

図９と図１０には本発明の１実施例によるＴＥＭラインネットワークまたはデュアルバンドアンテナフィードシステム４０の構造体の一部が図示されている。デュアルバンドアンテナフィードシステム４０は、それぞれの周波数バンドを有した、例えばＴｘ信号とＲｘ信号である第１信号と第２信号で運用される。図９と図１０で示す実施例４０においては、フィードシステムはフィードホーン（図示せず）に接続可能なウェーブガイド中央コモン（共通）Ｔｘ／Ｒｘポート４２を有する。

デュアルアンテナフィードシステム４０は典型的には第１信号パス（Ｔｘ）と第２（Ｒｘ）信号パスの両方ための２つの異なるネットワーク構造体を含んでいる。このＲｘ信号パスは典型的には、デュアルＬＰ（線状ポラリゼーション）信号またはデュアルＣＰ（円形ポラリゼーション）信号のごときデュアルポラリゼーション信号を発生させることができ、隔膜ポラライザまたは代わりにＲＦ信号コンバイナとカプラーを備えたＯＭＪベースネットワーク、あるいは波型ポラライザとＯＭＴ（直交モードトランスジューサ）の組み合わせを含むことができるウェーブガイド技術において実現される。図９と図１０においては、フィードホーンからのＲｘ信号が中央コモンポート４２を通過してウェーブガイド隔膜ポラライザ４６のＲｘＣＰ信号の出力ポート４４へと軸方向に伝搬される。

Ｔｘ信号パスは典型的には、直交モードジャンクション（直交接点）５２の、複数の、好適には４つの直交的にポジショニングされた出力ＴＥＭラインプローブ５０（円形または正方形ウェーブガイドのファンダメンタルモードランチャ）を含んでおり、それらのそれぞれの共軸スタブフィルタは第２Ｒｘ信号およびＴＥＭラインスタブフィルタを拒絶しており、直交モードジャンクション５２とブランチラインカプラー１８に接続された２つのラトレースカプラー（ratrace coupler）５４を含んだ上記のＴＥＭラインネットワーク１０（正方形／長方形共軸ライン）は入力ポート５６に入るＴｘ信号から円形ポラリゼーションを発生させ、Ｔｘ信号パスはさらに、特に高パワー信号である構造性、熱性およびＲＦの重要な３重ファンクショナリティを有した４ペアの短絡スタブ３４を含んでいる。直交モードジャンクション５２、ラトレースカプラー５４およびブランチラインカプラー１８を含んだＴＥＭラインネットワークのコンポーネント構造体は全て、典型的にはそれぞれの信号ポートに隣接する短絡スタブ３４のペアを有する。

図示はしないが、当該技術の技術者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに、デュアルバンドアンテナフィードシステム４０がアンテナの特定の詳細と条件に応じて変化するであろうことは容易に気付くであろう。例えば、４未満のプローブが考えられ、すなわち異なるＲＦコンポーネントと組み合わされた異なるＴＥＭラインパス形状、あるいは導路パスの円形断面（または正方形、長方形及び／又は円形断面）を備えたＴＥＭライネットワークが考えられる。

本発明はある程度の詳細で記述されているが、開示内容は単なる例示であり、本発明はここで説明され、図示されている実施例の特徴には限定されず、ここで説明、及び／又は請求の範囲に記載された本発明に範囲内の全ての変形と改良を含むことは理解されるべきである。

Claims (12)

1. アンテナシステムで使用されるＲＦコンポーネントのためのＴＥＭラインネットワーク構造体であって、
   本ＴＥＭラインネットワーク構造体は、
   外側導電体を形成する導電性本体を含んでおり、該外側導電体は断面を有した信号伝送路を画定しており、該信号伝送路は、前記断面内で略中心に位置する信号伝搬軸を有した信号パスを画定しており、
   本ＴＥＭラインネットワーク構造体はさらに、
   所定位置で前記導電性本体に電気的に接地されている導電性の中央導電体を含んでおり、該中央導電体は前記信号伝送路の前記信号伝搬軸にほぼ沿って延びており、ＲＦ周波数で前記外側導電体から電磁的に絶縁されており、前記中央導電体は前記所定位置の少なくとも１つの位置のみにて前記信号伝送路内に支持されている、ＴＥＭラインセットワーク構造体。
   
2. 前記中央導電体は前記導電性本体の少なくとも一部と一体である、請求項１記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
3. 前記中央導電体は、前記信号伝搬軸に沿って延びる信号セクションと、該信号セクションから前記外側導電体へと前記信号伝搬軸に略垂直の方向に延びるスタブセクションとを含んでいる、請求項１記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
4. 前記スタブセクションは複数ペアのスタブを含んでいる、請求項３記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
5. 前記外側導電体は積層された３つの層を含んでいる、請求項１記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
6. 前記３つの層は、上層と、下層と、該上層と該下層との間に位置する中間層とを含んでおり、該上層、該中間層および該下層はそれぞれ内部で形成されている信号伝送路の一部を有している、請求項５記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
7. 前記中間層は、内部に形成されている前記信号伝送路の一部の中に位置する前記中央導電体を含んでいる、請求項６記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
8. 前記中央導電体は前記中間層の前記外側導電体と一体的である、請求項７記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
9. 前記中央導電体は、前記信号伝搬軸に沿って延びる信号セクションと、該信号セクションから該信号伝搬軸に略垂直の方向に、前記所定位置の前記外側導電体にまで延びるスタブセクションとを含んでいる、請求項８記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
   
10. 前記スタブセクションは複数ペアのスタブを含んでいる、請求項９記載のＴＥＭラインネットワーク構造体。
    
11. 第１周波数バンドと第２周波数バンドでそれぞれ第１信号を送信し、第２信号を受信するためのデュアルバンドアンテナフィードシステム構造体であって、
    本デュアルバンドアンテナフィードシステム構造体は、
    複数の共軸プローブを含んだ第１信号パスであって、それぞれの共軸プローブは前記第２信号を拒絶するそれぞれの共軸スタブフィルタを有しており、ＴＥＭラインネットワークが少なくとも１つのコンポーネント構造体を含んでいる第１信号パスを含んでおり、
    該少なくとも１つのコンポーネント構造体は、
    外側導電体を形成する導電性本体であって、該外側導電体は断面を有した信号伝送路を画定しており、該信号伝送路は、前記断面内で略中央に位置する信号伝搬軸を有した信号パスを画定している導電性本体と、
    所定位置で該導電体本体に電気的に接地している導電性の中央導電体であって、該中央導電体は前記信号伝送路の前記信号伝搬軸にほぼ沿って延びており、ＲＦ周波数で前記外側導電体から電磁的に絶縁されており、前記中央導電体は前記所定位置の少なくとも１つの位置のみにて前記信号伝送路内に支持されている導電性の中央導電体と、
    を含んでおり、
    本デュアルバンドアンテナフィードシステム構造体は、
    少なくとも１つの信号ポラライザを有したウェーブガイドネットワークを含んだ第２信号パスであって、前記第２信号のデュアルポラリゼーションを発生させる信号コンバイナ及び／又は信号カプラーと組み合わされている第２信号パスをさらに含んでいる、デュアルバンドアンテナフィードシステム構造体。
    
12. 前記第１信号パスは前記複数の共軸プローブを含んだ直交接点に接続されているラトレースカプラーを含んでおり、該ラトレースカプラー、該直交接点およびブランチラインカプラーのそれぞれはＴＥＭラインネットワークのコンポーネント構造体である、請求項１１記載のデュアルバンドアンテナフィードシステム構造体。

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