JPH02214306A - 多周波放射装置 - 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】 本発明は多周波放射装置に係る。

発明の背景 電気通信衛星の一般的傾向は出力、トラヒック及びミツ
シコン数の容量を向上させる方向に向がっている。経済
的理由がら、同一衛星が幾つがのペイ【１−ドを持つこ
とができなければならない。

これは特に実際のパラメータに対する常により厳格な特
性を保証づるため、常に増加する利得をもつアンテナ装
置を利用している。これらのパラメーターとは特に、 ペンシルビーム数 各通達範囲の利得、及び ビーム間分離 である。現代のペイロードは３メートル（７ＦＬ）のか
ら６ｍ又はそれ以上の範囲の投影間口をもつアンテナ装
置を使用している。様々な叩出で、特に位置決め及び重
量の点で単独衛星の本体にこの種の大型アンテナの数を
多重化することは不１１工能である。

−・般に、直接放射アレイの場合も、−次アレイを用い
た反射鏡をもつアンテナの場合も、同じ放射面を用いる
ことができることが魅力的である。

こうして機能を最大限に統合化し衛星上のベイ１〕−ド
のより良い最適化が試みられている。

本発明の目的はこの種の問題の解決を、種々の周波数で
作動する様々な放射要素の単１の物理面セットを最適化
することによってもたらずことである。

Ｗと」煎 このため本発明は、少なくとも１つの第１形式の放射要
素及び少なくとも１つの第２形式の放射要素を含む多周
波放射ＷＡ回を提供する。前記放射要素はアレイアンテ
ナを構成するため共通面上で結合されており、第１形式
の放射要素はマイクロストリップ形素子であり、第２形
式の要素は電線形素子であり、第１形式の放射素子は第
１周波数範囲で作用し第２形式の放射素子は第２周波数
範囲で作用する。

より有利には、アレイの形式は甲独放射アンテナ上で様
々な周波数で様々なミッションのために最適に達成され
ることができる。

加えて、第２形式の中間放射素子が用いられていれば、
それらの指向性又は作動周波数による基本的に様々なス
ペーシング条件をもつ素子のアレイを形成するための様
々な問題を解決することができる。

最後に、放射素子の異なった形式間に相互作用性が無い
ので全体のアレイをあたかもそれぞれが最適に実行され
る２つの独立したアレイであるかのように処理し、最適
化することを可能にする。

即ち 一方のアレイは第１形式の放射抱子を使用し、そして 他方のアレイは好ましくは中間放射素子を含む第２形式
の放射素子を使用している。

次に本発明の具体例につき添付図面を参照して例として
説明する。

１山」と岐」 第１図に示す本発明放ｒＪＪ装置は共通面１０上で結合
された少なくとも２種類の形式の放射素子を含み、放１
１１素子は異なった原理によって作動する。

第１の放射素子１１はマイクロストリップ形又はパッチ
形である。そして 第２の放射素子は電線形である。

こうして２周波アンテナが（ｑられ、第２周波数で放射
する電線アンテナと同じ作動面上でバッチアンテナを用
いて第１周波数で放射を提供することを可能にする。こ
れら２つのアンテナの作動インピーダンスはそれらが異
なる周波数に対して最適化されることを可能にし、この
ときアンテナ間の非結合はそれぞれのアンテナの放射原
理が性質として異なるという事実によって確実に実行さ
れる。

第２図は第１及び第２の素子１１及び１２の配置が異な
る本発明装置の変形具体例を示す。例えばバッチ形の第
１の素子１１間に配置された例えば電線形の第２の素子
１２の数はアンテナの最適化に左右される。この方法で
構成されたアレイは三角形、正方形、長方形又は六角形
であってもよい。

異なる原理を用いて作動するこの種の放射素子が共通面
上でこの方法で結合されていれば、二重周波アンテナが
得られる。このことはバッチアンテナを用いて１方の周
波数の放射を得、電線アンテナを用いて他方の周波数の
放射を得るため一つの共通面を使用することを可能にす
る。

この種の具体例は次の２つの特性をもつ。即ち電線アン
テナ（展張アンテナ）はバッチアンテナの整合及び放射
特性に何ら影響しない。そしてそれらの異なる族ＣＩ４
原理のため、２種の素子間の結合が非常に低いままであ
る。

様々な形式の電線アンテナのバッチアンテナへの取付け
が試みられてもよい。特定の選択が特定の要求に対する
最適化に左右され、ダイポール、蜂　　　　　４ 単１の電ｌ！８線、４電線Ｏ線などが採用されてもよい
。

その公称作動と比較して（即ちバッチアンテナ無しで）
、バッチアンテナに設置されたとき電線素子で作られた
アンテナの性能に大きな変化は無く、電線アンテナによ
って見られるようなアース面はバッチによって構成され
、さらにバッチアンテナの一般的なアース面も共に含ま
れる。電線アンテナの作動周波数はバッチアンテナの共
振と一致しないから、バッチアンテナは何ら特別な役割
を演じない（電界密度、空調、共振）。

