JPS5819162B2 - マイクロ波アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波アンテナ装置に関する。

さらに詳しくいうと、本発明は、マイクロ波周波数にて
、すなわち、電磁放射線の送信または受信に導波管を使
用しつる周波数にて、電磁放射線を送信および受信する
使用するに適当なアンテナ装置に関する。

本発明に対して、「アンテナ」なる用語は、自由空間（
地球大気を含む）中に周期的電磁放射線を送信し、ある
いは自由空間からか５る電磁放射線を受信するため送信
機または受信機と使用する装置を意味する。

本発明のアンテナは、通信衛星の分野に使用するに特に
適当であり、またレーダまたはその他の分野に使用でき
る。

通信衛星は、地球表面の回りに実質的に円形の軌道であ
る同期的軌道に維持され、衛星が地球表面上の特定の点
に関して位置を実質的に変えないように地球表面と平行
を保つような高度と速度に゛維持される。

換言すれば、衛星は軌道速度を有するが、地球表面も回
転しており、衛生の角速度は地球表面の角速度と対応す
るようになされ、それにより地球表面上の一点に関して
衛星の相対運動が生じないようになされる。

もしもこの衛星点が大洋、例えば大西洋上にあれば、衛
星上に取り付けられたアンテナは、例えば東大陸ないし
半球から電磁放射線を受信し、そしてこの受信された放
射線を、異なる周波数で、西大陸ないし半球に位置する
受信ステーションに向けて再送信するのに使用されよう
。

衛星による送信および受信は、代表的には、地球表面上
の遠隔点間において情報を運ぶため、あるいは地球上の
種々の位置に衛星上の装置により累積された情報を送信
するため必要に応じて変調されたマイクロ波電磁放射線
で遂行される。

衛星における電磁放射線の送信および受信においては、
例えば西半球に向けて高度の指向性を有し、かつこの西
方ビームを、東半球に向けてレフレクタから反射される
放射線から分離する高度の分離性を有するアンテナ装置
を得るため、適当なアンテナがレフレクタの焦点または
その近傍に位置づけられる。

レフレクク代表的には放物面形状であり、オフセットさ
れた放物面形式とされよう。

しかして、この形式にあっては、アンテナ装置は、放物
面の普通に楕円形の部分の焦点に位置づけられた放射線
き電源を含む。

放射線き電源は、放射線を放物面のこの楕内部分に照射
し、そしてこの楕内部分が放射線を地球に反射する。

好ましくは、放物面の楕内部分は、き電装置が位置づけ
られる焦点からオフセットされるのがよい。

それによりき電装置は、アンテナ装置のレフレクタ部分
で送受される電磁放射線と干渉しなくなる。

衛星、オフセットされた放物面レフレクタおよび利用可
能なき電装置について記載した文献は入手可能であるか
ら、さらに背景の情報が希望ならばそれを参照されたい
。

本発明は、マイクロ波周波数の電磁放射線を空間中に送
信しあるいは空間から受信するの際に使用するに適合し
た単一の導波管または導波管配列を含むアンテナ装置を
提供するものである。

本明細書で使用される「マイクロ波周波数」なる用語は
、導波管伝送線の採用が可能となる電磁スペク。

トルの周波数を指すものとする。

本発明の好ましい形式においては、アンテナ装置は、詰
んだ束に配置された複数の導波管を含む。

導波管は、平行な電磁放射線送信方向を有するように配
置される。

各導波管の対応する端部は、マ。イクロ波周波数の電磁
放射線を結合する手段、およびかＮるマイクロ波周波数
放射線を直線偏波形式から円偏波形式に、またはその逆
に変換する手段を含む。

各導波管の対応する反対端部は開放されており、そこか
ら放射線を放射することを可能。

ならしめ、あるいは空間中の放射線を導波管により該開
放端から受信することを可能ならしめる。

また、各導波管の開放端またはその近傍には分離手段が
設けられており、そこを通って出入りする放射線が近く
の導波管に出入りする放射線に結合。

するのを防ぐ。

分離手段は、円偏波マイクロ波信号の直交電界成分の強
度を等化する働きをする。

換言すれは、分離手段は、各導波管のＥ面およびＨ画策
界パターンを等化し、低い円干渉波レベルで円偏波放射
線を生ずる。

好ましくは、各導波管は、一次直線偏波マイクロ波周波
数信号の左旋円偏波マイクロ波信号への変換またはその
逆、および二次直線偏波マイクロ波信号の右旋円偏波マ
イクロ波信号への変換を可能にする上述の手段を含むの
がよい。

左旋および右旋円偏波マイクロ波信号は、関連せる導波
管中を互に干渉することなく、すなわち、左旋円偏波信
号および右旋円偏波信号間の干渉偏波最小で同時に伝搬
する。

かくして、これらの各円偏波信号は、同一周波数で動作
でき、同時に送受される別個の通信信号を提供するよう
に別個に変調でき、そして各導波管からの対応する円偏
波信号は、所望のアンテナ放射パターンをうるように必
要に応じて位相および振幅を変更できる。

この所望の放射パターンをうるために、束配列の導波管
のあるものは、電磁放射線の散乱、したがってそれに伴
なう干渉を防ぐ偽似荷負荷のものとし、またあるものは
、左旋円偏波マイクロ波信号または右旋円偏波マイクロ
波信号のみが伝達されるものとしうる。

