JP7101197B2 - 切り替え可能な偏波構成を有する導波路デバイス - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１７年５月２６日に出願された米国出願第１５／６０６，１３０号の続きである。上記出願の全教示は、参照により本明細書に組み込まれる。

衛星通信システムは、無線リンクを介して電磁エネルギーを伝播することによって、地球軌道の衛星と地上ベースのトランシーバステーションとの間で情報を伝達する。あらゆる無線リンク通信システムの重要な構成要素は、アンテナである。アンテナは、伝送線路を伝播する電磁波を、自由空間を伝播する電磁波に変換し（送信）、または自由空間を伝播する電磁波を、伝送線路を伝播する電磁波に変換する（受信）構成要素である。

偏波は、伝播する電磁波の重要な特性である。偏波は、電磁波が空間内のある点を通って進む際に、電磁波の電界ベクトルが指す動きを表す。電界ベクトルの先端は、電磁波が空間内の仮想点を通過する際に、線、円、または楕円を描くことができる。一般に、これらの軌跡は、それぞれ直線偏波、円偏波、または楕円偏波と呼ばれる。

偏波は、多くの用途において、特にアンテナにとって重要である。アンテナの偏波は、アンテナが送信しているときに放射する電磁波の電界配向によって規定される。アンテナの偏波特性は、無線リンク間で最大の電力伝送を行うために、送信アンテナと受信アンテナが同時に同一の偏波状態である必要があるため重要である。例えば、送信アンテナおよび受信アンテナが直線偏波の場合で、送信アンテナが水平偏波であるが受信アンテナが垂直偏波の場合は、電力は、受信されない。逆に、送信アンテナおよび受信アンテナが両方とも水平または垂直偏波の場合、最大電力が受信される。アンテナは、自由空間と伝送リンクとの間を伝播する電磁エネルギーの遷移を促進するため、偏波は、すべてのアンテナの重要な特性でもある。

特定の衛星は、特定の偏波、例えば、直線偏波（ＬＰ）または円偏波（ＣＰ）を有する電磁エネルギーを送受信するように構成されることがある。地上ベースのトランシーバステーションは、異なる衛星と通信するために必要とされることがあるため、地上ベースのトランシーバステーションは、異なる偏波を有するマイクロ波エネルギーを送受信することができる必要がある場合がある。

円偏波マイクロ波エネルギーを使用する無線リンクの利点は、送信アンテナと受信アンテナの角度関係が、ほとんど無関係であるということである。しかしながら、直線偏波無線リンクでは、角度関係は、上述したように、最大の電力伝送のために送信機の偏波角が受信機の偏波角と一致する必要があるため、重要である。

静止した地上ベースのトランシーバステーションでは、ターゲット衛星に適合する偏波角が、トランシーバステーションの地上位置および衛星の位置に基づいて決定されることがある。地上ベースのトランシーバステーションの位置が変わった場合、または地上ベースのトランシーバステーションが異なる衛星を捕捉した場合、トランシーバステーションの偏波角は、衛星の偏波に適合するために変わる必要がある場合がある。偏波角を変える能力は、本明細書では「偏波スキュー制御」と呼ばれる。

従来技術の偏波スキュー制御は、トランシーバ全体を回転させることを伴う場合があり、これは、機械的に移動させるには重くかつ困難な場合がある。さらに、回転は、回転に適応するために可撓性ケーブル／導波路アセンブリが必要になる場合がある。

記載される実施形態は、スキュー制御により２つの構成、すなわち二重円偏波と二重直線偏波とを切り替えることによって偏波スキュー制御を提供することができる円形導波路偏波デバイスを提供する。一部の実施形態は、単一のステッピングモータを使用してスキュー制御を促進する。記載される実施形態は、受信専用およびＶＳＡＴ海洋アンテナにおいて有用な場合がある。あるいは、記載される実施形態は、他の用途で、例えば、円偏波を備えた低地球軌道（ＬＥＯ）衛星と直線偏波を備えた静止地球軌道（ＧＥＯ）衛星との間の偏波切り替え構成を備えたアンテナとして使用されてもよい。

記載される実施形態の別の利点は、直線偏波スキューが円形導波路サブアセンブリの回転によってのみ制御されることである。超小口径端末（ＶＳＡＴ）の場合の直交モードトランスデューサ（ＯＭＴ）とトランシーバ、および受信専用の場合のグローバル低ノイズ・ブロック・ダウンコンバータ（ＬＮＢ）をアンテナ反射器の背面に固定されたままにしておくことができる。この構成により、反射器の頂点の背後のより大きな質量を回転させるための、余分な可撓性ケーブルおよび重い負荷ベアリングが不要になる。

円偏波を作り出すために、９０度（９０°、すなわちλ／４）位相遅延が、二重偏波円形導波路の１つの直線偏波経路に挿入される。遅延は、例えば、誘導体位相カード、誘電体ピン、金属リッジ、または金属ピンによって生成することができる。位相遅延は、放射源の直線偏波に対して４５度（４５°、すなわちλ／８）で挿入される。直線放射源偏波に対して４５度に配向した９０度位相遅延により、円偏波が作り出される。

一部の状況では、伝播軸に沿って直線偏波信号に一定量の角回転を導入することが望ましい。放射源偏波に対してΦ／２の角度で１８０度（１８０°；λ／２）位相遅延が挿入された場合、Φの回転角が直線偏波信号に導入される。

一態様では、本発明は、第１の偏波配向で送信された２つの直交する直線偏波信号の送信間に３λ／８相対位相シフトを実施するように構成された第１の円形導波路と、第２の偏波配向で送信された２つの直交する直線偏波信号の送信間にλ／８相対位相シフトを与えるように構成された第２の円形導波路と、を備える導波路デバイスである。第２の円形導波路部分は、軸に沿って、第１の円形導波路部分に同軸で隣接して導波路アセンブリを形成することができる。導波路デバイスは、放射源をさらに備え、放射源偏波配向によって特徴付けられる二重直線偏波エネルギーを導波路アセンブリに提供することができる。導波路アセンブリの第１の動作モードでは、第１の円形導波路は、第１の偏波配向が第２の偏波配向に対して９０度オフセットされるように、第２の導波路に対して軸を中心に回転して配向されている。放射源は、放射源偏波配向が第１の偏波配向および第２の偏波配向に対して４５度になるように配置され得る。導波路アセンブリの第２の動作モードでは、第１の円形導波路は、第１の偏波配向と第２の偏波配向が実質的に同じになるように、第２の導波路に対して軸を中心に回転して配向されている。

