JP2001522153A - 通信システムのための端末アンテナ - Google Patents

通信システムのための端末アンテナ

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Abstract

(57)【要約】 低地球軌道（ＬＥＯ）衛星（３１、３３、３４及び３５）と通信する端末上で使用するための安価な高利得アンテナ（１１）で、これは中央軸（Ｚｇ）の回りの回転運動のため取付けられた方位ターンテーブル（１２）上の横軸（Ｘｔ）の回りの円弧状運動のため取付けられた仰角テーブル（１９）を含む。フェーズドアンテナを形成する複数のアンテナ素子（２１）が仰角テーブル（１９）の上部に取付けられ、仰角テーブル（１９）の横軸（Ｘｔ）に平行でかつこれを通して延びる走査平面（３０）をもつ。アンテナ（１１）は機械的に及び電気的に両方で走査出来、またアンテナ（１１）の仰角テーブル（１９）をその照準を２つの衛星（３４、３５）の中間の方向とし、またアンテナ（１１）の走査平面（３０）が両方の衛星（３４、３５）を通過するように、アンテナ（１１）の仰角テーブル（１９）を位置決めすることにより１つの（ＬＥＯ）衛星（３１、３３、３４及び３５）から他へハンドオフを遂行するのに使用される。ハンドオフの瞬間において、アンテナビーム（３２）は１つの衛星（３１）から他（３３）へ電子的に走査され、このプロセス中のデータ通信においていかなる損失もない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景）
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、電気通信システムにおいて使用される端末アンテナに関し、より詳
しくは、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星システムとの通信のために適合したアンテナ
に関する。
【０００３】 （関連技術の説明） 衛星無線通信は今や長年に亘り存在している。初めに、このような衛星は地球
上の１つの地点から他の地点への通信の経路選択として、特に長距離電話呼び及
びテレビジョン信号のために設計された。例えば、「アーリーバード（Ｅａｒｌ
ｙ Ｂｉｒｄ）」衛星は、大西洋のどちらの側の２つの局をも連結し、大西洋の
相対向する側の事件の最初の事実上の生のテレビジョン報道を可能にした。これ
らの初期の衛星は対地同期軌道内に位置し、彼等の通信リンケージは比較的低周
波数（従って長い波長）で、各地球局における比較的大きな直径の皿形受信アン
テナを必要とした。 一般に通信衛星は３つの種類に分かれる。第１は対地同期地球軌道（ＧＥＯ）
衛星として知られ、これらは地球の上の約２２，０００マイルの点の軌道内に位
置し、そのため地球上の同じ点に「静止」のまま現れる。全部の初期の衛星はこ
の種類であった。通信衛星の第２の種類は中位地球軌道（ＭＥＯ）衛星と呼ばれ
、これらは約８，０００マイルの距離で地球の周りの軌道を回るよう提案されて
いる。地球から衛星へのこのより短い距離は信号の伝送遅延を減少させ、そのた
めこの様な衛星との実時間通信はより多く実際的である。例えば、ＧＥＯ衛星は
地球から衛星へそして再び戻る往復に約０．２５秒を要するが、他方ＭＥＯ衛星
は同じ回路を完成するのに０．１秒より少なくかかる。第３の種類の衛星は現在
提案されており、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星と呼ばれる。これらのＬＥＯ衛星は
地球の上の５００から１，０００マイルに過ぎない距離で地球上の軌道を回り、
地球端末と衛星との間の無線信号の伝達に比較的短い距離を与え、それにより伝
送遅延を０．０５秒のオーダに減少させ実時間データ通信をより多く実際的にし
た。加えて、地球局と衛星との短い距離は感度の高い大きな受信機器の必要性を
減少させた。現在「テレデシック」（Ｔｅｌｅｄｅｓｉｃ）と呼ばれる米国パー
トナシップ オブ カンパニーズにより提案されている近代の衛星星座システム