導波管またはその近傍に位置づけされる分離手段は、種
々の導波管間の相互結合を相当に減じ、各導波管におけ
るＥ画策磁界パターンおよびＨ画策磁界パターンを等化
し、それにより、導波管により送信または受信される電
磁信号の干渉偏波を相当に減するのである。

それにより、分離が達成されると、左旋および右旋円偏
波マイクロ波信号の両者を同時かつ確実に送信、受信す
ることが可能となる。

しかして、各信号は、異なる放射パターンを有してもよ
く、また、両信号の放射パターンが相互に一致または部
分的に重なっても、２７ｄＢまたはそれ以上程互に分離
できる。

種々の導波管の信号振幅および位相の適正な制御で、ア
ンテナ装置は、２７Ｂより大きいサイドロープの分離を
可能にする。

上節に述べた分離能力は、本発明のアンテナが使用され
る通信装置における利用可能なチャンネルの通信容量を
倍加する。

サイドロープの分離も通信容量を倍加する。

人工衛星の分野においては、衛星に対する利用可能な軌
道の数は制限され、衛星の価格は非常に高価であるから
、本発明がこの人工衛星の分野に使用される場合、衛星
の通信能力の倍加は、非常に利益である。

本発明は、主放１射のサイドロープによる流出エネルギ
損失が減ぜられ、アンテナ装置の利得が増大されるとい
う付加的利益をもたらすものである。

本発明は、以下に図面を参照してなせる具体例の説明に
より一層明らかとなるであろう。

なお、図面において、同じ部品または装置には同じ参照
番号が使用されている。

第１図において、衛星の宇宙船は、参照番号１０で指示
されている。

衛星は、地球の角速度に等しい軌道角速度で軌道上にあ
ると思われるように描かれている。

その場合、衛星は、矢印１２にこより指示される軸線が
、地球の表面上の特定点に向けられるように配向される
。

衛星上で利用されるアンテナに関する以下に続く説明に
おいては、軸線１２が大西洋上の１点に向けられていて
、衛星上のアンテナ装置が、地球の北極および南極、お
よび軸線１２が大西洋上において向けられる点を通る平
面により形成される西半球および東半球と電磁波による
通信をカバーするのに使用できるものと仮定する。

すなわち、衛星は、カナダ、米国合衆国、ラテンアメリ
カおよび雨アメリカを含む西半球およびヨーロッパ、Ｕ
、Ｓ、Ｓ、Ｈの一部およびアフリカを含む東半球との通
信をカバーする。

もちろん、衛星は他の地域でも利用でき、軸線１２は太
平洋上の一点に向けられる場合もあり、インド洋上の一
点に向けられる場合もある。

実際に、本発明のアンテナ装置は、大西洋、太平洋また
はインド洋上の選択された点上における位置まで軌道に
乗る衛星に必要とされるマイクロ波通信をカバーするよ
うに適合される。

衛星は、宇宙船本体部分１８に取り付けられたソーラア
レイ１４および１６を含む。

しかして、宇宙船本体部分１８は、代表的には、案内、
姿勢制御、推進、エネルギ蓄積および通信装置を含む。

タワ組立体２０が宇宙船本体１８に結合されてお１す、
オフセットされた楕円放物面レフレクタ２２および２４
も同様である。

放物面レフレクタ２２および２４は、第１図に例示され
るごとく、異なる開口直径を有しうるもので、レフレク
タ２２の直径は、レフレクタ２４の直径より小さい。

オフ。セットされた放物面レフレクタ２２は、タワ２０
またはその近傍に焦点を有する放物面表面の一部であり
、そしてこの焦点には、マイクロ波周波数の電磁放射線
をレフレクタ２２に伝搬させ、あるいはレフレクタから
放射線を受信するように、導・波管アレイ２６が位置づ
けられている。

アンテナアレイ２６は、レフレクタ２２からオフセット
された位置にあるため、タワ２０およびアレイ２６は、
地球からレフレクタ２２に伝達される放射線またはレフ
レクタ２２から地球に伝達される放射線と干渉すること
はない。

また、タワ２０上には、アレイ２６と反対側に、該アレ
イと同様の第２の導波管アレイ２８があるが、その導波
管寸法は、異なるマイクロ波周波数帯域を取り扱うよう
に異なる寸法を有する。

アレイ２８は、電磁放射線をレフレクタ２４に伝搬させ
、あるいは、地球からレフレクタ２４に、そしてそこか
らアレイ２８に伝達される電磁放射線を受信するのに使
用される。

実際の慣例において、導波管アレイ２６および関連せる
レフレクタ２２は、地球の東半球または西半球のいずれ
から伝達される放射線を受信するのに使用され、そして
導波管アレイ２８および大直径のレフレクタ２４は、マ
イクロ波放射線を地球の東半球および西半球に伝達する
のに使用される。

しかして、これらの半球は、上述の大洋の１つのある選
択された点上における軸線の位置により特定される。

後述の本発明の諸原理および例示の構造は、一般的に、
電磁放射線の受信および送信画アンテナに使用されうる
が、本発明は、衛星１０から地球表面への送信に関して
詳しく説明される。

