JPS61263301A - 電力分割装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電力分割装置に関するものであり、特に、
ポートの振幅および位相励起が広範囲の周波数にわたっ
て狭い範囲に制限されるようにに制御されることができ
るように１以上のポートを他の多数のポートに接続する
方法に関するものである。

この発明はさらに言えば広帯域周波数応答特性を有する
ビーム形成回路網に関するものである。

［従来の技術］ ビーム形成回路網（以下ＢＦＮという）が地表および宇
宙航行体で使用される多重ビームまたは結合ビームを発
生する多くのアンテナに使用されることはよく知られて
いる。地表においてはＢＦＮは異なった周波数の空間的
に一致したビームの発生のために使用されることができ
る。宇宙航行体用では、ＢＦＮは地表における限定され
た足跡をカバーする成形されたビームを形成するために
使用される。

８ＦＮは多数の異なった部品、例えば放射素子と、相互
接続された伝送ラインと、電力分割装置と、位相シフト
装置と、変成器とより構成されている。ｔｌｉＩ４素子
は賎型的には個々の放射素子ビームが各放射素子と関連
するようにレンズや反射器のような照準目標に供給する
ために使用される。

目標との関係においてＢＦＮによって形成された最終の
ビーム形状は８ＦＮの設計によって決定される振幅およ
び位相を有する素子ビームのベクトル和である。ＢＦＮ
はまた照準目標の使用ではなく、数個のビームの形成す
る放射器アレイに供給するためにも使用できる。

ｔｌＬ射素子の振幅励起を決定する主要部分は電力分割
装置部分である。多くのシステムにおいて、この部分は
方向性結合器の形態をとり、そのいくつかの形態は広く
使用されている伝送ライン形式である。電力分割のレシ
オが容易かつ簡単に変更することのできる典型的な方向
性結合器には、分岐ライン結合き、短いスロットのハイ
ブリッドおよびブロミミテイ（ｐｒｏｍｉｍｉｔソ）結
合器等がある。

ＢＦＮの設計における主要な制限の一つはＢＦＮを形成
する部品が比較的帯域幅が狭いことである。１５％まで
の帯域幅が典型的な多くの用途で必要であり、それは周
波数の関数として結合レシオと位相の比較的安定な変化
を要求する。前記の形式の結合器において、それらは導
波管で使用する場合にＶＨＦＩ力に適しており、±０．
２５ｄＢの平坦な結合レシオがこれら１５％の帯域幅に
わたって得られる。もつと広い帯域幅においては平坦度
は低下する。

いくつかの例において、ＢＦＮは広く離れた周波数帯域
に適合するように設計されなければならない。例えば、
ＢＦＮは送信帯域および受信帯域の周波数を伝達しなけ
ればならない。周波数分離が大きいときには電力分割装
置の利用できる帯域幅についての従来の経験によれば、
個々のＢＦＮが送信帯域および受信帯域を２個の回路網
に分離するように設計されることが好ましいとされてい
る。その場合２個の回路網は、各ｔｌｉ射素子に一つづ
つの多数の周波数結合回路ｗ４（またはダイプレクサ）
によって結合される。

特に宇宙航行体用では１１を軽減して宇宙航行体を制御
するのに必要な燃料が少なくてすむように宇宙航行体搭
載部品の重量を軽減することが望ましい。したがって、
同じ燃料負荷では宇宙航行体が軽いほど長い時間宇宙空
間に滞在することができる。

［発明の解決すべき問題点］ それ故、送信および受信周波数の両者に応答するのに充
分な広い周波数特性を有するＢＦＮ＠提供することが望
ましい、そのようなりＦＮによれば、送信および受信両
薇能にただ１個のＢＦＮが必要であるに過ぎず、したが
って従来のものに比較してＢＦＮが簡単になる。そのよ
うなりＦＮは各放射素子のためのダイプレクサを必要と
しない。

そのようなりＦＮの！農は現在あるＢＦＮの！量の半分
以下である。

［発明の解決すべき問題点］ それ故、この発明の目的は、２個の広く離れた周波数ま
たは周波数帯域に使用することができ、その特性がそれ
ら２個の周波数または周波数帯域の両者を含むように充
分に広い単一のＢＦＮを提供することである。

