JPH01503666A

JPH01503666A - アクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナ用の等パワー増幅器システムおよびその配置方法

Info

Publication number: JPH01503666A
Application number: JP63504533A
Authority: JP
Inventors: トンプソン，ジエームス・デイ
Original assignee: ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1989-12-07
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: EP0307470A1; US4825172A; WO1988007786A3; JP2728282B2; CA1319963C; WO1988007786A2

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】アクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナ用の等パワー増幅器システムおよびその配置方法背景本発明は、アクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナに送信される１または複数の信号を増幅する増幅器システム、およびこれらの信号を形成するビーム形成回路網、および特に通信衛星の送信アンテナシステムの等パワー増幅器システムおよびビーム形成回路網に関するものである。

アクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナでアンテナビームを形成する場合には、このアレイ要素を不均一に励起する必要が生じる。このような不均一な励起は、サイドローブレベルを押え、また所定のビーム形状を得るためになされる。

このアクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナから放射される周波数操向形のアンテナビームは、狭いビーム幅で走査し、また最大のゲインを得るとともにサイドローブレベルを低くする必要がある。このサイドローブレベルを低くするには、この送信アレイアンテナに供給される信号の組の振幅分布が理想的なティラー分布に近似していることが必要であり、このティラー分布は、ｒＩＲＥ　送信アンテナおよび伝送」ｐｐ．１６　〜２８　（１９５５年１月）のＴ，Ｔａｙｌｏｒ著の「狭いバンド幅および低サイドローブ用のライン・ソース・アンテナの設計」なる記事に開示されているような、対称でテーパ状の分布である。このように振幅をテーパ状にするには、共通の信号をアレイに供給する前にこれを異なるパワー増幅器で増幅する方法がある。しかし、これらの増幅器を最大効率で作動させるには、これらの増幅器をそれぞれ異なる大きさに設計しなければならず、このシステムのコストが高くなる。

また、別の方法として、同じ大きさすなわち同じパワーレートで増幅器を作動させるとともに、これら増幅器の前に減衰器を設け、これら増幅器からの出力が所定の振幅分布となるようにする方法もある。このものは、１種類の形式および大きさの増幅器を設計するだけでよく、経済的ではあるが、これらの増幅器はその最大能力以下で非効率的に作動するので、より多くの電力を消費する。また、一般に衛星ではその電力源は限られており、この電力でこの衛星のすべての動力をまかなう必要がある。したがって、このように１種類の形式と大きさの増幅器をそなえたシステムでは、これらの非効率的な作動のため電源が大形化する。

これに対して、１つの大形の増幅器と分割回路網を使用して振幅をテーパ状にする別の方法もある。この分割回路網にはフィード構造と協働する一連のカブラが設けられ、増幅器からの出力を分割して所定振幅分布を得るように構成されている。しかし、このようなシステムの基本的な欠点は、１個の増幅器しか備えていないので、この衛星の信頼性がこの１個の増幅器の信頼性によって決定されてしまうことである。

また、このような１個の増幅器しか備えていないシステムではその出力が限定され、また分割回路網でも出力の損失が生じ、ビームのパワーが制限されてしまう。

本発明は、上述のような不具合を解消するものである。また本発明の別の目的は、送信アンテナ用のパワー増幅器システムを提供することであり、このものは最大効率近傍で作動する複数の増幅器を備え、アクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナを駆動するための非線形の振幅分布を有する一組の増幅出力信号を形成することにある。また、本発明は、小形のビーム形成回路網を使用した送信システムを提供するものであり、この回路網は複数のレベルに構成され、これらは同じ大きさの複数の増幅器からなるパワー増幅器システムに対応した一組の信号を送るように構成され、伝送ラインの交差部を少なくして簡略化されるように配置されるものである。

発明の概要以上の目的に対応して、本発明は、等パワー増幅器システムを備え、このシステムはアクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナを駆動するための所定の振幅分布関数すなわち分布曲線を有する一組の信号の全てまたはその大部分を増幅するものである。この等パワーシステムは、複数の別々のソリッドステート・パワー増幅器を備え、これらは全て同じレベルすなわちそれらの最大効率近傍で作動するように構成されている。

このような新たな増幅器システムでは、これら同じ大きさすなわち同じパワーレートの増幅器はたとえば対をなして作動する。これら増幅器システムの増幅器は対をなし、これら対をなす増幅器によって強さの相違する２つの信号を等しい分担で増幅する。したがって、本発明の好ましい実施例によれば、入力された第１および第２の入力信号から、これらに対応した２つの増幅された出力信号を同時に出力する。このような増幅装置は：缶入力信号を第１および第２の部分に分割する手段を備え；また第１の増幅手段を備え、この手段は上記第１の入力信号の第１の部分および第２の入力信号の第２の部分を増幅し、これによって第１の中間信号を形成し；また、第２の増幅手段を備え、この手段は第２の入力信号の第１の部分および第１の入力信号の第２の部分を増幅し、これによって第２の中間信号を形成し；また、上記第１および第２の中間信号を結合する手段を備え、これによって第１および第２の出力信号を形成する。これら第１および第２増幅手段は好ましくは略等しいパワーレートを有しており、これは各増幅手段の一部として実質的に同じ大きさと設計の一対のソリッドステート・パワー増幅器を含ませることによって容易に達成できる。この入力信号および出力信号はたとえばマイクロウェーブ領域の電磁波信号である。この放射電磁波は１００ｃｍ　（ｆ＝３００ＭＨｚ）と１．　Ｑｍｍ　（ｆ　−３００ＧＨｚ）の間の波長を有している。また、上記分割する手段および結合する手段はそれぞれハイブリッドカブラを備えている。

このビーム形成回路網は、１または複数の送信信号から励起パターンを形成し、このパターンは増幅された後にアクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナに供給され、１つの操向可能なビームまたは１または複数のスポットビームが形成される。空間を節約し、構造を簡単にし、またこのビーム形成回路網と上記等パワー増幅器システムとの間の回路構成を簡単にするため、本発明者は小形のビーム形成回路網を開発し、この回路網は以下に説明する。とともに、本願と同時に出願した米国特許出願Ｎｏ、−−−−−−（代理人事件番号Ｎｏ。

ＰＤ−８７０１６）　、名称「複数レベルビーム形成回路網」にも開示されている。

また、本発明の第２の態様は、ビーム形成回路網と等パワー増幅器システムとの結合に関するものである。この本発明は、放射要素のアレイを有するマイクロウェーブ・アンテナ・システム用の送信サブシステムを備えている。このサブシステムは：ビーム形成回路網手段を備え、この手段は少なくともひとつの送信信号から複数の出力信号を形成し、これら出力信号は所定の関連を有し、放射要素のアレイを駆動するための所定の振幅分布を有し、所定の特性のマイクロウェーブ・ビームを形成するように構成されている。また、このサブシステムは増幅手段を備え、この増幅手段は複数の出力信号をこれらがアレイに供給される前に増幅する。また、この増幅手段は少なくとも一対の第１のパワー増幅器を備え、これらは等しくない信号強度を存する選定された対をなす出力信号を同時に増幅し、また分割手段を備え、この手段は増幅器の間で選定された対をなす信号を分割し、これら増幅器が選定された対をなす信号を等しい分担で増幅するようにし、また結合手段を備え、この結合手段は上記増幅器から出力される信号を結合してこれら出力信号の第１の対にそれぞれ対応した増幅された信号の第１の対を形成するように構成されている。このようなサブシステムでは、これら選定された対をなす信号は好ましくはこれら出力信号の振幅分布の中で隣接していないものである。