また、第２ないし７図と関連して説明される好ましい形
式の衛星アンテナ装置は、３．７０４ないし４．０７３
ＧＨｚの周波数帯域のマイクロ波送信に特に適切であ
り、この周波数帯域に適当な導波管アレイ２８および放
物面レフレクタ２４と関連して説明される。

アレイ２６およびそれと関連するレフレクタ２２は、異
なる周波数帯域、例えば５．９２９ないし６．２９８
ＧＨｚに対して設計されうる。

衛星１０は、種々の他の通信装置およびアンテナ素子、
例えば第１図の３０．３２および３４で例示されるごと
き素子を含みうる。

第８ないし第１７図は、本発明にしたがって構成され、
２マイクロ波信号間に２７ｄＢ以上の分離を可能にする
縮小模型アンテナ装置を例示、説明するものである。

しかして、２マイクロ波信号は、等しい周波数でも異な
る周波数でもよく、その一方は左旋円偏波であり、多方
は右旋円偏波である。

これは、従来のアンテナ装置で達成しうる偏波の分離の
相当の改良であり、単一のアンテナ装置の通信容量を倍
加するものである。

また、所望される半球すなわちカバー領域と所望されな
い半球すなわちカバー領域との間において、２７ｄＢ以
上のサイドローブパタ−ンの分離が行なえる。

本発明は、導波管アレイをもつ放物面を採用する衛星通
信装量に使用できるだけではなく、放物面レフレクタの
有無を問わず、レーダまたは２点間通信に利用でき、そ
して単一の導波管を使用して同様な好果を達成できる。

縮尺模型アンテナ装置は、９．５４Ｈｚの類似の周波数
をもつように、９．０７ないし９．９７ ＧＨｚの周波
数範囲で動作するように設計された。

好ましくは、レフレクタ２２および２４は、グラファイ
ト・ファイバ補強プラスチック（以後ＧＦＲＰと称する
）構造より成るのがよく、厚さ７マイクロメータの真空
蒸着アルミニウム表面で被覆される。

この厚さは、皮膚厚の５倍よりも厚い。特に第２図を参
照すると、導波管き電アレイ２６および関連せるレフレ
クタ２２を含む受信アンテナ装置、および導波管き電ア
レイ２８および関連せる大直径のオフセットされた放物
面レフレクタ２４を含む送信アンテナ装置を備えた衛星
１０が示されている。

衛星の下方には、地球が大西洋上に向けられた衛星軸線
１２とともに線図で示されている。

この地球部分には、西半球を表わす第２図の左方に、北
アメリカ大陸および南アメリカ大陸が略示されている。

東半球を表わす右方には、ヨーロッパ大陸およびアフリ
カ大陸が示されている。

レフレクタ２２からの線３６および３８は、このレフレ
クタおよび関連せる導波管受信アレイ２６により受は入
れられる受信領域を示している。

同様に、線４０および４２は、導波管き電アレイ２８お
よびその関連せるレフレクタ 。

２４を含む衛星１０上のアンテナ装置の送信領域を示し
ている。

要素２８および２４を含む送信アンテナ装置に関連して
、第２図の西半球に、アンテナ送信パターン４４および
このパターン４４より小寸法の第１２の送信パターン４
６が示されている。

衛星アンテナ送信パターン４６は、パターン４４と同一
の寸法および形状を有してもよいが、北アメリカ大陸の
過密地区、すなわち北方の大西洋海岸領域およびラテン
アメリカおよび北方用アメリカ領域に・対して強い帯状
の放射パターンを提供するため、４６のごとき小さいパ
ターンを有することが好ましい。

東半球においては、要素２８および２４により形成され
る送信アンテナは、アンテナ放射パターン４８および５
０を提供し、前者は後者よりも大きく、ヨーロッパおよ
び南アメリカ大陸を覆う。

小さい帯状の領域５０は、ヨーロッパおよび化アフリカ
地区を覆う。

第２図の送信放射パターン４４，４６．４８および５０
は、強い信号地区を示す。

しかしながら、アンテナは、東および西半球を覆うサイ
ドローブパターンを放射することを理解されたい。

しかし、適切なアンテナ設計によれば、サイドローブ放
射パターンは、指示される放射パターン領域の電力レベ
ルよりも相当低くなる。

このサイドローブの分離は、各半球において与えられた
周波数チャンネルの再使用を可能にするものである。

しかしながら、今までのところ、互に干渉しない別個の
放射パターン４４および４６または４８および５０を生
ずるために同じ周波数チャンネルを同時に使用すること
はできなかった。

本発明によれば、これが可能となり、下記のごとくアン
テナマイクロ波電磁放射線を発生することにより遂行さ
れた。

衛星１０上の受信アンテナ要素２６および２２は、上述
のごとく類似の半球および帯状放射パターンを有するが
、受信アンテナは、５．９２９ないし６．２９８の周波
数範囲で動作し、半球状放射パターンに対しては左旋円
偏波を、帯状放射パターンに対しては右旋円偏波をなす
ことが意図される。

