JP5745080B2 - アンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、アンテナシステム、アンテナシステムの部品、アンテナシステムの追跡カプラ、およびアンテナシステムを使用し目標を追跡する方法に関し、例えば衛星通信のためのアンテナシステムとアンテナシステムの導波管カプラに関する。

関連出願

本願はオーストラリア暫定特許第２０１０９０４９４１号（ＢＡＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｕｓｔｒａｌｉａ Ｌｉｍｉｔｅｄの名で２０１０年１１月８日に出願）に関連し、これの明細書は参照により本願に援用される。

アンテナシステムは無線通信、無線探知測距（レーダ）用途、ならびに電子戦争（例えば電波妨害）に利用される。効率的運用のためには、目標に対し最も真っすぐな電磁伝搬経路にシステムのアンテナを揃えることが望まれる。例えば皿型アンテナは、アンテナのボアサイトと呼ばれる皿の中心軸に概ね揃った方向で最も効率よく放射線を送受する。アンテナアラインメントは、特にアンテナシステムと目標が互いに移動する場合（例えば乗物に取り付けられたアンテナの場合、または衛星目標の場合）に、また受信電磁力が変動する場合に（例えば目標とアンテナシステムとの間の電磁経路における環境変化のため変動）、多くの困難を投げかける。

衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）用途の場合は、特に乗物に取り付けられたアンテナの場合は、コニカルスキャンと呼ばれる技法をアンテナシステムで使用し目標衛星を追跡することができる。コニカルスキャンでは、アンテナシステムのアンテナはアンテナと衛星との間の中心経路をめぐる円で連続的に走査する。アンテナシステムは、円を横断するたびに起こる信号変化からアンテナが目標を指向しているか否かを判断し、目標の動きを追跡するようアンテナを制御できる。コニカルスキャンの問題は、アンテナを目標に直接向けられないため信号送受にともない常に電力損が生じることである。例えば一部の通信プロトコルで要求される広く分離した送信および受信周波数の場合、送信帯域または受信帯域における電力損は著しくなる。アンテナビーム幅に対し目標の見掛け角速度が増加するにつれ、要求スキャン速度は増加する。これは、例えば目標の速度のため、アンテナプラットフォームの急速な動きのため、またはビーム幅が非常に狭いアンテナのために、起こり得る。また、コニカルスキャンで補正できるアラインメント誤差（alignment error）の角度は大きいアラインメント誤差の場合に十分でなく、アンテナシステムは目標の位置を特定するため非効率的で時間のかかる探査モードに入る必要がある。

もう１つの目標追跡法であるモノパルス追跡では、アンテナシステムが２つの異なるビームパターンから伝搬電磁エネルギーを受け取る。中心メインビームパターン（対称「サム」ビーム（sum beam）に相当）はアンテナボアサイト（指向性アンテナの光軸または最大利得方向）に沿って受け取られるエネルギーを搬送し、１つ以上の非中心「ヌル」ビームパターン（「ディファレンス」ビーム（difference beam）に相当）はボアサイトに対し反対称のオフボアサイト方向から受け取られる放射線を搬送する（したがってディファレンスビームはアンテナボアサイトに揃ったヌルを有する）。ボアサイトの両側間の受信電力の非対称は目標が軸外であることを意味する。サムビームによって受信される信号に対するディファレンスビームで受信される信号の大きさおよび位相は、アンテナボアサイトと目標との角度アラインメント誤差の大きさおよび方向を示し、モノパルススキャン方式アンテナシステムはこれをもとにその方向を補正し、目標を追跡する。

ただし、モノパルス追跡では追跡信号を抽出するため比較的大きい導波管フィードを有するアンテナシステムが通常必要であるため（オンボアサイト（on-boresight）信号とオフボアサイト（off-boresight）信号を別々に検出するため大きい機械的構造を必要とする場合もある）、少なくとも小さいアンテナシステム（例えば乗物に取り付けられたアンテナシステム）を必要とする一部の追跡用途には使用できない。さらに、モノパルス追跡システムは一次元（例えば上下）の追跡情報しか提供しない。また、モノパルス追跡システムは様々な偏波で受信放射線を使用し目標を追跡するにあたって十分に柔軟ではない。例えば、既存のマルチホール追跡モードカプラは特定の用途にとって、例えば衛星通信の移動アンテナシステム用として、長すぎる。

既存のシングルスロットモノパルスカプラは非常に短いが、主円形導波管経路に不連続性を有し、この不連続性が許容できないレベルの高次導波管モード（例えば円形導波管でのＴＭ１１モード）を招くため、２つの広く分離された送信および受信帯域がある用途には不向きである。

先行技術に関わる１つ以上の不利点または限界に対処すること、または改善すること、あるいは有用な代案を提供することが、望まれる。

本発明によると、アンテナシステムが提供され、前記アンテナシステムは、
目標から２つの直交偏波で追跡モード信号を受信するよう構成された入力ポートと、
前記入力ポートから前記追跡モード信号を受信するよう構成された追跡カプラであって、
第１の前記直交偏波で前記追跡モード信号から追跡信号を抽出するよう構成された第１の対向スロットカプラ対と、
第２の前記直交偏波で前記追跡モード信号から追跡信号を抽出するよう構成された第２の対向スロットカプラ対とを含む、前記追跡カプラと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡出力信号を生成するために、前記対向スロットカプラ対からの前記抽出追跡信号を合成するよう構成された追跡合成器回路網と
を含む。

本発明はまた、アンテナシステムを提供し、前記アンテナシステムは、
目標から追跡モード信号を受信するよう構成された入力ポートと、
前記受信追跡モード信号から追跡信号を抽出するよう構成された追跡カプラと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡出力信号を生成するため、前記抽出追跡信号を合成するよう構成された追跡合成器回路網と、
前記目標へ送出される送信信号を生成するよう構成された送信サブシステムと、
前記追跡合成器回路網から前記送信信号を排除するよう構成された送信・排除フィルタと
を含む。

本発明はまた、アンテナシステムを提供し、前記アンテナシステムは、
目標から受信した受信モード信号から受信信号を抽出するよう構成されたスロットカプラを含む受信カプラと、
受信信号を生成するため前記抽出受信信号を合成するよう構成された受信合成器回路網と、
前記目標へ送出される送信信号を生成するよう構成された送信サブシステムと、
前記受信合成器回路網から前記送信信号を排除するよう構成された送信・排除フィルタと
を含む。

本発明はまた、アンテナシステムのための追跡カプラを提供し、前記追跡カプラは、
目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用するため、前記アンテナシステムによって受信される直交高次モードから追跡信号を抽出するよう構成された２つ以上の直交スロットカプラと、
受信信号を生成するのに使用するため、前記追跡カプラを通じて前記アンテナシステムによって受信される基本モードを結合するよう構成された縦方向リッジ（ridge）と
を含む。

本発明はまた、アンテナシステムを使用し目標を追跡する方法を提供し、前記方法は、
前記アンテナシステムを使用し、前記目標から２つの直交偏波で追跡モード信号を受信することと、
第１の対向スロットカプラ対を使用し、第１の前記直交偏波で前記追跡モード信号から追跡信号を抽出することと、
第２の対向スロットカプラ対を使用し、第２の前記直交偏波で前記追跡モード信号から追跡信号を抽出することと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡出力信号を生成するため、両方の直交偏波からの前記抽出追跡信号を合成することと
を含む。