この送信サブシステムでは、このビーム形成回路網は：ひとつの送信信号を伝送する少なくともひとつの第１のラインを備え；また互いに離間して配置された一組の第２のラインを備え、この第２のラインは所定の角度で上記第１のラインと交差し、これらの間に交差点を構成し、またこれらの第２のラインはこれら交差点において上記第１のラインと結合し、上記第１のラインを転送されるひとつの送信信号の電磁エネルギの一部がこの第２のラインに転送されるように構成されている。また、これら各第２のラインはアンテナアレイによって電磁的な通信をおこなうための出力端を有している。また、上記の第１のラインは互いに離間した第１および第２の部分を有しており、“これら部分はそれぞれ第１および第２のレベルに配置されている。また、この−組の第２のラインは第１および第２のサブセットに分けられ、これらサブセットは上記第１のラインの第１および第２の部分にそれぞれ対応し、この第２のラインの第１のサブセットは第１のラインの第１の部分に対応し。またこの第２のラインの第２のサブセットは第１のラインの第２の部分に対応している。この回路網手段のひとつの実施例では、上記各交差点で転送されるエネルギの量は均一であり、この出力と等パワー増幅器システムの間に配置された異なる減衰値を有する一組の減衰器によって、所定の励起パターンを得るための振幅分布が与えられる。また、この回路網手段の第２の実施例では、上記の各交差点において異なるクロスカブラが形成され、この第１のラインから第２のラインに転送される信号の量が相違し、これによって所定の励起パターンを得るための振幅分布が与えられる。また、送信信号が複数の場合には、このビーム形成回路網はこれに対応した複数の第１のラインを備え、これら第１のラインはそれぞれ上記と同様に構成されている。

本発明の等パワー増幅器システムは、出力信号に所定の振幅分布関数を与える場合に適している。また、本発明の第３の特徴としては、複数対の等パワー増幅器を構成するものである。この第３の方法の特徴は、２に個の信号を増幅するに個の増幅手段を備えており、この２に個の信号は、所定の振幅以上のＡ信号と、所定の振幅以下のＢ信号とから構成され、ここでＡ、Ｂおよびに゛は１以上の等しい整数であり、以下の過程：（ａ）Ｋ個の増幅手段を配置し、これらはそれぞれ増幅すべき対をなす信号に対応した一対の入力ポートを備えているものであり；　（ｂ）これら増幅手段の入力ポートは所定のＡ信号と所定のＢ信号に接続され、これらＡ信号およびＢ信号をに個の増幅手段のそれぞれに接続するものである。この方法の典型的な適用例としては、この２にの信号はティラー分布等の所定の振幅分布を有しており、アンテナシステムの放射要素のアレイによって非常に狭い幅の所定のビーム形状を形成するように構成されている。また、この過程にはさらに：　（Ｃ）増幅手段で結合する特別のＡ信号と特別のＢ信号とを選定し、最も大きな振幅の入信号と最も小さな振幅のＢ信号とを対にしてに個の増幅器手段のうちの第１のもので増幅し、また２番目に振幅の大きな入信号と２番目に振幅の小さなり信号とを対にしてに個の増幅手段の２番目のもので増幅し、以下同様にしてこれらＡ信号およびＢ信号をＫこの増幅手段で結合して増幅するものである。

この等増幅器システムおよび方法は、大きなパワーの信号と小さなパワーの信号とを同じ大きさの対をなす増幅器で同時に増幅するのでこれらの増幅器が最大効率近傍で作動し、衛星に使用する送信アンテナシステム用のパワー増幅器の設計の自由度が大幅の向上する。この同じ大きさの多数の対をなす増幅器は、たとえばアクティブ・フェーズ・アレイ・アンテナの放射要素のアレイに供給される所定の振幅分布の信号のうち、信号強度の異なる大きなパワーの信号と小さなパワーの信号とを対にして増幅する。また、所定の励起パターンを形成するための一組の信号が非常に広い範囲の異なる信号レベルを有している場合には、必要に応じて２または３種類の標準化された増幅器を使用することによってこれに対応できる。したがって、このような等増幅器システムによって、所定の振幅分布の中の小さな振幅の信号に対応して大きな振幅の信号を選定すれば、各種の振幅分布を有した一組の信号によって各種の所定の励起パターンを与えることができる。

また本発明によれば、多くの増幅器を備えた送信アンテナシステムにおいて、１または複数の種類の同じ大きさの増幅器を使用することができ、その設計および製造コストを低減させることができる。

本発明の上記およびその他の目的、特徴は、以下の図面を参照した以下の詳細な説明によって明白となる。

図面の簡単な説明第１図は、周波数共用形の新規な等パワー増幅器およびシステムを搭載した通信衛星の斜視図；第２図は、第１図の衛星の通信回路の実施例のブロック図；第３図は、第１図の衛星でカバーされる複数の連続した受信地域を示し、また基本的な地域をクロスハツチングで示す米国の図：第４図は、第１図に示す衛星の複数の連続した送信地域を示す米国の図；第５図は、アクティブ−フェーズ・送信アンテナの概略的な正面図；第６図は、この送信アンテナビームのゲインを、ビーム中心から東西方向におけるこの衛星によってサービスされる各地域にわたる変化を示す線図；第７図は、南北方向にわたるゲインの変化を示す第６図と同様の線図；第８図は、本発明のビーム形成回路網の実施例を新規な等パワー増幅器とともに示す平面図；第９図は、第８図のビーム形成回路網の９−９線に沿う断面図；第１Ｏ図は、Ｒ８図のビーム形成回路網の１０−１０線に沿う断面図；第１１図は、第８図のビーム形成回路網の１１−１１線に沿う断面図；第１２図は、信号の流れを、示すビーム形成回路網の一部の平面図；第１３図は、第５図はアクティブ・フェーズ・アレイの一部を拡大した側面図；第１４図は、狭いダウンリンクビーム幅と低いサイドローブを得るためのアレイの第５図の要素に供給される励起パターンに対応した信号振幅の分布を示し、図中の下方のＵ字状の線は、本発明の方法によって選定され、共通の一対の等パワー増幅器で増幅される励起パターンからの対をなす信号をれる２組の対をなす信号を示す第１４図と同様な図；第１６図は、単一の等パワー増幅器の概略図；第１７図は、等パワー増幅器を使用してスポットビームを伝送する衛星の通信回路の簡単なブロック図である。

好ましい実施例の説明上述の技術的な説明に関連した以下の本発明の説明によって、本発明の技術分野の技術者であれば、静止通信衛星用の送信アンテナシステムを構成しまた使用することができるであろう。この技術分野の技術者であれば、この好ましい実施例を各種変更することは容易であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でこの基本的な原理を他の実施例に適用することは容易である。よって、本発明は説明する実施例には限定されず、この明細書で開示される広い範囲の原理および特徴に基づくものである。

第１図および第２図には、たとえば周波数共用形の通信衛星１０に搭載されるアンテナシステムの放射要素のアレイを駆動する励起パターンを形成するビーム形成回路網を示し、また新規な等パワー増幅器システムによって所定の励起パターンを得るパワー増幅器を示す。この衛星システムは、スピン安定形の通信衛星で、周波数共用形のもので、米国特許出願Ｎ　ｏ、　８９６．　９８２．１９８６年８月１４日出願、発明者　Ｈ，Ａ、Ｒｏｓｅｎ、名称「周波数操向可能な高ゲインダウンリンクビームを要する衛星通信システム」に開示されている。この衛星は、地球上の静止軌道上に置かれるもので、本発明のビーム形成回路網および等パワー増幅器システムを説明するために示したものである。

この衛星１０は、点一点間の２方向通信を狭いバンド幅の音声およびデータ通信でおこなうもので、たとえば小さな開口の局との間でＫｕバンドの周波数で通信をおこなう。周波数分割マルチアクセス（ＦＤＭＡ）および割当て周波数スペクトルの共用を採用しているので、単一の線形偏波で数千の通信チャンネルを同時に得ることができる。このアンテナシステムは大形の反射器アセンブリ１２を備え、このものは２つの対向した偏波反射器１２ａ、１２ｂから構成されている。

