JPH0799822B2 - 分配されたアンテナフィード素子を使用する選択的アンテナビームを具備するトランスポンダ - Google Patents

分配されたアンテナフィード素子を使用する選択的アンテナビームを具備するトランスポンダ

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JPH0799822B2
JPH0799822B2 JP2115321A JP11532190A JPH0799822B2 JP H0799822 B2 JPH0799822 B2 JP H0799822B2 JP 2115321 A JP2115321 A JP 2115321A JP 11532190 A JP11532190 A JP 11532190A JP H0799822 B2 JPH0799822 B2 JP H0799822B2
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  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は中継ステーションのトランスポンダに関し、特
に包括的および点ビームアンテナカバー範囲の両方を選
択的に与える大きい地球的規模の通信衛星において使用
されるような軌道の中継ステーションのトランスポンダ
に関する。
［従来の技術］ 通常の衛星トランスポンダは、包括的および点ビームカ
バー範囲を与えるように開発されている。ある通常の選
択的アンテナビームを具備するトランスポンダは、２個
のマルチプレクサにそれぞれ結合されるトランスポンダ
チャンネルのセットを具備する。各マルチプレクサは、
電力カップラ、位相シフト装置およびフィード素子のア
レイをそれぞれ具備するそれ自身のアンテナ回路網をフ
ィードする。選択可能なチャンネルは、可変電力分割器
によって各マルチプレクサに、したがって２個のアンテ
ナ回路網に選択的に結合される。選択可能なチャンネル
は、点ビームを与えるためのアンテナアレイの１つまた
は広領域ビームを与えるためのアレイの両方に選択的に
電力を供給する。例えばそのような通常のアンテナビー
ムトランスポンダを開示する参照文献としては、IEEE J
ournal on Selected Areas in Communications、Vol.SA
C−3,No.1、1985年１月の表題“First Generation RCA
Direct Broadcast Satellites"のRobert F.Buntschuhに
よる論文がある。
別の第２の通常のトランスポンダにおいて、トランスポ
ンダチャンネルのセットは、包括的ビートカバー範囲を
与えるバイブリッドカップラ、位相シフト装置、および
フィード素子のセットを具備するアンテナ回路網にマル
チプレクサによって結合される。選択された数のトラン
スポンダチャンネルは、点ビームのカバー範囲を与える
ための分離した単一のアンテナ回路網に電力を結合する
転送スイッチを具備する。例えばそのような通常のアン
テナビームトランスポンダを開示する参照文献として
は、オーストラリア シドニー1983年９月IREECONの表
題'83“The Aussan Spacecraft Communication Payloa
d:An Overview"のM.D.Harwlld等による論文がある。
［発明の解決すべき課題］ これらの通常のトランスポンダは、第１の場合における
２個の全マルチプレクサまたは異なった広領域および点
ビームカバー範囲を与える第２の場合における切替えら
れたチャンネルと２個の別々のアンテナのための第２の
マルチプレクサのいずれかを利用する。そのようなトラ
ンスポンダの設計は、複雑で製造面で費用がかかり、重
量が特に重要である宇宙船の応用のような許容できない
多くの場合において過度の重量を有する。
したがって、包括的および点ビームカバー範囲を与える
のに必要とされる部品の数を最小限にし、最小限の重量
で、製造面において安価であるトランスポンダが所望さ
れる。
［課題解決するための手段］ 本発明によるトランスポンダは、信号エネルギを増幅た
めの増幅手段と、この増幅手段に結合されて第１および
第２の２個の出力通路に電力を可変的に結合させる可変
電力分割器と、第１および第２の出力通路にそれぞれ配
置されている第１および第２のバンドパスフィルタと、
一方の出力通路中に配置された位相遅延手段によって構
成されている選択可能なトランスポンダチャンネルと、
予め定められたエネルギバンド内の信号エネルギを増幅
するための増幅手段を具備する１以上の選択不可能なト
ランスポンダチャンネルと、エネルギ分配回路網と、複
数のアンテナ素子と、２個の出力通路に結合されてそれ
