JPS62500767A - 被変調等位ビ−ム直接放射アンテナ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 被変調等位ビーム直接放射アンテナ 発明の背景 この発明は、不規則な外形の高位に形成されたビームの創作のためのアンテナ◆ システムに関する。

静止軌道に於ける通信衛星は、地球上のある位置から他の位置に通信をさせるた めに使用されるものである。このような衛星は代表的に、特定の陸地の保証範囲 に巧みに処理されたアンテナ・システムを使用し、一般的でない範囲を超える利 得を得るアンテナを無駄にしないようにしている。そのために、高位な等位アン テナ・パターンを提供するアンテナ中システムは、前記通信システムの能率を高 めるために要求されるものである。

これまで、放射状リフレクタを給電する導波管ホーンのクラスタは、高位な等位 ビームを産する前記衛星アンテナのみであった。この型のシステムは、高いコス ト、熱による歪み、及び少なからぬ体積要求の損失を受ける。

モジュラ・フェーズド・アレー・アンテナ・システムは、レーダの適用に於いて 長い間利用されており、代表的にこれまでの目標のＲＦエネルギーのナロー・ビ ームを掃引するためのレーダ・システムに於ける素子、及びこれらによって反射 信号から前記目標の像が得られる。出願者に知られている限りに於いて、フェー ズド・アレーの技術は、これらの設計の標準の処理に関連して相対的に高いコス トのために、空間アンテナ・サブシステム以前には使用されていなかったもので あり、且つ実際はこのような標準の処理が衛星及び空間外形のための実際的な外 形に導くことが信じられていなかったものである。

故に、この発明の一つの目的は、高位な等位ビーム・パターンを創作するための モジュラ・フェーズド・アレー−アンテナ・システムを提供するものである。

この発明の他の目的は、高位な等位パターンが創作できる直接放射アンテナを提 供するものである。

この発明の更に他の目的は、従来の技術システムより相対的に小さく、コンパク トな、軽いそして低価なモジュラ等位フェーズド・アレーを提供するものである 。

発明の摘要 被変調の、高位な等位ビーム・パターンを生じるための直接放射アンテナ・シス テムが発表されている。前記優先の実施例は、複数の同一のアレー・モジュラを 含み、それぞれ少なくとも一つの放射素子から成っている。モジュール間給電ネ ットワークは、同出力、同位相関係に於けるモジュール・ポートと前記放射素子 との間に分割されたＲＦエネルギーが供給されるものである。相互変調給電ネッ トワークは、アンテナ・システム・ポートと前記それぞれのモジニラ・ポート間 にＲＦエネルギーを伝送するために供給される。第２の給電ネットワークは、前 記それぞれのモジュール・ポートと所定の相対振幅と位相である前記システム・ ポート間に伝送される前記ＲＦ小出力ために、結合される前記出力及び供給され る適当な電気的な経路長が適合される。完全な平面アレーを横切る前記相互変調 励磁出力及び位相分割は、要求された範囲を包囲するために前記所望の等位ビー ムを産する。

図面の簡単な説明 この発明によるこれら及び他の特徴と利益は、以下に詳細に示す添付図面で説明 するようにこれらの模範的な実施例から、より明白になる。

第１図はこの発明に関連した平面フェーズド・アレーの平面図、 第２図はこの発明に関連した溝を付けた導波管平面アレー・モジュールの内部の 見える透視図、 ！３図は前記モジュール間給電ネットワークの概略的な等価回路図、 第４図は同一のアレー・モジュール３２個から成っている平面アレーを示した図 、 第５ａ図乃至第５ｅ図は第４図め前記平面アレーのための前記相互変調給電ネッ トワークを説明する概略図、第６図は第４図に示された前記アレーの前記論理的 に予測し得る放射ビーム・パターン等位を示した図、第７図は第４図に示された 前記アレーの正確に測定した放射ビーム等位を示した図である。

好ましい実施例の詳細な説明 この発明は、新しい被変調等位ビーム・アレー・アンテナから成る。以下の説明 は、この発明で作られ、且つ使用されるためにどのような当業者でも可能化して 提出され、そして特定の出願及びその要求の前記関係に於いて提供されるもので ある。前記好ましい実施例のための種々の変形は、それらの当業者にたやすく明 白にされ、そしてこの中に明らかにされた前記一般的な原則が、他の実施例と適 用に供給されることができる。このように、この発明は、前記参照された実施例 に限る予定では無いが、この中で明らか°にされた前記原則と特徴に一致した最 も広い範囲で一致されるべきものである。