これら２つの反射器１２ａ、１２ｂは、それらの中央部を横切る共通の軸を中心として相対的に回転される。この点一点間通信システムは、送信アレイ２０、パラボラ副反射器２２および受信フィードホーン１６のアレイを備えている。これクリーン１８のやや下方には上記の副反射器２２が配置されている。この周波数選択スクリーン１８は、２つの対向した偏波手部分１８ａ、１８ｂら構成され、これらは異なる周波数バンドを分離するダイプレクサとして作用する。よって、送信および受信信号は効果的に分離される。なお、これらはたとえばそれぞれ１１．７〜１２．２ＧＨｚおよび１４．０〜１４．５ＧＨｚの間の５００ＭＨｚの周波数バンドが割当てられている。送信アレイ２０から放射された信号は、副反射器２２でスクリーン１８の部分１８ｂに向けて反射される。

この信号は、スクリーン１８の部分１８ｂで反射されて大形の反射器１２ｂに向けられ、ここで反射して点一点間の信号として地球に送られる。この副反射器２２と主反射器１２は、送信アレイ２０から放射されるビームパターンを増強および拡大する作用をなす。このような構成によって、大きな開口のフェーズアレイが形成される。

第３図には、点一点間サービスに使用される矩形のビームカバー範囲を示す。この例では、サービスする地域は米国本土である。この点一点間受信システムは、４つの受信地域３２．３４，３６．３８から衛星に向けて放射される４つの受信ビームＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４から構成されている。これら４つのビームパターン輪郭３２，３４，３６．３８の信号強度は、これら各ビームのピーク値から約３ｄＢである。

このアンテナビームはこれらを充分に分離できるように設計され、周波数スペクトルが４回共用できるように構成され、クロスハツチングした地域３９，４１，４３，４４でそれぞれ周波数スペクトルの１回の使用ができるように構成されている。

また、第４図には、４つの連続した送信地域３１．３３゜３５．３７をそれぞれカバーする送信ビームＴＩ、Ｔ２゜Ｔ３．Ｔ４を示し、これらはたとえば米国本土全体のサービス地域をカバーするように構成されている。これらビームＴ１〜Ｔ４は複数の別々のダウンリンクビームから構成され、これらは各地域３１．３３，３５．３７毎の別々のダウンリンク局に向けて放射される。この送信地域３１．３３，３５゜３７の幅は前記受信地域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の幅と略等しく設定されている。

上記の各受信ビームＲ１〜Ｒ４および送信ビームＴ１〜Ｔ４は、それぞれ１４．０から１４．５ＧＨｚの間のアップリンク周波数帯域５００　Ｍ　Ｈｚ　、および１１．７から１２．２ＧＨｚの間の５００ＭＨｚのダウンリンク周波数帯域全体を使用する。この全体の周波数帯域（５００ＭＨｚ）は複数のチャンネルたとえば１６のチャンネルに分割され、各チャンネルは利用バンド幅２７ＭＨｚ、間隔３０ＭＨｚである。また、これらの１６のチャンネルは約８００のサブチヤンネルに分割される。したがって、各地域にはそれぞれ１２，５００　（１６チヤンネルｘ８００サブチヤンネル）の毎秒３２キロビツトのチャンネルが任意の時間に形成できる。

このようなシステムの通信構成によれば、任意の地上局から他の任意の地上局に直接通信ができる。よって、単一の偏波で国内全体にわたって合計５０．０００のサブチャンネルが形成できる。

また、第１図ないし第５図に示すように、各ダウンリンクビームは送信アレイ２０によって発生され、このアレイの開口は２つの共通の焦点のパラボラ反射器２２および１２ｂによって拡大される。この送信アレイ２０は、複数たとえば４０の送信ウェーブガイド要素１０６を並列な関係で配置して構成されている。これら要素１０６はステイブと称されているもので、第２図に示すような送信増幅システム１００によって駆動され、このシステムについては後に説明する。パワー金体はこのアレイ２０の各要素１０６に供給され、この供給の態様は均一ではなく最端の要素が１０ｄＢ以上となるようなテーバ状に供給される。このようなダウンリンクビームのテーバは、このアレイ２０の要素１０６の位置に対応して送信信号の強さを調整することによっておこなう。

第６図および第７図に示すように、このアレイ２０の励起パターンは伝送二次パターンの特性に対応して決定される。

特に、各ダウンリンクビームの東西方向については、要素１０６に供給される信号の位相をアレイ２０に沿って順次変化させることによって決定される。このような位相変化は、後に説明する第２図に示すようなビーム形成回路網９８によって達成される。この位相変化は周波数の関数である。さらに、この送信ビームの送信ゲインは、サイドローブが低くなるように調整され、これによって隣接する地域３１．３３゜３５．３７　（第４図参照）で周波数が共用できるようになる。

このサイドローブのレベルはビーム中心より３０ｄＢ低く、よって隣接する地域の間の干渉は無視できる程小さい。

第７図には、南北方向の送信ビームパターンを示す。このアレイの要素１０６は、南北１．４＠のカバー範囲で略平坦なパターンとなるように励起される。

第２図には、この点一点間通信システムの受信および送信信号の流れおよびその回路を示す。この点一点間の受信信号６４〜７０は受信信号であり、これらはこの衛星でカバーする各受信地域３２．３４，３６．３８から送られる。これらの受信信号６４〜７０はスイッチング回路７６に入力され、この回路は入力ライン６４〜７０を符号７４で示す７つのレシーバのうちの４つの対応するレシーバに選択的に接続する。

これらレシーバ７４は通常の構成のもので、そのうちの３つは冗長性を与えるためのものである。これらレシーバ７４はフィルタ接続マトリクス９０のフィルタを駆動する作用をなす。ライン６４〜７０に接続されたこれらレシーバ７４の出力は、第２のスイッチング回路７８で結合されて４つの受信ラインＲ１〜Ｒ４を介してフィルタ接続マトリクス９０に送られる。このマトリクス９０は、受信地域３２，３４．３６゜３８と送信地域３１．３３，３５．３７の間を接続する手段を構成するものである。このフィルタの出力Ｔ１〜Ｔ４は、この衛星１０によってサービスする４つの送信地域３１゜３３．３５．３７にそれぞれ対応している。

この送信信号Ｔ１〜Ｔ４はそれぞれスイッチング回路９４によって６個の駆動増幅器９２のうちの４個に送られ、これら増幅器９２ののうちの２個は故障の場合のバックアップ用である。増幅器９２からの出力は同様のスイッチング回路９６を介してビーム形成回路網９８に送られる。

また、この通信衛星１０のその他の特徴、たとえばアレイ２０およびフィルタ接続マトリクス９０の構成等は、前述の米国特許出願Ｎｏ、８９６，９８２に詳細に開示されており、よって本発明の等パワー増幅器システムおよび方法の説明に必要な部分以外は説明を省略する。

このビーム形成回路網９８は４つの遅延ラインを備えており、これらは送信信号Ｔ１〜Ｔ４を伝送し、これら多数の送信遅延ラインは直交して配置されかつこれら送信信号遅延ラインに沿って等間隔に接続されている。これら遅延ラインの間隔および幅は、送信地域３１．３３．３５．３７に対応した周波数において、所定の中心バンドのビーム偏向およびビーム走査率を与えるように設定されている。この４つの遅延ラインからの送信信号は、第８〜１２図に関連して説明するようなビーム形成回路網によって結合され、等パワー増幅器システム１００に入力される。以下に説明する実施例において、この増幅作用をなすために４０個のソリッドステートパワー増幅器（ＳＳＰＡｓ）が設けられている。第２図に示すように、中央の等パワー増幅器システム１０４には４０個のうちの３２個の５ＳＰＡｓが設けられ、ビーム形成回路網９８で形成された４０の信号のうちの３２個を増幅する。この他の８個の信号は低増幅信号であり、各４個ずつの５ＳＰＡｓで構成される２つのサイド増幅器グループ１１０で別に増幅される。これら８個の増幅器はそれぞれパワー率が等しく、かつこの他の３個の５ＳＰｓのパワー率より低い。

