JPH01146405A - デュアルモード位相アレイアンテナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアレイアンテナシステム、特にマイクロ波周波
数で動作する通信システム動作における使用に適したデ
ュアルモードアレイアンテナシステム、およびそこで使
用される受動ビーム形成回路網に関する。

［従来技術］ マイクロ波周波数で動作する衛星通信システムおよびそ
の他の通信システムにおいて、単一およびデュアルモー
ドパラボラ反射アンテナシステムおよび単一モードアレ
イアンテナを使用することが知られている。多くの用途
において、所定のマイクロ波周波数帯域中に多数のチャ
ンネルを有する通信システムを使用することが典型的で
あり、各チャンネルは隣のチャンネルと僅かに異なる周
波数である。典型的にこのような多重チャンネルは、単
一モードアレイアンテナを駆動する隣接するマルチプレ
クサを使用することによって構成される。

同じ周波数範囲における、またはその近くのマイクロ波
信号の間の干渉を最少にするために例えばある信号に対
して水平偏波を有し、別の信号に対しては垂直偏波を有
するように電磁放射線を偏波することが知られている。

このようなシステムにおいて、２つのタイプまたはモー
ドの偏波信号は共通のりフレフタを使用してもよいが、
大部分は２個の別々の単一モードの放射アレイを具備す
る隣接した２個の別個のアンテナシステムを設けること
によって達成される。２個のアンテナシステムは、アン
テナシステムによって生成されたビームの遠距離フィー
ルドパターンに関して同一の集束をａするように構成さ
れることが多い。

それに対して本発明は、各信号が同じ偏波を有するとき
に同一の広範囲周波数帯域における同じ幾何学的位置に
対して同時に送信される同一の偏波を有する複数の独立
マイクロ波信号の間の干渉を最少にする技術を提供する
ことに関する。また本発明のアンテナシステムはりフレ
フタを使用する必要がないが、その代わりに典型的に直
接放射位相アレイアンテナを使用する。

アレイアンテナに関して知られていることは多く、それ
らは益々重要になっている。位相アレイアンテナは多数
の適用、特にマルチ機能能力を必要とするものに好まし
いアンテナとして知られている。アレイアンテナは高電
力、広い帯域幅および悪い環境条件に対する耐性がある
ことを特徴とする。多数の参照文献が位相アレイの動作
の数学的根拠を分析してきた。例えば、Ｌ　、　　Ｓ　
ｔａｒｋｌ：よる文献（’Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　　Ｔｈ
ｅｏｒｙ　ｏｆ’　　Ｐｈａｓｅ　−Ａｒｒａｙ　　Ａ
ｎｔｅｎｎａｓ　−Ａ　　Ｒｅｖｉｅｗ　’　。

Ｐ　ｒｏｃｅｅｄｌｎｇｓ　ｏｒｔｈｅ　Ｉ　Ｅ　Ｅ　
Ｅ　、　Ｖｏｌ、６２．Ｎｏ、１２゜ｐｐ、１８６１−
１７０１（Ｄ　ｅｃ、１９７４））参照。

放射素子の各種の組合せ、位相シフタおよび供給システ
ムが位相アレイを構成するために使用されている。使用
される放射素子のタイプはホーン、ダイポール、螺旋、
スパイラルアンテナ、ポリロッド、パラボラデイツシュ
およびその他のタイプのアンテナ構造を含んでいる。位
相シフト装置のタイプはフェライト位相シフタ、ｐ−１
−ｎ半導体ダイオード装置およびその他を含む。供給シ
ステムは、自由空間伝播性を使用する空間供給およびア
レイの素子から中央供給点まで信号を送信する送信ライ
ン技術を使用する強制供給を含でいる。強制供給は典型
的に伝送ラインによって接続される電力デバイダを使用
する。使用される電力デバイダの数およびタイプは、電
力レベルおよび減衰を考慮してその目的に応じて定めら
れる。強制供給のタイプはデュアル直列供給、ハイブリ
ッド接続地域供給、パトラ−マトリクスのような並列供
給ビーム形成マトリクスおよびその他を含む。大型アレ
イはしばしば位相シフタのパトラ−マトリクス供給サブ
アレイを含む供給システムを使用する。

これら全ての特徴は、発明者が精通している限り単一モ
ード位相アレイに対して発展されている。

１９８０年代初期のパトラ−マトリクスの発展は、アン
テナビームの直交性およびビーム入力端子におけるビー
ムコリメーションの結果に対して多くの条件の研究を促
進した。Ｊ、アレンによる文献（’Ａ　　Ｔｈｅｏｒｅ
ｔｌｃａｌ　　Ｌ　Ｉｎ＋１ｔａｔ１ｏｎ　ｏｎ　ｔｈ
ｅＦｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｓｓｌｅｓｓ　Ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅ　Ｂｅａｍｓ　１ｎＬ１ｎｅａｒ　Ａｒｒ
ａｙｓ　’　、　　Ｉ　ＲＥ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓ　ｏｎＡｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐ　ｒｏｐａｇ
ａｔｌｏｎ、　Ｖｏｌ、　Ａ　Ｐ−９，ｐｐ３５０−３
５２（Ｊ　ｕｌｙ１９６１））において、同時に別々の
ビームを損失のない方法で形成するために等間隔のラジ
ェータのアレイを駆動する受動往復ビーム形状マトリク
スのために、各ビームの形状はスペースファクターがス
ペースファクターパターンの１期間の間隔に対して直交
するものでなければならないことが記載されている。“
スペースファクター”とは、ここでは異性体ラジェータ
のアレイの複合遠距離フィールドを言う。特にアレンは
、ある入力ポートに関連したアレイ励起は、別の入力ポ
ートに対するアレイ励起に直交しなければならないこと
を示している。２つの回路網入力がａとｂように同一で
あり、またアレイのｉ番目の素子で対応する励起がそれ
ぞれａｌとｂｔならば、であるとき励起は直交する。

ここでｂＩ本はｂＩの共役複素数である。

次にアレンは、各入力ポートは個別のビームに対応し、
あるポートのアレイ励起が他のポート全てのアレイ励起
に直交するため、ポートに関連した各ビームは他のポー
トに関連した各ビーム全てに直交することを示している
。Ｓ、スタインによる文献（“Ｏｎ　Ｃｒｏｓｓ　　Ｃ
ｏｕｐｌｉｎｇ　ＩｎＭ　ｕｌｔｉｐｌｅ−Ｂ　ｅａｍ
　Ａ　ｎｔｅｎｎａｓ”、ＩＲＥＴｒａｎｓａｃｔｔｏ
ｎｓ　ｏｎ　　ＡｎｔｅｎｎａＳ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａ
ｇａ口ｏｎ。

Ｖｏｌ、　Ａ　Ｐ−ＩＱ、ｐｐ５４Ｂ−５５７（Ｓｅｐ
ｔ、　１９６１））において、対応した遠距離フィール
ドビームパターンの複合交差相関係数の関数としてアレ
イの各放射素子の間の交差結合の詳細な分析が記載され
ている。

