JPH03135205A - 電子走査式送信アンテナ - 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】 ［発明の背景］ マソン（Ｍｚ＋５ｏａ）が、科学技術遠隔通信論文集に
おいて１９８２年に発表した「宇宙遠隔通信」　（翻訳
）と題する論文の特に第１巻９２〜９４頁と２５９〜２
６１頁に、 介在させた電力分割器および移相器を介して同一送信器
から同時に受信する複数アンテナのグループ化について
の記載があり、このようなグループの放射特性は、各ア
ンテナの放射パターンとアンテナ間での電力の増幅およ
び位相における分配方法との両方によって決定されると
している。

この特性を利用すれば、単一の放射源を使用した場合に
は獲得できない放射パターンを獲得することができる。

また、電力分割装置および移相器の特性を電子手段によ
り変更すれば、放射パターンをほぼ瞬間的に変更するこ
とも可能になる。放射源の最も簡単なグループ化は、全
ての放射源が同じであり且つどの放射源の位置も他の放
射源から移行しただけである放射源アレーである。この
方法で直線アレーまたは平面アレーを作ることができる
。

次に前記論文は複数の移動ビームを発生する反射鏡アン
テナの使用法についても記載している。

このようなアンテナは最適化された増幅段を使用するこ
とに関連して嵩が低（なるという利点かある。一般に反
射鏡照明システムは反射鏡に関して中心をずらせること
によって、放射開口の遮蔽を防止すると共に宇宙用途に
使用する際にプラットフォームへの設置が簡単になるよ
うにしている。

主な反射鏡は例えば放物面とすることができる。

移動ビームは、実際には１組の照明源を照明源毎にビー
ム要素の１つに対応させた状態で焦点付近に配置するこ
とによって獲得されるビーム要素の結合で構成されたも
のである。

移動ビームは正確に焦点に置くことができないため、そ
の照明は幾何学的に完全ではない。その結果として生じ
る位相収差によって放射性能がやや低下するため、焦点
において獲得できる数値に関して利得が低くなる。焦点
からの距離が遠いほど、また反射鏡の曲率が大きいほど
性能低下も大きくなる。従って可及的に「平坦な」反射
鏡すなわち焦点距離対口径の比が大きい反射鏡を設ける
必要があるが、これによって構造が大型化し、精度およ
び機械的強度の点で問題を生じている。

放射波を大きな視野に亘って電子的に偏向させる必要の
ある宇宙用途では、複数のビーム幅の角偏向が必要であ
る。従ってアンテナの放射パターンの形状を精密に制御
するための手段を備えることが不可欠となっている。

このような大型アンテナの構造については、下記のよう
なシステム面からの考慮も必要である。

・送信アンテナと受信アンテナを同時に使用する必要性
に対して衛星の容積が限られていること、・動作前また
は動作中のプラットフォームおよび打上げ台への機械的
設置が容易であることと両立すること； ・熱制御性が良いこと ・多くの任務およびユーザの可能性。

本発明の目的は上記のような様々な問題点を解決するこ
とにある。

［発明の概要］ この目的のために本発明は、エネルギー収束用反射鏡と
、該反射鏡の焦点域にｌおいて電磁界の合成を行えるよ
うに前記焦点域に配置されている放射源要素のアレーと
を含んで成る電子走査式送信アンテナであって、前記ア
ンテナが複数の隣接スポットで構成されるカバレッジ範
囲を有しており、該範囲が個々のアクセスを有する１本
以上のビームによって部分的に且つ同時にカバーされて
おり、このことが、ソースの切換えによってビームに敏
捷性を与えながら、同一ビームにおいて同時には使用さ
れることのないｍ個の放射源グループの中からどの瞬間
においても各集合に属するソース要素の中で使用されて
いるのが１つだけになるようにそれぞれ選択された、同
数ｍ個の放射源要素（または放射源グループ）を使用す
ることによって達成されるアンテナを提供する。

機械的解決法に比べて本発明は放射源および反射鏡を移
動させなくてよいという利点を有する。

そのため焦点距離が短くてすみ（アンテナのコンパクト
化）、複数のリンクを同時に提供することが可能になる
。

直接放射アレ一方式と比較した場合に次のような点で優
っていると言える。

・アンテナ性能がアレーの全体的大きさと直接関係しな
い； ・必ずしも衛星の地球を向いている方の面に設置しなく
てもよい。

イメージングアレーと単独の反射鏡とを用いる方式を比
較した場合、本発明で提案する方式は次のような利点を
何する。

・アレーの外形寸法が小さい； ・アンテナ効率が向上する。

最後に、本発明の方式を２つの反射鏡を用いるイメージ
ングアレ一方式と比較しても、本発明アンテナのコンパ
クト性は明白である。

［実施例］ 第１図に示す本発明アンテナは偏心放物面反射鏡１０を
含み、反射鏡ｔｏは反射鏡の焦点Ｆ付近に配設された平
面ソースアレー１１がら受信する。アレー１２はアレー
１１に相当する仮想ソースアレーを示す。