第２のモードでは、導波路アセンブリは、放射源偏波配向を中心にプラスまたはマイナスθ度の角度範囲内で回転するように構成されてもよく、ここでθは、所定の角度である。

導波路デバイスは、第１の円形導波路を第２の円形導波路に接続するように配置された滑り継手をさらに含むことができる。滑り継手は、軸を中心に互いに対して第１の導波路および第２の導波路の回転を促進するように構成されてもよい。

導波路デバイスは、第１の導波路部分および第２の導波路部分を、軸を中心に独立して回転させるためのモータアセンブリをさらに含むことができる。モータアセンブリは、第１の円形導波路を回転させるように配置された第１のモータと、第２の円形導波路を第１の円形導波路とは独立に回転させるように配置された第２のモータと、を備えることができる。モータアセンブリは、モータが第１および第２の円形導波路を、軸を中心に第１の方向に回転させると、滑り継手により第１の円形導波路および第２の円形導波路が導波路アセンブリの第１のモードで互いにロックされるように配置されたモータを備えることができる。モータが第１および第２の円形導波路を第１の方向と反対の第２の方向に軸を中心に回転させると、滑り継手により第１の円形導波路および第２の円形導波路が導波路アセンブリの第２のモードで互いにロックされ得る。導波路アセンブリの第２のモードの場合で、モータが第１および第２の円形導波路を、所定の角度よりも、軸を中心に第２の方向に回転させると、滑り継手により第１の円形導波路と第２の円形導波路がロック解除され得る。

導波路デバイスは、放射源を導波路アセンブリの端部に接続するように配置された放射源滑り継手をさらに含むことができる。放射源滑り継手は、放射源および導波路アセンブリの軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成されてもよい。導波路デバイスは、導波路アセンブリの端部に取り付けられたフィードホーンを含むことができる。一部の実施形態では、フィードホーン滑り継手をフィードホーンおよび導波路アセンブリに取り付けて、軸を中心とした互いに対する回転運動を促進することができる。

導波路デバイスは、平面内にある第１の位相シフトデバイスにより第１の円形導波路において３λ／８位相シフトを実施することができる。平面は、第１の円形導波路の軸および対向する内壁と交差してもよく、平面は、第１の偏波配向で配置されてもよい。第１の位相シフトデバイスは、第１の導波路の対向する内壁まで延在し、第１の端部と、軸に平行な方向に位相シフトデバイスを終端する第２の端部と、を含むことができる。第１の位相シフトデバイスの各端部は、第１の位相シフトデバイスと第１の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部を備えることができる。一部の実施形態では、第１の位相シフトデバイスは、誘電体材料を含むことができる。

導波路デバイスは、平面内にある第２の位相シフトデバイスにより第２の円形導波路においてλ／８位相シフトを実施することができる。平面は、第２の円形導波路の軸および対向する内壁と交差してもよく、平面は、第２の偏波配向で配置されてもよい。第２の位相シフトデバイスは、第２の導波路の対向する内壁まで延在し、第１の端部と、軸に平行な方向に位相シフトデバイスを終端する第２の端部と、を含むことができる。第２の位相シフトデバイスの各端部は、第２の位相シフトデバイスと第２の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部を備えることができる。一部の実施形態では、第２の位相シフトデバイスは、誘電体材料を含むことができる。

別の態様では、本発明は、軸に沿って配置された第１の円形導波路部分を備える導波路デバイスである。第１の円形導波路は、軸から半径にある第１の導波路の内壁、第１の導波路の第１の端部、および第１の導波路の第２の端部を備える。導波路デバイスは、軸から半径にある第１の導波路の内壁、第２の導波路の第１の端部、および第２の導波路の第２の端部を備える、軸に沿って配置された第２の円形導波路部分をさらに備える。導波路デバイスは、第１の導波路の第１の端部および第２の導波路の第２の端部に取り付けられて導波路アセンブリを形成する滑り継手を備える。滑り継手は、第１の導波路および第２の導波路の軸を中心とした互いに対する回転を促進する。導波路デバイスは、軸に沿って第１の導波路内に配置された３λ／８位相デバイスも備える。３λ／８位相シフトデバイスは、第１の導波路の軸および対向する内壁と交差する第１の平面内にある。導波路デバイスは、軸に沿って第２の導波路内に配置されたλ／８位相デバイスをさらに備える。λ／８位相デバイスは、第２の導波路の軸および対向する内壁と交差する第２の平面内にある。導波路デバイスは、導波路アセンブリに二重偏波エネルギーを提供するように配置された放射源と、放射源を導波路アセンブリの第１の端部に接続するように配置された放射源滑り継手と、をさらに含み、放射源滑り継手が放射源および導波路アセンブリの軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成されている。導波路デバイスは、導波路アセンブリの第２の端部に取り付けられたフィードホーンをさらに含む。

導波路アセンブリの第１のモードでは、第１の円形導波路は、第１の平面が第２の平面に対して軸を中心に９０度回転して配置されるように、第２の導波路に対して軸方向に配向されている。第１の平面および第２の平面はそれぞれ、放射源の偏波の配向に対して４５度に配置されている。導波路アセンブリの第２のモードでは、第１の円形導波路は、第１の平面および第２の平面が同一平面上にあるように、第２の導波路に対して軸方向に配向され、第１の平面および第２の平面がそれぞれ、放射源の偏波の配向に対してθ度で配置され、ここでθは、所定の角度である。

