JPH0444441B2

JPH0444441B2 -

Info

Publication number: JPH0444441B2
Application number: JP57006716A
Authority: JP
Inventors: Jeemusu Hamada Shinobu; Yodokawa Taroo
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1992-07-21
Also published as: JPS57141105A; FR2498336B1; GB2091494B; DE3201454A1; FR2498336A1; GB2091494A; US4420756A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電磁波エネルギ伝送システムに関す
るものであり、特定的には、衛星トラツキングシ
ステムに特に有用なモノパルス・トラツキング受
信機を含む送受信システムとアンテナとを結合す
るためのデバイスに係るものである。

軌道上の衛星と地上局との間に信頼できるコミ
ユニケーシヨンを維持するためには、衛星システ
ムのアンテナを地上局のアンテナ（衛星は高利得
レフレクタアンテナシステムを用いてこのアンテ
ナと通信する）に正確に向けなければならない。
この正確なポインテイングを達成させるために、
通常は衛星がトラツキングシステムを用いて地上
局アンテナのアンテナビームに対する仰角及び方
位のポインテイング誤差を表わす信号を発生す
る。これらのトラツキング信号は必要に応じて衛
星の反動制御システムを制御し、両アンテナの相
対位置の変化には関係なく衛星のアンテナを地上
局のアンテナに正確に位置ぎめするように衛星の
向きを決める。典型的には、地上局にも対応する
トラツキングシステムが存在していて、地上局の
アンテナ自体も正しくポインテイングできるよう
になつている。

典型的には、衛星上のトラツキングシステムは
モノパルス・トラツキング方式を利用しており、
この方式ではレフレクタシステムにフイードする
複数のアンテナを用いて衛星アンテナのポインテ
イング精度を表わす３つのトラツキング信号を発
生させる。これらの３つのトラツキング信号と
は、方位差信号、仰角差信号及び和信号である。
これら３つの信号の位相及び振巾特性を用いて仰
角誤差及び方位角誤差信号を作り、衛星アンテナ
のポインテイング方向を制御するのである。モノ
パルス・トラツキング受信機がどのように作動す
るかは公知であり、ここでは詳細な説明は省略す
る。例えば、レーダ分野におけるモノパルス・ト
ラツキングシステムの１例が、1970年にマグロー
ヒル・ブツク・カンパニーから刊行されたM.I.
Skolnik著レーダ・ハンドブツクに記載されてい
る。

従来のモバパルス・トラツキングシステムの１
つの欠陥は、これらのシステムが厄介なアンテナ
アレーを用いて作動するように設計されているこ
とである。これらのアレーには、トラツキングシ
ステムを制御するための仰角及び方位角誤差信号
を発生する手段を備えた受信機に、必要な和及び
差信号を供給するために複数のアンテナが用いら
れている。これらの厄介な複数のアンテナアレー
は、衛星に塔載するのに望ましいものよりも大き
く且つ重くなりがちである。更に、各アンテナの
ビームがアレー内の他のアンテナのビームから離
れた分離した点に位置しているために、このシス
テムを用いるモノパルストラツキングに固有のト
ラツキング誤差が伴ないやすく、トラツキングシ
ステムの精度が低下するようになる。フイードア
ンテナ間の分離距離が小さ過ぎるとアンテナシス
テムの効率が低下し、大き過ぎるとビーム・クロ
スオーバー点がこれらのビームのそれぞれのサイ
ドローブ内に位置するようになつてアンテナシス
テムが不安定誤差を高度に受入れやすくなる。こ
れらの問題は、２つのモード間で交互に動作す
る・トラツキング及びコミユニケーシヨンのため
に異なるアツプリンク及びダウンリンク周波数を
用いる衛星トラツキングシステムでは更に悪化す
るようになる。

本発明は、モノパルス・トラツキング受信機の
ためにモノパルス和及び差信号を発生させ、同時
に、驚異的に効率的なモード結合器を単一のアン
テナだけと組合せて作動させることによつて、上
述の先行技術の欠陥を打破するフイードシステム
を備えている。更に、本発明によれば、この単一
のアンテナをダウンリンク送信、すなわち衛星か
ら地上への送信のために効率的に使用することが
可能となる。