ら複数のアンテナ素子およびそれら複数のアンテナ素子
中の選択されたサブセットにエネルギを選択的に結合す
るカップラ手段とを有しているアンテナフィールド回路
網と、選択可能なトランスポンダチャンネルの第１の出
力通路および選択不可能なトランスポンダチャンネルに
結合されて供給された電力をアンテナフィード回路網に
結合するマルチプレクサとを具備し、各出力通路に結合
される電力の比および遅延手段によって与えられた位相
遅延の選択的制御によって複数のアンテナ素子またはそ
れら複数のアンテナ素子中の選択されたサブセットのい
ずれか一方にトランスポンダによって与えられた電力を
選択的に結合させ、その選択的結合によって選択された
アンテナ素子の放射により第１および第２の予め定めら
れたビームを発生することを特徴とする。
各出力通路に結合される電力の比の位相遅延回路によっ
て与えられた位相遅延の選択的制御は、トランスポンダ
によりカップラポートの両方またはいずれか一方への全
電力の選択的結合を与え、アンテナ素子の全セットまた
はアンテナ素子の選択されたサブセットによって放射さ
れる包括的および点ビームをそれぞれ発生する。
典型的な動作の実施例において、本発明は、マルチプレ
クサによってアンテナフィード回路網に結合される複数
の選択不可能なトランスポンダチャンネルと１以上の選
択可能なチャンネルを具備する。選択可能および選択不
可能なチャンネルはアンテナ回路網の全素子を駆動す
る。選択可能なチャンネルは、位相シフト装置を介して
分離した電力通路に沿ってアンテナ回路網に電力を結合
する可変電力分割器を含む。選択可能なチャンネルは、
アレイ内のアンテナ素子の選択されたサブセットに電力
を供給するために使用されることができ、したがって選
択的点ビームカバー範囲を与える。任意の付加的切替え
可能なチャンネルは個々の電力分割器および位相シフト
装置を必要とし、第２のカップラポートで限定されたマ
ルチプレクサに導かれる。本発明によって実現される節
約効果は、切替え可能なチャンネルの数がチャンネルの
全体の数に対して小さい割合であるとき、最大となる。
本発明はまた、トランスポンダ増幅器とアンテナ回路網
の間に配置されることができるインターフェイス回路に
関する。この実施例において本発明は、可変電力分割
器、第１のバンドパスフィルタ、位相シフト装置、およ
び一致された第２のバンドパスフィルタを具備する。こ
れらの部品は、通常のトランスポンダ増幅器およびアン
テナフィード回路網にその入力カップラの第２のポート
を介して接続させる方法でパッケージされることができ
る。これは、多数の状況において混成カップラである入
力カップラの第２のポートが典型的に終端されるので、
通常の装置内に構成されることが可能であり、従来の装
置において使用されていない。
［実施例］ 第１図は、本発明のトランスポンダの一部である選択可
能なトランスポンダチャンネルを構成する切替え可能な
ビームを有するトランスポンダ10を示す。トランスポン
ダ10は、マイクロ波エネルギを受信するのに適応される
入力11および高電力マイクロ波増幅器12を含む。増幅器
12は、可変電力分割器13に結合される。可変電力分割器
の多数の可能な実施例の１つは、一般に例えば以下の部
分を含む既知の構造のものである。容器は、直交するTE
11円形導波管モードを２個の別々のTE10方形同波管モー
ドに変換するのに適応される２個の直交Ｔを収容する。
固定された４分の１波長プレートは分割器の入力に隣接
して配置され、供給された信号を円偏波信号に交換する
ように構成される。回転可能な４分の１波長プレート
は、その回転が偏波の関数として２つの出力ポートの間
の電力を分割するように適応される伝送路に沿って配置
される。可変電力分割器は、従来技術において一般に既
知であり、ここで詳細に説明することはしない。開示さ
れたものと異なった可変電力分割器の例は、本発明の本
質に変化を伴わずに本発明において使用されることがで
きる。
可変電力分割器13の一方の出力ポートは、第１のバンド
パスフィルタ14によって、アンテナフィード回路網18の
入力装置を含む入力カップラ20の１つの入力に結合され
る。可変電力分割器13の他方の出力ポートは、位相シフ
ト装置15および第２のバンドフィルタ16によって、入力
カップラ20の第２の入力に結合される。バンドパスフィ
ルタ14,16は通常の装置であるので、ここで詳細に説明
することはしない。これらのフィルタ14,16は、所望さ
れた位相シフト以外は実質的に等しい電気的特性を有す
る両方の通路を保証する目的のためにのみ必要とされ
る。したがって、それらは全ての状況において常に必要
とされるものではない。位相シフト装置15もまた通常の
装置であり、詳細は本発明において使用されるのに適応