この発明の現在優先の実施例は、前記地球上の静止軌道に於ける衛星のためのア ンテナ・システムを使用する予定である。このように、前記衛星は、前記地球上 的２２，０００マイルの静止軌道に位置されており、この発明に関連した前記ア ンテナ・システムは、特定の陸地を覆うための高位な外形を描かれる放射ビーム 等位を提供するために適合されるもので、例えば、メキシコ国が特定の静止軌道 の軌跡から、すなわち特定の経度から眺められる。

出願者に知られている限りに於いて、不規則外形の非常に高位に作られたビーム め創作のための平面アレー技術の第１の使用をこの発明は表している。この発明 に伴って前記アレー・ビームは、特定の利得目標地点に達するため３次元の等位 の中に形作られたものである。このアンテナの型は衛星の適用に限られるもので はないが、実質的にどのような型のビーム等位でも創作してもよい（有効な開口 面の大きさと周波数に依存する）。この発明は、有効な特別の覆いのための最も 効果的なアンテナを提供することによって、実際的な、低コストを表す。

以下に詳細に述べるように、前記アレー・システムの前記優先の実施例は、モジ ュール間給電ネットワークによる前記放射素子に結合された複数の放射素子とモ ジュール・ポートとを、それぞれ順番に含んでいる複数の同一アレー・モジュー ルから成る。前記アレー・モジュールの前記アレー・ポートは、所定の相互変調 位相と振幅励磁を供給するために適合された相互変調給電ネットワークによって アレー・システム・ポートに結合されるものである。前記完全な平面アレー開口 面を横切る前記相互変調励磁出力及び位相分割は、要求された範囲を包囲するた めに前記所望の等位ビームを産する。

同期軌道に於ける衛星のための前記要求される範囲は、特定の静止軌道の軌跡、 すなわち特定の経度から眺められるような前記所望の陸地である。

精巧な最も効果的なコンピュータ技術は、リフレクタ・アンテナを給電するホー ン・アレーを解析するための他のものによって開発されているもので、衛星の適 用のために代表的に使用される。既知のように、前記リフレクタに給電している それぞれのホーンは異なったビーム指示方向に伴って単一ビームを創作する。最 も効果的なコンピュータ・プログラムが、前記所望の等位アンテナ・ビームを創 作するために、アレーに於ける前記ホーンの前記最高の相対位相と出力励磁を決 定する。文献の　’Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｈａｐｅｄ−Ｂｅａｍ　Ａｎｔｅｎ ｎａｓＴｈｒｏｕｇｈ　Ｍｉｎｉｍａｘ　Ｇａ１ｎ　Ｏｐｔｌｍｉｚａｔｌｏｎ 、’　Ｃｈａｒｌｅｓ　Ａ、　Ｋｌｅｉｎ。

ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｌｏｎｓ　ｏｎ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒ ｏｐａｇａｔｉｏｎ、ＶｏｌｕｍｅＡｐ−３２，Ｎｏ、　９．　Ｓｅｐｔｅｍｂ ｅｒ、　１９８４．　ｐａｇｅｓ　９６３−９８８．に、このような最も効果的 な技術の一つの例を提供している。

リフレクタ・システムに給電した前記ホーンに同様の方法は、前記最も効果的な コンピュータ・プログラムが、前記所望の等位アンテナ・ビームを創作するため の前記完全な平面アレー内に、前記平面アレー・モジュールの、前記最高の相対 位相と出力励磁を決定するために使用されてもよい。

第１図は、リフレクタ・アンテナφシステムに給電した前記既知のホーン・アレ ーの前記類似点へのいくつかの洞察を提供し、そして実際に於いて異なったビー ムの指示方向と共に多くのビームに添えているもので、そして前記平面アレーは 多くの平面アレーのセグメントまたはモジュールから成る。

第１図に前記平面アレーの平面図を示す。前記アレー・モジュールは、論理上、 前記アレー素子のように処理されるものである。そのため、前記相互変調間隔ｄ は、隣接した同一のアレー・モジュール間の中央との間の間隔である。

点ａｌ１２から点ａ１，２の位相の切換えは、（２π／λ）ｄｃｏｓθ１，２で 、λは自由空間波長であり、そしてθ１，２はアレー・モジュール１及び２につ いてのみ考えることによって、創作される主ビームの前記アレーの前記面から前 記指示方向である。同様に、θ３，４はアレー・モジュール３及び４についての み考えることにより、創作される主ビームの前記アレーの前記面からの前記指示 方向である。θ１，２とθ３，４は等しくなくともよい。