スタインの文献において損失のないレシプロ供給システ
ムが特に強調されている。

上記の各参照文献において論じられているのは単一モー
ドアレイだけである。単一モードアレイによって生成さ
れた複合ビームは、典型的に個別のビーム間の集束およ
び発散した干渉を通じてアレイの放射素子の１つとそれ
ぞれ関連された複数の個別のビームから形成され、もし
完全でなければこの干渉は原則的に空間に生じる。周波
数分配多重または時分配多重を適切に使用するアレイア
ンテナシステムにおいてさえ多重通信チャンネルを備え
、ただ１つの情報保持入力信号がアレイアンテナを駆動
する供給回路網に送信されるため、生成される複合ビー
ムは種々の単一モードである。

さらに個別のビーム信号全ておよび複合ビームは共通電
磁偏波を共用する。

米国特許第３６６８５８７号明細書において、回転可能
に設けられた第１および第２の円形導波管区域を備える
デュアルモード回転マイクロ波カップラは、第１の導波
管区域において反対方向に回転する円偏波された信号を
送信する第１の手段と、第２の直線偏波された出力信号
を供給する第２の手段とを有する。マイクロ波カップラ
は、信号がカップラを介して伝送される間、分離される
ように回転を止められたアンテナシステムの１対の入力
端子との回転可能な結合部を通じて回転送信マルチプレ
クサシステムから１対の出力信号を供給し、それにより
マルチプレクサシステム構造を簡単にする改善され信頼
できる結合装置を提供する。２個のホーンアンテナシス
テムの２つの入力端子に供給される信号は位相が９０″
離れた関係を有し、それぞれ両方の出力信号からの成分
を含む。そこで使用されているようにデュアルモード特
性は２つの独立アンテナ端子を提供し、それぞれが同じ
利得パターンおよび偏波方向を生じるが、パターンにわ
たる位相発達方向は異なっている。

米国特許第４１１７４２３号明細書において、類似して
いるがさらに厳密なデュアルモード多位相電力デバイダ
が示されており、このデバイダは２つの入力ポートと、
典型的にＮが奇数整数のＮ出力ポートを有する。電力デ
バイダは２個の絶縁ポートを信号アンテナに提供する技
術を提供し、各入力ポートからの信号はモードと呼ばれ
て同一偏波の同一のビームパターンの側で発生するが、
２つのモードに対するそれぞれの位相の発達方向は反対
である。前記明細書に記載されているように、反対方向
に回転する円偏波信号は円筒形導波管部材を通じて入力
ポートから出力ポートに伝送される。

好ましい実施例においてＮ枚の羽杷が電力分配およびＮ
出力ポートの間のインピーダンスを整合するために円筒
形導波管部材の第２または出力端部の近くに設られてい
る。

これら両明細書において出力ポートは、リフレクタの焦
点区域で直線上に位置された複数のオフセット供給装置
に接続されている。特に同じカバー領域を存する遠距離
フィールドパターンを提供するために、同じおよび反対
の位相発達方向を有する出力信号はりフレフタの焦点か
ら等距離でありその反対側に位置される。適切な（例え
ばパラボラ）リフレクタを具備するこのような中心を外
れた供給構造を使用することによってのみこれら２°つ
の明細書に記載されている送信システムは、実質的に同
じカバー領域を有する２つのモードを生じることができ
る。また出力信号の励起係数が全て振幅が等しく、位相
だけが異なることは全く価値がない。

［発明の解決すべき課ＷＢ］ 知られている限りでは、デュアルモード動作を可能にす
るように設けられた直接放射アレイアンテナシステムは
開発または提案されていない。ここで使用されているよ
うな用語“デュアルモード”とは、互いに識別されるこ
とが容易な異なる電磁特性を複合ビームが有する同じ全
体周波数帯域における同じ偏波方向の２つ（またはそれ
以上）の異なる複合遠距離フィールドビームの同時送信
（または受信）を示す。

本発明の主要な目的は、数学的に互いに直交する励起係
数を有する２つの複合ビームに対して実質的に同一の遠
距離放射パターンを生成することができるデュアルモー
ドアレイアンテナを提供することである。別の目的は、
簡単な伝送ラインによって接続されている受動電力分配
装置および位相シフト装置から成る分配回路網の形態で
このようなデュアルモードアレイアンテナに対して実質
的に損失のないレシプロ的な強制供給システムを提供す
ることである。さらに別の目的は単一の分離入力（また
は出力）ポートを有するこのような分配回路網をアレイ
アンテナシステムによって送信（または受信）されるそ
れぞれ異なる情報保持信号に対して提供することである
。　　　・［課題解決のための手段］ アレンは上記に記載された文献において、多数の個別の
ビームが多数のポート回路網に接続された素子の共通の
アレイから発生される個々のビームの直交性が必要であ
ることを述べている。本発明において、複合ビームを形
成するために各ビームの直線的な組合せを使用すること
によりアレンの理論を超えて発展する。特にビームの第
１の直線的な組合せは、便宜上モードＡと呼ばれる第１
の複合ビームを形成する。同じ個別のビームの第２の直
線的な組合せは、便宜上モードＢと呼ばれる第２の複合
ビームを形成する。本発明の重要な一目的は、共通の直
接放射アレイからモードＡおよびモードＢの両方に対す
る同じ複合カバー領域を提供することである。これはモ
ードＡおよびモードＢが互いに直交するならば実現され
ることができる。すなわちモードＡに対するアレイ励起
がモードＢに対する励起と直交しなければならない。

これは、 であるときに達成される。ここでＮはアレイ中の放射素
子の数であり、Ｘｌ−およびＢ１はアレイによって生成
された個別のビームと関連された励起値の直線的な組合
せであり、ＢｉｔはＢｉの共役複素数である。よく知ら
れているように、複合ビームに対する１番目の素子の励
起は以下のように連続するｍ個別励起係数の関係で示さ
れる（ｍはアレイにおける素子の番号Ｎ以下である）。

式（３）および（４）において、ａｌ乃至ｚｌは個別の
ビームａ乃至２（２はＮ以下である）に対する励起であ
り、各係数“Ｘ”または“ｙｏは大きさおよび位相角度
を有する。各係数は正でも負でもよいし、また実数また
は虚数であってもよい。

式（２）は式（１）よりも非常に普遍的である（すなわ
ち分配回路網をより自由に製造することができる）こと
を理解すべきである。これは式（１）が、ゼロであると
示された個別のビームの積の逆数の合計を必要とするの
に対して、式（２）はこれらの同一の積の逆数がゼロで
なくてもよく、また２つのモードＡおよびＢと関連した
全ての個別のビームからの示された全ての積の逆数の合
計がゼロであることのみ必要である。

