JPH071848B2 - 円偏波放射システム - Google Patents
円偏波放射システムInfo
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- JPH071848B2 JPH071848B2 JP2079086A JP7908690A JPH071848B2 JP H071848 B2 JPH071848 B2 JP H071848B2 JP 2079086 A JP2079086 A JP 2079086A JP 7908690 A JP7908690 A JP 7908690A JP H071848 B2 JPH071848 B2 JP H071848B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
- H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
- H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
- H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
Description
【発明の詳細な説明】 この発明はアレイ状に配列された放射器群からの円偏波
の放射に関し、特にアレイアンテナの放射器群において
隣接する円筒状の放射器間での干渉偏波を禁止する技術
に関する。
の放射に関し、特にアレイアンテナの放射器群において
隣接する円筒状の放射器間での干渉偏波を禁止する技術
に関する。
通信システムではアンテナを用いて長距離通信を行う場
合が多い。例えば、地球を回る衛星を用いた通信システ
ムでは衛星と地球上の送／受信ステーションとの間のマ
イクロ波電磁リンクを用いることができる。明確に規定
されたマイクロ波を得るために、通常アレイ状に配列さ
れた複数の放射素子すなわち放射器群から成るアンテナ
を衛星に取り付けている。通常、マイクロ波エネルギの
反射器が放射器群の全面に設けられ放射を集束させて地
球上のステーションに、所望の幅狭のビームを指向させ
ている。
合が多い。例えば、地球を回る衛星を用いた通信システ
ムでは衛星と地球上の送／受信ステーションとの間のマ
イクロ波電磁リンクを用いることができる。明確に規定
されたマイクロ波を得るために、通常アレイ状に配列さ
れた複数の放射素子すなわち放射器群から成るアンテナ
を衛星に取り付けている。通常、マイクロ波エネルギの
反射器が放射器群の全面に設けられ放射を集束させて地
球上のステーションに、所望の幅狭のビームを指向させ
ている。
通信システムで使用される放射信号の形態の１つに円偏
波信号がある。１つの放射器は時計方向すなわち左回り
円偏波と、反時計方向すなわち右回りの円偏波とを同時
に放射することができる。この場合、１つの円偏波の磁
界を他の円偏波の磁界に直交もしくは垂直にして、２つ
の波を互いに干渉を生じないようにして受信することが
望ましい。これにより、２つの異なる信号を同じキャリ
ア周波数で送信することができるので、周波数スペクト
ルを増やさずに通信リンクのデータ容量を２倍にするこ
とができる。従って、通信システムでは、チャンネル容
量を増やすために直交円偏波群を同時に発生するための
マイクロ波構成が採用されている。
波信号がある。１つの放射器は時計方向すなわち左回り
円偏波と、反時計方向すなわち右回りの円偏波とを同時
に放射することができる。この場合、１つの円偏波の磁
界を他の円偏波の磁界に直交もしくは垂直にして、２つ
の波を互いに干渉を生じないようにして受信することが
望ましい。これにより、２つの異なる信号を同じキャリ
ア周波数で送信することができるので、周波数スペクト
ルを増やさずに通信リンクのデータ容量を２倍にするこ
とができる。従って、通信システムでは、チャンネル容
量を増やすために直交円偏波群を同時に発生するための
マイクロ波構成が採用されている。
特に重要なのは、ある周波数で信号を送信し、受信時に
は送信周波数よりも高い第２周波数で信号を受信するア
レイアンテナである。送信信号には左回りおよび右回り
の両方の円偏波が用いられ、受信信号は左回りおよび右
回りの円偏波が用いられる。マイクロ波放射の受信ビー
ムおよび送信ビームに所望の指向性を持たせることは重
要である。
は送信周波数よりも高い第２周波数で信号を受信するア
レイアンテナである。送信信号には左回りおよび右回り
の両方の円偏波が用いられ、受信信号は左回りおよび右
回りの円偏波が用いられる。マイクロ波放射の受信ビー
ムおよび送信ビームに所望の指向性を持たせることは重
要である。
良く知られているように、アレイ状の放射器群の各放射
器の中心から中心までの距離は所望の放射パターンを得
る上で重要なパラメータである。ここでは特定の放射間
隔、すなわち送信波長に等しい間隔にする。受信放射は
送信放射に比べて周波数が高いので放射器の実効間隔は
受信放射の１波長よりも大きい。さらに、本発明で考え
ているアレイは円筒状の放射器を並列に配列している。
一般に、このような円筒状の放射器は薄壁円形導波管の
円弧形セクションとして構成される。
器の中心から中心までの距離は所望の放射パターンを得
る上で重要なパラメータである。ここでは特定の放射間
隔、すなわち送信波長に等しい間隔にする。受信放射は
送信放射に比べて周波数が高いので放射器の実効間隔は
受信放射の１波長よりも大きい。さらに、本発明で考え
ているアレイは円筒状の放射器を並列に配列している。
一般に、このような円筒状の放射器は薄壁円形導波管の
円弧形セクションとして構成される。
円筒導波管の主モードであるTE波の電界は、放射器の放
射開口間の完全線形性から多少ずれる場合がある。例え
ば、放射開口の中心に位置する電界ベクトルは完全に直
線にすることができるが、前記中心ベクトルの右および
左に位置する電界ベクトルは一部曲がる。理想的には、
放射開口面における１つの円偏波の電界ベクトルはすべ
て曲線より直線すなわち線形でなければならず、他の円
偏波に対応する電界ベクトルに対して垂直でなければな
らない。しかしながら、各波の電界の曲がりにより、あ
る波の小さなベクトル成分が他の波の小さなベクトル成
分と平行になり、地上のステーションまたは衛星で各波
を受信する際に信号のクロスカップリングを生じる。こ
のようなクロスカップリングすなわち干渉偏波は、アレ
イアンテナにより通信される信号を高品質に受信するた
