JPH03207104A - 多重ビームアンテナ給電装置 - Google Patents

多重ビームアンテナ給電装置

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JPH03207104A
JPH03207104A JP2256774A JP25677490A JPH03207104A JP H03207104 A JPH03207104 A JP H03207104A JP 2256774 A JP2256774 A JP 2256774A JP 25677490 A JP25677490 A JP 25677490A JP H03207104 A JPH03207104 A JP H03207104A
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beam antenna
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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〕 本発明は多重ビームアンテナ給電装置に係り、すなわち
集束アンテナを構成するように集束装置をイルミネート
するために使用するフィードアレを構成する様々な放射
エレメントの相対位相及び振幅を制御する装置に関する
。
〔従来の技術〕
集束装置は少なくとも１つの反射器ないし、レンズより
なる。
焦点アンテナは特に衛星通信で使用され、これらのアン
テナは整形、未整形、一定乃至形状変更可能多重ビーム
を生じる。
この種のアンテナは以下に示す性質を有さなければなら
ない。
−有効範囲のゲイン及びビームクロス才−バの高ポテン
シャルの最大端、 一増幅装置を通過する信号の位相だけを制御して、ビー
ムの形状変更および走査を行なわせる能力、 一ビームへのラジオ周波数パワーの割り当てに関して、
全パワーを単一のビームに割り当てる限定的な場合まで
の完全な柔軟性、 一同一の増幅装置を使用する分布された電力増幅、各ビ
ームは全増幅器から、等しい電力を受けて、正確な動作
効率、及び装置故障の際の劣化を許容できること、 一周波数の再利用を可能にする適応範囲における低サイ
ドローブ、適応範囲外での低サイドロープポテンシャル
、 一同じ周波数が十分に分離することで再利用できるビー
ム又はエリア間で、角度間隔を最小にするための反射器
の効率的な利用、 あるビームまたは、全ビームての２重偏波の能力。
このような性質を確保するため、多くの解決策か従来、
提案されている。アクティブネットワークアンテナでは
、各々は全ビームに役立ち、低レベル切り換えマトリッ
クスにより、チャネル全体を１つのビームに割り当てる
ことかできる。しかし、アクティブネットワークアンテ
ナは以下のような欠点かある．高ゲインを実現するため
に、複雑な配置を使用することが必要である。一定の振
幅を有する同じ増幅装置を使用してサイドローブおよび
格子状のローブレベルを制御することは困難である。こ
れにより、システムは複雑となり体積か大きくなる。
１基以上の反射器によるアクテイブネットワクアンテナ
も提案されてきている。この場合、フィードネットワー
クは反射器とその焦点間の最適のところに配置され、各
ビームの力をフイードネットワークの主要部分に広げる
傾向にある。その際、一つのビームから別のビームへの
変換は小さい。ビームは位相の制御だけで制御でき、ア
クティブアレーアンテナと同様に均一に励起した同じ増
幅器の使用が可能である。しかし、焦点に関するオフセ
ットを特徴とするこの種のシステムでは各ビームか反射
器およびフィーダーの一部しか使用せず、その状態で集
束システムにおけるより大きい反射器を使用することに
なる。さらに、有効範囲てのサイドローブ制御は、位相
制御だけを使用し、また、同じ増幅器を使用する際に問
題かある。さらに、一定しない放射か適応範囲外で起こ
り、それによる走査損失や、干渉問題の可能性かある。
このシステムは通常のアレーとは異なり、限られた走査
を行うことができるだけで、最終的には個々のソース全
てに接続を使用しなければ二重偏波の使用を１乃至２、
３のビームに使用制限することが不可能となる。
この第２のタイプのアンテナの利点はその簡素さにあり
、その欠点は正角反射器を使って軽減できる。
他の提案は、従来の多重ポート増幅器を備えた、集束反
射器を使用することである。この種の装置を第１図Ａ，
及び第ｌ図Ｂに示す。
１６の個々のエレメントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａ’Ｂ’　　
Ｃ’　　Ｄ’．Ａ”．Ｄ”，Ｃ”，Ｄ”とＡ▼Ｉ１　，
　１３１１嘗　　Ｃ　ＩＩ＋　，　　［）ＩＩ＋　のネ
ットワーク２はパラボラ反射器ｌの焦点面Ｆに配置され
ている。ビームＮｏ１のようなビームを発生するために