上記目的の見地において、本発明のある点にしたがって
同じ偏波を有し、同じ周波数範囲にあり、数学的に互い
に直交する電磁放射線の２つ以上の異なる複合ビームの
同時に送信および受信のためのアレイアンテナシステム
が提供される。このアレイアンテナシステムは、ビーム
との直接電磁通信における素子のアレイおよび分配手段
を含み、ビームと関連された電磁エネルギで２つ以上の
同時伝送を実行するための２つ以上の第１のポートを有
し、このようなエネルギは素子と２つのポートとの間に
おいて伝送される。分配手段および特、　にそれによっ
て実行される１組の同時伝送は、各２つの異なるビーム
を第１のポートに現われた異なる情報保持信号と特有に
関連される。好ましい実施例において分配手段は、２つ
の同時変形は各２つのビームのそれぞれが２つの第１の
ポートのそれぞれ一方に現われる異なる情報保持信号と
特有に関連されるこ−とを可能にするように設けられる
。このように一方のビームに関連された一方の情報保持
信号は、２つのポートの一方においてのみ現われ、また
他方のビームと関連した他方の情報保持信号は２つのポ
ートの他方においてのみ現われる。好ましい実施例にお
いて、分配手段は受動的な装置で構成された損失のない
レシプロ的な強制供給構造またはビーム形成回路網構造
であり、アンテナシステムは所望ならば位相アレイとし
て動作されることができる。

本発明の好ましい実施例では、直接放射アレイアンテナ
システムは電磁放射線を伝送するように設置された放射
素子のアレイと、予め定められた方法で回路網手段の入
力ポートに供給される複数の異なる電磁信号を実質的に
同じ遠距離フィールド放射パターンを有する２つ以上の
識別可能な独立成分ビームが放射素子から発生するよう
な回路網手段の出力ポートに分配する分配回路網手段と
から成る。分配回路網手段は、一方の入力ポートにおけ
る一方の入力信号および他方の入力ポートにおける他方
の入力信号を受信するように動作できるように設けられ
てもよい。またそれは、放射素子のアレイから発生する
個別のビームの第１の直線的組合せが一体に複合ビーム
の第１のものを形成し、放射素子のアレイから発生する
個別のビームの第２の直線的組合せが一体に複合ビーム
の第２のものを形成する。分配回路網手段は第１の複合
ビームを形成するア、レイ励起および第２の複合ビーム
を形成するアレイ励起が数学的に互いに直交するように
動作する如く構成される。

遠隔送信ステーションによって送信される同一の全体周
波数範囲における同じ偏波を有する電磁放射線の２つ以
上の複合ビームのそれぞれの部分を受信する。受信アレ
イアンテナシステムのように、好ましい実施例は、２つ
以上の電磁放射線の独立したビーム各部分を受信するよ
うに配置された複数の素子と、素子に接続されている複
数の第１のポートと、素子によって受信された２つの複
合ビームを第２のポートの一方でそれぞれ出力される２
つ以上の異なる信号に分離する回路網手段とよりなる。

このような別個の信号はそれぞれビームの異なるものか
ら得られる。

本発明のこれらおよびその他の観点、特徴および有効性
は、添付図面および請求の範囲と共に以下に記載された
詳細な説明を読むことによって理解され易くなるであろ
う。

［実施例］ 第１図を参照すると、４個の放射素子２４．２６．２８
および３０のアレイ２２と供給手段３２とを含む本発明
のデュアルモードアレイアンテナシステム２０が示され
ている。素子２４乃至３０は、ホーン、ダイポール、ヘ
リスス、スパイラルアンテナ、ポリロッドまたはパラボ
ラ皿等の任意の適切なまたは便宜的な形でよい。放射素
子の型の選択は、本発明に重要ではないため、このよう
な選択は周波数帯域、重さ、丈夫さ、包装、その他の一
般的な要因に基いてもよい。供給手段３２は、以下簡単
に説明する型式の分配回路網であることが好ましい。分
配回路網３２は、示されているように素子２４．２６．
２８および３０に直接接続されている４つのポート３４
．３８．３８および４０を含む。回路網３２は、システ
ム２０が送信アンテナとして動作するときに入力ポート
ＡおよびＢとして（またシステム２０が受信アンテナと
して動作するときに出力ポートＡおよびＢとして）動作
する２つのポート４２および４４を含む。

第２図は、類似しているが構造および機能的にパトラ−
マトリクスとは異なるため４つのポートのパトラ−マト
リクスではない分配回路網３２に対して好ましい実施例
の詳細な回路図を示している。

ビーム形成回路網としてときどき示される回路網３２は
、４つの信号分配装置または方向性結合器５２．５４．
５６および５８を含む。回路網３２はまた２つの位相シ
フト装置６０およ６２を含む。装置５２乃至５８は２つ
の各装置の２つのステージ６４および６Ｂに設けられる
。通常の適切な接続ライシフ０乃至８８は、種々の装置
と回路網３２中のポートとの間を本質的に損失なく接続
されることが必要なため使用される。

ここで使用されるように“接続ライン”とは、コンダク
タ、導波管、伝送ストリップライン等の受動電磁信号搬
送装置を意味する。接続ラインが必要かどうかは分配回
路網の厳密な型と構造、および構造内の種々の装置の位
置によって決定される。

このような詳細は当業者には良く知られており、したが
って論議する必要はない。同様に接続ラインは、ポート
３４乃至４０とそれらの各供給素子２４乃至３０との間
の電磁信号を接続する必要性にしたがって設けられても
よい。

第２図の回路網３２中で使用される信号分配装置５２乃
至５８は、示されているようなハイブリッドカップラで
あることが好ましい。ハイブリッドカップラは、対角の
端子の間の９０°の位相遅延を伴う種々の３　ｄＢのよ
うなそこを通過信号の周波数のために構成された全ての
通常のまたは適切な型でよい。ハイブリッドカップラ５
２および５４において各装置の４つの端子の中３つだけ
が使用される。

カップラ５２の端子９２は使用されない、その代わりに
通常の抵抗負荷９Ｂのようないずれの適切な技術によっ
て終端される。同様にカップラ５４の端子９４は使用さ
れないで、抵抗負荷９８のような適切な技術によって終
端される。

位相シフト装置６０および６２は、位相遅延ハイブリッ
ドカップラが回路網８２において使用されるとき＋９０
°　（進相）型である。装置６０および６２はそれを通
過する信号の周波数帯域に適切ないずれの通常の型のも
のでよい。