これより添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を一例として説明する。

図１Ａは、アンテナシステムを含む通信システムの概略図である。 図１Ｂは、アンテナシステムのアンテナパターンの概略図である。 図２は、アンテナシステムの反射器サブシステムの概略図である。 図３Ａは、アンテナシステムのフィードサブシステムの概略図である。 図３Ｂは、代替正方形導波管フィードサブシステムの概略図である。 図３Ｃは、受信のみフィードシステムの概略図である。 図３Ｄは、代替受信のみフィードサブシステムの概略図である。 図４は、アンテナシステムの追跡サブシステムの概略図である。 図５は、アンテナシステムの受信サブシステムの概略図である。 図６Ａは、フィードサブシステムのホーンの、真空背景材（vacuum background material）を含む、電磁（ＥＭ）モデルの斜視図である。 図６Ｂは、ホーンの、真空背景材を含む、ＥＭモデルの断面斜視図である。 図７Ａは、フィードサブシステムの追跡カプラ、追跡合成器回路網、およびテーパの、金属背景材（metal background material）を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｂは、入力ポートでＴＥ１１水平モードの電場を示す、追跡カプラの、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｃは、入力ポートでＴＥ１１垂直モードの電場を示すＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｄは、入力ポートでＴＭ０１モードの電場を示すＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｅは、入力ポートで第１のＴＥ２１モードの電場を示すＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｆは、入力ポートで第２のＴＥ２１モードの電場を示すＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｇおよび７Ｈは、位相補償器およびブランチガイドカプラを含む追跡合成器回路網および追跡カプラの、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｇおよび７Ｈは、位相補償器およびブランチガイドカプラを含む追跡合成器回路網および追跡カプラの、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｉは、モードガイドリッジを含むテーパおよび追跡カプラの、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｊは、追跡カプラ、テーパ、およびフィルタフリー追跡合成器回路網の、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図７Ｋは、オクタルリッジモードカプラの、（リッジから離れた）金属背景材を含む、ＥＭモデルの断面図である。 図８は、フィードサブシステムの受信合成器回路網および受信サブシステムの、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図９Ａは、フィードサブシステムのセプタムポーラライザおよび変換器の、金属背景材を含む、ＥＭモデルの斜視図である。 図９Ｂは、変換器およびセプタムポーラライザの、金属背景材を含む、ＥＭモデルの断面斜視図である。 図１０Ａは、アンテナシステムの操作プロセスの流れ図である。 図１０Ｂは、第１のＴＥ２１モードの電場を含む入力ポートの概略図である。 図１０Ｃは、第２のＴＥ２１モードの電場を含む入力ポートの概略図である。 図１０Ｄは、アジマスおよび垂直アンテナ指向誤差により水平入力偏波から生成される追跡差信号を示す追跡合成器回路網の概略図である。 図１０Ｅは、アジマスおよび垂直アンテナ指向誤差により垂直入力偏波から生成される追跡差信号を示す追跡合成器回路網の概略図である。 図１１は、例示的アンテナシステムの機械モデルの斜視図である。 図１２Ａは、例示的アンテナシステムの正面斜視図を示す写真である。 図１２Ｂは、例示的アンテナシステムの背面斜視図を示す写真である。 図１２Ｃは、例示的ホーンの正面斜視図を示す写真である。 図１２Ｄは、例示的フィードサブシステムの一部分の側面斜視図を示す写真である。 図１２Ｅは、例示的フィードサブシステムの例示的追跡カプラ部分の正面斜視図の写真である。 図１２Ｆは、Ｙ軸にミリメートル（ｍｍ）単位の半径（ｒ）とＸ軸にｍｍ単位の長さ（ｚ）を含む、例示的Ｋａバンドホーンの断面の図式である。

図１Ａに示すアンテナシステム１０２は、目標１０４から目標１０４およびアンテナシステム１０２間の電磁経路またはリンク１０６に沿って電磁放射線を検出／受信する。アンテナシステム１０２は、衛星通信（図１Ａに示す通信システム１００）、レーダ用途、または電子戦争用途（例えばトラッキングジャマーおよびトラッキングレシーバ）に利用できる。

アンテナシステム１０２はリンク１０６に沿って電磁放射線を送受する反射器サブシステム２００を含む。反射器サブシステム２００はアンテナシステム１０２のフィードサブシステム３００へ接続され、フィードサブシステム３００は、反射器サブシステム２００へ、かつ反射器サブシステム２００から、電磁放射線を誘導する導波管を有する。

アンテナシステム１０２はマウント１１０（ペデスタルとも呼ぶ）によりプラットフォーム１０８上に取り付けられる。プラットフォーム１０８は乗物のような移動プラットフォーム（例えば無人乗物を含む陸上車両、船舶、または航空機）であってよい。マウント１１０は、リンク１０６に沿って反射器サブシステム２００を目標１０４に向けるため、すなわち目標１０４を追跡するため、アンテナシステム１０２の動きを可能にし制御する。マウント１１０はアジマスおよび垂直（エレベーション）方向の指向制御を提供するため少なくとも２つの動作軸を有する。追跡動作を改善するため第３の軸を設けることもできる。アンテナシステム１０２の指向方向は、マウント１１０（電子制御接続を使用）およびフィードサブシステム３００（電子通信を使用しアンテナシステム１０２から追跡信号を受信）と通信する追跡制御器１１２によって制御される。

アンテナシステム１０２は十分に密閉されたレイドーム１１４の中でプラットフォーム１０８に取り付けられ、レイドーム１１４は空気の動き（風、空気抵抗）や周囲の環境（例えば天候、汚れ）からアンテナシステム１０２を保護する。レイドーム(radome)１１４の中では目標１０４を追跡するアンテナシステム１０２が十分に動けるよう取り付けられる。

アンテナシステム１０２は（１つ以上の電子通信接続を通じて）通信処理システム１１６へ接続され、通信処理システム１１６は、プラットフォーム１０８と目標１０４との間で情報を送受するため、アンテナシステム１０２へ信号を送信しかつアンテナシステム１０２から信号を受信する。この情報はレーダ用途で目標１０４の探知および測距に役立てることができる。この情報は衛星通信用途でワイドバンドグローバルサットコムシステム（ＷＧＳ）に関連するプロトコル等の通信プロトコルに従って配列されるデジタル符号化データであってよい。レーダまたは衛星通信プロトコルはまた、送受される偏波を規定する（例えばアップリンクまたはダウンリンクの円または直線偏波）。

モノパルス追跡
アンテナシステム１０２はリンク１０６に沿って伝搬する電磁放射線を送受するよう構成される。アンテナシステム１０２は２種類の放射パターンから、すなわちサムパターン（sum pattern）と１つ以上のディファレンスパターン（difference pattern）から、放射線を受信するよう構成される。サムパターンはアンテナシステム１０２の軸の周りで偶対称（even symmetry）を有し、最大値はアンテナボアサイトに揃う。ディファレンスパターンはアンテナシステム１０２の軸に対し反対称（anti-symmetric）であり、アンテナボアサイト１１８に揃うヌルを有する。

これらの２種類のパターンで放射線を受信するため、アンテナシステム１０２は、サムパターンに関連するメインビームパターン１２２と、垂直およびアジマス角に対応するディファレンスパターンに関連する２つの直交ヌルビームパターン１２４とを含む、アンテナパターン１２０を有する（例示的サムパターンと例示的ディファレンスパターンの１つを図１Ｂに示す）。

メインビームパターン１２２の最初のヌルに対応する角度範囲のかなりの部分にわたり、ヌルビームパターン１２４とメインビームパターン１２２から受け取る電圧の相対的大きさおよび位相は、アンテナボアサイト１１８と目標１０４との角度指向誤差（angular pointing error）の大きさおよび方向に関する情報を含む。

反射器サブシステム２００
図２に示すように、反射器サブシステム２００は、目標１０４から発せられた信号を受信し合焦するため、例えば変位軸グレゴリアン構成（displaced-axis Gregorian configuration）で取り付けられる、２つの反射器（具体的には主反射器２０２と副反射器２０４）を含む。（変位軸を有するとは、主反射器２０２が副反射器２０４上に単一焦点ではなくリング焦点を有することを意味する。）
副反射器２０４は支持体２０６を用いて主反射器２０２へ取り付けられる。支持体２０６はサポートストラットおよび／または一脚支持体を含んでよい。副反射器２０４は主反射器２０２の半径によって画定される円弧の中に取り付けられるため（主反射器２０２の中心からの副反射器２０４の最大距離は主反射器２０２の半径以下）、レイドーム１１４の半径は、主反射器２０２を必要動作範囲にわたって据え付けるのに要求される半径より大きくない。

反射器サブシステム２００はアンテナシステム１０２の広帯域動作を可能にする。例えば、反射器サブシステムは広く分離した周波数帯域で、例えば約２０ＧＨｚの帯域と約３０ＧＨｚの帯域で（Ｋａバンド通信で使用）、作動できる。反射器サブシステム２００は、メインビームパターン１２２とヌルビームパターン１２４から放射線を受信し、かつこれらのビームパターンからフィードサブシステム３００の中へ放射線を誘導するよう、構成される。

フィードサブシステム３００
フィードサブシステム３００はホーン６００を含み、ホーン６００は、反射器サブシステム２００とフィードサブシステム３００の残りの部分にある導波管部品との間でマルチモーダルおよびマルチバンド信号を誘導するよう構成される。図６Ａおよび６Ｂに示すように、ホーン６００はフラストコニカルボア（円錐の一部のように成形された中心ガイド）と波形の内面とを含む。

図３Ａに示すように、ホーン６００は副反射器２０４によって合焦された放射線をホーン入力ポート６０２で受け取り、この放射線をフィードサブシステム３００の追跡カプラ７０２の入力ポート４０４（「ポート１」と呼ぶ）へ誘導する。

ホーン６００はフィードサブシステム３００の残りの部分から反射器サブシステム２００へ送信放射線（送信サブシステム３０２で発信）を誘導する。

ホーン６００は、ホーン６００を通って追跡カプラ７０２の入力ポート４０４へ伝搬する、ＴＥ１１モードの形をとる中心基本モード（円形導波管の基本モード）と、ＴＥ２１モードの形をとる非中心高次モード（円形導波管の高次モード）とを、サポートする。