上述の衛星アンテナの性能の詳細およびパターンは、後
述のとと＜９．０７ないし９．９７ ＧＨｚで動作する
前述の縮尺模型アンテナ装置で達成された試験結果に基
づくものであるが、この結果は、上述の低い周波数帯域
におけるアンテナの性能を直接示しうるものと予測され
る。

第３図には、アンテナき電アレイ２８およびそれの放物
面レフレクタ２４に対する関係が線図で示されている。

しかして、該レフレクタ２４は、楕円形状であり、軸線
５２上の５４に位置する焦点を有する放物面の一部であ
る表面を有する。

アンテナき電アレイ２８から伝搬されるマイクロ波電磁
放射は、５６．２８および６０で指示されるごとく軸線
５２からオフセットされた放物面２４から地球へと反射
される。

次に、第４ないし第７図を参照すると、アンテナき電ア
レイ２８およびこのアレイに使用される導波管の種々の
図が示されている。

第６図は一つの全導波管６２の斜視図で、このような導
波管の複数のものが、その支持体とともに、第４図に平
面図でそして第５図に斜視図で示されるアンテナき電配
列２８を形成している。

アンテナき電アレイ２８は、前述のごとく衛星の送信ア
ンテナとして使用されるべきものであるから、各々入力
端６４および出力端６６を含む。

しかして、出力端は、自由空間と連通しており、マイク
ロ波放射線は、こ〜を通って地球へ伝達される。

方形の導波管の入力端は、同軸伝送線に接続するに適合
せる第１の入力手段６６、および第１のシ入力手段６６
と同一で、第２の同軸伝送線に接続するに適合せる第２
の入力手段６８を含む。

第１のマイクロ波信号は、第１人力手段６６に接続され
た同軸線から供給でき、またもし望むならば、第１のマ
イクロ波信号と周波数同一の第２のマイ：クロ波信号を
、第２の同軸伝送線から第２の入力手段６８に供給でき
る。

隔壁偏波器７０は、入力手段６６に供給される第１のマ
イクロ波信号の右旋円偏波を生じ、第２人力手段６４に
供給される第２のマイクロ波信号の左旋円偏波を生ずる
。

各・入力手段６６および６８は、導電性フック状部材７
４を有する導電性中心部材７２を含む。

しかして、該部材は、各同軸ケーブル（図示せず）の中
心導線に電気的に接続される。

導電性部材Ｔ２および７４は、絶縁体支持手段７・６に
より導波管 。

６２の内部から絶縁されている。

また、導波管６２の外側の入力手段６６および６８の外
部は、それぞれの同軸ケーブルの外部導体と直接接続の
ため導電性材料から形成されうる。

しかしながら、入力手段６６および６８は直接接続して
もよいが、・好ましくは、導波管６２の全配列２８にき
電するのに使用できる印刷回路伝送線組立体７８（第５
図）の開口にそのように接続されるのが好ましい。

隔壁偏波器７０は、１９７７年６月２０田こ出願された
「位相平衡型隔壁偏波器」と題する米国特許出願第８０
８，２０６号の主題である。

入力手段６６および６８は、１９７６年１０月１５日付
で出願された「同軸伝送線を方形導波管に結合す゛る装
置」と題する米国特許出願第７３２，６８８号の主題で
ある。

直線偏波マイクロ波信号は、第１および第２人力手段６
６及び６８のフック状導体７４により導波管６２に伝達
される。

隔壁偏波器７０は、これらの直線偏波マイクロ波信号を
、左旋円偏波を有する第１のマイクロ波信号、および右
旋円偏波を有する第２のマイクロ波信号に変換する。

同じ周波数かも知れない同時に伝達される２マイクロ波
信号間において干渉を最小にするため、導波管６２内に
できるだけほとんど完全に左旋円偏波および右旋円偏波
が生ずることが望ましい。

それにより、導波管き電アレイ７８の容量を倍加するこ
とができる。

印刷回路盤体送線組立体７８は、好ましくは、種々の導
波管６２を種々の電力レベルでかつ異なる位相関係で付
勢せしめるため、また選択された導波管群を付勢せしめ
るため、電力分割器、減衰器、スイッチ部材および位相
シスト回路を含むのがよい。

これは、全体的に、き電アレイ２８をして、第２図に関
連して前述した半球および帯状のパターンを発生せしめ
る。

また、抵抗性負荷端末を有しそして好ましくは信号入力
を有しない種々の疑似導波管８０が、電磁エネルギを吸
収し、またき電アレイで散乱するのを防ぐために使用さ
れよう。

第４図は、軸線１２かインド洋、大西洋および大西洋上
の選択された点上に位置づけられた衛星に対して、第２
図と関連して開示されたパターンのごとき帯状および半
球状の放射パターンを得るために、種々の導波管６２お
よび疑似導波管８０が群にまとめられる態様を示すもの
である。

換言すれば、第４図の種々の導波管は、放物面レフレク
タ２４から地球に向って送信される放射パターンを変更
せしめるような適当な振幅および位相関係をもって選択
的に付勢されつる。

それにより、衛星１０は、例えば大西洋上の位置から、
インド洋上または大西洋上の位置へ移動し、なおかつ新
しい衛星位置に適当な帯状および半球状の放射パターン
をアンテナ装置から得ることができる。

