JP3444850B2 - 独立して制御可能なアンテナ・パターン特性を有するマルチ・パターン・アンテナ - Google Patents

独立して制御可能なアンテナ・パターン特性を有するマルチ・パターン・アンテナ

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JP3444850B2 JP2000291744A JP2000291744A JP3444850B2 JP 3444850 B2 JP3444850 B2 JP 3444850B2 JP 2000291744 A JP2000291744 A JP 2000291744A JP 2000291744 A JP2000291744 A JP 2000291744A JP 3444850 B2 JP3444850 B2 JP 3444850B2
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    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
    • H01Q5/47—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device with a coaxial arrangement of the feeds

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナに関し、
更に特定すれば、単一の開口（アパーチャ）から複数の
周波数の複数のアンテナ・パターンが得られ、各アンテ
ナ・パターンの特性が独立して制御可能なアンテナに関
する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙船と地上との間に多数のアップリン
ク通信リンク及びダウンリンク通信リンクを設けるため
に、宇宙船上においてアンテナが用いられる。ダウンリ
ンクは、例えば、２０ＧＨｚ程度の１つの周波数で動作
し、アップリンクは、それよりも高い第２周波数、例え
ば、約３０又は４４ＧＨｚで動作する。大抵の場合、一
つの宇宙船が、多数のアップリンク・アンテナ・パター
ン及びダウンリンク・アンテナ・パターンを提供し、各
アンテナ・パターンが利得及びビーム幅等の特定的な特
性を有することが好ましい。また、同じビーム幅を有す
るアップリンク・アンテナ・パターン及びダウンリンク
・アンテナ・パターン双方を有し、地上のユーザが同じ
宇宙船との間で受信及び送信の両方を行えることが望ま
しい。一般には、単一の宇宙船から多数のアップリンク
・アンテナ・パターン及びダウンリンク・アンテナ・パ
ターンを得るための方法では、アップリンク・アンテナ
及びダウンリンク・アンテナ毎に別個の反射器を設けて
いる。これは、宇宙船上に大量の空間を必要とし、コス
トがかかり、しかも重量上の不利も伴う。したがって、
多数のアンテナを統合した単一構造に結合することによ
って、軽量化を図ることが望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】軽量化を図るために用
いられる方法の１つは、１つのアップリンク・アンテナ
及び１つのダウンリンク・アンテナを一緒に単一反射器
構造に結合し、アップリンク・アンテナ及びダウンリン
ク・アンテナが共通の反射器を共用することである。一
般に、単一のフィード・ホーンが、異なる周波数の２つ
のＲＦ信号で反射器を同時に放射するように構成されて
いる。２つのＲＦ信号は、反射器によって反射され、各
ＲＦ信号を別個のアンテナ・パターンに変換する。この
構造に伴う欠点の１つは、フィード・ホーンを調節する
と、両方のアンテナ・パターンの特性に影響を及ぼし、
単一フィード・ホーンとは異なる周波数で予め選択した
特性を有する複数のアンテナ・パターンを得るのが困難
となることである。各ＲＦ信号の調節を個別に行なうに
は、一般に、複数の隣接配置したフィード・ホーンを用
い、反射器の焦点周囲に位置決めし、別個のフィード・
ホーンによって各ＲＦ信号を発生する必要がある。この
設計に伴う欠点は、フィード・ホーンが大量の空間を占
め、アンテナ・パターンの遮断及び損失を生ずることで
ある。
【０００４】したがって、複数のアンテナ・パターンが
得られ、各アンテナ・パターン特性を独立して、しか
も、他のアンテナ・パターンの特性に影響を及ぼすこと
なく調節可能であり、かつ、多数のホーンを隣接配置す
る必要がない、単一の小型アンテナが求められている。
本発明の目的は、このような従来技術に関する前述の欠
点及びその他の欠点に対処し、これらを克服することで
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、第１及び第２ＲＦ信号からそれぞ