めに、できるだけ生じないようにする必要がある。上記
問題は、アレイ状に配列された放射器群からの送信の場
合だけでなく、単一の放射器からの送信の場合にも生じ
る。
射開口間の完全線形性から多少ずれる場合がある。例え
ば、放射開口の中心に位置する電界ベクトルは完全に直
線にすることができるが、前記中心ベクトルの右および
左に位置する電界ベクトルは一部曲がる。理想的には、
放射開口面における１つの円偏波の電界ベクトルはすべ
て曲線より直線すなわち線形でなければならず、他の円
偏波に対応する電界ベクトルに対して垂直でなければな
らない。しかしながら、各波の電界の曲がりにより、あ
る波の小さなベクトル成分が他の波の小さなベクトル成
分と平行になり、地上のステーションまたは衛星で各波
を受信する際に信号のクロスカップリングを生じる。こ
のようなクロスカップリングすなわち干渉偏波は、アレ
イアンテナにより通信される信号を高品質に受信するた
めに、できるだけ生じないようにする必要がある。上記
問題は、アレイ状に配列された放射器群からの送信の場
合だけでなく、単一の放射器からの送信の場合にも生じ
る。
上記問題点は、単一もしくはアレイの一部の放射器を、
直径の異なる２つの円筒状導波管セクション間に遷移部
を有するように構成することにより克服することがで
き、また他の利点も得られる。一方のセクション、すな
わち前部セクションは遷移の順方向に延伸し放射器とし
て作用する。他の導波管セクション、すなわち後部セク
ションは遷移の逆方向に延伸し、1/4波長板、すなわち
偏波器と、２つの入力マイクロ波信号を導波管セクショ
ンの後壁および側壁に結合して直角に偏波したTE波を得
るためのオルソモードトランスデューサを収納する。こ
の２つの波は1/4波長板を介して順方向に伝搬する。1/4
波長板は公知のように板の軸が異なると伝搬速度が異な
り、各波の電界ベクトルを回転させる。これにより各波
から円偏波放射が生じる。放射器の前面から見て一方の
波は時計方向に偏波し、他方の波は反時計方向に偏波す
る。導波管の後部セクションは前部セクションよりも直
径が小さく、前部セクションの直径のおよそ１波長であ
る。
直径の異なる２つの円筒状導波管セクション間に遷移部
を有するように構成することにより克服することがで
き、また他の利点も得られる。一方のセクション、すな
わち前部セクションは遷移の順方向に延伸し放射器とし
て作用する。他の導波管セクション、すなわち後部セク
ションは遷移の逆方向に延伸し、1/4波長板、すなわち
偏波器と、２つの入力マイクロ波信号を導波管セクショ
ンの後壁および側壁に結合して直角に偏波したTE波を得
るためのオルソモードトランスデューサを収納する。こ
の２つの波は1/4波長板を介して順方向に伝搬する。1/4
波長板は公知のように板の軸が異なると伝搬速度が異な
り、各波の電界ベクトルを回転させる。これにより各波
から円偏波放射が生じる。放射器の前面から見て一方の
波は時計方向に偏波し、他方の波は反時計方向に偏波す
る。導波管の後部セクションは前部セクションよりも直
径が小さく、前部セクションの直径のおよそ１波長であ
る。
この発明によれば、遷移部により各波のマイクロ波エネ
ルギーの一部が高次のTM波に変換される。このTE波は、
前部導波管セクションのエバネセント波である。TMモー
ドを伝搬モードにするには前部導波管セクションの直径
である１波長よりも大きな直径が必要である。１波長と
いうサイズの制限があるために高次のTM波は前部セクシ
ョンを通過するときに減衰する。減衰量は波の振幅の指
数関数形崩壊に従って、前部セクションの移動距離が増
大すると、増大する。
ルギーの一部が高次のTM波に変換される。このTE波は、
前部導波管セクションのエバネセント波である。TMモー
ドを伝搬モードにするには前部導波管セクションの直径
である１波長よりも大きな直径が必要である。１波長と
いうサイズの制限があるために高次のTM波は前部セクシ
ョンを通過するときに減衰する。減衰量は波の振幅の指
数関数形崩壊に従って、前部セクションの移動距離が増
大すると、増大する。
TM波の電界は円偏波TE波の電界ベクトルの干渉偏波成分
と相互作用して電界の曲がりを相殺することが観察され
た。これにより放射開口部間に直線すなわち線形の電界
ベクトルを生じる。それにより、干渉偏波に相関する信
号の望ましくないクロスカップリングを大幅に減らすこ
とができ、各円偏波の信号の通信が改善される。電界ベ
クトルの曲がりの相殺量は、TE波の電界の大きさがTE波
の曲がった電界ベクトルの干渉偏波成分に一致する精度
に依存する。
と相互作用して電界の曲がりを相殺することが観察され
た。これにより放射開口部間に直線すなわち線形の電界
ベクトルを生じる。それにより、干渉偏波に相関する信
号の望ましくないクロスカップリングを大幅に減らすこ
とができ、各円偏波の信号の通信が改善される。電界ベ
クトルの曲がりの相殺量は、TE波の電界の大きさがTE波
の曲がった電界ベクトルの干渉偏波成分に一致する精度
に依存する。
この発明の好適実施例では、相殺に必要な大きさより多
少大きめのTM波を得るように遷移パラメータを調節し、
次に前部導波管セクションの長さを適切に選択し、TM波
の大きさを縮小することにより所望の大きさのTM波を得
ることができる。振幅を縮小することにより所望の大き
さのTM波を放射器の放射口に生じさせることができ電界
の曲がりを正確に相殺することができる。この発明の第
１実施例では、遷移部は段状遷移部として構築され、第
２実施例では円錐状に拡がる遷移部として構築される。
少大きめのTM波を得るように遷移パラメータを調節し、
次に前部導波管セクションの長さを適切に選択し、TM波
の大きさを縮小することにより所望の大きさのTM波を得
ることができる。振幅を縮小することにより所望の大き
さのTM波を放射器の放射口に生じさせることができ電界
の曲がりを正確に相殺することができる。この発明の第
１実施例では、遷移部は段状遷移部として構築され、第
２実施例では円錐状に拡がる遷移部として構築される。
以下、この発明の実施例について詳細に述べる。
第１図において、アンテナ20は反射器26に対向する放射
器群24のアレイ22で構成される。放射器群24は基板28内
に指示され、反射器26は放射器群24と関連する位置に、
基板28から延在したアーム30により固定される。反射器
26は放物面のような湾曲した凹面状の反射面を有し、放