導波路デバイスは、第１の導波路部分および第２の導波路部分を、軸を中心に独立して回転させるためのモータアセンブリを備えることができる。モータアセンブリは、第１の円形導波路部分を回転させるように配置された第１のモータと、第２の円形導波路部分を回転させるように配置された第２のモータと、を備えることができる。モータアセンブリは、モータが第１および第２の円形導波路を、軸を中心に第１の方向に回転させると、滑り継手により第１の円形導波路および第２の円形導波路が導波路アセンブリの第１のモードで互いにロックされるように配置されたモータを備えることができる。モータが第１および第２の円形導波路を第１の方向と反対の第２の方向に軸を中心に回転させると、滑り継手により第１の円形導波路および第２の円形導波路が導波路アセンブリの第２のモードで互いにロックされる。導波路アセンブリの第２のモード中に、モータが第１および第２の円形導波路を所定の角度よりも、軸を中心に第２の方向に回転させると、滑り継手により第１の円形導波路と第２の円形導波路は、ロック解除される。

３λ／８位相シフトデバイスおよびλ／８位相シフトデバイスはそれぞれ、誘電体材料を含むことができる。３λ／８位相シフトデバイスおよびλ／８位相シフトデバイスはそれぞれ、円形導波路の内側に少なくとも１つの金属リッジを含むことができる。

３λ／８位相シフトカードは、第１の導波路の対向する内壁まで延在してもよく、第１の端部と、軸に平行な方向に３λ／８位相シフトカードを終端する第２の端部と、を含む。第１の端部および第２の端部のそれぞれは、３λ／８位相シフトカードと第１の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部をさらに備えることができる。

λ／８位相シフトカードは、第２の導波路の対向する内壁まで延在し、第１の端部と、軸に平行な方向にλ／８位相シフトカードを終端する第２の端部と、を含むことができる。第１の端部および第２の端部のそれぞれは、λ／８位相シフトカードと第２の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部をさらに備えることができる。

フィードホーン滑り継手がフィードホーンおよび導波路アセンブリに取り付けられてもよく、フィードホーン滑り継手は、フィードホーンおよび導波路アセンブリの軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成されている。フィードホーンは、導波路アセンブリに固定して取り付けられてもよい。

前述の事項は、異なる図全体を通して同様の参照記号が同一の部分を指す添付図面に示されるように、本発明の例示的な実施形態の以下のより具体的な説明から明白になるであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本発明の実施形態を例示することに重点が置かれている。

本発明による円形導波路偏波デバイスの例示的な実施形態である。 図１Ａの円形導波路偏波の円形導波路の断面図である。 図１に示す円形導波路偏波デバイスの内部構成要素である。 図１に示す円形導波路偏波デバイスの内部構成要素である。 本発明の第２の動作モードで構成された例示的な導波路アセンブリの端面図である。 本発明の第２の動作モードで構成された例示的な導波路アセンブリの端面図である。 本発明の第１の動作モードで構成された例示的な導波路アセンブリの側面内部図である。 本発明の第１の動作モードで構成された例示的な導波路アセンブリの端面図である。 両方の位相カードが平行な例示的なＬＰ構成に対する反射レベルである。 両方の位相カードが平行な、モード１励起の例示的なＬＰ構成に対する送信出力モードである。 ポート１、モード１に対する電界整列である。 ポート１、モード２に対する電界整列である。 両方の位相カードが平行な、モード２励起の例示的なＬＰ構成に対する送信出力モードである。 例示的なＣＰ構成に対する送信出力モードである。 例示的な円偏波構成に対する出力モードの送信位相である。 例示的な円偏波構成に対する反射レベルである。 実施形態の１つまたは複数を実施するために使用され得る処理システムの例示的な内部構造の図である。

本発明の例示的な実施形態の説明は、以下の通りである。

本明細書に引用されたすべての特許、公開された出願、および参考文献の教示は、その全体が参照により組み込まれる。

図１Ａは、記載される実施形態に従って構築および配置された円形導波路偏波デバイス１００の例示的な実施形態を示す。例示的なデバイス１００は、第１の偏波配向で第１の円形導波路１０２に送信される２つの直交する直線偏波信号間の３λ／８相対位相シフトを実施するように構成された第１の円形導波路１０２を備える。

本明細書で使用されるように、信号の「偏波配向」は、基準座標系に対する送信信号の電界ベクトルの角度の配向を指す。図１Ｂは、そのような座標系の例である。図１Ｂは、円形導波路（例えば、第１の円形導波路１０２）の断面図を示し、Ｚ軸は、円形導波路が配置される長手方向軸１０４であり、Ｘ軸とＹ軸は、互いに直交し、Ｚ軸と直交する。電界ベクトル１０８は、断面が取られたＺ軸に沿った点において、Ｘ軸に対してφの角度で示されている。そのため、本例では、電界ベクトル１０６の偏波配向は、Ｘ－Ｙ座標基準面に対してφによって与えられている。

円形導波路偏波デバイス１００は、第２の偏波配向で送信された２つの直交する直線偏波信号間にλ／８相対位相シフトを与えるように構成された第２の円形導波路１１０をさらに含む。第２の円形導波路部分１１０は、長手方向軸１０４に沿って第１の円形導波路部分に同軸で隣接して導波路アセンブリ１１２を形成する。導波路アセンブリ１１２は、第１の端部１１４および第２の端部１１６を含む。

例示的な実施形態では、第１の円形導波路１０２および第２の円形導波路の内径は、０．７インチであり、１０．７～１２．７５ＧＨｚおよび１４～１４．５ＧＨｚの動作帯域を有する。導波路アセンブリ１１２の全長は、５．５インチである。

円形導波路偏波デバイス１００は、放射源１１８から、放射源偏波配向によって特徴付けられる二重直線偏波電磁エネルギーを受け取るように構成された導波路アセンブリ入力をさらに含む。例示的な実施形態では、放射源１１８は、第１の方向（例えば、図１Ｂの正のＸ方向）に向けられた第１の直線偏波電磁エネルギーと、第１の直線偏波電磁エネルギーに直交する第２の方向（例えば、図１Ｂの正のＹ方向）に向けられた第２の直線偏波電磁エネルギーと、を提供する。

