JP6490397B2 - Ｅ平面内のｔカプラを備えたパワースプリッタ、放射アレイ、およびそのような放射アレイを備えたアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、Ｅ平面内のＴカプラを備えたパワースプリッタ、放射アレイ、およびそのような放射アレイを備えたアンテナに関する。本発明は、低周波数帯で動作する焦点アレイを備えた多重ビームアンテナの分野、より具体的には、Ｃ周波帯、Ｌ周波帯またはＳ周波帯の電気通信の分野に適用される。本発明はまた、特にＸ周波帯またはＫａ周波帯のアレーアンテナ用放射素子、および、特にＣ周波帯のグローバルカバレージの空間アンテナ用放射素子に適用される。

Ｔカプラは、Ｔの形に配置された３つの導波管の間の接合部であり、３つの導波管はそれぞれ、カプラの入力ポートまたは出力ポートを形成する端部を備える。Ｔ接合部は、Ｔの３つのアーム１０、２０、３０を形成する導波管の、導波管内を伝播する電界Ｅおよび磁界Ｈに対する配置に応じて、Ｅ平面内の接合部またはＨ平面内の接合部と呼ばれる２つの異なるタイプのものであり得る。既知の方法では、電磁波が矩形導波管内を伝播する際、電界Ｅは導波管の大きい側面に垂直な方向に沿って延在し、磁界Ｈは導波管の大きい側面に平行な方向に沿って延在している。

導波路技術においてパワースプリッタに最も一般に使用されるＴカプラは、図１ａに概略的に示すＨ平面Ｔ接合部である。導波管の断面は矩形であり、各導波管は、２つの大きい側面および２つの小さい側面からなる周辺金属壁によって画定され、入力ポートまたは出力ポートを備える。３つの入力および出力導波管１０、２０および３０は、それらの大きい側面で平坦に取り付けられ、同一平面ＸＹ内に延在し、入力導波管３０は、２つの側出力導波管１０および２０に垂直である。Ｔの水平バーを形成する２つの側導波管１０および２０の出力ポート１１、２１は、入力導波管３０の入力ポート３１内に確立されたＨフィールドと同じ平面ＸＹ内に配向しているため、接合部はＨ平面内にあると言われる。

Ｈ平面内のＴ接合部は、２つの出力ポート１１、２１を、例えば小型ホーンなどの２つの放射素子１２、２２に接続するために、導波管スプリッタアレイ内で頻繁に使用され、そのアセンブリは、平面アンテナ内で使用することができる放射アレイを形成する。図１ｂに示す放射アレイは、平面ＸＺに平行に取り付けられたＨ平面Ｔ接合部と、軸Ｚに沿って配向し、Ｔ接合部の２つの出力ポートに接続された２つの放射ホーンとを備える。嵩高さの理由で、特に低周波数帯では、スプリッタアレイを平面ＸＹ内に位置させ、それによって、方向Ｚに沿ったスプリッタアレイの薄型化を可能にすることが望ましい場合がある。この場合、図１ｃで示すような電磁結合スロット１３、２３を介してスプリッタアレイによって、放射素子に給電することができる。この結合技術は、入射電磁波の伝播方向に影響を受けやすい。２つの放射素子１２、２２が、反対方向に伝播する電磁波によって励振されると、それらは逆位相で放射する。次いで、スプリッタアレイは、励振位相のこの差を補償しなければならない。このスプリッタアレイがＨ平面内のＴ接合部からなる場合、放射素子が同一給電源によって同相で励振され、コヒーレントに放射するように、導波管セグメントからなり、かつ誘導された半波長と等しい長さのスタブ１４を、２つの出力ポート１１または２１のうちの１つの上に加える必要がある。この導波管セグメント１４は、電磁スロットによる励振が原因の位相差を補償する１８０°の位相反転を実行する。放射アレイが平面ＸＹに平行に配向したＨ平面Ｔ接合部と、方向Ｚに沿って配向したホーンタイプの２つの放射素子とを備える図１ｃの例で示すように、この付加的な導波管セグメントによって、２つの放射素子間の距離が増加する。さらに、このように形成されたパワースプリッタは非対称であり、これは放射アレイの通過帯域の性能に不利である。

対称で小型のスプリッタアレイと同相で放射素子を励振するためには、図２ａおよび図２ｂに示すように、Ｅ平面内のＴカプラを有する必要がある。図２ａに概略的に示すＥ平面内のＴカプラによって、付加的な導波管セグメントを必要とせずに、２つの放射素子を同相で励振することができる。Ｅ平面内のこのＴ接合部では、２つの側導波管１０および２０が、それらの大きい側面で、平面ＸＹの同一方向Ｘに沿って前後に取り付けられ、入力導波管３０は、２つの側導波管１０および２０に垂直に結合され、平面ＸＹに垂直な方向Ｚに沿って延在している。Ｔの横バーを形成する２つの側導波管１０、２０の端部における２つの出力ポート１１、２１は、入力導波管３０の入力ポート内に確立されたフィールドＥと同じ平面ＸＹ内にあるため、この接合部はＥ平面内にあると言われる。しかしながら、この既知のＴ接合部は、矩形出力導波管の大きい側面によって形成された平面ＸＹに垂直な方向Ｚに沿って配置された入力ポート３１が特徴である。この配置によって、カプラが高さの点で嵩高くなり、パワースプリッタの嵩高さ、および、Ｅ平面内のそのようなＴカプラと、それぞれの結合スロット１３、２３を介してこのパワースプリッタに結合された放射素子１２、２２とを備えた平面アンテナの嵩高さが増す。