れ、第１動作周波数の第１アンテナ・パターン及び第２
動作周波数の第２アンテナ・パターンを発生するマルチ
・パターン・アンテナを提供する。該アンテナは、第１
ＲＦ信号から第１アンテナ・パターンを発生するように
寸法を決定したホーンを含む。
【０００６】ホーン内には導管が配置され、導波管モー
ドで第２ＲＦ信号を伝搬させるように構成されている。
第１及び第２部分を有する波形のロッド（コルゲート・
ロッド）が、該ロッドの第１部分が導管の内側に位置
し、ロッドの第２部分が導管からホーン内に突出するよ
うに配置されている。ロッドは、第２ＲＦ信号に応答す
るように構成され、導波管モードから表面波モードに第
２ＲＦ信号を遷移させ、ロッドに沿って第２ＲＦ信号を
表面波モードで伝搬させるように動作する。ロッドは、
導波管モードで伝搬するＲＦ信号から、第２アンテナ・
パターン特性を有する第２アンテナ・パターンを発生す
るように構成されている。第１の実施態様では、ホーン
の寸法変更によって、第１アンテナ・パターンのパター
ン特性が変化するが、第２アンテナ・パターンの特性に
は実質的に何も影響を及ぼさない。第２の態様では、ロ
ッドの第２部分の長さの変更によって、第２アンテナ・
パターンのパターン特性が変化するが、ホーンが発生す
る第１アンテナ・パターンのパターン特性には実質的に
何も影響を及ぼさない。
【０００７】
【発明の実施の形態】これより、添付図面に示す好適な
実施形態について、詳細な説明を行なう。図１及び図２
を参照すると、単一の小型構造から２つのアンテナ・パ
ターン１２、１４（図２）を発生するマルチ・パターン
・アンテナ１０が示されている。マルチ・パターン・ア
ンテナ１０は、送信専用アンテナ・パターン、受信専用
アンテナ・パターン、又は送信及び受信アンテナ・パタ
ーンの組み合わせが得られるように構成することができ
る。説明を簡単にするために、本発明は、主に送信専用
の場合について説明することにする。アンテナ１０は、
ホーン１６、ロッド１８、及び導管２０を含み、導管２
０がロッド１８の第１部分を包囲している。ホーン１６
は、円錐ホーン、波形ホーン、方形ホーン、楕円ホー
ン、又は当業者には公知のその他の任意のホーン形アン
テナとすることができる。ホーン・アンテナに関する更
に詳細な論述は、Ｍｉｌｌｉｇａｎ（ミリガン）によ
る”Ｍｏｄｅｒｎ Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｅｓｉｇｎ”
（最新のアンテナ設計）の第７章、第１７９〜２１３頁
に開示されている。
【０００８】マルチ・パターン・アンテナ１０は、第１
ＲＦ（無線周波数）信号２２及び第２ＲＦ信号２４を受
信するのに適しており、第１及び第２ＲＦ信号２２、２
４をアンテナ１０に結合するように構成されている。こ
れを行なう好適な方法については、以下で論ずる。本発
明の好適な実施形態では、第１ＲＦ信号２２は第１動作
周波数を有し、第２ＲＦ信号２４は第２動作周波数を有
する。ホーン１６は、第１ＲＦ信号２２から第１アンテ
ナ・パターン１２を発生するような構成及び寸法に製作
されている。第１アンテナ・パターン１２の特性、特に
ビーム幅２６は、ホーン１６の構成及び寸法によって決
定される。第１アンテナ・パターン１２の特性は、ホー
ン１６の寸法及び構成を調節することによって調節可能
である。本発明の好適な実施形態では、ホーン１６が発
生する第１アンテナ・パターン１２はほぼ対称的な形状
となっている。
【０００９】導管０がホーン内に配置され、導波管モー
ドで第２ＲＦ信号２４を伝搬させるような寸法に形成さ
れている。導管２０の形状は円筒形であり、ホーン１６
のほぼ中心に位置付けられ、第１ＲＦ信号２２に対し
て、滑らかで対称的な構成を提供することが好ましい。
第１ＲＦ信号２２は、ホーン１６内を同時に伝搬してい
る。これは、滑らかで対称的に構成されているホーン１
６が対応するアンテナ・パターン１２を発生し、該アン
テナ・パターン１２が実質的に対称的な形状となってい
るからである。代わりに、導管２０を方形、矩形、又は
楕円断面を有するように構成したり、あるいは当技術分
野では公知の任意の形状に構成し、導波管モードでＲＦ
信号２４を伝搬させることも可能である。また、導管２
０もホーン形状とすることができる。
【００１０】ロッド１８は、ホーン１６内部に位置決め
され、ロッド１８の第１部分２８は導管２０内部に位置
し、ロッド１８の第２部分３０は導管２０から延出して
いる。第１及び第２部分２８、３０が合わさって、ロッ
ド１８の長さとなる。ロッド１８の第１部分２８は、導
管２０内部を導波管モードで伝搬する第２ＲＦ信号２４
に応答する。ロッド１８の第１部分２８は、第２ＲＦ信
号２４を、導管２０内における導波管モードでの伝搬か