図１Ａの例示的な実施形態では、導波路アセンブリ１１２の第２の端部１１６は、導波路アセンブリ入力として使用される。代替の実施形態では、導波路アセンブリ入力を提供するために、導波路アセンブリの第１の端部１１４が使用されてもよい。また、図１Ａに表されるように、放射源１１８は、導波路アセンブリ１１２の第２の端部１１６に示され、長手方向軸１０４を中心に位置しており、その結果、二重直線偏波電磁エネルギーは、長手方向軸１０４に沿って導波路アセンブリ１１２の端部に直接送信される。しかしながら、他の実施形態では、放射源１１８は、導波路アセンブリ入力に対して異なる場所に位置してもよく、二重直線偏波電磁エネルギーは、代替経路、例えば、導波路アセンブリ１１２の１つまたは複数の側部ポートを介して導波路アセンブリ１１２に送信されてもよい。

導波路アセンブリ１１２の第１の動作モードでは、第１の円形導波路１０２は、第１の偏波配向が第２の偏波配向に対して９０度オフセットされるように、第２の導波路１１０に対して軸を中心に回転して配向されている。放射源１１８は、放射源偏波配向が第１の偏波配向および第２の偏波配向に対して４５度になるよう配置されている。導波路アセンブリのこの第１の動作モードは、円偏波放射を生成する。

導波路アセンブリ１１２の第２の動作モードでは、第１の円形導波路１０２は、第１の偏波配向と第２の偏波配向が実質的に同じになるように、第２の導波路１１０に対して長手方向軸１０４を中心に回転して配向されている。導波路アセンブリ１１２のこの第２のモードの構成では、第１の円形導波路１０２によって導入された３λ／８位相シフトは、第２の円形導波路１１０によって導入されたλ／８位相シフトに加算され、その結果、導波路アセンブリ１１２全体がλ／２位相シフトを導入する。本明細書で説明されるように、λ／２位相遅延が放射源偏波に対してφ／２の角度で直線偏波信号の伝送経路に挿入されると、φの回転角が直線偏波信号に導入される。そのため、第２のモードでは、導波路アセンブリは、長手方向軸１０４を中心に回転して、到来する直線偏波信号に角度シフトを導入するように構成され得る。

放射源円形滑り継手１２０を第１の円形導波路１０２と放射源１１８との間に挿入して、放射源１１８に対する導波路アセンブリ１１２の回転を促進し、上述した角度シフトを実施することができる。一部の実施形態では、回転は、放射源偏波配向を中心にプラスまたはマイナスθ度の角度範囲内で生じるように制限されてもよく、ここでθは、所定の角度である。例えば、回転は、放射源偏波配向を中心にプラスまたはマイナス２０度の角度範囲内で生じるように制限されてもよいが、代替として他の所定の角度が使用されてもよい。

第１の円形導波路を第２の円形導波路に接続するために、導波路間滑り継手１２２が含まれてもよい。導波路間滑り継手１２２は、軸１０４を中心とした互いに対する第１の導波路１０２および第２の導波路１１０の回転を促進するように構成されてもよい。

円形導波路偏波デバイス１００は、導波路アセンブリ１１２または導波路アセンブリ１１２の一部を、軸１０４を中心に回転させるためのモータアセンブリ１２４を含むことができる。円形導波路偏波デバイス１００は、外部源（図示せず）から位置コマンド１２７を受信し、位置コマンド１２７を、モータアセンブリ１２４を制御するのに適した制御信号１２９に変換するモータコントローラ１２５をさらに備えることができる。モータコントローラ１２５は、位置コマンド１２７を制御信号１２９に変換し、他の関連付けられたアクションを実行するのに必要な処理構成要素を含むことができる。

モータアセンブリ１２４は、当技術分野で知られているようなステッピングモータを備えてもよいが、代替の実施形態では、角度位置を制御することができる他のタイプのモータが使用されてもよい。一部の実施形態では、モータアセンブリは、第１の導波路部分１０２および第２の導波路部分１１０を、軸１０４を中心にして互いに対して独立して回転させるように構成されてもよい。そのような実施形態では、モータアセンブリは、第１の円形導波路１０２を回転させるように配置された第１のモータ（モータアセンブリ１２４内に含まれ、明示されていない）と、第２の円形導波路１１０を第１の円形導波路１０２とは独立に回転させるように配置された第２のモータ（モータアセンブリ１２４内に含まれ、明示されていない）と、を備えることができる。

他の実施形態では、モータアセンブリ１２４は、モータアセンブリ１２４が第１の円形導波路１０２および第２の円形導波路１１０を、軸１０４を中心に第１の方向に回転させると、滑り継手１２２により第１の円形導波路１０２と第２の円形導波路１１０が導波路アセンブリ１１２の第１のモードで互いにロックされるように配置された単一のモータを備えることができる。モータアセンブリ１２４が第１の円形導波路１０２および第２の円形導波路１１０を、軸１０４を中心に第１の方向と反対の第２の方向に回転させると、滑り継手１２２により、導波路アセンブリの第１の円形導波路１０２と第２の円形導波路１１０が第２のモードで互いにロックされる。導波路アセンブリ１１２の第２のモードの場合で、第１の偏波配向と第１の偏波配向が所定の角度θだけオフセットされるように、モータアセンブリ１２４が第２の方向に回転すると、滑り継手１２２により第１の円形導波路１０２と第２の円形導波路１１０は、ロック解除される。

円形導波路偏波デバイス１００は、導波路アセンブリ１１２の端部に取り付けられたフィードホーン１２６をさらに含むことができる。一部の実施形態では、円形導波路偏波デバイス１００は、フィードホーン１２６の導波路アセンブリ１１２に対する、軸１０４を中心とした互いに対する回転運動を可能にする、フィードホーン１２６を導波路アセンブリ１１２に結合するフィードホーン滑り継手１２８を含むことができる。