図３に示すように、入力導波管３０および２つの側出力導波管１０、２０を、上下に重ね合わされた２つの別個の段に平坦に取り付けることによって、Ｅ平面内のＴカプラを得ることもでき、すべての導波管１０、２０、３０の大きい側面は、平面ＸＹに平行である。この場合、２つの側出力導波管は、２つの出力ポート１１、２１を連結する単一の導波管４０と置き換えられる。入力導波管３０が下段に配置され、出力導波管４０が上段に位置する場合、入力導波管３０の端部における上壁のスロット３５と、２つの出力ポートを連結する出力導波管４０の下壁の中央における対応するスロットとを考案することによって、Ｅ平面内に結合が生じる。入力ポート３１と出力ポート１１、２１との結合はＥ平面内にあるため、２つの放射素子が位相コヒーレンスで放射するように、２つの出力ポート１１、２１を２つの放射素子に接続することができる。したがって、出力ポートのうちの１つの上に導波管セグメントを加える必要はなく、それによって、得られるパワースプリッタのコンパクト性が改善する。しかしながら、側導波管を対称的に励振するためには、結合スロットを入力導波管内に非対称に作る必要がある。特に、図３では、結合スロットは、入力導波管の中心ではなく縁に配置されている。したがって、これにより、Ｈ平面内のＴカプラの場合のように、パワースプリッタは非対称になる。この非対称によって、出力ポート間の結合は不平衡となり、得られるアンテナの通過帯域も変わる。さらにこの非対称は、放射アレイのコンパクト性に不利となる。

本発明の目的は、既存のパワースプリッタの問題を解決し、かつ、完全に対称で、高さの点でより小型のＥ平面内のＴカプラを備えた、導波路技術における新規パワースプリッタであって、スタブを加えることなく放射素子を同相で給電することができ、したがって、Ｃ、ＬまたはＳ周波帯などの低周波数帯で放射素子のアレイ内で使用されるパワースプリッタの嵩高さを減らす助けとなり得るパワースプリッタを提案することである。

したがって、本発明は、断面が矩形の互いに平行な少なくとも２つの側導波管と、２つの側導波管にそれぞれ接続された２つの対向する端部を備えた、断面が矩形の横導波管とを備えたパワースプリッタに関する。２つの側導波管は、方向Ｙに沿って配向し、平面ＸＹに平行なそれらの大きい側面で平坦に取り付けられ、横導波管は、方向Ｙに垂直な方向Ｘに沿って配向し、平面ＸＹに平行なその小さい側面で縁に沿って取り付けられている。各側導波管は、埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラによって横導波管に結合され、横導波管の２つの端部は、それぞれの側導波管の中央で、各前記側導波管内にそれぞれ埋め込まれている。

有利なことには、２つの側導波管はそれぞれ、４つの入力／出力ポートを構成する２つの対向する端部を備えることができ、横導波管は中央給電ポートを備える。

一実施形態によれば、各埋め込み接合の位置で、横導波管は、吸収フィルムを備えた外部空胴と、外部空胴に現れる結合スロットとを備えることができる。

本発明はまた、少なくとも１つのパワースプリッタと、パワースプリッタの４つのポートにそれぞれ結合された４つの放射素子とを備えた放射アレイに関する。

本発明はまた、少なくとも１つの放射アレイを備えたビーム形成アンテナに関する。

一実施形態によれば、ビーム形成アンテナは、少なくとも２つのパワースプリッタであって、互いに平行に配置され、直交モード変換器ＯＭＴによって、２つのパワースプリッタの側導波管の方向Ｙに沿って共に連結された少なくとも２つのパワースプリッタと、各それぞれの直交モード変換器の出力ポートにそれぞれ結合された放射素子とを備える。

別の実施形態によれば、ビーム形成アンテナは、互いに垂直に配置され、直交モード変換器ＯＭＴによって共に連結された少なくとも２つのパワースプリッタと、各それぞれの直交モード変換器の出力ポート（８５）にそれぞれ結合された放射素子とを備える。

有利なことには、ビーム形成アンテナはさらに、少なくとも１つの反射器と、反射器の前に取り付けられた少なくとも２つの隣接する全く同じ放射アレイとを備えることができ、２つの隣接する放射アレイは、互いに直交する異なる２つの偏波に専用である。