この中央システム１０４およびサイドグループ１１０からの４０の出力は、それぞれ送信アレイ２０の各放射要素に接続されている。

第８図に示すように、このビーム形成回路網９８　（ＢＦＮ）は全体が略円弧状に形成され、この衛星１０の通常は環状をなすデスパン通信プラットホーム１１２（一部のみ示す）に容易に収容できるように構成されている。信号が通過する送信遅延ラインを構成するのＢＦＮを円弧状のパターンとすることにより、正しい長さで信号梁と適切に結合し、前述したようにこのものは径方向に延長したウェーブガイドアセンブリを適切に形成する。前述の米国特許出願Ｎｏ、８９６゜９８２には、同様にＢＦＮが開示されており、このものは４０個の径方向に延長したウェーブガイドアセンブリを備え、これらは同一平面上に等間隔に所定の角度で配置されている。

このような単一レベルのＢＮＦは、必要に応じて本発明の等パワー増幅器システムに利用できる。しかし、ＢＮＦと中央等パワー増幅器システム１０４との間の信号ラインの構成おないし第１１図に示すように径方向ライン粱は２つのレベルすなわち２つの平面上に配置されている。

第８図に示すように、このビーム形成回路網９８は４つの周方向に延長した送信遅延ライン１６８，１７０，１７２゜１７４を備え、これらはそれぞれ送信信号Ｔ１〜Ｔ４を伝送するように構成され、また複数の径方向に延長したウェーブガイド・アセンブリ１７６を備えている。この実施例では、４０のウェーブガイド・アセンブリ１７６が備えられ、これらはそれぞれ送信アレイ２０の放射要素１０６に対応している。これらウェーブガイド・アセンブリ１７６は、上記の遅延ライン１７８〜１７４と交差し、これらは等間隔に所定の一角度で配置され、これら遅延ライン１６８〜１７４全体が円弧状に配置されており、この円弧は中心すなわち軸１１４を有している。上記の送信信号Ｔ１は遅延ライン１７０の入力端１７１に入力され、また送信信号Ｔ２は遅延ライン１６８の入力端１６９に入力され、また送信信号Ｔ３は遅延ライン１７４の入力端１７５に入力され、さらに送信信号Ｔ４は遅延ライン１７２の入力端１７３に入力されるように構成されている。

また、上記の各ウェーブガイド・アセンブリ１７６は径方向のライン梁を形成し、上記の遅延ライン１６８〜１７４にそれぞれ結合され、所定の梁作動をなすように構成されている。また第１２図に示すように、これら各ウェーブガイド・アセンブリ１７６と遅延ライン１６８〜１７４との交差点では、クロスガイド・カブラ１８０が構成され、これら遅延ライン１６８〜１７４とウェーブガイド・アセンブリ１７６との間に電磁波信号の経路を構成するように構成されている。

また、第１２図に示すように、これらウェーブガイド・アセンブリの間の間隔をＬで示し、また遅延ラインの径方向の幅をＷで示す。これらウェーブガイド・アセンブリ１７６は遅延ライン１６８〜１７４に沿って等しい角度で離間して配置されており、また上記遅延ライン１６８〜１７４は径方向に離間して配置されているので、この遅延ライン毎にこれらウェーブガイド・アセンブリ間の間隔が相違する。よって、これら円弧の中心１１４から離れている遅延ライン１６８〜１７４程これに沿ったウェーブガイド・アセンブリ１７６の間隔が大きくなり、遅延ライン１７４に沿ったウェーブガイド・アセンブリ１７６の間の間隔りは、遅延ライン１６８に沿ったウェーブガイド・アセンブリ１７６の間隔より大きくなる。これらＬおよびＷの値を以下の表に（インチで）示す。

遅延ライン　信号　Ｌ　Ｗ１６８　Ｔ２　１．６６　０．６４１７０　Ｔｌ　１．７２　０．６６１７２　Ｔ４　２．４５　０．７４１７４　７３　２．５５　０．７にれら遅延ライン１６８〜１７４に対応した幅Ｗおよび間隔りの値は、所定のビーム中心の傾斜およびビーム走査率に対応して設定され、このビームが各チャンネルを正しく指向するように構成されている。これによって、送信地域Ｔ１〜Ｔ４の始点と終点が設定される。

また第１２図に示すように、送信信号Ｔ２は遅延ライン１６８を正確な距離伝送され、第１のウェーブガイド・アセンブリ１７６に到達する。この信号Ｔ２が通過するクロスガイド・カブラ１８０は、たとえば２０ｄＢカブラに設定されており、この送信信号Ｔ２のパワーの約１％がウェーブガイド・アセンブリ１７６に転送される。この分割されたエネルギはこのウェーブガイド・アセンブリ１７６を通して樋パワー増幅器システム１００（第２図および第８図）に伝送される。

また、遅延ライン１７０を伝送される信号Ｔ１についても同様である。このクロスガイド１８０で分割された信号Ｔｌ、Ｔ２の一部（すなわち０．０ＩＴＩおよび０．０１Ｔ２）はウェーブガイド・アセンブリ１７６で合計され、この和信号０．０１　（Ｔ１＋Ｔ２）は径方向外側に伝送され、次の組の遅延ライン１７２．１７４に伝送される。また、遅延ライン１７４．１７２を伝送される信号Ｔ３．Ｔ４についても同様である。これら信号Ｔ３．Ｔ４の一部０．０１は、クロスガイド・カブラ１８０で結合されてウェーブガイド・アセンブリ１７６に送られる。これら和信号０．　０１　（Ｔｌ＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）は径方向外側に伝送され、グループ１１０すなわち等パワー増幅器システム１０４のうちの対応するソリッドステート・パワー増幅器に送られ、送信にために増幅される。

上記の第１のウェーブガイド・アセンブリ１７６を通過した後、この信号Ｔ１〜Ｔ４の残りの０．９９は、第２のウェーブガイド・アセンブリ１７６まで伝送され、その１％（または他の所定の値）がウェーブガイド・アセンブリ１７６に分割される。このような作動の繰返しによって、この信号Ｔ１〜Ｔ４は所定のパーセントずつこれらウェーブガイド・アセンブリ１７６に分割される。

これらウェーブガイド・アセンブリ１７６を介してパワー増幅器システム１００に送られる信号は、点一点間の４つの送信信号Ｔ１〜Ｔ４の混合したものである。しかし、各送信信号Ｔ１〜Ｔ４はそれぞれ１２．５００のサブ信号から構成されている。よって、これらウェーブガイド・アセンブリ１７６で送られる４０の信号には５０，０００の信号が含まれており、この実施例の場合にはこの信号は５００ＭＨｚの周波数スペクトルに割当てられる。よって、各５ＳＰＡｓはこれら５０，０００の信号全てを増幅する。

そして、上記４０のウェーブガイド・アセンブリ１７６との結合によって、位相シフトがなされる。よって、このビーム形成回路網９８によって送信アレイ２０（第１図および第４図）からアンテナビームが放射され、このビームは周波数に対応して操向される。このような位相シフトは、ウェーブガイド・アセンブリ１７６の間を円弧状の遅延ライン１６８〜１７４に沿って信号が伝送される際の時間遅延および周波数に対応して生じる。この作用を説明するために第１３図を参照する。この図は第５図の４０の送信アレイ要素１０６のうちの４つを概略的に示したもので、これらから放射される波面を１１６で示し、またｄはこれら放射要素１０６の間隔を示す。このアンテナビームリ傾斜角度をｅとすると、このｅはこのビームの走査角度であり、この角度は送信ビームの中心における垂直線１１８からの波面１１６の角度である。

