JP3499831B2 - セル再使用パターンを有するビーム形成ネットワークおよびその構成方法 - Google Patents
セル再使用パターンを有するビーム形成ネットワークおよびその構成方法Info
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- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
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- H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
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- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多重ビームアンテ
ナアレイに関し、特に、多重周波数、二重偏波、セル再
使用パターンを有するビーム形成ネットワークに関す
る。
ナアレイに関し、特に、多重周波数、二重偏波、セル再
使用パターンを有するビーム形成ネットワークに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】多重ビームアンテナは複数の通信ビーム
を形成するアンテナである。商業通信衛星は通常１以上
のフィード素子を有する多重ビームアンテナを使用して
いる。フィード素子は直接放射することができ、或いは
反射器またはレンズをフィードすることができる。
を形成するアンテナである。商業通信衛星は通常１以上
のフィード素子を有する多重ビームアンテナを使用して
いる。フィード素子は直接放射することができ、或いは
反射器またはレンズをフィードすることができる。
【０００３】多重ビームアンテナはオーバーラップする
フィード素子グループを有し、それによってフィード素
子が駆動されてビームコンポーネントを発生し、そのビ
ームコンポーネントは他のフィード素子からのコンポー
ネントビームと組合わされて複合ビーム，すなわち通信
ビームを形成する。通信衛星内の低レベルビーム形成ネ
ットワークはフィード素子の相互作用を制御する。
フィード素子グループを有し、それによってフィード素
子が駆動されてビームコンポーネントを発生し、そのビ
ームコンポーネントは他のフィード素子からのコンポー
ネントビームと組合わされて複合ビーム，すなわち通信
ビームを形成する。通信衛星内の低レベルビーム形成ネ
ットワークはフィード素子の相互作用を制御する。
【０００４】フィードアレイから多重ビームを発生する
通常のビーム形成ネットワークは、予め定められた伝搬
遅延を有する個々の接続部によって接続された平坦な分
割器および結合器を有している。ビーム形成ネットワー
クは、典型的には７方向の電力分割器および結合器から
構成されている。従来技術のビーム形成ネットワークに
おいては過大な数の分割器および結合器が必要であるた
め、大型になり、信号ルート設計効率に悪影響を及ぼす
欠点がある。
通常のビーム形成ネットワークは、予め定められた伝搬
遅延を有する個々の接続部によって接続された平坦な分
割器および結合器を有している。ビーム形成ネットワー
クは、典型的には７方向の電力分割器および結合器から
構成されている。従来技術のビーム形成ネットワークに
おいては過大な数の分割器および結合器が必要であるた
め、大型になり、信号ルート設計効率に悪影響を及ぼす
欠点がある。
【０００５】従来技術のビーム形成ネットワーク電力分
割器100 の１例が図１に示されている。入力信号は７つ
に分割される。各素子103 は主ベクトル102 および主ベ
クトル102 を囲む６個の結合されたベクトル104 を受信
する。各信号ベクトル102および104 は、図２に示され
るように電力結合器200 中で結合される前に振幅および
位相を加重される。６個の隣接する素子103 からの入力
202 は結合されて単一の出力を形成する。典型的に、電
力分割器ネットワークは電力結合器ネットワークから分
離されたセクション上に設けられる。
割器100 の１例が図１に示されている。入力信号は７つ
に分割される。各素子103 は主ベクトル102 および主ベ
クトル102 を囲む６個の結合されたベクトル104 を受信
する。各信号ベクトル102および104 は、図２に示され
るように電力結合器200 中で結合される前に振幅および
位相を加重される。６個の隣接する素子103 からの入力
202 は結合されて単一の出力を形成する。典型的に、電
力分割器ネットワークは電力結合器ネットワークから分
離されたセクション上に設けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１および２に示され
たものと同様に、従来技術のビーム形成ネットワークで
は、分割器および結合器ネットワークが必要であり、そ
れは２つの偏波で全ての隣接するセルとの間で信号エネ
ルギを送信および受信する。六角形構造に対しては中心
の１個のセルは６個のセルによって囲まれ、分割ネット
ワークは１：７であり、全てのセルおよび全ての偏波に
対して反復される。不所望な干渉が隣接するセル間で発
生する。７分割の電力分割器はビーム形成ネットワーク
の大きさおよび重量に望ましくない増加をもたらし不必
要に複雑にする。
たものと同様に、従来技術のビーム形成ネットワークで
は、分割器および結合器ネットワークが必要であり、そ
れは２つの偏波で全ての隣接するセルとの間で信号エネ
ルギを送信および受信する。六角形構造に対しては中心
の１個のセルは６個のセルによって囲まれ、分割ネット
ワークは１：７であり、全てのセルおよび全ての偏波に
対して反復される。不所望な干渉が隣接するセル間で発
生する。７分割の電力分割器はビーム形成ネットワーク
の大きさおよび重量に望ましくない増加をもたらし不必
要に複雑にする。
【０００７】本発明の目的は、ビーム形成ネットワーク
の大きさおよび複雑性を減少させることである。本発明
の別の目的は、セル間の偏波と周波数の分配を認識する
ことによって分割器ネットワークの大きさを減少させる
ことである。本発明の別の目的は、所定の偏波のための
分割器が全ての隣接するものよりも少ないフィードにな
るように六角形構造に対する偏波および周波数の再使用
を行うことである。
の大きさおよび複雑性を減少させることである。本発明
