JP2001251126A - 広角度カバー区域用のアンテナクラスタ構造 - Google Patents
広角度カバー区域用のアンテナクラスタ構造Info
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Abstract
するスポットビームを供給できるアンテナシステムを提
供することを目的とする。 【解決手段】 第1の広走査アンテナ402 と、第1の広
走査アンテナ402 から離れて配置された第2の広走査ア
ンテナ404 と、第1の狭走査アンテナ406 と、第1の狭
走査アンテナ406 から離れて配置された第2の狭走査ア
ンテナ408 とを備え、第1の狭走査アンテナ406 と第2
の狭走査アンテナ408 は第1および第2の広走査アンテ
ナ402, 404から離れて位置され、第1の広走査アンテナ
402 と第2の広走査アンテナ404 と第1の狭走査アンテ
ナ406 は第1のビームパターンを発生し、第1の広走査
アンテナ402 と第2の広走査アンテナ404 と第2の狭走
査アンテナ408 は第2のビームパターンを発生すること
を特徴とする。
Description
特に広角度のカバー区域用のアンテナクラスタ構造に関
する。
ス、例えばデータ転送、音声通信、テレビジョンスポッ
トビームカバー区域、その他のデータ転送アプリケーシ
ョンで普通のものになりつつある。このように、衛星は
地球表面上の種々の地理的位置に信号を提供しなければ
ならない。このように、典型的な衛星は特定の国または
地理的区域に信号カバー区域を与えるために注文設計に
よるアンテナが使用されている。
ため、幾つかの方法が使用されている。広いビーム幅を
有する1つのビームが使用される場合もあるが、大きい
地理的区域にわたるパワー供給に関して限定される。典
型的に、大きい地理的区域をカバーするためには隣接す
る複数のスポットビームが使用される。
理的区域を地上で測定された信号強度の小さい変化でカ
バーするために多数のアンテナにより発生される。しか
しながら、1つの宇宙船で北半球と南半球にわたって高
性能ビームを発生するためには、3乃至4個の広走査ア
ンテナ構造または6個の狭走査アンテナ構造を使用する
ことが必要である。
オフセットカセグレイン(SFOC)またはレンズアン
テナである。現在、KuおよびKaバンド通信リンクを
使用するスポットビーム衛星は100インチのアンテナ
開口を必要とする。1つの宇宙船で4つの100インチ
開口を設けることは困難である。例えばSFOCの外形
は宇宙船の天底ではなく宇宙船の東側と西側で適してい
る。代わりの6個の狭走査アンテナ構造も複雑な機械的
パッケージングを必要とした。
理的区域にわたって隣接するスポットビームを供給でき
るアンテナシステムが技術で必要とされていることが認
められる。北半球および南半球の両方にわたって隣接す
るスポットビームを供給できるアンテナシステムが技術
で必要とされていることが認められる。宇宙船の価格を
低下するために容易な機械的設計と構造を与えるアンテ
ナシステムが必要とされていることも認められる。
克服し、本発明の明細書を読み理解するときに明白にな
るその他の制限を克服するために、本発明は地球表面上
の隣接するスポットビーム通信カバー区域を生成する方
法および装置を提供する。この装置は2つの広走査アン
テナと2つの狭走査アンテナを含んでいるアンテナシス
テムを具備している。2つの広走査アンテナは実質上相
互に対向して配置されており、2つの狭走査アンテナは
実質上相互に対向して配置され、広走査アンテナに対し
て垂直である。第1の広走査アンテナと、第2の広走査
アンテナと、第1の狭走査アンテナは惑星表面上に第1
のビームパターンを発生し、第1の広走査アンテナと、
第2の広走査アンテナと、第2の狭走査アンテナは惑星
表面上に第2のビームパターンを発生する。
するスポットビームを与えるアンテナシステムを提供す
る。本発明はまた北半球および南半球の両者にわたって
隣接するスポットビームカバー区域に供給できるアンテ
ナシステムを提供する。本発明はまた宇宙船の価格を低
下するために容易な機械的設計と構造を与えるアンテナ
システムを提供する。
号は全体を通じて対応する部分を表している。好ましい
実施形態の以下の説明では、本発明の一部を形成する添
付図面を参照し、図面は本発明が実施されることのでき
る特別な実施形態を示している。他の実施形態が使用さ
れてもよく、構造的な変更が本発明の技術的範囲を逸脱
することなく行われてもよいことが理解されよう。