また、上記の遅延ラインによって生じる位相シフトをΔΦとすると、これら位相シフトとビームの走査角度との関係は次の式で与えられる。

ここで、λはこの波面１１６の信号の波長であり、またｄはこれらアレイ要素１０６の間の簡隔である。よって、このアンテナビームの東西の方向は、ビーム形成回路網９８の４つの遅延ライン１６８〜１７４によって生じる位相シフトによって決定され、また４つの送信地域Ｔ１〜Ｔ４が形成される。

このＢＦＮ９８は第８図ないし第１１図に示すように１つのレベルに形成されている。第９図はのＢＦＮ９８の９−９線に沿う断面を示し、この図では送信信号Ｔ１を伝送する遅延ライン１７０全体を側面図で示す。このライン１７０は単一の分割装置１２０によって第１および第２の部分１７０ａ。

１７０ｂに分割され、この分割装置はパワーデバイダすなわち適当な１個のディレクショナル・カブラから構成されている。この上部および下部の部分１７０ａ、１７０ｂにはそれぞれ２０個の下部および２０個の上部のウェーブガイド１７６が結合されている。説明の便宜のため第１すなわち上部の部分の２０個のウェーブガイドを符号１７６ａで示し、また第２すなわち下部の部分のウェーブガイドを符号１７６ｂで示す。各ライン１７０ａ、１７０ｂの先端部には、適当な非反射性の負荷１２２が接続されている。他の送信遅延ライン１６８，１７０．１７４についても、上記のような信号スプリッタ１２０および端部負荷１２２を用いて上記遅延ライン１７１と同様に構成されている。

また、第１０図および第１１図には、第８図の１０−１０線および１１−１１線に沿った断面をそれぞれ示し、このＢＦＮ９８の２つのレベルの部分と単一のレベルの部分とが示されている。第１０図には、各送信遅延ライン１６８゜１７０．１７２，１７４がそれぞれ上部分および下部分１６８ａ、１６８ｂ、１７０ａ、１７０ｂ、１７２ａ。

１７２ｂ、１７４ａ、１７４ｂに分割されている状態を示す。

これら上部ウェーブガイド・アセンブリ１７６ａおよび下部ウェーブガイド・アセンブリ１７６ｂは、それぞれ伝送ライン１２６，１２８に接続されており、これらウェーブガイドの出力が等パワー増幅器装置１３０に送られるように構成されている。また、第１１図にも同様な伝送ライン１３２が示されており、ウェーブガイド・アセンブリ１７６ａの出力がサイド増幅器グループ１１０の５ＳＰＡ１３４に送られるように構成されている。

このＢＦＮは２つのレベルに配置されているので、このＢＦＮ９８を伝送される信号に生じる時間遅延は等しくなるように構成されている。第８図および第９図に示すように、これら送信信号Ｔ１〜Ｔ４は、このビーム形成回路網９８の主要部分に入力する前に４個のハイブリッド・カブラ１２０によって半分に分割され、またラインの下部が余分の長さに形成されているので、これら時間遅延は所定の値に維持される。第９図には、これら信号たとえば信号ＴＩがハイブリッドカブラ１２０によって分割されることが示されており、このカブラ１２０からの半分の信号Ｔ１はラインの上部分１７０ａに送られ、また残り半分信号Ｔ１は下部分１７０ｂに送られる。この下部分１７０ｂには所定の長さのジグザグ部１３８が形成されて上部分１７０ａより長く形成されており、この下部分１７０ｂには信号が上部分１７０ａを通過するのと等しい時間遅延が生じるように構成されている。このジグザグ部１３８には、上記ハイブリッド・カブラ１２０　＋、：よって生じる９０″の位相シフト遅れ（または進み）を補償するための余分の長さ分が差引かれ（または追加され）ている。この下部分１７０ｂに余分の長さが追加されているので、この下部分には信号が上部分１７０ａを伝送するに相当する時間遅延が導入され、このビーム形成回路網９８をこのような２つのレベルに構成してもこれがひとつのレベルに構成されている場合と同様に作動する。そして、この２つのレベルに構成されたＢＦＮ９８は、同じ等パワー増幅器１３０で増幅すべきウェーブガイド１７６からの対をなす信号が互いに隣接することになるので、ライン１２６．１２８等の伝送ラインの構成が簡単となり、またこれらが他の同様な伝送ラインと交差することが防止される。また、このような２つのレベルのＢＦＮは、通信プラットホーム１１２の内の必要な空間が少なくてすむ。

上記４つの遅延ライン１６８，１７０，１７２，１７４からの送信信号Ｔ１〜Ｔ４は、このビーム形成回路網９８で合計される。これらの信号はこのＢＦＮ９８からウェーブガイド１７６の出力として放射され、適当なライン（たとえばライン１２６，１２８，１３０）を介して等パワー増幅器システム１００に入力される。また第８図に示すように、この増幅器システムは通信プラットホーム１１２の外側リム部１４２に取付けられている。これら４０の信号はシステム１００によって増幅され、送信アレイ２０の各放射要素１０６に供給される。

また、第２図および第８図について注意すべきことは、この等パワー増幅器システム１００は１６個の等パワー増幅器装置１３０および８個のソリッドステート・パワー増幅器１３４から構成されていることである。これら等パワー増幅器装置１３０は、このＢＦＮ９８のウェーブガイド１７６からの所定の対をなす信号が入力されるように構成されており、これら対をなす信号は同じ平均の混合されたパワーを有する。

この対をなす信号は、以下に説明するような方法であらかじめ設定される。この選定された対をなす信号は、等パワー増幅器装置１３０の関連した２つのパワー増幅器で同時に増幅され、この構成を簡単に説明する。対をなしていない信号が各ソリッドステート・パワー増幅器１３４で増幅される場合と比較して、各種のパワーレートに設定できるが、好ましくはひとつの標準レートに設定される。

また、第１４図および第１５図には、周波数操向可能なダウンリンクアンテナビームを形成するためのテーラ−分布を示す。このテーラ−分布は対称でかつテーバ状をなし、またこの周波数操向ビームに特有の２つのサイドローブのレベルを低くするようになっている。この分布はＮ個の信号について示し、これら信号は送信アレイ２０の各放射要素１０６に対応し、この場合、このアレイ２０はＮ個の放射要素を有している。これらの分布２００．２０２は振幅係数２０４１〜２０４４０について示し、これらは放射要素１０６に供給される信号の励起電圧レベルに相当する。これらの分布に基づいて対応する振幅係数の値に対応して信号の対を設定すれば、増幅器の数や寸法を少なくすることができ、また望ましいアレイ分布を得ることができる。

この第１４図のＵ字状の線は、この分布２００における４０の信号のうちの３２の信号の好ましい対をめる方法を示している。この対をなす信号の平均値は略一定であり、またこの値はこのアレイ分布関数およびこの増幅器システムで使用される増幅器の形式の数や大きさに対応してあらかじめ設定される。これらの増幅器は、対をなす信号を好ましくは同一に増幅するように構成されている。この実施例では、第１４図に示すように４０の要素３０のうちの３２個が対をなすように構成されている。したがって、この増幅器装置４０の４０個の増幅器のうちの３２個が同一のものである。これら対をなす要素をそれぞれＡ１からＡＫおよびＢ１からＢＫとし、二〇には対をなす要素の番号である。たとえば、この第１４図において、Ｋ−１６とする。対をなす振幅係数２０４１から２０４２０はこの分布の左半分であり、またＡｌからＡＫまでは中心から左側であり、また対をなす振幅係数２０４２１から２０４３８はこの分布の右半分であり、またＢｌからＢＫまでは中心から右側である。第１４図に示すように、この分布の左側の低パワー側の信号は右側の高パワー側の信号と結合され、また逆であり、これによってすべての対をなす信号の平均パワーは一定となる。たとえば、Ａｔと８１、Ａ２とＢ２　、ＡｔとＢｉがそれぞれ平均化され（ここでｉは１からＫまでの整数）、シたがって、Ａ、’＋８２’−Ａ２２＋Ｂ２”ｍＡ、２＋Ｂ、’−Ｐ。