は、この様なＬＥＯ衛星を組み込んでいる。
【０００４】 好ましいＬＥＯ通信衛星星座は事実上セル式であり、高速業務データ通信と同
様に高速移動体インターネットアクセスを処理することを意図している。この様
な大きなデータスループットは通信リンクにおける極めて大量の帯域幅を必要と
する。この帯域幅を得る為にこれらのシステムは比較的高い周波数、例えばＫｕ
及びＫａ帯域で動作し、また１２−３０ＧＨｚのオーダの周波数を採用する必要
があるであろう。衛星システムの動作の周波数が高い程衛星アンテナによる効率
的な使用のため利用できるビームはより狭いことはよく知られている。従って、
この様なシステムにおいて受信／送信アンテナを精密に制御することが極めて重
要である。 より低い周波数の衛星通信については、例えば少数ギガヘルツの範囲では、衛
星との移動局通信は単一の線形アンテナ構造を採用し、所望の目標が達成できる
十分な効率で通信することができる。しかし、極めて高い周波数の通信のために
は、迅速に移動する衛星を補足し効率的な通信を達成するには各移動局において
走査アンテナが必要である。この様なアンテナを移動局に組み込むには幾つかの
技術的な障害がある。 ＬＥＯ衛星システムの１つの特徴は、空を横切る各衛星の見掛けの運動に起因
して、移動局が各特別の衛星と通信に従事できる時間期間は比較的短く特別の考
慮を要する。例えば、移動局は、衛星が水平線を越えて到来し移動局に電子的に
見える時は直ちに衛星と通信リンクを確立し、次にそれが頭上を通過し、水平線
を越えて消滅するとき衛星を追跡することが出来なければならない。「退去」衛
星の消滅に先立ち移動局のアンテナは、両方の衛星との通信が依然良好のまま、
退去衛星から到来衛星へ通信リンクの効率的な「ハンドオフ」がなされるように
「到来」衛星との通信を確立できなければはらない。この問題の１つの解答は各
移動局に２つのアンテナを備えることである。１つは退去衛星が消滅するまで空
を横切る退去衛星を追跡するためであり、第２のアンテナは、ハンドオフが１つ
の衛星から他へ発生する時通信リンクにおけるいかなる遮断も決してないように
到来衛星の出現の準備をするためである。勿論、各端末のための多重アンテナは
かさばると共に高価である。
【０００５】 ＬＥＯ衛星通信の問題の別の解答は、「衛星通信システムのための地球上のア
ンテナ」と題し、１９９７年７月２２日にジャーに発行されテレデシック社に譲
渡された米国特許第５，６５０，７８８号に示されるアンテナである。このアン
テナは電子的に走査される半球型フェーズドアレイアンテナである。しかし、提
案される大きなデータ速度を処理するのに必要な高利得を達成ためにはこのアン
テナは多数の位相制御される素子をもたねばならず、従って比較的高価である。 ＬＥＯ衛星ハンドオフ問題に対する更に別の解答は、退去衛星の消滅の直前に
、いかなるデータストリームの遮断もなしにアンテナが回転し到来衛星のビーム
にロック出来るように、より少ない素子のアンテナ上に極めて高速の機械的走査
機構を備えることであろう。しかし、極めて高い周波数及び迅速に移動するＬＥ
Ｏ衛星に対しては、これは、現在の技術により制御される機械的調節機構の能力
を遥かに越える速度と精密さでのアンテナシステムの機械的運動が要求されるで
あろう。 ＬＥＯ衛星と通信する移動局のための比較的安価で高い利得のアンテナシステ
ムに対する要求が存在し、このシステムは衛星の運動と同様に移動局の運動の両
方を保障する能力があり、また退去ＬＥＯ衛星から到来ＬＥＯ衛星へハンドオフ
される時データ通信のいかなる損失をも避けるため十分に高い速度で走査される
。本発明のこのシステムは、この様な要求を満たしている。
【０００６】 （発明の簡単な要約） １つの局面において、本発明は少なくとも２つの通信ノードと通信するための
アンテナを含み、これは中央軸の回りのいずれの方向への回転運動ののため取付
けられた方位ターンテーブルをもっている。仰角テーブルが、中央軸に垂直な横
軸の回りに円弧状運動のため方位ターンテーブルの上に取付けられる。このテー
ブルの上面はフェーズドアレイアンテナを形成するため複数のアンテナ素子を含