ら、ロッド１８の長さに沿った表面波モードでの伝搬に
遷移させるように動作する。これを行なうために、ロッ
ド１８には波形が形成されている。波形の寸法は、導波
管モードから表面波モードに第２ＲＦ信号２４を遷移さ
せ、第２ＲＦ信号２４をロッド１８の長さに沿って表面
波モードで伝搬するように予め選択されている。ロッド
１８の正確な寸法は、ミシシッピ大学を通じて市販され
ているＡＢＫＯＲ Ｐｒｏｇｒａｍのような、コンピュ
ータ・プログラムの補助によって予め選択されている。
【００１１】導管２０の長さは、十分な量の第２ＲＦ信
号２４が表面波モードに遷移し終えるまで、導管２０内
に第２ＲＦ信号２４を収容しておくように、予め設定さ
れた長さを有するように選択される。導管２０は、第２
ＲＦ信号２４の少なくとも８０％が導波管モードから表
面波モードに遷移し終えるまで、第２ＲＦ信号２４を導
波管モードで収容しておくだけの長さを有し、第１及び
第２ＲＦ信号２２、２４間に望ましくない量の結合が発
生するのを回避することが好ましい。
【００１２】第２ＲＦ信号２４は、ロッド１８の長さに
わたって表面波モードで伝搬し、ロッド１８から放射す
る。第２アンテナ・パターン１４は、放射された第２Ｒ
Ｆ信号２４から発生する。第２アンテナ・パターン１４
の特性、特にビーム幅３２は、第２アンテナ・パターン
１４を発生したロッド１８の寸法、特に長さによって、
実質的に決定される。例えば、短いロッド１８は、広い
ビーム幅３２を有するアンテナ・パターン１４を発生
し、一方、長いロッド１８は、狭いビーム幅３２を有す
るアンテナ・パターン１４を発生する。予め設定された
アンテナ・パターン特性を有するアンテナ・パターン１
４を発生するために必要なロッド１８の実際の寸法は、
前述のコンピュータ・プログラムの補助によって決定す
る。
【００１３】ロッド１８の寸法を変更すると、第２アン
テナ・パターン１４の特性が変化するが、ロッド１８の
寸法変更は、ホーン１６が発生した第１アンテナ・パタ
ーン１２のパターン特性には殆ど又は全く影響を及ぼさ
ない。同様に、ホーン１６が発生した第１アンテナ・パ
ターンのパターン特性を変化させるためにホーン１６の
寸法を変更しても、ロッド１８が発生した第２アンテナ
・パターン１４のパターン特性には殆ど又は全く影響を
及ぼさない。このように、マルチ・パターン・アンテナ
１０は、単一の小型構成から２つのアンテナ・パターン
１２、１４を発生し、各アンテナ・パターン１２、１４
のパターン特性は独立して制御可能である。
【００１４】本発明の好適な実施形態では、複数の開口
３４が、ホーン１６の壁の予め選択した場所に配置され
ている。開口３４は、スロット形状であることが好まし
く、第１ＲＦ信号２２を受信するのに適しており、第１
ＲＦ信号２２をホーン１６に結合するように構成されて
いる。必要な開口すなわちスロット３４の数は、第１Ｒ
Ｆ信号２２によって生じる第１アンテナ・パターン１２
の所望の偏波によって異なる。
【００１５】例えば、円偏波の第１アンテナ・パターン
１２を得るには、ホーン１６の壁に互いに約９０度離し
て配置された４つのスロット３４が必要となる。これら
のスロット３４は、第１ＲＦ信号２２をマルチ・パター
ン・アンテナ１０に結合するために用いられる。これを
行なうために、カプラ３６を設ける。カプラ３６は、第
１ＲＦ信号２２に応答し、第１ＲＦ信号２２を、好まし
くはほぼ等しい信号強度を有する４つの中間ＲＦ信号３
８〜４４に分割する。また、カプラ３６は、第１中間信
号３８に対して、第２、第３及び第４中間信号４０、４
２、４４を約９０度、１８０度、２７０度、それぞれ位
相遅延させ、第２、第３、第４中間信号４０、４２、４
４から、それぞれ第１、第２、第３遅延信号４５、４
７、４９を得る。カプラ３６は、ＭＡのＳｏｕｔｈ Ｄ
ｅｅｒｆｉｅｌｄに所在するＭｉｌｌｉｔｅｃｈ Ｃｏ
ｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ミリテック社）から市販されてい
るような、ハイブリッド・カプラとすることができる。
また、カプラ３６は、複数のランゲ・カプラ（Ｌａｎｇ
ｅ ｃｏｕｐｌｅｒ）、又はＲＦ信号２２を４つの中間
信号３８〜４４に分割し、中間信号３８〜４４を互いに
対して予め設定した量だけ位相遅延させるような、当業
者には公知の他のＲＦデバイスであれば、そのいずれと
することも可能である。
【００１６】第１中間信号３８及び各遅延信号４０〜４
４は、当技術分野では公知の結合技術を用いて、スロッ
ト３４を介してホーン１６に結合される。信号３８〜４
４は、予め設定された態様でホーン１６内に結合され、
予め設定された位相進み（ｐｈａｓｅ ｐｒｏｇｒｅｓ
ｓｉｏｎ）を生じ、第１ＲＦ信号２２から発生したアン