となり、ここでＰＯはこれら対をなす信号の平均パワーである。

第１６図には、本発明の等パワー増幅装置１３０の実施例２３０を示す。この増幅器２３０は、２つのソリッドステート・パワー増幅器（ＳＳＰＡｓ）２３２，２３４および２つのハイブリッド・カブラ２３６，２３８を図示するように接続して構成されている。たとえば、信号ＡｔおよびＢｉが入力ライン２４０．２４２に入力されると、これらは増幅器２３２，２３４によって同時に増幅される。

このライン２４０，２４２上の信号Ａｔ、Ｂｉは第１の７〜イブリツドカブラ２３６等の信号分割手段によって平均化され、これら入力信号Ａｔ、Ｂｉのそれぞれ半分ずつが増幅器２３２，２３４に送られ、つまりライン２４６上の信号は１　／　２　Ａ　ｉ　＋１　／　２　Ｂ　ｉ　＊、ライン２４８上には残りの１／２Ａ１　＊＋１／２Ｂｉの信号が送られる。この星印＊を付した成分はハイブリッドカブラ２３６で９０″の位相シフトがなされる成分である。これら平均化されたライン２４６゜２４８上の２つの信号は、それぞれ増幅器２３２．２３４で増幅され、これら増幅器は同一のもので最大の効率で作動する。この増幅器２３２，２３４で増幅されたライン２５０゜２５２上の中間出力信号は第２のハイブリッド・カブラ２３８に送られ、これらの信号から増幅された信号ＡｔおよびＢ１が再構成される。このカブラ２・３８は、ライン２５０゜２５２からの信号のパワー半分を出力ライン２５６，２５８に送り、またこれらの信号に再度９０″ の位相シフトを導入する。このライン２５６，２５８の増幅された信号はクロスオーバ形の再構成がなされ、ライン７０上の増幅された出力信号Ａｔ　＊およびライン６８上の増幅された出力信号Ｂｉ＊となる。この星印＊は、ライン２４０．２４２上の入力信号Ａｉ、Ｂｉに対して９０＠位相がシフトされたライン２５８．２５６上の出力信号を示す。この／Ｘイブリット・カブラ２３８は結合手段として作用し、増幅器２３２，２３４からの中間信号の成分からこれらの出力信号Ａｉ　＊、Ｂｉ　＊を形成する。

よって、この本発明の増幅器システムは、２つの増幅器を同時に平行して作動させて効率的に使用し、各放射要素に強い信号を供給することができる。よって、この信号の対を適切に選定すれば、アンテナシステムに信号を供給する増幅器の大きさを半分にすることができる。

第１４図に示す信号２０４１〜２０４４および２０４３８〜２０４４０を対にする必要のある場合には、上記のＫを２０まで拡張すれば容易におこなうことができる。このようにすれば、等パワー増幅器システムはすべて同じ大きさの増幅器で構成できる。しかし、コンピュータによるシュミレーションによれば、この分布の両端部にある４つの信号を別に増幅すればサイドローブを数デシベル低くすることができる。第８図および第１１図に示すように、これら低いレベルの信号は別の５ＳＰＡｓ１３４によって増幅される。これらの信号のレベルは非常に低く、１／２　（Ａｉ　十Ｂｉ　）の１／５程度であり、これら各５ＳＰＡｓ１３４はこの等パワー増幅器装置１３０の対をなす信号を増幅する増幅器よりはるかに小さなものでよい。これら５ＳＰＡｓ１３４は比較的低いパワーで作動するので、これら５ＳＰＡｓ１３４は８個設け、これらのうちの２個を信号２０４４および２０４３７のピーク値の効率で作動させ、他の６個をパワーの損失なくこのピーク効率より低いパワーで作動させる。したがって、この第８ないし第１１図に示す等パワー増幅器システム１００には、等増幅器装置１０４および５ＳＰＡｓ１３４に必要な２種類の寸法の増幅器が備えられている。

第１５図には、等パワー増幅器装置を２つのグループに分けた場合の概念を示し、これら各グループ内の増幅器の寸法は等しく、かつグループが異なる増幅器の寸法は相違し、分布２０２に対応するように信号を増幅する。この図中のＵ字状の一組の線２２０は、比較的高いパワー領域における信号の組を示し、信号２０４１３から２０４２０に対応するＡ１〜八８は信号２０４２１から２０４２８に対応する８１〜Ｂ８と対にされる。これら第１の組の対では、Ｋ−８であり、またＡ　１２＋Ｂ　１２−　Ａ　２２＋Ｂ　２２＝　Ａ　＞２＋　８１’−Ｐ　１で、ここでＰｉはＡ１からＢｋまでの１６の信号の平均パワーである。また、別の一組のＵ字状の線２２２は、中間パワー領域のもので、振幅係数２０４５ないし２０４１２に対応するＣ１〜Ｃ８は振幅係数２０４２９から２０４３６に対応するＤｉ−Ｄｌｌｌと対にされる。これらの第２の対の組では、Ｃ、’＋Ｄ　１Ｌｗ　Ｃ２”＋　Ｄ　２””　Ｃ，２＋Ｄ　、”　Ｐ　２で、ここでＰ２はＣＬ　Ｃ８およびＤ１〜Ｄ８の１６の信号の平均パワーである。したがって、各等パワー増幅器装置の２つの増幅器は、信号Ａｌ−８８のＰＩ　／２のパワーレートを有し、また同様に、各等パワー増幅器装置の各２つの増幅器は信号Ｃ１〜Ｃ８およびＤｉ−Ｄ８の低いパワーレートＰ２／２を有する。この形式の振幅分布では、Ａ　、２＋　Ｂ　、２はＡ　ｊ２＋　Ｂ　ｊ２と等しいかわずかに大きく、ここでｉおよびｊはグループＡおよびＢを構成する対をなす信号の組の値の範囲を示す異なる整数である。このような場合には、この等パワー増幅器装置のすべての増幅器は対をなす信号グループＡおよびＢに対応しており、これらは対Ａ１およびＢｉに必要な平均パワー最大値を有する。また、信号２０４１〜２０４４および２０４３７〜２０４４０の最少の８個の信号の対については、この第１４図には示していない。これら８個の信号は、別々の増幅器で増幅され、これらは前記第１４図について説明した場合のように、Ｐ２／２よりかなり小さな低いパワーレートを有している。したがって、この第１５図の等パワー増幅器は、大きさの相違する３種類の増幅器を備えている。

この分野では公知のように、本発明の原理は２種類以上の大きさの増幅器を有する等パワー増幅器システムに適用できるものであり、必要に応じて分離の設定の数を減少させることもできる。

第１４図および第１５図に示した等パワー増幅器は、振幅効率２０４１〜２０４４および２０４３８〜２０４４０に対応した信号に９０°の位相シフトは与えられずに本発明の等パワー増幅器装置に送られる。したがって、これら信号の組内の位相分布はそのままアレイ２０の各要素１０６に送られ、９０″の位相シフトは伝送ラインの余分の長さを追加するか、またはこの信号を５ＳＰＡｓ１３４に送る位相シフト装置２４６（第９図に示す）によって与えられる。

この第８図のようなビーム形成回路網９８で第１４図および第１５図に示すような振幅分布を与えるには、この回路網からの信号の振幅分布を変化させる必要がある。これを達成するには、２つの方法がある。第１の方法としては、第１０図および第１１図に示すような通常の別々の減衰器２４２の組２４０を設け、ウェーブガイド・アセンブリ１７６からの信号を当パワー増幅器システム１００に入力する前に所定の度合いだけ減衰することである。このような所定の振幅分布を得るための必要な減衰量は当業者であれば容易に計算することができる。また、すべての出力を減衰する必要はない。