み、そこにフェーズドアレイの走査平面は横軸に平行で好ましくはそれを通過す
る一つの平面内に存在する。アンテナが通信すべきノードの２つがアンテナ素子
の走査平面内に存在するように、仰角テーブル上に取付けたフェーズドアレイア
ンテナ素子が位置決めされるまで、方位ターンテーブルは中央軸の回りに回転し
仰角テーブルは横軸の回りに円弧状に運動する。仰角テーブル上に取り付けたフ
ェーズドアレイアンテナ素子のビームは、２つのノードのいずれか一方又は他方
に選択的に向けられるため電子的に走査される。 この局面の１つの実施例において、少なくとも２つのノードの一方は星座の退
去衛星であり、これらノードの他方は星座の到来衛星であり、アンテナは退去か
ら到来衛星への通信チャネルのハンドオフを遂行するため使用される。この実施
例において、ハンドオフの瞬間における退去及び到来衛星の位置がアンテナ素子
の走査平面内に存在し且つアンテナ素子の照準が２つの衛星の中間の方向を指向
するように、仰角テーブル上に取付けたフェーズドアレイアンテナ素子が位置決
めされるまで、方位ターンテーブルは中央軸の回りに回転し仰角テーブルは横軸
の回りに円弧状に動かされる。仰角テーブルの上に取付けたフェーズドアレイア
ンテナ素子のビームはハンドオフの瞬間において退去衛星から到来衛星へ電子的
に走査される。
【０００７】 別の局面において、本発明は第１の低地球軌道（ＬＥＯ）衛星と第２のＬＥＯ
衛星との間のアンテナを用いた通信信号のハンドオフの遂行に関する。このアン
テナはその表面から外側に向けられた走査平面を持ちその中でアンテナビームは
電子的に走査可能である。通信が第１のＬＥＯ衛星との間で確立され、その衛星
はそれが軌道の中を移動するときアンテナビームを用いてアンテナの機械的運動
かまたはビームの電子的走査か又はこれらの組み合わせで追跡される。第２の衛
星がハンドオフにおいて現れる位置は予期され、また第１の衛星及び予期された
第２の衛星の位置の両方がアンテナの走査平面内に存在するようにアンテナはハ
ンドオフに先立って物理的に位置決めされる。アンテナのビームは、ハンドオフ
の瞬間において第１との通信を解除し第２との通信を確立するため第１の衛星か
ら第２の衛星へ電子的に走査される。 更に別の局面において、本発明は機械的及び電子的の両方で走査可能なアンテ
ナにより１つの衛星から他への端末のハンドオフの遂行を含む。第１の衛星は、
その衛星に追従するためアンテナの機械的及び／又は電子的走査によりアンテナ
の照準指向を用いて追跡される。次のハンドオフ時間及びハンドオフ時間におけ
る第２の衛星の位置についての情報は衛星から受信される。ハンドオフ時間にお
ける第１の衛星の位置は計算され予測される。ハンドオフ時間におけるアンテナ
から第１の衛星への第１のベクトルは計算されまたハンドオフ時間におけるアン
テナから第２の衛星への第２のベクトルは計算される。アンテナは、計算された
両方のベクトルが丁度ハンドオフに先立ってアンテナの走査平面上に存在するよ
うに機械的に位置決めされ、次にアンテナのビームは、第２の衛星と通信を確立
するためハンドオフ時間において第１の衛星から第２の衛星へ電子的に走査され
る。その後、第２の衛星は、アンテナの機械的及び／又は電子的走査を使用し照
準指向を用いて追跡される。
【０００８】 （好ましい実施例の詳細な説明） 事実上全部の衛星は指向性であり、幾つかの方向において他よりも多くの電力
を送信又は受信する。最大の送信又は受信の方向はアンテナの「ＲＦ照準方向」
と呼ばれる。アンテナの方向特性はそのアンテナの放射パターンにより表され、
これはその相対的放射電力対方向の絵画的表示である。放射パターンはまたロー
ブ構造を示しており、そこに３次元空間における最大ローブが「ビーム」を構成
し、これを通してアンテナが電力の大部分を放射及び／又は受信する。 電磁波はベクトル量であり、即ち、これらは偏波（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）され
ている。アンテナによる好ましい（望ましい）偏波は共同偏波（ｃｏ−ｐｏｌａ
ｒｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれ、他方直交偏波は交差偏波（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａ
ｒｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれる。 衛星の狭いビームに追従する１つの技術は、アンテナを物理的に走査すること
、即ち、そのビームが衛星からの信号と整列を保つようにアンテナを機械的に指
向することである。代替のアプローチは、アンテナを大きな面積上に展開された
多数の小さなアンテナで形成し、これらの受信又は送信信号が相互に正しい電気
的関係（位相）にあり「フェーズドアレイ」を形成するようにこれらの小さなア
ンテナを接続することである。アレイにおける各個々のアンテナは「素子」と呼
ばれる。アンテナのビームをある特別の方向へ動かすことは「走査」と呼ばれる
。アンテナを走査する１つの方法は，アンテナを機械的に動かすことであるが、
フェーズドアレイアンテナはその複数素子の位相を変化させることにより電気的
に走査出来る。本発明のアンテナは両方の技術により走査出来る。電気的走査が
適用されない時のビームの方向は「機械的照準」又は単に「照準」と呼ばれる。
その上の代替の構想は反射アンテナにおける給電の様なフェーズドアレイを使用
することである。
【０００９】 上述の様に、ＬＥＯ衛星は、伝統的なＧＥＯ衛星からの又は提案されたＭＥＯ
衛星からでさえ彼等との通信を極めて困難にさせる幾つかの特徴を持っている。
例えば、彼等の空を横切る見掛けの運動は極めて迅速であり、地上に設置された
端末上のアンテナはそれとの信頼性ある通信を維持するためその衛星に遅れずに
ついて行くため極めて敏速に動作することが要求される。移動局がそれ自身地球
の表面を横切り移動している場合にはアンテナを制御するこの問題を益々困難に
する。 地球の表面を横切る見掛けの運動を持つ衛星と通信するアンテナは、彼等のビ
ームを移動させその衛星と良好な通信を維持するため走査されなければならない
。上に論じた様に、この走査は、ビーム即ち、アンテナの感度の中心ローブが衛
星へ及びこれからの通信ビームと直接整列するのを維持するためアンテナの種々
の軸が回転及び円弧通路を移動する機械的走査か又は異なるアンテナ素子の位相
関係を変化させることによる電子的走査のいずれかで良い。インターネット通信
の様な幾つかの極めて高速なデータ応用に対しては、これらの高速データスルー
プット目標を達成するための十分な帯域幅を得るために極めて高い動作周波数が
が要求される。極めて高い動作周波数、例えば２０−３０ＧＨｚのオーダのＫａ
帯域のものは、衛星へ及びこれからの通信ビームが極めて狭いという状況を明示
している。即ち、「感度の領域」は極めて小さい値で２度以下のオーダである。
このことは、アンテナのビームは、衛星と高度の通信有効性を持っために衛星の
方向と極めて精密に整列させるため連続的に再位置決めされることが要求される
。
【００１０】 本発明のアンテナシステムは以下に、低地球軌道衛星通信に関係する使用のた
めの端末アンテナの好ましい実施例に関して説明するが、このアンテナシステム
は幾つかの異なる通信応用に採用できる有利な特徴を持つことを理解すべきであ
る。例えば、このアンテナシステムは、（１）固定又は移動地上端末及び衛星、
航空機及びＵＡＶ上のノード、（２）航空機、ＵＡＶ上の端末及び衛星上のノー
ド、及び（３）１つの衛星上の端末及び他の上のノードのために使用しても良い
。本発明のアンテナシステムは、一つの端末が２つ以上のノードの間で切替え又
は同時に２つ以上のノードと通信することを可能にし、特にその端末及び複数ノ
ードが相互に移動する場合にこれらを可能にする利点がある。 図１を先ず参照すると、本発明のシステムに組み込まれる形式のアンテナ構造
が示される。アンテナ１１は方位ターンテーブル１２を組み込み、その上に１対
の間隔を置いた直立軸受板１３及び１４が取付けられる。各軸受板１３及び１４