円形導波路偏波デバイス１００は、相反する性質で動作する。したがって、円形導波路偏波デバイス１００は、導波路アセンブリの第１の端部に取り付けられるか、または他の方法で関連付けられる受信機をさらに含むことができる。受信機は、第２の端部から第１の端部に向けられた導波路アセンブリを通して送信される、位相シフトデバイスによって本明細書で説明されるように変更される電磁エネルギーを受信するように構成されてもよい。

放射源１１８および受信機（図示せず）は、例示的な実施形態では、導波路アセンブリ１１２の端部に取り付けられるか、または他の方法で関連付けられているとして説明されるが、一部の実施形態では、放射源１１８および／または受信機は、導波路アセンブリ１１２から離れて配置されてもよいことを理解されたい。例えば、導波路アセンブリ１１２は、電磁エネルギーを導波路アセンブリ１１２に、および／または導波路アセンブリ１１２から伝達するための直交モードトランスデューサ（ＯＭＴ）を取り付けるか、または他の方法で関連付けることができる。そのような実施形態では、導波路などの伝送経路を用いて、導波路アセンブリ１１２と放射源および／または受信機との間で電磁エネルギーを伝達することができる。

図２Ａおよび図２Ｂは、図１に示す円形導波路偏波デバイス１００の内部構成要素を示す。第１の円形導波路１０２は、第１の導波路１０２の軸１０４および対向する内壁と交差する平面内にある第１の位相シフトデバイス２０２を利用することによって３λ／８位相シフトを実施することができる。この例示的な実施形態では、第１の位相シフトデバイス２０２は、第１の導波路１０２の対向する内壁まで延在し、第１の端部と、軸１０４に平行な方向に第１の位相シフトデバイス２０２を終端する第２の端部と、を含む。第１の位相シフトデバイス２０２の各端部は、第１の位相シフトデバイスと第１の円形導波路１０２との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部２０４を含む。

一実施形態において、第１の位相シフトデバイス２０２は、誘電体材料を含むが、他の実施形態では、位相シフトデバイスは、誘電体材料の代わりに、または誘電体材料に加えての他の材料を含んでもよい。例示的な実施形態では、誘電体材料は、ＲｏｇｅｒｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造された誘電率３．５５、誘電正接０．００２７、および厚さ０．０３２インチを有するＲＯ００３であってもよい。この例示的な実施形態では、第１の位相シフトデバイス２０２は、長さ３．５インチの誘導体カードであり、第２の位相シフトデバイスは、長さ２．０インチの誘導体カードである。

第２の円形導波路１１０は、第２の導波路１１０の軸１０４および対向する内壁と交差する平面内にある第２の位相シフトデバイス２０６を用いてλ／８位相シフトを実施することができる。この例示的な実施形態では、第２の位相シフトデバイス２０６は、第１の導波路１０２の対向する内壁まで延在し、第１の端部と、軸１０４に平行な方向に第２の位相シフトカード２０６を終端する第２の端部と、を含む。第２の位相シフトデバイス２０６の各端部は、第１の位相シフトデバイスと第１の円形導波路１０２との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部２０８を含む。一実施形態において、第２の位相シフトデバイス２０６は、誘電体材料を含むが、他の実施形態では、位相シフトデバイスは、誘電体材料の代わりに、または誘電体材料に加えての他の材料を含んでもよい。

例示的な実施形態について説明した位相シフトデバイスは、上述したように誘導体カードであるが、位相遅延を実施するための他の技法を使用することもできることを理解されたい。例えば、導波路アセンブリ１１２の位相シフトデバイスの１つまたは複数は、円形導波路の内側に少なくとも１つの金属リッジを含んでもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、本明細書に記載される第２の動作モード（すなわち、直線偏波）で構成された例示的な導波路アセンブリ１１２の端面図を示す。図３Ａは、共通の平面内にある、電磁放射源偏波に対して０°の角度で回転させ、結果として０°のスキュー角となっている第１の位相シフトデバイス２０２および第２の位相シフトデバイス２０６を示す。この例示的な図では、第１の円形導波路１０２をのぞき込むと、第１の位相シフトデバイス２０２のみを見ることができる。図３Ｂは、共通の平面内にある、電磁放射源偏波に対してφ／２（例えば、１０°）の角度で回転させ、結果としてφ（すなわち２０°）のスキュー角となっている第１の位相シフトデバイス２０２および第２の位相シフトデバイス２０６を示す。

図４Ａは、本明細書に記載される第１の動作モード（すなわち、円偏波）で構成された例示的な導波路アセンブリ１１２の側面内部図を示し、図４Ｂは、その端面図を示し、第１の位相シフトデバイス２０２と第２の位相シフトデバイス２０６が互いに対して９０°で配向されている。図４Ａは、第１の位相シフトデバイス２０２が真横から見える第１の円形導波路１０２と、第２の位相シフトデバイス２０６が第２の円形導波路の側壁から側壁まで広がって見える第２の円形導波路１１０と、を示す。図４Ｂは、第１の円形導波路１０２をのぞき込んだ導波路アセンブリ１１２の端面図を示す。この例示的な実施形態では、放射源偏波は、第１の位相シフトデバイス２０２および第２の位相シフトデバイス２０６が放射源直線偏波電界に対して４５°で配向するように、直線偏波電界が図示するｘ軸およびｙ軸に対して配向するようになっている。

図５は、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂに示すように、両方の位相カードが平行な例示的な直線偏波構成について、反射減衰量レベルとしても知られている反射レベルを示す。ｖ＿ｔｒａｃｅ５０２によって表される入力垂直偏波モード、およびｈ＿ｔｒａｃｅ５０４によって表される入力水平偏波モードの反射減衰量が図５に両方とも示されている。図５に示すように、両方の偏波モードの最悪の場合の反射減衰量レベルは、１０．７～１４．５ＧＨｚで２０ｄＢである。

図６Ａは、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂに示すように、両方の位相カードが平行な、モード１励起による例示的な直線偏波構成の送信出力モードを示す。ｖ＿ｔｒａｃｅ６０２によって表される垂直偏波モードの伝送レベルは、垂直偏波モードが入力に注入された場合、－０．１６ｄＢ、すなわちほぼ０．０ｄＢである。逆偏波モードである、ｈ＿ｔｒａｃｅ６０４によって表される水平偏波モードの伝送レベルは、垂直偏波モードが導波路アセンブリ１１２の入力に注入された場合、－３５．５ｄＢである。