ムカバー区域は多数の衛星アンテナ設計、特に厳格な伝
播効果を補償するためにさらに高いアンテナ利得を必要
とするKaバンド応用で普通に使用される。さらに高い
利得を実現するための典型的な方法は反射装置またはレ
ンズアンテナと整列されるフィードアレイを使用するこ
とであり、各フィードは1つのスポットビームを発生す
る。しかしながら、ビームのオーバーラップの要求は、
比較的小さいサイズのフィードホーンがフィードホーン
のスピルオーバーのために方向性の損失を生じるので、
この方法はそれ程効率的ではない。
は、多数のアンテナを使用することである。この方法で
は、隣接するスポットビームカバー区域を発生するため
に、隣接しているビームは常に第2または第3および、
第2または第3または第4のアンテナにより発生され
る。したがって、同一のアンテナからの隣接ビームは1
つのアンテナを使用する方法に比べてさらに離れてい
る。これによってさらに大きいフィードが、各ビームを
発生し、改良された利得およびサイドローブ性能を生じ
るために使用されることが可能である。しかしながら、
この方法を使用して北半球と南半球との両方にカバー区
域を生成するには、宇宙船上の北、南、東、西の各位置
に大きいアンテナ反射装置を配備できるようにするため
に宇宙船上の機械的な構造の複雑性を必要とする。
る地球の典型的な衛星の透視図を示している。地球100
は衛星、典型的に静止軌道の衛星の透視図から示されて
いる。
するための適切な信号強度を与えるビームを呼ばれる通
信信号を提供する。しかしながら、パワーの制限、所望
のカバー区域等のために、1つのアンテナは地球100 の
表面の全体的な可視部分をカバーする区域を与えること
ができない。特別な地理的区域が通信カバー区域の衛星
設計者により選択される。衛星は典型的に多数のアンテ
ナビームの使用によって1以上の選択された地理的区域
で通信サービスを行う。
的に地球100 の表面上の所望の位置に通信信号を転送し
なければならない。通信サービスの需要の増加と共に、
地理的位置の大きさも増加している。現在、通信衛星の
典型的なカバー区域は北半球と南半球の多数の位置を含
んでいる。
ビーム104 を使用して典型的にカバーされ、一方南半球
に示されている位置106 はスポットビーム108 を使用し
て典型的にカバーされている。両半球にわたって高性能
ビームを発生するために、スポットビーム104 と108 を
提供するように3または4個の広走査アンテナ、または
6乃至8個の狭走査アンテナを使用することが必要であ
る。
常に4アンテナを直径100インチの開口に適応するこ
とができない。結果として、衛星はビーム104 と108 に
より示されているカバー区域を提供できないか、多数の
衛星がビーム104 と108 を提供するように発射されなけ
ればならない。例えばパワー、重量、大きさ、発射ビー
クルペイロード制約等の衛星についての他の制約は、典
型的に衛星をさらに小さい地理的区域102 と106 に限定
するか、ビームパターン104 または108 のうちの1つを
除去する。さらに、典型的な広走査アンテナシステムの
かさばった形状は衛星の設計を複雑にする。多数の衛星
の過剰な費用と、ビームパターン104 と108 を与えるア
ンテナシステムのパッケージおよび設計の設計価格は通
信サービスの価格を増加する。
る複数のスポットビームを発生する関連技術の方法を示
している。隣接スポットビームによるカバー区域は図1
のスポットビーム104 と108 に類似したビームパターン
204 を発生するために幾つかのフィードホーン200 と1
つの反射装置202 を使用することにより得られることが
できる。説明を簡単にするために“1”の符号を付けら
れたフィードホーン206 はスポットビーム208 を発生す
るように励起され、説明を簡単にするために“3”の符
号を付けられたフィードホーン210 はスポットビーム21
2 を発生するように励起される。同様に、残りのフィー
ドホーン200 はビームパターン204 中の残りのスポット
ビームを発生するように励起される。このような構造に
必要とされるフィードホーン200 は大きい必要があり、
したがってフィードホーン200 間に介在する位置214 は
大きくなるので、このアンテナ構造はビームパターン20
4の信号強度の均一性が低下する。このように、ビーム
パターン204 の連続性と均一性は劣化される。
スポットビームを発生する関連技術の方法を示してい
る。
02−308 の4つの別々のバンクと、4つの別々の反射装