射器群24からの放射を集束してビーム32を形成するよう
に、アレイ22に面している。アレイ22は放射器群24によ
りビーム32を妨げないように反射面の中心軸からずれて
いる。
器群24のアレイ22で構成される。放射器群24は基板28内
に指示され、反射器26は放射器群24と関連する位置に、
基板28から延在したアーム30により固定される。反射器
26は放物面のような湾曲した凹面状の反射面を有し、放
射器群24からの放射を集束してビーム32を形成するよう
に、アレイ22に面している。アレイ22は放射器群24によ
りビーム32を妨げないように反射面の中心軸からずれて
いる。
アンテナは、放射器群24により送信および受信される信
号の処理、およびビーム32の形成のためのエレクトロニ
クスおよびマイクロ波回路網36を有するアンテナシステ
ム34の一部である。アンテナシステム34の使用例とし
て、この実施例では、地上40のステーション42と通信を
行うために地球を回る衛星38の一部としてアンテナシス
テム34が示されている。
号の処理、およびビーム32の形成のためのエレクトロニ
クスおよびマイクロ波回路網36を有するアンテナシステ
ム34の一部である。アンテナシステム34の使用例とし
て、この実施例では、地上40のステーション42と通信を
行うために地球を回る衛星38の一部としてアンテナシス
テム34が示されている。
第２図において回路36は、ビーム32の左回りおよび右回
り円偏波部をそれぞれ形成するための、放射器群24に接
続された２つのビーム形成器44および46を有する。回路
36はさらに２つの電力分割器48、50と、この電力分割器
48、50によりビーム形成器44、46にそれぞれ接続された
２つのトランシーバ52、54とを有する。発振器56は共通
のキャリア信号をトランシーバ52および54に供給して２
つのビーム形成器44および46により出力された信号の位
相の同期を取る。放射器群24とビーム形成器44、46は、
放射器群24から地上のステーション42への電磁信号の送
信中、および放射器群24による地上ステーション42から
の信号受信中に、相互に動作してビーム32を発生する。
各放射器24は放射器アセンブリ58の一部であり、各放射
器に１対１に対応して複数の放射器アセンブリ58が設け
られている。各放射器アセンブリ58は遷移部60、1/4波
長回転子62、およびオルソモードトランスデューサ64を
有している。遷移部60についてはさらに第３図および４
図に詳細に示す。第３図および第４図の60Aおよび60Bは
段状遷移実施例および円錐状に拡がった遷移実施例をそ
れぞれ示す。回転体62とトランスデューサ64は放射器ア
センブリ58の後部セクション66内に形成されている。後
部セクション66は直円柱の形状を有している。各アセン
ブリ58の放射器24はアセンブリ58の前面に直円柱導波管
のセクションとして形成されている。各アセンブリ58に
おいて、導波管の前部セクションおよび後部セクション
は遷移部60により結合されている。回転体62はトランス
デューサ64と遷移部60との間に配置されている。
り円偏波部をそれぞれ形成するための、放射器群24に接
続された２つのビーム形成器44および46を有する。回路
36はさらに２つの電力分割器48、50と、この電力分割器
48、50によりビーム形成器44、46にそれぞれ接続された
２つのトランシーバ52、54とを有する。発振器56は共通
のキャリア信号をトランシーバ52および54に供給して２
つのビーム形成器44および46により出力された信号の位
相の同期を取る。放射器群24とビーム形成器44、46は、
放射器群24から地上のステーション42への電磁信号の送
信中、および放射器群24による地上ステーション42から
の信号受信中に、相互に動作してビーム32を発生する。
各放射器24は放射器アセンブリ58の一部であり、各放射
器に１対１に対応して複数の放射器アセンブリ58が設け
られている。各放射器アセンブリ58は遷移部60、1/4波
長回転子62、およびオルソモードトランスデューサ64を
有している。遷移部60についてはさらに第３図および４
図に詳細に示す。第３図および第４図の60Aおよび60Bは
段状遷移実施例および円錐状に拡がった遷移実施例をそ
れぞれ示す。回転体62とトランスデューサ64は放射器ア
センブリ58の後部セクション66内に形成されている。後
部セクション66は直円柱の形状を有している。各アセン
ブリ58の放射器24はアセンブリ58の前面に直円柱導波管
のセクションとして形成されている。各アセンブリ58に
おいて、導波管の前部セクションおよび後部セクション
は遷移部60により結合されている。回転体62はトランス
デューサ64と遷移部60との間に配置されている。
オルソモードトランスデューサ64は公知の方法で構成さ
れ、方形断面で、後部導波管セクション66と、一端を接
する端壁を有する２つの導波管68および70から成る。導
波管68および70は狭壁により結合された、対向する広壁
を有する。広壁の幅と狭壁の幅の比率は２対１である。
TE波は各導波管68および70に伝搬し、電界は狭壁に平行
に生じる。導波管68は導波管セクション66の円筒側壁
は、放射器アセンブリ58の縦軸72に平行な導波管68の広
壁と一端を接している。導波管70は導波管セクション66
の端壁と一端を接し、放射器アセンブリ58の縦軸72の回
りを回転し、導波管70の広壁が導波管68の狭壁と対向す
る。導波管68および70の端壁は実質的に開いており、仮
想線74で示されるスロット74のようなスロットが作ら
れ、各導波管68、70の波の電界を導波管66のトランスデ
ューサ64に結合可能にする。導波管68および70の結合さ
れた２つの電界はそれぞれ76および78で示されている。
これら２つの電界は縦軸72に対して横方向に指向されて
いる。
れ、方形断面で、後部導波管セクション66と、一端を接
する端壁を有する２つの導波管68および70から成る。導
波管68および70は狭壁により結合された、対向する広壁
を有する。広壁の幅と狭壁の幅の比率は２対１である。
TE波は各導波管68および70に伝搬し、電界は狭壁に平行
に生じる。導波管68は導波管セクション66の円筒側壁
は、放射器アセンブリ58の縦軸72に平行な導波管68の広
壁と一端を接している。導波管70は導波管セクション66
の端壁と一端を接し、放射器アセンブリ58の縦軸72の回