本発明の別の長所は、地上局と衛星との間で伝
送される電磁エネルギの偏波に係るものである。
即ち、従来の衛星用モノパルス・トラツキングシ
ステムでは、これらのモノパルスシステムにマル
チアンテナアレーを用いる場合に生じやすい不注
意なトラツキング誤差を最小にするために、トラ
ツキング信号に円偏波を用いていた。しかしなが
ら、近代的な衛星通信トラツキングシステムで用
いている15GHz以上のような極めて高い伝送周波
数では、このような円偏波高周波信号の伝播が豪
雨によつて著しく悪化することが解つている。従
つて高精度トラツキングのような若干の用途に対
しては、円偏波信号を用いたのでは常に信頼でき
るトラツキングを実行することはできない。本発
明は、後述するように、トラツキング誤差信号並
びにアツプリンクすなわち地上から衛星への、及
びダウンリンクすなわち衛星から地上への和信号
を誘導するのに直線偏波を用いることによつて、
この雨に起因する信号劣化問題をも解消するもの
である。本発明によつて可能となる単一アンテ
ナ・フイードシステムの高効率使用により、直線
偏波の使用によつて発生する伝送効率の低下に打
勝つようなより効率的な伝送リンクが得られる。

本発明が関連している結合器の思想は多くの特
許に開示されている。例えば、米国特許3731236
号には、１つの周波数で２つの独立的に偏波され
た信号を処理する手段と、カツトオフによつて第
１の手段から分離され第２の周波数で２つの独立
的に偏波された信号を処理できる第２の手段との
組合せを含む単一のアンテナホーンに結合された
システムが開示されている。

米国特許3369197号には、円偏波の伝播の幾つ
かのモードを分離できる結合器手段と組合わせた
単一のアンテナフイードホーンを組込んだ衛星ト
ラツキングシステムが開示されている。

米国特許3566309号には、１つのホーンからの
２つの異なる周波数を表わす４つの導波管モード
とトラツキングシステムとを結合するための手段
が開示されている。

米国特許3715688号にはTM₀₁モード及び直線
偏波されたTE₁₁モードを発生させるのを援助す
るグリツドのように働らくスロツトを使用する考
え方が示されている。

米国特許2730677号には、２つの矩形導波管セ
グメントによつて円形導波管セグメントからエネ
ルギを抽出する方法が示されている。

比較的非効率的な結合器を用いた他のマルチモ
ード、単一アンテナフイードシステムが、
NEREM議事録（1962年62ページ以降及び1963年
94ページ以降）に載つている。これらの２つの論
文は、それぞれ、Jensen等の「大きいアンテナ
のためのフイード設計」及びJensenの「偏波ダ
イバシテイーを伴なる低雑音マルチモード・キヤ
スグレン・モノパルス・フイード」である。

しかしながら、これらの先行技術は何れも、単
一受信周波数において１つのアンテナからモノパ
ルス・トラツキングシステムのためのトラツキン
グ誤差信号及び和パターンを誘導するのに直線偏
波を用いる本発明の高効率結合器を使用するデバ
イスを示唆するものではない。更に、これらに加
えて、導波管動作の更に別のモード及び直線偏波
を用いて異なる周波数で伝送する手段をも提供し
てはいない。

以後にトライモード結合器と呼ぶ本発明は、２
つの主要部分を有しているものとして説明するこ
とができる。第１の部分は、２アームのターンス
タイルジヤンクシヨンを含み、これによつて30G
Hzのような高周波で且つ方位角トラツキング誤差
信号を有しているTE₀₁モードを残りのモードか
ら分離し、受信した３つの信号の１つを供給する
ようになつている。また、本発明の第１の部分に
よつて、18GHzのような低い周波数における
TE^V ₁₁（垂直）モードを地上局へのダウリンク伝送
のためにアンテナに結合する。これら２つのモー
ドは、TM₀₁モードとTE^H ₁₁（水平）モードとを弁
別する１組の偏波グリツドを介して１対の矩形導
波管に結合される。後述するように、これら２つ
のモード、即ちTE₀₁モード及びTE^V ₁₁モードの結
合の効率は本発明の大きい方の部分及び小さい方
の部分のジオメトリに依存する。小さい直径の円
形導波管区分である第２の部分は、高い周波数
（例えば30GHz）で仰角トラツキング角度信号が
受信される。TM₀₁モード、これも高い周波数で
アツプリンク和信号が受信されるTE^H ₁₁モード、
及び低い周波数でダウンリンク信号が伝送される
TE^V ₁₁モードだけを伝播させるように設計されて
いる。

従つて、本発明の主目的は、主として衛星のモ
ノパルス・トラツキングシステムに用いられる高
効率マルチモード結合用フイードシステムを提供
することであり、本システムでは和信号、方位角
誤差トラツキング信号及び仰角誤差トラツキング
信号はトラツキング受信機用の単一の受信アンテ
ナから誘導することができる。