有利なことには、ビーム形成アンテナは、少なくとも４つのパワースプリッタ、および、パワースプリッタのポートと各ＯＭＴの入力ポートとの間に接続された電力結合／分割手段を備え、パワースプリッタは、平面ＸＹの２つの直交方向Ｘ、Ｙに沿って共に対で連結されている。

有利なことには、電力結合／分割手段は、４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラを備え、４つのポートは、方向Ｘに沿って配向した２つの入力ポートと、方向Ｙに沿って配向した２つの出力ポートとからなり、３つのポートは、方向Ｙに沿って第１のパワースプリッタの側導波管を第１のパワースプリッタの横導波管に連結し、第４のポートは、方向Ｘに沿って第１のパワースプリッタの横導波管を、隣接する第２のパワースプリッタの横導波管に連結する。

本発明の他の特定の特徴および利点は、添付の概略図を参照しながら、単に例示的で非限定の例として挙げる以下の説明で明らかになる。

先行技術による、Ｈ平面内の例示的Ｔカプラの斜視図である。 先行技術による、放射アレイの平面ＸＺに平行に取り付けられた図１ａのＨ平面内のＴカプラを備えた例示的放射アレイの断面図である。 先行技術による、放射アレイの平面ＸＹに平行に取り付けられた図１ａのＨ平面内のＴカプラを備えた例示的放射アレイの断面図である。 先行技術による、Ｅ平面内の第１の例示的Ｔカプラの斜視図である。 先行技術による、平面ＸＹに沿って配向した図２ａのＥ平面内のＴカプラを備えた例示的放射アレイの断面図である。 先行技術による、Ｅ平面内の第２の例示的Ｔカプラの斜視図である。 本発明による、３つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内の例示的Ｔカプラの斜視図である。 本発明による、吸収空胴を備えた３つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラの斜視図である。 本発明による、Ｅ平面内のＴカプラを使用する例示的放射アレイの平面ＸＺに沿った断面図である。 本発明による、Ｅ平面内のＴカプラを２つの備えた、４つのポートを有する例示的パワースプリッタアレイの上から見た概略図である。 本発明による、専用の給電源によって給電され、放射素子に接続された２つの全く同じパワースプリッタを備えたアンテナの断面概略図である。 本発明による、互いに平行に配置され、かつＯＭＴによって共に連結された、図６ａのスプリッタと全く同じ、４つのポートを有するスプリッタを３つの備えた例示的パワースプリッタアレイの上から見た概略図である。 本発明による、放射素子に結合された図７ａのパワースプリッタアレイを備え、多重ビームアンテナの反射器の焦点面内に配置された１次ソースを形成する例示的多重ビームアンテナの断面概略図である。 本発明による、ＯＭＴによる２つのパワースプリッタの例示的接続部である。 本発明による、互いに垂直に配置され、かつＯＭＴによって共に連結された、図６ａのスプリッタと全く同じ、４つのポートを有するスプリッタを３つの備えた例示的パワースプリッタアレイの上から見た概略図である。 本発明による、例示的隔壁直交モード変換器の長手方向の概略図である。 本発明による、平面の２方向に沿って対で共に連結された複数のパワースプリッタを備えた第１の例示的スプリッタアレイの上から見た概略図である。 本発明による、ＯＭＴを介して放射素子に結合された例示的方向性カプラの長手方向の断面図である。 本発明による、ＯＭＴを介して放射素子に結合された例示的フェライトサーキュレータの長手方向の断面図である。 本発明による、４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラの斜視図である。 本発明による、平面の２方向に沿って対で共に連結された複数のパワースプリッタを備えた第２の例示的スプリッタアレイの上から見た図である。 本発明による、吸収空胴を備えた４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラの斜視図である。

