JPH04355522A - Satellite communication system - Google Patents

Satellite communication system

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JPH04355522A
JPH04355522A JP15771191A JP15771191A JPH04355522A JP H04355522 A JPH04355522 A JP H04355522A JP 15771191 A JP15771191 A JP 15771191A JP 15771191 A JP15771191 A JP 15771191A JP H04355522 A JPH04355522 A JP H04355522A
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communication
satellite
antenna
orbit
transmission band
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Shinichi Sato
眞一 佐藤
Akio Iso
磯 彰夫
Mitsuaki Ogasa
光明 織笠
Toshio Sugimoto
杉本 俊夫
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UCHU TSUSHIN KISO GIJUTSU KENKYUSHO KK
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UCHU TSUSHIN KISO GIJUTSU KENKYUSHO KK
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Abstract

PURPOSE:To build up a satellite communication system having an expanded transmission band in which reception power is made constant. CONSTITUTION:The satellite communication system makes communication between a ground station arranged to a specific service area 6 on the earth 1 and plural communication satellites 4a-4d arranged on different orbits 8a-8d. The communication antenna 5a (5b-5d) of a common structure is mounted on each communication satellite (4a-4d) and the transmission band of a prescribed frequency in response to the altitude of the orbit is assigned to the communication antenna of each communication satellite. Thus, all the transmission bands of the system is expanded. The system includes plural communication satellites 4b-4d arranged on different elliptic orbits 8b-8d and assigns the transmission band of a frequency proportional to the altitude of the remotest point on the elliptic orbit to each communication satellite, thereby making substantially the reception power of the ground station constant over the entire transmission band.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、地上局と、互いに異な
る軌道に配置された複数の通信衛星との間で通信を行な
う為の衛星通信システムに関する。この衛星通信システ
ムは、例えば陸上移動体衛星通信、ミリ波パーソナル衛
星通信あるいは高品位衛星放送等に利用可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a satellite communication system for communicating between a ground station and a plurality of communication satellites placed in different orbits. This satellite communication system can be used for land mobile satellite communication, millimeter wave personal satellite communication, high-definition satellite broadcasting, etc., for example.

【0002】0002

【従来の技術】従来の典型的な衛星通信システムにおい
ては、地球の赤道に沿った円軌道に配置され、地球上の
特定のサービスエリアに対して相対的に静止した所謂静
止通信衛星が広く利用されていた。しかしながら、静止
通信衛星を用いた場合、比較的低緯度の地域に関しては
十分な仰角が得られるのに対して、高緯度地域において
は仰角が著しく小さくなる為通信障害が生ずる可能性が
ある。
[Background Art] In a typical conventional satellite communication system, so-called geostationary communication satellites are widely used, which are placed in a circular orbit along the earth's equator and are stationary relative to a specific service area on the earth. It had been. However, when geostationary communication satellites are used, although a sufficient angle of elevation can be obtained in relatively low latitude areas, the angle of elevation becomes significantly small in high latitude areas, which may cause communication problems.