本発明の別の目的は、豪雨内の円偏波高周波電
磁波エネルギの伝送効果に伴なう伝播問題を排除
するために、直線偏波信号を利用するマルチモー
ド衛星トラツキング・アンテナフイードシステム
を提供することである。

本発明の別の目的は、モノパルス・トラツキン
グ受信機のために単一周波数における導波管伝送
の３つの異なるモードを分離する改良された手段
を提供することであり、また地上局へのダウンリ
ンク伝送のために異なる周波数における導波管伝
送の別のモードを結合する手段を提供することで
もある。

以下に添付図面を参照して本発明の好ましい実
施例を説明するが、この説明から本発明の上記の
及び他の目的及び長所が明白となるであろう。

第１図は従来のモノパルス・トラツキングシス
テム１０のマルチアンテナアレー及びフイードシ
ステムをブロツクダイアグラムで示すものであ
る。第１図には、ありふれたシステム内において
３つの追跡信号を誘導するための手段が示されて
いる。第１図に示すように、アンテナアレーは４
つのテーパー付きホーンアンテナ１２，１４，１
６及び１８を備えており、これらによつて受信さ
れた信号は４つのハイブリツドジヤンクシヨン２
０，２２，２４及び２６によつて組合わされ、３
つのトラツキング信号即ち和チヤンネル・トラツ
キング信号、仰角誤差トラツキング信号及び方位
角誤差トラツキング信号が作られる。

ハイブリツドジヤンクシヨン２０，２２，２４
及び２６は公知のように作動し、２つの入力ポー
トに加えられる２つの入力信号の和（Σ）及び差
（Δ）を別々の出力ポートに発生する。即ち、ハ
イブリツドジヤンクシヨン２０は２つのアンテナ
１２及び１８の和Σ及び差Δを発生し、ハイブリ
ツドジヤンクシヨン２２はアンテナ１４及び１６
からの２つの入力信号の和Σ及び差Δを発生す
る。各ハイブリツドジヤンクシヨン２０及び２２
からの差信号Δはハイブリツドジヤンクシヨン２
６への入力となり、それらの和信号Σはトラツキ
ング受信機への仰角差角度信号入力となつてい
る。同様に、ハイブリツドジヤンクシヨン２０及
び２２の２つの和信号Σはハイブリツドジヤンク
シヨン２４において組合わされ、それらの和信号
Σは全アンテナアレーの和チヤンネル信号になつ
ている。また、ハイブリツドジヤンクシヨン２４
からの差信号Δはトラツキング受信機への方位差
誤差信号となる。当業者ならば、マルチアンテナ
アレーの出力をハイブリツド、マジツクＴ等を用
いて組合せてトラツキング受信機に３つの信号入
力を供給するような多くの他の方法を知つている
であろう。しかしながら、従来は第１図に示すよ
うな必要不可欠の和及び差信号を供給するために
はマルチプルアンテナアレー或はマルチプルアパ
ーチヤアレーが必要であつた。

これら先行技術のマルチプルアンテナアレーの
典型的な例をそれぞれ第２図及び第３図に示す。
第２図のマルチプルアンテナアレー３０は矩形状
に配列された４つのホーンアンテナ３２，３４，
３６及び３８からなつており、アンテナ３４及び
３８の何れか一方或は両方に対してアンテナ３２
及び３６の何れか一方或は両方との間で方位角差
信号を発生するようになつている。同様に、仰角
差信号はアンテナ３６及び３８の両方或は何れか
一方に対してアンテナ３２及び３４の何れか一方
或は両方から得ることができる。

典型的には、４つのアンテナの全てから信号が
得られ、これらの信号が加え合わされて第１図に
示す和チヤンネル信号が作られる。アンテナアパ
ーチヤの面内で４つのアンテナのそれぞれのビー
ム間は相互に直線方向でずれているために、特に
和チヤンネルにトラツキング誤差を生じやすい。
従つて従来は第３図に示すように５つのアンテナ
アレー４０を用いるのが一般的であつた。この場
合には第２図で説明したようにして角度誤差信号
を誘導するのに用いる４つの間隔をおいたアンテ
ナ４４，４６，４８及び５０に加えて中心に位置
するアンテナ４２が設けられる。

複数のアンテナアレーを使用することは、衛星
及び他の宇宙船用途においては重量及び容積の観
点から極めて不利である。更に、従来技術のアレ
ーで用いている円偏波エネルギは、前述のように
豪雨によつて伝播劣化を招来する。

