JPH0136322Y2

JPH0136322Y2 -

Info

Publication number: JPH0136322Y2
Application number: JP19537283U
Authority: JP
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1989-11-06
Also published as: JPS60103919U

Description

【考案の詳細な説明】〔技術分野〕本考案は、高周波数帯のモノパルスセンサーの
高次モードを検出し、その検出出力により追尾を
行うようにしたアンテナ装置に関し、例えば、放
送衛星の搭載されている放送用アンテナの指向方
向を精度よく地球上のサービスエリアに向けるこ
とができ、しかもそのアンテナから必要な電波を
放射できるようにしたアンテナ装置に関するもの
であり、サービスエリアの中心から衛星に向けて
ビーコン電波を放射し、そのビーコン電波を受信
することによりアンテナをビーコン電波の到来方
向に向けるとともに、その同一アンテナを用いて
低周波数帯の放送用の電波を送信することによ
り、放送用電波がサービスエリアの方向に精度よ
く指向された状態で放射されるようにしたもので
ある。

〔従来技術〕

放送衛星にあつては、非常にシヤープな衛星の
電波を効率よく地球上のサービスエリアに送信す
るとともに、隣国に干渉電波を放射しないように
アンテナビームを精度よくサービスエリアの方向
に常に向けておかなくてはならない。

放送衛星の放送用のダウンリンクの周波数帯と
しては12GHz帯（日本では11.7−12.0GHz）が割
当てられており、ビーコン電波用の周波数はアツ
プリンク用周波数帯の下端の周波数である17.3G
Hz帯を用いることになる可能性が強い。

その場合に、ダウンリンクとして11.7GHz、ビ
ーコン電波として17.3GHzを用いた場合に、ダウ
ンリンク用のアンテナに同時にモノパルスアンテ
ナの機能を付加することができるようにすると、
同一のアンテナを共用できるので、放送用アンテ
ナの指向方向を精度よく地上のサービスエリアに
向けることができる。

従来用いられている高次モード検出追尾方式の
モノパルスアンテナでは、単一の周波数のビーコ
ン電波を考えればよく、例えばビーコン電波とし
て17.3GHzを用いる場合には、この周波数の基本
モードと高次モードを両者のカツトオフ波長の違
いにより分離するのみでよく、ダウンリンク用の
周波数帯までを考慮する必要はなかつた。

しかしながら、上述したように放送衛星搭載の
ダウンリンク用のアンテナが同時にモノパルスア
ンテナの機能を果すためには、ダウンリンクの周
波数とモノパルス用のビーコン周波数とが、同一
アンテナを通過するようにしなければならない。

従つて、11.7GHzのダウンリンク用の周波数の
基本モードを支障なく伝播させるとともに17.3G
Hzのビーコン用周波数の基本モードおよび17.3G
Hzの周波数の高次モードの２者を両者のカツトオ
フ波長の違いにより分離しなければならない。

ところが、モノパルスアンテナに従来用いられ
ている円形または正方形の導波管の高次モードは
それぞれTM₀₁，TM₁₁モードで、そのカツトオ
フ波長の基本モードTE₁₁，TE₁₀に対する比は、
円形導波管の場合には1.31および正方形導波管の
場合には1.41である。一方、11.7GHz（12GHz帯
放送衛星の帯域の下端）と17.3GHz（ビーコン周
波数）の周波数の違いは、1.48倍にもなる。

従つて、正方形または円形の導波管の場合に
は、17.3GHzのビーコン周波数の高次モードを、
導波管の内径を小さくしてカツトオフにすること
により分離しようとすると、11.7GHzの基本モー
ドがカツトオフされてしまい、11.7GHzの基本モ
ードと17.3GHzの高次モードを分離できないとい
う不都合が生じる。換言すると、ビーコン波の高
次モードのみをしや断し、送信波の基本モードを
通過させることのできる導波管を得ることはでき
なかつた。

〔目的〕

そこで、本考案の目的は、このような不都合を
除去したアンテナ装置を提供することにある。

〔考案の構成〕

本考案では、断面の形状が十字であり、軸対称
な十字導波管のカツトオフ波長がその形状に依存
することに着目し、十字導波管の11.7GHzの基本
モードと17.3GHzの高次モードについてのカツト
オフ波長の比を大きくする（例えば1.5以上）こ
とにより、すなわち、ビーコン波の高次モードは
しや断されるが、送信波の基本モードは通過でき
るようにすることでビーコン波の高次モードを分
離することができるようにしたアンテナ装置を提
供する。