【0003】これに対して、近年異なった周回軌道上に
複数の通信衛星を配置し全地球的な規模で通信を行なう
為のシステムが提案されている。この種の衛星通信シス
テムとしては、例えば文献「Technical  C
haracteristicsof  a  Pers
onal  Communication  Mobi
le  Satellite  System」CCI
R  IWP8/14−52(1990年8月1日)に
開示されたモトローラ社のイリジウムシステムがある。 このシステムは、互いに交差する複数の周回軌道上に合
計77個の通信衛星を打ち上げ、全地球的な規模でパー
ソナル通信を行なう為のものである。図6にかかるイリ
ジウムシステムの通信衛星配置を示す。図示する様に、
地球1の周りには、等経度間隔で設定された周回軌道(
円軌道)2a,2b,…,2nに配置された複数の通信
衛星3a,3b,…,3nが定常的に周回している。こ
れらの通信衛星は互いに連係しておりどの時点において
も地球全体をカバーする様になっているので、あらゆる
地域に対して24時間体制で通信を行なう事が可能であ
る。
On the other hand, in recent years, a system has been proposed in which a plurality of communication satellites are placed in different orbits to perform communication on a global scale. This type of satellite communication system is described, for example, in the document "Technical C
Haracteristics of a Pers
onal Communication Mobi
le Satellite System”CCI
There is the Motorola Iridium system disclosed in R IWP 8/14-52 (August 1, 1990). This system launches a total of 77 communication satellites on multiple orbits that intersect with each other, and is intended to perform personal communications on a global scale. 7 shows a communication satellite arrangement of the Iridium system according to FIG. 6; As shown,
Around Earth 1, there are orbits (orbits) set at equal longitude intervals.
A plurality of communication satellites 3a, 3b,..., 3n arranged in circular orbits 2a, 2b,..., 2n are orbiting regularly. These communication satellites are interconnected and cover the entire earth at any given time, making it possible to communicate with all regions around the clock.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たイリジウムシステムにおいては、地球全体に渡って略
一様な受信電力を維持する為、通信に用いられる周波数
伝送帯域幅は静止通信衛星の場合に比較すると非常に狭
く例えばL帯に限定されている。従って、通信回線容量
が小さく、地上局数が増大すると対応しきれなくなると
いう課題がある。
[Problem to be Solved by the Invention] However, in the Iridium system described above, in order to maintain substantially uniform received power over the entire earth, the frequency transmission bandwidth used for communication is compared to that of a geostationary communication satellite. Then, it is very narrow and limited to, for example, the L band. Therefore, there is a problem that the communication line capacity is small and it becomes impossible to cope with an increase in the number of ground stations.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は周波数伝送帯域幅が広くとれ利用者
が増大した場合にも十分対応する事のできる衛星通信シ
ステムを提供する事を目的とする。かかる目的を達成す
る為に、本発明は基本的に地上局と、互いに異なる軌道
に配置された複数の通信衛星との間で通信を行なう為の
衛星通信システムを採用している。その特徴的部分とし
て、各通信衛星は共通の構造を有する通信アンテナを搭
載するとともに、個々の通信衛星の通信アンテナにはそ
の軌道高度に応じた所定周波数の伝送帯が割り当てられ
ている。かかる構成により、従来に比し全伝送帯域を広
げる事が可能となる。即ち、本衛星通信システムは異な
る楕円軌道に配置された複数の通信衛星を含んでおり、
各通信衛星に対してその楕円軌道遠地点高度に比例した
周波数の伝送帯を割り当てている。かかる構成により、
地上局における受信電力を全伝送帯域に渡って実質的に
一定にする事が可能となる。本システムは、楕円軌道上
に配置された通信衛星に加えて静止軌道に配置された追
加の通信衛星を含む事も可能である。この様なシステム
において、例えば静止軌道上の通信衛星にC帯を割り当
て、地球に一番近い内側楕円軌道上の通信衛星にUHF
帯を割り当て、次の中間楕円軌道上の通信衛星にL帯を
割り当て、一番遠い外側楕円軌道上の通信衛星にS帯を
割り当てる事ができる。軌道高度に応じて特定の周波数
伝送帯が割り当てられた各通信衛星は、共通の通信アン
テナを搭載しており、例えば開口径が6mφ級のメッシ
ュ反射鏡型通信アンテナを用いている。
[Means for Solving the Problems] In view of the above-mentioned problems of the conventional technology, the present invention provides a satellite communication system that has a wide frequency transmission bandwidth and can sufficiently cope with an increase in the number of users. With the goal. To achieve this objective, the present invention basically employs a satellite communication system for communicating between a ground station and a plurality of communication satellites placed in different orbits. As a characteristic part, each communication satellite is equipped with a communication antenna having a common structure, and each communication satellite's communication antenna is assigned a transmission band of a predetermined frequency according to its orbit altitude. With this configuration, it is possible to widen the total transmission band compared to the conventional technology. That is, this satellite communication system includes multiple communication satellites placed in different elliptical orbits,
Each communications satellite is assigned a transmission band with a frequency proportional to its elliptical orbit apogee altitude. With such a configuration,
It becomes possible to make the received power at the ground station substantially constant over the entire transmission band. In addition to the communications satellites located in elliptical orbits, the system may also include additional communications satellites located in geosynchronous orbits. In such a system, for example, a communication satellite in a geostationary orbit is assigned the C band, and a communication satellite in an inner elliptical orbit closest to the earth is assigned UHF band.
It is possible to allocate an L band to a communication satellite on the next intermediate elliptical orbit, and to allocate an S band to a communication satellite on the farthest outer elliptical orbit. Each communication satellite to which a specific frequency transmission band is assigned according to its orbital altitude is equipped with a common communication antenna, for example, a mesh reflector type communication antenna with an aperture diameter of 6 mφ class.

【0006】あるいは、他の実施態様として、静止軌道
上の通信衛星にKu帯を割り当て、内側楕円軌道上の通
信衛星にUHF帯を割り当て、中間楕円軌道上の通信衛
星にL帯を割り当て、外側楕円軌道上の通信衛星にS帯
を割り当てる事もできる。かかる場合、各通信衛星は例
えば開口径が2mφ級の反射鏡型通信アンテナを共通に
搭載している。
Alternatively, as another embodiment, communications satellites in geostationary orbits are assigned the Ku band, communications satellites in inner elliptical orbits are assigned the UHF band, communications satellites in intermediate elliptical orbits are assigned the L band, and communications satellites in intermediate elliptical orbits are assigned the L band; The S band can also be assigned to communication satellites in elliptical orbits. In such a case, each communication satellite is commonly equipped with a reflector type communication antenna having an aperture diameter of 2 mφ class, for example.

【0007】さらに好ましくは、静止軌道上の通信衛星
に大開口径及び小開口径を有する一対の反射鏡型通信ア
ンテナを搭載しC帯及びKu帯を同時に割り当てるとと
もに、楕円軌道上に配置された他の通信衛星には少くと
も該一対の通信アンテナのうちの何れか一方を搭載し2
種類のアンテナの混在するシステムとしても良い。かか
る場合、大開口径通信アンテナとしては例えば6mφ級
を用い、小開口径通信アンテナとしては例えば2mφ級
のアンテナを用いる事ができる。
[0007] More preferably, a pair of reflector type communication antennas having a large aperture diameter and a small aperture diameter are mounted on a communication satellite in a geostationary orbit, the C band and the Ku band are simultaneously assigned, and the antenna is placed in an elliptical orbit. The communication satellite is equipped with at least one of the pair of communication antennas.
A system including a mixture of different types of antennas may also be used. In such a case, a 6 mφ class antenna can be used as the large aperture communication antenna, and a 2 mφ class antenna can be used as the small aperture communication antenna.