本発明装置の伯の具体例では、第３図に示す通り、第１
の素子１６は「複合」放射素子を形成するため共通投射
面上の第２素子１９と結合する。このことは、 アース面１３と、誘電基板１４と、金属軌道１５とから
成る平面バッチアンテナ１６を与え、このアンテナはそ
の中央を通過する直通孔１７を持ち、同軸ケーブル１８
は孔１７内をバッチアンテナ１６の平面に対し垂直に通
過し、ケーブルの自由端は様々な形式、この場合はダイ
ポール形のアンテナ１９によってその先端が形成されて
いる。

第４図に示す１具体例では、孔１１を通る同軸ケーブル
１８はらせんアンテナであるアンテナ１９によってその
先端が形成される。

この方法で限定されたバッチアンテナ１６はそのミッシ
ョンの一般的要求にかなうように寸法決定される。特定
の適用の関数としての条件によって、例えば次の部材を
もつ。

単１共振器バッチ素子、 ２共撮器バツチ素子、又は 例えば２つの周波数範囲、例えば伝達アクセスと受信ア
クセスのための分離アクセスをもつ単向三路２姐パッチ
素子。

電線索子１９はそれ自体のミッションに特定の要求の関
数として決定される。その形状（ダイポール形又はらせ
ん形）は希望する性能を得るための最適化される。

アレイアンテナはこうして上記の複合放射素子から構成
される。しかし記載された通りの要素を用いなければ、
この種のアレイは様々な異なるミッションに対して容易
ならぬ有効性と同時最適化の問題を引起こし、解決が困
難ひいては不可能でさえある。こうして第５図に示すア
ンテナは例えば１．５Ｇｔｌｚでミッションを実行する
ための単１の共振器パッチ素子１６を含む。この形式の
アンテナは典型的におよそ７ｄＢから８ｄＢの指向性を
もち、相互結合の知識が充分な適用即ち単位セルの面積
と比較して８０％以上の効率をＩＩ持することを可能に
する。これらの素子は従って次の地点に位置する。

正方形格子についてはおよそｄａ＝ｏ、６７λＯＬの距
離に。

六角形格子については０．７０から０．７２λＯＬの距
離に、但しλＯ［は第１周波数範囲例えばＬ帯域（１，
５ＧｌｌＺ〜１．６ＧＨｚ）内の中心周波数の波長であ
る。

第１の放射素子１６についてのこれらの作動拘束Ｃｊｌ
ｌｌｌｉ合／スペーシング）はバッチ間スペーシングｄ
ａを解放し、こうしてアレイの一般配置を可能にする。

上記のような第２の放射素子１９を用いる２、　０ＯＧ
Ｈｚでのミッションの遂行が求められる場合は、ダイポ
ール１９はパッチ１６上に配置される。ふつうはダイポ
ールは５．２０ｄＢの指向性を与える。

この指向性は同一素子の７レイが次のスペーシングで形
成されることを要求する。即ち、正方形格子ではおよそ
０．５１λＯ５又は六角形格子ではおよそ０．５５λＯ
Ｓ 但しλｏｓは第２周波数範囲、例えばＳＷＩ域（２Ｇｌ
ｌＺ）の中央波長である。手に入れ得る位置は公称値と
してパッチ間距離にロックされるから、実際の幾何学形
状は次の値のダイポール間距離ｄａを与えるであろう。

即ち 正方形格子については０．８９λｏｓ　（Ｓ帯域）、又
は 六角形格子にいては０．９６λｏｓ０ これはアレイがパッチ素子のアレイの位置によって余り
にも拘束された形に形成され過ぎるためＳ帯域ダイポー
ル素子１９についてはおよそ４ｄＢから５ｄＢの損失に
等しい。

Ｓ帯域素子のサンプリングダによる解決は、第２の素子
と同じ形式の中間素子２０を用いるというものであって
、前記中間素子は第２周波数帯域内でも放射し、パッチ
間に配置される。

中間素子２０は所定位置に置かれることができる。

何故ならパッチ素子からの電界密度はこの帯域では無視
できる程度だからである。様々な異なる位置決め距離に
ついて実行された測定はこれらの結果を°証明し、さら
にこれらの付加素子は複合２重周波素子１６〜１９の公
称作動にほとんど影響を与えない。

第６図に示すような構成は第２の放射素子１９のアレイ
の密度をかなり増加することを可能にし、その結果その
サンプリングは大幅に改善され、第１の放射素子１６に
大きな衝撃を与えることはない。