衛星１０が１洋上位置から他の洋上位置へ移動したとき
放射パターンの必要とされる変更を得るために、印刷回
路盤伝送線組立体２８は、第４図に例示されるごとく、
衛星利用領域に必要な導波管付勢のグループ化を行なう
に必要な種々のスイッチ部材を合体できる。

第６図および第７図を参照すると、導波管６２は、各々
方形断面より成る部分８２，８４．８６および８８を有
することが分ろう。

導波管６２の内側寸法に関して述べると、部分８２の側
面は、は’−’０．６２５ラムダに等しい寸法を有する
のか好。

ましい。

こ５にラムダは、導波管中を伝達される波の中心周波数
の波長である。

同様に、導波管６２の部分８８の各側面の内側寸法は、
概ね１．１３ラムダに等しいことが好ましい。

導波管部分８４゜８６および８８は、その開放端６７部
分から伝搬される放射パターンを拡大するステツプトラ
ンスホーマを構成する。

軽い導波管構造を得るため、グラファイト−ファイバー
補強プラスチックに内部導電性被覆を施したもの、およ
びこの鋼上に金を被着させたものより作るのが好ましい
。

しかし。て、被覆は蒸着としうる。

各導波管は、開放端６７またはその近傍に分離手段を含
む。

好ましくは、この手段は、複数の弁別モードの補償器９
０を含む。

この分離手段の現在のところ好ましい形式として、各弁
別モード補。

信器９０は、Ｕ字状部分９１を有する対称の導電性ばね
であり、このＵ字状部分が導波管６２の部分８８の内側
および外側上に位置づけられる。

好ましくは、タブ９０は、導電性金属材料より成り、導
波管６２の部分８８の縁部９２またはその近傍。

に、各導波管と関連して８個づつ取り付けられる。

方形部分８８の各側部に２個ずつ取り付けられる。

タブの間隔および相対寸法は、好ましくは、第６図およ
び第７図に例示される態様で部分８８の寸法に関して一
定の割合で作られるのがよい。

また、。タブ９０は非常に薄くでき、好ましい形式にお
いては、約０．０１ｍｍの厚さを有しうる。

この厚さは、明瞭にするため、第６図および７図におい
ては誇張されている。

また、導波管が第５図に示されるごとく束ねられると、
分離手段を形成するタブ 。

９０は、一般に１以上の導波管と関連されることを理解
されたい。

すなわち、タブ９０の殆んどのものは、隣接する導波管
６２の部分８８の衝合する側部に取り付けられる。

分離手段またはタブ９０は、２つの機能を果す弁別モー
ド補償器と見做されうる。

すなわち、これらの分離手段またはタブ９０は、導波管
間の相互結合を減じ、また、各導波管中を伝達される円
偏波放射線の直交するＥ面およびＨ画策界パターンを等
化し、もって低い干渉偏波の放射パターンを生ずるのに
役立つ。

導波管間の相互結合の減少は、タブ９０間の領域に結合
される電磁エネルギがタブに結合される電磁エネルギに
関して位相がずれる多重通路法に起因しよう。

これにより電界は抹殺され、相互結合は減ぜられること
になる。

−Ｅ面およびＨ面電界成分の等価は、導波管内における
ＴＥ／ＴＭ１□およびＴＥ／ＴＭ２１の発生および干渉
偏波成分の減少に起因する。

これらの高次のモードは、ＴＥｌｏおよびＴＥｏ１モー
ド分布を変更し、そしてＥ面およびＨ画策界パターンを
等化する傾向がある。

タブ９０は、分離手段を提供し、すなわち弁別モード補
償器として作用し、送信アンテナアレイ１２８または受
信アンテナアレイ２６において、１つの導波管の開放端
６７において放出されるマイクロ波エネルギ、あるいは
受信アンテナの場合は受信されるエネルギと、他の導波
管６２の開放端と関連される対応する放射線間の相互結
合を防ぐ。

′アレイの種々の導波管間の望ましくない相互結合は、
送信および受信アンテナ構造体と関連される左旋または
右旋の同時に送信または受信されるマイクロ波信号に、
望ましくない高レベルの干渉偏波を生ずる。

導波管にこ５に説明される分離手段；を用いると、後述
の縮尺模型アンテナ装置において、同時に送受される左
旋および右旋円偏波マイクロ信号について、干渉円偏波
を２７ｄＢ以上分離させることができた。

これは、従来技術のアンテナ装置に対して非常な改良で
あり、これにより、衛星の通信容量は、分離された左旋
および右旋の非干渉円偏波を有する信号により特徴づけ
られるアンテナにより同一または異なるマイクロ波周波
数が同時に送信または受信されるとき可能となる高度の
分離により従来得られた通信容量よりも倍；加せしめら
れる。

タブの導波管の外側の部分は、（１）き電アレイに生ず
る高次の導波モードの振幅を制御し、（２）隣接する導
波管き電要素間の相互結合を制御する働きをする。

そして導波管き電要素間の相互結合の低減すなわち左旋
偏波信号と右旋偏波信号間の分離は、直交電界成分が等
しくなるときに達成される。

かくして、このような高度の分離が達成され、通信容量
の倍化がもたらされるのである。

第８ないし第１０図を詳しく参照すると、９．０７ない
し９．９７ ＧＨｚのマイクロ波周波数帯域で本発明を
実施するため、縮小して地上で利用される装置が示され
ている。

