JPH033430A - 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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JPH033430A
JPH033430A JP2115321A JP11532190A JPH033430A JP H033430 A JPH033430 A JP H033430A JP 2115321 A JP2115321 A JP 2115321A JP 11532190 A JP11532190 A JP 11532190A JP H033430 A JPH033430 A JP H033430A
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power
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カール・ジェイ・ハーン・ザ・サード
Arnold L Berman
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    • H04B7/15—Active relay systems
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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］ 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一０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、［ＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ
　ｏｎ　５ｅｌｅｃｔｅｄ　Ａｒｅａｓ　ｉｎ　Ｃｏｍ
５ｕｎＩｃａｔ１ｏｎｓ。
Ｖｏｌ、５ＡＣ−３，Ｎｏ、１．１９８５年１月の表ｍ
”ＦｌｒｓｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ　）ｉｃＡ　Ｄｉｒ
ｅｃｔ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔ　５ａｔｅｌｌｉｔｅｓの
Ｒｏｂｅｒｔ　Ｆ、Ｂｕｎｔｓｅｈｕｈ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、トランスホ
ンダチャンネルのセットは、包括的ビームカバー範囲を
与えるパイプリッドカップラ、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１９８３年９月ＩＲＥＥｃＯ
Ｎの表題゛８３　　“Ｔｈｅ　Ａｕ５ｓａｎＳｐａｃｅ
ｃｒａｆｔ　　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　　Ｐａｙ
ｌｏａｄ　　：　　ＡｎＯｖｅｒｖｌｅｖ　”のＭ、Ｄ
、１Ｉａｒｖｌｌｄ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。
［課題解決のための手段］ 従来の方法の上記の制限を克服するために、本発明はア
ンテナ素子を付加しまたはマルチプレクサを２重化する
ことを必要とすることなしに、包括的および点ビームカ
バー範囲の両方を選択的に与えるトランスポンダを提供
する。その最も簡単な構成において、トランスポンダは
マイクロ波エネルギを増幅するチャンネル増幅器および
アンテナを具備する。アンテナフィード回路網は、混成
カップラのような入力カップラ、および所望されたカバ
ー範囲領域を照射するビームを形成するのに適応された
複数のアンテナ放射索子アレイをフィードする複数の電
力分配回路網を具備する。
ｈ１変電力分割器は、２個のトランスポンダ出力通路に
沿って電力に口Ｊ変的に結合する増幅器に結合される。
第１のバンドパスフィルタは第１の出力通路に配置され
、可変電力分割器の第１の出力とアンテナ回路網の第１
のカップラポートの間にＮチャンネルマルチプレクサの
出力によって結合される。例えば位相シフト装置のよう
な位相遅延回路および一致した第２のバンドパスフィル
タは、第２の出力通路に直列に配置され、可変電力分割
器の第２の出力とアンテナ回路網の第２のカップラポー
トとの間に、全Ｎチャンネル出力マルチブレクサを使用
することなく結合される。
各出力通路に結合される電力の比と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、本発明ば、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。
［実施例コ 第１図は、本発明にしたがった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ｌＯは
、マイクロ波エネルギを受信するのに適応される入力１
１および高電力マイクロ波増幅器１２を含む。増幅器１
２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
部品を含む既知の構造のものである。容器は、直交する
ＴＥＩを円形導波管モードを２個の別々のＴＥＩ。方形
導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肢信号に変換す
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のバンドパスフィルタ
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（Ｋｅｅｌｉｎ
ｇ　）等による“マイクロ波位相シフト装置”米国特許
箱Ｌ２Ｂ７．３９５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ＷＪ２１．２２ｉ：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１ｏ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ｍｌのバンドパスフィル
タ１４を介して供給される。エネールギは、人力カップ
ラ２０によってアンテナ素子のセット２Ｂの全素子に結
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ｌＯ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２Ｂ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。）ｌｕ
ｄｓｐｃｔｈによる米国特許節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
チブレ、フサ”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併うトラン
スポンダを参照に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、人力カップラ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３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た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り、
シ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１．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ｆｉ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９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
容易に案出される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明にしたがった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。 ｌＯ・・・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、１５・・・位相シフト装置、１
８・・・アンテナフィード回路網、２０・・・人力カッ