ホーン入力ポート６０２の直径は、フィードサブシステム３００の中へ入ることができる高次円形導波管モードの上限を規定する。これらの直径は、円形ホーン６００にて、不要な高次モードを、例えば選択された動作周波数（例えば約２０ＧＨｚのＫａバンド）でＴＥ２１を上回るモードを、遮るよう選択される。

フィードサブシステム３００は追跡カプラ７０２を含み、追跡カプラ７０２はこれの入力ポート４０４でホーン６００から基本および高次モード信号（ＴＥ１１およびＴＥ２１信号）を受信する。追跡カプラ７０２は、高次モード信号を使用し、目標１０４を追跡するようアンテナシステム１０２を制御するため使用される追跡信号（モノパルス追跡のための差信号（difference signal））を生成する。追跡カプラ７０２は、受信サブシステム５００の受信カプラ８０２へ至る出力ポート４０５（「ポート３」と呼ぶ）の中を基本モード信号が通過することを許す。

受信カプラ８０２は受信したＴＥ１１モード信号から受信信号を抽出するよう構成される。基本モード信号は、通信処理システム１１６の受信通信信号を生成するため、また目標１０４を追跡するようアンテナシステム１０２を制御するのに使用される追跡基準信号（モノパルス追跡のための和信号（sum signal））を生成するため、使用される。

周波数再利用のため、受信サブシステム５００は両方の偏波を同時に使用し受信するよう構成できる（図５に示す各受信器ポートエンド５０２につきＬＮＡ ５１２と対応するチェーンを要する）。

フィードサブシステム３００は、１つ以上の送信ポートを通じて電子送信信号を受信する送信サブシステム３０２を含む。送信サブシステム３０２はセプタムポーラライザ９０４と円形・正方形変換器９０２とを含む。送信サブシステム３０２は、目標１０４へ信号（例えばレーダまたは衛星通信信号）を送信するため、フィードサブシステム３００の他の部分（具体的には受信カプラ８０２、追跡カプラ７０２、およびホーン６００）を通じて反射器サブシステム２００へ伝搬電磁信号を送り返す。

図３Ａに示すように、送信サブシステム３０２は２つの送信ポートを、すなわち第１の送信ポート３０４と第２の送信ポート３０６と、を含む。第２の送信ポート３０６は図３Ａに示すように整合負荷終端器３０８により終端でき、あるいは周波数再利用として二重偏波信号送信のための電子入力へ接続できる。一部の用途において、ポート３０４、３０６には送信偏波の切り替えを可能にする切り替えスイッチを装着できる。

送信サブシステム３０２は、第１の送信ポート３０４から右側円偏波（ＲＨＣＰ）信号を送信し、第２の送信ポート３０６から左側円偏波（ＬＨＣＰ）信号を送信するよう、構成できる。送信信号の周波数は約３０〜３１ＧＨｚのＫａバンドであってよい。

周波数再利用のため、送信サブシステム３０２は、切り替えスイッチにより選択可能な単一偏波で送信するよう構成できる。

図９Ｂに示すように、セプタムポーラライザ９０４は送信周波数範囲（例えば約３０〜３１ＧＨｚのＫａバンド）にわたって二重円偏波を生成するため階段状金属隔壁９０６を含む。

変換器９０２は、送信サブシステム３０２の正方形／長方形導波管部品から受信カプラ８０２、追跡カプラ７０２、およびホーン６００の円形または輪形導波管部品にかけて送信信号を変換する標準円形・正方形導波管変換器であってよい。

スクエアフィードサブシステム３００Ｂ
フィードサブシステム３００の代案において、スクエアフィードサブシステム３００Ｂは、図３Ｂに示すように、同等のホーン６００および追跡カプラ７０２を含むほか、受信カプラ８０２と送信サブシステム３０２に代わる部品を含む。スクエアフィードサブシステム３００Ｂにおいて、追跡カプラ７０２はスクエア受信部３１０へ受信信号を渡し、スクエア受信部３１０は、通信処理システム１１６と追跡制御器１１２のため信号（追跡和信号を含む）を検出する。スクエアフィードサブシステム３００Ｂはスクエア送信部３１１を含み、スクエア送信部３１１はスクエア受信部３１０、追跡カプラ７０２、およびホーン６００の中を通る送信信号を生成する。

スクエア受信部３１０は垂直偏波部３１４を含み、垂直偏波部３１４は、スクエアフィードサブシステム３００Ｂの伝搬軸に対し通常は垂直の方向にポートを通じて受信周波数（例えば約２０ＧＨｚ）で基本モード信号（例えばＴＥ０１またはＴＥ１０信号）の垂直偏波を抽出する。図３Ｂに示すように、垂直偏波部３１４は抽出した信号を位相補償器３１６へ渡す。スクエア受信部３１０は水平偏波部３１８を含み、水平偏波部３１８は、受信周波数（例えば約２０ＧＨｚ）で基本モード信号の水平偏波（第１の受信垂直偏波に対し直交の偏波）を受信する。水平偏波部３１８は、サイドポートを通じてスクエアフィードサブシステム３００Ｂの中心軸に対し垂直に並ぶ導波管３１９の中へ基本モード信号の水平偏波を抽出する。垂直および水平偏波基本モード信号は３デシベル（ｄＢ）ハイブリッド３２０を用いて合成され、３デシベルハイブリッド３２０は合成された信号をＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ受信ポート３２２へ渡す。受信ポート３２２はそれぞれの低雑音増幅器（ＬＮＡ）へ接続されており、低雑音増幅器は、受信信号を表す電子信号を通信処理システム１１６へ搬送し、また追跡和信号を表す電子信号を追跡制御器１１２へ搬送する。

スクエア送信部３１１はスクエア受信部３１０と同様に構成されるが、送信周波数帯域（例えば約３０ＧＨｚ）に応じてサイズが設定される。図３Ｂに示すように、スクエア送信部３１１はＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ送信ポート３２４で送信する電子信号を受信し、２つの偏波の送信信号は、３ｄＢハイブリッド３２６にて、スクエアフィードサブシステム３００Ｂのメインガイド（部３１４、３１８を含む）へ再接続する２つの導波管アームに、分けられる。２つの導波管アームにおける信号の位相は一方のアームの位相補償器３２８を用いて整合され、スクエア送信ＯＭＴ ３１２で合成される。

スクエアフィードサブシステム３００Ｂは円形追跡カプラ７０２を使用し、円形追跡カプラ７０２は、正方形および長方形導波管部品を使用するフィードの残りの部分へ、直接的に、または円形・正方形変換器を介して、接続できる。スクエアフィードサブシステム３００Ｂは通常、ホーン６００から送信ポート３２４までの長さがフィードサブシステム３００より長いため、スペースに余裕がある用途に使用される。

受信のみフィードサブシステム３００Ｃおよび３００Ｄ
アンテナシステム１０２は、特定の用途において、受信のみとして、すなわち送信サブシステム３０２なしで、構成できる。受信のみシステムでは受信帯域だけを通過させればよいため、ホーン６００はシングルバンドホーン３３０に差し替えることができる。追跡カプラ７０２は引き続き追跡制御を生成するため信号を抽出するが（例えばモノパルス追跡のための差信号）、追跡合成器回路網はローパスフィルタを必要としないため、フィルタフリー合成器回路網７０８に差し替えることができる。図７Ｊに示すフィルタフリー合成器回路網７０８には送信・排除フィルタ７１０がない。導波管部品で高次モード信号の生成を回避する必要はないため、図７Ｊに示すように、追跡カプラ７０２のコサイン・スクエア変換器またはテーパ７０６はステップ変換器７２２に差し替えることができる。

図３Ｃに示すように、受信のみフィードサブシステム３００Ｃでは、受信カプラ８０２を、分岐を備えるセプタムポーラライザ３３２に、差し替えることができる。図３Ｄに示すように、代替受信のみフィードサブシステム３００Ｄでは、受信カプラ８０２を、ポーラライザ３３４（波形ポーラライザ、側板を備える円形ポーラライザ、または誘電性ベイン(vane)であってよい）および受信ＯＭＴ ３３６に、差し替えることができる。

追跡サブシステム４００
図４に示すように、アンテナシステム１０２は追跡サブシステム４００を含み、追跡サブシステム４００は追跡カプラ７０２と、追跡合成器回路網７０４と、追跡ポートエンド４０２とを含む。

図４および７Ａに示すように、追跡カプラ７０２は、対向するポート対（追跡カプラ７０２の円形主導波管の壁にスロットを各々有する直径方向に対向するスロットカプラの対により形成）が互いに４５度に並ぶ４ポート単一スロットカプラの形をとる（「ターンスタイルジャンクション」の形であってよい）。各スロットカプラは追跡カプラ沿いに縦方向に並ぶ単一スロットを含む。入力ポート４０４の中を伝搬する高次モード信号から追跡信号を抽出するため、ポート対は追跡カプラ７０２の主中心導波管室の側部に沿って配置される。