しかし、典型的には大部分が減衰する必要がある。もし必要ならば、たとえば、２つの最も強い信号、たとえば第１４図および第１５図の信号２０４２０および２０４２１は減衰する必要はなく、他の信号２０４はこの最も強い信号２０４２０および２０４２１より適当に減衰する必要がある。

また、この所定の振幅分布を得るための別の方法は、のビーム形成回路網９８のクロスカブラ１８０にたとえば前述したように０．０１の均一な結合成分を与えることである。また反対に、第２方法としては、各ウェーブガイド・アセンブリ１７６に対応したクロスカブラ１８０に異なる結合成分を与え、振幅分布を変化させるものもある。換言すれば、各交差点におけるクロスカブラ１８０は、異なるパーセンテージでライン１６８〜１７４からウェーブガイド１７６に信号を伝送し、これによって所定の分布を与える。このような構成では、信号のうちの所定量、たとえば２０％が端部負荷１２２によって減衰され、残りのパーセンテージ送信信号Ｔ１〜Ｔ４がクロスカブラ１８０を介してウェーブがイド１７６送られる。これらクロスカブラからの出力パワーは残りのパーセンテージ（８０％）となる。各ウェーブガイド１７６に対応した結合成分は、所定の振幅分布に対応して割当てられ、これらによって所定の振幅係数の分布が与えられ、この場合の成分は０．８である。

この第２の方法または装置は、隣接するウェーブガイド１７６のクロスカブラを通過する送信信号のパーセンテージは全体に相違しており、あるウェーブガイド１７６から次のものとの間であらかじめ変化されており、この出力信号に所定の分布が生じるように構成されている。任意のウェーブガイド１７６に対応した各クロスカブラを通過する送信信号のパーセンテージは、送信信号Ｔ１〜Ｔ４に対応した出力信号に与えるべき分布が同じ場合には、略同じである。

この第２の方法および装置は、別々の減衰器でのパワーの損失なく所定の振幅分布を与えることができる利点がある。

しかし、前記の第１の方法は、均一なりロスカプラを使用したビーム形成回路網９８によって、外部減衰器２４０を変えるだけで所定の振幅分布を与えることができる利点がある。

したがって、この第１の方法は、選定した減衰器２０４を調整するだけで振幅分布補正や調整ができる利点がある。

また、第１７図面の簡単な説明の適用を示し、また等パワー増幅器システムの効果を示しζ；のものは単一の信号から、所定のスポットビームを形成する第５図のようなアレイ２０を駆動するに必要な多数の出力信号を形成する。このスポットビームの幅や形状は、振幅および位相分布、アレイの寸法、放射要素に対応した分割回路網、等に正確に対応して設定される。

第１７図の通信回路を介して伝送されるべき単一の信号は、衛星（図示せず）において通常のアンテナ３００で受信され、信号ライン３０４を介してレシーバ３０２に送られる。このレシーバ３０２は前段増幅段を備え、受信信号を増幅し、パワーレベルを上げてこの信号を送信デバイダ回路網３０６に送る。このデバイダ回路網３０６は通常のもので、ライン３０８の増幅された中間信号を複数の送信信号に分割し、所定の振幅および／または位相分布を形成する。たとえば、この回路網３０６は、通常のフィード機構を備え、これには数レベルのパワーデバイダ３１０が設けられ、これらは減衰器を図示するように接続して構成されている。これら減衰器３１０は異なる値を有しており、たとえばティラー分布のような所定の振幅分布を与える。第１７および１６図では、このデバイダ回路網３０６からの出力信号は信号ライン３２０を介して等パワー増幅器システム３１８に送られる。この増幅器システム３１８は１６個増幅器（図示せず）を備え、第１６図に示す装置２３０と同様に８個のパワー増幅器装置に配置されている。これら８個の増幅装置からの増幅された出力信号はライン３２を介して送信アレイに送られ、これは１６個の放射要素を備えており、これらは通常のフィードホーンを所定のパターンに配置して構成され、第５図に示す放射要素１０６と同様に構成されている。また第１７図には、送信アンテナシステムに使用される等パワー増幅器を示し、このアンテナは多数の放射要素を備え、所定の寸法と形状のスポットビームの単一の信号で放送をおこなうものである。

前述した実施例のものは、複数の地上局に所定の周波数たとえばＫｕバンドで通信をおこなう衛星通信システムに関するものである。このものには、等パワー増幅器システムと本発明の２レベルのビーム形成回路網が用いられ、他の周波数たとえばＣまたはＬバンドで陸上、海上の衛星通信をおこなうこともできる。上記した５ＳＰＡｓの代わりに、パワー増幅器その他の形式のパワー増幅器が使用できる。また、本発明に使用される主反射器の寸法や形式、基本放射要素のアレイの配置や形式、このビーム形成回路網の回路等も本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更できる。たとえば、本発明の等パワー増幅器システムは通常のアレイや放射要素のアレイとともに使用でき、またこれらを任意のビーム幅の固定ビームを形成するパラボラ反射器とともに使用することもできる。

なお、本願の請求の範囲中における「ライン」とは、導体、ウェーブガイド、マイクロウェーブ伝送ストリップライン、その他のパッシブの電磁波信号を伝送する装置を意味するものとする。また、上述の実施例は本発明を説明するためのもので、本発明の技術分野の技術者であれば各種の偏向が可能である。よって、本発明はこれらの実施例には限定されず、添附した請求の範囲によって規定される。

束−Ｇ −一り−一一一利国際調査報告ｍ＋−−−＋−−＋幻ｓｋ−＋、ｍｍ、　ＰＣＴ／ＵＳ　８８１００４７８ＳＡ　２２４５２ｗ針〜＋１ｊｍ１ａｓｍ５ｗ内−２？Ｃ’：／　ＵＳ　εε１００４７Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