図４ａは、本発明によるＥ平面内の例示的Ｔカプラを示す。Ｔカプラは、埋め込み接合部を備え、３つまたは４つの入力／出力ポートを備えることができる。図４ａでは、Ｔカプラ２４は、３つの導波管１０、２０、３０を備え、各導波管は、２つの大きい側面および２つの小さい側面からなる周辺金属壁によって画定され、入力ポートまたは出力ポート１１、２１、３１を備える。２つの導波管１０および２０は、それらの大きい側面で平坦に取り付けられ、中央導波管３０は、その小さい側面で縁に沿って取り付けられ、２つの側導波管１０と２０との間に埋め込まれている。したがって、側導波管１０、２０は、幅のより大きい壁が平面ＸＹに平行であり、中央導波管３０は、幅のより大きい壁が平面ＸＹに垂直である。したがって、すべての導波管、ならびにすべての入力ポートおよび出力ポートが平面ＸＹに平行であるが、中央導波管３０の長手軸は、方向Ｙに沿って配向している２つの側導波管１０、２０の長手軸に垂直な方向Ｘに沿って配向している。２つの側導波管１０と２０との間に中央導波管３０を埋め込むことによって、カプラの厚さを中央導波管３０の大きい側面の幅Ｌに制限することができる。側導波管１０、２０の端部は、方向Ｙに沿って配向した２つの側出力ポートまたは側入力ポート１１、２１を形成し、中央導波管３０の端部のうちの１つは、方向Ｙに垂直な方向Ｘに沿って配向した入力ポートまたは出力ポート３１を形成している。３つの導波管は、同一平面ＸＹ内に配置されている。次いでカプラの構造は、完全に対称であり、側導波管の入力／出力ポートは、中央導波管の入力／出力ポートに対して対称に配置され、２つの側導波管の２つのポート１１、２１への中央導波管のポート３１の結合は、完全に平衡が保たれている。Ｅ平面内のこのＴカプラの接合部は埋め込まれているため、このＴカプラは、完全に対称で、得やすいという利点を示し、すべての既知のパワースプリッタより小型の対称パワースプリッタを得ることができる。２つの側導波管の２つのポート１１、２１を適応させるためには、側導波管１０、２０の断面を、中央導波管３０の断面よりも、幅を小さくする必要がある。

埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラ２４は、中央導波管の入力／出力ポート３１と側導波管の２つの出力／入力ポート１１、２１との間に対称パワースプリッタを形成し、例えば図５に示すような放射アレイ５０の２つの異なる放射素子に同相で給電するために使用され得る。２つの放射素子５１、５２、例えばホーン、またはファブリ・ペロー共振器などの放射空胴を、埋め込み接合を備えたＥ平面内のカプラの側導波管１０、２０における２つのポート１１、２１に結合し、中央導波管３０のポート３１に接続された給電源５３によって同相で給電することができる。各側ポート１１、２１と２つの対応する放射素子との連結は、曲がり導波管によって得ることができる。Ｅ平面内のＴカプラによってアレイ状に接続された２つの放射素子５１、５２は、単独で、または他の配列された放射素子と組み合わせて、送信時もしくは受信時に動作する平面アンテナ内で使用することができる放射アレイ５０を形成する。

埋め込み接合を備え、図４ａに示す３つのポートを備えたＴカプラ２４は、受信時にパワースプリッタが動作する際の、側導波管の２つのポート２１および１１への入射信号の位相コヒーレンス合わせの点で影響を受けやすい。例えば、アレイの表面に垂直でない方向の入射波向けの放射素子によって受信された信号の場合のように、入射信号が逆位相でないならば、信号は同相で若干平衡を失う。これによって、放射アレイの放射パターンに不利な、３つのポートを備えたＴカプラの不一致が生じ得る。この場合、図４ｂに示すように、３つのポートを有する埋め込み接合を備えたＴカプラ２４は、底部に吸収フィルム２６が配置されている空胴２５を備えることができる。吸収フィルムを備えた空胴は、例えばカプラ２４の中央導波管３０の下壁２７の下に作ることができ、前記下壁２７に作られた長手方向スロット２８によって給電される。吸収フィルム２６を備えた空胴２５によって、パワースプリッタ内を伝播し、かつＥ平面内のＴカプラの動作に必要な位相条件に対応しない電磁波を吸収することができる。

図６ａは、本発明による、埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラを２つの備えた、４つの出力ポートを有する例示的パワースプリッタアレイを示す。パワースプリッタは、互いに平行な２つの側導波管６１、６２、およびその２つの側導波管に垂直に結合された横導波管６３とを備え、各側導波管と横導波管との結合は、本発明による埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラによって得られる。各側導波管６１、６２は、平面ＸＹに平行なその大きい側面で平坦に取り付けられ、横導波管６３は、平面ＸＹに垂直なその大きい側面で縁に沿って取り付けられている。横導波管は、各側導波管内にそれぞれ埋め込まれた２つの端部６３ａ、６３ｂを備える。パワースプリッタ６０は、完全に対称であり、Ｅ平面内のＴ接合部２つは、横導波管６３の２つの端部６３ａ、６３ｂの位置で各側導波管の中央に埋め込まれている。各側導波管は、４つの放射素子を結合することができる、パワースプリッタ６０の２つの出力／入力ポート、それぞれ６４、６５と６６、６７とを構成する２つの対向する端部を備え、次いでパワースプリッタ６０の各出力／入力ポート６４、６５、６６、６７は、放射素子の入力／出力ポートを構成する。パワースプリッタ６０はまた、横導波管の中央の上壁または下壁のうちの１つに作られた給電ポート６８を備える。対応する放射素子の４つの入力／出力ポートが同相で給電されるように、給電ポート６８は、図示していないが給電源に接続することができ、その電力は、パワースプリッタ６０によって４つの出力／入力ポート６４、６５、６６、６７に分配される。埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラが、図４ｂおよび図１３に示すような吸収フィルム２６を備えた外部空胴２５を備える場合、各埋め込み接合の位置で、横導波管６３は、周壁内に作られ、かつ外部空胴２５に現れる結合スロット２８を備える。パワースプリッタ６０および放射素子６９からなるアセンブリは、単一偏波下で動作する平面アンテナとして使用することができる放射アレイを構成する。パワースプリッタアレイ６０によってアレイ状に接続された４つの放射素子６９は、同相で放射し、同一ビーム１の形成に関与している。複数の連続ビームを形成するために、複数の全く同じ放射アレイを組み合わせることができる。放射アレイは、直接放射アンテナとして単独で使用し、または１つもしくは複数の反射器と組み合わせて使用することができる。