【0008】一般に、各通信衛星に搭載された共通の構
造を有する通信アンテナとしては、同一開口径を有する
反射鏡アンテナを用いる事が適している。この反射鏡ア
ンテナは、例えば本衛星通信システムの最小伝送帯波長
よりも十分小さな網目間隔を有する金属線メッシュから
なる鏡面を具備している。
[0008] Generally, it is suitable to use a reflector antenna having the same aperture diameter as a communication antenna having a common structure mounted on each communication satellite. This reflecting mirror antenna has a mirror surface made of a metal wire mesh having a mesh spacing sufficiently smaller than the minimum transmission band wavelength of the present satellite communication system, for example.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、複数の通信衛星に対して、異
なった周波数伝送帯を割り当てる事により、通信システ
ム全体として利用可能な伝送帯域幅を従来に比し大きく
とれる様にしている。各通信衛星に周波数伝送帯を割り
当てる場合、衛星軌道高度即ち地上局と通信衛星との距
離に応じて適切に設定しているので、全伝送帯域に渡っ
て地上局における受信電力を実質的に一定とする事がで
きる。一般に、電磁波伝搬の分野において認められてい
る様に、受信電力は軌道高度の二乗に反比例し且つ伝送
周波数の二乗に比例する。従って、遠距離にある通信衛
星に対して高周波数伝送帯を割り当て、近距離にある通
信衛星に低周波数伝送帯を割り当てる事により、全シス
テムに渡って受信電力を一定にする事が可能である。
According to the present invention, by allocating different frequency transmission bands to a plurality of communication satellites, the usable transmission bandwidth of the communication system as a whole can be made larger than before. When allocating a frequency transmission band to each communication satellite, it is set appropriately according to the satellite orbit altitude, that is, the distance between the ground station and the communication satellite, so the received power at the ground station is virtually constant over the entire transmission band. It is possible to do this. Generally, as recognized in the field of electromagnetic wave propagation, received power is inversely proportional to the square of the orbit altitude and proportional to the square of the transmission frequency. Therefore, by allocating high-frequency transmission bands to communication satellites located far away and low-frequency transmission bands to communication satellites located close to each other, it is possible to keep the received power constant across the entire system. .

【0010】又、複数の通信衛星は共通の構造を有する
通信アンテナを搭載している。個々の通信衛星毎に異な
った通信アンテナを用意する必要がない為システム全体
の構築コストを節約する事が可能である。この共通構造
を有する通信アンテナは、例えば本通信システムの最小
伝送帯波長よりも十分小さな網目間隔を有する金属線メ
ッシュからなる反射鏡アンテナを用いる事ができ、全伝
送帯域に渡って有効な送受信作用を奏する事ができる。
[0010] Furthermore, a plurality of communication satellites are equipped with communication antennas having a common structure. Since there is no need to prepare a different communication antenna for each communication satellite, it is possible to save the construction cost of the entire system. As a communication antenna having this common structure, for example, a reflector antenna made of a metal wire mesh having a mesh spacing sufficiently smaller than the minimum transmission band wavelength of this communication system can be used, and effective transmitting and receiving effects can be achieved over the entire transmission band. can play.

【0011】本発明にかかる衛星通信システムは特定の
地域に対して遠地点高度の異なる複数の楕円軌道に配置
された通信衛星を含んでいる。赤道に沿って設定される
静止軌道と異なり、楕円軌道は特定の地域例えば高緯度
地域に対して傾斜角を自由に設定する事ができ、通信衛
星に対する仰角を十分大きくとれる。従って、通信障害
のない衛星通信システムを構築する事が可能である。
The satellite communication system according to the present invention includes communication satellites placed in a plurality of elliptical orbits having different apogee altitudes relative to a specific region. Unlike a geostationary orbit, which is set along the equator, an elliptical orbit allows the inclination angle to be freely set for a specific region, such as a high latitude region, and the elevation angle relative to the communication satellite can be set sufficiently large. Therefore, it is possible to construct a satellite communication system without communication failure.