テナ・パターン１２が右向き又は左向きいずれかの円偏
波となるようにする。
【００１７】あるいは、図３に示すように、本発明の第
２実施形態では、直線偏波アンテナ・パターンを発生す
るために、ホーン１６の壁上で９０度離れて配置された
２つのスロット４６、及び第１ＲＦ信号１６を２つの中
間信号５２、５４に分割し、一方の中間信号５４を他方
の中間信号５２に対して９０度遅延させるカプラ５０を
必要とする。カプラ５０は、ＭＡのＳｏｕｔｈ Ｄｅｅ
ｒｆｉｅｌｄに所在するＭｉｌｌｉｔｅｃｈ Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｉｏｎ（ミリテック社）から市販されているよ
うな、ハイブリッド・カプラとすることができるが、Ｒ
Ｆ信号１６を２つの中間信号５２、５４に分割し、中間
信号の一方５４を他方の中間信号５２に対して約９０度
遅延させるような、当業者には公知の任意のＲＦデバイ
スとすることも可能である。
【００１８】再度図１及び図２を参照すると、導管２０
の壁に位置するスロット６０を介して、第２ＲＦ信号２
４をアンテナに結合することが好ましい。こうするため
には、導管２０を配置する際に、導管２０の一部がホー
ン１６の背面６２から延出し、スロット６０が導管２０
の延長部分に位置するようにする。第２ＲＦ信号２４
は、スロット６０を介して導管２４内に結合される。
【００１９】第２ＲＦ信号２４を導管２０内に結合する
ために必要なスロット６０の数は、第２ＲＦ信号２４か
ら生じる第２アンテナ・パターン１４の所望の偏波によ
って異なる。例えば、円偏波した第２アンテナ・パター
ン１４を得るためには、導管２０の壁上に互いに９０度
離れて位置する２つのスロット６０が必要となる。カプ
ラ６４は、第２ＲＦ信号２４を２つの中間信号６６、６
８に分割し、一方の中間信号６８を他方の中間信号６６
に対して９０度遅延させるように動作する。中間信号６
６、６８は、当業界では公知の所定の態様でスロット６
０に結合され、第２ＲＦ信号２４から右円偏波又は左円
偏波の第２アンテナ・パターン１４が得られる。あるい
は、直線偏波の第２アンテナ・パターン１４を得るため
には、第２ＲＦ信号２４を、単一のスロット６０を介し
て導管２０内に結合する必要がある。
【００２０】図４を参照すると、本発明の第３実施形態
では、第１及び第２ＲＦ信号７２、７４はそれぞれ、第
１及び第２動作周波数帯域を有し、前述のように、ホー
ン８２の壁にあるスロット７８、８０を介してそれぞ
れ、アンテナ７６に結合されている。ホーン８２の寸法
は、ホーン８２が第１ＲＦ信号７２を伝搬させるが第２
ＲＦ信号７４を伝搬させないように、予め設定されてい
る。導管８４の物理的な寸法は、第２動作周波数帯域を
有するＲＦ信号７４を伝搬し、第１ＲＦ信号７２のよう
に第１動作周波数帯域を有するＲＦ信号を伝搬しないよ
うに、予め設定されている。第２ＲＦ信号７２は、導管
８４の上面８６を介して導管８４内に結合し、前述のよ
うに導管８４内を伝搬し、第１ＲＦ信号７２はホーン８
２内を伝搬する。
【００２１】図５及び図６を参照すると、本発明の第４
実施形態が示されており、この実施形態では、マルチ・
パターン・アンテナ９０は、反射器９２に結合され、９
４及び９６と印した線で表す第１及び第２アンテナ・パ
ターンがマルチ・パターン・アンテナ９０によって発生
され、反射器９２に放射するように配置された放射パタ
ーン９４、９６として構成されている。反射器９２及び
マルチ・パターン・アンテナ９０は一体となってマルチ
・パターン反射アンテナ９７を構成する。アンテナ９７
は、地球を中心とする軌道内にあり、地球との通信を行
なうために用いられる宇宙船（図示せず）上に搭載する
ことが好ましい。
【００２２】好ましくは、第１及び第２放射パターン９
４、９６はそれぞれ、周波数が２０ＧＨｚ及び３０ＧＨ
ｚであり、マルチ・パターン反射アンテナ９７はそれぞ
れ、第１及び第２放射パターン９４、９６から、周波数
が約２０ＧＨｚ及び３０ＧＨｚのアップリンク及びダウ
ンリンク・アンテナ・パターン１００、１０２が得られ
るように構成されている。アップリンク・アンテナ・パ
ターン１００は受信アンテナ・パターンであり、ダウン
リンク・アンテナ・パターン１０２は送信アンテナ・パ
ターンである。こうするために、マルチ・パターン反射
アンテナ９７のホーン１０６はダウンリンク放射パター
ン９４が得られるように構成されており、ロッド１０８
及び導管１１０はアップリンク放射パターン９６が得ら
れるように構成されている。アップリンク及びダウンリ
ンク放射パターン９６、９４は反射器９２に入射し、反
射器９２はこれらからアップリンク及びダウンリンク・
アンテナ・パターン１００、１０２をそれぞれ発生す
る。ダウンリンク・アンテナ・パターン１０２のパター