本発明は、モノパルス・トラツキングシステム
のための３つの信号を発生する独特なフイードシ
ステムを提供することによつて、マルチプルアン
テナアレー及びマルチプルアパーチヤアレーを必
要とするような先行技術の欠陥を排除している。
本発明は、３つの導波管モードを保持することが
可能である限り、数多の形状の中の何れか１つで
よい単一のアンテナだけと共に作動するように計
画されている。本発明のフイードシステムと共に
用いるために示唆される１つのアンテナは、内壁
に円周方向の襞をつけた円形コニカルホーンであ
る。

本発明のマルチモードフイードシステムのブロ
ツクダイアグラムを第４図に示す。好ましい物理
的実施例は第５図乃至第８図に示し、後で説明す
る。第４図に示すように、本発明は適当なアンテ
ナ６０に直接結合され、２ポート・ターンスタイ
ルジヤンクシヨン６２、ビロウカツトオフ
（belowcut−off）円形導波管６４、Ｅ面フオー
ルデツドハイブリツドジヤンクシヨン６６、２つ
の偏波グリツド６８及び７０、及び別のＥ面フオ
ールデツドハイブリツドジヤンクシヨン７２を含
んでいる。高域通過フイルタ７４は随意に附加す
るものであり、好ましくは異なる周波数のダウン
リンク伝送を分離するのに用いる。２ポート・タ
ーンスタイルジヤンクシヨン６２は２つの矩形導
波管及び１つの円形導波管からなつている。アン
テナ６０に接続されている円形区分はアンテナ６
０と同様に２つの異なる動作周波数（例えば18及
び30GHz）で３つの導波管モードを保持すること
が可能である。円形導波管６４は高周波数TE₀₁
モードをビロウカツトオフするが、高周波数
TM₀₁モード、高周波数TE^H ₁₁モード、及び低周波
数TE^V ₁₁モードを最小の減衰で通過させるような
直径を有している。

Ｅ面フオールデツドジヤンクシヨン６６は公知
の４ポート・ハイブリツドデバイスであり、２つ
の信号のデバイダ或はコンバイナの何れかに使用
することができる。図示の実施例では、ハイブリ
ツドジヤンクシヨン６６は、約30GHzのアツプリ
ンク信号帯周波数で最適性能が得られるように調
整されている。ハイブリツドのデユアルポートは
Ｈポートだけを励振することによつてTM₀₁モー
ドに応答する。同様に、ハイブリツドはＥポート
だけを励振することによつてTE^H ₁₁モードに応答
する。従つてこれら２つのモードが分離されるの
である。Ｅ面フオールデツドハイブリツドジヤン
クシヨン６６のＨポートにおいて利用可能な
TM₀₁モード信号は受信した信号に応答して仰角
トラツキング信号を提供し、Ｅ面フオールデツド
ハイブリツドジヤンクシヨン６６のＥポートにお
いて利用可能なTE^H ₁₁モードは和信号のみに応答
し、Ｅ面フオールデツドハイブリツド６６は
TE^V ₁₁信号を放出する。

偏波グリツド６８及び７０は金属製のバー或は
ストリツプの何れであつてもよく、物理的ジヤン
クシヨンを横切つて即ちターンスタイルジヤンク
シヨン６２内の円形導波管と矩形導波管のアパー
チヤ点に配置されている。これらのグリツドは、
伝播の方向に垂直な面内に矩形導波管の上下壁に
平行な方向に横たわつており、高周波数のTMモ
ードの電界の縦方向成分を抑圧する。即ち、偏波
グリツド６８及び７０は、Ｅ面フオールデツドハ
イブリツドジヤンクシヨン７２へTM₀₁モードが
伝播しないようにしている。グリツド６８及び７
０はTE^H ₁₁モードも阻止する。

Ｅ面フオールデツドハイブリツドジヤンクシヨ
ン７２は４ポート・ハイブリツドデバイスであ
る。低周波数伝送信号即ちダウンリンク信号はジ
ヤンクシヨン７２のＨポートに印加され、第８図
に関して後述するように、この伝送された信号
は、等振巾の成分信号に分割されこれらを円形導
波管において組合わせた時にこれら２つの成分が
TE^V ₁₁モードに合体するような位相関係を有する
ようになる。一方、高周波数におけるTE₀₁モー
ドの円周方向電界ベクトルはハイブリツドジヤン
クシヨン７２のＥポートだけを励振するようにな
る。低周波数ハイブリツド７２のＥポート及びＨ
ポートは分離されているが、トラツキング受信機
に高周波数受信TE₀₁モード信号だけが到達し得
るようにするためにＥ面フオールデツドハイブリ
ツドジヤンクシヨン７２のＥポートに高域通過フ
イルタ７４を接続することが好ましい。この
TE₀₁高周波数受信信号はアンテナ６０において
受信された方位トラツキング信号を表わしてい
る。