本発明のアンテナにおいて、動作を行うのは各放射源要
素の位相に対してのみである。これにより各放射源要素
を最適に合成し弓れがあだがもることか可能になる。

このような動作方法により、反射鏡１Ｇと放射源要素ア
レー１１との相互関係を固定したままでアンテナの利得
が指向方向に左右されないアンテナを提供することが可
能になる。

アンテナから送信されたビームに対応する複数のスポッ
トにより特定の特定カバレッジを獲得する場合、アンテ
ナの指向特性はスポットの重複程度によって決定される
。また、焦点面において放射源に適当な形状を与えてア
ンテナ効率を向上することもできる。

従って本発明のアンテナは、スポットの数Ｓｐ及び各ス
ポットに対応する放射要素または放射源（または放射源
群）の数ｍに関して設計される。

全体のカバレンジを得るために、Ｓ　個のスポヒ ソトがｍ個の放射源を含む各々のスポットデ共に反射鏡
の焦点Ｆにあるがのように見えるようにす用いられる。

いくつかの玖村源が１つのスポット だけに属することになる。放射源はどの瞬間においても
任意の１つの集合の中で１つの放射源のみが使用されて
いる状態となるように各集合にグループ化される。

各スポットが必ず同数の活性放射源を使用するようにす
ると共に、放射源の制御を例えば位相制御に限定する（
すなわち全ての放射源に対して同じ振幅重みを与える）
ことによって、アンテナ性能を限定することが可能であ
るが、副システムの構造は簡素化される。

従って本発明の独創性は放射源要素を集合毎に配設する
ことにある。各集合はいろいろな種類のビームを形成す
る際に同時には使用されることのない１組の放射源から
構成される。このことは、集合毎に１つの放射源を切換
えによって選択することによって集合をグループ化する
ことができることを意味する。入口分割装置によって相
互に関連付けられている放射源が所定のビームを形成す
る。

のｍ個の放射源が活性であるかを示すことを考えると、
同時には動作しない放射源の集合を特定することが可能
である。スポットを適正に決定することによって、ｍ個
の活性放射源を非同時的に動作するｍ個の放射源集合に
対応させる構成を獲得することが可能になり、このこと
は全てのスポットに適用される。

従って、隣接する複数のスポットによって達成されるカ
バレッジ範囲は、１本のビームまたは個々のアクセスを
有す複数のビームによって部分的に且つ同時にカバーさ
れる。この目的を達成するためには、放射源の切換えに
よってビームに敏捷性を与えながら、同一ビームにおい
て同時には使用されることのないｍ個の放射源集合から
、どの瞬間においても各集合において使用されている放
射源要素が１つだけになるように選択された同数ｍの放
射源要素（または放射源群）を使用する。

第２図はアレーの一例を示しており、６４個の放射要素
または放射源を、それぞれ８個の放射源から成る８個の
集合を形成するように構成している。

各集合に１から８までの異なる数字を付して示している
。

第３図は本発明のアンテナ用の給電・制御回路を示して
おり、この回路は、 入力Ｅとｍ個の個別経路Ｖ１〜■、を形成するｍ個の出
力とを有する電力分割装置１５を含んで成り、 各経路Ｖ、（各集合に対応）が、 調節式移相器１７を含む制御装置Ｉ６と、１つの入力を
ｆ個の出力の中の選択された出力に接続するための低レ
ベルスイッチ１９と、ｆ個の入力とｆ個の出力を有し、
並列接続されたｆ個の増幅器２３の両側に配設した第１
汎用カップラ２１および第２汎用カップラ２２を含む増
幅段２０と、 増幅段のｆ個の出力とアレーのｆ個の放射源Ｓｉｌ〜Ｓ
ｉｆとの間に並列接続されているｆ個の濾波器２４とを
含んで成る。この時ｆは必ずしも全ての経路において同
数としなくても良い。

電力分割装置１５は１組のハイブリッドカップラ２５に
よって構成されており、これが相互に接続されてｍ個の
出口を形成している。

増幅段２０は第１と第２の汎用カップラ２１．２２を含
む。これらのカップラはそれぞれ、ハイブリッドカップ
ラ２５と増幅器２３の両方を、第１カップラ２１への各
入力が全ての増幅器２３へ従って第１凡用カップラ２１
のハイブリッドカップラの全ての出力に行きわたるよう
に関連づけることによって形成される。

増幅段２０においては、例えば第１入力に印加された信
号は第１出力から増幅された状態で出力される。従って
増幅段の何れかの入力（例えば１番目の入力）に信号が
印加されると、対応する出力（１番目の出力）に現れる
信号は全ての増幅器によって増幅されており、その他の
出力は全く信号を受信しない。

第４図は増幅段の構成を詳細に示した図である。

各々の電力増幅器２３の全ての入力が、対応するルート
からカップラを介してほぼ同レベルの信号を受信する。

増幅器２３の全ての入力に対して負荷がほぼ均等に分散
される。その後に第１カップラと逆の構造を有する第２
汎用カップラを用いて信号の再結合が行われる。

従って増幅器２３は常に一定の入力電力を受けるため、
公称容量で動作することが可能になる。

このため、第３図に示すように給電・制御用電子回路は
、増幅器の動作に影響を及ぼすことなく集合中の何れか
の放射源にアドレスすることのできる「集合」スイッチ
１９を備えている。これは全ての集合、従って全ての増
幅器について言えることである。