円形導波路は、２つの直交偏波主導波路モードの伝播をサポートする。これらのモードは、ＴＥ_１１モードとして知られている。円形導波路入力で使用される命名法は、ポート１、モード１、およびポート１、モード２である。これらの円形導波路入力モードの電界方向が図６Ｂおよび図６Ｃに示されている。図６Ｂは、電界がＸ軸に整列したポート１、モード１を示し、図６Ｃは、電界がＹ軸に整列したポート１、モード２を示す。

図７は、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂに示すように、両方の位相カードが平行な、モード２励起による例示的な直線偏波構成の送信出力モードを示す。ｈ＿ｔｒａｃｅ７０２によって表される水平偏波モードの伝送レベルは、水平偏波モードが導波路アセンブリ１１２の入力に注入された場合、－０．０２ｄＢ、すなわちほぼ０．０ｄＢである。逆偏波モードである、ｖ＿ｔｒａｃｅ７０４によって表される垂直偏波モードの伝送レベルは、水平偏波モードが導波路アセンブリ１１２の入力に注入された場合、－３５．７ｄＢである。

図８は、図４Ａおよび図４Ｂに示すような例示的な円偏波構成の送信出力モードを示す。ｖ＿ｔｒａｃｅ８０２で示される垂直偏波モードの伝送レベルは、垂直偏波モードが導波路アセンブリ１１２の入力に注入された場合、約－３ｄＢ変化する。逆偏波モードである、ｖ＿ｔｒａｃｅ８０４で示される水平偏波モードの伝送レベルもまた、垂直偏波モードが入力に注入された場合、約－３ｄＢ変化する。任意の周波数で、これらの２つの曲線間の差は、円偏波出力モードの軸比を表す。例えば、１４．０～１４．５ＧＨｚの送信Ｋｕバンドにわたって、最悪の場合の軸比は、０．３６ｄＢである。１０．７０～１２．７５ＧＨｚの受信Ｋｕバンドにわたって、最悪の場合の軸比は、０．８２ｄＢである。

図９は、図４Ａおよび図４Ｂに示すような例示的な円偏波構成の出力モードの送信位相を示す。垂直偏波モードが入力に注入された場合の、垂直偏波モードの送信位相は、ｖ＿ｔｒａｃｅ９０２によって表されている。垂直偏波モードが導波路アセンブリ１１２の入力に注入された場合の、逆偏波モードである水平偏波モードの送信位相は、ｈ＿ｔｒａｃｅ９０４によって表されている。任意の周波数で、これらの２つの曲線間の差は、円偏波構成で配向した場合の、２つの直交偏波出力モード間のデバイスの相対位相を表す。例えば、Ｋｕバンドにわたって、出力偏波モード間の相対位相は、９０度から３．５度未満である。本明細書で説明されるように、出力偏波モード間の９０度の相対遅延は、結果として完全な直線偏波入力信号に対して純粋な円偏波信号をもたらす。

図１０は、図４Ａおよび図４Ｂに示すような例示的な円偏波構成の、反射減衰量レベルとしても知られている反射レベルを示す。ｖ＿ｔｒａｃｅ１００２によって表される入力垂直偏波モード、およびｈ＿ｔｒａｃｅ１００４によって表される入力水平偏波モードの反射減衰量がこの図に両方とも示されている。両方の偏波モードの最悪の場合の反射減衰量レベルは、１０．７～１４．５ＧＨｚで３０ｄＢである。

図１１は、本明細書に記載される実施形態の１つまたは複数を実施するために使用することができる処理システム１１００、例えば、図１Ａに関して本明細書に記載されたモータコントローラ１２５の例示的な内部構造の図である。

各処理システム１１００は、システムバス１１０２を含み、バスは、コンピュータまたは処理システムの構成要素間のデータ転送に使用される１組のハードウェア線路である。システムバス１１０２は、本質的に、処理システムの異なる構成要素（例えば、プロセッサ、ディスク記憶装置、メモリ、入力／出力ポート、ネットワークポートなど）を接続する共有コンジット（ｃｏｎｄｕｉｔ）であり、構成要素間の情報の転送を可能にする。

様々な入出力装置（例えば、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンタ、スピーカなど）を処理システム１１００に接続するためのユーザ入出力装置インタフェース１１０４がシステムバス１１０２に取り付けられている。ネットワークインタフェース１１０６により、コンピュータは、ネットワーク１１０８に取り付けられた様々な他のデバイスに接続することが可能になる。メモリ１１１０は、本明細書に記載された本発明の実施形態の１つまたは複数を実施するために使用されるコンピュータソフトウェア命令などの情報、内部で生成されたデータ、および処理システム１１００の外部のソースから受信したデータのための揮発性および不揮発性記憶装置を提供する。

中央処理装置１１１２もシステムバス１１０２に取り付けられており、メモリ１１１０に記憶されたコンピュータ命令の実行を行う。システムは、サポート電子機器／ロジック１１１４および通信インタフェース１１１６も含むことができる。通信インタフェースは、制御信号１２９をモータ１２４に提供し、図１Ａを参照して説明した位置コマンド１２７を受信することができる。

一実施形態において、メモリ１１１０に記憶された情報は、コンピュータプログラム製品を含むことができ、それにより、メモリ１１１０には、本発明のシステムのソフトウェア命令の少なくとも一部を提供する非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、１つまたは複数のＤＶＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、ディスケット、テープなどのリムーバブルストレージ媒体）が含まれてもよい。当技術分野でよく知られているように、コンピュータプログラム製品は、任意の適切なソフトウェアインストール手順によってインストールされ得る。別の実施形態では、ソフトウェア命令の少なくとも一部は、ケーブル通信および／または無線接続を介してダウンロードすることもできる。