以上第４図にブロツクダイアグラムで示したよ
うに、本発明のフイードシステムは、モノパル
ス・トラツキング受信機への３つのトラツキング
誤差信号を発生し、また異なる周波数におけるダ
ウンリンク伝送信号を発生するのに単一のアンテ
ナだけを使用できるようにする信号モード分離の
ための独特な効率的手段を提供する。以下に第５
図乃至第８図に示すフイードシステムの１実施例
の物理的表示を参照しつつ本発明のフイードシス
テムがどのように動作するかを詳述する。

第５図は、第４図にブロツクダイアフラムで示
したトライモード結合器フイードシステムの斜視
図であつて、結合器８０は直径Ａの円形導波管区
分８２、及び前述のようにアンテナ６０と連結さ
れる適当なフランジ８３を備えている。円形導波
管区分８２に沿つて（この区分の中間に）２ポー
ト・ターンスタイルジヤンクシヨン８４が配置さ
れている（詳細に関しては後述する）。ターンス
タイルジヤンクシヨン８４の中心と導波管区分８
２の遠い方の端との間の距離は、第５図にL₁で
示してある。

フランジ８３から遠い方の円形導波管区分８２
の端は、直径がＢで長さがL₂の別の円形導波管
区分８６と一体に形成されている。この直径Ｂの
円形導波管区分は第４図で説明したビロウカツト
オフ円形導波管ブロツク６４に相当し、以後はカ
ツトオフ導波管区分８６と呼ぶ。第５図に示すよ
うに、カツトオフ導波管区分８６の遠い方の端
は、この実施例では約30GHzの受信信号帯周波数
において最適性能が得られるように調整されてい
るＥ面フオールデツドハイブリツドジヤンクシヨ
ン８８に接続されている。ターンスタイルジヤン
クシヨン８４の矩形導波管部材９２と９４とが合
体して壁１０４（第８図参照）によつて対称的に
分離されているデユアルポート１０３及び１０５
を形成している点においてターンスタイルジヤン
クシヨン８４に第２のＥ面フオールデツドハイブ
リツドジヤンクシヨン９０が接続されている。矩
形導波管区分９２及び９４の他端は、円形導波管
区分８２内に直径方向に対向して設けられている
矩形アパーチヤと整合して結合されている。これ
らの各アパーチヤは第５図に破線で示すように偏
波グリツド９５を含んでいる。前述のように、偏
波グリツド９５は高周波数のTMモードの電界の
縦方向成分を抑圧するように含まれているのであ
り、従つてこのモードは導波管区分８２の縦軸に
沿つてフオールデツドハイブリツドジヤンクシヨ
ン８８に向つてのみ伝播できるようになる。

フオールデツドハイブリツドジヤンクシヨン８
８はＥポート９６及びＨポート９８を備えてい
る。同様に、フオールデツドハイブリツドジヤン
クシヨン９０はＥポート１００及びＨポート１０
２を備えている。後述するような本発明の独特な
モード分離能力のために、ハイブリツド８８のＥ
ポート９６は、例えば30GHzの高い周波数におけ
るアツプリンク和チヤンネルに対応する出力信号
をTE^H ₁₁モードで供給する。同様に、ハイブリツ
ド８８のＨポート９８は高周波数信号の仰角チヤ
ンネルに対応するTM₀₁モード信号を供給する。
一方ハイブリツド９０のＥポート１００はアツプ
リンク高周波数信号の方位角チヤンネルに対応す
るTE₀₁モード信号を供給する。ハイブリツド９
０のＨポート１０２は、18GHzのような低い周波
数におけるダウンリンク伝送のための信号を入力
するのに適している。例えば、ダウンリンク和チ
ヤンネルに対応するTE^V ₁₁モード信号をコミユニ
ケーシヨン或はトラツキングのために地上局によ
つて使用することができる。また第５図のハイブ
リツド９０のＥポート１００から供給される信号
を適当な高域通過フイルタに結合してアツプリン
ク方位チヤンネル誤差信号とダウンリンク信号と
の間の周波数分離を確実にすることが好ましい。

第５図に実施例で示す本発明のトライモード結
合器が３つのアツプリンクモード及び低い周波数
におけるダウンリンクモードの分離を行なう様子
を以下に第６図乃至第８図を参照して詳述する。