置 310−316 を使用し、ビームパターン318 を発生し、
これはビーム成形なく得ることができる。全ての反射装
置 310−316 およびフィードホーン 302−308 はビーム
パターン318 によりカバーされる所望の地理的区域にわ
たって類似の性能を有することが望ましい。約10度の
広い角度を走査できる典型的なアンテナ形状はサイドフ
ィードオフセットカセグレイン(SFOC)および対称
レンズ形状である。区域 102と106 の両者にわたって全
ての反射装置 310−316 が良好な走査性能を実現できる
ことが所望される。1つの宇宙船でこれを実現するため
には、全ての4つの反射装置 310−316 は宇宙船上にパ
ッケージされなければならず、これは各反射装置 310−
316 が直径100インチであるならば困難である。多く
の宇宙船設計ではアンテナシステム300 で必要とされる
ように3または4個の大きい反射装置をパッケージする
ことはできない。
または6個の狭走査アンテナの性能を得るために宇宙船
上に適切に配置された2個の広走査および2個の限定さ
れた走査アンテナを組合わせる技術を開示する。この方
法は宇宙船における機械的パッケージを簡単にし、設計
および発射価格を減少させる。
ータ速度アプリケーションのための増加した地理的区域
のカバー区域を可能にするので、表面カバー区域用のス
ポットビームを使用する衛星と同様の利点を得ることが
できる。本発明は広い角度にわたってKaバンドで約
0.4度のスポットビームを発生するアンテナを適合す
るさらに簡単な方法を提供する。
ック図を示している。アンテナシステム400 は4つのア
ンテナ 402−408 を具備している。アンテナ1 402は宇
宙船バス410 の東面に位置され、アンテナ2 404は宇宙
船バス410 の西面に位置され、アンテナ3 406は宇宙船
バス410 の天底面の北側部分に位置され、アンテナ440
8は宇宙船バス410 の天底面の南側部分に位置されてい
る。太陽パネル412 も明瞭にするために示されている。
宇宙船バス410 の北、南、東、西の方向付けに関して説
明したが、これらの方向付けは例示として示されたもの
である。例えば、本発明の技術的範囲を逸脱することな
く、宇宙船バス410 の西面、東面、または南面上にアン
テナ3 406を位置付けるように宇宙船バス410 の方向が
設定されることができる。
の広走査性能が可能であり、一方アンテナ3 406と4 4
08は例えば5度までの限定された走査または狭走査性能
が可能である。このようにして、アンテナ3 406と4 4
08を収容し配備するのに必要な機械的な複雑性は減少さ
れる。典型的にアンテナ 402と 404はSFOCアンテナ
であるが、フェイズドアレイアンテナまたは他の広走査
アンテナ形状であることも可能である。
2 404、3 406により発生され、ビームパターン416 は
アンテナ1 402、2 404、4 408により発生される。例
えばスポット1 418はこれらがビームパターン414 また
は416 のいずれであるかにかかわりなく、アンテナ1 4
02により発生される。
414 または416 であるかにかかわりなく、アンテナ2 4
04により発生される。スポット3 422はアンテナ3 406
により発生され、ビームパターン414 でのみ使用され
る。スポット4 424はアンテナ4 408により発生され、
ビームパターン416 でのみ使用される。ビームパターン
414 は北半球の地理的カバー区域で使用され、ビームパ
ターン416 は南半球の地理的カバー区域で使用される。
良好な地理的カバー区域を獲得するために、北方向にア
ンテナ3 406をバイアスし、南方向にアンテナ4 408を
バイアスすることが望ましい。このようにすることによ
って、ビームパターン414 と416 は図1で示されている
ビームパターンと等しくなる。
している。例えば宇宙船バス410 の寸法が十分でないた
めに、または発射ビークルの制約またはその他の制約の
ために、図4の(A)で示されているようなSFOCア
ンテナシステムが可能ではないならば、レンズシステム
が使用されることができる。図4の(B)の実施形態で
は、アンテナ1 402は宇宙船バス410 の天底面の北側の
位置にあり、アンテナ2 404は宇宙船バス410 の天底面
の南側の位置にあり、アンテナ3 406は宇宙船バス410
の東面に対向し、アンテナ4 408は宇宙船バス410 の西
面に対向する。この構造はアンテナ3 406とアンテナ4