アレイアンテナシステム２０が送信アンテナシステムと
して動作しているとき、適切な周波数センターおよび帯
域幅を有する第１の情報保持入力信号は、ポート４２（
入力Ａ）に供給される。分配回路網３２は、４つの信号
の第１の組が回路網３２の出力ポート３４乃至４０で生
成され、放射素子２４乃至３０を励起して空間中に伝播
性する電磁放射線の４つの別個のビームの第１の対を生
成するように信号を分配する。これら４つのビームはモ
ードＡ個別ビームと呼ばれてもよく、数学的に励起係数
８１乃至ａ４の第１の組によって部分的に記載されるこ
とができる。適切な周波数センタおよび帯域幅を有する
第２の情報保持信号がポート４４（入力Ｂ）に供給され
るとき、回路網３２は４つの信号の第２の組が出力３４
乃至４０で生成され４つの別個のビームの第２の組を生
成するために放射素子２４乃至３０を励起するように信
号を分配する。これら４つのビームはモードＢ個別ビー
ムと呼ばれてもよく、数学的に励起係数ｂｌ乃至ｂ４の
第２の組によって部分的に記載されることができる。２
組の４つの励起係数は便宜上それらの各出力ポートおよ
び第１図の放射素子の上に図示される。４つの個別ビー
ムのこれら２つの組は、さらに説明されるように数学的
に互いに直交する励起係数を有する。

放射素子２４乃至３０から発生する各ビームの組の４つ
の個別ビームは、複合電磁ビームを生成するために空間
において結合する。第１の組の４つの個別ビームによっ
て生成される第１の複合ビーム（モードＡ複合ビーム）
は、第２の組の４つの個別ビームによって生成される複
合電磁ビーム（モードＢ複合ビーム）とは電磁的に異な
りかつ直交することが好ましい。

本発明のアレイアンテナシステムの１つの重要な特徴お
よび利点は、回路網３２の２つの入力ポート４２および
４４に供給されるほぼ匹敵する周波数および帯域幅の入
力信号に対する同一の（または実質的に同一の）放射パ
ターンを有する電磁放射線の２つの複合ビームを生成す
るその能力である。

システム２０は２つの入力ポート４２および４４を有し
、これらのポートに供給された全ての所定の信号に対し
て複合ビームは同一の遠距離フィールドパターンを有す
るため特に有効である。この２つのポートの特徴は、奇
数番号のチャンネルに対する入力信号が１つの入力ポー
トに入り、偶数チャンネルに対する信号が別の入力ポー
トに入ってもよいため、チャンネル化された通信システ
ムのチャンネル多重における重要な実行性を提供する。

この構造は１つの入力ポート、単一モードアレイアンテ
ナと共に動作する隣接したマルチプレクサよりも簡単で
あり、２個のモードアレイと共に動作する奇数およびマ
ルチプレクサよりも簡単なマルチプレクサでよい。

デュアルモードアレイアンテナシステム２０の動作の技
術的原理について以下説明する。モードＡは入力ポート
Ａに供給される信号によって生成されるモードである。

モードＢは入力ポートＢに供給される信号によって生成
されるモードである。

はとんどの適用にとって、２つのモードに対して複合ビ
ームの同一の遠距離フィールド放射パターンを何するこ
とが望ましい。これはモードＢに対する励起係数がモー
ドＡに対するそれらの鏡像であるとき、換言すると以下
の条件が満たされるときに達成される； ｂｌ　■ａ４ ２−ａ３ ｂ３−ａ２　　　　　　　　　　　　　　　　（５）４
−ａｔ 分配回路網３２が適切に実現されるために、モードＡに
対する励起係数は数学的にモードＢに対する係数に直交
しなくてはならない。これは次の式％式％： 励起の共役複素数であることを示す。

この第１の構造例において、比較的簡単に例示するため
に複素数ではなく　（正または負けのいずれかの）実数
である励起係数を限定するように選択する。この条件に
おいて上記の式は次のように簡単になる； ａｌ　ａ４　＋ａ２　ａ３　＝０　　　　　　　　（７
）この式は次のように表わすことができる；ａｌ　／ａ
２膳−ａ３／ａ４　　　　　　　　（８）この関係は容
易に満たされる。例えば以下の係数が２つのモードとし
て選択されることができる。

モードＡとして：　ａｌ　−ａ２−ａ３−０．５および
ａ４−−０．５　　　　　　　（９）モードＢとして：
ｂＬ−−０．５およびｂ２−ｂａ−ｂ４−０．５　　（
１０）第２図に示された分配回路網３２は、式（９）お
よび（１０）の条件を満たす。

２つのモードに対するアレイ因子は、第３図に示されて
いるアレイ幾何学形から容易に決定されることができる
。モードＡに対してアレイ因子は、これは次のように示
すこともできる： ＥＡ−ＣＯ８（μ）　＋　ｊ　５ＩＮ（３μ）　　　　
　　（１２）同様にモードＢに対するアレイ因子は次の
ように与えられる： ＥＢ−ＣＯ３（μ）　−ｊ　５ＩＮ（３μ）　　　　　
　（１３）式（１１）乃至（１３）において記号μは、
以下の式によって与えられる値を有する状態化されたア
ンテナパラメータである。

μ−（πｄｓＩＮθ）／λ　　　　　　　　（１４）こ
こにおいてλは信号波長であり、θは第３図に示される
ようなビーム走査角度であり、ｄは放射素子の間の間隔
である。等間隔の放射素子のアレイによって生成された
複合ビームに対する遠距離フィールド放射パターンはア
レイ因子の大きさの２乗に比例するため、モードＡおよ
びモードＢの両方が同じ遠距離フィールド放射パターン
を有する。

上記動作の原理、特に式（２）に含まれる原理を使用し
て８．１６および３２またはそれ以上の素子を有するア
レイのような大型アレイのための分配回路網が容易に構
成される。素子の任意の偶数Ｎの素子を有するアレイの
モードＡに対するアレイ因子の普遍的な式は以下の通り
である：＋、ｃｊ（Ｎ−１）ｕ　　　＋ａＮｃ−ｊ（Ｎ
−１）ｕ　　　　　　　（＋５）ここでに−Ｎ／２であ
る。これは次のように表わすことができる。

任意の偶数Ｎの素子を有するアレイのモードＢに対する
アレイ因子の普遍的な式は以下の通りであ°る　： 十１．。

＋　（ａｌ　＋　　ＩＩＮ）ＣＯ５［（Ｎ−１）Ｉｌｌ
　−ｊ（ａＩ　−ａＮ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）ｕｌ。

任意の奇数Ｎの素子を有するアレイのモード八に対する
アレイ因子の普遍的な式は以下の通りである： ＋　（ｉｔ　　＋　ａＮ）ＣＯ５（（Ｎ−１）ｕＪ　　
　　　＋　Ｘ＋１１．　−　ａｔｖ）ＳＩＮＥ（Ｎ−１
）ｕｌここでＬ−（Ｎ＋１）／２である。任意の奇数の
素子を有するモードＢのアレイ因子は以の通りである。

Ｅｓ　−ａＬ＋　”Ｌ−１＋　ａＬ＋、）ＣＯ３（２ｕ
）　　　−Ｊ（＋ＩＬ−１−ａＬ＋＋）Ｓｌｈ（２ｕ）
＋　（ｆｉＬ、−２＋　ａＬ＋２）ＣＯＳ（４ｕ）　　
　−ｊ（ａＬ、２−　ａＬ＋２）ＳＩＮ（４ｕ）＋、。