の別の目的は、セル間の偏波と周波数の分配を認識する
ことによって分割器ネットワークの大きさを減少させる
ことである。本発明の別の目的は、所定の偏波のための
分割器が全ての隣接するものよりも少ないフィードにな
るように六角形構造に対する偏波および周波数の再使用
を行うことである。
【０００８】本発明のさらに別の目的は、同じ列中のセ
ルの１次偏波に対して３分割分割器を必要とし、隣接す
る列中の近傍のセル中の非１次偏波に対して４分割分割
器を必要とする分割器ネットワークを提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、結合器の数を減少さ
せ、それによって結合器ネットワークの複雑性を減少さ
せることである。
ルの１次偏波に対して３分割分割器を必要とし、隣接す
る列中の近傍のセル中の非１次偏波に対して４分割分割
器を必要とする分割器ネットワークを提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、結合器の数を減少さ
せ、それによって結合器ネットワークの複雑性を減少さ
せることである。
【０００９】本発明のさらに別の目的は、所定の１次偏
波フィードのための結合器が全ての隣接するフィード素
子よりも少なくなるようにビーム形成ネットワークにお
けるフィードの交互の列における７方向からの結合を提
供することである。
波フィードのための結合器が全ての隣接するフィード素
子よりも少なくなるようにビーム形成ネットワークにお
けるフィードの交互の列における７方向からの結合を提
供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、より少ない数
のより小さい素子を使用し、ネットワーク設計における
効率のよいルート設定を行うことのできる二重偏波通信
システムにおける分割器／結合器ネットワークを有する
ビーム形成ネットワークを提供する。本発明のビーム形
成ネットワークは複雑性および分割器／結合器の大きさ
を減少させることができる。
のより小さい素子を使用し、ネットワーク設計における
効率のよいルート設定を行うことのできる二重偏波通信
システムにおける分割器／結合器ネットワークを有する
ビーム形成ネットワークを提供する。本発明のビーム形
成ネットワークは複雑性および分割器／結合器の大きさ
を減少させることができる。
【００１１】本発明は、六角形構造にされたフィード素
子が行および列に配列されている構成を有している。ビ
ーム形成ネットワーク中の２つの隣接する列は同じ１次
偏波を有しておらず、また、２つの隣接する行は同じ周
波数を有していない。それによって潜在的な干渉を消去
している。
子が行および列に配列されている構成を有している。ビ
ーム形成ネットワーク中の２つの隣接する列は同じ１次
偏波を有しておらず、また、２つの隣接する行は同じ周
波数を有していない。それによって潜在的な干渉を消去
している。
【００１２】電力の３分割が１次偏波に対して行われ、
電力の４分割が非１次偏波に対して行われる。隣接する
列中のフィード素子は交互に１次偏波を与えられる。例
えば１次偏波は右回り円偏波（ＲＨＣ）であり、非１次
偏波は左回り円偏波（ＬＨＣ）であり、素子の隣接する
列では１次偏波は左回り円偏波（ＬＨＣ）であり、非１
次偏波は右回り円偏波（ＲＨＣ）である。本発明の結合
器ネットワークは１つおきの列において７方向からの結
合を有している。このような構成によれば、不必要な信
号の分割および結合が除去されて、それによってビーム
形成ネットワークの効率が改善され、分割器および結合
器ネットワークの大きさを減少させることが可能にな
る。
電力の４分割が非１次偏波に対して行われる。隣接する
列中のフィード素子は交互に１次偏波を与えられる。例
えば１次偏波は右回り円偏波（ＲＨＣ）であり、非１次
偏波は左回り円偏波（ＬＨＣ）であり、素子の隣接する
列では１次偏波は左回り円偏波（ＬＨＣ）であり、非１
次偏波は右回り円偏波（ＲＨＣ）である。本発明の結合
器ネットワークは１つおきの列において７方向からの結
合を有している。このような構成によれば、不必要な信
号の分割および結合が除去されて、それによってビーム
形成ネットワークの効率が改善され、分割器および結合
器ネットワークの大きさを減少させることが可能にな
る。
【００１３】本発明のビーム形成ネットワークは、六角
形構造の対称性を使用して分割器の大きさを１：７から
１：３または１：４分割器のネットワークに減少させ
る。少ない数の結合器と小型にされた分割器はパッケー
ジの複雑性を減少させる。本発明のその他の目的および
特徴は、添付図面を参照にした以下の好ましい実施形態
の詳細な説明から明らかになるであろう。
形構造の対称性を使用して分割器の大きさを１：７から
１：３または１：４分割器のネットワークに減少させ
る。少ない数の結合器と小型にされた分割器はパッケー
ジの複雑性を減少させる。本発明のその他の目的および
特徴は、添付図面を参照にした以下の好ましい実施形態
の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図３は、ビーム形成ネットワーク
12を有する多重ビームアンテナシステム10を示して居
る。ビーム形成ネットワーク12は複数のポート14を有
し、それらはビーム形成ネットワーク12をフィードアレ
イ16に接続している。フィードアレイ16は所望のパター
ンに配置され、ポート14に接続されている複数の素子18
を有している。反射器20はフィードアレイ16と共同して
フィード素子18との間で入力、出力信号を反射する。
12を有する多重ビームアンテナシステム10を示して居
る。ビーム形成ネットワーク12は複数のポート14を有
し、それらはビーム形成ネットワーク12をフィードアレ
イ16に接続している。フィードアレイ16は所望のパター
ンに配置され、ポート14に接続されている複数の素子18
を有している。反射器20はフィードアレイ16と共同して
フィード素子18との間で入力、出力信号を反射する。
【００１５】複数のフィード素子18は共同して結果的に
得られるビームを規定している。図４および５を参照す
ると、フィード素子18の群は互いに隣接してグループを
形成している。各フィード素子18は全体のビームのコン
ポーネントを送信する。各フィード素子18は１以上の最
終的なビームコンポーネントを同時に送信することがで
きる。
得られるビームを規定している。図４および５を参照す