408の配備を簡単にすることを可能にし、例えばグレゴ
リアンアンテナでは、天底面はアンテナ1 402、2 404
に必要な広走査能力を与えるためにアンテナ1 402、2
404にわたってアンテナレンズを有している。ビームパ
ターン414 と416 は図4の(A)に関して説明した実施
形態と類似の方法で発生される。
は本発明による典型的な宇宙船アンテナの構造を示して
いる。
アンテナ 502−508 を具備して示されている。アンテナ
502−508 は図4に関して説明したアンテナ 402−408
に対応する。アンテナ502 は宇宙船バス510 の東面に位
置され、アンテナ 504は宇宙船バス510 の西面に位置さ
れ、アンテナ 506は宇宙船バス510 の天底面の北側の部
分に位置され、アンテナ 508は宇宙船バス510 の天底面
の南側の部分に位置されている。太陽パネル512 も明瞭
にするために示されている。
いる。フィードホーン 514はアンテナ502 を照射し、フ
ィードホーン 516はアンテナ504 を照射し、フィードホ
ーン518はアンテナ506 を照射し、フィードホーン 520
はアンテナ508 を照射する。フィードホーン 514は、ビ
ーム524 を発生するようにアンテナ502 と整列されたサ
ブ反射装置522 の方向へ向けられる。フィードホーン 5
16は、ビーム528 を発生するようにアンテナ504 と整列
されたサブ反射装置526 の方向へ向けられる。フィード
ホーン 514−520 は宇宙船設計者により所望されるよう
に、または地理的カバー区域に所望のビームを発生する
ことが必要なときに必要とされる1つまたは多数のフィ
ードホーンセットである。例えば、フィードホーン514
と516 はフィードホーンの2つのバンクとして示されて
いるが、所望に応じてフィードホーンの単一のバンクま
たはフィードホーンの多数のバンクであってもよい。ビ
ーム524 と528 はアンテナ502 と504 用にスポットビー
ムを発生するために使用される。アンテナ502 と504 は
SFOC構造として示されており、これは図4の(A)
に関して説明したように宇宙船バス510 の東および西側
にパッケージされる。
アン形状アンテナとして示されているが、所望ならばそ
の他の形状設計でもよい。グレゴリアンアンテナ506 と
508は約4度以内までの走査に使用されることができ、
したがって北および南半球の両者のカバー区域パターン
で同時に使用されることができない。フィードホーン51
8 はビーム532 を発生するためアンテナ508 と整列され
るサブ反射装置530 を照射する。フィードホーン520 は
ビーム536 を発生するためアンテナ506 と整列されるサ
ブ反射装置534 を照射する。ビーム532 と536 は隣接ス
ポットビームカバー区域の交互のスポットを発生するた
めに使用される。アンテナ506 はそのボアサイトがビー
ムの北方クラスタの中心として指向され、図4の(A)
のアンテナ406 に類似している。同様に、アンテナ508
のボアサイトはビームの南方クラスタの方向に指向さ
れ、図4のアンテナ408 に類似している。
より発生される北半球ビームパターンを示している。ビ
ームパターン600 は本発明の4アンテナ構造により発生
される2つの類似の隣接しているスポットビームパター
ンのうちの1つである。個々のスポットビームは2つの
異なるタイプのアンテナから発生されるが、ビームパタ
ーン600 のビーム利得性能はカバー区域602 全体にわた
って均一である。カバー区域602 の利得変化は1.3d
B以内である。
するためのステップを示したフローチャートである。
広走査アンテナ、第2の広走査アンテナ、第1の狭走査
アンテナから地球表面上に第1の隣接している複数のス
ポットビームのパターンを発生するステップの実行を示
している。
第2の広走査アンテナ、第2の狭走査アンテナから地球
表面上に第2の隣接している複数のスポットビームのパ
ターンを発生するステップの実行を示している。
の結論を述べる。以下の段落は同一の目的を達成する幾
つかの代わりの方法を説明している。本発明はRFシス
テムに関して説明しないが、同一の目的を実現するため
に光学システムで使用されることもできる。さらに、広
走査アンテナとしてSFOCシステムおよび狭走査アン
テナとしてグレゴリアンシステムに関して説明したが、
フェイズドアレイアンテナのような他のアンテナシステ
ム、個々のアンテナフィード、または他のアンテナシス
テムが本発明の技術的範囲を逸脱せず、にここで説明す