なお、ビーコン波の基本モードと送信用のダウ
ンリンクの電波とは、偏波または周波数の差異を
利用して分離することができる。

〔実施例〕

以下に図面を参照して衛星搭載用アンテナを例
にとり、本考案を説明する。

第１図は本考案アンテナ装置の一実施例を示す
構成図であり、その各部Ａ−A′〜Ｇ−G′の断面
形状を第２図Ａ〜Ｇに対応して示す。

ここで、１はホーンアンテナであり、ホーンア
ンテナの開口として、ここでは正方形の場合を示
している。また、17.3GHzのビーコン電波BC（こ
こでは簡単のために、点線で示すアツプリンク信
号ULを受信しないものとする）と、11.7GHzの
送信（ダウンリンク）電波DLはともに円偏波で、
その回転方向は互いに逆になつているものとす
る。17.3GHzのビーコン電波BCは正方形ホーン１
により受信され、モード変換器２により十字導波
管のモードに変換されて、十字形状の断面をもつ
十字導波管３に導かれる。第２図Ｂに示す正方形
導波管部分の一辺の長さａと十字導波管の大きさ
ａとは同一とし、正方形導波管および十字導波管
の中を17.3GHzのTM₁₁高次モードが通過できる
だけの適当な大きさをもつようにａを定める。

第３図Ａ〜Ｄに、TE₁₀基本モードとTM₁₁高次
モードの電界の概略を正方形導波管および十字導
波管の双方の場合について示す。ここで、実線は
電界を示し、破線は磁界を示す。

第１図において、モード変換器２の出力側には
第３図ＢおよびＤに示すような十字導波管の
TE₁₀モードとTM₁₁高次モードとが存在する。後
に説明するように、十字導波管の形状を定める。
ｂ／ａが約0.22以上になると十字導波管には第４
図に示すようなTE₂₀lモードも存在することがで
きる。これらのモード以外のものは大きさａを適
切に選ぶことによりほとんど存在し得ないように
することができる。

第５図ＡおよびＢに示すように十字導波管３の
管壁の中央部の、左右対称の位置に導波管の管軸
と直角な方向にスロツト４をあけ、それぞれのス
ロツト４と結合する２本の副導波管５によりマジ
ツクT₆に接続する。このマジツクT₆の差ポート
６Ａを短絡板７により短絡し、マジツクＴの和ポ
ート６ＢよりTM₁₁モードの出力を取出すように
し、以てTM₁₁モード結合部を構成する。

結合スロツト４の長手方向は管軸と垂直になつ
ているため、管壁を管軸方向に流れる電流（導波
管の断面上の磁界のスロツト方向の成分より生ず
る）のみによつて十字導波管３と結合する。第３
図Ｄの磁界のパターンを持つTM₁₁モードにより
スロツト４で結合する電流は同相になり、TM₁₁
モードで励振された17.3GHzの高次モードの電波
をマジツクＴ６の和ポート６Ｂから取り出すこと
ができる。一方、第３図Ｂの磁界パターンを持つ
TE₁₀モードでは電流は逆相となり、マジツクT₆
の差ポート６Ａに出力されるが、この差ポート６
Ａは第５図Ａに示すように短絡板７によつて短絡
されているため、ここで反射され、和ポート６Ｂ
には出力されない。換言すると、十字導波管３中
のTE₁₀モードの成分は管壁にあけられたスロツ
ト４と結合しないことを意味する。また、第４図
示のTE₂₀lモードは管壁の中央部で壁に沿つた磁
界成分をもたないので、管軸方向の電流成分を生
ずることがなく、従つて、管軸と直交する方向に
あけられたスロツト４とは結合しない。

再び、第１図にもどり、ここで８はTM₁₁モー
ドとTE₁₀モードとを分離するためにテーパーの
つけられた十字導波管であつて、第２図Ｄおよび
Ｅに示すように、十字導波管の大きさがａから
a′まで小さくなるようにテーパーをつける。