ると、フィード素子18の群は互いに隣接してグループを
形成している。各フィード素子18は全体のビームのコン
ポーネントを送信する。各フィード素子18は１以上の最
終的なビームコンポーネントを同時に送信することがで
きる。
【００１６】個々のフィード素子18は六角形構造を与え
るように予め定められたパターンで配置されている。各
フィード素子18は左回りおよび右回りの円偏波の両方の
入力を受信する。一方の偏波だけが１次偏波22であり、
他方の偏波は非１次偏波24と考える。
るように予め定められたパターンで配置されている。各
フィード素子18は左回りおよび右回りの円偏波の両方の
入力を受信する。一方の偏波だけが１次偏波22であり、
他方の偏波は非１次偏波24と考える。
【００１７】隣接するフィード素子18の列は異なった１
次偏波を有している。この図では１次偏波だけが示さ
れ、六角形中の水平または垂直線によって示されてい
る。例えば、Ｐ1 の表示が付けられた列は左回りの１次
円偏波（ＬＨＣ）であり、右回りの１次円偏波（ＲＨ
Ｃ）は非１次偏波である。列Ｐ2 は右回りの１次円偏波
（ＲＨＣ）と左回りの非１次円偏波（ＬＨＣ）を有して
いる。フィード素子18の列に対する交互の１次偏波は隣
接する列間の干渉を減少させる。
次偏波を有している。この図では１次偏波だけが示さ
れ、六角形中の水平または垂直線によって示されてい
る。例えば、Ｐ1 の表示が付けられた列は左回りの１次
円偏波（ＬＨＣ）であり、右回りの１次円偏波（ＲＨ
Ｃ）は非１次偏波である。列Ｐ2 は右回りの１次円偏波
（ＲＨＣ）と左回りの非１次円偏波（ＬＨＣ）を有して
いる。フィード素子18の列に対する交互の１次偏波は隣
接する列間の干渉を減少させる。
【００１８】フィード素子18の隣接する行は互いに異な
った周波数を有する。隣接する行間の周波数ダイバーシ
ティは干渉を減少させる。図４および５に示されたシス
テムでは２つの周波数Ｆ1 およびＦ2 が使用されてい
る。しかしながら、さらに多くの周波数が使用可能であ
ることを注意すべきである。
った周波数を有する。隣接する行間の周波数ダイバーシ
ティは干渉を減少させる。図４および５に示されたシス
テムでは２つの周波数Ｆ1 およびＦ2 が使用されてい
る。しかしながら、さらに多くの周波数が使用可能であ
ることを注意すべきである。
【００１９】図４には１次偏波に対する電力分割器30が
示されており、この電力分割器30の動作を中央の素子32
を参照して説明する。列Ｐ2 は例えばＲＨＣの１次偏波
を有する。列Ｐ2 中のフィード素子18はそれらに隣接す
る２つのフィード素子にしか結合する必要がない。中央
の素子32は同じ列の隣接する２つのフィード素子に結合
する信号を有している。中央の素子32はまた通過(throu
gh) 信号36を有する。７方向電力分割に代る１次偏波の
３方向電力分割は、同じ１次偏波22を有する同じ列Ｐ2
のフィード素子18に対して必要な全てである。列Ｐ2 の
フィード素子18は同じ１次偏波22を有しているが、異な
った周波数Ｆ1 およびＦ2 であり、それによって潜在的
な信号の干渉を減少させる。
示されており、この電力分割器30の動作を中央の素子32
を参照して説明する。列Ｐ2 は例えばＲＨＣの１次偏波
を有する。列Ｐ2 中のフィード素子18はそれらに隣接す
る２つのフィード素子にしか結合する必要がない。中央
の素子32は同じ列の隣接する２つのフィード素子に結合
する信号を有している。中央の素子32はまた通過(throu
gh) 信号36を有する。７方向電力分割に代る１次偏波の
３方向電力分割は、同じ１次偏波22を有する同じ列Ｐ2
のフィード素子18に対して必要な全てである。列Ｐ2 の
フィード素子18は同じ１次偏波22を有しているが、異な
った周波数Ｆ1 およびＦ2 であり、それによって潜在的
な信号の干渉を減少させる。
【００２０】隣接する列（Ｐ1 ）のフィード素子18は列
Ｐ2 中のフィード素子18とは異なった１次偏波22を有し
ている。しかしながら、隣接する列のフィード素子に対
する非１次偏波24は列Ｐ2 中のフィード素子18に対する
１次偏波22と同じである。隣接する列のフィード素子に
対する非１次偏波24は４方向分割を有し、信号を隣接す
る列の４つの隣接素子18に結合する。それ故、列Ｐ2 に
隣接する各列の２つのフィード素子18は列Ｐ2 の１つの
フィード素子18に信号を結合する。隣接する列のフィー
ド素子18は同じ列のセルには結合せず、それ故、対応し
て分割される必要はない。
Ｐ2 中のフィード素子18とは異なった１次偏波22を有し
ている。しかしながら、隣接する列のフィード素子に対
する非１次偏波24は列Ｐ2 中のフィード素子18に対する
１次偏波22と同じである。隣接する列のフィード素子に
対する非１次偏波24は４方向分割を有し、信号を隣接す
る列の４つの隣接素子18に結合する。それ故、列Ｐ2 に
隣接する各列の２つのフィード素子18は列Ｐ2 の１つの
フィード素子18に信号を結合する。隣接する列のフィー
ド素子18は同じ列のセルには結合せず、それ故、対応し
て分割される必要はない。
【００２１】従来技術では、信号は、隣接する６個にそ
れぞれ信号を結合し、かつ、スルー信号を与えるために
７つに分割される。本発明の電力分割器ネットワークで
は、１つの素子の列に対して３つに分割し、隣接する列
に対して４つに分割される。スルー信号は３つの電力分
割を有するフィード素子の列に対して設けられる。この
電力分割器ネットワークは、従来技術の７分割の電力分
割器ネットワークに比較して小形で、複雑性も少ない。
れぞれ信号を結合し、かつ、スルー信号を与えるために
７つに分割される。本発明の電力分割器ネットワークで
は、１つの素子の列に対して３つに分割し、隣接する列
に対して４つに分割される。スルー信号は３つの電力分
割を有するフィード素子の列に対して設けられる。この
電力分割器ネットワークは、従来技術の７分割の電力分
割器ネットワークに比較して小形で、複雑性も少ない。
【００２２】１次偏波のための電力結合器ネットワーク
を図５を参照にして、中央の素子42について説明する。
中央の素子42は隣接する６個から信号を受信する。複合
ビームは、６個の結合された信号と同じ偏波を有する出
力から来るスルー信号から、すなわち、同じ列の素子に
対する１次偏波と隣接する列の素子に対する非１次偏波
を有する信号から形成される。
を図５を参照にして、中央の素子42について説明する。