、均一に励起された４つのエレメントＡ，Ｂ，Ｃ、Ｄを
使用する。これらのエレメントは放射エレメントのホー
ン、双極子、マイクロストリップないし、その他のタイ
プのものかある。Ｆ２で示すビームＮｏ２はＮｏｌに隣
接し、これも４つの基礎エレメントＢ，Ｄ．Ａ’　，Ｃ
’　を使用する。エレメントＢおよびＤはビームＮｏ１
と共用される。ビームＮ（１３）はＡ’　、Ｃ’　　　
Ｂ’　、Ｄ’　を使用し、エレメントＡＩ及びＣ丁をビ
ームＮｏ２と共用す等である。
こうして、均一にフィードされた４つのエレメントか各
ビームに使用され、あるビームに割り当てられるパワー
は、低レベルスイッチを該当のビーム入力で用いてこれ
ら４つのビームにさらにチャネルを移すだけで上げるこ
とかできる。
反射器は４つのエレメントで効果的にイルミネートされ
る。サイドローブは低く、エレメントを共有することか
ら起こるビーム間隔の狭さは４つのビームの有効範囲領
域の交差部分でゲインドロップは結果的にもっとも低く
なる。
問題はビーム人力Ｂ１乃至Ｂ９からエレメントｌ６まて
のパワーを最小の損失で、また、同じ増幅器を用いて分
配及び増幅することである。また、各ビームか全増幅器
を使用することが望ましく、各増幅器は所定の時間でこ
のビームに割り当てられたパワー（チャネル数）に関係
なく同様の最適な出力パワーで動作する。
この問題に対する部分的な解決策は最近、低損失ビーム
形或マトリックスによりフィードされる多重ポート増幅
器の使用によりなされている。第１図Ｂに示すように、
ｌ６エレメントはｌ６人力及び１６出力を有するマイク
ロ波のマトリックスへ接続されている。このマトリック
スの構成は、１６人カポートが同じ振幅であり、特定の
位相法則に従う信号を供給されるとすれば、パワーのす
べてか特定の出力ポートから出力されるようになってい
る。バトラーマトリックスかこのために従来使用されて
きた。これらのマトリックスは上記の特定位相法則かリ
ニア、あるいはｐｉ／１６の倍数であるレベルで階段状
とされる構成となっている。この種のマトリックスは４
層のハイブノッド分割器を含み、その分布（あるいは伝
達）マトリックスは一元で（損失のない）、直交てある
。
この１６Ｘ１６マトリソクスは低パワーレベルで動作す
る同じ１６Ｘ１６マトリックスへ接続されている１６同
一の増幅器により供給される。このような２つのバトラ
ー又は同様のマトリックスを背中合わせに含む構成にあ
っては、入力マトリックスの一つの人力ポートか出力マ
トリックスの１つの出力（エレメント）に相当する。こ
の場合、ビームは入力ポート９と１６の出力ポートを持
つ低レベル分割器により、得ることができる。
各ビームのポートは低レベルバトラーマトリックスの４
つの入力ポートに接続されている。
これらの配列により各ビームへのパワーか１６の同一の
増幅器の間に分割される。しかし、このシステムの以下
の欠点を有する。
一各ビームには単一エレメント（Ａ）ではなく、４つの
エレメント（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）があるので、（Ｎｏｌ）
を励起させるよう単一の入力ではなく４つの人力を動作
させる。必要がある。このため各増幅器の信号は４つの
異なる入力から４つの信号を重ねることにより構威され
る。
このような信号は同じ振幅であるが、その相対位相は別
々の増幅器により異なり、結果としてあるビームに対し
てはｌ６の増幅器の間ではリップルな振幅分布か見られ
ることになる。これにより、最適効率ですへての増幅器
か正確に同じレベルで動作することにはならない。しか
し、様々な周波数で多重ビームが作動すれば平均化効果
により減少する。
一同様に、エリア全体をカバーするようなビームを構成
しなければならない場合、第ｌバトラマトリックスの全
入力か供給され、増幅器で均一性か大きく欠ける結果と
なる。
２つの背中合わせのマトリックスはそれぞれ、４層８ハ
イブリッドカプラーを使用して、各増幅信号が４つのカ
プラーを通り、損失および対増幅器感度の欠陥か現れる
。
２Ｎ×２Ｎマトリックスでは、各信号はＮカプラーを通
り、マトリックス双方に要するカプラー総数はＮＸ２Ｎ
となり、このシステムでは８乃至ｌ６のエレメントに限
られる結果となる。
多重ポート増幅器、及び多重入力・多重出力のハイブリ
ッド回路は例えば１９８７年５月のＳＡＣ−５巻第４号
ページ６３０〜６３６掲載のエガミ及びカワイのＩＥＥ
Ｅ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＮ　ＳＥＬＥＣＴＥＤ　ＡＲＥ
ＡＳ　工ＮＣＯＭＭＵＮ工ＣＡＴ工ＯＮの記事に詳しく
述べられている。
その他の解決策も提案されている。例えば、つの提案は
多重入力及び多重出力増幅器の代わりにレンズを使用す
るが、これらの装置は損失か大きくなり、形状の大きな
ものとなる。しかし、このような装置はマトリックスシ