【0012】0012

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる衛星通信システ
ムの第1実施例を示す模式的な全体図である。本システ
ムは、地球1の表面に位置する特定サービスエリア6に
配置された地上局と、互いに異なる軌道8a,8b,8
c及び8dに配置された複数の通信衛星4a,4b,4
c及び4dとの間で宇宙通信を行なうものである。なお
本実施例においては合計4個の通信衛星が用いられてい
るが、これに限られるものではない。各通信衛星4aな
いし4dは共通の構造を有する通信アンテナ5aないし
5dを搭載している。個々の通信衛星の通信アンテナに
はその軌道高度即ちサービスエリア6からの距離に応じ
た所定周波数の伝送帯が割り当てられている。本システ
ムは、異なる遠地点高度あるいは遠地点距離を有する3
個の楕円軌道8b,8c及び8dに配置された3個の通
信衛星4b,4c及び4dを含んでいる。この楕円軌道
上の通信衛星に対して、その遠地点高度に比例した周波
数の伝送帯を割り当てる事により、サービスエリア6に
配置された地上局における受信電力を全伝送帯域に渡っ
て実質的に一定となる様にしている。本システムは、さ
らに上述した3個の楕円軌道8bないし8dとは異なる
軌道高度を有する静止軌道8aに配置された追加の通信
衛星4aを含んでいる。この静止軌道上に固定された通
信衛星4aはさらに他の周波数伝送帯を分担している。 本システムは、楕円軌道上の複数の通信衛星のみから構
築する事もできるが、静止軌道上の通信衛星を含む事に
よりさらに利用範囲若しくは応用範囲が広がる。加えて
、本システムは楕円軌道や静止軌道に加えて他の周回軌
道に配置される通信衛星を包含する事もできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic overall view showing a first embodiment of a satellite communication system according to the present invention. This system consists of ground stations located in a specific service area 6 located on the surface of the earth 1, and mutually different orbits 8a, 8b, 8.
A plurality of communication satellites 4a, 4b, 4 located at c and 8d
This is to carry out space communications between spacecraft C and C4D. Although a total of four communication satellites are used in this embodiment, the present invention is not limited to this. Each communication satellite 4a to 4d is equipped with a communication antenna 5a to 5d having a common structure. A transmission band of a predetermined frequency is assigned to the communication antenna of each communication satellite according to its orbit altitude, that is, its distance from the service area 6. The system has three different apogee altitudes or apogee distances.
It includes three communication satellites 4b, 4c and 4d arranged in three elliptical orbits 8b, 8c and 8d. By allocating a transmission band with a frequency proportional to the altitude of the apogee to the communication satellite on this elliptical orbit, the received power at the ground station located in the service area 6 can be made substantially constant over the entire transmission band. I'm trying to make it happen. The system further includes an additional communications satellite 4a placed in a geostationary orbit 8a having a different orbital altitude than the three elliptical orbits 8b to 8d mentioned above. The communication satellite 4a fixed on this geostationary orbit further shares other frequency transmission bands. Although this system can be constructed from only a plurality of communication satellites in an elliptical orbit, the scope of use or application is further expanded by including communication satellites in a geostationary orbit. In addition, the system can include communications satellites located in other orbits in addition to elliptical and geostationary orbits.

【0013】上述した様に、各通信衛星4aないし4d
には共通の構造を有する通信アンテナ5aないし5dが
搭載されている。かかる通信アンテナは例えば同一開口
径を有する反射鏡アンテナを用いる事ができる。この反
射鏡アンテナは、本衛星通信システムの最小伝送帯波長
よりも十分小さな網目間隔を有する金属線メッシュから
なる鏡面を具備している。かかる金属線メッシュの微細
構造を図2に示す。このメッシュは、網状に編まれた金
属線9からなり、網目間隔Sが電磁波の波長に比べて十
分小さく設定されており、入射電磁波を実質的に100
%の効率で反射する事ができる。
As mentioned above, each communication satellite 4a to 4d
are equipped with communication antennas 5a to 5d having a common structure. As such a communication antenna, for example, a reflector antenna having the same aperture diameter can be used. This reflector antenna has a mirror surface made of a metal wire mesh having a mesh spacing sufficiently smaller than the minimum transmission band wavelength of the satellite communication system. The microstructure of such a metal wire mesh is shown in FIG. This mesh is made of metal wires 9 knitted in a net shape, and the mesh spacing S is set to be sufficiently small compared to the wavelength of the electromagnetic waves, so that the incident electromagnetic waves are substantially
% efficiency.

【0014】図3は、図2に示す金属線メッシュを具備
した反射鏡型通信アンテナの模式的な斜視図である。図
示する様に、本反射鏡アンテナは、金属メッシュからな
る湾曲反射面10を備えている。さらに、湾曲反射面1
0の焦点位置には一次放射器11が装着されている。一
次放射器11から放射された伝送電磁波はメッシュ反射
面10により効率的に反射され地上のサービスエリアに
向かって放射される。逆に、地上局から送信された電磁
波は湾曲反射面10により反射された後、一次放射器1
1の方向に収束される。湾曲反射面10は全ての通信衛
星に対して同一の開口径を有しており、同一の網目間隔
Sを備えている。
FIG. 3 is a schematic perspective view of the reflector type communication antenna equipped with the metal wire mesh shown in FIG. 2. As shown in the figure, the present reflector antenna includes a curved reflecting surface 10 made of metal mesh. Furthermore, curved reflective surface 1
A primary radiator 11 is attached to the zero focal position. The transmitted electromagnetic waves radiated from the primary radiator 11 are efficiently reflected by the mesh reflecting surface 10 and radiated toward the ground service area. Conversely, the electromagnetic waves transmitted from the ground station are reflected by the curved reflecting surface 10 and then transmitted to the primary radiator 1.
It is converged in the direction of 1. The curved reflective surface 10 has the same aperture diameter and the same mesh spacing S for all communication satellites.