中央の素子42は隣接する６個から信号を受信する。複合
ビームは、６個の結合された信号と同じ偏波を有する出
力から来るスルー信号から、すなわち、同じ列の素子に
対する１次偏波と隣接する列の素子に対する非１次偏波
を有する信号から形成される。
【００２３】３つの信号は同じ列、すなわち、この例で
は列Ｐ2 の隣接するフィードから来る。隣接する素子18
のからのそれぞれ１つの信号44および中央の素子42自体
からの１つの信号46である。同じ列のフィード素子18は
同じ１次偏波22を有する。隣接する列Ｐ1 およびＰ2 の
フィード素子18から来る残りの４つの信号は中央の素子
42に対して対角線方向であり、中央の素子42に対する１
次偏波22と整合する非１次偏波を有する。電力結合器ネ
ットワーク40は１つおきの列の結合された電力を有して
おり、全ての素子に対して７：１の結合器を有する従来
技術の電力結合器ネットワークと相違している。
は列Ｐ2 の隣接するフィードから来る。隣接する素子18
のからのそれぞれ１つの信号44および中央の素子42自体
からの１つの信号46である。同じ列のフィード素子18は
同じ１次偏波22を有する。隣接する列Ｐ1 およびＰ2 の
フィード素子18から来る残りの４つの信号は中央の素子
42に対して対角線方向であり、中央の素子42に対する１
次偏波22と整合する非１次偏波を有する。電力結合器ネ
ットワーク40は１つおきの列の結合された電力を有して
おり、全ての素子に対して７：１の結合器を有する従来
技術の電力結合器ネットワークと相違している。
【００２４】本発明のビーム形成ネットワークの構成
は、隣接する素子間の干渉を減少して広い地理的区域を
カバーすることができる。任意の素子と次に隣接する素
子との間の干渉はサイドローブの減少が得られるように
７つの信号の適切な加重によって減少される。偏波およ
び周波数の再使用形態により、全ての６この隣接する素
子に対して所定の偏波のための分割器は必要ない。２つ
の最も近い隣接素子、すなわち同じ列の上と下の素子は
同じ１次偏波を有している。従来のビーム形成ネットワ
ークでは、両方の偏波にたいして全ての隣接する素子に
信号を送信し受信する分割器および結合器ネットワーク
を必要とする。素子間の偏波および周波数の分配を認識
することによって、本発明の分割器ネットワークは同じ
列の同じ１次偏波により隣接素子にたいして減少され
る。
は、隣接する素子間の干渉を減少して広い地理的区域を
カバーすることができる。任意の素子と次に隣接する素
子との間の干渉はサイドローブの減少が得られるように
７つの信号の適切な加重によって減少される。偏波およ
び周波数の再使用形態により、全ての６この隣接する素
子に対して所定の偏波のための分割器は必要ない。２つ
の最も近い隣接素子、すなわち同じ列の上と下の素子は
同じ１次偏波を有している。従来のビーム形成ネットワ
ークでは、両方の偏波にたいして全ての隣接する素子に
信号を送信し受信する分割器および結合器ネットワーク
を必要とする。素子間の偏波および周波数の分配を認識
することによって、本発明の分割器ネットワークは同じ
列の同じ１次偏波により隣接素子にたいして減少され
る。
【００２５】本発明のビーム形成ネットワークはストリ
ップライン技術を使用して構成されることができる。ス
トリップライン構造は同じセクションで異なる分割およ
び結合の組合わせを可能にする。ストリップライン構造
において、各偏波は２つのセクションを有する。図６に
示されている左回り円偏波に対する第１のセクション50
は非１次偏波素子信号を４で分割し、同じセクションで
４により再結合する。図７に示されている第２のセクシ
ョン52は１次偏波素子信号22を３で分割し、４により再
結合する。
ップライン技術を使用して構成されることができる。ス
トリップライン構造は同じセクションで異なる分割およ
び結合の組合わせを可能にする。ストリップライン構造
において、各偏波は２つのセクションを有する。図６に
示されている左回り円偏波に対する第１のセクション50
は非１次偏波素子信号を４で分割し、同じセクションで
４により再結合する。図７に示されている第２のセクシ
ョン52は１次偏波素子信号22を３で分割し、４により再
結合する。
【００２６】従来技術の７分割の電力分割器では、信号
の分割および信号の結合は別々のセクションで行われ
る。全ての信号の分割は１つのセクションで行われ、全
ての信号の結合は別のセクションで行われる。それらの
セクションは並列であり、スルーポートはセクション間
で垂直である。本発明では、信号の分割および結合は２
つのセクション間で混合される。部分的な信号分割が第
１のセクションにおいて信号の結合と同時に行われる。
残りの信号分割および結合は第２のセクションにおいて
行われる。
の分割および信号の結合は別々のセクションで行われ
る。全ての信号の分割は１つのセクションで行われ、全
ての信号の結合は別のセクションで行われる。それらの
セクションは並列であり、スルーポートはセクション間
で垂直である。本発明では、信号の分割および結合は２
つのセクション間で混合される。部分的な信号分割が第
１のセクションにおいて信号の結合と同時に行われる。
残りの信号分割および結合は第２のセクションにおいて
行われる。
【００２７】本発明のビーム形成ネットワークは、導波
管を使用して構成されることができる。図８は基本的な
信号経路設定スケジュールの１例である。図８は２つの
偏波出力Ｐ1 およびＰ2 を素子62がどのように出力する
かを示している。偏波出力Ｐ1 およびＰ2 は２つの形態
の１つに分割される。図９はＰ1 が１次偏波であり、３
つに分割される形態を示している。Ｐ2 は非１次偏波で
あり、４つに分割されている。図１０は別の形態を示し
ており、それにおいては、Ｐ1 が非１次偏波であり、４
つに分割されている。Ｐ2 は１次偏波であり、それ故３
つに分割されている。
管を使用して構成されることができる。図８は基本的な
信号経路設定スケジュールの１例である。図８は２つの
偏波出力Ｐ1 およびＰ2 を素子62がどのように出力する
かを示している。偏波出力Ｐ1 およびＰ2 は２つの形態
の１つに分割される。図９はＰ1 が１次偏波であり、３
つに分割される形態を示している。Ｐ2 は非１次偏波で
あり、４つに分割されている。図１０は別の形態を示し
ており、それにおいては、Ｐ1 が非１次偏波であり、４
つに分割されている。Ｐ2 は１次偏波であり、それ故３
つに分割されている。