ン特性は、反射器１９２の構成だけでなくホーン１０６
の寸法によって決定され、ホーン１０６の寸法を変更す
ることによって変化させることができる。一方、アップ
リンク・アンテナ・パターン１００のパターン特性は、
ロッド１０８の寸法、特にロッド長によって決定され、
ロッドの寸法を変更することによって変化させることが
できる。
【００２３】図７に示すように、図５の好適な実施形態
では、ホーン１０６の寸法及びロッド１０８の寸法はそ
れぞれ、ほぼ同等のビーム幅１２４、１２６を有するア
ップリンク及びダウンリンク・アンテナ・パターン１２
０、１２２が得られるように選択されている。これらの
ビーム幅により、地上のユーザは、１つの宇宙船との間
で受信及び送信を行なうことが可能となる。このように
するために、ロッド１０４の寸法及び長さ、ならびにホ
ーン１０６の寸法は、所望のビーム幅１２４、１２６が
得られるように予め選択されている。ロッド１０８及び
ホーン１０６の初期寸法は、前述のコンピュータ・プロ
グラムの補助によって決定される。必要であれば、パタ
ーン特性は、アンテナ９７の据え付け及び検査を行なっ
た後に、容易に調節可能である。何故なら、ロッド１０
８の調節は、ホーン１０６が発生するダウンリンク・ア
ンテナ・パターン１２２の特性には事実上何ら影響を及
ぼさず、その逆も言えるからである。ホーン１０６及び
ロッド１０８の寸法は、宇宙船上に配置する前に固定
し、所定の固定パターン特性を有するアンテナ・パター
ン１２０、１２２が得られるようにすることが好まし
い。
【００２４】再度図５及び図６を参照する。宇宙船の用
途では、好ましくは、反射器９２の焦点１３０に多焦点
アンテナ９０の位相中心を配置することによって、高い
効率を有するアンテナ・パターン１００、１０２を生成
する。しかしながら、一般に、マルチ・フォーカス・ア
ンテナ９０は、２つの位相中心１３２、１３４を有し、
その一方１３２はロッド１０８に関連し、他方１３４は
ホーン１０６に関連する。これらの位相中心１３２、１
３４は、通常、同一位置にはない。したがって、ホーン
１０６の位相中心１３４を反射器９２の焦点１３０と同
じ位置に置き、ホーン１０６が発生するダウンリンク・
アンテナ・パターン１０２が最大の効率を発揮するよう
にする。通常は、ダウンリンク・アンテナ・パターン１
０２が最大効率を有するように生成する方が重要であ
る。これは、ダウンリンク・アンテナ・パターン１０２
における非効率性は、マルチ・パターン・アンテナ９０
に供給するパワーを増大することによって補償しなけれ
ばならないからである。このため、宇宙船上に大型で重
いパワー増幅器（図示せず）が必要となるので望ましく
なく、しかも費用がかかる。一方、アップリンク・アン
テナ・パターン１００の非効率性は、地球上に配置する
電子構成部品の増強によって補償され、はるかに少ない
費用で済む。
【００２５】次に図８及び図９を参照すると、本発明の
第５実施形態が示されており、該実施形態では、マルチ
・フォーカス・アンテナ１４０が、複数のアンテナ・パ
ターン１４２〜１４７を発生し、ホーン１４８、複数の
ロッド１５０〜１５４、及び複数の導管１５６〜１６０
を含み、各導管１５６〜１６０がそれぞれ、ロッド１５
０〜１５４の１つの一部分を包囲している。マルチ・パ
ターン・アンテナ１４０は、複数のＲＦ信号１６２〜１
６８を受信するように適合されており、好ましくは、Ｒ
Ｆ信号の各々は異なる動作周波数を有する。ホーン１４
８は、前述のように第１ＲＦ信号１６２から第１アンテ
ナ・パターン１４２を発生するような構成及び寸法とな
っており、第１アンテナ・パターン１４２の特性、特に
ビーム幅は、ホーン１４８の構成及び寸法によって実質
的に決定される。したがって、第１アンテナ・パターン
１４２の特性は、ホーン１４８の寸法及び構成を調節す
ることによって調節可能である。
【００２６】導管１５６〜１６０は、ホーン１４８の内
部に配置されている。各導管１５６〜１６０の寸法はそ
れぞれ、ＲＦ信号１６４〜１６８の１つを導波管モード
で伝搬させるように構成されている。導管１５６〜１６
０の形状は、円筒形、矩形、方形、又はＲＦ信号を導波
管モードで伝搬させる当技術分野では公知の形状であれ
ば、その他の任意のものでも可能である。導管１５６〜
１６０はホーンとすることも可能である。好ましくは、
大型の導管１７０を小型の導管１５６〜１６０周囲に配
置し、ホーン１４８内を伝搬する第１ＲＦ信号１６２に
対して、滑らかで対称的な構成を設ける。前述のよう
に、ホーン１４８を滑らかで対称的に構成すると、第１
ＲＦ信号１６２から対称的な形状のパターンが得られ
る。
【００２７】ロッド１５０〜１５４はそれぞれ、各導管
１５６〜１６０と組み合わせられており、各ロッド１５