反射器８９の焦点面内に取り付けられた２つの放射アレイを備えたアンテナの断面概略図を示す図６ｂの例に示すように、専用の給電源によって給電された複数の全く同じパワースプリッタ６０、７０を使用することによって、複数の全く同じ平面アンテナを得ることができ、その全く同じ平面アンテナは、放物面反射器８９の焦点面内に位置付けされた１次ソースとして使用する際に、連続ビームを生成する。各ビーム１、２は、４つのそれぞれの放射素子６９、７９によって形成され、その放射素子のうちの２つを図６ｂの断面図に見ることができる。各ビーム１、２を形成する４つの放射素子は、専用のパワースプリッタ６０、７０の４つの出力／入力ポートにそれぞれ接続され、対応するパワースプリッタ６０、７０のそれぞれの給電ポート６８、７８に接続された中央給電源によって、全く同じ偏波下で同相で給電される。

図７ａおよび図７ｃは、本発明による、それぞれ４つの出力／入力ポートを有する３つのパワースプリッタ６０、７０、８０を備えた例示的パワースプリットアレイを示す。３つのパワースプリッタ６０、７０、８０は、互いに平行に並んで配置され、２つの直交偏波Ｐ１、Ｐ２で放射素子６９に給電するために、偏波ダイプレクサまたは直交モード変換器ＯＭＴ７１、７２、７３、７４（ＯＭＴは、直交モード変換器を表す）に結合されている。各パワースプリッタは、図６ａのパワースプリッタと全く同じであるが、２つの隣接するパワースプリッタは、互いに直交する異なる２つの偏波に専用である。ＯＭＴ７１、７２、７３、７４は、放射素子６９の入力／出力ポートを構成する。このスプリッタアレイは、直接放射アンテナとして単独で使用することができ、または、図７ｂに示すように、このスプリッタアレイは、多重ビームアンテナの反射器８９の焦点面内に配置された１次ソースのアレイとして使用することができる。次いで、各１次ソースは、同相で結合され、かつパワースプリッタのうちの１つによって全く同じ偏波で給電された４つの放射素子からなり、ビームを形成することができる。２つの隣接するパワースプリッタは、互いに直交する異なる２つの偏波によって給電され、それによって、直交するように偏波され、かつ空間的にオフセットされた隣接する２つのビームを形成することができる。

あるいは、図７ｄの例では、２つの隣接するスプリッタアレイを、互いに垂直に配置することができる。この第２の構成では、隣接するスプリッタアレイは、互いに直交する２つのポートを備えたＯＭＴに結合されている。

これら２つの例示的実施形態では、２つの隣接するパワースプリッタ６０、７０は、２つの異なる直交偏波にそれぞれ対応し、直交するように偏波され、かつ空間的にオフセットされた隣接する２つのビームを生成することができる。

反射器８９によって生成されたビーム１、２、３が、図７ｂに示すような高い位置で重なり合うためには、１次ソースの放射開口部４、５、６をずらして配列する必要がある。図７ｃは、１次ソースの放射開口部が、方向Ｙに沿ってずらして配列される場合を示す。したがって、本発明によれば、パワースプリッタ６０、７０、８０は、互いに並んで配置され、かつ２つの入力ポートと、２つの直交直線偏波または直交円偏波を伝えることができる１つの出力ポートとを備えた直交モード変換器ＯＭＴ７１、７２、７３、７４によって対で共に連結されている。したがって、入力信号を円形偏波の２つの信号にダイプレックスすることができるＯＭＴは、例えば隔壁偏波器タイプのものであり得る。

図８は、本発明で使用することができる隔壁偏波器タイプの例示的直交モード変換器についての長手方向の図を示す。隔壁偏波器タイプのＯＭＴは、逆位相で動作する２つの入力ポート８３、８４、および２つの直交偏波に従って動作する出力ポート８５を備えた導波管と、２つの入力ポートを分離し、ＯＭＴの導波管の長さの一部にわたって方向Ｚに沿って延在する、隔壁と呼ばれる長手方向の内部プレート８６とからなる。隔壁の内部プレート８６は、励振された入力ポートに応じて、隔壁への入力時の直線偏波の電磁界を、隔壁からの出力時の右または左の円形偏波の電磁界に変換することができる様々な段を備える。隔壁偏波器タイプのＯＭＴは円形偏波下で動作するが、直交直線偏波のビームを生成するために、直線偏波下で動作するＯＭＴを使用することもできる。