りを回転し、導波管70の広壁が導波管68の狭壁と対向す
る。導波管68および70の端壁は実質的に開いており、仮
想線74で示されるスロット74のようなスロットが作ら
れ、各導波管68、70の波の電界を導波管66のトランスデ
ューサ64に結合可能にする。導波管68および70の結合さ
れた２つの電界はそれぞれ76および78で示されている。
これら２つの電界は縦軸72に対して横方向に指向されて
いる。
電界76および78は円筒導波管に伝搬するモードを有する
TE波の成分である。これらの波は軸72に沿って回転子62
の方向へ伝搬する。回転子の動作で知られているよう
に、回転子62の高速および低速透過光振動面は電界76お
よび78に関わる軸72に対してある角度に曲げられるの
で、各電界のある成分は高速透過光振動面に沿って伝搬
し、各電界の他の成分は低速透過光振動面に沿って伝搬
する。この結果、各円筒波の２つの成分間に90度の位相
差を生じる。この90度の位相ずれにより各円筒波の電界
ベクトルに回転が生じる。すなわち、導波管78から生じ
た電界76は左回りの円偏波により放射器24内を回転し、
導波管70により生じた電界は右回りの円偏波で放射器24
内を回転する。
TE波の成分である。これらの波は軸72に沿って回転子62
の方向へ伝搬する。回転子の動作で知られているよう
に、回転子62の高速および低速透過光振動面は電界76お
よび78に関わる軸72に対してある角度に曲げられるの
で、各電界のある成分は高速透過光振動面に沿って伝搬
し、各電界の他の成分は低速透過光振動面に沿って伝搬
する。この結果、各円筒波の２つの成分間に90度の位相
差を生じる。この90度の位相ずれにより各円筒波の電界
ベクトルに回転が生じる。すなわち、導波管78から生じ
た電界76は左回りの円偏波により放射器24内を回転し、
導波管70により生じた電界は右回りの円偏波で放射器24
内を回転する。
２つのビーム形成器44および46は同様に構成されてい
る。例えば、各ビーム形成器44、46はバトラーマトリク
スの位相シフタおよび電力分割器を相互接続する公知の
アレイとして構成することができる。種々の放射器アセ
ンブリ58の後部導波管セクション66の長さは、導波管68
および70に間隔を持たせるように変更することができ
る。図示していない減衰器、位相シフタあるいは遅延素
子をビーム形成器44、46の出力チャンネルに使用してビ
ーム形成器の出力チャンネル間の信号強度と位相を変更
して、ビーム形成器の出力ポートをオルソモードトラン
スデューサ64に相互接続するマイクロ波ラインの長さの
違いを補償するとともに後部導波管セクション66の長さ
の違いを補償する。
る。例えば、各ビーム形成器44、46はバトラーマトリク
スの位相シフタおよび電力分割器を相互接続する公知の
アレイとして構成することができる。種々の放射器アセ
ンブリ58の後部導波管セクション66の長さは、導波管68
および70に間隔を持たせるように変更することができ
る。図示していない減衰器、位相シフタあるいは遅延素
子をビーム形成器44、46の出力チャンネルに使用してビ
ーム形成器の出力チャンネル間の信号強度と位相を変更
して、ビーム形成器の出力ポートをオルソモードトラン
スデューサ64に相互接続するマイクロ波ラインの長さの
違いを補償するとともに後部導波管セクション66の長さ
の違いを補償する。
この発明によらなければ、放射器24の円偏波のいずれか
の電界は第５図に示すように一部が直線となり、一部が
曲がる。高次モードのTM波を曲げられた電界と結合する
ことにより、第５図に示すようにこの発明では曲がった
電界を直線化することができ、82に示すような直線の電
界を得ることができる。TM波の発生は遷移部60の手段に
より行われる。第３図の遷移部60Aの実施例では放射器
アセンブリ58の帯域は相対的に狭くなるが、第４図の遷
移部60Bの実施例の場合には、放射器アセンブリ58の帯
域は相対的に広くなる。
の電界は第５図に示すように一部が直線となり、一部が
曲がる。高次モードのTM波を曲げられた電界と結合する
ことにより、第５図に示すようにこの発明では曲がった
電界を直線化することができ、82に示すような直線の電
界を得ることができる。TM波の発生は遷移部60の手段に
より行われる。第３図の遷移部60Aの実施例では放射器
アセンブリ58の帯域は相対的に狭くなるが、第４図の遷
移部60Bの実施例の場合には、放射器アセンブリ58の帯
域は相対的に広くなる。
この発明の好適実施例は、受信に使用される周波数帯域
より低い周波数帯域で送信が行われる場合に使用され
る。第３図の遷移部60Aの狭帯域では、アンテナ20から
の信号の送信にしか使用することはできない。しかしな
がら、アンテナ20送／受信用に使用する場合、すなわち
送信を低い周波数帯域で行い、受信を高い周波数帯域で
行う場合には、第４図の遷移部60Bを放射器アセンブリ5
8の構築に使用することができる。この発明の好適実施
例の構成では、送信周波数帯域は11.771乃至12.105GHz
（ギガヘルツ）であり、受信周波数帯域は17.371乃至1
7.705GHzである。
より低い周波数帯域で送信が行われる場合に使用され
る。第３図の遷移部60Aの狭帯域では、アンテナ20から
の信号の送信にしか使用することはできない。しかしな
がら、アンテナ20送／受信用に使用する場合、すなわち
送信を低い周波数帯域で行い、受信を高い周波数帯域で
行う場合には、第４図の遷移部60Bを放射器アセンブリ5
8の構築に使用することができる。この発明の好適実施
例の構成では、送信周波数帯域は11.771乃至12.105GHz
（ギガヘルツ）であり、受信周波数帯域は17.371乃至1
7.705GHzである。
第３図の遷移部60Aの断面図、および第４図の遷移部60B
の断面図において、前部導波管セクションの内径、すな
わち放射器24は前記遷移部の両実施例において、1.000
インチである。放射器24の円筒壁は放射器の内径に比べ
て相対的に薄く、および30ミリの厚さであり、この結果
アレイ22の放射器群の中心から中心までの間隔をおよそ
１インチにすることができる。（第２図）放射器24、後
部導波管セクション66、およびアセンブリ58の遷移部60
は銅、青銅、あるいはアルミニウムのような金属から作
られる。アセンブリ58を支持する基板28も同じ金属を用
いて構成することができる。前記遷移部の両実施例の後
部導波管セクション66の内径は0.692インチである。遷