”　”Ｉ　　＋　ＩＩＮ）ＣＯ５［（Ｎ−１）１１１　
−　ｊ（ａ、　−ａＮ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）ＬＩＬ本発
明のデュアルモードアレイ技術は、さらに第４図乃至第
１１図に示される第２の実施例によって理解されること
ができる。便宜上この第２の実施例は送信アンテナシス
テムとして記載されている。第４図は第５図において最
もよく示されているように、直角またはマトリクス配置
で構成された８行のＲ１乃至Ｒ８と４列Ｃｔ乃至Ｃ４の
３２個の隣接する放射素子の平面アレイ１２２を有する
デュアルモードアレイアンテナシステム１２０を示す。

アレイ１２２は、第１のすなわち水平分配回路網１２Ｂ
および４つのグループすなわち組！２８である第２のす
なわち垂直分配回路網１３０乃至１３Ｇから成る強制供
給システム１２４によって駆動される。

水平分配回路網１２Ｂは、接続ライン１４０乃至１４６
によって回路網１３０乃至１３６の入力ポート１５０乃
至１５Ｇに接続される。垂直分配回路網１３０乃至１３
Ｂは同一であり、それぞれ単一の入力ポートおよびアレ
イ１２２における放射素子の１列に接続される８個の出
力ポートを有する。垂直分配回路網１３０を例にして説
明すると、単一の入力ポート■５０、および接続ライン
１７０！乃至１７０８によって列ＣＩの８個の放射素子
に接続されている８個の出力ポート１ｆｌＯ、乃至１８
０　、を有する。第１の（水平）分配回路網１２６は２
つの入力ポート１７Ｂおよび１７ｇおよび４つの出力ポ
ート１８０乃至！８６を有する。

アレイ１２２の正面１９０の外形が第５図に示されてい
る。各素子は、垂直偏波を使用する通常の導波管ピラミ
ッド形ホーンである。各素子は高さがほぼ４．６８イン
チであり、幅が３．９１５インチであり、その寸法は垂
直および水平の中心間の距離である。アレイアンテナシ
ステム１２０は、１１．７乃至１２．２Ｇ　Ｈｚの周波
数範囲に対する西経８３度の位置における地理的軌道上
の通信衛星から合衆国大陸（すなわち４８の隣接する州
）に対して実質的に均一の（すなわち比較的一定利得の
）カバー領域をもたらすように設計されている。アレイ
のディメンションは、単一モードアンテナ設計に適用で
きる良く知られた設計技術を使用して選択される。

アレイからのカバー領域のビームは、アレイアンテナ特
性をシミュレートする技術的に良く知られた型の通常の
コンピュータプログラムを使用して発生される。モード
ＡおよびＢに対するビームはそれぞれ同一であり、また
一定利得曲線すなわち第６図の等高線により示されたビ
ームパターンと同じである。第６図に示されたパターン
は、３つの周波数（１１，７，１１，９５および１２．
２Ｇ　Ｈｚ　）に対する合成または平均である。モード
ＡおよびモードＢに対するパターンはそれぞれ同一であ
るため、当業者は第４図のアンテナシステム１２０が単
一モードアレイアンテナシステム構造の予測と匹敵する
目標領域に対するデュアルモードカバー利得を提供する
ことを理解するであろう。第６図において合衆国大陸の
輪郭が太線２００により示され、またアンテナシステム
１２０のボアサイトの垂直および水平中心は、点線２０
１および２０２によって示され、２５．０　ｄＢ、　２
６．０　ｄＢ、　２７．０　ｄＢ、　２８．０　ｄＢお
よび２９．０　ｄＢに対応する一定利得の（デシベルに
よる）等高線がそれぞれライン２０５．２０６，２０７
゜２０８および２０９によって表わされている。３０．
０ｄＢに対応する２つの一定利得等高線はライン２１０
および２１１によって示される。３０．８４ｄＢの最大
利得の西方および東方の位置は２１４と２１５の士印に
よって示される。

アレイ１２２に対するアレイ励起は第７図に表として示
されている。特にその表はモードＡおよびモードＢの両
方に対する各素子またはホーンに対する相対的な電力お
よび相対的な位相を示している。第７図に示された励起
は、両モードの重要なカバー範囲に対するアンテナ利得
を最適化しようとする標準反復探索技術を使用し、一方
２つのモードに対する素子励起が直交する、すなわち式
（２）を満たすことを同時に要求する通常のコンピュー
タプログラムによって発生された。第７図の表の内容は
、このようなある反復探索プログラムによって生成され
た結果である。

第７図の表を検討することにより、アレイ１２２の４つ
の素子の各行または水平群はデュアルモードで動作し、
同一のデュアルモードパラメータを有する。例えばモー
ドＡにおいて索子Ｈ１は第１の行Ｒ１における電力の３
７．１０％を、素子Ｈ５は第２の行Ｒ２における電力の
３７．１（１％、素子Ｈ９は第３の行Ｒ３における電力
の３７．１０％を得る。

全ての行において、電力の相対的な分配および相対的な
位相は他の全ての行のものと同一である。

いくつかの行はその他の行よりもより高い合計電力を得
るが、各行内でのその行の素子間における相対的な電力
分配は同じである。これはまた（表において度数で表わ
されている）位相シフトに対しても同様である。したが
ってアレイ１２２は方位角方向ではデュアルモードであ
り、仰角方向では通常の、単一モードである。

各行は全ての行に共通の同一の相対分配によるデュアル
モードであるため、アレイ励起をもたらす全体の分配回
路網１２４は、４列の分配回路網１３０乃至１３６によ
り後続される１つのデュアルモード２から４への列回路
網１２Ｂから構成されてよい。これは第４図において前
に示した回路網である。当業者は相捕的分配が使用され
てもよいこと、すなわち列の分配回路網が８個の２から
４の水平分配回路網によって後続されてもよいことを理
解するであろう。しかしながらこの後者の装置は、実際
には第４図に示された装置より多くのカップラを含むた
め第４図の簡単な装置が好ましい。

デュアルモードの２から４の回路網１２Ｂの好ましい構
造の詳細なブロック図が第８図に示されている。回路網
１２Ｂは４個のカップラ２２２乃至２２８および２つの
位相シフタ２３０および２３２から成り、Ｎ−４のパト
ラ−マトリクスの修正された形状である。適切な終端装
置２３４および２３６はカップラ２２２および２２４の
未使用のポートに設けられる。

入力端子１７６および１７８、カップラ２２２乃至２２
８、位相シフタ２３０および２３２、および出力端子１
８０乃至１８６の間の種々の接続ライン２４０乃至２６
２は、本質的に回路網１２Ｂ内の種々の装置とポートと
の間における損失のない接続を行う。各カップラ２２２
乃至２２８はそこに示されたその交差結合値（０，３３
４０または０．４４３０のいずれか）を有し、それを通
過する交差結合信号を９０°位相シフトする。