第１のポート対は、追跡カプラ７０２の中心軸にまたがって互いに直径方向に直接対向する第１の左ポート４０６と第１の右ポート４０８とを含む。第１のポート対は第１の偏波で高次モード信号を抽出する。第２のポート対は、同じく追跡カプラ７０２の中心軸にまたがって互いに直径方向に直接対向する第２の左ポート４１０と第２の右ポート４１２とを含む。第２のポート対は第２の偏波で高次モード信号を抽出し、第２の偏波は第１の偏波と異なり第１の偏波に対し直交である。

追跡カプラ７０２のポート対は、追跡カプラ７０２の円周に沿って角度がオフセットされ、追跡カプラ７０２の全長に沿って距離がオフセットされる。ポート対は追跡カプラ７０２の全長に沿って高次モード信号の波長の約半分（λｇ／２）の間隔を置く。ポート対は、追跡カプラ７０２の全長に沿って、各ポート対４０６、４０８、および４１０、４１２とＥプレーンＹジャンクション４１４の形をとる合成器との最小長によりオフセットされる。この最小長オフセットは、サイドポート４０６、４０８、４１０、４１２に結合する基本モード信号（メインビームパターン１２２に一致し、受信サブシステム５００を目的とする）が適切な位相（同相）により追跡カプラ７０２の中心円形導波管に再注入されることを可能にする。

図７Ａに示すように、追跡合成器回路網７０４は、抽出された信号を４つのポート４０６、４０８、４１０、４１２からポート４０６、４０８、４１０、４１２へ接続された４つの送信・排除フィルタ７１０の中に搬送する導波管部品を含む。送信・排除フィルタ７１０は、送信周波数（例えば３０ＧＨｚで送信サブシステム３０２によって生成される周波数）の放射線が追跡合成器回路網７０４に入るのを阻止するよう構成される。送信・排除フィルタ７１０は２つ以上の起伏を含むローパス波形導波管フィルタである。各アームはローパスフィルタを有し、各フィルタは複数の起伏を有する。送信・排除フィルタ７１０は２つ以上の起伏を有する従来の波形フィルタであってよく、起伏が多ければ追跡合成器回路網７０４からの送信信号の排除は改善するが、より多くの物理的空間を要する。送信・排除フィルタ７１０は追跡カプラ７０２の中心室にて対応する各スロットから選択された長さのところに配置される。スロットからフィルタまでの距離は送信信号に対する妨害が最小限となるよう選択され、送信モードで追跡カプラ７０２の最適リターンロスのためスロットからフィルタまでの距離を最適化することによって選択できる（例えば電磁シミュレーションソフトウェアを使用）。図４および７Ａに示すように、追跡合成器回路網７０４は、各対の２つの対向ポートから抽出された信号を誘導し、それらをＥプレーンＹジャンクション４１４の形をとる１８０度ハイブリッド（または１８０度ハイブリッド合成器）で合成するため、正方形／長方形導波管部品を含む。Ｙジャンクション４１４の代わりに１８０度ハイブリッド合成器としてマジックＴカプラを使用することもできるが、Ｙジャンクション４１４はマジックＴより短くできるため、各合成器から和信号だけが使用される場合はＹジャンクション４１４が好ましい。

それぞれのＥプレーンＹジャンクション４１４はほぼ等しい長さのレッグを有し、追跡カプラ７０２の周りで対称的に形成される。各ＥプレーンＹジャンクション４１４は追跡合成器回路網７０４へ接続され、各ポート４０６、４０８、４１０、４１２からＹジャンクション４１４のいずれか１つのジャンクションまでの導波管の長さは、各Ｙジャンクション４１４が互いに逆位相で各対のポートから高次モード伝搬電磁場（例えばＴＥ２１）を加えるよう、選択される。高次追跡モードは逆位相でポートに到来するため、逆位相で合成される必要がある。対照的に、ＥプレーンＹジャンクション４１４のいずれか１つのレッグのいずれか１つに結合する基本非追跡信号（例えばＴＥ１１）は同相となるため、Ｙジャンクションによって反射される。非追跡信号を反射することにより、追跡カプラ７０２における非追跡信号の信号損失および減衰は低減され、より多くの非追跡信号が受信サブシステム５００で検出される。

第１のＥプレーンＹジャンクション４１４の出力ポート７２６はポート４（ディファレンスポート）と呼ぶことができ、第２のＥプレーンＹジャンクション４１４の出力ポート７２８はポート２（ディファレンスポート）と呼ぶことができる。

追跡合成器回路網７０４は２つのＥプレーンＹジャンクション４１４からの信号を合成するため９０度ハイブリッド４１６（図４に示すようにＹジャンクション４１４の合成器出力ポート７２６、７２８へ接続）を提供する導波管部品を含む。９０度ハイブリッド４１６はブランチガイドカプラ７１４（図７Ｇおよび７Ｈに図示）かスロットカプラの形をとる。

追跡合成器回路網７０４は、各ポート対から抽出された信号の位相を等化するため、各ＥプレーンＹジャンクション４１４とブランチガイドカプラ７１４との間に、導波管の長さの形をとる、位相補償器７１６を、含む。図７Ｇおよび７Ｈに示すように、位相補償器７１６は各Ｙジャンクション４１４とブランチガイドカプラ７１４との間に接続される。位相補償器７１６は、追跡カプラ７０２の主円形導波管に対し同等の伝搬定数を有する長方形導波管（図７Ｇおよび７Ｈに図示）を含む。具体的に、位相補償器７１６の長方形導波管は追跡カプラ７０２の円形導波管とほぼ同じ遮断波長を有するように構成され、主円形導波管にて異なる直交偏波で移動する信号の異なる距離を補償する。

合成器回路網７０４は、Ｙジャンクション４１４とブランチガイドカプラ７１４の異なる導波サイズ間で変換を行うステップ変換器（異なる寸法の長方形導波管部の形をとる）を含んでよい。

追跡ポートエンド４０２は、第１のディファレンスポート４１８については導波管終端器により（例えばＲＨＣＰ信号）、また第２のディファレンスポート４２２についてはＬＮＡ ４２０により（例えばＬＨＣＰ信号）、９０度ハイブリッド４１６の追跡出力ポート４１７を終端する。追跡差信号を表す電子信号は（図１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、および１０Ｅを参照し後述）、目標１０４を追跡するようアンテナシステム１０２を制御するため追跡ポートエンド４０２から追跡制御器１１２へ電子的に送信される。

受信サブシステム５００
アンテナサブシステム１０２は受信サブシステム５００を含み、図５に示すように、受信サブシステム５００は受信カプラ８０２と、受信合成器回路網８０４と、受信器ポートエンド５０２とを含む。図５および８に示すように、受信カプラ８０２は、互いに９０度に配置され直径方向に対向するポート対を備えるマイクロ波４ポートジャンクションの形をとる。

図８に示すように、受信カプラ８０２は、追跡カプラ７０２から基本モード（ＴＥ１１モード）で伝搬する電磁信号を受信する受信入力ポート８０６を有する。受信カプラ８０２の中心室の対抗する側面で直径方向に対向するポート対は、基本モード信号から受信信号を抽出するよう構成される。

追跡カプラ７０２のポート対とは異なり、受信カプラ８０２のポート対は受信カプラ８０２の中心室に沿って同じ長さに配置される。

受信合成器回路網８０４は受信カプラ８０２の各ポートへ接続された導波管部品を含む。図８に示すように、受信合成器回路網８０４では、追跡合成器回路網７０４の送信・排除フィルタ７１０と同等の送信・排除フィルタ８０８（波形ローパスフィルタの形をとる）が、受信カプラ８０２の各ポートから延出する導波管に取り付けられている。送信・排除フィルタ８０８は、送信周波数（例えば３０ＧＨｚで送信サブシステム３０２によって生成される周波数）の放射線が受信合成器回路網８０４に入るのを阻止するよう構成される。

図５および８に示すように、受信合成器回路網８０４は、各対の両ポートへ接続されたＨプレーンＹジャンクション５０４の形をとる１８０度ハイブリッドを含む。各ポート対で抽出された信号はＨプレーンＹジャンクション５０４で同相に合成される。

それぞれのＨプレーンＹジャンクション５０４はほぼ等しい長さのレッグ（ジャンクション５０４と各ポートとの間）を有し、追跡カプラ８０２の周りで対称的に形成される。

図８に示すように、受信合成器回路網８０４は、各Ｙジャンクション５０４からの信号を合成して受信器出力ポート８１４へ送る、両Ｙジャンクション５０４へ接続されたブランチガイドカプラ８１２の形をとる、９０度ハイブリッド５０６を含む。受信器出力ポート８１４からの受信信号は受信器ポートエンド５０２へ送られ、図５に示すように、受信器ポートエンド５０２は、受信周波数の終端器の形をとる第１の受信器ポート５０８（例えばＲＨＣＰ信号用）と、受信器出力ポート８１４のいずれか一方へ接続されたＬＮＡ ５１２から増幅された信号を受信する第２の受信器ポート５１０（例えばＬＨＣＰ信号用）とを、含む。