移部60Aにおいて、遷移部60Aの段部84から放射開口部88
までの放射器24の側壁の長さは0.675インチである。遷
移部60Bにおいて後部導波管セクション66は円錐曲線部8
8により放射器24から離間している。曲線部88は遷移部6
0Bの軸72に沿った長さが0.30インチである。遷移部60B
では放射器24の軸72に沿った長さは0.375インチであ
る。遷移部60Aにおける前述の寸法は送信帯域の中心周
波数、すなわち11.938GHzにおいて使用される。
の断面図において、前部導波管セクションの内径、すな
わち放射器24は前記遷移部の両実施例において、1.000
インチである。放射器24の円筒壁は放射器の内径に比べ
て相対的に薄く、および30ミリの厚さであり、この結果
アレイ22の放射器群の中心から中心までの間隔をおよそ
１インチにすることができる。（第２図）放射器24、後
部導波管セクション66、およびアセンブリ58の遷移部60
は銅、青銅、あるいはアルミニウムのような金属から作
られる。アセンブリ58を支持する基板28も同じ金属を用
いて構成することができる。前記遷移部の両実施例の後
部導波管セクション66の内径は0.692インチである。遷
移部60Aにおいて、遷移部60Aの段部84から放射開口部88
までの放射器24の側壁の長さは0.675インチである。遷
移部60Bにおいて後部導波管セクション66は円錐曲線部8
8により放射器24から離間している。曲線部88は遷移部6
0Bの軸72に沿った長さが0.30インチである。遷移部60B
では放射器24の軸72に沿った長さは0.375インチであ
る。遷移部60Aにおける前述の寸法は送信帯域の中心周
波数、すなわち11.938GHzにおいて使用される。
遷移部60Aおよび60Bを含むトランスデューサ60の動作に
おいて、後部導波管セクション66内に作られる波を伝搬
させる主モードは送信帯域ではTE11モードである。これ
は、その他のモードは上述した直径の円筒導波管では存
在しないからである。送信帯域の中心周波数において、
後部導波管セクション66の内径は自由空間波長のおよそ
70％である。上述したように、放射器24の直径は１自由
空間波長に等しい。従って、前部導波管セクションの断
面積は後部導波管セクションの断面積のおよび２倍であ
る。60Aあるいは60Bのいずれの場合にも遷移部60の効果
は高次のTM波、すなわちTM11モードを発生することであ
る。
おいて、後部導波管セクション66内に作られる波を伝搬
させる主モードは送信帯域ではTE11モードである。これ
は、その他のモードは上述した直径の円筒導波管では存
在しないからである。送信帯域の中心周波数において、
後部導波管セクション66の内径は自由空間波長のおよそ
70％である。上述したように、放射器24の直径は１自由
空間波長に等しい。従って、前部導波管セクションの断
面積は後部導波管セクションの断面積のおよび２倍であ
る。60Aあるいは60Bのいずれの場合にも遷移部60の効果
は高次のTM波、すなわちTM11モードを発生することであ
る。
この発明の重要な特徴によれば、放射器24の１波長径は
小さすぎてTM11モードの伝搬を維持できない。それゆ
え、TM11モードは送信周波数帯域では感知しにくく、放
射器24の後端部の遷移部60Aもしくは60Bから放射器前端
部の放射開口86までの軸72に沿った距離の関数としての
TM波の振幅に指数関数形崩壊を生じる。送信周波数帯域
よりもほぼ50％大きな中心周波数を有する受信周波数帯
域では、放射器24の直径は波長を測定するのに十分大き
いので放射器24の前端部の放射開口部86から放射器を介
して放射器24後端部遷移部60Bに、TM11モードのTM波が
伝搬可能となる。遷移部60Bの円錐形状により十分な帯
域が得られるので受信周波数帯域の電磁エネルギーを放
射器24から後部導波管セクション66に伝搬することがで
きる。しかしながら、段状のきわめて狭い帯域を有する
遷移部60Aでは、放射器アセンブリ58の帯域が減少する
ので送信および受信の両周波数帯域でその使用が不可能
になる。それゆえ、上述したように遷移部60Aを使用す
る場合には、送信帯域への使用に制限される。
小さすぎてTM11モードの伝搬を維持できない。それゆ
え、TM11モードは送信周波数帯域では感知しにくく、放
射器24の後端部の遷移部60Aもしくは60Bから放射器前端
部の放射開口86までの軸72に沿った距離の関数としての
TM波の振幅に指数関数形崩壊を生じる。送信周波数帯域
よりもほぼ50％大きな中心周波数を有する受信周波数帯
域では、放射器24の直径は波長を測定するのに十分大き
いので放射器24の前端部の放射開口部86から放射器を介
して放射器24後端部遷移部60Bに、TM11モードのTM波が
伝搬可能となる。遷移部60Bの円錐形状により十分な帯
域が得られるので受信周波数帯域の電磁エネルギーを放
射器24から後部導波管セクション66に伝搬することがで
きる。しかしながら、段状のきわめて狭い帯域を有する
遷移部60Aでは、放射器アセンブリ58の帯域が減少する
ので送信および受信の両周波数帯域でその使用が不可能
になる。それゆえ、上述したように遷移部60Aを使用す
る場合には、送信帯域への使用に制限される。
第５図に示したように、この発明の動作理論では、80で
示される電界の曲がり部分は82に示すように直線化され
なければならない。電界の屈曲部分は２つのベクトル成
分により表すことができる。１つは電界の一般的方向に
平行であり、他の１つは電界の一般的方向に直交する方
向である。この横方向の成分は反対向きの円偏波の電界
に平行であるので２つの波の干渉偏波を生じ、その結
果、２つの信号の通信中に２つの偏波の信号間で干渉を
生じる。TM11モードの電界の方向は屈曲した電界の横成
分を相殺する方向なので所望の直線電界が得られる。主
TE11モードの振幅のおよそ６％に等しいTM11モードの振
幅は電界の望ましくない屈曲部を取り除くように電界の
横成分を相殺するのに適当な値である。この発明の実施
例では、遷移部60のサイズは上述の６パーセントより大
きなTM11モードの振幅が得られるように選択される。放
射器24の前部導波管セクションの長さは、所望の６％の
値になるようにTM波振幅を減衰するように選択される。
これにより電界の屈曲部を大幅に減少することができ
る。しかしながら、経験的には、放射器24の長さをさら