移相回路１７は不図示の制御装置によって制御される。

第３図に示すように、アンテナの給電・制御用電子回路
の入力は入力Ｅの１つだけである。すなわちこの回路は
ユーザ１人に限って動作するということである。但し、
第５図に示すように複数ｐのユーザに対して動作するよ
う−にもできる。

第３図と第５図に示した給電・制御用電子回路は一例と
しても何れも１つの集合が８個の放射源（ｆ＝８）から
成る８個の集合（ｍ＝８）を有している。従ってそれぞ
れ８個の放射源から成る８個の集合に対応して６４個の
放射源から成るアレーかせ構成される。それぞれが８個
の集合の中の１つに属する８個の放射源が増幅後に８個
１組のスポットを生じるのに適当な８個の位相値でアド
レスされた時に、所定のビームが形成される。こうして
多重スポットの同時動作、ひいては送信ビームの最適合
成が達成となる。

当然ながら、以上の本発明に関する説明は好適実施態様
として示したものにすぎず、構成部品をそれと同等の部
品に置き換えても本発明の範囲を逸脱するものではない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査アンテナを示す概略図、第２図は
アレーを集合別に構成する方法を示す図、第３図は本発
明のアンテナの給電および制御を行う電子回路の第一実
施態様を示す図、第４図は第３図に示した電子回路の一
段階を示す図、第５図は本発明のアンテナの給電および
制御を示す電子回路の第二実施態様を示す図である。 １０・・・・・・反射鏡、　１１・・・・・・平面放射
源アレー１２・・・・・・仮想アレー　　１５・・・・
・・電力分割装置、１６・・・・・・制御装置、　１７
・・・・・・移相器、１９・・・・・・低レベルスイッ
チ、　２Ｇ・・・・・・増幅段、２１．２２・・・・・
・汎用カップラ、　２３・・・・・・増幅器、　２４・
・・・・・ろ波器。 ＦＩＧ、’１ １ ６ ７　　　２　　　１ ５　　　　　　　　　　２　　　　　　　　　　　ム　
　　　　　　　　　　３　　　　　　　　　　２１８５
３ ６　　　５　　　７　　　６ ７　　　８　　　２　　　　ム　　　　　１５７６８ １　　　　３　　　　４、　　　　３　　　　５２　　
　６　　　５　　　２ ７　　　　　　　　　　ム　　　　　　　　　　　２４
　　　　　　　　　　　δ６１８７ ３５　　　　　Ｉ４　　　３４ ８　　　６　　　５　　　８ ム　　　　　　　　　　　７１ ８

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）エネルギー収束用反射鏡と、該反射鏡の焦点域に
   おいて電磁界の合成を行えるように前記焦点域に配置さ
   れている放射源要素のアレーとを含んで成る電子走査式
   送信アンテナであって、前記アンテナが複数の隣接スポ
   ットで構成されるカバレッジ範囲を有しており、該範囲
   が個々のアクセスを有する１本以上のビームによって部
   分的に且つ同時にカバーされており、このことが、放射
   源の切換えによってビームに敏捷性を与えながら、同一
   ビームにおいて同時には使用されることのないｍ個の放
   射源集合の中からどの瞬間においても各集合に属する放
   射源要素の中で使用されているのは１つだけになるよう
   にそれぞれ選択された、同数ｍ個の放射源要素を使用す
   ることによって達成されることを特徴とするアンテナ。
2. （２）１つの入力と、ｍ個の個別経路を構成するｍ個の
   出力とを有する少なくとも１つの電力分割装置と、各経
   路毎に、制御装置と、１つの入力をｆ個の出力の選択さ
   れた１つに接続するための低レベルスイッチと、ｆ個の
   入力とｆ個の出力を有する増幅段と、増幅段のｆ個の出
   力とアレーのｆ個の放射要素との間に並列接続されてい
   るｆ個の濾波器とを含んで成る給電制御電子回路を備え
   ており、この時のｆは経路間で必ずしも同じ数でなくて
   もよい請求項１に記載のアンテナ。
3. （３）電力分割装置が、相互に結合されてｍ個の出力を
   形成している１組のハイブリッドカップラを含んで成る
   請求項２に記載のアンテナ。
4. （４）制御装置が調節式移相器を含んで成る請求項２に
   記載のアンテナ。
5. （５）増幅段が、第１入力に印加された信号は増幅され
   て第１出力に現れるようにｆ個の並列増幅器の両側に配
   設されている第１汎用カップラと第２汎用カップラとを
   含んで成る請求項２に記載のアンテナ。
6. （６）前記第１および第２汎用カップラのそれぞれが、
   第１カップラへの各入力が全部の増幅器に、従って第１
   汎用カップラの全部のハイブリッドカップラ出力に分散
   されるように関連づけられたハイブリッドカップラによ
   って構成されており、第２汎用カップラの構造が第１汎
   用カップラとは逆になっている請求項５に記載のアンテ
   ナ。