る隣接スポットビームカバー区域を発生するために使用
されることができる。
スの対向面に位置される2つの広走査アンテナを有する
としてここで説明されているが、2つの広走査アンテナ
はこれらが2つの異なる隣接スポットビームパターンを
発生するのに十分に宇宙船バス上で相互から離れて配置
される限り、宇宙船バスの同一表面または別の面に配置
されることができる。同様に、例えば宇宙船バスの天底
面の北側および南側の部分等、対向して配置される2つ
の狭走査アンテナを有するとしてここで説明されている
が、2つの狭走査アンテナはこれらが2つの異なる隣接
スポットビームパターンを発生するのに十分に宇宙船バ
ス上で相互から離れて配置される限り、宇宙船バスの同
一表面または別の表面に配置されることができる。
ポットビーム通信カバー区域を発生する方法および装置
を開示する。装置は2つの広走査アンテナと2つの狭走
査アンテナを含んだアンテナシステムを具備している。
2つの広走査アンテナは相互に実質上対向して配置さ
れ、2つの狭走査アンテナは相互に実質上対向し、広走
査アンテナに対して垂直に配置されている。第1の広走
査アンテナ、第2の広走査アンテナ、第1の狭走査アン
テナは平面上に第1のビームパターンを発生し、第1の
広走査アンテナ、第2の広走査アンテナ、第2の狭走査
アンテナは平面上に第2のビームパターンを発生する。
例示の目的で行った。本発明は説明したのものと正確な
同じ形態に限定することを意図しない。多数の変形と変
更が前述の説明を考慮して可能である。本発明の技術的
範囲はこの詳細な説明ではなく特許請求の範囲の記載に
より限定されることを意図する。
衛星による地球の透視図。
を発生する従来技術の方法。
を発生する従来技術の方法。
造の概略図。
造の概略図。
れた北半球のビームパターンの図。
したフローチャート。
Claims (10)
- 【請求項1】 第1の広走査アンテナと、 第1の広走査アンテナから離れて配置されている第2の
広走査アンテナと、 第1の狭走査アンテナと、 第1の狭走査アンテナから離れて配置されている第2の
狭走査アンテナとを具備し、第1の狭走査アンテナと第
2の狭走査アンテナは第1の広走査アンテナと第2の広
走査アンテナから離れて位置され、第1の広走査アンテ
ナと第2の広走査アンテナと第1の狭走査アンテナは第
1のビームパターンを発生し、第1の広走査アンテナと
第2の広走査アンテナと第2の狭走査アンテナは第2の
ビームパターンを発生することを特徴とする隣接するス
ポットカバー区域に供給するアンテナシステム。 - 【請求項2】 第1のビームパターンは一方の半球にあ
り、第2のビームパターンは他方の半球にある請求項1
記載のアンテナシステム。 - 【請求項3】 第1のビームパターンは北半球にあり、
第2のビームパターンは南半球にある請求項2記載のア
ンテナシステム。 - 【請求項4】 第1の広走査アンテナは宇宙船バスの東
面に位置され、第2の広走査アンテナは宇宙船バスの西
面に位置されている請求項1記載のアンテナシステム。 - 【請求項5】 第1の広走査アンテナおよび第2の広走
査アンテナはサイドフィードオフセットカセグレインア
ンテナである請求項4記載のアンテナシステム。 - 【請求項6】 第1の狭走査アンテナおよび第2の狭走
査アンテナはオフセットグレゴリアンアンテナである請
求項4記載のアンテナシステム。 - 【請求項7】 第1の広走査アンテナは宇宙船バスの天
底面の北側の位置に配置され、第2の広走査アンテナは
宇宙船バスの天底面の南側の位置に配置されている請求
項1記載のアンテナシステム。 - 【請求項8】 第1の広走査アンテナおよび第2の広走
査アンテナはレンズアンテナである請求項7記載のアン
テナシステム。 - 【請求項9】 第1の広走査アンテナと第2の広走査ア
ンテナの少なくとも1つはフェイズドアレイアンテナで
ある請求項1記載のアンテナシステム。 - 【請求項10】 衛星に配置されている第1の広走査ア
ンテナと、第2の広走査アンテナと、第1の狭走査アン
テナから地球表面上に第1の隣接するスポットビームパ
ターンを発生し、 第1の広走査アンテナと、第2の広走査アンテナと、第
2の狭走査アンテナから地球表面上に第2の隣接するス
ポットビームパターンを発生するステップを有すること
を特徴とする衛星から地球表面へ通信するための少なく
とも2つの隣接するスポットビームパターンを発生する
方法。
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