第６図乃至第８図に基づく本発明のトライモー
ド結合器のモード分離特性の説明は、1965年にジ
ヨン・ウイリー・アンド・サンズから刊行された
Ramo，Whinnery及びVan Duzer著「コミユニ
ケーシヨンエレクトロニクスにおける場と波」内
の表8.02及び8.04に記載されているような、円形
及び矩形導波管伝送モードの公知の記述によつて
いるものであることを理解されたい。更に、円形
導波管区分８６のカツトオフ周波数特性は前述の
図書の431頁の図8.04aに示されているような円形
導波管内の波の公知の周波数カツトオフ挙動に基
づいていることも理解されたい。

これらの公知の導波管特性を念頭におけば、高
周波数TE^H ₁₁モードが容易に大径円形導波管区分
８２及び小径円形導波管区分８６を通つて伝播し
てＥ面フオールデツドハイブリツドジヤンクシヨ
ン８８に達し、Ｅポート９６において利用可能と
なることが理解されよう。同様に、同じ高周波数
のTM₀₁モードも容易に同じ通路を伝播する。
TM₀₁モードはTE^H ₁₁モードよりも若干高いカツト
オフ周波数を有しているだけであるから、TM₀₁
モード信号も小径円形導波管区分８６を通つてハ
イブリツド８８まで伝播し、このハイブリツド８
８のデユアルポート９１及び９３にTE₀₁矩形導
波管モードの２つの逆相成分となつて現われる。
デユアル・ポート９１及び９３は第７図に断面を
示してある。ハイブリツド８８のこれらの２つの
デユアルポートは、公知のようにしてポート９８
の側壁と平行な面内に配置されている対称的に位
置ぎめされた壁８９によつて分離されている。そ
の結果TM₀₁モードで伝播して来たエネルギはハ
イブリツド８８のＨポート９８から出て来る。壁
８９は、ダウンリンク周波数においてTE^V ₁₁モー
ドに対して短絡回路となる。

ダウンリンク伝送用低周波数TE^V ₁₁信号とTE₀₁
モード受信信号が本発明によつて分離される方法
は第８図に良く示されている。第８図において、
破線矢印はTE₀₁モード信号の電界を表わし、実
線矢印はTE^V ₁₁モード低周波数信号の電界を表わ
している。図示のように、ハイブリツド９０のＨ
ポート１０２に印加されたTE^V ₁₁モード低周波数
信号は、水平壁１０４によつて分離されたハイブ
リツドのポート１０３及び１０５に２つの逆相成
分１０６及び１０７として分解される。実線矢印
で示されているこれら２つの逆相成分はそれぞれ
矩形導波管区分９２及び９４に沿つて伝播し、大
径円形導波管区分８２において同相に加え合わさ
れる。これで低周波数信号はアンテナ６０に結合
されるのである。

30GHzのような高周波数のTE₀₁モードで円形
導波管区分８２に印加される受信方位トラツキン
グ信号は、第８図に示すように導波管区分８２内
で円形電界となる。このTE₀₁モードエネルギは
ターンスタイルジヤンクシヨン８４の両区分９２
及び９４内を伝播し、破線矢印で示すような２つ
の逆相成分になる。しかし、これら２つの成分が
デユアルポート１０３及び１０５に到達した時に
はこれらは同相となり、ハイブリツド９０のＥポ
ート１００にTE₀₁モード出力信号となるように
組合わされる。