本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態を多くの異なる形態のソフトウェアおよびハードウェアで実施することができることは、明らかであろう。本明細書に記載された実施形態を実施するために使用されるソフトウェアコードおよび／または専用ハードウェアは、本明細書に記載された本発明の実施形態に限定されるものではない。したがって、実施形態の動作および挙動は、特定のソフトウェアコードおよび／または専用ハードウェアに関係なく説明されており、本明細書の記載に基づいて実施形態を実施するためにソフトウェアおよび／またはハードウェアを設計することができることを理解されよう。

さらに、本明細書に記載された例示的な実施形態のある特定の実施形態は、１つまたは複数の機能を実行するロジックとして実施されてもよい。このロジックは、ハードウェアベース、ソフトウェアベース、またはハードウェアベースとソフトウェアベースの組合せであってもよい。ロジックの一部またはすべては、１つまたは複数の有形の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよく、コントローラまたはプロセッサによって実行することができるコンピュータ実行命令を含むことができる。コンピュータ実行命令は、本発明の１つまたは複数の実施形態を実施する命令を含むことができる。有形の非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、揮発性または不揮発性であってもよく、例えば、フラッシュメモリ、ダイナミックメモリ、リムーバブルディスク、および非リムーバブルディスクを含むことができる。

本発明は、その例示的な実施形態を参照して特に示され説明されたが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更を行うことができることを当業者は理解されよう。

Claims (25)