異なった方向に於いて指示する隣接したアレー・モジュール一対のこれらのビー ムを考えると、前記ホーン・アレーが給電したりフレフタ・アンテナと等位ビー ム被変調平面アレー・アンテナ間の前記類似点間が明白になる。前記隣接したア レー・モジュール１と２．φ１，２間の前記相対位相は、ａｌ、２とｂｌ、２間 の前記位相切換えであり、前記アレーの前記平面から方向θ１，２で前記主ビー ムの指示を形成するためのアレー・モジュール１及び２から前記信号放射の前記 構造の干渉を創作するために、 （２π／λ）ａｃｏｓθ１，２にまた等しくならなければならない。同様の理由 で、φ３，４は（２π／λ）ｄｃｏｓθに等しい。このように、隣接したモジュ ール間の励磁結合の相対位相φ□ｌ　Ｆｌ＋１と共に被変調平面アレーを解析す ることにより、実質的に多重ビームは によって異なるビーム指示方向が解析される。これは、前記ホーンφアレーが給 電したりフレフタ・アンテナの解析に類似したものである。

上述したように、最も効果的なコンピュータ・プログラムは、前記アンテナの前 記個々のモジュールの最高の相対出力と位相及び励磁を決定するために使用され るものである。ホーンのクラスタにより給電された前記リフレクタ・アンテナの ために、前記個々のホーンの前記特定の位置を特定の個々のホーンに相応する異 なった静止したビーム指示方向をそれぞれ決定する。それぞれのモジュールとは 前記被変調位相アレーが、前記完全なアレーの前記平面に標準の個々に方向を宵 したビームを無関係に創作しており、前記アレー・モジュールの前記終了する効 果的な相対位相は、実際の個々のビームの指示方向の分散を創作する価値がある 組合わせであり、加えて分担に前記所望の外形をより創作するものである。

この発明の前記アンテナ・システムは、レーダ・システムに使用する予定ではな く、このレーダ・ビームは目標の像を得るために、これまでの目標が掃引される ものであると認めることは重要である。むしろ、ホログラフィック・プロセッサ に類似した方法に於けるこのアンテナ・システムの機能は、前記“目標”　（前 記特定の等位範囲）の前記像が、前記モジュールの性質及びこれらの励磁分割を 経てストアされることである。このように、このアンテナ・システムの前記ビー ムは、３次元に於ける等位である。

前記衛星アンテナの場合、前記像は前記アンテナ上約２２．０００マイルに設計 されるよう考えることができる。

前記アンテナは、特定の範囲のありのままの像を創作する伝導表面の収集のよう に認めるものである。あらゆる素子またはあらゆるモジュールのスロットが、こ の適用に於ける前記衛足が面している全地球を照らすことは理解されるべきであ る。エネルギーの前記小波の経路は、前記所望の像を創作する前記アレー（受信 アンテナの場合）によって集められたものである。この集合的な処理は、周波数 コヒーレントである。

このように、前記アンテナは、周波数選択、前記通信のスペクトルに於ける電線 動作の空間的に選択的なセットから成り、古典的レーザ写真の前記認識できるス ペクトルではない。

この発明のこの通常の原則と共に、前記アレー・モジュール及び給電ネットワー クの特徴は、次に述べられる。この発明に使用される一つのアレー・モジュール の内部の見える透視図が第２図に示される。このようなモジュールの前記構造は 、第２図からそれらの当業者により一般に明白になる。前記説明されたデバイス は、１４から１４．５ＧＨｚのレンジに於けるに帯域動作のために特に適合され るものである。前記モジュールは、一般に方形構造に限定している複数の放射導 波管２０から成り、放射板３０に形成された複数の放射スロット２５を各々有し ている。各々の放射導波管２ｏは約３．３０２インチの長さで、一般に方形構造 に限定している６つの導波管の幅は３．９２６インチである。それぞれの導波管 ２ｏは、短絡回路、例えば２２で終端される。前記システムがＲＦエネルギーの 受信または送信の何れにも使用できることは注意が払われるべきであり、前記シ ステムは相互に作用する。記述を明快にするため、以下に詳述する前記給電ネッ トワークは送信によるものとする。