ステムが余りに複雑で、余りに損失かある場合のように
高周波で多くのビームを生成するのに使用されている。
スプリング他の名義で、１９８８年９月２３日に出願さ
れ、１９９０年２月１３日に発行され、米国特許第４９
０１　０８５号では、複数の小型で望ましくは同じハイ
ブリッドマトリックスバワー増幅器（　ＨＭＰＡ　）よ
りなる多重ビームアンテナ給電装置の構成を示している
。
各｝ＩＭＰＡはパワー増幅器で相互接続された入力マト
リックスおよび出力マトリックスよりなり、低レベルビ
ーム形成ネットワークと放射エレメントの間に配置され
る。
この構成はミラ一対称を特徴とする入力及び出力マトリ
ックスの間に配置された増幅器よりなる。
この種の構造はマトリックスの二重化を伴うので比較的
複雑で、構或規模か大きく、重い（衛星アンテナの場合
の重要な特＠）。
第２に、この特許で説明されている構成ではビム形或ネ
ットワークは各ビーム選択ポートを適合するＨＭＰＡ入
カポートに接続している。増幅器は必ずしも、同一に付
加を加えられておらず、それにより、システムの効率か
下がるか、それは本特許の明細書の表１〜３て調へるこ
とかでる。
最後にこの従来技術に説明されるシステムはビムの進路
をとらせずに増幅器の一定の負荷を保持している。これ
は衛星通信アンテナにとって桶めて望ましい特性である
。
本発明のこれらの全ての欠点をなくし、上記のすべての
特質か得られる多重ビームアンテナ給電装置に係る。
〔実施例〕
本発明はＮｅ給電エレメントと協働し、また、Ｎｂビー
ムを出力する反射器または、レンズ手段よりなり、それ
それは給電エレメントのサブグループから発生され、そ
のエレメントの幾つかは重なり合うビームて共有されて
いる多重ビームアンテナ給電装置にある。該給電装置は
： 一同じ数の入力ポート及び出力ポートを有し、その数は
２乃至３の累乗、あるいは２及び３の累乗の積であり、
それぞれか直交及び一元分布マトリックスを含んでいる
１組のＮｃハイブリット多重ポートパワー分割器と、 該分割器の該出力ポートかその数はＮａ≧Ｎｅとなるよ
うなＮａてあり、該Ｎｅエレメントに、あるいはＮａ＞
ＮｅＯ時はいっでも負荷に接続し、各分配器かそれぞれ
のビームに寄与している給電のエレメントの一つに供給
し、 一各分割器の各入力ポートは一つのモジュールに接続さ
れ、各モジュールは伝送用、パワー増幅器及びまたは、
受信用低雑音増幅器よりなり、全増幅器かビームの相対
負荷か変化するときには常に本質的に同一の最適公称レ
ベルで動作するような一組のＮａ増幅器モジュールと、 −Ｎｂ入力ポートおよびＮａ出力ポートを有し、各入力
は各ビームに対する適当な挿入位相シフトをもって全出
力に接続されており、Ｎａ出力ポートは分割器及びビー
ム形成ネットワーク間に接続されたＮａ増幅器モジュー
ルに接続されているビーム成形ネットワークとよりなる
。
この配置により、最小の構成部品を使用して上記の結果
ないし特性を確保でき、全体の大きさ及び費用か削減で
きる。
本発明の利点ある特徴は： パワー分割器はＮｃ同様マトリックスからなり、マトリ
ックスのいくつかは少なくとも一つは異なる順序であり
、あるグループのエレメントのそれぞれは異なるパワー
分割器に接続されている所定のビームに役立ち、 これらのＮｃパワー分割器は２、３の累乗、あるいはこ
れらの累乗の積に等しい同一種類Ｐのマトリックスから
なり、これはＮｅ／Ｎｃ比に等しいか、それよりわずか
に大きく、また、ビーム形成ネットワークは増幅器を介
してパワー分割器の人カボトに接続されたＮｒ＝ＰＸＮ
ｃ出力よりなる。
増幅はさらにビーム形成ネットワーク人力ポトレベルで
行うこともてきる。
一元直交マトリックスバワー分割器の便利さはた多重ポ
ートハイブリッドカプラーであることが有利であり、こ
れらのパワー分割器はバトラーマトリックス又は、同様
なマトリックスでもよい。
ビーム形成ネットワークはビームのサイドローブの位置
およびまたは形状を調節するようになっている各入力ポ
ートおよび出力ポート間に接続された位相シフト手段を
含む。これらはアナログ型または、ディジタル型の一定
位相あるいは可変位相シフタで；ビーム形成ネットワー
クはディジタルネットワークでもよい。
ビーム形成ネットワークは光学式ビーム形成ネットワー
クでもよい。
本発明による給電装置は集束反射器または、集束レンズ
又は、多重反射器システム、例えば、レンズあるいは反
射器の組み合わせと一緒に使用してもよい。
本発明のその他の利点及び特徴については以下の説明か
ら明らかであるか、添付図面の実施例に限るものではな
い。また、１以上の図面で使用されている参照記号は機
能的に同じ部分を示す。
第２図から第４Ａ図及び第４Ｂ図は、第ＩＡ及び第ＩＢ
図と同じ状況での本発明の理論を示す。
本実施例では集束装置１は通常放物面反射器であり、こ
れは反射板１の焦点Ｆに配置されたエレメント数Ｎｅ数
の（本例ではＮｃ＝Ｌｌ）給電エレメントＡ，Ａ’　，