パワースプリッタアレイが２つのパワースプリッタ６０、７０を備える場合、２つのパワースプリッタは、２つのＯＭＴ７１、７２を介して共に連結することができ、各ＯＭＴの出力ポート８５は、放射素子６９に接続するように意図されている。この場合、各ＯＭＴ７１、７２の２つの入力ポート８３、８４は、２つのパワースプリッタのそれぞれに属する、２つの出力ポート、それぞれ６５、７５と６７、７７とにそれぞれ接続されている。スプリッタアレイが２つを超えるパワースプリッタを備える場合、パワースプリッタはすべて、複数のＯＭＴ７１、７２、７３、７４を介して共に連結することができ、各ＯＭＴは、２つの隣接するパワースプリッタ６０、７０または７０、８０の２つの出力ポートに結合されている。各パワースプリッタの横導波管は、専用の給電源によって給電することができる入力ポート６８、７８、８８を備える。例えば、対で隣接する３つのパワースプリッタ６０、７０、８０の入力ポート６８、７８、８８は、ＴＥ１０モードで給電することができる。２つの隣接するスプリッタ６０、７０、８０に接続された各ＯＭＴは、直交円形偏波下で２つの信号を生成する。ＯＭＴの入力ポートに応じて、ＯＭＴからの出力時に生成された円形偏波は、右または左になる。したがって、第１のパワースプリッタに接続されたＯＭＴは、同相で、かつ同一の第１の偏波Ｐ１を有する信号を生成するように配向することができ、第２のパワースプリッタに接続されたＯＭＴは、同相で、かつＰ１に直交する同一の第２の偏波Ｐ２を有する信号を生成するように配向することができる。次いで、各ＯＭＴ７１、７２、７３、７４の出力ポート８５は、第１の偏波Ｐ１または第２の偏波Ｐ２でビームを形成することができる放射アレイを得るために、それぞれの放射素子、例えばホーンまたはファブリ・ペロー共振器にそれぞれ結合することができる。得られた放射アレイは、２つの異なる色を有する隣接するビーム１、２を形成するために、放物面反射器８９の１次ソースとして使用することができ、２つの色は、偏波Ｐ１およびＰ２にそれぞれ対応する。

図７ａ、図７ｃおよび図７ｄに示す例では、スプリッタアレイは、単一方向Ｙに沿って互いに連結され、それによって、単一方向に延在する、ずらされて配列されたビームを得ることができる。同様に、図９の例示的スプリッタアレイ内に示すような平面ＸＹの２方向に沿って対で共に連結された複数のパワースプリッタ６０、７０、８０、９０を備えたスプリッタアレイを用いて、４つの異なる色を有する隣接するスプリッタの放射素子に給電することによって、平面の２方向に沿ってずらして配列されるビームを形成することができ、隣接するビームは、異なる色を有する。４つの異なる色は、４組の異なる周波数および偏波値（Ｆ１、Ｐ１）、（Ｆ２、Ｐ１）、（Ｆ１、Ｐ２）、（Ｆ２、Ｐ２）に対応する。したがって、各放射素子は、４つの異なるパワースプリッタから生じる４つの異なる色によって、給電され得る必要がある。

一実施形態によれば、各放射素子６９は、送信中に、パワースプリッタの各出力ポートと、ＯＭＴ７１、７２の各入力ポート８３、８４との間に接続された電力結合手段を使用することによって、４つの異なる色により給電することができる。受信時には、電力結合手段は、電力分割手段として動作し、パワースプリッタの出力ポートは、入力ポートになり、一方、ＯＭＴ７１、７２の入力ポート８３、８４は、出力ポートになる。受信中のアンテナの動作は、送信中のアンテナの動作の逆であるため、後の説明では、様々なポートの適性は、送信時の動作に対応する。

電力結合／分割手段９２、９３は、様々な方法で得ることができる。図１０ａの例では、２つの電力結合／分割手段９２、９３が示され、各電力結合／分割手段は、２つの出力ポートを備えた導波管を使用する方向性カプラによって得られる。図１０ａでは、方向性カプラは、２つの導波管を分離する内部金属壁に作られた穴部９４によって、端部で共に結合された２つの入力導波管を備えるが、他の多くの変形例が存在し、使用することができる。穴部を備えたこのカプラは、抵抗性負荷に接続された絶縁ポート９５と、ＯＭＴ７１の入力部に接続された出力ポート９６とを備える。しかしながら、そのような電力結合器／分割器は、受信時に動作する際、受信された信号を減衰させる。これらの減衰は、パワースプリッタとＯＭＴとの間に低雑音増幅器を加えることによって、補償することができる。