この周波数帯域は、導波管き電アレイ９４と関連させて
既存のオフセットされた放物面レフレクタ９６の使用を
可能ならしめるように選択された。

導波管き電アレイ９４は、放物面９６の焦点に位置づけ
られ、各々第６図に例示されたものとはゾ類似の導波管
を有する。

たゾし、各導波管は、金属より形成され、単一の部片と
して形成された各導波管の開放端にトランスフォーマ部
分を有する。

各導波管１００はまた、縮尺模型に使用される周波数が
高いため、４ＧＨ２に対して第６図に例示された導波管
６２よりも寸法か小さい。

導波管１００は、図面に図示されない適当な電力分割器
、減衰器、位相シフトおよびスイッチング装置により接
続された同軸ケーブル１０２により入力口を介してき電
される。

放物面レフレクタ９６は、大地平面に関する放物面の軸
線の高さの変動を可能ならしめる装置９８上に取り付け
られている。

き電アレイ９４の正面が第１０図に示されているが、き
電アレイ９４には、前述のタブに類似の形式の分離手段
が含まれている。

たゾし、該分離手段は、縮尺模型に採用される９ＧＨｚ
周波数帯域に必要とされる小さい導波管寸法に順応する
ように小寸法より成る。

第１０図は、第９図に例示されるき電アレイの右下部分
の斜視図である。

第１１図は、第８ないし１０図に図示される縮尺模型に
使用される寸法を示す線図である。

放物面レフレクタ９６を含む放物面の軸線１０６は、焦
点を通り、該焦点に相互に垂直な軸線ｘ／ 、 ｙ／お
よびＺ′が配置される。

第１２ないし１７図は、縮尺アンテナ装置で集められた
かなりの量のデータを例示するものである。

このデータは、アンテナ装置の動作を代表するものと思
われる。

詳しく述べると、第１２図は、アンテナき電アレイにお
ける単一の導波管の一次放射パターンを、９．２７ない
しＩ Ｏ，２０ＧＨｚの６つの特定の周波数ニラいて例
示するものである。

これらのパターンは、オフセットされた放物面レフレク
タ９６の存在なしに測定され、第９図および第１０図に
例示されるタブ１０４の不存在下に動作する単一の導波
管に適用されるという意味において一次である。

第１２図の上部中心には、き電アレイ９４の中心部の正
面が示されている。

φ−〇°、φ−４５°、φ−９０°として識別される３
軸線が存在することを認められたい。

これらの３つの同一平面にある線は、き電アレイ９４の
ｘ／ ｙ／軸で交叉する。

これらの交叉するφ線は、第１２図の図面から延び出る
平面の縁部を表わし、き電アレイの放射パターン内に位
置づけられる。

第１２図の正面略図の右側には、き電アレイ９４の平面
図が示されている。

線９５は、き電アレイ９４から放射線伝搬の方向に０°
の仰角で延びるものとして示されている。

線９５の両側に４瓜０’の仰角線９５からそれぞれ±３
０°の仰角を表わす２本の線が示されている。

φ＝０°の平面においてなされた測定に対して第１２図
の右側に示される放射パターンは、放射パターンの放射
方向切断線に沿って軸比を連続的に測定することにより
、すなわち−４５°から＋４５゜にわたる仰角について
軸比を測定することによりなされた軸比の測定に基づく
ものである。

同様に、第１２図の右側の周波数に対応する周波数にお
ける測定がφ二４５°の面についてなされたものが左側
に例示されている。

これも、−４５°ないし＋４５゜の仰角中を延びる放射
方向切断線についてなされた。

第１２図、第１３図および第１４図中の水平線は、１ｄ
Ｂ分離されており、種々の放射パターンに画かれる振動
の最小および最大値間の差を指示するのに使用される。

振動パターンは、連続的回転および直線偏波源からフィ
ードアレイ９４に伝達される放射線の電界成分の測定か
ら得られる。

アンテナの放射パターンの直線電界成分のこの回転的測
定の結果として、完全な円偏波からの離脱度を決定でき
る。

２７ｄＢの干渉偏波分離は、７５ｄＢの電力軸比および
１．８８の実際の電力軸比に対応する。

同様に、２７ｄＢの電圧または電界軸比は、１．０９の
実際の電圧軸比に対応する。

換言すれば、ｄＢによる干渉偏波分離は、（１，００９
−１ ）２０１ｏ□に等しい。

（１，０９＋１） 第１３図は、画かれるデータに関しては第１２図に類似
である。

たゾし、放射パターンに２種の追加の周波数が含まれて
周波数が８．８７ないし１０．２０ ＧＨｚにわたり、
データが、第９図および第１０図に例示されるタブが各
導波管に取り付けられたき電アレイ９８の単一の付勢導
波管に適用されている。