給電導波管３５は、前記放射導波管２０の下に横断する関係で配置されている。

複数の結合スロット４０は、前記放射導波管と前記給電導波管との間で結合エネ ルギーのために、前記給電導波管と前記それぞれの放射導波管に形成されている 。前記給電導波管の端は、短絡回路４５で折曲げられて終端されている。前記結 合スロット４０が、前記給電導波管の前記縦軸に相対角をなす位置に配置される ことは注意が払われるべきでで配置されている。入力スロット５５はこれらそれ ぞれの導波管の間にエネルギーを伝送するために、前記入力／出力導波管５０と 給電導波管３５間に形成されたものである。

故に、エネルギーは前記入力／出力導波管に供給されることができる。前記入力 エネルギーは、前記にスロット５５を通って前記給電導波管３５へ結合され、前 記それぞれの給電導波管結合スロット４０を通って前記放射導波管２０に前記エ ネルギーが結合されるために適合されるものである。前記エネルギーは、そのと き前記放射板に形成された前記スロット２５から放射される。前記モジュール構 造は、前記モジュールの前記他の放射スロットから放射された前記エネルギーの ように、出力及び前記同一相対位相に於いて十分に等しい各々の前記放射スロッ トから放射され前記エネルギーのために適合されるものである。

ＲＦエネルギーを伝送するための溝のついた導波管を使用することは、それらの 当業者によって既知である。前記問題に於ける模範的な参照文献は、“Ｔｈｅｏ ｒｙ　ｏｆ　５ｌｏｔｓ　ｉｎＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ 、　’　Ａ、Ｆ、　５ｔｅｖｅｎｓｏｎ、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅ ｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、　１９．　Ｊａｎｕａｒｙ　１９４Ｌ　ｐａｇ ｅｓ　２４−３８である。前記等しく得るための、同相の分割、前記放射スロッ トは、それぞれの放射導波管に沿っている半分の導波管波長間隔で配置されたも のであり、前記放射導波管の中心軸の両側の上に互い違いに配列させる関係に於 いてオフセットにされるものである。前記導波管２０の各々の端に隣接した前記 中央のスロットは、前記短絡回路から前記導波管波長の１／４に間隔が保持され る。前記半分の導波管波長間隔は、一つの隣接したスロットから次のスロットに １８０°の移相を供給するもので、スロットからスロットに追加的な１８０’の 移相に於いて、互い違いに配置されている前記スロットがオフセットされる結果 、これらによって前記他のスロットに伝送される前記エネルギーの位相であるそ れぞれのスロットでの前記エネルギーのために正味３６０°移った位相を供給し ている。

第３図に参照する等価回路は、第２図に示した構造の前記平面アレー・モジュー ルを示したものである。前記放射導波管のための前記等価送信線、前記給電導波 管及び前記入力／出力導波管が示される。このように、前記放射導波管のために 送信線セグメントが、前記放射導波管の線路こう長の前記前記自由空間波長であ る。前記送信線セグメントは前記１／４放射導波管波長線路こう長を表す１２／ ２によって表示される。アドミタンスＹ２．ｎは、前記放射導波管に於ける前記 それぞれの放射スロットの前記アドミタンスを表している。前記放射導波管の唯 一つが第３図に示されるもので、前記他の放射導波管のそれぞれは同様の方法で 表されることができる。

前記放射導波管は、前記給電導波管結合スロットによって前記給電導波管に結合 されるもので、前記結合スロットは、変圧器の巻数比（Ｍ２）１／２で前記それ ぞれの変圧器により第３図に表されている。前記送信線セグメントは、前記給電 導波管のための半分と１／４の導波管波長送信経路長で、１１と１１／２で表す ことによってそれぞれ表される。前記インピーダンス限界点ＺｒＬは、前記給電 導波管結合スロットの前記それぞれのインピーダンスで表される。

前記入力／出力導波管は、入力スロット５５によって前記給電導波管に結合され る。前記結合は、巻数比（ＭＯ）！／２の前記変圧器により表されたもので、且 つ前記インピーダンスＺｏは前記入力スロット５５の前記インピーダンスで表さ れる。

種々の他のモジュール及び相互変調ネットワークは、上述した前記機能を果たす ため及び、ただ模範的なモジュールの設計だけの第２図及び第３図に示す前記特 定の実施例のために設計できることは、それらの当業者によって理解できる。