TE₀₁モードとTE^V ₁₁モードの結合の効率は、本
発明の円形導波管区分の寸法、即ち長さL₁及び
L₂、及び直径Ａ及びＢに大きく依存する。直径
Ａは導波管区分８２が３つのモードの全てを伝播
させ得るように充分に大きくなければならない。
ターンスタイルジヤンクシヨン８４の中心点から
導波管区分８２及び８６のジヤンクシヨンまでの
長さL₁は、高周波数TE₀₁モード信号に対する区
分８２の半波導波管長λgの倍数でなければなら
ない。カツトオフ導波管区分８６の長さL₂は、
長さL₁＋L₂がTE^V ₁₁モード低周波数信号に対して
90゜の奇数倍となるようにした後に、この和から
長さL₁を差引くことによつて決定する。このよ
うにすると、長さL₁は、円形導波管区分８２及
び８６からターンスタイルジヤンクシヨン８４の
矩形導波管区分９２及び９４までTE₀₁信号に最
適の結合を与えるようになる。長さL₁及びL₂は
また、後述するように、Ｅ面フオールデツドハイ
ブリツドジヤンクシヨン８８によつて反射される
TE^V ₁₁信号エネルギと、Ｅ面フオールデツドハイ
ブリツドジヤンクシヨン９０から直接アンテナ６
０に結合されるTE^V ₁₁信号エネルギとの同相結合
にも係つている。従つてL₁は、アツプリンク伝
送に用いられる周波数において直径Ａの導波管区
分８２のTE₀₁モードの半波長の倍数となるよう
に選択しなければならない。その結果、カツトオ
フ導波管区分８６によつて生ずる高い定在波比に
より反射されるTE₀₁モード信号エネルギがアン
テナからの直接結合TE₀₁モードのエネルギと同
相で加え合わされ、ハイブリツド９０への効率的
な信号エネルギの転送が得られるようになる。同
様に、カツトオフ導波管区分８６の直径である寸
法Ｂは、アツプリンク周波数のTE₀₁モード及び
TE^H ₁₁モードの信号のカツトオフ周波数よりは高
いが高周波数TE₀₁モード信号のカツトオフ周波
数よりは低いカツトオフ周波数が得られるように
選択しなければならない。第８図に示すように、
偏波グリツド９５は高周波数信号の電界の縦方向
成分を抑圧し、その結果、ダウンリンク伝送信号
に垂直な偏波のTM₀₁モード並びにTE^H ₁₁モードは
ターンスタイルジヤンクシヨン８４の矩形導波管
区分９２内に伝播することはできなくなる。

本発明の好ましい実施例に関する以上の説明か
ら本発明のマルチモード結合器が、全てが同一の
周波数で、異なる円形導波管モードの３つの到来
直線偏波信号を分離する高効率手段となつてお
り、これらのモードを保持できる単一のアンテナ
だけと共に動作するにも拘わらずモノパルス・ト
ラツキング受信機に必要不可欠の誤差トラツキン
グ信号を供給するものであることが理解されよ
う。更に、本発明が全く同じフイードシステム及
びアンテナによつて別の周波数における附加的な
ダウンリンク信号を発生する手段をも提供してい
ることも理解されたであろう。

以上の説明から本発明の独特で効率的なマルチ
モードフイードシステムの全容が明白となつたで
あろう。本発明は特定的にはモノパルス・トラツ
キングシステムに用いるようになつており、特に
衛星トラツキングシステムに使用すると有利であ
る。本発明の新らしい特色の結果、３つの導波管
モードを保持できる単一のアンテナを用いて高効
率直線偏波信号モノパルス・トラツキングシステ
ムを計画することが可能となつた。これらのモー
ドはモノパルス・トラツキング受信機の和信号仰
角信号及び方位角信号に相当する。

独特なマルチモードシステムの結合器構造のお
かげで単一のアンテナだけと共に動作することが
より有利であることも明白であろう。更に複数の
アンテナのそれぞれのビームの分離に起因してト
ラツキング精度の低下を招来するようなマルチア
ンテナアレー或はマルチアパーチヤアレーを使用
していた従来のモノパルス・トラツキングシステ
ムにおける諸問題は本発明により排除される。本
発明により単一のアンテナと共に用いてトラツキ
ング効率を改善できた結果、15GHzよりも高い周
波数で豪雨中にも重大な劣化を呈さない直線偏波
を有する信号を使用することが可能となつたので
ある。

トラツキングするに必要なモードの発生という
点から本発明の装置がどのように作動するかを説
明する。第９図を参照する。アンテナの口腔に到
来する水平偏波は円形導波管８２の軸に完全に垂
直であり、従つてこの導波管には高次モードは発
生しない。このことは異なるパターンは存在しな
いことを意味している。この到来波によつて生じ
る基本TE₁₁モードは、ターンスタイルジヤンク
シヨンアーム８４，９４ポートに対する基本
TE₁₁モードの向きから考えてターンスタイルジ
ヤンクシヨンアーム８４，９４へ結合することは
ない。基本TE₁₁モードはフオールデツドハイブ
リツド８８に向かつて進み、これに到達する。第
７図に示す隔壁８９は、基本TE₁₁モードのＥベ
クトルに対する向きから考えて基本TE₁₁モード
を阻止することはない。

次に、Ｚ・Ｙ面に含まれるＥベクトルを含む方
向で斜めに水平偏波が到来する場合（場合）を
考える。この場合にはＥベクトルのＹ成分（すな
わち、水平成分）によりTE₁₁モードが導波管８
２に現れる。小さいEz成分が現れ、この場合そ
れによりTMモードが導波管に現れる。導波管８
２の直径は最低次のTM₀₁モードだけを支持する
よう設計されていて、このモードはフオールデツ
ドハイブリツド８８に向かつて進行し、ポート９
８に現れる。