Ａ”　，Ａ”’　，Ｂ，Ｂ’　，Ｂ”Ｂ▼”，ｃ，ｃ’
　，ｃ”，Ｃ”’　，Ｄ．Ｄ’　，Ｄ”Ｄ”　を含む給
電アレ−２より給電する。該エレメントは各ビームか数
Ｎｃ（この場合にはＮｃ＝　４　）のエレメントにより
発生され、少なくとも１つのエレメント（本例では２つ
）を共通に有するよに発生されるよう、反射器１の焦点
Ｆに置かれる。
本発明によれば、第３図のフィーダーはＮｃに等しい数
（本例では１＋）の一元直交マトリックス分割器３より
なる。これらは平方Ｐ番目のマトリックスて、Ｐは比Ｎ
ｅ／Ｎｃより僅かに大きい、あるいは、同等の２の倍数
に等しい。図示の例ではＮｅ＝１６，Ｎｃ＝１４、Ｐ＝
Ｌｌである。
Ｐ入力およびＰ出力のこれらの直交マトリックス分割器
３はその入力ポートのうち一つが励起されると、その全
部の出力ポートか才−ム損失以外の損失なしに、同じ、
パワーを供給し、それで一元マトリックスと呼ばれる。
他の入力ポートか別に励起さると、出力ポートの信号位
相は出力ヘクトルの複素スカラー積かすへて○に等しく
なり、これか直交マトリックスと呼ばれる理由である。
第１１Ａ図は従来技術による４×４直交一元マトリック
ス分割器を示す。各人力は４個の端子を有し、信号入力
を２で分割する３ｄＢハイブリッドカプラーに接続され
ている。こうして得られた二つの信号は二つの異なる３
ｄＢ−４端子ハイブリッド力ブラーへ供給される。この
カプラーは又、２で分割され、各出力カプラーか二つの
エレメントに接続している出力に信号を位相シフトする
。この種の典型的なマトリックス分割器は従来の多ポー
ト増幅器に使用されており、上記のエガミおよびカワイ
の論文に説明されている。明らかにその他の配列も例え
ば、第４Ｂ図に示したように、位相シフターおよびカプ
ラー（同一てあると否とによらず）で使用できる。重要
な点はマトリックス分割器がビームを発生させるエレメ
ントの各群の特定な給電エレメントに対してマトリック
ス分割器かパワーを供給するということである。例えば
、マトリックスＡに対してはエレメントＡ、マトリック
スＢに対してはエレメントＢという具合である。
マトリックス分割器は一組の同じ従来タイプの増幅器Ｕ
により、給電されているかこの例では１６ある。増幅器
４のそれぞれの出力パワーは全ビームの給電エレメント
間でマトリックス分割器により分割される。
パワー増幅器は、必要数のビームと同数の入力ポートを
持つビーム形成ネットワーク５により給電され、図示の
例では数は９である。ビーム形成ネットワーク５は低レ
ベル装置て、それゆえに損失を受けやすい。増幅器と同
じ周波数で、あるいはそれよりわずかに低い周波数での
動作が可能である。この場合、周波数変換器が各パワー
増幅器の入力側に必要である。
第５図はマトリックスバワー分割器３かすべてが同じ才
一ダーとは限らない実施例を示す。
第５図の構成では３つのエレメント、Ａ，Ｂ及びＣがビ
ームに使用されるが、この点で先の例と異なるか、エレ
メント全部が同じパワーを受けているわけてはない。第
５図の例では、典型的にエレメントＡは各Ｂまたは、Ｃ
の２倍のパワーを受ける。エレメント２に対する３角形
の記号に別々に影の部分に示す通りである。その影部分
の量は受けたパワーに比例している。
図示の構成では、３つの楕円形のビームＦｌ，Ｆ２およ
びＦ３を発生する。分割器ＢおよびＣは２×２のマトリ
ックスで、分割器Ａは４×４のマトリックスである。そ
のうち、未使用の一つの出力の先端は負荷で終端してい
る。
勿論、第２番目、第３番目、第４番目、第６番目、第８
番目などの異なる次数の分割器を備えた他の装置も得よ
うとする様々なビームのパワー分布および形状に応じて
、実現可能である。
第６Ａ図及び６Ｂは特殊な実施例を示す。そこではその
次数か３乃至、２および３の累乗の公倍数の累乗である
（すなわち、＝２、３、４、６、８、９、１２、１６、
１８等）パワー分割器か構成要素となっている。
本例では３つの隣合う給電エレメントＡ，Ｂ，Ｃかビー
ムに使用される（第６Ａ図に示す）。
これらの３つのエレメントは第６Ｂ図に示すように、典
型的に３次のパワー分割器から同じパワーを受ける。
例えば、３次パワー分割器はＪ，ＰシエルトンおよびＫ
，Ｓケレーエルの「リニアアレーからの多重ビーム」と
いう論文に見るタイプである。この論文は１９６１年３
月のＩＲＥ「トランザクション　才ンアンテナズ　アン
ド　ブロバゲーション」１５４〜１６１ページに示され
ている。
この例では７つのビームＦ１，・・・Ｆｉ，・・・Ｆ９
か利用てきるが、６番目、９番目、１８番目なとの次数
分割器で基本２次及び３次分割器に基づいた他の分割器
でも実現可能である。
この実施例では、これ以外のと同じく、ビーム形成ネッ
トワーク５出力信号の位相を、固定又は、可変位相シフ
ター３６により調整して、各ビームのサイドローブの位
置および／又は形状を最適化することが有利てある。