【００２８】図９は、Ｐ1 が１次偏波であり３つに分割
され、Ｐ2 は非１次偏波であり４つに分割されている第
１の形態の導波管構造の経路設定方式を示している図１
１の（ａ）および（ｂ）と関連している。る形態を示し
ている。図１２の（ａ）では、Ｐ1 が非１次偏波であ
り、それ故、Ｐ1 1 、Ｐ1 2 、Ｐ1 3 、Ｐ1 4 の４つに
分割されている。図１２の（ｂ）では、Ｐ2 は１次偏波
であり、それ故、信号Ｐ2 1 、Ｐ2 2 、Ｐ2 3 の３つに
分割されている。
され、Ｐ2 は非１次偏波であり４つに分割されている第
１の形態の導波管構造の経路設定方式を示している図１
１の（ａ）および（ｂ）と関連している。る形態を示し
ている。図１２の（ａ）では、Ｐ1 が非１次偏波であ
り、それ故、Ｐ1 1 、Ｐ1 2 、Ｐ1 3 、Ｐ1 4 の４つに
分割されている。図１２の（ｂ）では、Ｐ2 は１次偏波
であり、それ故、信号Ｐ2 1 、Ｐ2 2 、Ｐ2 3 の３つに
分割されている。
【００２９】図１３では、素子は行に組合わせられて示
されている。各行は同じ構成を有する素子、すなわち図
１１の（ａ）および（ｂ）で示された第１の形態の素子
を含んでいる。素子の形態は各行で交互に変化する。例
えば、図１３では、中央の行71は第２の形態の素子を有
し、その両側に第２の形態の素子を有する行65, 85が配
置されている。これは以下説明するように本発明による
結合を可能にする。
されている。各行は同じ構成を有する素子、すなわち図
１１の（ａ）および（ｂ）で示された第１の形態の素子
を含んでいる。素子の形態は各行で交互に変化する。例
えば、図１３では、中央の行71は第２の形態の素子を有
し、その両側に第２の形態の素子を有する行65, 85が配
置されている。これは以下説明するように本発明による
結合を可能にする。
【００３０】本発明によれば、Ｐ1 またはＰ2 のいずれ
かである１次偏波は３つに分割される。しかしながら、
１次偏波は各行で交互に変化する。このような交互の偏
波は干渉を避けて、本発明のセル再使用パターンを実行
することを可能にする。中央の行71は３つに分割された
１次偏波Ｐ1 を有する素子70，72，74を有する。行71
は、その両側に行65, 85が配置されており、それらは４
つに分割される非１次偏波Ｐ1 を有している。
かである１次偏波は３つに分割される。しかしながら、
１次偏波は各行で交互に変化する。このような交互の偏
波は干渉を避けて、本発明のセル再使用パターンを実行
することを可能にする。中央の行71は３つに分割された
１次偏波Ｐ1 を有する素子70，72，74を有する。行71
は、その両側に行65, 85が配置されており、それらは４
つに分割される非１次偏波Ｐ1 を有している。
【００３１】さらに、図１３を参照すると、66, 68, 7
0, 72, 74, 76, および78で示される７個の素子のグル
ープが六角形構造で配置されている。明瞭にするために
７この素子しか示していない。しかしながら、ネットワ
ークは隣接する素子間の１次偏波と非１次偏波の配置お
よび周波数差のために隣接するオーバーラップした複合
ビームから干渉することなく複製できることに注意すべ
きである。
0, 72, 74, 76, および78で示される７個の素子のグル
ープが六角形構造で配置されている。明瞭にするために
７この素子しか示していない。しかしながら、ネットワ
ークは隣接する素子間の１次偏波と非１次偏波の配置お
よび周波数差のために隣接するオーバーラップした複合
ビームから干渉することなく複製できることに注意すべ
きである。
【００３２】分割した信号の組合わせは図１４と関連し
て図１３を参照にしてここで説明される。グループの一
番上の行の素子66および68はそれぞれ出力Ｐ1 1 または
Ｐ1 3 を生成し、それは結合されて図１４で符号81によ
って示される１つの出力を形成する。再び図１３を参照
すると、グループの行85中の素子76および78は出力Ｐ1
2 およびＰ1 4 をそれぞれ生成し、それは結合されて図
１４で符号83で示される１つの出力を生成する。得られ
た出力81および83は素子72の出力Ｐ1 と整列している。
て図１３を参照にしてここで説明される。グループの一
番上の行の素子66および68はそれぞれ出力Ｐ1 1 または
Ｐ1 3 を生成し、それは結合されて図１４で符号81によ
って示される１つの出力を形成する。再び図１３を参照
すると、グループの行85中の素子76および78は出力Ｐ1
2 およびＰ1 4 をそれぞれ生成し、それは結合されて図
１４で符号83で示される１つの出力を生成する。得られ
た出力81および83は素子72の出力Ｐ1 と整列している。
【００３３】導波管の屈曲その他の任意の適当な方法
で、素子74の出力Ｐ1 を素子72の出力Ｐ1 と整列と結合
する。同様の方法で、素子70の出力Ｐ1 2 は素子72の出
力Ｐ1 とオフセットして整列し結合される。出力81, 83
およびＰ1 は全て互いに垂直に整列し、その位置で結合
される。位相および振幅調整は導波管ラン中に導入され
ることができる。導波管の電気的長さを調整するために
導波管を屈曲市、或いは導波管の幅を変化させることに
よって曲がりくねったオフセットを行うことが可能であ
る。位相および振幅調整のために受動位相シフタおよ
び、または減衰器を挿入することも可能である。図１４
は３方向分割ｋ平らな壁の結合器を使用する出力の組合
わせを示している。
で、素子74の出力Ｐ1 を素子72の出力Ｐ1 と整列と結合
する。同様の方法で、素子70の出力Ｐ1 2 は素子72の出
力Ｐ1 とオフセットして整列し結合される。出力81, 83
およびＰ1 は全て互いに垂直に整列し、その位置で結合
される。位相および振幅調整は導波管ラン中に導入され
ることができる。導波管の電気的長さを調整するために
導波管を屈曲市、或いは導波管の幅を変化させることに
よって曲がりくねったオフセットを行うことが可能であ
る。位相および振幅調整のために受動位相シフタおよ
び、または減衰器を挿入することも可能である。図１４
は３方向分割ｋ平らな壁の結合器を使用する出力の組合
わせを示している。
【００３４】図１５は、図１３および１４を参照にして
説明した導波管構造を使用して構成された素子群の３次
元斜視図である。行は交互に１次および非１次偏波の形
態を有する。例えば、図１５は図１３に示されたものに
対応する３分割されたＰ2すなわちＰ2 1 、Ｐ2 2 、Ｐ2