例えば、このようにその間第２図に示す前記アレー・モジュールは、６つの放射 導波管、それぞれの６つの放射スロットから成り、前記モジュールは、例えば７ つの放射導波管、それぞれ５つの放射スロットから成る。

第４図を参照するように、フェーズド・アレーは図に示された３２個の同一のモ ジュールから成っている。外形線に含まれる各々のモジュールは、所定の像また は等位を得るために要求された、それぞれのモジュールの前記励磁の最も効果的 にする相対出力と位相の前記モジュール番号１〜３２及び既存のコンピュータで ある。第４図の前記アレーと励磁に相応する前記所望の陸地の地図上に添えた論 理上放射等位が第６図に示したものである。第７図は、第４図及び第５図の前記 アレーＱシステムの原型のために正確に測定した放射等位に相応して示したもの である。前記アレー・システムの原型は、幅３３インチ、高さ１６インチ、厚さ 約１インチであり、前記給電ネットワークを含んで測定されることは注意が払わ れるべきである。このように、前記システムは、同様の等似形状および利得を供 給するために、体積の数立方フィートを要求されるリフレクタと給電システムと を比較するよう非常にコンパクトである。

好ましい実施例に於いて、前記相互変調ネットワークは、“方形軸０給電ネット ワークによって満たされ、コンピュータ援用設計技術によって開発される。方形 軸の送信線はＴＥＭ送信線であり、やや円形の正方形の断面図の中央と外側の導 体を有していることにより、同軸送信線から異なっている。このような導波管ネ ットワークの他の実行は、たやすく使用されることができる。前記給電ネットワ ークの意図は、前記アレー・モジュール及び給電ネットワークが、象限及び前記 入力／出力端子２００と前記それぞれの象限端子２２０．２４０．２６０及び２ ８０間の前記出力分割するために適合される前記給電ネットワークの中に分割さ れるものである。

第５ａ図に示すように前記相互変調ネットワークに供給する前記入力信号は、ハ イブリッド・カプラ２０５の前記入力ポートに供給される。前記カプラの絶縁ボ ート２０９は、負荷で終端されている。前記カブラ２０５の直接出力２０７は、 カブラ２１０の前記入力ポートに順番に接続されている。前記カブラ２０５の結 合された出力２０８は、カブラ２１５の前記入力ポートに接続されている。

前記指示４．３６ｄＢの隣接カブラ２０５は、前記カブラへの入力ポートでの出 力レベルに対する前記結合出力での出力レベルの前記値のｄＢ比を指示する。前 記挿入値（１，００００４）隣接端子２００は、前記入力信号の相対出力を指示 する。カブラ２０５は、前記値の隣接ポート２０７及び前記結合出力が、３６６ ８５の結果とする出力レベルによって指示され、前記直接カブラの出力が、６３ ３１９である前記結果とする出力レベルのためのこの信号を分割するために適合 される。このように、前記対数のカブラ比は１１０１ｏ　（，３６６８５／１． ００００４）−４，３６ｄＢ である。

前記ネットワーク象限に対するそれぞれの入力での前記結果として生じる相対出 力レベルは、第５ａ図に表示されるものである。このように、１．０００４の出 力レベルの相対ネットワーク入力のために、前記第１象限の端子２２０の相対入 力の出力レベルは、３７４１５、前記第２象限の端子２４０の前記相対出力レベ ルは、１２１０９、前記第３象限の端子２６０の前記相対出力レベは、２４５７ ６、そして前記第４象限の端子２８０の前記相対出力レベルは、２５９０４であ る。

第５ｂ図は、前記給電ネットワークの前記第１象限の回路図である。前記給電ネ ットワークのこの象限は、前記象限端子２２０とモジュール５．６．７．８．１ ３．１４．１５及び１６のための前記それぞれのアレー・モジュール−ポートか らＲＦエネルギーを伝送するために適合されるものである。これらのモジュール のための前記モジュール・ポートは、第５ｂ図に於いてそれぞれの参照数字２８ ４．２８２．２８１．２７８．２７６．２７４．２７２及び２７０によって表示 される。前記給電ネットワークの前記第１象限は、ハイブリッド・カブラ２９０ ．２９５．３００．３０５．３１０．　３１５及び３２０から成る。前記それぞ れのハイブリッド・カブラの結合係数は、第５ｂ図に示す前記挿入数値によって 指示される前記相対出力レベルを供給するために適合されるものである。前記各 々のアレー・モジュール・ボートでの前記相対出力レベルは、隣接した前記それ ぞれのモジュール・ボートに示される前記挿入数値によって表示されるものであ る。