第７図から第１９図は異なった値のパラメータＮｅ，Ｎ
ｃおよびＮｂを有する本発明の他の実施例を示す。
第７Ａ図及び第７Ｂ図の場合、エレメント数Ｎｅは８に
等しく、ビームあたりのエレメント数Ｎｃは２に等しい
。この場合、マトリックス３の次数Ｐは４に等しい。
第８Ａ図及び、第８Ｂ図の場合、エレメント数Ｎｅは１
６に等しく、ビームあたりのエレメント数Ｎｃは２に等
しい。この場合、マトリックス３の次数Ｐは８即ち２の
３乗に等しい。
第９Ａ図から第９Ｃ図の場合、エレメント数Ｎｅは６に
等しく、ビームあたりのエレメント数は３に等しく、ビ
ームあたりのエレメントの数Ｎｃは３に等しい。従って
、マトリックス３は２次のマトリックスである。
第１０Ａ図及び第１０Ｃ図の場合、エレメント数Ｎｅは
９に等しく、ビームあたりのエレメントの数Ｎｃは３に
等しい。この場合、マトリックス３の次数Ｐは４に等し
い。換言すれば、比９／３より僅かに大きい２の累乗に
等しい。しかし、３つの３次数マトリックスも使用でる
。
第１１Ａ図及び第１１Ｂ図の場合、エレメント数Ｎｅは
１２、ビームあたりのエレメント数Ｎｃは３に等しい。
この場合、次数Ｐは４、換言すれば、比１２／３に等し
い。
第１２Ａ図及び第１２Ｂ図の場合ではＮｃビームあたり
のエレメントの数Ｎｃは３に等しいが、エレメント数Ｎ
ｅは２４に等しい。この場合マトリックス３の次数Ｐは
８、即ち比２４／３に等しい。
第１３図から第１５図は４つのエレメントを使用して各
ビームを形成する構成を示す。第１３Ａ図及び第１３Ｂ
図の場合、Ｎｅ＝８　，Ｎｃ＝４であり、従って、マト
リックス３は２次数マトリックスである。
第１１４Ａ図及び第１１４Ｂ図の場合、Ｎｅ：１２で比
Ｎｅ／Ｎｃの比は３に等しく、従ってマトリックス３の
次数Ｐは４に等しい。
最後に第１５Ａ図及び第１５Ｂ図の場合、１６エレメン
トが使用され、Ｎｅ／Ｎｃの比は４に等しく、この４は
マトリックス３の次数Ｐの値でもある。
第１６Ａ図及び、第１６Ｂ図の場合、エレメント数は３
２に等しく、ビーム当たりのエレメント数はＵに等しく
、従って、次数Ｐは２の３乗、即ち８に等しい。
第１７図及び第１８図では、７つのエレメントを使用し
て、各ビームを形成する。第１７Ａ図および第１７Ｂ図
の場合、エレメント数は１３に等しく、次数Ｐは２に等
しく、それは比１３／７より僅かに大きい。
第１８Ａ図および第１８Ｂ図では、Ｎｅ＝２１４で、比
Ｎｅ／Ｎｃは２７／７に等しく、次数Ｐは４に等しい。
第１９Ａ図及び第１９Ｂ図　は９つのエレメントを用い
て各ビームを形成する最終的な構成法を示す。
エレメント数は１８に等しく、従って、マトリックス３
の次数Ｐは２に等しい。
第１０図及び第ｉｌｌ図及び第１７図での構成ではマト
リックス分割器３の中のあるものの１つの出力はエレメ
ントではなく負荷に接続されている。しかし、この場合
でも、本発明では従来技術の構成より少ないエレメント
よりなる構成の実施が可能であることが理解されよう。
第２０図は本発明に従って給電されるネットワークアン
テナの一適応例を示す。ビームおよび有効範囲の構成は
１．６ＧＨｚで動作する本発明による反射器アンテナを
用いてヨーロッパをカバーする設計となっている。この
配置では領域Ｚ１は６つのビームでカバーされ、領域Ｚ
２は８つのビームでカバーされる。２つ以上の追加ビー
ム位置は、再構成に利用できる。高いクロスオーバーを
持つビームの走査に備えて合計２６のビーム位置かある
。
第２１図は直径５５００ｍｍ　，焦点長３１２５ｍｍ，
間隔７５０ｍｍの反射器の裏面２１を示す。反射板２１
の端部におけるイルミネーションの係数は−１０〜−１
　２ｄＢである。参照文字Ｎ，ＳおよびＥはそれぞれ、
北、南、及び東を指す。
半バワービーム幅は２．３で、指向性は３７．０ｄＢで
ある。固定ビーム間のクロスオーバーレベルは３．０ｄ
Ｂである（指向性３１１．０ｄＢ）。隣合う固定ビーム
は一つの給電エレメントを共有する。ビーム間のクロス
オーバーレベルは（また、可能なら他の固定ビームを追
加して）　、−１ｄＢである（指向性３６．０ｄＢ）。
サイドローブのレベルはおよそ２５ｄＢである。再構成
は有効範囲領域に足跡をもつビームにパワーを伝送する
ことで実施できる。直交的に偏波したビームは例えば、
高トラヒックエリアで供給できる。
第２１Ｂ図に関して、二つの隣接するエレメント中心間
の距離は１１４１４ｍｍである。従来方法でフィードネ
ットワークへの垂直線は反射板の中心に向かっている。
字画機の壁に沿うフィードネットワークによる解決策は
可能であるが、性能か落ち、より複雑になってしまう。
領域Ｚ１に対しては実線で示し給電エレメントか用いら
れ：領域２２及び拡大有効範囲領域（本例では東に向か
って）での再構或に使用されるの給電エレメントは破線
で示す。
第２２図は１１の給電エレメントおよび調整自在のビー
ムかある構成を示す。この構戊ては各ビームはエレメン