に調節することにより、TM波の電界成分を屈曲した電界
ベクトルの横成分により正確に一致させることができ
る。
示される電界の曲がり部分は82に示すように直線化され
なければならない。電界の屈曲部分は２つのベクトル成
分により表すことができる。１つは電界の一般的方向に
平行であり、他の１つは電界の一般的方向に直交する方
向である。この横方向の成分は反対向きの円偏波の電界
に平行であるので２つの波の干渉偏波を生じ、その結
果、２つの信号の通信中に２つの偏波の信号間で干渉を
生じる。TM11モードの電界の方向は屈曲した電界の横成
分を相殺する方向なので所望の直線電界が得られる。主
TE11モードの振幅のおよそ６％に等しいTM11モードの振
幅は電界の望ましくない屈曲部を取り除くように電界の
横成分を相殺するのに適当な値である。この発明の実施
例では、遷移部60のサイズは上述の６パーセントより大
きなTM11モードの振幅が得られるように選択される。放
射器24の前部導波管セクションの長さは、所望の６％の
値になるようにTM波振幅を減衰するように選択される。
これにより電界の屈曲部を大幅に減少することができ
る。しかしながら、経験的には、放射器24の長さをさら
に調節することにより、TM波の電界成分を屈曲した電界
ベクトルの横成分により正確に一致させることができ
る。
発生されるTM波の量は遷移部の大きさ、すなわち放射器
24の内径と後部導波管セクション66の内径との比、およ
び遷移部の物理形状に依存する。前記内径の比が大きく
なればなるほどTM波の振幅も大きくなる。所定の内径比
が与えられると、遷移部60Aの段形状は円錐状に拡がる
遷移部60Bよりも大きな振幅のTM波を作る。この結果、
第３図の放射器24の軸長は第４図の対応する長さよりも
長い。言い替えれば0.675インチ対0.375インチであり、
第４図の実施例に比べて第３図の実施例で要求されるTM
磁界をさらに減衰させる。この発明の原理は固体誘電材
料から成る導波管のような他の円筒導波管にも適用でき
る。
24の内径と後部導波管セクション66の内径との比、およ
び遷移部の物理形状に依存する。前記内径の比が大きく
なればなるほどTM波の振幅も大きくなる。所定の内径比
が与えられると、遷移部60Aの段形状は円錐状に拡がる
遷移部60Bよりも大きな振幅のTM波を作る。この結果、
第３図の放射器24の軸長は第４図の対応する長さよりも
長い。言い替えれば0.675インチ対0.375インチであり、
第４図の実施例に比べて第３図の実施例で要求されるTM
磁界をさらに減衰させる。この発明の原理は固体誘電材
料から成る導波管のような他の円筒導波管にも適用でき
る。
アンテナシテスム34の動作に関して、２つの円偏波は電
界ベクトル76、78（第２図）の直交関係により互いに独
立に伝搬する。放射器アセンブリ58の横平面では２つの
電界ベクトルは互いに垂直である。受信中にオルソモー
ドトランスデューサ64は２つの円偏波を分離するので、
一方の波により搬送される信号は導波管68経由で出力さ
れ、他方の波で搬送される信号は導波管70経由で出力さ
れる。各放射器アセンブリ58のオルソモードトランスデ
ューサ64からの信号はビーム形成器46、44において結合
され、電力分割器50および48によりそれぞれトランシー
バ54および52に印加され、２つの信号が別個に受信され
る。送信時には２つの信号はトランシーバ54、52により
別個に発生され薄波管68および70を介して放射器アセン
ブリ58に結合される。送信中は、２つの円偏波信号から
のエネルギは高次のTMモードに変換され電界の屈曲を相
殺し、それにより各放射器24の干渉偏波を除去して２つ
の円偏波信号により搬送される信号間に干渉が生じない
ようにしている。
界ベクトル76、78（第２図）の直交関係により互いに独
立に伝搬する。放射器アセンブリ58の横平面では２つの
電界ベクトルは互いに垂直である。受信中にオルソモー
ドトランスデューサ64は２つの円偏波を分離するので、
一方の波により搬送される信号は導波管68経由で出力さ
れ、他方の波で搬送される信号は導波管70経由で出力さ
れる。各放射器アセンブリ58のオルソモードトランスデ
ューサ64からの信号はビーム形成器46、44において結合
され、電力分割器50および48によりそれぞれトランシー
バ54および52に印加され、２つの信号が別個に受信され
る。送信時には２つの信号はトランシーバ54、52により
別個に発生され薄波管68および70を介して放射器アセン
ブリ58に結合される。送信中は、２つの円偏波信号から
のエネルギは高次のTMモードに変換され電界の屈曲を相
殺し、それにより各放射器24の干渉偏波を除去して２つ
の円偏波信号により搬送される信号間に干渉が生じない
ようにしている。
上述した送信および受信周波数帯域の値の場合には、直
径１インチの放射器を使用することにより、送信帯域の
周波数において実質的に１波長であり、受信帯域の周波
数においてほぼ1.5波長である放射開口部が得られる。
これにより、非常に低レベルの干渉偏波しか両周波数帯
域に生じない。他の形態の放射器と比較すると、円筒状
放射器24の代わりに円錐状のホーンを供給素子として使
用した場合には、そのようなアレイは望ましくない高い
レベルの干渉偏波信号を、放射器群のアレイの遠視野放
射パターンに生じる。この発明の供給ホーン、すなわち
円筒状の放射器群24は送信および受信の両周波数帯域に
おいて干渉偏波を最小にする。
径１インチの放射器を使用することにより、送信帯域の
周波数において実質的に１波長であり、受信帯域の周波
数においてほぼ1.5波長である放射開口部が得られる。
これにより、非常に低レベルの干渉偏波しか両周波数帯
域に生じない。他の形態の放射器と比較すると、円筒状
放射器24の代わりに円錐状のホーンを供給素子として使
用した場合には、そのようなアレイは望ましくない高い
レベルの干渉偏波信号を、放射器群のアレイの遠視野放
射パターンに生じる。この発明の供給ホーン、すなわち
円筒状の放射器群24は送信および受信の両周波数帯域に
おいて干渉偏波を最小にする。
アンテナ20は広範囲の伝搬方向、すなわち全方向に対し
てアレイ22の軸から最大40度までの方向に対して干渉偏
波成分を減少する。アンテナの立体角は放物面反射器26
の孤に対する角度である。アンテナ20の放射指向性パタ
ーンは、送信および受信の両周波数帯域において、円錐
ホーンのアレイのような他の形態の放射器を採用したア