【0015】再び図1に戻って、個々の通信衛星に対す
る周波数伝送帯の割り当て方法を説明する。この割り当
ては、サービスエリアに配置された地上局の受信アンテ
ナにおける受信電力を実質的に一定なものとする事を目
的とする。
Returning to FIG. 1 again, the method of allocating frequency transmission bands to individual communication satellites will be explained. The purpose of this allocation is to make the received power at the receiving antennas of ground stations located in the service area substantially constant.

【0016】一般に、電磁波伝搬現象に対してフリスの
伝達公式が適用される。これは以下の関係式(1)によ
って表わされる。       Wr=Wt/(16π)2 ×(λ/d)
2 GtGr  …………  (1)関係式(1)にお
いて、Wrは受信電力、Wtは送信電力、Grは受信ア
ンテナ利得、Gtは送信アンテナ利得、λは伝送波長及
びdは送信アンテナと受信アンテナとの間の距離である
。今、送信アンテナの開口径をDt、又受信アンテナの
開口径をDrとすると、アンテナ利得と開口径との間に
以下の関係式(2)及び(3)が成立する。       Gt=(πDt/λ)2     ………
………………………………  (2)      Gr
=(πDr/λ)2     ……………………………
…………  (3)次に、関係式(2)及び(3)を関
係式(1)に代入すると以下の関係式(4)が得られる
。       Wr=π2 Wt/16×(Dt/d)2
 ×(Dr/λ)2   …  (4)
Generally, Friis's transmission formula is applied to electromagnetic wave propagation phenomena. This is expressed by the following relational expression (1). Wr=Wt/(16π)2×(λ/d)
2 GtGr ...... (1) In relational expression (1), Wr is reception power, Wt is transmission power, Gr is reception antenna gain, Gt is transmission antenna gain, λ is transmission wavelength, and d is transmission antenna and reception antenna. is the distance between Now, assuming that the aperture diameter of the transmitting antenna is Dt and the aperture diameter of the receiving antenna is Dr, the following relational expressions (2) and (3) hold between the antenna gain and the aperture diameter. Gt=(πDt/λ)2……
………………………………… (2) Gr.
=(πDr/λ)2 …………………………………
...... (3) Next, by substituting relational expressions (2) and (3) into relational expression (1), the following relational expression (4) is obtained. Wr=π2 Wt/16×(Dt/d)2
×(Dr/λ)2… (4)

【0017】こ
の様にして得られた関係式(4)を図1に示す本発明の
衛星通信システムに適用してみる。この場合、Wrはサ
ービスエリア6に位置する地上局の受信電力を表わし、
Wtは個々の通信衛星4aないし4dに搭載された送信
アンテナ5aないし5dの送信電力を表わし、Dtは該
送信アンテナの開口径を表わし、dは地上局と各通信衛
星との間の距離即ち軌道高度を表わし、Drは地上局の
受信アンテナの開口径を表わし、λは宇宙通信に用いら
れる電磁波の波長を表わす。本システムにおいては、個
々の通信衛星4aないし4dに搭載されるアンテナ5a
ないし5dは共通の構造を有しているのであるから、パ
ラメータWt及びDtは一定である。 又、パラメータDrも一定である。従って、関係式(4
)から明らかな様に、地上局における受信電力Wrは軌
道高度の二乗に反比例し且つ波長の二乗に反比例する。 あるいは、伝送周波数の二乗に比例する。即ち、軌道高
度が高くなる程受信電力が減少し、逆に伝送周波数が高
くなる程受信電力は増大する。即ち、軌道高度と伝送周
波数は互いに相補的な関係にある。この相補的な関係を
利用して本システムの全伝送帯域に渡って受信電力を略
一定にする事ができる。
The relational expression (4) thus obtained will be applied to the satellite communication system of the present invention shown in FIG. In this case, Wr represents the received power of the ground station located in service area 6,
Wt represents the transmission power of the transmitting antennas 5a to 5d mounted on the individual communication satellites 4a to 4d, Dt represents the aperture diameter of the transmitting antenna, and d represents the distance between the ground station and each communication satellite, that is, the orbit. Dr represents the altitude, Dr represents the aperture diameter of the receiving antenna of the ground station, and λ represents the wavelength of electromagnetic waves used for space communication. In this system, antennas 5a mounted on individual communication satellites 4a to 4d
Since they have a common structure, the parameters Wt and Dt are constant. Further, the parameter Dr is also constant. Therefore, the relational expression (4
), the received power Wr at the ground station is inversely proportional to the square of the orbit altitude and inversely proportional to the square of the wavelength. Alternatively, it is proportional to the square of the transmission frequency. That is, the higher the orbit altitude, the lower the received power, and conversely, the higher the transmission frequency, the higher the received power. That is, the orbit altitude and the transmission frequency are in a complementary relationship to each other. Using this complementary relationship, it is possible to keep the received power approximately constant over the entire transmission band of this system.