１．増幅装置であって、この増幅装置に供給された第１および第２の入力信号から、これら第１および第２の入力信号に対応した増幅それた出力信号を同時に形成するものにおいて：分割手段を備え、この分割手段は上記の各入力信号を第１および第２の部分に分割するものであり；また、第１の増幅手段を備え、この増幅手段は上記第１の入力信号の第１の部分および第２の入力信号の第２の部分を増幅し、これによって第１の中間信号を形成するものであり；また、第２の増幅手段を備え、この増幅手段は上記第２の入力信号の第１の部分および第１の入力信号の第２の部分を増幅し、これによって第２の中間信号を形成するものであり；また、結合手段を備え、この結合手段は上記の第１および第２の増幅手段からの第１および第２の中間信号を結合して第１および第２の出力信号を形成するものであることを特徴とする増幅装置。
２．前記第１および第２の増幅手段は略等しいパワーレートを有するものであることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の増幅装置。
３．前記第１および第２の入力信号および第１および第２の出力信号はマイクロウエーブ領域の電磁信号であることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の増幅装置。
４．前記第１の入力信号の第１および第２の部分は等しい振幅でかつ所定量だけ位相がずれたものであり、また前記第２の入力信号の第１および第２の部分は等しい振幅でかつ上記と同じ量だけ位相がずれたものであることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の増幅装置。
５．前記所定の量は９０°であることを特徴とする前記請求の範囲第４項記載の増幅装置。
６．前記分割手段はハイブリッドカプラを備えていることを特徴とする前記請求の範囲第４項記載の増幅装置。
７．前記結合手段は、前記第１および第２の増幅手段からの第１および第２の中間信号の成分を破壊的および建設的に干渉させて前記第１および第２の出力信号を形成することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の増幅装置。
８．前記結合手段はハイブリッドカプラを備えていることを特徴とする前記請求の範囲第７項記載の増幅装置。
９．前記第１および第２の増幅手段はそれぞれソリッドステート・パワー増幅器を備えていることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の増幅装置。
１０．前記分割手段は、前記略等しくない強さの第１および第２の入力信号をこれらの等しい第１および第２の部分に分割し、これによって前記第１および第２の増幅手段は等しい分担で前記第１および第２の入力信号を増幅するものであることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の増幅装置。
１１．通信衛星の送信アンテナに使用するものにおいて：前記入力信号および出力信号はマイクロウエーブ領域の電磁波信号であり；また、前記分割手段および結合手段はハイブリッドカプラを備えており；また、前記第１および第２の増幅手段はそれぞれ等しいパワーレートのひとつのパワー増幅器を備えていることを特徴とする前記請求の範囲第１０項記載の増幅装置。
１２．放射要素のアレイを有するマイクロウエーブ・アンテナ・システムに使用される送信サブシステムであって：ビーム形成回路網手段を備え、この手段は、少なくとも１個の送信信号から複数の出力信号を形成し、これらの出力信号は互いに所定の関係を有し、放射要素のアレイを駆動して所定の特性の少なくとも１個のマイクロウエーブビームを形成するための所定の分布関数が与えられているものであり；また、増幅手段を備え、この手段は複数の出力信号をアレイに供給する前に増幅し、またこの増幅手段は少なくとも一対の第１のパワー増幅器を備え、この増幅器は等しくない信号強度の選定された第１の対の出力信号を同時に増幅し、また分割手段を備え、この分割手段は上記増幅器の間で上記の選定された対をなす信号を略等しい分担で増幅するように分割するものであり；結合手段を備え、この結合手段は上記増幅器からの出力信号を結合してこれら第１の対をなす出力信号にそれぞれ対応した第１の対をなす増幅信号を形成するものであることを特徴とする送信サブシステム。
１３．前記選定された対をなす出力信号は、複数の出力信号によって構成される分布関数の中で隣接していないものであることを特徴とする前記請求の範囲第１２項記載の送信サブシステム。
１４．前記パワー増幅器は略等しいパワーレートを有していることを特徴とする前記請求の範囲第１２項記載の送信サブシステム。
１５．前記増幅手段は複数の対をなす第１のパワー増幅器を備え、これら各対は選定された対をなす出力信号を別々に同時に増幅するものであることを特徴とする前記請求の範囲第１２項記載の送信サブシステム。
１６．前記パワー増幅器は略同一な設計および略等しいパワーレートであることを特徴とする前記請求の範囲第１５項記載の送信サブシステム。
１７．前記第１のパワー増幅器は略等しいパワーレートを有し、また前記増幅手段は複数の第２のパワー増幅器を備え、これら第２の増幅器は前記対をなす第１の出力信号のうちの選定された出力信号を増幅するものであることを特徴とする前記請求の範囲第１２項記載の送信サブシステム。
１８．前記ビーム形成回路網手段は：送信信号を伝送する少なくとも１個の第１のラインを備え；また、一組の第２のラインを備え、これらラインは互いに所定の角度で離間して配置され、また上記第１のラインと交差して交差点を構成し、各第２のラインは上記交差点において上記第１のラインと結合され、第１のラインを伝送される送信信号の電磁エネルギの一部を各第２のラインに転送し、また各第２のラインはアレイによって電磁波通信をなす出力端を有しており；また、上記の第１のラインは互いに離間した第１および第２の部分を有し、これら部分は第１および第２のレベルに配置され；また、上記一組の第２のラインはこれら第２のラインの第１および第２のサブセットを有し、これらサブセットは上記第１および第２のレベルに隣接して配置され、上記第１のラインの第１および第２の部分と対応し、この第２のラインの第１のサブセットが上記第１のラインの第１の部分と結合し、またこれら第２のラインの第２のサブセットが第１のラインの第２の部分に結合していることを特徴とする前記請求の範囲第１５項記載の送信サブシステム。
１９．前記第２ラインの第１のサブセットの選定されたひとつは、この第２のラインの第２のサブセットの選定されたひとつに隣接して配置されていることを特徴とする前記請求の範囲第１８項記載の送信サブシステム。
２０．前記送信信号は、前記第１のラインの第１および第２の部分の一端部に共に接続されている共通の信号分割装置を介してこの第１のラインの第１および第２の部分に同時に供給され、またこの第１のラインの第２の部分は所定長さの部分を有し、この所定長さの部分は通過する送信信号に時間遅延を与え、この時間遅延はこの第１のラインの第１の部分を同じ送信信号が通過する際に生じる時間遅延と略同じ時間遅延を与えるように設定されていることを特徴とする前記請求の範囲第１８項記載の送信サブシステム。
２１．前記第１のラインから第２ののラインに転送される電磁エネルギの一部は、前記各交差点において等しいものであり、また前記ビーム形成回路網は：前記第２のラインの出力端と前記増幅手段のパワー増幅器との間に作動的に配置された手段を備え、この手段は前記出力信号のうちの少なくとも選定されたひとつを前記第１の増幅器で増幅される前に減衰するものであることを特徴とする前記請求の範囲第１８項記載の送信サブシステム。
２２．前記減衰手段は別々の減衰装置を備え、これらは前記出力信号の少なくとも大部分を減衰し、またこれら減衰装置は所定の減衰値を有し、これによって所定の分布関数を与えることを特徴とする前記請求の範囲第２１項記載の送信サブシステム。
２３．前記減衰手段は全ての出力信号に対応した別々の減衰装置を備えていることを特徴とする前記請求の範囲第２２項記載の送信サブシステム。
２４．前記ビーム形成回路網には前記交差点に対応した手段が設けられ、これらの手段は前記第１のラインから第２のラインに送信信号の一部を異なるパーセンテージで転送し、これによって所定の分布関数を与えることを特徴とする前記請求の範囲第１８項記載の送信サブシステム。
２５．前記送信信号を異なるるパーセンテージで転送する手段は、前記各交差点に対応したクロスカプラを備えていることを特徴とする前記請求の範囲第２４項記載の送信サブシステム。
２６．前記クロスカプラを介して転送それる送信信号のパーセンテージは隣接する第２のラインの間で相違し、ある第２のラインと次の第２のラインとの間で所定の割合いで変化しており、この出力信号に所定の分布関数を与えるように構成されていることを特徴とする前記請求の範囲第２４項記載の送信サブシステム。
２７．複数の送信信号をそれぞれ伝送する複数の第１のラインを備え、これらの第１のラインは前記の少なくともひとつの第１のラインと同様の構成であり、またクロスカプラを介して任意の第２のラインに転送される送信信号のパーセンテージは略等しく、これによって各送信信号と略同じ出力信号に所定の分布関数が与えられることを特徴とする前記請求の範囲第１８項記載の送信サブシステム。
２８．２Ｋ個の信号を順次伝送するＫ個の増幅手段を配置する方法であって、この２Ｋ個の信号は所定の振幅の値より大きいＡ信号と所定の振幅の値より小さいＢ信号とから構成されており、ここでＡ，ＢおよびＫは１より大きい等しい整数であり、次の過程：（ａ）一対の入力ポートを有するとともに一対の信号を増幅するようにＫ個の増幅手段を設ける過程と；（ｂ）上記各増幅手段の入力ポートを選定されたＡ信号および選定されたＢ信号に接続し、これら各Ａ信号とＢ信号とがＫ個の増幅手段のそれぞれのひとつに接続されるように構成する過程とを備えたことを特徴とする方法。
２９．前記２Ｋの信号は、アンテナシステムの放射要素のアレイで所定のビーム形状を形成するように所定の振幅分布が与えられたものにおいて、次の過程：（ｃ）各増幅手段で対をなして接続すべき特別なＡ信号とＢ信号を選定し、これら信号は最も大きな振幅のＡ信号と最も小さな振幅のＢ信号とを対にしてＫ個の増幅手段の第１のひとつで接続し、また第２に大きな振幅のＡ信号と第２の小さな振幅のＢ信号を対にしてＫ個の増幅手段の第２ひとつで接続し、以下同様にしてこれらＡおよびＢ信号を対にしてＫ個の増幅手段で接続する過程を備えたことを特徴とする前記請求の範囲第２８項記載の方法。