ンテナによる放射指向性よりも格段に改善される。これ
は高次のTM11モードを使用していることによる。すなわ
ち、送信周波数では、放射器の１波長径は非常に小さい
ので伝搬を維持できないが、受信周波数帯域では1.5波
長径であるのでTM波の伝搬を維持できることによる。遷
移部60Bに与えられた所定比の径の場合には、TM11モー
ドの振幅は広がり角を選択することによっても調節でき
る。各放射器24内の干渉偏波を減少することに加えてTM
11モードにより得られる各放射器24の開口分布を変更す
ることによりアレイ22の放射器間の相互結合により生じ
る放射パターンの劣化を減少することができる。
てアレイ22の軸から最大40度までの方向に対して干渉偏
波成分を減少する。アンテナの立体角は放物面反射器26
の孤に対する角度である。アンテナ20の放射指向性パタ
ーンは、送信および受信の両周波数帯域において、円錐
ホーンのアレイのような他の形態の放射器を採用したア
ンテナによる放射指向性よりも格段に改善される。これ
は高次のTM11モードを使用していることによる。すなわ
ち、送信周波数では、放射器の１波長径は非常に小さい
ので伝搬を維持できないが、受信周波数帯域では1.5波
長径であるのでTM波の伝搬を維持できることによる。遷
移部60Bに与えられた所定比の径の場合には、TM11モー
ドの振幅は広がり角を選択することによっても調節でき
る。各放射器24内の干渉偏波を減少することに加えてTM
11モードにより得られる各放射器24の開口分布を変更す
ることによりアレイ22の放射器間の相互結合により生じ
る放射パターンの劣化を減少することができる。
この発明の実施例は例示に過ぎず、当業者は種々の変形
例を考察することは容易である。従って、この発明は本
明細書に開示された実施例に限定されたものとみなされ
るべきではなく、特許請求の範囲によってのみ限定され
るべきである。
例を考察することは容易である。従って、この発明は本
明細書に開示された実施例に限定されたものとみなされ
るべきではなく、特許請求の範囲によってのみ限定され
るべきである。
第１図は右回りおよび左回りの円偏波放射を出力するよ
うに励起されたアレイ状の円筒放射器群であり、干渉偏
波を禁止するための円TM11波を発生する各放射器アセン
ブリに遷移部を有し、アレイが地球を回る衛星にとりつ
けられたアンテナシステムの説明図、第２図はビーム形
成器と放射器との相互接続を含むアンテナシステムの信
号処理回路の詳細図、第３図は放射器アセンブリの段状
遷移部を示す図、第４図は放射器アセンブリの円錐状遷
移部を示す図、および第５図は屈曲した電界ラインを、
TM11モードのTM波を用いて直線電界ラインに変換する際
の概念図である。 20……アンテナ、24……放射器、26……反射器、28……
基板、30……アーム、32……ビーム、34……アンテナシ
ステム、36……マイクロ波回路網、38……衛星、40……
地上、42……ステーション、44、46……ビーム形成器、
48,50……電力分割器、52,54……トランシーバ、58……
放射器アセンブリ、60A、60B……遷移部、62……1/4波
長回転子、64……オルソモードトランスデューサ、68,7
0……導波管、76、78……電界
うに励起されたアレイ状の円筒放射器群であり、干渉偏
波を禁止するための円TM11波を発生する各放射器アセン
ブリに遷移部を有し、アレイが地球を回る衛星にとりつ
けられたアンテナシステムの説明図、第２図はビーム形
成器と放射器との相互接続を含むアンテナシステムの信
号処理回路の詳細図、第３図は放射器アセンブリの段状
遷移部を示す図、第４図は放射器アセンブリの円錐状遷
移部を示す図、および第５図は屈曲した電界ラインを、
TM11モードのTM波を用いて直線電界ラインに変換する際
の概念図である。 20……アンテナ、24……放射器、26……反射器、28……
基板、30……アーム、32……ビーム、34……アンテナシ
ステム、36……マイクロ波回路網、38……衛星、40……
地上、42……ステーション、44、46……ビーム形成器、
48,50……電力分割器、52,54……トランシーバ、58……
放射器アセンブリ、60A、60B……遷移部、62……1/4波
長回転子、64……オルソモードトランスデューサ、68,7
0……導波管、76、78……電界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パラミート・エス・ベインス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90045、ロサンゼルス、レジス・ウエイ 8326 (56)参考文献 特開 昭60−170305（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−23006（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (6)
- 【請求項１】中心から中心までがほぼ１波長であり、並
列に配列された円筒放射器アセンブリのアレイであり、
各放射器アセンブリは、入力された２つのマイクロ波信
号のうちの第１マイクロ波信号に応答して時計方向の円
偏波を発生し、第２マイクロ波信号に応答して反時計方
向の円偏波を発生し、前記時計方向および反時計方向の
円偏波は互いに直交するTE波である、円筒放射器アセン
ブリのアレイと、 前記２つのマイクロ波信号で前記各放射器アセンブリを
励起する手段と、 前記各放射器アセンブリ内に設けられ、主TE波の一部を
高次のエバネセントモードのTM波に変換しTE波と相互作
用してTE波を線形化する遷移部よりなる、前記円偏波の
横方向電界を線形化し、放射器アセンブリにより放射さ
れた波の干渉偏波を禁止する線形化手段とで構成され、 前記各放射器アセンブリは、第１断面積を有し放射器ア
センブリの円筒放射器として作用する前部円筒導波管セ
クションと、前記第１断面積よりも小さい第２断面積を
有し前記円偏波発生手段に接続された後部円筒導波管セ
クションとから成り、かつ前記遷移部を構成する前記後
部セクションの前端から前記前部セクションの後端まで
外方向に延伸する横壁を有し、 前記エバネセントモードは前記前部セクションにあるこ
とを特徴とする円偏波放射システム。 - 【請求項２】前記各放射器アセンブリにおいて前記横壁
は前記放射器アセンブリの縦軸を横切る方向に配置され
た平面壁であることを特徴とする第１請求項記載の円偏