あるいは、別の実施形態によれば、結合器／分割器は、例えば、図１０ｂの例に示すような結合器／分割器にフェライトワッシャ９８を挿入することによって、サーキュレータ９７に変えることができる。

あるいは、本発明の別の実施形態によれば、電力結合／分割手段は、４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラからなり得る。図１１に示すように、本発明によれば、埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラ９９は、それらの大きい側面で平坦に取り付けられた２つの側導波管１０および２０と、その小さい側面で縁に沿って取り付けられた中央導波管３０とを備え、中央導波管３０は、図４に示す埋め込み接合を備えたＴカプラの構造のような２つの側導波管１０と２０との間に埋め込まれている。埋め込み接合を備えたＥ平面内のこのＴカプラはまた、２つの側導波管の２つの端部に位置する２つの出力ポート１１、２１と、中央導波管３０の第１の端部に位置する第１の入力ポート３１とを備える。さらに、埋め込み接合を備えたＥ平面内のこのＴカプラは、第１の入力ポート３１に対向する、中央導波管３０の第２の端部に位置する付加的な第２の入力ポート９１を備える。２つの入力ポート３１、９１は、２つの出力ポート１１、２１の方向Ｙに垂直な方向Ｘに沿って配向している。この場合、４つのポートを有する埋め込み接合を備えたカプラの側導波管１０、２０の２つのポート１１、２１が、逆位相で給電されると、信号は、中央導波管３０の２つのポート３１、９１に均等に分かれる。次いで、これにより、対応するパワースプリッタの出力ポートの数、ひいては給電入力ポートに接続されている放射素子向けの給電入力ポートの数を２倍にすることができる。次いで、図１２の例に概略的に示すような平面の２方向に沿った４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラを備えたパワースプリッタを得ることによって、平面ＸＹの２方向に沿ってずらして配列されたビーム形成アンテナを得ることができる。４つのポートを備えた埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラ９９は、３つのポートを備えた埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラ２４の代わりに特定のパワースプリッタに挿入され、それによって、各パワースプリッタの中央導波管の長手軸に平行な方向Ｘに沿って隣接するパワースプリッタと確実に連結することができる。パワースプリッタの中央導波管の端部に位置する各カプラ９９の第４のポートが利用可能であり、隣接するパワースプリッタの中央導波管に直接接続することができる。このように、各パワースプリッタの中央導波管の長手軸に平行な方向Ｘに沿って隣接し、かつ４つのポートを備えたカプラ９９によって共に連結された２つのスプリッタは、側導波管を共有し、それによって、対応する放射開口部を方向Ｘに沿ってずらして配列することができる。次いで、平面の２方向に沿ってずらして配列されているビームを形成することができ、隣接するビームは異なる色を有する。４つの異なる色は、４組の異なる周波数および偏波値（Ｆ１、Ｐ１）、（Ｆ２、Ｐ１）、（Ｆ１、Ｐ２）、（Ｆ２、Ｐ２）に対応する。図９のスプリッタと同様に、４つのポートを備えた埋め込み接合９９は、受信時に動作する際、放射素子によって受信された信号を分割し、それらを出力ポート７８、７８ｂに送る。これらの減衰は、パワースプリッタとＯＭＴとの間に低雑音増幅器を加えることによって、補償することができる。

送信時での使用には、埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラの２つの入力ポート３１と９１との結合が重要であり、パワースプリッタの給電入力ポート６８、７８、８８の位置での重要な結合になり、それによって、この位置でアイソレータを利用する必要がある。さらに、このポート間結合を制限し、これらのアイソレータ内の電力損失を減少させるために、カプラの埋め込み接合部の中央にフェライトワッシャを含めることもできる。次いで、２つの入力ポート３１と９１との結合は、かなり修正され、次いで、Ｔカプラの入力ポート３１または９１の方へ送信された信号は、２つの出力ポート１１および２１の方へ均等に分かれながら、完全に送られる。

図１１に示す４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＴカプラ９９は、受信時にスプリッタが動作する際にはポート２１および１１に入り、または送信中にスプリッタが動作する際にはポート３１および９１に入る入射信号の位相コヒーレンス合わせの点で影響を受けやすい。例えば、アレイの表面に垂直でない方向の入射波向けの放射素子によって受信された信号の場合のように、入射信号が逆位相でないならば、信号は同相で若干平衡を失う。これによって、放射アレイの放射パターンに不利な、４つのポートを備えたＴカプラ９９の不一致が生じ得る。この場合、図１３に示すように、４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＴカプラ９９は、底部に吸収フィルム１０１が配置されている空胴１００を備えることができる。吸収空胴は、例えばカプラ９９の中央導波管３０の下壁１０４の下に作ることができ、前記下壁１０４に作られた２つの長手方向スロット１０２、１０３によって給電される。

本発明について、特定の実施形態と共に説明してきたが、本発明はそれらに全く限定されず、説明した手段の技術的な等価物すべて、および、本発明の構成物の範囲内にあるならば、それら等価物の組合せも含むことが極めて明らかである。