第１３図から、電圧軸比の相当の減少を認められたい。

これは、第１３図の振動パターンのピーク対ピークの変
動により決定される。

第１２図は３．６ないし５．６ｄＢの範囲の軸比を示し
ているが、第１３図においては、タブ１０４の分離手段
で達成される劇的な改良が明らかである。

第１３図においては、電力軸比が第１２図におけるより
もはるかに小さい。

しかして、該分離手段は、各導波管の伝搬方向に垂直な
直交電界の電界強度の等化をも行なう。

第１４図は、単一の導波管を使うき電アレイ９４から得
られる２つの二次放射パターン１０８および１１０を例
示するものである。

これらは、第８図に例示されるオフセットされ々放物面
レフレクタ９６から反射されるビームで測定されるので
、二次放射パターンである。

第１４図の底部の角度指示は、公称５．６８°の仰角か
らの離脱を表わす。

０°の指示は、この角度を表わす。パターンは、やはり
、放射パターンにおける電界強度を感知するため、連続
的回転および直線偏波源で測定され、φ＝８７．５８°
の角度でなされる。

これは、測定がなされる角度を示すものである。

次に、第１５図を参照すると、インド洋上衛星位置で使
用されうるような半球状放射パターンをもつ完全な２５
素子き電アレイ９４上で測定された代表的二次放射パタ
ーンが示されている。