０〜１５４の第１部分は導管１５６〜１６０内に配置さ
れ、各ロッド１５０〜１５４の第２部分はそれぞれ導管
１５６〜１６０から延出している。各ロッド１５０〜１
５４は、当該ロッド１５０〜１５４を包囲する導管１５
６〜１６０内を伝搬するＲＦ信号１６４〜１６８にそれ
ぞれ応答する。各ロッド１５０〜１５４はそれぞれ、Ｒ
Ｆ信号１６４〜１６８の１つを、導波管モードから表面
波モードに遷移させるように動作し、当該ＲＦ信号１６
４〜１６８をそれぞれロッド１５０〜１５４の長さに沿
って表面波モードで伝搬させる。このようにするため
に、各ロッド１５０〜１５４には、１つのＲＦ信号１６
４〜１６８を導波管モードから表面波モードに遷移さ
せ、当該ＲＦ信号１６４〜１６８を表面波モードにおい
てロッド１５０〜１５４の長さに沿って伝搬させるよう
に、予め設定された寸法を有する波形が形成されてい
る。各ロッド１５０〜１５４の正確な寸法は、前述のＡ
ＢＫＯＲ ＰＲＯＧＲＡＭ Ｐｒｏｇｒａｍのようなコ
ンピュータ・プログラムの補助によって決定する。
【００２８】各導管１５６〜１６０の長さは、十分な量
の各ＲＦ信号１６４〜１６８が表面波モードに遷移する
まで、ＲＦ信号１６４〜１６８の１つをそれぞれ導管１
５６〜１６０内に収容しておくのに十分な長さに選択さ
れる。各ロッド１５０〜１５４は、各ロッド１５０〜１
５６を伝搬するＲＦ信号１６４〜１６８から、アンテナ
・パターン１４４〜１４８を発生するように構成されて
いる。各アンテナ・パターン１４４〜１４７の特性、特
にビーム幅は、それぞれのアンテナ・パターン１４４〜
１４７を発生するロッド１５０〜１５６の寸法、特に長
さによって、実質的に決定される。例えば、短いロッド
１５０は、それよりも長いロッド１５２が発生するアン
テナ・パターン１４６の帯域幅よりも広い帯域幅を有す
るアンテナ・パターン１４４を発生する。それぞれ予め
設定されたアンテナ・パターン特性を有するアンテナ・
パターン１４４〜１４７を発生するのに必要な各ロッド
１５０〜１５６の実際の寸法は、前述のコンピュータ・
プログラムの補助によって決定される。
【００２９】各ロッド１５０〜１５６の寸法を変更する
と、当該ロッドが発生するアンテナ・パターン１４４〜
１４７の特性が変化するが、ロッド１５０〜１５６の寸
法の変更は、ホーン１４８が発生するアンテナ・パター
ン１４２のパターン特性には殆ど又は全く影響を及ぼさ
ない。同様に、ホーン１４８の寸法を変更しホーン１４
８が発生するアンテナ・パターン１４２のパターン特性
を変更しても、ロッド１５０〜１５４が発生するアンテ
ナ・パターン１４４〜１４７のパターン特性には殆ど又
は全く影響を及ぼさない。また、あるロッド１５０の長
さを変更しても、別のロッド１５２が発生するアンテナ
・パターン１４６のパターン特性には殆ど又は全く影響
を及ぼさない。このように、アンテナ１４０は、単一の
小型構成であっても、多数のアンテナ・パターン１４２
〜１４７が得られ、各アンテナ・パターン１４２〜１４
７のパターン特性は独立して制御可能である。
【００３０】図１０には本発明の別の実施形態が示され
ており。該実施形態では、マルチ・パターン・アンテナ
２０６の各ロッド２０４はそれぞれ、制御信号２０８〜
２１２に応答して、ホーン２１４から導管２１６〜２２
０内に延出する各ロッド２００〜２０４の部分を動的に
調節するように動作する。このようにするために、各ロ
ッド２００〜２０４には、最初に余分な量の長さ２２１
〜２２４が形成され、導管２１６〜２２０の背面から延
出するように配置されている。各ロッド２００〜２０４
は、矢印２２６〜２３０で示す方向に、各ロッド２００
〜２０４をホーン２１４内に入るように、またホーン２
１４から出るように移動させ、各ロッド２００〜２０４
が導管２１６〜２２０から延出しホーン２１４内に入る
部分が増減するように動作する機構（図示せず）に取り
付けられている。ロッド２００〜２０４が発生する各ア
ンテナ・パターンの特性は、導管２１６〜２２０からホ
ーン２１４内に延出するロッド２００〜２０４の部分の
長さによって決定される。それぞれ導管２１６〜２２０
からホーン２１４内に延出するロッド２００〜２０４の
部分の長さを変更すると、当該ロッド２００〜２０４が
発生するアンテナ・パターンの特性が変化する。ロッド
２００〜２０４を制御信号２０８〜２１２に応答させる
ようにすることにより、動的に制御可能なアンテナ・パ
ターン特性を有するアンテナ２０６が得られる。
【００３１】制御信号２０８〜２１２は、地球上から発
信することが好ましいが、マルチ・パターン・アンテナ
２０６を装備可能な宇宙船上の電子装置（図示せず）か
ら発生することも可能である。動的に調節可能なマルチ
・パターン・アンテナ２０６は、単体で用いることも、
前述のように反射器（図示せず）と結合することも可能