１１、２１ Ｔカプラの出力ポート
２５ 外部空胴
２６ 吸収フィルム
２８ 結合スロット
３１、９１ Ｔカプラの入力ポート
６０、７０ パワースプリッタ
６１、６２ 側導波管
６３ 横導波管
６３ａ、６３ｂ 横導波管の端部
６４、６５、６６、６７ 側導波管の入力／出力ポート
６８ 中央給電ポート
６９ 放射素子
７１、７２、７３、７４ 直交モード変換器（ＯＭＴ）
８３、８４ ＯＭＴの入力ポート
８５ ＯＭＴの出力ポート
８９ 反射器
９２、９３、９７、９９ 電力結合／分割手段

Claims (10)

1. 断面が矩形の互いに平行な少なくとも２つの側導波管（６１、６２）と、前記２つの側導波管にそれぞれ接続された２つの対向する端部（６３ａ、６３ｂ）を備えた、断面が矩形の横導波管（６３）とを備えたパワースプリッタであって、前記２つの側導波管（６１、６２）が、方向Ｙに沿って配向し、それらの大きい側面が平面ＸＹに平行であるように配置され、前記横導波管（６３）が、前記方向Ｙに垂直な方向Ｘに沿って配向し、その小さい側面が前記平面ＸＹに平行であるように縁に沿って配置され、および、各側導波管が、埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラによって前記横導波管に結合され、埋め込み接合が、それぞれの側導波管の中央で、各前記側導波管（６１、６２）内に埋め込まれた、前記横導波管（６３）の端部（６３ａ、６３ｂ）によってそれぞれ作られている、パワースプリッタ。
2. 前記２つの側導波管（６１、６２）それぞれが、４つの入力／出力ポート（６４、６５、６６、６７）を構成する２つの対向する端部を備え、前記横導波管（６３）が、中央給電ポート（６８）を備える、請求項１に記載のパワースプリッタ。
3. 各埋め込み接合の位置で、前記横導波管（６３）が、吸収フィルム（２６）を備えた外部空胴（２５）と、前記外部空胴に現れる結合スロット（２８）とを備える、請求項２に記載のパワースプリッタ。
4. 少なくとも１つの、請求項２または３に記載のパワースプリッタ（６０）と、前記パワースプリッタ（６０）の前記４つのポート（６４、６５、６６、６７）にそれぞれ結合された４つの放射素子（６９）とを備える、放射アレイ。
5. 少なくとも１つの、請求項４に記載の放射アレイを備える、ビーム形成アンテナ。
6. 少なくとも２つのパワースプリッタ（６０、７０）であって、互いに平行に配置され、直交モード変換器ＯＭＴ（７１、７２、７３、７４）によって、前記２つのパワースプリッタの前記側導波管の前記方向Ｙに沿って共に連結された少なくとも２つのパワースプリッタ（６０、７０）と、各それぞれの直交モード変換器（７１、７２、７３、７４）の出力ポート（８５）にそれぞれ結合された放射素子とを備える、請求項５に記載のビーム形成アンテナ。
7. 互いに垂直に配置され、直交モード変換器ＯＭＴ（７１、７２、７３、７４）によって共に連結された少なくとも２つのパワースプリッタ（６０、７０）と、各それぞれの直交モード変換器（７１、７２、７３、７４）の出力ポート（８５）にそれぞれ結合された放射素子とを備える、請求項５に記載のビーム形成アンテナ。
8. 少なくとも１つの反射器（８９）と、前記反射器の前に取り付けられた少なくとも２つの隣接する全く同じ放射アレイとを備え、前記２つの隣接する放射アレイが、互いに直交する異なる２つの偏波に専用である、請求項５に記載のビーム形成アンテナ。
9. 少なくとも４つのパワースプリッタ、および、前記パワースプリッタの前記ポート（６４、６５、６６、６７）と各ＯＭＴ（７１、７２、７３、７４）の入力ポート（８３、８４）との間に接続された電力結合／分割手段（９２、９３、９７、９９）を備え、前記パワースプリッタが、平面ＸＹの２つの直交方向Ｘ、Ｙに沿って対で共に連結されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載のビーム形成アンテナ。
10. 前記電力結合／分割手段が、４つのポートを有する埋め込み接合を備えたＥ平面内のＴカプラ（９９）を備え、前記４つのポートが、前記方向Ｘに沿って配向した２つの入力ポート（３１、９１）と、前記方向Ｙに沿って配向した２つの出力ポート（１１、２１）とからなり、３つのポートが、前記方向Ｙに沿って第１のパワースプリッタの前記側導波管を前記第１のパワースプリッタの前記横導波管に連結し、第４のポートが、前記方向Ｘに沿って前記第１のパワースプリッタの前記横導波管を、隣接する第２のパワースプリッタの横導波管に連結する、請求項９に記載のビーム形成アンテナ。

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