このように入力ポート１７８から第１のカップラ２２２
に入来する信号はライン２４２にその電力の３３．４０
％を結合し、その信号はカップラ２２８によって出力ポ
ート１８０および１８２に分配される。またカップラ２
２２はライン２４２に送信されるこの結合信号を９０°
位柑シフトする。ライン２４０上の第１のカップラ２２
２の直接出力は信号Ａの電力の６６．６％（１００−３
３，４０）を有する。カップラ２２２はこの直接出力ま
たはライン２４０に接続された非接続出力に送信された
信号Ａの一部分をまったく位相シフトしない（０°）。

第８図の２から４の回路網１２ｔｓの分配パラメータは
第９図の表に示されている。この表は、回路網１２６を
通過する各バスに対する部分電力および純位相シフトを
示す。

典型的な列分配回路網に対する好ましい構造、すなわち
代表的に回路網１３Ｑが第１０図に示されている。回路
網１３０は、７個の方向性カップラ２７０乃至２８２か
ら成る標準供給構造を有し、また８個の位相シフタ２８
４乃至２９８を有する。方向性カップラ２７０乃至２８
２は第８図に示されたカップラと同様の一般的な方法で
機能し、各カップラに対する交差結合値は第１Ｏ図に示
されている。同様に各位相シフタ２８４乃至２９８の位
相シフト値（度数）がそこに示されている。入力１５０
と出力１６０、乃至１６０８との間の相対的な電力およ
び相対的な位相である第１０図の回路網の分配パラメー
タは第１１図に表として示されている。装置３００のよ
うな適切な終端装置が各方向性カップラ２７０乃至２８
２の未使用の入力ポートに設けられる。

回路網１２８　、１３０乃至１３６、およびそこで使用
される全ての接続ラインおよび終端負荷は、当業者に良
く知られてた導波管またはＴＥＭ（横断方向電磁モード
）ライン素子等の通常のマイクロ波素子を使用して構成
されてよい。

第４図乃至第１１図に示されたアンテナアレイシステム
１２０は、１次元（第６図における点線２０２に平行な
方位角方向に対応する行または水平方向）においてデュ
アルモードであり、別の直角方向（第６図における点線
２０１に平行な仰角方向に対応する列または垂直方向）
において単一モードである。しかしながら上記の本発明
は、両方の方向（方位角および仰角）でデュアルモード
である放射素子のアレイに容易に適用されてもよいこと
が認識される。このようなアンテナアレイシステムは各
方向に２つづつ４つのモードを有する。当業者は（合計
４つのモードに対する）両方の方向でデュアルモードを
有することが根本原理に反することはなく、式（２）に
より必要な計算を行なうことによって１つだけの方向か
ら２つの方向へ構成されてもよいことが理解されるであ
ろう。このような場合にアレイは同じ（または実質的に
同一の）遠距離フィールドカバレージまたはビームパタ
ーンを持つ４つの複合ビームを有する。

アレイアンテナシステム２０および１２０に関する上記
論議は、主にこれに２つのシステムを送信システムとし
て記載しているが、当業者は各システムが受信アンテナ
システムとしても極めて適切に機能することを容易に理
解するであろう。アンテナシステム２０が例えば受信装
置として使用される場合、回路網３２の第１のポート３
４乃至４０は入力ポートになり、一方ポート４２および
４４は出力ポートになる。したがって回路網３２は完全
なレシプロ型であるため、素子２４乃至３０によって受
信された複合ビームを分離して出力ポート４２または出
力ポート４４のいずれかに効果的に送信される２つの異
なる信号にする手段として機能する。第２図に示された
回路網３２は受動装置だけから構成されているため、そ
れはレシプロ型で損失がなく、上記に説明された動作の
原理は全て受信アンテナシステムとしてのシステム２０
に適合する。第４図乃至第１１図に示されたアレイアン
テナシステム１２０に関しても同様に説明されてよいこ
とは明らかである。

本発明のデュアルモードアンテナシステムの１つの重要
な利点は、それらの形態がよく知られている通常の強制
供給構造あり、充分発展されて理解されている既′存の
マイクロ波素子から容易に形成されることができること
である。本発明のアンテナシステムを実現するために新
しい素子装置を開発し完成する必要は全くない。本発明
のアンテナシステムの別の利点は、それらが米国特許第
３６６８５６７号明細書および第４１１７４２３号明細
書に記載されているデュアルモードアンテナシステムの
ようなりフレフタがいらないことである。

以上説明したように、本発明のデュアルモードアンテナ
システムはマイクロ波周波数範囲すなわち３００ＭＨｚ
から３０ＧＨｚまでの範囲における周波数で最もよく利
用される。また本発明のデュアルモードアンテナシステ
ムに対する典型的な適用においては、第１および第２の
情報保持信号は同一の周波数範囲に存在しているが、こ
れは必要なことではない。

本発明の詳細な説明から、当業者は本発明の技術的範囲
から逸脱することなく本発明を説明するために選択され
た好ましい実施例に対して多様な修正または付加を行な
ってもよいことが分る。またより理解し易くするために
、ここでは“水平″と“垂直“、“方位各″と“仰角”
および“行”と“列°等の相関関係が使用されるが、本
発明の技術的範囲を限定するものではない。これに関し
て当業者は、このような関係は例えば視点が９０＠回転
された場合には行と列が逆転するというような視角の問
題であるとか多いことを容易に理解するであろう。した
がってここで検討され与えられる保護は、請求項および
本発明の技術的範囲内の全ての等価なものに対して及ぶ
ように意図されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のデュアルモード直接放射アレイアン
テナシステムの第１の実施例の簡単なブロック図である
。 第２図は、第°１図のシステムで使用するための好まし
い分配回路網の詳細なブロック図である。 第３図は、本発明のアンテナシステムにおいて使用され
る４つの放射素子のアレイの簡単な斜視図であり、放射
素子の中心間の間隔を示す。 第４図は本発明の直接放射アレイアンテナシステムの第
２の実施例を示す簡単な斜視図であり、このシステムは
４Ｘ８平面マトリクスに配列された３２個の放射素子の
アレイ、および１行の分配回路網と４列の分配回路網か
ら成るアレイのための強制供給システムを有する。 第５図は第４図のアレイアンテナシステムの３２個の放
射素子のアレイを示す簡単な正面図である。 第６図はその境界を示した合衆国大陸を簡単に表わし、
その上に第４図のアンテナシステムによって行われるビ
ームカバレージの選択された一定利得等高線グラフが示
されている。 第７図は第５図の３２素子アレイと関連したアレイ励起
値を示す。 第８図は第４図のシステム用の行分配回路網の詳細なブ
ロック図である。 第９図は第８図の回路網と関連した分配パラメータであ
る。 第１Ｏ図は第４図のシステムの代表的な列置配回路網で
ある。 第１１図は第１０図の回路網の分配パラメータである。 ２０・・・デュアルモードアレイアンテナシステム、２
２・・・アレイ、２４．２６．２８．３０・・・放射素
子、３２・・・回路網、３４．３８．３８．４０・・・
ポート、５２〜５８・・・信号分配装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ジ〆ｆａ、ｑν　〜　４