前記相互変調ネットワークは、前記ネットワーク・ボート２００と前記モジュー ル・ポートとの間で所定の相対移相を供給するためにも適合されるものである。

各々のアレー・モジュール・ポートでの前記要求された信号位相は、各々のモジ ュール・ボートと前記ネットワーク・ポート間で、前記相対電気的経路の適当な 選択によって供給される。このように、前記明らかにした実施例に於ける前記ネ ットワークは、１４から１４．５ＧＨｚである特定のに帯域での動作のために設 計されたものである。各々の方形軸カプラの前記直接出力ポートでの前記信号位 相は、前記結合したボートから９０度前記信号位相を遅延する。各々の方形軸カ プラは、僅かな１／４波長の経路長を寄与するもので、これはまた前記結合係数 にしたがって変え°Ｃもよいものである。前記ネットワーク・ポートとモジュー ル・ポート間の前記所定の相対位相関係を得るための前記給電ネットワークの前 記設計は、それらの当業者によってたやすく明白にできるものであり、更に細部 に於いて詳述する必要はないものである。

第５ｃ図は、前記給電ネットワークの前記第２象限の図である。前記給電ネット ワークの前記第１象限に関しては上述して述べたのと同様の方法であり、第２象 限は、前記象限端子２４０とアレー・モジュール１〜４及び９〜１２のための前 記モジュール・ポート間にＲＦエネルギーを伝送するために適合される。前記そ れぞれのモジュール・ポートは、参照数字３４２．３４４．３４６．３４８．３ ５０．３５２．３５４及び３５６によって確認される。更にまた、この第２象限 は、ハイブリッド・カブラ３６０．３６５．３７０．３７５．３８０．　３８５ 及び３９０がら成る。第５ｃ図上にｄＢで表示される前記カブラの前記結合係数 は、第５ｃ図の括弧にそれぞれの項により表示される前記相対出力レベルを供給 するために適合されるものである。

第５ｄ図及び第５ｅ図に、それぞれ前記給電ネットワークの前記第３及び第４象 限の図を示す。前記第３象限は、前記入力端子２８０とモジュール１７〜２ｏ及 び２５〜２８のための前記モジュール・ポート間にエネルギーが結合するために 適合される。同様に、前記第４象限は、象限端子２８０とモジュール２１〜２４ 及び２９〜３２のための前記モジュール・ポートの間にＲＦエネルギーを伝送す るために適合されるものである。第３及び第４象限の前記カブラの前記カブラ係 数は、前記モジュール・ボート及び前記象限端子のそれぞれ前記カブラの前記種 々のボートでの相対出力レベルと共に、それぞれ第５ｃ図及び第５ｅ図に示され る。

上述したこの発明の実施例は、第５図及び第６図に示されるように、静止軌道に 於ける衛星のために取付けた放射パターンを供給するために適合されるものであ る。もう一つの実行に於いて、この発明は、実時間再形成できる及び、または走 査等位ビームを供給するために使用されることができる。

この能力は、それぞれ動的に変化しやすい結合係数及び移相で、カブラと移相器 を有していることによって成し遂げることができる。このように、アレー−プロ セッサは、これらの時間変化している結合係数、及び前記所望の放射等位または “像”が産するための移相を抑制するために使用されることができる。前記最も 効果的な結合係数と移相は、アレー・プロセッサ・メモリにストアでき、且つ産 するために前記特定の放射パターンに依存して取消すことができる各々の像が要 求される。

直接放射アンテナ・システムは、高位な等位放射パターンの提供を表しているも のである。前記システムは、最も効果的した分割の使用が可能にされ、在来のア レー技術を回避する近道となる。この発明は、衛星の適用に於いて使用するため に限るものではないが、どのような型のビームの外形でも実質的に生じさせるこ とができる（有効な開口面の大きさと周波数に依存する）。被変調等位ビーム・ フェーズド・アレーは、前記被変調励磁出力と位相分割に依存する無数の等位ビ ームの何れか一つでも提供することができる。

この発明は溝を付けた導波管モジュールの平面アレーに限るものでなく、高い偏 波の純度及び相対狭帯域幅のみ必要とされた結果で、前記衛星の適用の要求の結 果のように詳述した実施例に於いて使用されることが理解されるものである。