磁気ベクトルがＸ・Ｚ面内に含まれている場合
（場合）、ＨベクトルのＺ成分によりTE波が導
波管に現れる。導波管８２の直径はTE₁₁、TM₀₁
そしてTE₀₁モードを支持する大きさとなつてい
る。導波管８６はTE₀₁モードを支持するには小
さ過ぎ、２本の導波管８２，８６の接合部からこ
のモードは反射される。これらの波はハイブリツ
ド９０の入力に同相もしくは逆相で到達し、ポー
ト１０２に結合する。

以上に本発明の特定の実施例を説明したが、当
業者ならば本発明の他の多くの実施例も考案でき
ることは明白であろう。例えば、上記の説明から
高効率のマルチモード性能を保ちつつ本発明を構
成している導波管デバイスの信号周波数、ジオメ
トリ及び型に種々の変更を加え得ることは明白で
ある。従つてこの実施例が本発明を限定するもの
ではないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、モノパルス・トラツキングシステム
に用いられる従来のアンテナ及びフイードシステ
ムのブロツクダイアグラムであり、第２図及び第
３図は、モノパルス・トラツキングシステムに用
いられる従来の複数のアンテナアレーフイードの
前面図であり、第４図は、本発明によるフイード
システムのブロツクダイアグラムであり、第５図
は、本発明の好ましい実施例の斜視図であり、第
６図は、明示するために一部を除去して示す本発
明の側面図であり、第７図は、第６図の７−７矢
視断面図であり、そして第８図は、第６図の８−
８矢視断面図である。第９図は到来波と絞つたホ
ーンアンテナとの相対的な位置関係を示す略図で
ある。１０…モノパルス・トラツキングシステム、１
２，１４，１６，１８，３２，３４，３６，３
８，４２，４４，４６，４８，５０…ホーンアン
テナ、２０，２２，２４，２６…ハイブリツドジ
ヤンクシヨン、３０，４０…アンテナアレー（以
上従来システム）、６０…アンテナ、６２……２
ポート・ターンスタイルジヤンクシヨン、６４…
ビロウカツトオフ円形導波管、６６，７２…Ｅ面
フオールデツドハイブリツドジヤンクシヨン、６
８，７０…偏波グリツド、７４…高域通過フイル
タ（以上ブロツクダイアグラム）、８０…トライ
モード結合器、８２…第１の円形導波管区分、８
３…フランジ、８４…ターンスタイルジヤンクシ
ヨン、８６…第２の（カツトオフ）導波管区分、
８８…第１のＥ面フオールデツドハイブリツドジ
ヤンクシヨン、８９…壁、９０…第２のＥ面フオ
ールデツドハイブリツドジヤンクシヨン、９１，
９３…デユアルポート、９２，９４…矩形導波管
区分、９５…偏波グリツド、９６…Ｅポート、９
８…Ｈポート、１００…Ｅポート、１０２…Ｈポ
ート、１０３，１０５…デユアルポート、１０４
…壁、１０６，１０７…電界成分。

Claims

【特許請求の範囲】１アンテナ６０に接続される円形導波管区分８
２、この円形導波管区分８２に偏波グリツド９５を
介して接続された２ポート・ターンスタイルジヤ
ンクシヨン８４、前記の円形導波管区分８２へ接続されたビロウ
カツトオフ円形導波管８６、このビロウカツトオフ円形導波管８６に接続さ
れた第１のＥ面フオールデツドハイブリツドジヤ
ンクシヨン８８、前記の２ポート・ターンスタイルジヤンクシヨ
ン８４へ接続されている第２のＥ面フオールデツ
ドハイブリツドジヤンクシヨン９０を備え、前記の２ポート・ターンスタイルジヤンクシヨ
ン８４は方位角誤差トラツキング信号を有してい
るTE₀₁モードを分離して前記の第２のＥ面フオ
ールデツドハイブリツドジヤンクシヨン９０のＥ
ポート１００から送出し、前記のビロウカツトオ
フ円形導波管８６は和信号を有しているTE^H ₁₁モ
ードと仰角誤差トラツキング信号を有している
TM₀₁モードとを通過させ、前記の第１のＥ面フ
オールデツドハイブリツドジヤンクシヨン８８の
Ｈポートから前記のTM₀₁モードを送出させ、そ
してＥポートから前記のTE^H ₁₁モードを送出させ
ることを特徴とした３つの導波管伝播モードの直
線偏波電磁波エネルギをモノパルス・トラツキン
グ受信機を含む送受信システムとアンテナとの間
で結合する装置。