放射パターンは右旋偏波に対するものであり、測定は。

放射パターン中を通る円形切断線に適用される。

切断は、第１２図に例示されるφ線の交叉点から固定半
径にて、φ二００ないしφ＝１８０°の種々の面を通っ
て連続的になされる。

一貫して低軸比が得しれることに留意されたい。

第１５図に例示・される放射パターン測定は、９．５４
ＧＨｚの縮尺規模アンテナに対して中心周波数でなさ
れた。

データは、コンピュータで蓄積、処理された。

このコンピュータ処理データは、全地球表面に対して主
パターンおよび偏波パターンを発生するのに使用された
。

第１６図および第１７図は、９°の仰角までのか５るデ
ータを示す。

第１６図は、主偏波データを示すもので、その線図の左
手部分の放射パターンが右手すなわち東半球部分の放射
パターンよりも２７ｄＢ大きいことが理解できる。

同様に、第１７図は全地球表面上の干渉偏波分離の放射
パターンを例示する。

アンテナ装置の干渉偏波分離が、カバー領域の対応する
位置において、第１７：図の電力レベルから第１６図の
電力レベルを減することにより計算できる。

２７ｄＢ以上の干渉偏波の分離が、左手すなわち西半球
に対して実質的に全放射パターンにわたり達成された。

第９図においては、導波管が、第１６図および第１７図
の放射パターンにおいてもたらされる相対振幅および角
度指示を有する。

第１２ないし第１４のグラフは、第９図の導波管１５に
より受信される放射に適用される。

【図面の簡単な説明】

１ 第１図は軌道上にある衛星の斜視図、第２図は第１
図の衛星の斜視図で、衛星から地球に送信され、あるい
は地球上送信ステーションから衛星により受信される放
射線パターンを示すもの、第３図は導波管アレイおよび
オフセットされた放物面レフレクタを含むアンテナ装置
の略図で、３．７０４ＧＨｚないし４．０７３ ＧＨｚ
のマイクロ波送信に関する例示のアンテナ装置に対する
寸法を付したもの、第４図は第３図に略示されるアンテ
ナアレイに密に束ねられる導波管の開放端部を示す図。 第５図は第４図に例示されるアンテナアレイの好ましい
形式のものおよびそれとともに利用されうる支持構造体
の斜視図、第６図は第４図および第５図のアンテナアレ
イに例示される複数の導波管の１つを構成する好ましい
形式の導波管の斜視図、第７図は第６図の導波管の開放
端の正面図で、直交電界成分を等価しかつアンテナき電
アレイにおける種々の導波管間の相互結合を阻止するよ
うに、上記開放端またはその近傍に位置づけられた分離
手段を例示するもの、第８図は本発明にしたがって構成
されたアンテナの縮尺模型の斜視図、第９図は第８図に
示されるアンテナアレイの正面図、第１０図は第９図の
アンテナき電アレイに束ねられた導波管の開放端の一部
の部分的斜視図、第１１図は第８ないし１０図に示され
る縮尺アンテナ装置の概略図、第１２図は、アンテナア
レイが前述の分離手段なしに使用された場合０°および
４５゜平面で測定された一次アンテナアレイ放射パター
ンを種々の周波数で示すグラフ、第１３図は分離手段を
具備した導波管を用いた一次アンテナき電アレイパター
ン測定値を示す第１２図に類似の図、第１４図は、第８
図ないし第１１図の縮尺模型アンテナ装置に例示される
オフセットされた放物面レフレクタから得られる二次ア
ンテナパターンを例示するグラフで、導波管上に分離手
段を有するもおよび有しないもののか５るパターンを例
示するグラフ、第１５図は、アンテナき電アレイにより
供給されオフセットされた放物面レフレクタから反射さ
れる右旋円偏波マイクロ波信号について、第８ないし第
１１図の縮尺模型アンテナ装置から放射される二次電力
放射パターンを示すグラフ、第１６図および第１７図は
、９．５４ ＧＨｚの周波数にて第８ないし第１１図の
縮尺アンテナにより達成される主および干渉偏波放射パ
ターンをそれぞれ例示するグラフである。 １０：衛星、’ｆ４，１６：ソーラアレイ、２０：タワ
、２２ 、２４ ：レフレクタ、２６，２８：導波管ア
レイまたはアンテナき電アレイ、６２：導波管、６４：
入力端、６６．６８：入力手段、６７：出力端、７０：
隔壁偏波器、９０：補償器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの導波管を含み、該導波管が左旋偏
   波信号および右旋偏波信号を伝達せしめる手段、および
   該導波管に取り付けられ、前記左旋偏波マイクロ波信号
   の、伝搬方向に垂直な直交電界成分の強度を等化し、か
   つ前記右旋偏波マイクロ波信号の、伝搬方向に垂直な直
   交電界成分を等化する手段を含み、該等化手段が少なく
   とも２つのＵ字状部分を有する複数のタブを含み、該タ
   ブが、前記導波管の端部またはその近傍に取り付けられ
   たマイクロ波アンテナ装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記左旋偏波マイクロ波信号が、該信号の
   伝搬方向に垂直な平面で回転する直交電界成分を有し、
   前記右旋偏波マイクロ波信号が、前記左旋偏波マイクロ
   波信号の伝搬方向に垂直な平面で、かつ前記左旋偏波マ
   イクロ波信号の前記直交電界成分の回転方向と反対の方
   向に回転する直交電界成分を有するマイクロ波アンテナ
   装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記電界成分を等化する手段が、前記導波
   管の１つを通って伝達される前記円偏波マイクロ波信号
   および前記導波管の他のものを通って伝達される前記円
   偏波マイクロ波信号間の相互結合を防ぐすなわち分離す
   るマイクロ波アンテナ装置。 ４ 特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記複数の導波管を通って伝達されるマイ
   クロ波信号を反射する放物面反射手段を含むマイクロ波
   アンテナ装置。 ５ 特許請求の範囲第３項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記複数の導波管を介して伝達される前記
   マイクロ波信号を反射する放物面反射手段を含むマイク
   ロ波アンテナ装置。 ６ 複数の導波管を含み、各導波管が、第」および第２
   の入力口、前記入力口の一方の第１の直線偏波マイクロ
   波信号を導波管内の左旋偏波信号にまたはその逆に変換
   し、かつ第２の直線偏波マイクロ波信号を右旋偏波信号
   にまたはその逆に変換する手段を有し、前記各マイクロ
   波信号は、その伝搬方向に垂直な直交電界成分を有し、
   前記左旋偏波信号の直交電界成分が第１の方向に回転す
   る合成電界を有し、前記右旋偏波マイクロ波信号の直交
   電界成分が第２の回転方向で回転する合成電界を有し、
   そして前記導波管はさらに、前記左旋偏波信号の直交電
   界成分の強度を等化し、かつ右旋偏波マイクロ波信号の
   直交成分の強度を等化する手段を含み、該等化手段が少
   なくとも２つのＵ字状部分を有する複数のタブを含み、
   該タブが前記各導波管の端部またはその近傍に取り付け
   られたマイクロ波アンテナ装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記電界成分の強度を等化する手段が、前
   記導波管の１つを介して伝達される前記円偏波マイクロ
   波信号および前記導波管の他のものを介して伝達される
   前記円偏波マイクロ波信号間の相互結合を防ぐすなわち
   分離するマイクロ波アンテナ装置。 ８ 特許請求の範囲第６項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記複数の導波管を介して伝達される前記
   マイクロ波信号を反射する放物面反射手段を含むマイク
   ロ波アンテナ装置。 ９ 特許請求の範囲第７項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、複数の擬似導波管を含み、前記擬似導波管
   がマイクロ波放射線を吸収する手段を含むマイクロ波ア
   ンテナ装置。 １０特許請求の範囲第８項記載のマイクロ波アン。 テナ装置において、前記円偏波信号が伝達される前記導
   波管および前記擬似導波管を含む全導波管が、前記放物
   面反射手段の焦点に束ねられたマイクロ波アンテナ装置
   。 １１特許請求の範囲第８項記載のマイクロ波アン。 テナ装置において、前記放物面反射手段が楕円形のオフ
   セットされた放物面レフレクタであるマイクロ波アンテ
   ナ装置。 １２特許請求の範囲第７項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、電力分割器、減衰器、位相シ１フト回路お
   よび前記複数の導波管を介してマイクロ波放射線を選択
   的に送受するスイッチ装置を含む印刷回路伝送線を含む
   マイクロ波アンテナ装置。 １３特許請求の範囲第７項記載のマイクロ波アンテナ装
   置において、前記各導波管が、前記変換子。 段および前記導波管端部間の領域において方形断面より
   成るマイクロ波アンテナ装置。 １４特許請求の範囲第１３項記載のマイクロ波アンテナ
   装置において、前記各導波管にステップトランスフォー
   マを含み、該ステップトランスフオ・−マが前記変換手
   段および前記導波管端部間に位置づけられたマイクロ波
   アンテナ装置。 １５特許請求の範囲第１４項記載のマイクロ波アンテナ
   装置において、前記各導波管の前記端部と関連せる前記
   等化手段が、８個のタブを含み、導波管の前記方形断面
   部分には、その各４側に前記タブが２つずつ位置づけら
   れたマイクロ波アンテナ装置。