3 を有する素子76, 78, 80を示している。非１次偏波
Ｐ1 は４つに分割されているが、図１５では明瞭ではな
い。
説明した導波管構造を使用して構成された素子群の３次
元斜視図である。行は交互に１次および非１次偏波の形
態を有する。例えば、図１５は図１３に示されたものに
対応する３分割されたＰ2すなわちＰ2 1 、Ｐ2 2 、Ｐ2
3 を有する素子76, 78, 80を示している。非１次偏波
Ｐ1 は４つに分割されているが、図１５では明瞭ではな
い。
【００３５】図１６は４分割の電力分割を明瞭に示して
いる斜視図である。たとえば、行65について検討する
と、非１次偏波Ｐ1 はＰ1 1 、Ｐ1 2 、Ｐ1 3 、Ｐ1 4
の４つに分割されている。
いる斜視図である。たとえば、行65について検討する
と、非１次偏波Ｐ1 はＰ1 1 、Ｐ1 2 、Ｐ1 3 、Ｐ1 4
の４つに分割されている。
【００３６】結合ネットワークは図１５および１６に示
された３次元斜視図を参照にして説明することができ
る。例えば、図１５の行85の中央の素子78について検討
する。通過信号Ｐ2 は隣接する素子76および80からの信
号と整列している。素子76からのＰ2 は曲げられて素子
78のＰ2 と整列され結合される。同様に、素子80からの
Ｐ2 1 は素子78からのＰ2 と曲げられて整列され、結合
される。この３次元の例は、行71を参照にして図１３に
示されたものに対応しており、そこでは素子70からのＰ
1 1 および素子74からのＰ1 2 は素子72のＰ1 と整列さ
れている。
された３次元斜視図を参照にして説明することができ
る。例えば、図１５の行85の中央の素子78について検討
する。通過信号Ｐ2 は隣接する素子76および80からの信
号と整列している。素子76からのＰ2 は曲げられて素子
78のＰ2 と整列され結合される。同様に、素子80からの
Ｐ2 1 は素子78からのＰ2 と曲げられて整列され、結合
される。この３次元の例は、行71を参照にして図１３に
示されたものに対応しており、そこでは素子70からのＰ
1 1 および素子74からのＰ1 2 は素子72のＰ1 と整列さ
れている。
【００３７】図１３に示された行65および85に関して説
明された２つの組合わせは、図１６３次元導波管形態で
明瞭に示されている。個々に記載されているように、行
65では、素子66および68からの信号Ｐ1 1 およびＰ1 3
は81に結合される。図１６に示された３次元斜視図にお
いて、素子66からの信号Ｐ1 1 は素子68からの信号Ｐ1
3 と組合わされる。同様に行65では、素子68および69か
らの信号Ｐ1 2 およびＰ1 4 は83に結合される。
明された２つの組合わせは、図１６３次元導波管形態で
明瞭に示されている。個々に記載されているように、行
65では、素子66および68からの信号Ｐ1 1 およびＰ1 3
は81に結合される。図１６に示された３次元斜視図にお
いて、素子66からの信号Ｐ1 1 は素子68からの信号Ｐ1
3 と組合わされる。同様に行65では、素子68および69か
らの信号Ｐ1 2 およびＰ1 4 は83に結合される。
【００３８】３方向の結合もまた図１６に示されてい
る。行65の素子69は４分割された非１次偏波Ｐ1 を有し
ている。分割された信号のＰ1 1 は隣接する行71の素子
79の１次偏波のスルー信号Ｐ1 と結合される。同様に、
反対方向から、行85の素子からの信号83は行71の素子79
のＰ1 と結合される。
る。行65の素子69は４分割された非１次偏波Ｐ1 を有し
ている。分割された信号のＰ1 1 は隣接する行71の素子
79の１次偏波のスルー信号Ｐ1 と結合される。同様に、
反対方向から、行85の素子からの信号83は行71の素子79
のＰ1 と結合される。
【００３９】７方向分割は２つの行における２方向組合
わせの２レベルとそれに続く３つの隣接する行間の３方
向組合わせによって行われる。例えば、行65の２方向組
合わせは81を生じ、行85の２方向組合わせは83を生じ
る。最後に行65の信号81と苦行71の信号Ｐ1 間の３方向
組合わせは７方向結合を生成する。図１６では明瞭に示
されていないが、素子79のＰ1 はまた同じ行の隣接素子
からの信号との整列を受ける。示されたような隣接する
行からの３方向の組み合わされた信号は７方向結合を生
じる。
わせの２レベルとそれに続く３つの隣接する行間の３方
向組合わせによって行われる。例えば、行65の２方向組
合わせは81を生じ、行85の２方向組合わせは83を生じ
る。最後に行65の信号81と苦行71の信号Ｐ1 間の３方向
組合わせは７方向結合を生成する。図１６では明瞭に示
されていないが、素子79のＰ1 はまた同じ行の隣接素子
からの信号との整列を受ける。示されたような隣接する
行からの３方向の組み合わされた信号は７方向結合を生
じる。
【００４０】２方向組合わせは同じ２次偏波を有する同
じ行における素子間に生じる。３方向の結合は隣接する
行中の素子間で生じる。１つの行中の素子は、隣接する
行の素子の非１次偏波と同じである１次偏波を有する。
１次偏波は３分割される。スルー信号は隣接する素子の
非１次偏波信号と結合されており、それは４分割されて
いる。本発明による結果的に得られたビームは７つのコ
ンポーネントを有するが、７方向電力分割器および結合
器は必要ない。価格が低下し複雑さが減少する３方向電
力分割器および４方向電力分割器が使用され、従来技術
において７方向分割器および結合器によって行われた偏
波および周波数配置に関連した２および３方向分割器が
必要とされた。
じ行における素子間に生じる。３方向の結合は隣接する
行中の素子間で生じる。１つの行中の素子は、隣接する
行の素子の非１次偏波と同じである１次偏波を有する。
１次偏波は３分割される。スルー信号は隣接する素子の
非１次偏波信号と結合されており、それは４分割されて
いる。本発明による結果的に得られたビームは７つのコ
ンポーネントを有するが、７方向電力分割器および結合
器は必要ない。価格が低下し複雑さが減少する３方向電
力分割器および４方向電力分割器が使用され、従来技術
において７方向分割器および結合器によって行われた偏
波および周波数配置に関連した２および３方向分割器が
必要とされた。
【００４１】本発明のビーム形成ネットワークは, 二重
偏波通信システムの分割器ネットワークを１次偏波を有
する同じ列のフィード素子に対しては１：３分割器に、
また前の列の１次偏波と同じである非１次偏波を有する