第６図の六角形格子では、索子１９及び２０両方を含む
ダイポール距離はａｄ＝　ｄａ／　ｒ’Ｊに等しく、即
ち六角格子についてはｄｂ＝ｏ、９６λｏｓ／　（Ｘ叩
ちｄｂ＝０．５５λＯＳに等しい。従ってこの距離はＳ
Ｗｉ域内のダイポールの使用について最適サンプリング
に相当する。素子１９及び２０を用いてＳ帯域アレイを
作ることは手に入り得る領域から最大効率を得ることを
こうして可能にし、そしてそれら自体のＳ帯［素子につ
いて最適アレイ配置に相当する。

この結果は９また、指向性についての議論からも直ちに
明らかである。この形式の格子については、第２の放射
素子１９は６つの中間放射素子２０によって取り囲まれ
る。これらの素子２０の各々は３つの第２の素子１９の
間に分配され、その結果六角形格子については、これら
第２の素子１９の３つ余分があたかもセルからの放射を
助けるかのように見える。このセルはＳ＝１／２ｒ丁（
０，９６λ０５）２即ちＳ−０，１９８λＯ３２である
ようなＳ帯域をもつ。

この種のセルの最大指向性０８はＤＨ＝　４８／λＯ８
２即ちＤＨ＝　１０ｄＢによって与えられる。

振幅及び位相における放射素子１９の３つの５゜２ｄＢ
の結合は次の指向性形式に対応する、即ら、τアレイ＝
Ｎ＋τ素子＝　１０ｄＢ 倶しすべての中位はｄＢ（Ｎ＝３及び１０．１０＋１（
３）＝４．８）である。

こうして多周波アレイアンテナは次の素子によって様々
なミッションのため最適に作られることができる。即ち 第３図及び第４図に示すような第１の複合放射素子及び 複合放射素子間に配置された第２の付加素子２０゜第６
図はこれらの素子がどのようにして六角形格子内に配置
されるかを示し、第７図は正方形格子の例を示す。

こうしてアレイは様々な周波数で同じ放射アンテナを用
いて様々なミッションのため最適に形成されることがで
きる。

中間放射素子２０を用いる可能性は、このようにしてそ
れらの指向性又は作動周波数による基本的に異なるスペ
ーシング要求をもつ素子アレイを形成する困難な問題の
解決を可能にする。

異なった形式の放射素子間の非相互作用は、すべての７
レイをそれぞれが最適に形成された２個の独立したアレ
イであるかのように取扱い最適化することを可能にする
。即ち一方は第１の放射素子１６を使用する。そして他
方は第２の放射索子１９及び中間素子２０の両方を使用
する。

勿論、本発明は好ましい具体例としてのみ説明され示さ
れており、その構成部品は本発明範囲を超えることなく
等価部品によって代替されることができる。

こうして、本発明放射装置の形状は当然率面形以外であ
ってもよく、例えば凹形面のような構造上に設備される
というように特定位置に従っである桿度まで（円筒形、
球面形）曲げられることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明装置の２つの具体例の線図、
第３図及び第４図は本発明装置の１具体例の素子を通る
２つの断面図、及び第５図から第７図は本発明装置の３
つの具体例の線図である。 １０・・・・・・共通面、１１・・・・・・第１形式の
故０ＩＩｉｉ″Ｓ子、１２・・・・・・第２形式の放射
線素子、１６・・・・・・第１形式幸ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、４ 子、１９．２０・・・・・・第２形式素子。 ３６一

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの第１形式の放射要素及び少なく
   とも１つの第２形式の放射要素を含む多周波数放射装置
   であって、前記放射要素はアレイアンテナを構成するた
   め共通面上で結合されており、第１形式の放射要素はマ
   イクロストリップ形素子であり、第２形式の要素は電線
   形素子であり、第１形式の放射素子は第１周波数範囲で
   作用し、第２形式の放射素子は第２周波数範囲で作用す
   る多周波放射装置。
2. （２）要素が少なくとも１つの複合放射素子を形成する
   ため対の形で結合されている請求項１に記載の装置。
3. （３）中間放射要素がアレイアンテナを形成するため複
   合放射要素と並んで結合されている請求項２に記載の装
   置。
4. （４）中間放射要素が第２形式の素子である請求項３に
   記載の装置。
5. （５）複合放射要素がアースされた平面と、誘電基板と
   、その上にデポジットされた金属軌道とから構成された
   第１素子と、同時に金属軌道の対称中心を通る孔を介し
   て第１素子を通る電線形の第２素子をも含んでおり、前
   記アースされた平面は、電線素子から考慮すると金属軌
   道から及び第１素子の一般アース面から構成されててい
   る請求項２に記載の装置。
6. （６）２つの周波数帯域がＬ帯域とＳ帯域である請求項
   １に記載の装置。
7. （７）放射素子が六角形格子アレイを形成する請求項１
   に記載の装置。
8. （８）放射素子が正方形格子アレイを形成する請求項１
   に記載の装置。