受信器ポートエンド５０２からの受信信号は通信処理システム１１６と追跡制御器１１２とへ電子的に送信される。受信信号は両方の偏波の追跡和信号を含み、追跡和信号は、目標１０４を追跡するようアンテナシステム１０２を制御するため追跡制御器１１２によって使用される。受信信号は、データ通信信号（例えば衛星通信用）および／または探知・測距データ等、目標１０４からの情報を表すデータチャネル信号を含む。

追跡サブシステム４００と受信サブシステム５００におけるモード
基本モード信号は、図７Ｂに示すＴＥ１１水平モード７５０、図７Ｃに示すＴＥ１１垂直モード７５２、および／または右側または左側円偏波ＴＥ１１モードであってよい。

図７Ｄに示すように、電力は追跡カプラ７０２のＴＭ０１モード７５４に結合できるが、追跡カプラ７０２は、このモードの電力が追跡出力ポート４１７で実質的な信号を生成しないよう構成される。ＴＭ０１モードを追跡合成器回路網７０４に結合しないため、ポート４０６、４０８、４１０、４１２のスロット（スロットカプラにより形成）は追跡カプラ７０２の送信軸に縦方向に揃うよう構成される。

ＴＭ０１モードを受信合成器回路網８０４に結合しないため、受信サブシステム５００のポートのスロット（スロットカプラにより形成）もまた、受信カプラ８０２の送信軸に縦方向に揃うよう構成される。

追跡カプラ７０２と受信カプラ８０２のスロットは通常、長さが波長の約半分である（例えば約２０ＧＨｚの追跡および受信波長／周波数）。スロットは、必要信号（例えばＴＥ２１またはＴＥ１１モードから）の結合を許しつつ、ＴＭ０１モードの大部分を結合せず、または追跡カプラ７０２または受信カプラ８０２を通じて結合するモードを歪ませるにあたって、十分に小さい高さ（追跡カプラ７０２または受信カプラ８０２の送信軸の円周方向）を有する。例えば、Ｋａバンドシステムにおける各スロットの高さは約１ｍｍであってよい。

テーパ７０６
フィードサブシステム３００は追跡カプラ７０２と受信カプラ８０２との間にテーパ７０６を含む。テーパ７０６はコサイン・スクエアテーパ（コサインテーパとも呼ばれる）として形成される。テーパ７０６は、追跡カプラ７０２のポートに結合する追跡モード信号の効率を向上させるため、追跡カプラ７０２を通過する追跡モード信号を適切な位相により追跡カプラ７０２に反射することにより、追跡カプラ７０２のための反射面を提供する。反射される追跡モード信号はポート４０６、４０８、４１０、４１２のスロットにて入力ポート４０４に到着するエネルギーと同相になる。

図７Ａ、７Ｇ、および７Ｉに示すテーパ７０６は、追跡カプラ７０２および受信カプラ８０２の直径間で滑らかな遷移を有する。テーパ７０６は、高次追跡モード信号（例えば約２０ＧＨｚのＴＥ２１）を反射し、基本受信モード信号（例えば約２０ＧＨｚ以上のＴＥ１１）を通過させ、特に送信周波数帯域に入る高周波数（例えば約３０ＧＨｚの高周波数）で不要な高次円形導波管モード（例えばＴＭ１１モード）を生成しないよう、構成される。送信および受信周波数間の周波数間隔が他の帯域より大きいため、コサインスクエアテーパ７０６はＫａバンドシステムで有益である。

送信サブシステム３０２が使用されないシステムでは、例えば図３Ｃおよび３Ｄに示すフィードサブシステムでは、送信帯域の高周波数をフィードシステムの中に戻す必要がないため、テーパ７０６はステップ変換器に差し替えることができる。

リッジ導波管
追跡カプラ７０２とテーパ７０６は、追跡カプラ７０２を通じて受信モード信号（ＴＥ１１）をより緊密かつより効率的に結合するよう構成されたリッジ導波管を含んでよい。これらのリッジ導波管は、追跡モード信号（ＴＥ２１モード）と受信モード信号（ＴＥ１１モード）の遮断周波数を下げるよう構成される。ＴＥ１１モードはＴＥ２１モードより緊密にリッジに結合するため、ＴＥ１１モードはカプリングスロット４０６、４０８、４１０、４１２との低相互作用レベルによりカプラを通過し、ＴＥ２１モードに対するスロットの強い結合は維持される。ＴＥ１１モードの場合、ＴＥ１１電流は主にリッジに沿って流れるため、カプリングスロット４０６、４０８、４１０、４１２はＴＥ１１モードに関連する電流線の多くを遮断しない。対照的に、ＴＥ２１モードの場合、ＴＥ２１電流の大部分は円周方向に流れるため、ＴＥ２１電流線はカプリングスロット４０６、４０８、４１０、４１２によって遮断される強い円周方向成分を有する。リッジ構造は、アンテナシステム１０２の主たる受信および送信機能を低下させることなく改善された追跡周波数帯域幅を提供できる。

図７Ｉに示すように、リッジ導波管は、追跡カプラ７０２内での信号の伝搬方向に沿って並び追跡カプラ７０２の内部室の中に突出する、複数の導波管リッジ７２０を含む。図７Ｉに示すように、導波管リッジ７２０は追跡カプラ７０２の室の周りで円周方向に等間隔に配置され、テーパ７０６の中に延出する。

リッジ導波管は円周方向に等間隔に配置された８つのリッジを含んでよく（「オクタルカプラ」を形成）、これは追跡モード信号の２つの直交偏波の各々につき４つのリッジを有することに相当する。４つのリッジのみ有する場合は２つの直交追跡モード信号の不均等な結合が生じるため、２つの追跡モードは異なる位相速度を有し、追跡性能は大幅に低下する。例えば１６または２４または３２等、８の倍数のより多くのリッジ数を提供でき、または少なくとも両方の直交追跡モードに対し等しい位相速度を提供できる。

「オクタルカプラ」の８つのリッジは追跡カプラ７０２の帯域幅を改善し、Ｋａバンドの最低周波数の追跡を可能にする。例えば帯域幅はほぼ２倍に改善できる。および／または遮断周波数は約２０％下げることができる。

図７Ｋ（２つのリッジの中心の断面図、本体７２４は真空として図示、リッジ７２０は金属で図示）に示すように、追跡カプラ７０２の本体７２４の中に突出するリッジ７２０はカプラ７０２の両端で細くなり（高さが徐々にかつ連続的に減少）、リッジ７２０の末端に通常の円形導波管入力および出力を残す。

操作プロセス１０００
操作プロセス１０００において、追跡制御器１１２は開ループ位置決めプロセスで商用慣性航法装置（ＩＮＵ）からの信号を使用し、モノパルス追跡システムの引込み範囲内（メインビームパターン１２２の第１のヌル内）まで目標１０４の方向を判断する（ステップ１００２）。

目標１０４はアンテナシステム１０２に対し受信周波数帯域（例えば２０ＧＨｚ）で信号（例えば通信信号またはレーダ反射）を発する。目標１０４（例えばビーコン）は直線偏波信号を生成できる。一部の目標１０４（例えば衛星）の場合、偏波はエレベーションに応じて円偏波から直線偏波に変化する。

発せられた信号は、少なくとも２つのビームパターンで、すなわちメインビームパターン１２２とヌルビームパターン１２４で、受信される。受信された信号は、２つの直交追跡導波管モードで追跡モード信号に、また非追跡／受信導波管モードで受信モード信号に、結合される。

フィードサブシステム３００は円および直線偏波信号を追跡するよう構成される。直交追跡導波管モードは、高次モードの、例えばＴＥ２１の、２つの直線または円偏波であってよい。受信導波管モードは、基本モード、例えばＴＥ１１、であってよい。

操作プロセス１０００において、アンテナシステム１０２はステップ１００２で「開ループ」探査モードを用いて目標１０４を捕捉した後、受信のみモードになる。

アンテナシステム１０２は追跡カプラ７０２と受信カプラ８０２とを使用し受信信号から追跡信号を生成する（ステップ１００４）。追跡カプラ７０２は追跡モード信号モードから信号を抽出して追跡差信号を生成し、受信カプラ８０２は受信モード信号から追跡和信号を生成する。追跡和信号と追跡差信号はモノパルス手法に従って目標１０４を追跡するため使用される。追跡カプラ７０２は、両方の偏波で垂直およびアジマス指向誤差に相当する追跡差信号を生成する。受信カプラ８０２は両方の偏波で追跡和信号を生成する。これにより追跡制御器１１２が二次元で目標１０４を追跡するようアンテナシステム１０２を制御することが可能となる（アジマスおよび垂直追跡誤差を補正）。