することができる典型的な位相シフト装置を詳述するキ
ーリング（Keeling）等による“マイクロ波位相シフト
装置”米国特許第3,267,395号明細書に開示されてい
る。アンテナフィード回路網18は、出力がそれぞれ２個
のアンテナ分配回路網21,22に結合され、アンテナ素子
のサブセット25を具備するアンテナ素子のセット26を含
むアンテナアレイに結合する入力カップラ20を具備す
る。
動作において本発明のトランスポンダ10は、例えば包括
的ビームと点ビームを含む２個の異なったビームを与え
る。マイクロ波エネルギは入力11に供給され、増幅器12
によって増幅され、包括的ビームの場合において全電力
が第１の通路に沿って第１のバンドパスフィルタ14を介
して供給される。エネルギは、入力カップラ20によって
アンテナ素子のセット26を全素子に結合される。点ビー
ムが所望されるとき、可変電力分割器13は、第２の通路
に沿って位相シフト装置15と第２のバンドパスフィルタ
16を介して入力カップラ20の第２のポートに供給される
予め決定された電力部分を結合するように配置される。
したがって電力は、アンテナ素子のサブセット25にのみ
結合され、点ビームはそれらから放射される。位相シフ
ト装置15は送信される電力の位相を適当に変化するよう
に構成され、それによって全エネルギは入力カップラ20
の２個の入力ポートに到達し、点ビーム回路網25の方向
において付加し、回路網26の残る素子の方向において打
消されるようにする。
第２図は、本発明にしたがったトランスポンダの典型的
な動作形態が示されている。この実施例において、複数
の選択不可能なトランスポンダチャンネル31は第１図に
示されているチャンネルに付加して設けられており、こ
れらチャンネル31は通常のマルチプレクサ30によってア
ンテナフィード回路網18に結合される。Hudspethによる
米国特許第4,777,459号明細書の“多重モードフィルタ
を具備するマイクロ波マルチプレクサ”に、第２図の実
施例において使用するのに適応されることができる通常
のマルチプレクサが開示されている。
動作において、選択不可能なチャンネル31は選択可能な
チャンネルと共に、マルチプレクサ30を介してアンテナ
フィード回路網に電力を供給する。入力カップラ20は、
この電力をアンテナ素子26のアレイの全素子に結合し、
したがって包括的ビームのカバー範囲に供給する。点ビ
ームのカバー範囲が所望される状況において、可変電力
分割器13は、選択可能なチャンネルから入力カップラ20
の第２の入力に電力を結合するように配置され、全電力
を所望される点ビームを生成するアンテナ素子25のサブ
セット内のこれらの素子のみに結合する。
本発明は、増幅とアンテナフィード回路網を伴うトラン
スポンダを参照して説明されているけれども、本発明の
概念を使用するインターフェイス回路が存在するチャン
ネル増幅器とアンテナビーム回路網の間のインターフェ
イスとして設計されることもまた可能であることもまた
考察している。この実施例において第１図を参照にする
と、本発明は、可変電力分割器13、第１のバンドパスフ
ィルタ14、位相シフト装置15、および第２のバンドパス
フィルタ16を具備する。これらの４個の部品は、増幅器
12のような通常のトランスポンダチャンネル増幅器に接
続させ、入力カップラ20の第２のポートを介してアンテ
ナフィード回路網18に接続させる方法においてパッケー
ジされることができる。これは、入力カップラ20の第２
のポートが典型的に終端されるので、通常の装置におい
て実行されることができ、従来の装置において使用され
ていない。本発明のインターフェイス回路を具備する素
子を具備するために存在するトランスポンダ装置を構成
することは、簡単な修正である。本発明において使用さ
れる切替え可能な位相遅延通路およびこの通路から通常
終端されているアンテナ端子への信号の注入は、まった
く独自のものであると信じられる。
回路は、アンテナフィードアレイ素子のセットと所望さ
れたセット中のサブセットの同じ素子に普通は分配する
ように信号を切替える。このサブセットは、アンテナ素
子の全セットによって与えられるカバー範囲より効果的
な等方性に放射される電力を有する点ビームのカバー範
囲を与える。電力分割器13および典型的に3dB結合値を
与える入力カップラ20によって、3dB程度の電力増加が
実現される。しかしながら、電力分割器13および混成カ
ップラ20における異なった結合値によって、任意の改良
値が得られる。この回路は、（１）フィード素子、アン
テナ回路網、構造または反射器を付加する必要はなく、
したがってアンテナの重量および複雑性を最小限として
切替え可能な点ビームを生成し、（２）切替え可能なチ