他の応用に於いて、例えば前記アレー・モジュールは、帯域幅を増加させるため 、または環状の偏波能力を得るためにスパイラル・アンテナまたはホーン・アン テナから成ることもできた。更に、前記直接放射システムの各アレー・モジュー ルは一つの放射素子のみ含む必要がある。

この発明の前記被変調等位ビーム・アレーは、コンパクトで、標準より軽い、有 効なそして相対的にコストが低いものである。この発明の前記被変調等位ビーム ・フェーズド・アレー技術は、個々の放射スロットの代わりに、前記完全にした アレーの前記共通の素子のように、処理される前記モジュールによって前記溝を 付けた導波管平面フェーズド−アレーの設計を簡単にする。前記簡単化した要因 は、各モジュールに於ける前記スロットの数と略同数である。更に、モジュール 化と共に、前記アンテナ・システムのための前記有効範囲は、扱いやすい下位範 囲の中で断たれ（分析的なそしてコストの理由によって）、そのとき前記理想の アンテナの方へ収束するこのような方法により最も効果的にされる。前記理想の アンテナに対してこの収束は、在来のアレーの設計に於ける通常の問題ではなく 、低いサイドローブ、またはファン。

ビームまたはＣ６０２ビーム若しくはトラッキング・ヌルが成し遂げるための特 別な機能を一般に含んでいる。この中に述べた前記技術は、多くの利得レベルで の種々の断面図の高位な不規則な形状のビームの創作の他に、これらの機能を果 たすことができるものである。この発明は、前記アンテナ範囲を処理するための 多くの方法を提供する。例えば、平面である必要はない。前記モジュールが全て 同一である必要はない。前記分配は空電の必要はないが、走査アンテナに於いて 動的及び制御できるものである。前記アンテナの基本外形は、制限に一致したど のような幾何学でも前記アンテナの位置によって引起こされることができる。

この発明の他の重要な態様は、特定の適用の要求に容易に適合されてもよい標準 化アレー・システムの前記開発を許可する。前記アレー・モジュールの設計は、 一般に前記システム設計の高価な態様である。かってのモジュールは、標準化シ ステムのための基礎を形成するもので、それを設計している。前記相互変調給電 ネットワークは、一般に過度の出費なしに他に対する一つの適用からたやすく適 合できるものである。リフレクタ型のアンテナ・システムに予め要求された慣例 の設計の成果の多くは、除去されることができる。更に、方形の外形を有してい る直線偏波のモジュールが使用されるならば、前記偏波は前記給電ネットワーク で９０°１回転する前記モジュールによって簡単に変化されることができる。こ れは、前記システムの前記柔軟性を更に高める。