受信カプラ８０２は、受信モード信号からデータチャネル信号を含む受信信号を生成する（ステップ１００６）。

後ほど詳述するように、追跡制御器１１２はアンテナシステム１０２で追跡信号を使用しモノパルス手法に基づき追跡プロセスを遂行する（ステップ１００８）。

目標１０４へ向けられたアンテナシステム１０２は目標１０４へ信号を送信できる。アンテナシステム１０２が目標１０４に揃えられずに送信すると近接する衛星に多大な干渉が生じるおそれがあるため、これは規制上の理由から要求されることがある。アンテナシステム１０２は、送信サブシステム３０２からフィードサブシステム３００の他の部分を通じて反射器サブシステム２００へ送信周波数帯域（例えば３０ＧＨｚ）の信号（２つの直交偏波であってよい）を送信する。反射器サブシステム２００は送信信号に相当する放射線を目標１０４へ向かわせる。通信システム１００において、送信信号は、衛星網のためのコマンドおよび制御信号等、目標１０４へ送信される情報またはデータに相当してよい。

モノパルス追跡プロセス
追跡カプラ７０２の円形実施形態の場合、ヌルビーム信号は図１０Ｂに示すように第１のＴＥ２１モード１０１０（第１の直線または円偏波に相当）であり、第２のＴＥ２１モード１０１２は図１０Ｃに示すように第２の直線または円偏波に相当する。第１のＴＥ２１モード１０１０と第２のＴＥ２１モード１０１２は図７Ｅおよび７Ｆにも図示されている。

図１０Ｂに示すように、追跡カプラの第１の左ポート４０６と第１の右ポート４０８は第１のＴＥ２１モード１０１０のモードパターンにおける最大／最小点に置かれる。図１０Ｃに示すように、追跡カプラの第２の左ポート４１０と第２の右ポート４１２は第２のＴＥ２１モード１０１２のモードパターンにおける最小／最大点に置かれる。

第１のＴＥ２１モード１０１０と第２のＴＥ２１モード１０１２は直交ヌルビームパターン１２４から受信される放射線に直交し一致するため、第１のポート対４０６、４０８はボアサイト１１８に揃えられた第１の平面に一致する信号を抽出でき、第２のポート対４１０、４１２はボアサイト１１８に揃えられた第２の平面に一致する信号を抽出できる。第２の平面は第１平面に対し直交（または垂直）である。

ポート対は直交ＴＥ２１偏波を検出するため、追跡カプラ７０２はＴＥ２１信号の偏波に関わりなく第１のミスアラインメント面（first misalignment plane）と第２のミスアラインメント面（second misalignment plane）に一致する信号を生成する。

水平入力偏波の場合（例えばアジマス方向に並ぶＴＥ２１偏波）、図１０Ｄに示す方向において、正アジマス方向（＋Ａとして表示）の動きは、垂直およびアジマス方向に対し４５度に並ぶ１対のポート４０６、４０８へ接続されたＥプレーンＹジャンクション４１４の出力にて、対応する（負）電圧信号（−Ｖａｚ）を生成する。正垂直方向（＋Ｅとして表示）の動きは、ＥプレーンＹジャンクション４１４の出力にて、対応する（正）電圧信号（Ｖｅｌ）を生成する。他のＥプレーンＹジャンクション４１４はアジマス方向に並ぶ１対のポート４１０、４１２へ接続されている。

図１０Ｄに示すように、水平入力偏波の場合、９０度ハイブリッド４１６の出力は一方のポートでＶｅｌ−ｊＶａｚであり、他方のポートでｊＶｅｌ−Ｖａｚであり、複素数学表記（Ｖ１＋ｊＶ２）は互いに直交する電圧（Ｖ１およびＶ２）を表す。

垂直入力偏波の場合（例えば垂直方向に並ぶＴＥ２１偏波）、図１０Ｅに示す方向において、正アジマス方向（＋Ａとして表示）の動きは、アジマス方向に並ぶ１対のポート４１０、４１２へ接続されたＥプレーンＹジャンクション４１４の出力にて、対応する（正）電圧信号（Ｖａｚ）を生成する。正垂直方向（＋Ｅとして表示）の動きは、垂直およびアジマス方向に対し４５度に並ぶ１対のポート４０６、４０８へ接続されたＥプレーンＹジャンクション４１４の出力にて、対応する（正）電圧信号（Ｖｅｌ）を生成する。

図１０Ｅに示すように、垂直入力偏波の場合、９０度ハイブリッド４１６の出力は一方のポートでＶａｚ＋ｊＶｅｌであり、他方のポートでＶｅｌ＋ｊＶａｚである。

９０度ハイブリッド４１６の出力はＬＮＡによって増幅され、追跡制御器１１２へ送り込まれる。受信器ポート８１４の出力もＬＮＡを用いて増幅され、追跡制御器１１２へ送り込まれる。追跡制御器１１２では、追跡和信号を使用し、追跡差信号がその位相および強度変動について正規化され、また差信号の同相および直角成分を使用し垂直およびアジマスミスアラインメント誤差を表す信号が生成される。追跡差信号を提供する追跡出力信号は指向誤差の大きさを判断するため使用できる。（受信信号の位相を補正することにより）この指向誤差の方向を判断するには、受信出力信号に基づく追跡和信号が必要とされる。アジマスおよび垂直誤差は複素数の使用により記号化される矩象で出力される。

直線偏波信号を受信するため、追跡信号は２つの円偏波信号に分解される。これらのうちの一方だけが追跡出力信号を生成するため使用される。直線偏波信号は１対の左側および右側円偏波信号によって表すことができる。受信サブシステム５００（和チャネルを提供）は追跡サブシステム４００（差チャネルを提供）と同じ側の偏波を受信するよう設定でき、円偏波の反対側は破棄できる。

追跡制御器１１２は、閉ループ制御を用いて非ゼロ垂直およびアジマスミスアラインメント誤差を連続的に補正するためマウント１１０を制御するアクティブサーボシステムを含む。

例示的アンテナシステム１１００
アンテナシステム１０２の例示的アンテナシステム１１００を図１１および１２Ａ〜１２Ｅに示す。

例示的主反射器１１０２の直径は約４８０ｍｍであり、例示的副反射器１１０４の直径は約８０ｍｍである。例示的副反射器１１０４は４つのサポートストラット１１０６によって例示的主反射器１１０２の上方に支持される。例示的開口直径は３１ＧＨｚで５０波長を下回り、軍用規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−１８８−１６４Ａのサイドローブ要件に適合できる。

例示的アンテナシステム１１００は、例示的主反射器１１０２の後部から約１３５ｍｍの長さを有する例示的フィードサブシステム１１０８を含む。例示的追跡カプラおよびコサインスクエアテーパの長さは約６０ｍｍである。これは、可搬移動型アンテナシステムにとって非実際的に大きい既存モノパルス追跡システムよりかなり小さい。

図１２Ｆに示すように、例示的ホーン１１１０は約１００ｍｍの長さと、狭い端での１０ｍｍ半径開口から広い端での３０ｍｍ半径開口にかけて徐々に広がる内部空洞と、を有する。

テーパ７０６の一例は、約１６．６ｍｍの入力直径と、約１０．０ｍｍの出力直径と、約２５ｍｍの長さとを有する。

Ｋａバンド運転の場合、８つの例示的ＴＥ２１モードガイディングリッジは等間隔に配置され、幅約１ｍｍ、高さ約１．２５ｍｍである。

例示的送信ポート１１１２の導波管インターフェイスはＵＢＲ３２０フランジを備える修正ＷＲ２８である。ＷＲ２８導波管はＴＥ１０遮断周波数を約２５ＧＨｚまで増加させることができ、送信・受信分離を改善する。例示的追跡ポート１１１６と例示的受信ポート１１１４の導波管インターフェイスはＵＢＲ２２０フランジを備えるＷＲ４２である。

例示的フィードサブシステムの導波管部品はアルミニウムから０．０２ｍｍの公差で機械加工され、クロム酸塩により仕上げられる。例示的セプタムポーラライザは、要求公差で寸法を提供するため、放電加工（ＥＤＭ）または「スパークエロージョン」を用いて１片のアルミニウムから機械加工される。

送信・追跡信号分離は、すなわちＬＮＡにおける追跡差信号に対する送信信号（例えば約３０ＧＨｚのＴＥ１１）の比は、約−９０ｄＢ以下であってよい。受信・追跡信号分離は、すなわちＬＮＡにおける追跡差信号に対する受信信号（例えば約２０ＧＨｚのＴＥ１１）の比は、約−３６ｄＢ以下であってよい。