トＡ，エレメントＢおよびエレメントＣを使用する。受
信端子におけるデュブレクサ３１はラジオ周波数（ＲＦ
）又は、中間周波数（ＩＦ）で動作するビーム形成装置
に接続されている図示しない低雑音増幅器に接続されて
いる。
また、２、３の修正にしても基本原則に変更のない自動
切り換えエメントを使用することも可能である。３つの
低損失、多ポートハイブリッドマトリックス３はそれそ
れ、４つの従来実施されているハイブリッドカプラー３
３よりなる。それには、ＴＥＭ（　｝ランスバース電磁
界）ライン技術か使用されている。エレメントＣに接続
されているマトリックスの未使用の端子ＮｏｌＪは負荷
で終端しており、励起されないのて、パワーの損失はな
い。各ビームは１２の同じ増幅器３１１全部を使用する
。可能な場合には冗長度を利用する。１増幅器の故障は
０．１ｌｄｂのパワー損失となるか、各ビームの有効範
囲領域の小部分では最悪の場合でもそのゲイン損失は１
．Ｏｄｂ以下となる。これはまた、ビームの一部では最
高１６ｄｂまで、ビーム間の分離を悪化させる。
増幅器は過大に見積もるか、あるいは冗長度を使用し、
係る欠陥を補償することが考えられる。
従来形の多ポート増幅器を組み込んた、才一バーラップ
のある給電グループで起こるものとは異なる、増幅器に
は（入力で）リップルか見られないから、出力ビームを
発生させない。低レベルビーム形威ネットワーク３５は
マイクロストリップ線を用いてラジオ周波数で動作可能
である。例えば、ＭＭＩＣタイプの構威部品を用いて、
実現できる。
一定位相シフタは固定ビームに対する給電線で使用する
。２ビット可変位相シフタ３６は制御自在なビームの才
一バーラッピングを−１ｄＢ（指向性３６．０ｄＢ）レ
ベルで発生させることを可能にする。
１１のエレメントを全部使用して全ビームを発生するこ
とかできる。これは多ポートハイブリッド回路を使用す
れば増幅器てリップルを起こさない。
形成ネットワークの最後のふたつの入力のうち、一つは
グローバルビームに使用するが、残りの一つは変化可能
なビームに使用される。
第２３図は１　．６Ｇ｝Ｉｚて動作する拡大有効範囲領
域ネットワークアンテナのための給電構成を示す。
この構成ては２１のエレメントか使用され、そのうち、
３つは二つの偏波で励起できる。３つの低損失多重ポー
トハイブリッドマトリックス１１１はそれぞれ、１２の
ハイブリッドカプラーよりなる。出力はすべて使用され
、３つを使用して直交偏波ビムを供給する。
この場合も各ビームは２１１の同じパワー増幅器４２全
部を使用する。一つの増幅器の故障は０　．　２ｄＢの
パワー損失をもたらし、また、最悪の場合、各ビムの局
部的なゲイン損失は０．５ｄＢ以下である。
一つの増幅器の損失はビームの分離悪化を引き起こすか
それはビームの一部では２２ｄＢに達する。マトリック
ス分割器の構成部品に関する分離許容誤差の影響を狭帯
域動作で３５ｄＢに抑えることは可能である。入力信号
振幅および位相誤差の影響は許容できるか、それは前記
エガミおよびカワイの論文の説明の通りてある。
再構成は必要な領域をカバーする影響エリアを用いて、
ビームの入力部における位相シフトチャネルで行うこと
てきる。２ビット位相シフタを用いてビームを制御する
ことは、たた、別々のビーム位置間で１ｄＢのクロス才
−バードロップを生ずるだけである。
第２１４Ａ図から第２１ＪＣ図では従来の多ポート増幅
器による解決策と比較した本発明の利点を示す。
第２ＬＩＡ図のシステムは集束光学システム５１例えば
、４×４給電ネットワークと使用される放物面の一部を
含む。第２１４Ｂ図に記載した従来法による解決策では
、使用カプラーの総数は６１１で、損失ラインの全長は
最高パワーではおよそ１６波長であり、給電エレメント
を共有していることから増幅器ではかなりのリップルが
生ずる。
第２ＬｉＢ図の従来の装置では、分割機６ｌ又は、６２
は１６Ｘ１６タイプて、３２カプラーを使用する。
本発明による解決は第２ＬＩＣ図に示すか、同じ構成で
は全部で１６のカプラーを使用するだけで、損失ライン
の全長はおよそ４波長である。増幅器ではりプルはなく
、最後に各ビームはすへて均一に負荷を加えた増幅器お
よび、各グループ（Ａ，　　ＢＣまたは、Ｄ）から一つ
の供給エレメントを使用する。
次に第２５図〜第２９図に記載してある実施例について
説明する。ここでは、複数のエレメント２か同じパワー
分割器３に接続され、ビームの効率、及び／または形状
、及び／又はサイドローブの改善を図っている。
第２５Ａ図及び第２５Ｂ図の場合では、隣接する７つの
エレメントか各ビームに当てられ、中央のエレメントは
他の６つのエレメントの各々より、３倍のパワーを受け
る。これにより、各ビームの効率（こぼれ信号の減少）
およびサイドローブの改善か可能になる。
この例では６つのビームか利用でき、このために３つの
パワー分割器が６×６のカプラーの形で利用される。各
ビームに使用される７つのエレメントのうち、３つは分