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）電磁放射線を送信するように設けられた放射素子
   のアレイと、 放射素子から実質的に同じ遠距離フィールド放射パター
   ンを有する電磁放射線の２つ以上の識別可能で独立した
   複合ビームを発生させるように入力ポートに供給される
   複数の別々の電磁入力信号を予め定められた方法で出力
   ポートに分配するために放射素子に接続された複数の入
   力ポートおよび複数の出力ポートを有し、放射素子のア
   レイから共に発生する各ビームの第１の直線的な組合せ
   が複合ビームの第１のものを形成し、放射素子のアレイ
   から共に発生する各ビームの第２の直線的な組合せが複
   合ビームの第２のものを形成する分配回路網手段とを含
   む直接放射アレイアンテナシステム。
2. （２）分配回路網手段は入力ポートの一方で入力信号の
   一方を受信し、入力ポートの他方で入力信号の他方のも
   のを受信するように動作する如く配置されている請求項
   １記載のアレイアンテナシステム。
3. （３）回路網分配手段は、第１の複合ビームを形成する
   アレイ励起および第２の複合ビームを形成するアレイ励
   起が数学的に直交するように動作する如く配置されてい
   る請求項１記載のアレイアンテナシステム。
4. （４）放射素子の数がＮに等しく、第１および第２の複
   合ビームアレイ励起の数学的直交性は以下の式； ▲数式、化学式、表等があります▼ を満たし、ここでＡｉおよびＢｉはアレイによって生成
   された各ビームと関連した励起値の直線的な組合せであ
   り、Ｂｉ＊はＢｉの共役複素数であるアレイアンテナシ
   ステム。
5. （５）分配回路網手段は、少なくとも４つの出力ポート
   を備えた第１の分配回路網と、２つ以上の接続されたス
   テージに設けられた４つ以上の信号分配装置とを含み、
   各ステージはこのような装置を２つ以上具備し、信号分
   配装置はそれぞれ１つ以上の入力および複数の出力を有
   し、入力ポートは２つのステージの第１の装置の入力に
   直接接続され、第１のステージの装置の出力は２つのス
   テージの第２のものの装置の各入力に接続され、出力ポ
   ートは第２のステージの装置の出力と接続している請求
   項５記載のアレイアンテナシステム。
6. （６）第１の分配回路網は信号分配装置とは異なる２つ
   以上の受動位相シフト装置を含み、 出力ポートの第１の対は第２のステージの第１の出力の
   対に直接接続され、出力ポートの第２の対は２つの位相
   シフト装置を通って第２のステージの出力の第１の対と
   は異なりかつ分離している第２のステージの出力の第２
   の対に接続されている請求項５記載のアレイアンテナシ
   ステム。
7. （７）分配回路網手段は第１の分配回路網の４つの出力
   ポートにそれぞれ１つに接続された入力ポートを有する
   ４つ以上の第２の分配回路網を有し、前記４つの分配回
   路網は各放射素子にそれぞれ接続された少なくとも複数
   の出力ポートを有し、信号分配装置は方向性カップラで
   ある請求項６記載のアレイアンテナシステム。
8. （８）分配回路網手段は、受動レシプロ装置だけを含む
   請求項４記載のアレイアンテナシステム。
9. （９）分配回路網手段は、４つ以上の方向性カップラお
   よび２つ以上の受動位相シフト装置を含み、カップラは
   少なくとも第１および第２の接続ステージに設けられ、
   入力ポートは第１のステージのカップラの入力に直接接
   続され、出力ポートはカップラの第２のステージの出力
   と接続され、位相シフト装置は少なくとも出力ポートの
   選択されたものと第２のステージの出力の選択されたも
   のとの間に設けられている請求項２記載のアレイアンテ
   ナシステム。
10. （１０）分配回路網手段および放射素子は少なくとも２
    つのモードＡおよびＢで動作するように設けられ、各モ
    ードは複合ビームの異なるものと関連され、 アレイは偶数個Ｎの放射素子およびモードＡおよびＢと
    それぞれ関連されたアレイ因子Ｅ＿ＡおよびＥ＿Ｂを有
    し、以下の式を満たし； Ｅ＿Ａ＝（ａ＿ｋ＋ａ＿ｋ＿＋＿１）ＣＯＳ（μ）＋ｊ
    （ａ＿ｋ−ａ＿ｋ＿＋＿１）ＳＩＮ（μ）＋（ａ＿ｋ＿
    −＿１＋ａ＿ｋ＿＋＿２）ＣＯＳ（３μ）＋ｊ（ａ＿ｋ
    ＿−＿１−ａ＿ｋ＿＋＿２）ＳＩＮ（３μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］＋ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］および Ｅ＿Ｂ＝（ａ＿ｋ＋ａ＿ｋ＿＋＿１）ＣＯＳ（μ）−ｊ
    （ａ＿ｋ−ａ＿ｋ＿＋＿１）ＳＩＮ（μ）＋（ａ＿ｋ＿
    −＿１＋ａ＿ｋ＿＋＿２）ＣＯＳ（３μ）−ｊ（ａ＿ｋ
    ＿−＿１−ａ−ｋ＿＋＿２）ＳＩＮ（３μ） ＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］−ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］ここで、 Ｋ＝Ｎ／２ μ＝（πｄＳＩＮθ）／λ また、 λ＝信号波長、 θ＝ビーム走査角度、 ｄ＝放射素子の間の間隔である請求項４記載のアレイア
    ンテナシステム。
11. （１１）分配回路網手段および放射素子は少なくとも２
    つのモードＡおよびＢで動作するように設けられ、各モ
    ードは複合ビームの別個のものと関連され、 アレイは奇数個Ｎの放射素子およびモードＡおよびＢと
    それぞれ関連されたアレイ因子Ｅ＿ＡおよびＥ＿Ｂを有
    し、以下の式を満たし； Ｅ＿Ａ＝ａ＿Ｌ＋（ａ＿Ｌ＿−＿１＋ａ＿Ｌ＿＋＿１）
    ＣＯＳ（２μ）＋ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿１−ａ＿Ｌ＿＋＿１
    ）ＳＩＮ（２μ）＋（ａ＿Ｌ＿−＿２＋ａ＿Ｌ＿＋＿２
    ）ＣＯＳ（４μ）＋ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿２−ａ＿Ｌ＿＋＿
    ２）ＳＩＮ（４μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］＋ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］および Ｅ＿Ｂ＝ａ＿Ｌ＋（ａ＿Ｌ＿−＿１＋ａ＿Ｌ＿＋＿１）
    ＣＯＳ（２μ）−ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿１−ａ＿Ｌ＿＋＿１