波放射システム。 - 【請求項３】前記各放射器アセンブリにおいて、前記横
壁は前記放射器アセンブリの縦軸に対称に配置された円
錐曲線として構成されることを特徴とする第１請求項記
載の波放射システム。 - 【請求項４】前記各放射器アセンブリにおいて前記第２
断面積は前記第１断面積のおよそ1/2であることを特徴
とする第１請求項記載の円偏波放射システム。 - 【請求項５】前記各放射器アセンブリにおいて、前記円
筒放射器は前記放射器により送信される放射のおよそ１
波長の直径の円断面積を有することを特徴とする第１請
求項記載の円偏波放射システム。 - 【請求項６】前記各放射器アセンブリにおいて前記放射
器は前記TM波の振幅を前記TE波の振幅のおよそ６％に減
少するのに十分な軸長を有し前記干渉偏波を相殺するこ
とを特徴とする第１請求項記載の円偏波放射システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US331,422 | 1989-03-30 | ||
| US07/331,422 US4972199A (en) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | Low cross-polarization radiator of circularly polarized radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288405A JPH02288405A (ja) | 1990-11-28 |
| JPH071848B2 true JPH071848B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=23293901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2079086A Expired - Lifetime JPH071848B2 (ja) | 1989-03-30 | 1990-03-29 | 円偏波放射システム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4972199A (ja) |
| EP (1) | EP0390350B1 (ja) |
| JP (1) | JPH071848B2 (ja) |
| CA (1) | CA2011475C (ja) |
| DE (1) | DE69016479T2 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5038150A (en) * | 1990-05-14 | 1991-08-06 | Hughes Aircraft Company | Feed network for a dual circular and dual linear polarization antenna |
| US5576721A (en) * | 1993-03-31 | 1996-11-19 | Space Systems/Loral, Inc. | Composite multi-beam and shaped beam antenna system |
| US5517203A (en) * | 1994-05-11 | 1996-05-14 | Space Systems/Loral, Inc. | Dielectric resonator filter with coupling ring and antenna system formed therefrom |
| US5557292A (en) * | 1994-06-22 | 1996-09-17 | Space Systems/Loral, Inc. | Multiple band folding antenna |
| SE503456C2 (sv) * | 1994-07-28 | 1996-06-17 | Trulstech Innovation Hb | Matarhorn, avsett speciellt för tvåvägs- satellitkommunikationsutrustning |
| AU1983397A (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-16 | Acuson Corporation | Multiple ultrasound image registration system, method and transducer |
| IT1284301B1 (it) * | 1996-03-13 | 1998-05-18 | Space Engineering Spa | Antenna a singolo o a doppio riflettore, a fasci sagomati, a polarizzazione lineare. |
| US6045508A (en) * | 1997-02-27 | 2000-04-04 | Acuson Corporation | Ultrasonic probe, system and method for two-dimensional imaging or three-dimensional reconstruction |
| US6163304A (en) * | 1999-03-16 | 2000-12-19 | Trw Inc. | Multimode, multi-step antenna feed horn |
| US6320537B1 (en) * | 2000-02-08 | 2001-11-20 | Hughes Electronics Corporation | Beam forming network having a cell reuse pattern and method for implementing same |
| US6703974B2 (en) | 2002-03-20 | 2004-03-09 | The Boeing Company | Antenna system having active polarization correlation and associated method |
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