隣接する列のフィード素子に対しては１：４分割器に減
少させる。この構成は分割器および結合器構造を小形に
し、縮小された設計スペースで効率のよい経路設定を可
能にする。導波管構造として説明した経路設定は交差
（クロスオーバー）を必要としない。従来技術のビーム
成形ネットワークに比較して、構造は簡単になり、それ
によって組立てもまた簡単になる。プレーサ技術が使用
可能である。図１１乃至１６を参照にしてここで説明さ
れたように、本発明のビーム成形ネットワークは、高い
周波数で損失を低くすることを可能にする導波管構造に
特に適している。
偏波通信システムの分割器ネットワークを１次偏波を有
する同じ列のフィード素子に対しては１：３分割器に、
また前の列の１次偏波と同じである非１次偏波を有する
隣接する列のフィード素子に対しては１：４分割器に減
少させる。この構成は分割器および結合器構造を小形に
し、縮小された設計スペースで効率のよい経路設定を可
能にする。導波管構造として説明した経路設定は交差
（クロスオーバー）を必要としない。従来技術のビーム
成形ネットワークに比較して、構造は簡単になり、それ
によって組立てもまた簡単になる。プレーサ技術が使用
可能である。図１１乃至１６を参照にしてここで説明さ
れたように、本発明のビーム成形ネットワークは、高い
周波数で損失を低くすることを可能にする導波管構造に
特に適している。
【００４２】以上、本発明の特定の実施形態について図
示し説明したが、当業者には種々の変更および変形され
た実施形態を実施することが可能であろう。したがっ
て、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によっ
てのみ限定される。
示し説明したが、当業者には種々の変更および変形され
た実施形態を実施することが可能であろう。したがっ
て、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によっ
てのみ限定される。
【図１】従来技術のビーム成形ネットワークのための電
力分割器ネットワークの概略図。
力分割器ネットワークの概略図。
【図２】従来技術のビーム成形ネットワークのための電
力結合器ネットワークの概略図。
力結合器ネットワークの概略図。
【図３】多重ビームアンテナアレイ１例の概略図。
【図４】本発明のビーム成形ネットワークのための電力
分割器ネットワークの概略図。
分割器ネットワークの概略図。
【図５】本発明のビーム成形ネットワークのための電力
結合器ネットワークの概略図。
結合器ネットワークの概略図。
【図６】本発明のビーム成形ネットワークのための電力
分割器ネットワークのストリップライン構造における左
円偏波に対する第１の層を表すベクトル図。
分割器ネットワークのストリップライン構造における左
円偏波に対する第１の層を表すベクトル図。
【図７】本発明のビーム成形ネットワークのための電力
分割器ネットワークのストリップライン構造における左
円偏波に対する第２の層を表すベクトル図。
分割器ネットワークのストリップライン構造における左
円偏波に対する第２の層を表すベクトル図。
【図８】１次および非１次偏波を有する単一素子の概略
図。
図。
【図９】１次偏波がＰ1 で示されている第１の形態の概
略図。
略図。
【図１０】１次偏波がＰ2 で示されている第２の形態の
概略図。
概略図。
【図１１】３分割された１次偏波Ｐ1 と４分割された非
１次偏波Ｐ2 を有する素子の前面図および後面図。
１次偏波Ｐ2 を有する素子の前面図および後面図。
【図１２】４分割された非１次偏波Ｐ1 と３分割された
１次偏波Ｐ2 を有する素子の前面図および後面図。
１次偏波Ｐ2 を有する素子の前面図および後面図。
【図１３】本発明による導波管結合器によって構成され
た分割器および結合器ネットワークを有する７素子の群
の概略図。
た分割器および結合器ネットワークを有する７素子の群
の概略図。
【図１４】本発明の１実施形態組合わせた構成を示す７
素子の群の概略図。
素子の群の概略図。
【図１５】本発明による導波管構成の３次元構成の前面
図。
図。
【図１６】本発明による導波管構成の３次元構成の後面
図。
図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 デール・エー・ロンドル
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
92807、アナハイム・ヒルズ、エス・ウ
エストリッジ・サークル 482
(72)発明者 ケビン・エル・サットン
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
93021、ムーアパーク、ベリーブルッ
ク・コート 12007
(56)参考文献 米国特許6078287（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01Q 21/24
H01Q 21/30
Claims (10)
- 【請求項１】 列および行に配列された複数のフィード
素子(18)を有し、複合ビームを構成するフィード信号を
生成するフィードアレイ(16)と、 前記複合ビームを複数のビームコンポーネントに分割す
る分割器ネットワーク(30)と、 結合器ネットワーク(40)とを具備し、 前記フィードアレイ(16)の各フィード素子(18)は１次偏
波(22) および非１次偏波(24)を有しており、１つの列に
配列されたフィード素子 (18) はその列に隣接する列のフ
ィード素子 (18) は異なった１次偏波を有しており、 同じ 行に配列されたフィード素子(18)は隣接する行のフ
ィード素子(18)の周波数とは異なった周波数を有してお
り、 前記分割器ネットワーク(30)によって、１つの列(P2)に
配列されたフィード素子(18)は３つに分割された１次偏
波(22)と４つに分割された非１次偏波とを有しており、
その列 (P2) に隣接する列 (P1) の各フィード素子 (18) はそ
の列 (P2) とは異なった１次偏波 (24) を有しており、前記
１つの列 (P2) に隣接する両側の各列 (P1) の２つのフィー
ド素子 (18) が前記１つの列 (P2) のフィード素子 (18) にそ
の非１次偏波 (22) である信号を供給し、この前記１つの
列 (P2) に隣接する両側の各列 (P1) の２つのフィード素子
(18) は同じ列 (P1) のフィード素子 (18) には結合されてお