1. 第１の偏波配向で送信された２つの直交する直線偏波信号の送信間に３λ／８相対位相シフトを実施するように構成された第１の円形導波路と、
   第２の偏波配向で送信された２つの直交する直線偏波信号の送信間にλ／８相対位相シフトを与えるように構成された第２の円形導波路であって、前記第２の円形導波路部分が軸に沿って前記第１の円形導波路部分に同軸で隣接して導波路アセンブリを形成し、前記導波路が、放射源偏波配向によって特徴付けられる二重直線偏波エネルギーを前記導波路アセンブリに提供するように構成された放射源と連動して動作するように配置されている、第２の円形導波路と、
   を備え、
   前記導波路アセンブリの第１の動作モードでは、前記第１の偏波配向が前記第２の偏波配向に対して９０度オフセットされるように、前記第１の円形導波路が前記第２の導波路に対して前記軸を中心に回転して配向され、前記放射源が、前記放射源偏波配向が前記第１の偏波配向および前記第２の偏波配向に対して４５度になるように配置され、
   前記導波路アセンブリの第２の動作モードでは、前記第１の偏波配向と前記第２の偏波配向が実質的に同じになるように、前記第１の円形導波路が前記第２の導波路に対して前記軸を中心に回転して配向されている、
   導波路デバイス。
2. 前記第２の動作モードでは、前記導波路アセンブリが前記放射源偏波配向を中心にプラスまたはマイナスθ度の角度範囲内で回転するように構成され、ここでθは、所定の角度である、請求項１に記載の導波路デバイス。
3. 前記第１の円形導波路を前記第２の円形導波路に接続するように配置された滑り継手であって、前記第１の導波路および前記第２の導波路の前記軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成された、滑り継手をさらに含む、請求項１または２に記載の導波路デバイス。
4. 前記第１の導波路部分および前記第２の導波路部分を、前記軸を中心に独立して回転させるためのモータアセンブリをさらに含む、請求項３に記載の導波路デバイス。
5. 前記モータアセンブリが前記第１の円形導波路を回転させるように配置された第１のモータと、前記第２の円形導波路を前記第１の円形導波路とは独立に回転させるように配置された第２のモータと、を備える、請求項４に記載の導波路デバイス。
6. 前記モータアセンブリが、
   （ｉ）モータが前記第１および第２の円形導波路を、前記軸を中心に第１の方向に回転させると、前記滑り継手により前記第１の円形導波路および前記第２の円形導波路が前記導波路アセンブリの前記第１の動作モードで互いにロックされ、
   （ｉｉ）前記モータが前記第１および第２の円形導波路を前記第１の方向と反対の第２の方向に前記軸を中心に回転させると、前記滑り継手により前記第１の円形導波路および前記第２の円形導波路が前記導波路アセンブリの前記第２の動作モードで互いにロックされ、
   （ｉｉｉ）前記導波路アセンブリの前記第２の動作モードの場合で、前記モータが前記第１および前記第２の円形導波路を、所定の角度よりも、前記軸を中心に前記第２の方向に回転させると、前記滑り継手により前記第１の円形導波路と前記第２の円形導波路がロック解除される、
   ように配置されたモータを備える、請求項４に記載の導波路デバイス。
7. 前記放射源を前記導波路アセンブリの端部に接続するように配置された放射源滑り継手であって、前記放射源および前記導波路アセンブリの前記軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成された放射源滑り継手をさらに含む、請求項３に記載の導波路デバイス。
8. 前記導波路アセンブリの端部に取り付けられたフィードホーンをさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の導波路デバイス。
9. 前記第１の円形導波路が、平面内にある第１の位相シフトデバイスを用いて前記３λ／８位相シフトを実施し、前記平面が前記第１の導波路の前記軸および対向する内壁と交差し、前記平面が前記第１の偏波配向で配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の導波路デバイス。
10. 前記第１の位相シフトデバイスが、（ｉ）前記第１の導波路の前記対向する内壁まで延在し、（ｉｉ）第１の端部と、前記軸に平行な方向に前記第１の位相シフトデバイスを終端する第２の端部と、を含み、前記第１の位相シフトデバイスの各端部が前記第１の位相シフトデバイスと前記第１の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部を含む、請求項９に記載の導波路デバイス。
11. 前記第１の位相シフトデバイスが誘電体材料を含む、請求項９に記載の導波路デバイス。
12. 前記第２の円形導波路が、平面内にある第２の位相シフトデバイスを用いて前記λ／８位相シフトを実施し、前記平面が前記第２の導波路の前記軸および前記対向する内壁と交差し、前記平面が前記第２の偏波配向で配置されている、請求項９から１１のいずれか一項に記載の導波路デバイス。
13. 前記第２の位相シフトデバイスが、（ｉ）前記第２の導波路の前記対向する内壁まで延在し、（ｉｉ）第１の端部と、前記軸に平行な方向に前記第２の位相シフトデバイスを終端する第２の端部と、を含み、前記第２の位相シフトデバイスの各端部が前記第２の位相シフトデバイスと前記第２の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部を含む、請求項１２に記載の導波路デバイス。
14. 前記第２の位相シフトデバイスが誘電体材料を含む、請求項１２に記載の導波路デバイス。
15. 軸に沿って配置された第１の円形導波路部分であって、前記第１の円形導波路が前記軸から半径にある第１の導波路の内壁、第１の導波路の第１の端部、および第１の導波路の第２の端部を備える、第１の円形導波路部分と、
    前記軸に沿って配置された第２の円形導波路部分であって、前記第２の円形導波路が前記軸から前記半径にある第１の導波路の内壁、第２の導波路の第１の端部、および第２の導波路の第２の端部を備える、第２の円形導波路部分と、
    前記第１の導波路の第１の端部および前記第２の導波路の第２の端部に取り付けられて導波路アセンブリを形成する滑り継手であって、前記第１の導波路および前記第２の導波路の前記軸を中心とした互いに対する回転を促進する、滑り継手と、
    前記軸に沿って前記第１の導波路内に配置された３λ／８位相シフトデバイスであって、前記第１の導波路の前記軸および対向する内壁と交差する第１の平面内にある、３λ／８位相シフトデバイスと、
    前記軸に沿って前記第２の導波路内に配置されたλ／８位相シフトデバイスであって、前記第２の導波路の前記軸および対向する内壁と交差する第２の平面内にある、λ／８位相シフトデバイスと、
    二重偏波エネルギーを前記導波路アセンブリに提供するように配置された放射源と、
    前記放射源を前記導波路アセンブリの第１の端部に接続するように配置された放射源滑り継手であって、前記放射源および前記導波路アセンブリの前記軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成された、放射源滑り継手と、
    前記導波路アセンブリの第２の端部に取り付けられたフィードホーンと、
    を備え、
    前記導波路アセンブリの第１の動作モードでは、前記第１の円形導波路が、前記第１の平面が前記第２の平面に対して前記軸を中心に９０度回転して配置されるように、前記第２の導波路に対して軸方向に配向され、前記第１の平面および前記第２の平面がそれぞれ、前記放射源の偏波の配向に対して４５度に配置され、
    前記導波路アセンブリの第２の動作モードでは、前記第１の円形導波路が、前記第１の平面および前記第２の平面が同一平面上にあるように、前記第２の導波路に対して軸方向に配向され、前記第１の平面および前記第２の平面がそれぞれ、前記放射源の偏波の配向に対してθ度で配置され、ここでθは、所定の角度である、
    電磁伝送システム。
16. 前記第１の導波路部分および前記第２の導波路部分を、前記軸を中心に独立して回転させるためのモータアセンブリをさらに含む、請求項１５に記載の電磁伝送システム。
17. 前記モータアセンブリが前記第１の円形導波路部分を回転させるように配置された第１のモータと、前記第２の円形導波路部分を回転させるように配置された第２のモータと、を備える、請求項１６に記載の電磁伝送システム。
18. 前記モータアセンブリが、
    （ｉ）モータが前記第１および第２の円形導波路を、前記軸を中心に第１の方向に回転させると、前記滑り継手により前記第１の円形導波路および前記第２の円形導波路が前記導波路アセンブリの第１のモードで互いにロックされ、
    （ｉｉ）前記モータが前記第１および第２の円形導波路を前記第１の方向と反対の第２の方向に前記軸を中心に回転させると、前記滑り継手により前記第１の円形導波路および前記第２の円形導波路が前記導波路アセンブリの第２のモードで互いにロックされ、
    （ｉｉｉ）前記導波路アセンブリの前記第２のモードの場合で、前記モータが前記第１および前記第２の円形導波路を、所定の角度よりも、前記軸を中心に前記第２の方向に回転させると、前記滑り継手により前記第１の円形導波路と前記第２の円形導波路がロック解除される、
    ように配置されたモータを備える、請求項１６に記載の電磁伝送システム。
19. 前記３λ／８位相シフトデバイスおよび前記λ／８の位相シフトデバイスがそれぞれ、誘電体材料を含む、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。
20. 前記３λ／８位相シフトデバイスおよび前記λ／８位相シフトデバイスのそれぞれが、前記円形導波路の内側に少なくとも１つの金属リッジを含む、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。
21. ３λ／８位相シフトカードが前記第１の導波路の前記対向する内壁まで延在し、第１の端部と、前記軸に平行な方向に前記３λ／８位相シフトカードを終端する第２の端部と、を含み、前記第１の端部および前記第２の端部のそれぞれが、前記３λ／８位相シフトカードと前記第１の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部をさらに備える、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。
22. λ／８位相シフトカードが前記第２の導波路の前記対向する内壁まで延在し、第１の端部と、前記軸に平行な方向に前記λ／８位相シフトカードを終端する第２の端部と、を含み、前記第１の端部および前記第２の端部のそれぞれが、前記λ／８位相シフトカードと前記第２の円形導波路との間のインピーダンス整合を実施するように構成された移行部をさらに備える、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。
23. 前記フィードホーンおよび前記導波路アセンブリに取り付けられたフィードホーン滑り継手であって、前記フィードホーンと前記導波路アセンブリの前記軸を中心とした互いに対する回転を促進するように構成された、フィードホーン滑り継手をさらに含む、請求項１５から２２のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。
24. 前記フィードホーンが前記導波路アセンブリに固定して取り付けられている、請求項１５から２２のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。
25. 前記導波路アセンブリの前記第１の端部に関連付けられた受信機であって、前記第２の端部から前記第１の端部に向けられた前記導波路アセンブリを通して送信される電磁エネルギーを受信するように構成された、受信機をさらに含む、請求項１５から２４のいずれか一項に記載の電磁伝送システム。

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