この発明のさらに特定された目的は、電力分割装置を具
備し、その電力分割装置の周波数特性は２個の周波数ま
たは周波数帯域の両者を含むように充分に広いそのよう
なりＦＮを提供することである。

［問題点解決のための手段１ この発明によれば、複数の放射素子と、出力端子を具備
し送信周波数帯域において動作される送信装置と、入力
端子を具備し受信周波数帯域において動作される受信Ｉ
Ｉと協同して使用するためのビーム形成回路網が提供さ
れる。送信周波数帯域は受信周波数帯域と異なっており
、両者は離れている。このビーム形成回路網は送信装置
と放射。

素子とを互に接続し、また放射素子と受信装置とを互に
接続している。このビーム形成回路網はさらに、少なく
とも第１のポートと第２のポートと第３のポートとを具
備しているダイプレクサ手段と接続され、このダイプレ
クサ手段の第１のポートは送信装置の出力端子に接続さ
れ、第２のポートは受信装置の入力端子に接続され、第
３のポートはＢＦＮに接続されている。ＢＦＮは個々の
電力分割素子または結合器から構成され、ゼれらは異な
った結合レシオを有しており、それらは広帯域の周波数
に可変的に応答し、その広帯域は送信および受信周波数
帯域を含み、電力分割装置は送信周波数帯域内および受
信周波数帯域内で安定な応答特性であるように設計され
ている。

個々の結合器の特性の変化特性は、多くの場合に成幅傾
斜を補償するような特性であり、その結果、送信および
受信周波数帯域中に同時に平坦な広い周波数帯域特性が
生じる。〔実施例ｊこの発明は、以下の添附図面を参照
にした説明によってざらに明瞭に理解されるであろう。

第１図に示された従来のＢＦＮは方向性結合器ＣＩ　、
Ｃ２、Ｃ３のような複数の電力分割手段を備えている。

このようなシステムは例えば米国特許第２２４５６６０
号明１８１に記載されている。

第１図に示されるように、方向性結合器Ｃ３の一方の側
のポートは例えば送信装置に接続されている。Ｃ３の反
対側の２個のポートはそれぞれＣ１およびＣ２の一方の
側のポートに接続されている。

第１図に示されたビーム形成回路網はまた位相シフト装
ｆ［Ｐを具備している。Ｃ１＃よびＣ２の反対側の２個
のポートは位相シフトＨＭＰに接続され、これら位相シ
フトＨｉｉｆＰはそれぞれ放射素子１，２，３．４に接
続されている。放射素子は例えば前述のような照準目標
に＠電するフィードホーンであってもよく、或いはフェ
ルトマン（Ｆ　ｅｌｄｍａｎ）においてはアレイの素子
であってもよい。

第２図は、従来のシステムにおける送信ＢＦＮ１００お
よび受信Ｂ　Ｆ　Ｎ　２００を示し、それらは送信およ
び受信周波数が大きく離れており、電力分割素子０１〜
Ｃ６が１以上の周波数帯域を伝送するには不充分な帯域
幅を有する場合に単一のアンテナを使用できるように組
合わせられている。図示のように、両方のＢＦＮの位相
シフトＢｆｆｉＰはそれぞれダイプレクサＤ１．：接続
され、ダイプレクサＤは放！）１素子１，２，３．４に
接続されている。

ダイプレクサは例えば米国特許第３２５２１１３号およ
び第４１４７９８０＠明ｌ１ＩｌｌＩに記載されたよう
な形式のものであってよい。それ故、従来の技術によれ
ば送信および受信周波数が大きｃ、Ｗｉれている場合に
、送信装置および受信装置を単一のアンテナに接続する
ためには２個の完全なりＦＮが必要であることが判る。

さらにそのような結合は各放射素子について別々のダイ
プレクサを必要とする。

第３図には、この発明によるＢＦＮで使用される電力分
割装置または結合器に対する周波数対結合レシオのグラ
フが示されている。よく知られているように、結合レシ
オは結合器に入力する電力に対する結合されたアーム中
へ伝送された電力のデシベルと等価なものとして定義さ
れている。