【0018】例えば図1に示す衛星通信システムにおい
て、静止軌道8a上の通信衛星4aに搭載されたアンテ
ナ5aにC帯(4GHz)を割り当て、外側楕円軌道8
b上の通信衛星4bに搭載されたアンテナ5bにS帯(
2.5GHz)を割り当て、中間楕円軌道8c上の通信
衛星4cに搭載されたアンテナ5cにL帯(1.5GH
z)を割り当て、内側楕円軌道8d上の通信衛星4dに
搭載されたアンテナ5dにUHF帯(0.8GHz)を
割り当てるとする。これらの伝送周波数帯は固定地上局
若しくは移動地上局に対する通信に適用されるものであ
る。これら異なった伝送周波数帯の受信電力を全て一定
にする為に、各軌道高度が設定される。今、静止衛星4
aの軌道高度をRとする。この時、外側通信衛星4bの
軌道高度即ち外側楕円軌道8bの遠地点と地球上のサー
ビスエリア6との間の距離をR/1.6に設定し、中間
衛星4cの楕円軌道高度をR/2.7に設定し、内側通
信衛星4dの軌道高度をR/5に設定する。各通信衛星
4aないし4dに各々搭載されたアンテナ5aないし5
dに対して関係式(4)を適用して受信電力Wrを計算
すると全て一定の値となる。即ち、サービスエリア6に
位置する地上局は所定の開口径を有する受信アンテナを
用いて、C帯,S帯,L帯及びUHF帯の送信電磁波を
全て同じ受信電力で受信できる。この様に各伝送帯を割
り当てた場合には、個々の通信衛星には例えば6mφ級
のメッシュ反射鏡型通信アンテナを共通に搭載する事が
好ましい。
For example, in the satellite communication system shown in FIG.
S-band (
2.5GHz) and L band (1.5GHz) to the antenna 5c mounted on the communication satellite 4c on the intermediate elliptical orbit 8c.
z), and the UHF band (0.8 GHz) is assigned to the antenna 5d mounted on the communication satellite 4d on the inner elliptical orbit 8d. These transmission frequency bands are applicable to communications to fixed ground stations or mobile ground stations. Each orbital altitude is set in order to keep the received power of all these different transmission frequency bands constant. Now, geostationary satellite 4
Let R be the orbital altitude of a. At this time, the orbit altitude of the outer communication satellite 4b, that is, the distance between the apogee of the outer elliptical orbit 8b and the service area 6 on the earth, is set to R/1.6, and the elliptical orbit altitude of the intermediate satellite 4c is set to R/2. .7, and the orbit altitude of the inner communication satellite 4d is set to R/5. Antenna 5a to 5 mounted on each communication satellite 4a to 4d, respectively
When the received power Wr is calculated by applying relational expression (4) to d, all values become constant. That is, the ground station located in the service area 6 can receive all the transmitted electromagnetic waves of the C band, S band, L band, and UHF band with the same receiving power using a receiving antenna having a predetermined aperture diameter. When each transmission band is allocated in this way, it is preferable that each communication satellite is commonly equipped with a mesh reflector type communication antenna of, for example, 6 mφ class.

【0019】上述した例に代えて、静止衛星4aにKu
帯(12GHz)を割り当て、外側通信衛星5bにS帯
を割り当て、中間通信衛星4cにL帯を割り当て、内側
通信衛星4dにUHF帯を割り当てる様にしても良い。 この場合にも、関係式(4)に従って地上における受信
電力を一定にする様に各衛星軌道の高度が設定される。 又、各衛星に搭載する送信アンテナとしては、例えば開
口径が2mφ級の反射鏡型通信アンテナを用いる事がで
きる。
Instead of the above example, Ku
The outer communication satellite 5b may be assigned the S band, the intermediate communication satellite 4c may be assigned the L band, and the inner communication satellite 4d may be assigned the UHF band. In this case as well, the altitude of each satellite orbit is set so as to keep the received power on the ground constant according to relational expression (4). Further, as a transmitting antenna mounted on each satellite, for example, a reflector type communication antenna with an aperture diameter of 2 mφ class can be used.

【0020】次に、図4を参照してサービスエリア6に
配置される地上局の例を示す。本例においてはトラック
12に搭載された移動型の地上局が示されている。トラ
ック12の屋根の上には移動体用アンテナ13が設置さ
れている。このアンテナ13は個々の通信衛星に対して
電磁波の受信及び/又は送信を行なう。送信を考えた場
合、移動体用アンテナ13は静止軌道上の静止通信衛星
に指向した放射パタン14と、楕円軌道上の通信衛星に
指向した放射パタン15とを有している。サービスエリ
ア6が地球上の比較的高緯度地方に設定されている場合
には、静止衛星に対する仰角が小さくなる為放射パタン
14のコーン角は大きなものとなる。一方、楕円軌道上
の通信衛星については、楕円軌道の傾斜角を特定のサー
ビスエリアに合わせて設定できる為、仰角を大きくとれ
る。従って、放射パタン15のコーン角を小さくできる
Next, an example of a ground station located in the service area 6 will be shown with reference to FIG. In this example, a mobile ground station mounted on a truck 12 is shown. A mobile antenna 13 is installed on the roof of the truck 12. This antenna 13 receives and/or transmits electromagnetic waves to individual communication satellites. When considering transmission, the mobile antenna 13 has a radiation pattern 14 directed toward a stationary communications satellite in a geostationary orbit, and a radiation pattern 15 directed toward a communications satellite in an elliptical orbit. If the service area 6 is set in a relatively high latitude region on the earth, the angle of elevation relative to the geostationary satellite will be small, so the cone angle of the radiation pattern 14 will be large. On the other hand, for communication satellites on elliptical orbits, the inclination angle of the elliptical orbit can be set to suit a specific service area, so the angle of elevation can be increased. Therefore, the cone angle of the radiation pattern 15 can be made small.