上述した実施例は、この発明の原則に表すことができる前記多くの可能な特定の 実施例の単に実例となるものである。

多数のそして種々の他の装置は、この発明の精神と範囲から逸脱することのない それらの当業者により、これらの原則にしたがってたやす〈発明することができ る。

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Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．等位ビーム・パターンを提供するための直接放射アンテナ・システムで、 少なくとも一つの放射素子、及びこの放射素子とモジュール・ポート間に電磁気 エネルギーを伝送するために配列された相互変調ネットワークとをそれぞれ備え る複数のシステム・モジュールと、 前記それぞれのモジュール・ポートとシステム・ポート間に電磁気エネルギーを 伝送するためのシステム・ネットワーク手段とを具備し、 前記ネットワーク手段は等位ビーム・パターンを生じさせるためのアレー開口面 を横切る所定の相互変調励磁出力と位相分割を提供するために適合される直接放 射アンテナ・システム。
2. ２．前記モジュールは溝を付けられた導波管スロットから成る前記放射素子の平 面アレー・モジュールを具備する請求の範囲第１項記載の発明。
3. ３．前記放射素子はホーン・アンテナ部材を具備する請求の範囲第１項記載の発 明。
4. ４．前記放射素子はスパイラル・アンテナ部材を具備する請求の範囲第１項記載 の発明。
5. ５．高位な等位ビーム・パターンを提供するためのフェーズド・アレー・アンテ ナ・システムのモジュラで、少なくとも一つの放射素子及び前記放射素子とモジ ュール・ポート間にＲＦエネルギーを伝送するために適合される第１の給電ネッ トワークとをそれぞれ備えている複数のアレー・モジュールと、 前記モジュールの前記それぞれのそジユール・ポートとアレー・システム・ポー ト間にＲＦエネルギーを伝送するための第２の給電ネットワーク手段とを具備し 、前記手段は高位な等位アンテナ・パターンを生じさせるために前記アレー開口 面を横切る所定の相互変調励磁出力と位相分割を提供するために適合されるフェ ーズド・アレー・アンテナ・システムのモジュラ。
6. ６．前記アレー・モジュールは電気的に等価のモジュール・ユニットを具備する 請求の範囲第５項記載の発明。
7. ７．前記アレー・モジュールは複数の放射素子、及び前記モジュール・ポートと 前記それぞれのモジュール放射素子間に均等な相対出力と位相励磁分割とを提供 するために適合される各モジュールの前記第１のネットワークとを具備する請求 の範囲第６項記載の発明。
8. ８．前記アレー・モジュールのそれぞれは平面放射表面、及びこの放射表面に形 成された放射スロットから成る前記放射素子とを具備する請求の範囲第７項記載 の発明。
9. ９．前記モジュールのそれぞれは更に複数の放射導波管を具備し、 前記放射スロットのそれぞれのセットにそれぞれ伝送する請求の範囲第８項記載 の発明。
10. １０．前記モジュールのそれぞれは、更に前記放射導波管と横断した関係に配置 された給電導波管部材を具備し、前記給電導波管は複数の結合スロットを経て前 記それぞれの放射導波管に伝送している請求の範囲第９項記載の発明。
11. １１．前記モジュールのそれぞれは、更に入力／出力スロットを経て構造する前 記給電導波管と共に伝送している入力／出力導波管部材を備え、 前記入力／出力導波管構造は更に前記モジュール・ポートを具備している請求の 範囲第１０項記載の発明。
12. １２．所定の等位ビーム・パターンを提供するためのフェーズド・アレー・アン テナ・システムのモジュラで、少なくとも一つの放射素子及び前記放射素子とモ ジュール・ポート間にＲＦエネルギーを伝送しているための第１のネットワーク 手段とを各々備えている複数のアレー・モジュールと、 アレー入力／出力ポートと、 前記それぞれのモジュール・ポートと前記アレー・ポート間にＲＦエネルギーを 伝送する手段とを具備し、この手段は動的な制御可能な等位ビーム・パターンを 提供するために動的な制御可能な相互変調出力と位相励磁分割を提供するために 適合されるフェーズド・アレー・アンテナ・システムのモジュラ。
13. １３．更に前記モジュール・ポートと前記アレー・ポート間にＲＦエネルギーを 伝送するための前記手段に結合されたアレー・プロセッサを具備し、 前記プロセッサは、所定のアレー・システム・ビーム・パターンを各々生じるた め所定の相互変調励磁分割を提供するための制御信号を提供するために適合され る請求の範囲第１２項記載の発明。
14. １４．前記プロセッサ手段は前記所定の相互変調励磁分割を表すストアしている データのための記憶手段を含む請求の範囲第１３項記載の発明。
15. １５．高位な等位ビーム・パターンを提供しているためのモジュラ・フェーズド ・アレー衛星アンテナ・システムで、少なくとも一つの放射素子、モジュール・ ポート及び前記放射素子と前記モジュール・ポート間にＲＦエネルギーを伝送す るための第１のネットワーク手段とをそれぞれ備えている複数のアレー・モジュ ールと、 アレー・システム・ポートと、 前記モジュール・ポートとアレー・システム・ポート間にＲＦエネルギーを伝送 するために適合される第２のネットワーク手段とを具備し、 前記手段は所定の範囲を包囲する所定の高位な等位ビーム・パターンを生じさせ るための前記アレー開口面を横切る所定の相互変調出力と位相分割を提供するた めに適合されるモジュラ・フェーズド・アレー衛星アンテナ・システム。
16. １６．前記アンテナ・システムは地球の同期軌道に於ける衛星での使用のために 適合され、且つ前記所定の範囲は所定の静止軌道の軌跡から観察した所望の陸地 の同期軌道マップ群とを具備する請求の範囲第１５項記載の発明。
17. １７．前記アレー・モジュールは実質上同一及び各々平面放射表面を含む請求の 範囲第１６項記載の発明。
18. １８．前記アレー・モジュールのそれぞれは複数の放射素子及び前記モジュール ・ポートと前記放射素子間に均等な相対出力と位相励磁分割を提供するために適 合される各々のモジュールの前記第１のネットワークとを具備する請求の範囲第 １７項記載の発明。