第３図に特性が示されている結合器はｆｌ乃至「２の送
信周波数帯域およびｔ３至ｔ４の受信周波数帯域を結合
するように設計されている。

第３図に特性が示されている結合器の設計周波数は周波
数帯域の中間ではなく、上方周波数帯域に近く変移して
いることが認められる。この場合には周波数の高い方の
帯域に対する結合レシオは低い方の帯域に対する結合レ
シオよりも大きい。

結合レシオ対周波数の変化は典型的には設計周波数の両
側で対称であるので、結合器の設計周波数を単に一方の
周波数帯域に近付けることによって一方の周波数帯域の
結合レシオを他方の周波数帯域の結合レシオに対して高
く設定することができる。また単一の結合器によって２
個の異なった結合レシオが２個の異なった周波数ｉ域に
対して与えられることが判る。さらに各周波数帯域内の
結合レシオ特性は処理スロープを通じて比較的平坦であ
り、そのため単一の結合器が二つの周波数帯域において
、それらの周波数帯域が大きく離れている場合であって
も安定に動作することができる。

適当な設計技術によって、結合器の他の特性、すなわち
、位相、方向性、反射損失、挿入損失等もまた周波数範
囲で非常に安定に保たれる。特に出力位相差は所望の帯
域幅の両方にわたって一定。

値９０度に維持されることができる。

この結合器はまた、その設計周波数を帯域の中間にある
ように単に結合器を設計することによって画周波数帯域
において同じ結合レシオでｖＪ作するようにすることも
可能である。

第４図はこの発明による送信／受信ＢＦＮの設計を示し
ている。結合器Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３よりなるこのＢＦＮは
ダイプレクサＤの第３のポートに接続され、このダイプ
レクサＤの第１のポートは送信装置に接続され、第２の
ポートは受信［に接続されている。ダイプレクサＤの第
３のポートは方向性結合器Ｃ３のような電力分割素子の
一方の側のポートに接続されている。方向性結合器の他
方の側の２個のポートはそれぞれ方向性結合器Ｃ１およ
びＣ２の一方の側のポートにｌ’ｉ続されている。方向
性結合器Ｃ１，ｔ５よびＣ２の他方の側の２個の各ポー
トはそれぞれ位相シフト装置Ｐに接続され、それらの位
相シフトＨＩＰは放１ｉＦｉ素子１゜２．３．４に接続
されている。この発明によれば、方向性結合器は第３図
に示されたような設計特性を有している。すなわち、そ
れらは送信および受信周波数において適切な、恐らく異
なっている結合レシオを有している。さらに第５図に示
したように結合され、送信された信号の振幅特性におけ
るスロープはＢＦＮ中で１以上の方向性結合器が使用さ
れるときには自己補償的であり、それ故、ＣＩ　、Ｃ２
、Ｃ３の構成よりなるＢＦＮの周波数特性は一般に平坦
である。例えば、Ｃ３を通り、次に０１を２通過する信
号の通過においては（第５図）、これらを通過する結果
として生じた振幅ス・ロープは反対、すなわち正および
負であり、したがって自己補償性である。すなわち、Ｃ
１のＳ幅が高いときＣ３のＳ幅は低く、反対の場合も同
愼である。したがって第５図の一番下のグラフに示され
ているように、結合器の組合わせの特性は送信周波数帯
域および受信周波数帯域にわたってほぼ平坦である。

図示のようにＢＦＮは第２図に示された同様の礪能を行
なうＢＦＮの素子の半分以下の素子を有するのみである
。すなわち、図示のこの発明のＢＦＮは、従来６個必要
であった方向性結合器が３個でよく、従来８ｍ必要であ
った位相シフト装置が４個でよく、従来４Ｉａ必要であ
ったダイプレクサがただ１個必要であるに過ぎない。し
たがって、この発明の装置の！！！■は従来の装置の重
量の半分以下である。

ｖノのクラスの８ＦＮはいわゆる二重モード技術を使用
し、それは第６図に示されている。やや襖雑な例である
この二重モード技術は米国特許第４２２３２８３号明細
ＩＩ（１９８０年９月１６日、発明者に、　Ｋ、　Ｃｈ
ａｎ　）　ニア；Ｅ載すレテイル。