【0021】最後に図5は本発明にかかる衛星通信シス
テムの第2実施例を示す模式的全体図である。図1に示
す第1実施例と同様に、本システムも4個の通信衛星を
包含している。衛星4aは静止軌道8aに配置され、衛
星4kは外側の楕円軌道8kに配置され、衛星4nは中
間の楕円軌道に配置され、衛星17mは内側の楕円軌道
8mに配置されている。静止衛星4aは大開口径及び小
開口径を有する一対の反射鏡型通信アンテナ5a及び1
6aを搭載している。大開口径アンテナ5aにはC帯(
4GHz)が割り当てられ、小開口径アンテナ16aに
はKu帯(12GHz)が割り当てられている。即ち、
大開口径アンテナ5aは比較的低周波用であり典型的に
は6mφ級のメッシュ反射鏡型通信アンテナが用いられ
る。一方、小開口径通信アンテナ16aは比較的高周波
用に設計されたものであり、例えば2mφ級の小型反射
鏡アンテナが用いられ開口径と波長との比が一定になる
様に決められている。
Finally, FIG. 5 is a schematic overall view showing a second embodiment of the satellite communication system according to the present invention. Similar to the first embodiment shown in FIG. 1, this system also includes four communication satellites. Satellite 4a is placed in a geostationary orbit 8a, satellite 4k is placed in an outer elliptical orbit 8k, satellite 4n is placed in an intermediate elliptical orbit, and satellite 17m is placed in an inner elliptical orbit 8m. The geostationary satellite 4a has a pair of reflector type communication antennas 5a and 1 having a large aperture diameter and a small aperture diameter.
It is equipped with 6a. The large aperture antenna 5a has a C band (
4 GHz), and the Ku band (12 GHz) is assigned to the small aperture antenna 16a. That is,
The large aperture antenna 5a is for relatively low frequencies, and typically a mesh reflector type communication antenna of 6 mφ class is used. On the other hand, the small aperture communication antenna 16a is designed for relatively high frequencies, for example, a small reflector antenna of 2 mφ class is used, and the ratio of the aperture diameter to the wavelength is determined to be constant.

【0022】一方、楕円軌道上の通信衛星には少くとも
大開口径アンテナ及び小開口径アンテナのうちの何れか
一方が搭載されている。具体的には、外側楕円軌道8k
上の衛星4kにはL帯の割り当てられた大開口径アンテ
ナ5kが搭載されており、中間楕円軌道8nに配置され
た衛星4nにはUHF帯が割り当てられた大開口径アン
テナ5nが搭載されており、内側楕円軌道8mに配置さ
れた小型の通信衛星17mにはS帯の割り当てられた小
開口径アンテナ16mが搭載されている。本例において
も、前述した関係式(4)に従って各軌道高度が適切に
設定されているので、サービスエリア6に位置する地上
局はシステムの全伝送帯域に渡って実質的に同一の受信
電力で電磁波を受信する事ができる。
On the other hand, a communication satellite on an elliptical orbit is equipped with at least one of a large aperture antenna and a small aperture antenna. Specifically, the outer elliptical orbit 8k
The upper satellite 4k is equipped with a large aperture antenna 5k assigned to the L band, and the satellite 4n placed in an intermediate elliptical orbit 8n is equipped with a large aperture antenna 5n assigned to the UHF band. A 17m small communication satellite placed in an 8m inner elliptical orbit is equipped with a 16m small aperture antenna assigned to the S band. In this example as well, since each orbital altitude is appropriately set according to the above-mentioned relational expression (4), the ground station located in service area 6 receives substantially the same received power over the entire transmission band of the system. Can receive electromagnetic waves.