ャンネルのために必要とされるより多数の付加的フィル
タを必要としないことによって出力マルチプレクサの重
量と寸法を最小限にし、（３）上記利点を同時に提供す
るとういう利点を有する。従来の回路と方法は、チャン
ネルが切替え可能であるにもかかわらず、全チャンネル
を具備する全マルチプレクサ、または別の全く分離され
た点ビームアンテナのいずれか一方が必要とされる。し
かしながらこれらの方法は、典型的に不利な方法におい
て宇宙船の重量および複雑性に影響を与える。
したがって、チャンネル別で広い領域のビームカバー範
囲および点ビームカバー範囲を選択的に与える新しい改
良されたアンテナビームトランスポンダを開示する。ま
た、一般に包括的および広い領域のビーム外形を生成す
るために通常のトランスポンダによって使用されること
ができるインターフェイス回路を開示する。本発明のト
ランスポンダおよびインターフェイス回路は、包括的お
よび点ビームカバー範囲の両方を与えるために必要とさ
れる部品の数を最小限にし、最小の重量を有する装置を
提供し、製造において最小限の費用となる。
上記の実施例は、本発明の原理の適用を表す多数の実施
例の幾つかを単に説明するものであることを理解される
べきである。明らかに、多数のおよびその他の配置は、
本発明の技術的範囲を逸脱することなく当業者によって
用意に案出される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のトランスポンダの一部である選択可
能なトランスポンダチャンネルを構成する切替え可能な
ビームを有するトランスポンダの要部を説明する図であ
る。 第２図は、本発明にしたがった切替え可能なチャンネル
を示すトランスポンダの典型的な動作配置を説明する図
である。 10……トランスポンダ、11……入力、12……増幅器、13
……可変電力分割器、14,16……バンドパスフィルタ、1
5……位相シフト装置、18……アンテナフィード回路
網、20……入力カップラ、21,22……アンテナ分配回路
網、25……アンテナ素子のサブセット、26……アンテナ
素子のセット。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】信号エネルギを増幅ための増幅手段と、 この増幅手段に結合されて第１および第２の２個の出力
    通路に電力を可変的に結合させる可変電力分割器と、 第１および第２の出力通路にそれぞれ配置されている第
    １および第２のバンドパスフィルタと、 一方の出力通路中に配置された位相遅延手段とによって
    構成されている選択可能なトランスポンダチャンネル
    と、 予め定められたエネルギバンド内の信号エネルギを増幅
    するための増幅手段を具備する１以上の選択不可能なト
    ランスポンダチャンネルと、 エネルギ分配回路網と、複数のアンテナ素子と、２個の
    出力通路に結合されて前記複数のアンテナ素子および前
    記複数のアンテナ素子中の選択されたサブセットにエネ
    ルギを選択的に結合するカップラ手段とを有しているア
    ンテナフィード回路網と、 選択可能なトランスポンダチャンネルの第１の出力通路
    および選択不可能なトランスポンダチャンネルに結合さ
    れて供給された電力をアンテナフィード回路網に結合す
    るマルチプレクサとを具備し、 各出力通路に結合される電力の比および遅延手段によっ
    て与えられた位相遅延の選択的制御によって複数のアン
    テナ素子またはそれら複数のアンテナ素子中の選択され
    たサブセットのいずれか一方にトランスポンダによって
    与えられた電力を選択的に結合させ、その選択的結合に
    よって選択されたアンテナ素子の放射により第１および
    第２の予め定められたビームを発生することを特徴とす
    るトランスポンダ。
  2. 【請求項２】選択不可能なトランスポンダチャンネルに
    配置されたバンドパスフィルタを具備している請求項１
    記載のトランスポンダ。
JP2115321A 1989-05-02 1990-05-02 分配されたアンテナフィード素子を使用する選択的アンテナビームを具備するトランスポンダ Expired - Lifetime JPH0799822B2 (ja)

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JPH033430A JPH033430A (ja) 1991-01-09
JPH0799822B2 true JPH0799822B2 (ja) 1995-10-25

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