割器の一つに接続され、３つはもう一つの分割器に接続
し、一つが３つ目の分割器に接続されているので、必要
なパワー分布を得ることかてきる（第２５Ａ図ではいろ
いろな大きさの影の部分て表わされている）。
固定または、可変位相シフタ３６はパワーの方向を一つ
の分割器の一つ又は３つの出力に向けるために追加的に
設けてもよいことに留意のこと。
第２６Ａ図及び第２６Ｂ図の実施例の原理は前例と同じ
であるが、この場合、９つの隣接エレメントか一つのビ
ームに当てられる。中央ビームは近接の４つのエレメン
トの２倍のパワーを受け、他の４つのエレメント、４倍
のパワーを受け、換言すれば正方形の対角線上にある。
これは効率とサイドローブを改良する。
この例てはＦ１からＦＩ４まての４つのビームが利用て
き、前の場合と同様に、増幅器４は公称上、均等に負荷
を加えられることになる。
第２７Ａ図及び第２７Ｂ図の例では同じビームに寄与す
るエレメントのいくつかは同じ分割器に接続され、本来
、各ビームの形状を最適化する。
この例ではエレメントＡＩ　，Ｂｌ　，Ｂ３．ＣＩおよ
びＣＬＩ（第２７Ａ図参照）は西ビームに（Ｗ）に、他
は東ビーム（Ｅ）に寄与し、全エレメントは全ビーム（
Ｇ）に寄与する。
ビーム形成ネットワーク５の信号位相はシフター３６に
よりシフトされ、それにより、パワー分割器の出力で必
要な分布を得る。繰り返せば、全増幅器４は公称上、同
じパワーレベルで動作する。
エレメントに関して言えば、その個々の位相は特に、そ
の給電ケーブルの長さを選択することにより調節される
。その振幅は位相シフタ３６を調節して変えられる。
第２８Ａ図およびＭＥ　２８Ｂ図の例では同じビームに
寄与する幾つかのエレメントのいくつかは、本質的にあ
るエリアてのサイドローブの削減をするよう同じ分割器
に接続されている。
本来３つのエレメントは各ビームに寄与し、（例えば、
ビーム１に対するエレメントＡＩ，Ｂ１，ＣＩ）　、数
の点て少なくなった外部エレメント（ここてはＡ３，Ｂ
３，Ｃ３）も低レベルで励起して当該エリアで２次放射
を削減してもよい。
このためには、ビーム形成ネットワーク５でビーム入力
および出力間の位相を変えれば十分である。Ａ３，Ｂ３
．Ｃ３のレベルはこの例では独立的に変化できる。
最後に第２９Ａ図及び第２９Ｂ図はビームの位置及び／
又は形状をビーム形成ネットワーク５に組み込まれた可
変位相シフタ３６により位相を変えることにより可変し
つる装置を示す。
かくして、ビームＡＩ−Ｂｌ−ＣＩからビームＢｌ−Ｃ
Ｉ−Ａ２へ変化させるために、マトリックスＡのパワー
を徐々に出力Ａ１から出力Ａ２へと、このビーム用のマ
トリックスＡへの入力部で信号の位相を調整することに
より伝送される。
ビーム形成ネットワーク５における信号の位相を変える
ことて、ビームＡ１−Ｂｌ−ＣＩから、より広いビーム
ＡＩ−Ｂｌ−ＣＩ−Ａ２−８２−Ｃ２に変えることも可
能である。
この技術ではまた、一度に一つ以上のビームを再構成す
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第ＩＡ図及び第ＩＢ図は従来の多重ポート増幅器に関連
する集束反射板よりなる従来の給電装置を示す図、 第２図乃至第４Ａ図及び第４Ｂ図は本発明によるネット
ワークアンテナフィーダ装置を示す図、第５図、第６Ａ
図及び第６Ｂ図、第７Ａ図及び第７Ｂ図、第８Ａ図及び
第８Ｂ図、第９Ａ図乃至第９Ｃ図、第１０Ａ図及び第１
０Ｂ図、第１１Ａ図及び第１　４　Ｂ図、第１２Ａ図及
び第１２Ｂ図、第１３Ａ図及び第１３Ｂ図、第１４Ａ図
及び第１４Ｂ図、第１５Ａ図及び第１５Ｂ図、第１６Ａ
図及び第１６Ｂ図、第１７Ａ図及び第１７Ｂ図、第１８
Ａ図及び第１８Ｂ図、第１９Ａ図及び第１９Ｂ図は給電
エレメント数及び／又はパワー分割器数の異なる値に対
する本発明の他の実施例を示す図、 第２０図はビームの分布と１　．６ＧＨｚで動作し、ヨ
ーロッパをカバーする反射アンテナの典型的な有効範囲
を示す図、 第２１Ａ図及び第２１Ｂ図は第２０図に示すビームの実
施例の反射器及び給電エレメントの形状を示す図、 第２２図は第２０図（ヨーロッパにのみ）のフルライン
ビームを得るフィードネットワークを示す図、 第２３図は全２０ビー人（拡大適応範囲）を得るフィー
ドシステムを示す図、 第２４Ａ乃至第２４Ｃ図は本発明を従来のフィドシステ
ムと比較する説明図、 第２５Ａ及び第２５Ｂ図、第２６Ａ及び第２６Ｂ図、第
２７Ａ図及び第２７Ｂ図、第２８Ａ図及び第２８Ｂ図、
第２９Ａ図及び第２９Ｂ図は本発明の更なる実施例を示
す図である。 １・・・反射器、２，３３・・・ハイブリッドカプラー
３・・・直交マトリックス分割器、４．３４・・・増幅
器、５．３５・・・ビーム形成ネットワーク、３６・・
・可変位相シフタ、４ｌ・・・多重ポートハイブリッド
カプラー　５１・・・集束光学システム。 じ１ Ｂ９ 手 続 補 正 書（方式） 平成３年２月２０日