軸率は、送信で約１ｄＢ、受信で１．５ｄＢより良好であってよい。

用途
アンテナシステム１０２は従来のモノパルス追跡アンテナシステムよりコンパクトであってよい。これは乗物等の移動用途にとって有利である。具体的に、反射器サブシステム２００の直径とフィードサブシステム３００の軸長は従来のモノパルス追跡システムよりかなり小さくてよい。フィードサブシステム３００の部品は互いに高度に集積されるため、アンテナシステム１０２のコンパクト設計と追跡中の迅速なアンテナシステム１０２の回転を可能にする。

アンテナシステム１０２のモノパルス追跡操作は他の追跡方法より広い引込み範囲（pull-in range）を提供できる。

アンテナシステム１０２は、少なくとも一部の既存追跡システムよりは広く分離した送信および受信信号で作動できる。アンテナシステム１０２の実施形態は、約２０ＧＨｚ（例えば２０．２〜２１．２ＧＨｚ）の受信帯域と約３０ＧＨｚ（例えば３０．０〜３１．０ＧＨｚ）の送信帯域によりＫａバンドで作動できる。

アンテナシステム１０２の高速指向制御は、（ゆっくり移動する場合でも）大きい船や飛行機より高い頻度で揺動し振動する小さいプラットフォーム（例えば小型ボートまたは陸上車両）等、高速移動用途に適用できる。

高い指向精度と広い引込み範囲は、（例えば暗号鍵交換等のため）例えば確立に数分を要する暗号通信で、リンク１０６沿いの通信リンクを長時間にわたり連続的に維持する必要がある場合に適用できる。

解釈
当業者にとっては本発明の範囲から逸脱することなく多くの修正が明白となるであろう。

本明細書における以前の出版物（またはこれから引き出される情報）または周知の事柄に対する参照は、以前の出版物（またはこれから引き出される情報）または周知の事柄が本願の関係する努力傾注分野における一般知識の一部を形成することを承認または示唆するものではなく、またそのように解釈されるべきものではない。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]アンテナシステムであって、
目標から２つの直交偏波で複数の追跡モード信号を受信するよう構成された入力ポートと、
前記入力ポートから前記複数の追跡モード信号を受信するよう構成された追跡カプラであって、
第１の前記直交偏波で前記複数の追跡モード信号から複数の追跡信号を抽出するよう構成された第１の対向スロットカプラ対と、
第２の前記直交偏波で前記複数の追跡モード信号から複数の追跡信号を抽出するよう構成された第２の対向スロットカプラ対とを含む、前記追跡カプラと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される複数の追跡出力信号を生成するため、前記複数の対向スロットカプラ対からの前記抽出された複数の追跡信号を合成するよう構成された追跡合成器回路網と
を含む、アンテナシステム。
[２]前記追跡カプラへ結合され、前記複数の追跡モード信号または受信モード信号より高い周波数で高次の複数の導波管モード信号を生成せず、前記複数の追跡モード信号を反射し、かつ前記目標からの前記複数の受信モード信号を通過させるよう構成された、コサインスクエアテーパを含む、前記[１]に記載のアンテナシステム。
[３]前記複数のスロットカプラへ結合され、各対の前記複数のスロットカプラからの前記抽出された複数の追跡信号を合成し、かつ前記目標からの複数の受信モード信号を前記追跡カプラの中に反射するよう構成された、複数のハイブリッド合成器を含む、前記[１]または[２]に記載のアンテナシステム。
[４]前記追跡カプラを通じて前記目標からの複数の受信モード信号を結合するよう構成されたリッジ導波管を前記追跡カプラに含み、前記リッジ導波管は、前記追跡カプラに沿って概ね等間隔に配置された８つの縦方向リッジを含む、前記[１]乃至[３]のいずれか１つに記載のアンテナシステム。
[５]各スロットカプラは前記追跡カプラに沿って縦方向に並ぶ単一スロットを含む、前記[１]乃至[４]のいずれか１つに記載のアンテナシステム。
[６]前記第１のスロットカプラ対は前記追跡カプラの中心軸をめぐって前記第２のスロットカプラ対から約４５度回転される、前記[１]乃至[５]のいずれか１つに記載のアンテナシステム。
[７]前記第１のスロットカプラ対は、前記追跡カプラの前記中心軸に沿って、前記第２のスロットカプラ対から、前記複数の追跡モード信号の波長の約半分オフセットされる、前記[１]乃至[６]のいずれか１つに記載のアンテナシステム。
[８]前記[１]乃至[７]のいずれか１つに記載のアンテナシステムであって、
前記目標から前記複数の信号を受信し合焦するよう構成された複数の反射器と、
前記複数の反射器から前記入力ポートにかけて、メインビームパターンからの電力を前記目標からの複数の受信モード信号に誘導し、かつ２つのヌルビームパターンからの電力を前記複数の追跡モード信号の前記２つの直交偏波に誘導するよう構成された、ホーンとを含み、
前記複数の反射器は主反射器と副反射器とを含み、前記副反射器は前記主反射器の半径によって画定される円弧の中に取り付けられ、
前記ホーンは前記主反射器に取り付けられ、フラストコニカルボアと波形の内面とを含む、
アンテナシステム。
[９]前記[１]乃至[８]のいずれか１つに記載のアンテナシステムであって、
前記目標からの複数の受信モード信号から複数の受信信号を抽出するよう構成された受信カプラと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡和信号を表す複数の受信出力信号を生成するため、前記抽出された複数の受信信号を合成するよう構成された受信合成器回路網と
を含み、
前記アンテナシステムの指向方向と前記目標への方向との角度指向誤差を表す誤差信号を生成するため、前記追跡和信号は前記複数の追跡出力信号とともに使用される、
アンテナシステム。
[１０]前記[１]乃至[９]のいずれか１つに記載のアンテナシステムであって、前記追跡カプラへ結合された送信サブシステムを含み、
前記送信サブシステムは前記目標へ送出される複数の送信信号を生成するよう構成され、
前記送信サブシステムは複数の円偏波送信信号を生成するよう構成されたセプタムポーラライザを含み、
前記追跡カプラは前記送信サブシステムから前記入力ポートへ前記複数の送信信号を通過させるよう構成され、
前記追跡カプラおよび／または前記追跡合成器回路網は前記追跡合成器回路網から前記複数の送信信号を排除するよう構成された複数の送信・排除フィルタを含み、
前記複数の送信・排除フィルタは前記追跡合成器回路網の複数のアームに形成された複数のローパスフィルタであり、
前記複数の送信信号はＴＥ１１モードであり、
前記複数の送信信号は約３０ＧＨｚの周波数を含むＫａバンドのマイクロ波周波数信号である、
アンテナシステム。
[１１]前記[１]乃至[１０]のいずれか１つに記載のアンテナシステムであって、
前記目標からの複数の受信モード信号は基本モードであり、前記複数の追跡モード信号は２つの直交高次モードであり、
前記追跡カプラは円形主導波管を含み、
前記基本モードはＴＥ１１モードであり、前記高次モードはＴＥ２１モードであり、
前記追跡カプラはＴＭ０１モードに結合しないよう構成される、
アンテナシステム。
[１２]前記目標からの前記複数の追跡モード信号および複数の受信モード信号は約２０ＧＨｚの周波数を含むＫａバンドの複数のマイクロ波周波数信号である、前記[１]乃至[１１]のいずれか１つに記載のアンテナシステム。
[１３]前記目標からの前記複数の追跡モード信号および複数の受信モード信号は直線偏波および／または円偏波される、前記[１]乃至[１２]のいずれか１つに記載のアンテナシステム。
[１４]アンテナシステムであって、
目標から複数の追跡モード信号を受信するよう構成された入力ポートと、
前記複数の受信追跡モード信号から複数の追跡信号を抽出するよう構成された追跡カプラと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される複数の追跡出力信号を生成するため、前記抽出された複数の追跡信号を合成するよう構成された追跡合成器回路網と、
前記目標へ送出される複数の送信信号を生成するよう構成された送信サブシステムと、
前記追跡合成器回路網から前記複数の送信信号を排除するよう構成された複数の送信・排除フィルタと
を含む、アンテナシステム。
[１５]アンテナシステムであって、
目標から受信した複数の受信モード信号から複数の受信信号を抽出するよう構成された複数のスロットカプラを含む受信カプラと、
複数の受信信号を生成するため前記抽出された複数の受信信号を合成するよう構成された受信合成器回路網と、
前記目標へ送出される複数の送信信号を生成するよう構成された送信サブシステムと、
前記受信合成器回路網から前記複数の送信信号を排除するよう構成された複数の送信・排除フィルタと
を含む、アンテナシステム。
[１６]前記複数の受信信号と前記複数の送信信号はＫａバンドの複数のマイクロ波周波数信号であり、前記複数の受信信号は約２０ＧＨｚの周波数を含み、前記複数の送信信号は約３０ＧＨｚの周波数を含む、前記[１４]または[１５]に記載のアンテナシステム。
[１７]アンテナシステムのための追跡カプラであって、
目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用するため、前記アンテナシステムによって受信される直交高次モードから追跡信号を抽出するよう構成された２つ以上の直交スロットカプラと、
受信信号を生成するのに使用するため、前記追跡カプラを通じて前記アンテナシステムによって受信される基本モードを結合するよう構成された複数の縦方向リッジと
を含む、追跡カプラ。
[１８]円周方向に等間隔に配置された８つのリッジを含む、前記[１７]に記載の追跡カプラ。
[１９]アンテナシステムを使用し目標を追跡する方法であって、
前記アンテナシステムを使用し、前記目標から２つの直交偏波で複数の追跡モード信号を受信することと、
第１の対向スロットカプラ対を使用し、第１の前記直交偏波で前記複数の追跡モード信号から複数の追跡信号を抽出することと、
第２の対向スロットカプラ対を使用し、第２の前記直交偏波で前記複数の追跡モード信号から複数の追跡信号を抽出することと、
前記目標を追跡するよう前記アンテナシステムを制御するのに使用される複数の追跡出力信号を生成するため、両方の直交偏波からの前記抽出された複数の追跡信号を合成することと
を含む、方法。
[２０]コサインスクエアテーパを使用し、異なる周波数で高次の複数の導波管モード信号を生成せず、前記複数の追跡モード信号を反射することと、前記目標からの複数の受信モード信号を通過させることとを含む、前記[１９]に記載の方法。
[２１]ハイブリッド合成器を使用し、各対の前記複数のスロットカプラからの前記抽出された複数の追跡信号を合成することと、前記目標からの複数の受信モード信号を前記追跡カプラの中に反射することとを含む、前記[１９]および[２０]のいずれか１つに記載の方法。
[２２]リッジ導波管を使用し、前記スロットカプラを過ぎて前記目標からの複数の受信モード信号を結合することを含む、前記[１９]乃至[２１]のいずれか１つに記載の方法。