である。
【００３２】動的に調節可能なマルチ・パターン・アン
テナ２０６は、所定の時点で広いビーム幅のアンテナ・
パターンを必要とし、別の時点において同一周波数でビ
ーム幅が狭く高利得のアンテナ・パターンを必要とする
宇宙船の用途には特に有用である。例えば、第１の所定
時点において、第１ロッド２００は、地同期軌道（ｇｅ
ｏｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｏｒｂｉｔ）上にある宇宙
船から地球全体をカバーする８．７度ビーム幅というよ
うな広いビーム幅を有するアンテナ・パターンを発生す
るように構成することができる。第２の所定時点におい
て、第１ロッド２００によって制御信号２０８が受信さ
れ、制御信号２０８に応答してホーン２１４内に延出す
るロッド２００の部分の長さが延長する。この第１ロッ
ド２００の導管２１６からホーン２１４に延出する量の
長さを変更すると、ビーム幅が狭まることにより、第１
ロッド２００が発生するアンテナ・パターンのパターン
特性が変化する。このように、動的に制御可能なパター
ン特性を有するアンテナ・パターンを単一構造から発生
することができる。
【００３３】本発明は、以上において説明した実施の形
態に限定されないことは、当業者には明らかであろう。
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によってのみ限
定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるマルチ・パターン
・アンテナの説明図である。
【図２】図１のマルチ・パターン・アンテナが発生する
アンテナ・パターンを示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるマルチ・パターン
・アンテナの一部の説明図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるマルチ・パターン
・アンテナの説明図である。
【図５】本発明の第４実施形態による反射器に結合され
たマルチ・パターン・アンテナの側面図である。
【図６】図５のマルチ・パターン・アンテナが発生する
アンテナ・パターンを示す図である。
【図７】近似的に等価なビーム幅を有するアンテナ・パ
ターンを示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態によるマルチ・パターン
・アンテナの説明図である。
【図９】図８のマルチ・パターン・アンテナが発生する
アンテナ・パターンを示す図である。
【図１０】本発明の第６実施形態による動的に調節可能
なマルチ・パターン・アンテナの説明図である。
【符号の説明】
１０ マルチ・パターン・アンテナ １２，１４
アンテナ・パターン １６ ホーン １８ ロッド ２０ 導管 ２８ ロッド１８の第１部分 ３０ ロッド１８の
第２部分 ３４ 開口 ３６ カプラ ４６ スロット
５０ カプラ ６０ スロット ６４ カプラ ７８、８０
スロット ８２ ホーン ８４ 導管 ９０ マルチ・パ
ターン・アンテナ ９２ 反射器 ９４、９６ アンテナ・パターン ９７ マルチ・パターン反射アンテナ １００ アップリンク・アンテナ・パターン １０２ ダウンリンク・アンテナ・パターン １０６ ホーン １０８ ロッド １１０ 導
管 １２０ アップリンク・アンテナ・パターン １２２ ダウンリンク・アンテナ・パターン １３０ 焦点 １４０ マルチ・フォーカス・アン
テナ １４２〜１４７ アンテナ・パターン １４８ ホ
ーン １５０〜１５４ ロッド １５６〜１６０ 導管 １７０ 大型の導管 ２００〜２０４ ロッド ２０６ マルチ・パターン・アンテナ ２１４ ホ
ーン ２１６〜２２０ 導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｑ 25/04 Ｈ０１Ｑ 25/04 (56)参考文献 特開 平５−199001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−142005（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 21/30 H01P 1/17 H01Q 3/18 H01Q 13/02 H01Q 19/17 H01Q 25/04

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１周波数の第１ＲＦ信号及び第２ＲＦ
    周波数の第２ＲＦ信号を受信し、第１動作周波数の第１
    アンテナ・パターン及び第２動作周波数の第２アンテナ
    ・パターンを単一の装置から得るようにしたマルチ・パ