【0023】なお上述した第1実施例及び第2実施例に
おいては何れも4個の通信衛星を用いてシステムを構築
していたがこれに限られるものではない。使用する伝送
帯の種類に応じて通信衛星の個数を適当に選択する事が
できる。又、上述した実施例においては各楕円軌道には
1個の通信衛星のみが配置されているが、これに限られ
るものではない。例えば、特定のサービスエリアに対し
て24時間通信を可能とする為、同一の楕円軌道に複数
の通信衛星を配置する様にしても良い。
In both the first and second embodiments described above, the systems are constructed using four communication satellites, but the system is not limited to this. The number of communication satellites can be appropriately selected depending on the type of transmission band used. Further, in the embodiments described above, only one communication satellite is placed in each elliptical orbit, but the invention is not limited to this. For example, in order to enable 24-hour communication in a specific service area, a plurality of communication satellites may be arranged in the same elliptical orbit.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、共
通の構造を有する通信アンテナを搭載した複数の通信衛
星を異なった楕円軌道上に配置し、各楕円軌道の遠地点
と地上サービスエリアとの距離に比例した周波数伝送帯
を各通信衛星に割り当てる様にしている。従って、本発
明にかかる衛星通信システムは従来に比し拡大された伝
送帯域幅を有している為通信回線数を大きくとる事がで
き利用者が増大しても十分対応する事ができるという効
果がある。又、全伝送帯域に渡って地上局は同一の受信
電力で電磁波を受信する事ができるという効果がある。 さらに、複数の通信衛星に共通の構造を有する通信アン
テナを搭載する事によりシステム全体の構築コストを低
減する事ができるという効果がある。加えて、楕円軌道
上を周回する通信衛星を介して送受信を行なうので、特
定のサービスエリアの裏側にある地域に対しても通信を
行なう事ができるという効果がある。さらに、地上局を
介して衛星間通信も可能であるという利点がある。
As explained above, according to the present invention, a plurality of communication satellites equipped with communication antennas having a common structure are arranged on different elliptical orbits, and the distance between the apogee of each elliptical orbit and the ground service area is determined. A frequency transmission band proportional to the distance from the satellite is allocated to each communication satellite. Therefore, since the satellite communication system according to the present invention has a transmission bandwidth expanded compared to the conventional one, the number of communication lines can be increased, and the effect is that it can sufficiently cope with an increase in the number of users. There is. Another advantage is that the ground station can receive electromagnetic waves with the same reception power over the entire transmission band. Furthermore, by mounting a communication antenna having a common structure on a plurality of communication satellites, there is an effect that the construction cost of the entire system can be reduced. In addition, since transmission and reception are carried out via communication satellites orbiting on an elliptical orbit, there is the advantage that communication can be carried out even to areas behind a specific service area. A further advantage is that inter-satellite communication is also possible via the ground station.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明にかかる衛星通信システムの第1実施例
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a satellite communication system according to the present invention.

【図2】通信衛星に搭載されるメッシュ反射鏡型通信ア
ンテナの網目構造を示す拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view showing the mesh structure of a mesh reflector type communication antenna mounted on a communication satellite.

【図3】通信衛星に搭載される共通のメッシュ反射鏡型
通信アンテナを示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a common mesh reflector type communication antenna mounted on a communication satellite.

【図4】移動体からなる地上局を示す模式的斜視図であ
る。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a ground station consisting of a mobile body.

【図5】本発明にかかる衛星通信システムの第2実施例
を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a second embodiment of the satellite communication system according to the present invention.

【図6】従来の衛星通信システムを示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional satellite communication system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  地上局と、互いに異なる軌道に配置さ
れた複数の通信衛星との間で通信を行なう為の衛星通信
システムにおいて、各通信衛星は共通の構造を有する通
信アンテナを搭載するとともに、異なる楕円軌道に配置
された複数の通信衛星が含まれており各通信衛星に対し
てその楕円軌道遠地点高度に比例した周波数の伝送帯を
割り当てる事により、地上局における受信電力を全伝送
帯域に渡って実質的に一定にする事を特徴とする衛星通
信システム。
Claim 1: In a satellite communication system for communicating between a ground station and a plurality of communication satellites placed in different orbits, each communication satellite is equipped with a communication antenna having a common structure, It includes multiple communication satellites placed in different elliptical orbits, and by assigning each communication satellite a transmission band with a frequency proportional to its elliptical orbit apogee altitude, the received power at the ground station can be distributed over the entire transmission band. A satellite communication system characterized by a substantially constant value.
【請求項2】  楕円軌道とは異なる静止軌道に配置さ
れた追加の通信衛星を含む事を特徴とする請求項1に記
載の衛星通信システム。
2. A satellite communication system according to claim 1, characterized in that it includes an additional communication satellite placed in a geostationary orbit different from an elliptical orbit.
【請求項3】  各通信衛星に搭載された共通の構造を
有する通信アンテナは同一開口径を有する反射鏡アンテ
ナであり、衛星通信システムの最小伝送帯波長よりも十
分小さな網目間隔を有する金属線メッシュからなる鏡面
を具備する事を特徴とする請求項1又は2に記載の衛星
通信システム。
3. The communication antenna having a common structure mounted on each communication satellite is a reflector antenna having the same aperture diameter, and is a metal wire mesh having a mesh spacing sufficiently smaller than the minimum transmission band wavelength of the satellite communication system. 3. The satellite communication system according to claim 1, further comprising a mirror surface made of.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7844218B2 (en) 1993-07-30 2010-11-30 International Multi-Media Corporation Sub-orbital, high altitude communications system
US8483120B2 (en) 1993-07-30 2013-07-09 Sherwin I. Seligsohn High efficiency sub-orbital high altitude telecommunications system
CN111066261A (en) * 2017-07-27 2020-04-24 普拉多斯公司 Method for generating a network for providing, in particular, the internet over the entire surface of the earth, payload and aircraft implementing said method

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