Claims (19)

1. アンテナシステムであって、
   目標から２つの直交偏波の追跡モード信号を受信し、前記目標から受信モード信号を受信するように構成された入力ポートと、
   前記入力ポートから前記追跡モード信号を受信するように構成された追跡カプラであって、
   前記直交偏波のうちの第１の直交偏波の前記追跡モード信号から追跡信号を抽出するように構成された第１の対向スロットカプラ対と、
   前記直交偏波のうちの第２の直交偏波の前記追跡モード信号から追跡信号を抽出するように構成された第２の対向スロットカプラ対と、
   前記追跡カプラを通じて前記受信モード信号を結合するように構成されたリッジ導波管であって、前記追跡カプラに沿って概ね等間隔に配置された８つの縦方向リッジを含むリッジ導波管と、
   を含む、追跡カプラと、
   前記目標を追跡するように前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡出力信号を生成するために、前記第１および第２の対向スロットカプラ対からの前記抽出された追跡信号を合成するように構成された追跡合成器回路網と、
   を含む、アンテナシステム。
2. 前記追跡カプラへ結合されたコサインスクエアテーパであって、前記追跡モード信号または受信モード信号より高い周波数での高次の導波管モード信号を生成せずに、前記追跡モード信号を反射し、かつ前記目標からの前記受信モード信号を通過させるように構成された、コサインスクエアテーパを含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
3. スロットカプラへ結合されたハイブリッド合成器であって、各対の前記スロットカプラからの前記抽出された追跡信号を合成し、かつ前記目標からの前記受信モード信号を前記追跡カプラの中に反射するように構成された、ハイブリッド合成器を含む、請求項１または２に記載のアンテナシステム。
4. 各スロットカプラは前記追跡カプラに沿って縦方向に並ぶ単一スロットを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
5. 前記第１の対向スロットカプラ対は、前記追跡カプラの中心軸を中心に前記第２の対向スロットカプラ対から約４５度回転される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
6. 前記第１の対向スロットカプラ対は、前記追跡カプラの前記中心軸に沿って、前記第２の対向スロットカプラ対から、前記追跡モード信号の波長の約半分の長さ分、オフセットされる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
7. 前記目標から信号を受信し合焦するように構成された反射器と、
   前記反射器から前記入力ポートにかけて、メインビームパターンからの電力を前記目標からの前記受信モード信号に誘導し、かつ２つのヌルビームパターンからの電力を前記追跡モード信号の前記２つの直交偏波に誘導するように構成されたホーンと、
   を含み、
   前記反射器は主反射器と副反射器とを含み、前記副反射器は前記主反射器の半径によって画定される円弧の中に取り付けられ、
   前記ホーンは前記主反射器に取り付けられ、フラストコニカルボアと波形の内面とを含む、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
8. 前記目標からの前記受信モード信号から受信信号を抽出するように構成された受信カプラと、
   前記目標を追跡するように前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡和信号を表す受信出力信号を生成するために、前記抽出された受信信号を合成するように構成された受信合成器回路網と、
   を含み、
   前記アンテナシステムの指向方向と前記目標への方向との角度指向誤差を表す誤差信号を生成するために、前記追跡和信号は前記追跡出力信号とともに使用される、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
9. 前記追跡カプラへ結合された送信サブシステムを含む、アンテナシステムであって、
   前記送信サブシステムは前記目標へ送出される送信信号を生成するように構成され、
   前記送信サブシステムは円偏波送信信号を生成するように構成されたセプタムポーラライザを含み、
   前記追跡カプラは前記送信サブシステムから前記入力ポートへ前記送信信号を通過させるように構成され、
   前記追跡カプラおよび／または前記追跡合成器回路網は前記追跡合成器回路網から前記送信信号を排除するように構成された送信・排除フィルタを含み、
   前記送信・排除フィルタは前記追跡合成器回路網のアームに形成されたローパスフィルタであり、
   前記送信信号はＴＥ１１モードであり、
   前記送信信号は約３０ＧＨｚの周波数を含むＫａバンドのマイクロ波周波数信号である、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
10. 前記目標からの前記受信モード信号は基本モードであり、前記追跡モード信号は２つの直交高次モードであり、
    前記追跡カプラは円形主導波管を含み、
    前記基本モードはＴＥ１１モードであり、前記直交高次モードはＴＥ２１モードであり、
    前記追跡カプラはＴＭ０１モードに結合しないように構成される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
11. 前記目標からの前記追跡モード信号および前記受信モード信号は約２０ＧＨｚの周波数を含むＫａバンドのマイクロ波周波数信号である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
12. 前記目標からの前記追跡モード信号および前記受信モード信号は直線偏波および／または円偏波される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
13. 前記目標へ送出される送信信号を生成するように構成された送信サブシステムと、
    前記追跡合成器回路網から前記送信信号を排除するように構成された送信・排除フィルタと、
    を含む、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
14. 前記受信信号と前記送信信号はＫａバンドのマイクロ波周波数信号であり、
    前記受信信号は約２０ＧＨｚの周波数を含み、
    前記送信信号は約３０ＧＨｚの周波数を含む、請求項１３に記載のアンテナシステム。
15. アンテナシステムのための追跡カプラであって、
    目標を追跡するように前記アンテナシステムを制御するのに使用するために、前記アンテナシステムによって受信された直交高次モードから追跡信号を抽出するように構成された２つ以上の直交スロットカプラと、
    受信信号を生成するのに使用するために、前記追跡カプラを通じて前記アンテナシステムによって受信された基本モードを結合するように構成された、前記追跡カプラに沿って概ね等間隔に配置された８つの縦方向リッジと、
    を含む、追跡カプラ。
16. 円周方向に等間隔に配置された８つのリッジである、前記８つの縦方向リッジを含む、請求項１５に記載の追跡カプラ。
17. アンテナシステムを使用し目標を追跡する方法であって、
    前記アンテナシステムを使用し、前記目標から２つの直交偏波の追跡モード信号を受信することと、
    第１の対向スロットカプラ対を使用し、前記直交偏波のうちの第１の直交偏波の前記追跡モード信号から追跡信号を抽出することと、
    第２の対向スロットカプラ対を使用し、前記直交偏波のうちの第２の直交偏波の前記追跡モード信号から追跡信号を抽出することと、
    前記追跡カプラに沿って概ね等間隔に配置された８つの縦方向リッジを備えたリッジ導波管を使用して、前記第１および第２の対向スロットカプラ対を通過した、前記目標からの受信モード信号を結合することと、
    前記目標を追跡するように前記アンテナシステムを制御するのに使用される追跡出力信号を生成するために、両方の直交偏波からの前記抽出された追跡信号を合成することと、
    を含む、方法。
18. コサインスクエアテーパを使用し、異なる周波数での高次の導波管モード信号を生成せずに、前記追跡モード信号を反射することと、前記目標からの前記受信モード信号を通過させることとを含む、請求項１７に記載の方法。
19. ハイブリッド合成器を使用し、各対のスロットカプラからの前記抽出された追跡信号を合成することと、前記目標からの前記受信モード信号を前記追跡カプラの中に反射することとを含む、請求項１７および１８のいずれか１項に記載の方法。

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