二重モード技術においては、２ａｌの独立した周波数ｍ
ＡおよびＢは、第６図に３００で示したように方向性結
合器を使用する交差結合なしに同じ放射素子のグループ
に接続されている。各電力源は別のダイプレクサに供給
され、ダイプレクサの他方は方向性結合器に供給される
。

方向性結合器はポートＣおよびＤにおいて２１ｉ１の受
信枝Ｋに接続されることができる。その代わりにポート
ＣおよびＤは外部回路、例えばマジック下の同相アーム
に接続され、このマジックＴのポートＥに単一の受信装
置が接続されてもよい。

第６図のベクトルの表はこの簡単な回路にみける位相関
係を示し、単一モード回路に対して要求されるような２
個の放飼素子の同相等振幅の励起を示している。

以上特定の実施例について説明したが、これは単なる説
明のためのものであって、この発明を限定するものでは
ない。当業者に容易に思違できる種々の変形がこの発明
の技術的範囲に含まれるべきものであることはもちろん
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の典型的なビーム形成回路網を示し、第２
図は従来のビーム形成回路網が送信および受信鏝能を行
なうために周波数結合回路網（ＦＣＮ）またはダイプレ
クサによって組合わされた状態を示し、第３図は２個の
別々の周波数帯域で独立に結合レシオを制御できるよう
に設計された方向性結合器のような電力分割素子による
方法を説明するためのグラフであり、第４図はこの発明
によるビーム形成回路網の１実施例を示す。 第５図はこの発明によりスロープ補償を説明する図であ
り、第６図はこの発明によるビーム形成回路網の他の実
施例を示す。 ＢＦＮ・・・ビーム形成回路網、０１〜Ｃ６・・・方向
性結合器、Ｐ・・・位相シフト装置、Ｄ・・・ダイプレ
クサ、１，２，３．４・・・放射素子。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の放射素子と、 出力端子を具備し、送信周波数帯域において動作される
   送信手段と、 入力端子を具備し、受信周波数帯域において動作される
   受信手段と、 送信周波数帯域において動作される第１の入力ポートと
   、受信周波数帯域において動作される第２の出力ポート
   と、送信および受信周波数帯域の両者において同時に動
   作される第３の入力／出力ポートとを具備しているデユ
   プレクサ手段と、前記送信手段と、前記デュプレクサ手
   段と、前記放射素子とを相互に接続し、また前記放射素
   子と、前記デユプレクサ手段と、前記受信手段を相互に
   接続するビーム形成回路とを具備し、前記ビーム形成回
   路は、複数の結合手段を具備し、それら結合手段は送信
   および受信周波数帯域を含む広帯域の周波数に可変的に
   応答し、それら結合手段は等しいまたは異なった結合レ
   シオを有しており、それらの結合レシオは前記広帯域の
   周波数に自己補償的に応答していることを特徴とするビ
   ーム形成回路網装置。
2. （２）前記周波数帯域は送信周波数帯域および受信周波
   数帯域を含み、前記結合手段は前記送信周波数帯域およ
   び受信周波数帯域にわたつて実質上平坦な応答特性を有
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ビーム形成回路網装置。
3. （３）電力分割手段が方向性結合器であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載のビーム形成回路網装置
   。
4. （４）前記各結合器が前記送信周波数帯域および受信周
   波数帯域の中間の設計周波数を有するように構成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のビー
   ム形成回路網装置。
5. （５）前記各結合器は、前記送信周波数帯域においては
   第１の結合レシオを有し、受信周波数帯域においては第
   ２の結合レシオを有するように構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載のビーム形成回路網
   装置。
6. （６）前記第１の結合レシオは前記第２の結合レシオに
   等しいことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のビ
   ーム形成回路網装置。
7. （７）前記第１の結合レシオは前記第２の結合レシオに
   等しくないことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   のビーム形成回路網装置。
8. （８）前記各放射素子とその関連する結合器との間に配
   置された位相シフト装置を具備していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項または第７項記載のビーム形成
   回路網装置。