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 (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）信号エネルギを増幅するための増幅手段と、２個
    の出力通路に沿って電力を可変的に結合するために増幅
    手段に結合される可変電力分割器と、一方の出力通路中
    に配置された位相遅延手段と、エネルギ分配回路網と、
    複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子および複数
    のアンテナ素子の選択されたサブセットにエネルギを選
    択的に結合するための２個の出力通路に結合されるカッ
    プラ手段とを有するアンテナフィード回路網とを具備し
    、 各出力通路に結合される電力の比と位相遅延手段によっ
    て与えられた位相遅延の選択的制御が、複数のアンテナ
    素子または選択されたアンテナ素子のサブセットのいず
    れか一方にトランスポンダによって与えられた電力の選
    択的結合を与え、その選択的結合は選択されたアンテナ
    素子によって放射された第１および第２の予め決定され
    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. （２）第１および第２の一致されたバンドパスフィルタ
    が、第１および第２の出力通路に配置される請求項１記
    載のトランスポンダ。
  3. （３）予め決定さ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、第１の出力通路に沿
    ってアンテナフィード回路網に供給される電力を結合す
    るために、選択可能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るマルチプレクサとを具備する請
    求項１記載のトランスポンダ。
  4. （４）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する請求項３記載のトラ
    ンスポンダ。
  5. （５）それぞれが予め決定されたエネルギバンド内の信
    号エネルギを増幅する増幅手段を具備する複数の選択不
    可能なトランスポンダチャンネルと、第１の出力通路に
    沿ってアンテナフィード回路網に供給する電力を結合す
    るために、各トランスポンダおよび選択可能なトランス
    ポンダチャンネルに結合されるマルチプレクサとを具備
    する請求項１記載のトランスポンダ。
  6. （６）予め決定されたエネルギバンド内の信号エネルギ
    を増幅するためのトランスポンダ増幅手段と、 複数のアンテナ素子アレイをフィードする複数の電力分
    配回路網に結合されるカップラ手段を含むアンテナフィ
    ード回路網と、 ２個のトランスポンダ出力通路に沿って電力を可変的に
    結合するためにトランスポンダ増幅手段に結合される可
    変電力分割器と、 第１の出力通路に配置され、可変電力分割器の第１の出
    力とアンテナ回路網のカップラ手段の第１の入力ポート
    との間に結合されるバンドパスフィルタと、 第２の出力通路に配置され、可変電力分割器の第２の出
    力とアンテナ回路網のカップラ手段の第２の入力ポート
    との間に結合される位相遅延回路およびバンドパスフィ
    ルタとを具備し、 各出力通路に結合される電力の比と位相遅延回路によっ
    て与えられた位相遅延との選択的制御が、入力ポートの
    いずれか１つまたは両方にトランスポンダによって与え
    られた電力の選択的結合を与え、その選択的結合はアン
    テナ回路網の選択されたアンテナ素子のサブセットによ
    って与えられた第１および第２の予め決定されたビーム
    を発生することを特徴とするトランスポンダ。
  7. （７）予め決定さ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それぞれ具備する複数の選
    択不可能なトランスポンダチャンネルと、 各トランスポンダチャンネルおよび選択可能なトランス
    ポンダチャンネルに結合されてカップラ手段の第１の入
    力ポートに与えられる電力を結合するマルチプレクサと
    を具備する請求項６記載のトランスポンダ。
  8. （８）トランスポンダ増幅器から入力電力を受けるよう
    に構成された可変電力分割装置と、 可変電力分割器の第１の出力とアンテナ回路網に対する
    カップラ手段の第１の入力ポートとの間に結合される第
    １の出力通路と、 可変電力分割器の第２の出力とアンテナ回路網に対する
    カップラ手段の第２の入力ポートとの間に結合される第
    ２の出力通路とを具備し、 各出力通路に結合される電力の比と位相遅延回路によっ
    て与えられた位相遅延との選択的制御が、全アンテナ素
    子または選択されたそのサブセットへトランスポンダ増
    幅器によって与えられる全電力の選択的結合を行わせ、
    その選択的結合はそれぞれ包括的および点ビームを発生
    する信号チャンネルトランスポンダ増幅器とアンテナ回
    路網の間でインターフェイスする回路。
  9. （９）チャンネル増幅器から入力電力を受けるように構
    成された可変電力分割装置と、 可変電力分割器の第１の出力を、アンテナ回路網用のカ
    ップラ手段の第１の入力に結合された出力マルチプレク
    サの選択されたチャンネルフィルタの入力に結合する第
    １の出力通路と、 位相遅延回路と、可変電力分割器の第２の出力とアンテ
    ナ回路網に対するカップラ手段の第２の入力ポートとの
    間に結合される一致したバンドパスフィルタとを具備し
    、 各出力通路に結合される電力の比と位相遅延回路によっ
    て与えられた位相遅延との選択的制御が、トランスポン
    ダチャンネル増幅器によってアンテナ回路網のためのカ
    ップラ手段のいずれか１つまたは両方の入力ポートに与
    えられる電力の選択的結合を与え、その選択的結合はア
    ンテナ回路網の選択されたアンテナ素子の選択されたセ
    ットによって与えられた第１および第２の予め決定され
    たビームを一発生することを特徴とする信号チャンネル
    トランスポンダ増幅器とアンテナ回路網の間でインター
    フェイスする回路。
  10. （１０）トランスポンダのチャンネル増幅器から入力電
    力を受けるように構成された可変電力分割装置と、 可変電力分割器の第１の出力とアンテナ回路網に対する
    カップラ手段の第１の入力ポートとの間に結合されたバ
    ンドパスフィルタを具備する第１の出力通路と、 位相遅延回路と、可変電力分割器の第２の出力とアンテ
    ナ回路網に対するカップラ手段の第２の入力ポートとの
    間に結合される一致したバンドパスフィルタとを具備す
    る第２の出力通路とを具備し、 各出力通路に結合される電力の比と位相遅延回路によっ
    て与えられた位相遅延との選択的制御が、チャンネル増
    幅器によってアンテナ素子のセットまたはアンテナ素子
    の選択されたサブセットのいずれか１つに与えられた電
    力の選択的結合を与え、その選択的結合はアンテナ素子
    の選択されたセットのそれぞれによって与えられた第１
    および第２の予め決定されたビームを与えることを特徴
    とする電力をアンテナ回路網のアンテナ素子のセットと
    そのアンテナ素子の選択されたサブセットに選択的に分
    配する回路。
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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US346,105 1982-02-05
US07/346,105 US4956643A (en) 1989-05-02 1989-05-02 Transponder with selective antenna beam using shared antenna feed elements

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

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