らず、 前記結合器ネットワーク(40)は同じ偏波(22 または 24)
を有する前記ビームコンポーネントを１以上のフィード
信号に結合し、前記ビームコンポーネントは同じ列の隣
接するフィード素子および隣接する列の対角線の位置の
素子から受信される多重ビームアンテナシステム。 - 【請求項２】 第１の列に対しては、前記１次偏波は右
回りの円偏波であり、前記非１次偏波は左回りの円偏波
であり、第１の列に隣接する列に対しては、前記１次偏
波は左回りの円偏波であり、前記非１次偏波は右回りの
円偏波である請求項１記載のアンテナシステム。 - 【請求項３】 前記分割器のネットワークおよび前記結
合器のネットワークはストリップライン技術を使用して
構成されている請求項１記載のアンテナシステム。 - 【請求項４】 前記分割器のネットワークおよび前記結
合器のネットワークは結合器によって予め定められたパ
ターンで結合された導波管を使用して構成されている請
求項１記載のアンテナシステム。 - 【請求項５】 前記結合器のネットワークは、同じ列の
素子に対しては２方向組合わせを備え、隣接する列中の
素子に対しては３方向組合わせをさらに備えている請求
項４記載のアンテナシステム。 - 【請求項６】 前記２方向組合わせを有する素子は水平
平面において結合され、前記３方向組合わせを有する素
子は垂直平面において結合されている請求項５記載のア
ンテナシステム。 - 【請求項７】 前記２方向の水平の組合わせは狭い壁の
結合器によって行われ、前記３方向の垂直の組合わせは
平坦な広い壁の結合器によって行われる請求項６記載の
アンテナシステム。 - 【請求項８】 さらに、前記結合器中の位相および振幅
補償を含んでいる請求項４記載のアンテナシステム。 - 【請求項９】 前記位相および振幅補償は受動位相シフ
タによって前記結合器中に導入される請求項８記載のア
ンテナシステム。 - 【請求項１０】 前記位相および振幅補償は減衰器を通
して前記結合器中に導入される請求項９記載のアンテナ
システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/500754 | 2000-02-08 | ||
| US09/500,754 US6320537B1 (en) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | Beam forming network having a cell reuse pattern and method for implementing same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=23990774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001030919A Expired - Lifetime JP3499831B2 (ja) | 2000-02-08 | 2001-02-07 | セル再使用パターンを有するビーム形成ネットワークおよびその構成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6320537B1 (ja) |
| EP (1) | EP1124283A3 (ja) |
| JP (1) | JP3499831B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US7463193B2 (en) * | 2006-05-01 | 2008-12-09 | Ems Technologies, Inc. | Beam forming system |
| FR3061364B1 (fr) * | 2016-12-22 | 2020-06-19 | Thales | Architecture mecanique d'un formateur de faisceaux pour antenne mfpb mono-reflecteur a partage de sources selon deux dimensions de l'espace et procede de realisation du formateur de faisceaux |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4090203A (en) * | 1975-09-29 | 1978-05-16 | Trw Inc. | Low sidelobe antenna system employing plural spaced feeds with amplitude control |
| US4236161A (en) * | 1978-09-18 | 1980-11-25 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Array feed for offset satellite antenna |
| US4972199A (en) * | 1989-03-30 | 1990-11-20 | Hughes Aircraft Company | Low cross-polarization radiator of circularly polarized radiation |
| US5760741A (en) * | 1996-04-09 | 1998-06-02 | Trw Inc. | Beam forming network for multiple-beam-feed sharing antenna system |
| US6078287A (en) * | 1999-08-13 | 2000-06-20 | Hughes Electronics Corporation | Beam forming network incorporating phase compensation |
-
2000
- 2000-02-08 US US09/500,754 patent/US6320537B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-02-06 EP EP01102546A patent/EP1124283A3/en not_active Ceased
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