    ）ＳＩＮ（２μ）＋（ａ＿Ｌ＿−＿２＋ａ＿Ｌ＿＋＿２
    ）ＣＯＳ（４μ）−ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿２−ａ＿Ｌ＿＋＿
    ２）ＳＩＮ（４μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］−ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］ここで、 Ｌ＝（Ｎ＋１）／２ μ＝（πｄＳＩＮθ）／λ また、 λ＝信号波長、 θ＝ビーム走査角度、 ｄ＝放射素子の間の間隔である請求項４記載のアレイア
    ンテナシステム。
12. （１２）同じ全体周波数範囲における電磁放射線の２つ
    以上の複合ビームの各部分を受信し、同じ偏波を有し、 ビームの各部分を受信する複数の素子と、 素子および複数の第２のポートに接続された複数の第１
    のポートを有し、素子によって受信された２つの複合ビ
    ームを第２のポートの異なるものにおいてそれぞれ出力
    される２つ以上の異なる信号に分離し、このような異な
    る信号がそれぞれビームの異なるものから得られる回路
    網手段とを含むアレイアンテナシステム。
13. （１３）回路網手段は、２つ以上のステージに設けられ
    た４つ以上の信号分配装置を含み、各ステージはこのよ
    うな装置を２つ以上有し、各電力分配装置は２つ以上の
    入力と１つの出力とを具備し、第２のポートは２つのス
    テージの第２のものの装置の出力であり、２つのステー
    ジの第１の装置の各出力は第２のステージの装置の入力
    に直接接続され、第１のステージの装置の入力は第１の
    ステージの装置の入力と接続されている請求項１２記載
    のアレイアンテナシステム。
14. （１４）４つの信号分配装置は方向性カップラである請
    求項１３記載のアレイアンテナシステム。
15. （１５）回路網手段が第１のポートの選択されたものと
    第１のステージの装置の出力の選択されたものとの間に
    設けられた２つ以上の受動位相シフト装置を含む請求項
    １４記載のアレイアンテナシステム。
16. （１６）回路網手段および放射素子のアレイは２つのモ
    ードＡおよびＢで動作するように設けられ、各モードは
    複合ビームの別個のものと関連され、アレイは偶数個の
    放射素子およびモードＡおよびＢとそれぞれ関連された
    アレイ因子Ｅ＿ＡおよびＥ＿Ｂを有し、モードＡおよび
    Ｂとそれぞれ関連された以下の式を満たし； Ｅ＿Ａ＝（ａ＿ｋ＋ａ＿ｋ＿＋＿１）ＣＯＳ（μ）＋ｊ
    （ａ＿ｋ−ａ＿ｋ＿＋＿１）ＳＩＮ（μ）＋（ａ＿ｋ＿
    −＿１＋ａ＿ｋ＿＋＿２）ＣＯＳ（３μ）＋ｊ（ａ＿ｋ
    ＿−＿１−ａ＿ｋ＿＋＿２）ＳＩＮ（３μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］＋ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］および Ｅ＿Ｂ＝（ａ＿ｋ＋ａ＿ｋ＿＋＿１）ＣＯＳ（μ）−ｊ
    （ａ＿ｋ−ａ＿ｋ＿＋＿１）ＳＩＮ（μ）＋（ａ＿ｋ＿
    −＿１＋ａ＿ｋ＿＋＿２）ＣＯＳ（３μ）−ｊ（ａ＿ｋ
    ＿−＿１−ａ＿ｋ＿＋＿２）ＳＩＮ（３μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］−ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］Ｋ＝Ｎ／２ μ＝（πｄＳｌＮθ）／λ ここにおいて λ＝信号波長、 θ＝ビーム走査角度、 ｄ＝放射素子の間の間隔である請求項１２記載のアレイ
    アンテナシステム。
17. （１７）回路網手段および放射素子のアレイは２つモー
    ドＡおよびＢで共動するように設けられ、各モードは複
    合ビームの別個のものと関連され、アレイは奇数個の放
    射素子およびモードＡおよびＢとそれぞれ関連されたア
    レイ要因Ｅ＿ＡおよびＥ＿Ｂを有し、モードＡおよびＢ
    とそれぞれ関連された以下の式を満たし； Ｅ＿Ａ＝ａ＿Ｌ＋（ａ＿Ｌ＿−＿１＋ａ＿Ｌ＿＋＿１）
    ＣＯＳ（２μ）＋ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿１−ａ＿Ｌ＿＋＿１
    ）ＳＩＮ（２μ）＋（ａ＿Ｌ＿−＿２＋ａ＿Ｌ＿＋＿２
    ）ＣＯＳ（４μ）＋ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿２−ａ＿Ｌ＿＋＿
    ２）ＳＩＮ（４μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］＋ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］および Ｅ＿Ｂ＝ａ＿Ｌ＋（ａ＿Ｌ＿−＿１＋ａ＿Ｌ＿＋＿１）
    ＣＯＳ（２μ）−ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿１−ａ＿Ｌ＿＋＿１
    ）ＳＩＮ（２μ）＋（ａ＿Ｌ＿−＿２＋ａ＿Ｌ＿＋＿２
    ）ＣＯＳ（４μ）−ｊ（ａ＿Ｌ＿−＿２−ａ＿Ｌ＿＋＿
    ２）ＳＩＮ（４μ）＋．．． ＋（ａ＿１＋ａ＿Ｎ）ＣＯＳ［（Ｎ−１）μ］−ｊ（ａ
    ＿１−ａ＿Ｎ）ＳＩＮ［（Ｎ−１）μ］Ｌ＝（Ｎ＋１）
    ／２ μ＝（πｄＳＩＮθ）／λ ここにおいて λ＝信号波長、 θ＝ビーム走査角度、 ｄ＝放射素子の間の間隔である請求項１２記載のアレイ
    アンテナシステム。
18. （１８）同じ全体マイクロ波周波数範囲にあり、数学的
    に互いに直交し、同じ偏波を有する電磁放射線の２つ以
    上の異なる複合ビームを同時に送信または受信し、 ビームと直接電磁的に接続する素子のアレイと、アレイ
    素子と直接電磁的に接続し、２つの別個のビームがそれ
    ぞれ第１のポートに現われる別個の情報保持信号と特有
    の関連であるようにされ、素子と２つの第１のポートと
    の間にエネルギが伝送されるときにビームと関連した電
    磁エネルギに２つ以上の同時伝送を実行する分配手段と
    を含むアレイアンテナシステム。
19. （１９）２つの同時伝送は２つの別個のビームがそれぞ
    れ２つの第１のポートの一方にある別個の情報周波数保
    持信号と特有に関連させることができ、一方の情報保持
    信号が２つのポートの一方にだけ存在し、また他方の情
    報保持信号は２つのポートの他方にだけ存在するような
    分配手段が設けられている請求項１８記載のアレイアン
    テナシステム。