十字導波管のカツトオフ波長λ_Cと十字導波管の
形状を定めるパラメータｂ／ａとの関係は第６図
に示すようになり、この関係よりｂ／ａが約0.25
以上ではTM₁₁モードとTE₁₀モードのカツトオフ
波長の違いが急激に大きくなていることが分る。
そこで、例えば、ｂ／ａ＝0.25のときのTM₁₁モ
ードとTE₁₀モードのカツトオフ波長をそれぞれ
λ_CMおよびλ_CEとすると、第６図より λ_CM＝1.144a λ_CE＝1.783a となる。従つて、11.7GHzにおける空間波長λ₁₂お
よび17.3GHzにおける空間波長λ₁₇が、 λ_CM＜λ₁₇＝17.34（mm） λ_CE＞λ₁₂＝25.64（mm）となるように、例えばａ＝14.86（mm）と定める
と、17.3GHzのTM₁₁モードはこの大きさの十字
導波管を伝搬できないが、11.7GHzのTE₁₀モード
はこの大きさの十字導波管を伝搬することができ
る。

そこで、テーパー管８の小さい方の断面の大き
さa′を14.86mmとすることにより、11.7GHzの電波
には影響を与えないで、17.3GHzのTM₁₁モード
を17.3GHzのTE₁₀モード（このモードはテーパー
管８を通過することができる）と分離することが
できる。

テーパー管８の出力側にはモード変換器９を取
付ける。このモード変換器９は、十字導波管の
TE₁₀モードを正方形導波管のTE₁₀モードに変換
するためのものであつて、このモード変換器９の
次段に例えば正方形導波管による円偏波発生器１
０を接続する。

円偏波の入力ビーコン波のTE₁₀基本モードは
円偏波発生器１０を通過した後に直線偏波とな
り、偏分波器１１のＶポート１１Ａに出力され
る。一方、11.7GHzの送信入力信号はこの偏分波
器１１のＨポート１１Ｂに供給され、円偏波発生
器１０によりビーコン波と逆回りの円偏波とな
り、モード変換器９、テーパー管８、十字導波管
３およびモード変換器２を順次に通過して正方形
ホーン１より外部に放射される。

ビーコン波のTE₁₀基本モード出力とTM₁₁高次
モード出力は、通常のモノパルス信号処理器（図
示せず）に導かれ、TE₁₀モードとTM₁₁モードの
振幅と位相の違いによりビーコン波の到来方向が
検出され、以て衛星の姿勢制御やアンテナ方向の
制御に供される。

なお、第１図の１については、上例に示した正
方形ホーンの代りに、円錐ホーン、コルゲートホ
ーン、楕円開口コルゲートホーン、十字開口ホー
ン、複モードホーンなど円偏波を放射または受信
できる任意のホーンアンテナあるいはこれらの組
合せを用いることができ、それぞれの場合に応じ
て、円−十字導波管あるいは、コルゲート−十字
導波管などのモード変換器を用いる。

さらにまた、ビーコン波と送信波の円偏波の回
転方向が同じ場合には、偏分波器１１によりビー
コン波と送信波を分離することはできないので、
第１図示の偏分波器１１の代りに11.7GHzと
17.3GHzの周波数の違いを用いてフイルターによ
りビーコン波と送信波を分離する。

第１図の例では、ビーコン波を受信し送信波を
送信する部分を正方形ホーン１により説明した
が、第７図に示すように、第１図と同様の構成の
アンテナ装置２０のホーン１を１次放射器として
パラボラ反射鏡３０を照射するように構成するこ
ともできる。ここで、パラボラ反射鏡３０は原理
的に周波数特性をもたないと言えるので、本考案
アンテナ装置としての利得が大きくなることを除
けば、動作原理は第１図の場合と全く同じであ
る。

さらにまた、以上の説明では11.7GHzの送信波
DLと17.3GHzのビーコン波BCのみを扱う場合に
ついて第１図の例を説明してきたが、このアンテ
ナ装置は、11.7GHzより高い周波数の電波なら原
理上どの周波数でも基本モードを通すことができ
るので、14GHz帯あるいは17GHz帯の受信電波
（アツプリンク）ULをも受信する場合には、これ
を偏波器１１のＨポート１１ＢまたはＶポート１
１Ａ（円偏波の回転方向による定まる）より取り
出した後、フイルター１２により分離して、17G
Hz帯のアツプリンク信号および17.3GHzビーコン
波基本モードの出力端１２Ａおよび１２Ｂから取
り出せばよい。これによれば、ビーコン波BCと
送信波DLおよび受信波ULの３波を共用すること
も可能である。