    ターン・アンテナにおいて、 予め設定された寸法を有し、第１ＲＦ信号から第１パタ
    ーン特性を有する第１アンテナ・パターンを発生するよ
    うに構成されたホーンと、 該ホーン内に位置し、第２ＲＦ信号を導波管モードで伝
    搬させるように構成された導管と、 第１部分及び第２部分を有し、第１部分が導管の内側に
    位置し、第２部分が導管からホーン内に突出した波形の
    ロッドであって、導波管モードで伝搬する第２ＲＦ信号
    に応答するように構成され、第２ＲＦ信号を導波管モー
    ドから表面波モードに遷移させ、第２ＲＦ信号を表面波
    モードでロッドに沿って伝搬させるように動作し、表面
    波モードで伝搬する第２ＲＦ信号から第２パターン特性
    を有する第２アンテナ・パターンを発生するように構成
    されたロッドとからなることを特徴とするアンテナ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のアンテナにおいて、第２
    パターン特性は、ロッドの第２部分の長さを変更するこ
    とによって調節可能であることを特徴とするアンテナ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のアンテナにおいて、第１
    パターン特性は、ロッドの第２部分の長さ変更には実質
    的に無関係であることを特徴とするアンテナ。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のアンテナにおいて、第１
    パターン特性は、ホーンの寸法を変更することによって
    調節可能であり、第２パターン特性はホーンの寸法変更
    とは実質的に無関係であることを特徴とするアンテナ。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のアンテナにおいて、該ア
    ンテナは更に、ホーン内に複数の第１開口を備え、導管
    内に複数の第２開口を備え、第１開口が第１ＲＦ信号を
    受信するように構成され、第２開口が第２ＲＦ信号を受
    信するように構成されていることを特徴とするアンテ
    ナ。
  6. 【請求項６】 請求項４記載のアンテナにおいて、ロッ
    ドは制御信号に応答して、該ロッドの第２部分の長さ
    が、動的に変更可能であることを特徴とするアンテナ。
  7. 【請求項７】 請求項４記載のアンテナにおいて、該ア
    ンテナは更に反射器を備えており、該反射器は、第１及
    び第２アンテナ・パターンが当該反射器に入射するよう
    に位置決めされ、第１及び第２アンテナ・パターンから
    それぞれ、第１及び第２反射パターンを発生するよう構
    成されていることを特徴とするアンテナ。
  8. 【請求項８】 単一の小型構造を有し、第１動作周波数
    の第１ＲＦ信号、及び各々異なる動作周波数を有する複
    数の第２ＲＦ信号を受信し、複数の周波数の複数のアン
    テナ・パターンを得るアンテナにおいて、 予め選択された寸法を有し、第１ＲＦ信号から第１パタ
    ーン特性を有する第１アンテナ・パターンを発生するよ
    うに構成されたホーンと、 ホーン内部に位置決めされた複数の導管及びロッドとか
    らなり、 各ロッドが、導管の１つによって包囲された第１部分
    と、導管からホーンに突出する第２部分とを有し、 各導管が、第２ＲＦ信号の１つを導波管モードで伝搬さ
    せるように構成され、 各ロッドが、該ロッドを包囲する導管内を伝搬する第２
    ＲＦ信号に応答して、１つの第２ＲＦ信号を導波管モー
    ドから表面波モードに遷移させ、該１つの第２ＲＦ信号
    を表面波モードでロッドの第２部分に沿って伝搬させる
    ように動作し、 各ロッドが、１つの第２ＲＦ信号を放射して第２アンテ
    ナ・パターンを発生するように構成されていることを特
    徴とするアンテナ。
  9. 【請求項９】 請求項８記載のアンテナにおいて、第２
    アンテナ・パターンそれぞれの第２特性は、当該各第２
    アンテナ・パターンを発生した１つのロッドの第２部分
    の長さを変更することによって調節可能であることを特
    徴とするアンテナ。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載のアンテナにおいて、該
    アンテナは更に、ホーン内部に位置し、複数の導管を包
    囲するように位置決めされた円筒を備えることを特徴と
    するアンテナ。
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