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｎｅ給電エレメントと協働する、または各ビーム
    がそのいくつかが重なり合うビームの間で共有される給
    電エレメントのサブグループから発生されるＮｂビーム
    を供給する反射器又は、レンズ手段よりなる多重ビーム
    アンテナ給電装置において、−各々が同数の入力ポート
    および出力ポートを有し、該数は２及び３の倍数、ある
    いは２の倍数および３の倍数の積であり、各々が直交お
    よび一元の分布マトリックスを含む一組のＮｃハイブリ
    ッド多重ポートパワー分割器と、 該分割器の出力ポートはその数Ｎａ≧Ｎｅであり、該Ｎ
    ｅエレメント又は、Ｎａ＞Ｎｅの時は負荷に接続され、
    各ビームに対し、各分割器はこれらの各ビームに寄与す
    る給電エレメントの一つに給電し、−各分割器の各入力
    ポートがモジュールと接続され、各モジュールが転送用
    のパワー増幅器及び／又は受信用の低騒音増幅器よりな
    り、全増幅器がビームの相対的トラヒック負荷が変化す
    る時には本質的に同じ最適の公称レベルで動作するよう
    な一組のＮａ増幅器モジュールと； −Ｎｂ入力ポートおよびＮａ出力ポートを有し、各入力
    ポートは各ビーム用の適当な挿入位相シフトで全出力ポ
    ートに接続され、Ｎａ出力ポートは分割器およびビーム
    形成ネットワーク間に接続されたＮａ増幅器モジュール
    に接続されている、ビーム形成ネットワークと よりなる多重ビームアンテナ給電装置。
  2. （２）パワー分割器はマトリックスよりなり、そのうち
    少なくとも幾つかが互いに関して異なる次数であり、こ
    の次数を選択することによりビームの効率、形状、及び
    ／又はサイドローブ特性を改善する、請求項１記載の多
    重ビームアンテナ給電装置。
  3. （３）所定のビームに寄与する一つの給電エレントの中
    で幾つかが同じパワー分割器に接続され、それにより、
    エレメントの励起を重み付けしてビームの効率、形状及
    び／又はサイドローブ特性が改良する請求項１記載の多
    重ビームアンテナ給電装置。
  4. （４）マトリックスパワＳ分割器は３ｄＢハイブリッド
    カプラーからなる一般のカプラーを含む、請求項１記載
    の多重ビームアンテナ給電装置。
  5. （５）該パワー分割器はバトラー状マトリックスを含み
    、選択された一定位相シフターが３ｄＢハイブリッドカ
    プラーの幾つかの間に配置され、それにより、分割器を
    ビームの特定整形要求に適合させる、請求項１記載の多
    重ビームアンテナ給電装置。
  6. （６）ビーム形成ネットワークは各ビームの形状・パタ
    ーンサイドローブ及び方向を制御するために各制御可能
    ビーム用にビーム形成ネットワークの対応入力及び出力
    の間に配置された、請求項１記載の多重ビームアンテナ
    給電装置。
  7. （７）位相シフターはアナログ又は、ディジタル位相シ
    フタである、請求項６記載の多重ビームアンテナ給電装
    置。
  8. （８）ビーム形成ネットワークはディジタルのネットワ
    ークである、請求項１記載の多重ビームアンテナ給電装
    置。
  9. （９）ビーム形成ネットワークは光学式ビーム形成ネッ
    トワークである、請求項１記載の多重ビームアンテナ給
    電装置。
  10. （１０）ビーム形成ネットワークは中間周波数で動作し
    、増幅器の入力に接続された周波数変換器が設けられて
    いる、請求項１記載の多重ビームアンテナ給電装置。
  11. （１１）該反射器は整形反射器でそれにより、一般効率
    を高める、請求項１記載の多重ビームアンテナ給電装置
    。
  12. （１２）該反射器は特大寸法の反射器である、請求項１
    記載の多重ビームアンテナ給電装置。
  13. （１３）該反射器又は、レンズ手段は多重反射器又はし
    、多重レンズシステム又はレンズ及び反射器の組み合わ
    せを含む、請求項１記載の多重ビームアンテナ給電装置
    。
  14. （１４）給電エレメントが配置された表面は焦点の周り
    に最適化され、又は、変位できる、請求項１記載の多重
    ビームアンテナ給電装置。
  15. （１５）該ハイブリッド分割器と該給電エレメントの間
    の線の長さは、特に該の全ての給電エレメントを使用す
    る全体的なビームに関して、一般的な効率を最適化する
    よう選択される、請求項１記載の多重ビームアンテナ給
    電装置。
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