なお、第１図は本考案の一実施例を示すにすぎ
ず、第１図示の正方形ホーン１のすぐ後段に、従
来用いられている正方形導波管よりなるTM₁₁結
合部を配し、ついで正方形−十字導波管モード変
換器２、テーパー付十字導波管８を配置するなど
各部分の一部の順序および形態を変えて構成でき
ることはいうまでもない。

〔効果〕

本考案のアンテナ装置によれば、十字導波管を
用いてTM₁₁高次モードとTE₁₀基本モードとを分
離できるように構成したので、例えばかかるアン
テナ装置を放送衛星搭載用アンテナに用いれば、
モノパルスアンテナとテレビ電波の送信用アンテ
ナと共用することができるので、送信電波の指向
方向を極めて精度よくサービスエリアの方向に向
けることができ、アンテナの指向誤差による利得
低下を小さくできるとともに外国への干渉電波の
放射を少なくできる。

さらに、本考案のアンテナ装置によれば、アン
テナ自体の指向方向を制御できるので、従来の衛
星本体の姿勢制御方式と異なり、アンテナの熱変
形やアンテナ支持金具のアライメント誤差などの
影響を受けることなくアンテナビームをサービス
エリアの方向に向けることができる。

しかもまた、本考案によれば、単一のアンテナ
をモノパルスアンテナとテレビ電波の送信用アン
テナに共用することができるので、従来の独立し
たモノパルスアンテナが不要になり、衛星の重量
を軽減できる。

このように、本考案は放送衛星搭載のアンテナ
装置として極めて有効であるが、本考案は衛星用
アンテナ装置にのみ限定されるものではなく、地
上局のアンテナ装置としても有効であることはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案アンテナ装置の一実施例を示す
構成図、第２図Ａ〜Ｇは、それぞれ、そのＡ−
A′〜Ｇ−G′の各部断面を示す断面図、第３図Ａ
〜Ｄは正方形導波管および十字導波管のモードパ
ターンの説明図、第４図は十字導波管のTE₂₀lモ
ードの説明図、第５図ＡおよびＢは、十字導波管
でのTM₁₁モード結合部の詳細例を示す、それぞ
れ、部分断面図および正面図、第６図は十字導波
管のカツトオフ波長特性を示す特性曲線図、第７
図は本考案の他の実施例を示す構成図である。１……正方形ホーン、２……モード変換器、３
……十字導波管、４……スリツト、５……副導波
管、６……マジツクＴ、６Ａ……差ポート、６Ｂ
……和ポート（17.3GHz高次モード出力端）、７
……短絡板、８……テーパー付十字導波管、９…
…モード変換器、１０……正方形導波管円偏波発
生器、１１……偏分波器、１１Ａ……Ｖポート、
１１Ｂ……Ｈポート、１２……フイルター、１２
Ａ……17GHz帯アツプリンク信号出力端、１２Ｂ
……17.3GHzビーコン波基本モード出力端、２０
……アンテナ装置、３０……パラボラ反射器、
BC……ビーコン電波、DL……ダウンリンク送信
電波、UL……アツプリンク受信電波。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１低周波数帯と高周波数帯の２つ以上の周波数
帯で共用され、導波管の基本モードに高次モー
ドを加えた複数のモードで励振されるアンテナ
装置において、高周波数帯と低周波数帯の基本
モードはそれぞれ伝播するが、高周波数帯の高
次モードは存在し得ない領域まで小さくした十
字形の断面を一端にもつテーパー付導波管と、高低両周波数帯のいずれのモードも伝播でき
る大きさの断面を持つ前記テーパー付導波管の
他端に接続された導波管系と、該導波管系を介して接続されたアンテナ開口
部と、前記導波管系に存在する高次モードのみと結
合して分離する高次モード結合部とを具備した
ことを特徴とするアンテナ装置。２実用新案登録請求の範囲第１項記載のアンテ
ナ装置において、前記高周波数帯の高次モード
が存在する導波管系およびテーパー付導波管
は、断面の形状が十字形をした十字導波管であ
ることを特徴とするアンテナ装置。