は夫々軸受１５及び１６を搭載する。取付軸１７は、回転のためその両端におい
て軸受１５及び１６内に夫々ジャーナル軸受けされ、またその中央部分に強固に
固着された直立取付板１８を持つ。取付板１８の上部に取付けられ強固に固定さ
れるのは仰角テーブル１９である。仰角テーブル１９の上面は、格子状配列に搭
載され、フェーズドアレイアンテナとして電気的に接続される複数のアンテナ素
子２１を含む。信号カプラ２２がシステム（図示なし）の受信及び送信回路から
直立板１８及び仰角テーブル１９を通して複数のアンテナ素子２１の中に接続さ
れ、これは信号を衛星から受信すると同様に信号をアンテナ素子２１から衛星へ
送信するためである。
【００１１】 固定地上座標システムは、基準座標Ｘｇ／Ｙｇ／Ｚｇにより画定される。方位
ターンテーブル１２は、Ｘｇ−Ｙｇ平面内でＺｇ軸の回りの両方向に回転出来る
。即ち、方位ターンテーブル１２は、円弧２４により表される２つの方向のいず
れにも回転できる。仰角テーブル１９は、方位ターンテーブル１２上に位置し、
座標システムＸｔ／Ｙｔ／Ｚｔ内に存在する。回転取付軸１７は、仰角テーブル
１９の上表面の上の全部の点がＹｔ／Ｚｔにより画定される平面に平行な平面内
でより円弧状に移動するように仰角テーブル１９がＸｔ軸の回りに回転すること
を許す。アンテナ座標システムＸａ／Ｙａ／Ｚａは放射表面に固定して画定され
る。Ｚａは機械的照準と整列し、またＸａはＸｔに平行である。 上に簡単に述べた様に、全部のアンテナはローブ構造を表す放射パターンを持
ち、そこに３次元空間における最大ローブがビームを構成し、それを通じてアン
テナはその電力の大部分を放射及び／又は受信する。一般に、ピーク信号レベル
を取り巻く半電力点の軌跡がアンテナの主ビームの周囲と考えられる。衛星を追
跡するためアンテナのビームを移動させるプロセスは、例えば走査と呼ばれる。
フェーズドアレイアンテナのビームは、アンテナの素子２１の物理的向きの移動
によりビームを機械的に動かすか、又はアンテナの素子２１の各々の間の位相関
係を変化させることにより電子的に走査するかのいずれかにより走査出来る。本
発明のアンテナにおいては、ＬＥＯ衛星と通信するためそれが取り扱う無線信号
の周波数は極めて高く、２０−３０ＧＨｚのオーダでＫａ帯域の範囲内にある。
本発明のアンテナのビームは、移動する衛星に対してアンテナアレイ２１の向き
を変えるため機械的に方位テーブル１２を回転し仰角テーブル１９を移動させる
ことにより走査することが出来、又はアンテナ素子の位相関係を変化させること
によりアンテナ素子２１の電子的走査により走査することができる。
【００１２】 図２を参照すると、水平線を越えて丁度視界に入るＬＥＯ衛星３１とデータ通
信している本発明のアンテナ１１が示される。丁度視界に入って来るこの様な衛
星は「到来」衛星と呼ばれる。図２において、方位テーブル１２と仰角テーブル
１９がどのようにして衛星３１に対して位置決めされるかを示し、またアンテナ
１１のビーム３２はビームを衛星３１に指向させるため電子的に走査される。本
発明のアンテナ１１（図１）の電子的走査平面３０は、仰角テーブル１９の上面
に本質的に垂直でかつ軸ＺａとＸａがその中にある一つの平面に本質的に平行で
ある。走査平面３０が取付軸１７に平行に近い程結果はより良い。アンテナのビ
ームは走査平面３０内のある角度範囲を通して電子的に走査できる。従って、図
２に示す様に、ビームが連続的に衛星に指向されるように衛星３１がアンテナ１
１を通過するときアンテナのビームは絶えず再位置決めされる。この走査は、電
子的走査又は方位ターンテーブル１２の回転及び取付け棒１７を通る軸Ｘｔの周
りの仰角テーブル１９の角移動による機械的走査又は衛星３１が頭上を通過する
時ビームを連続的に衛星３１に指向して保持するため両者の組み合わせにより遂
行出来る。好ましくは、しかし必然的ではなく、アンテナ１１の照準が、衛星と
の間の効果性を最大にするため時間の大部分を通信している衛星に直接指向され
る。アンテナのビームを衛星（複数）の方に指向するためにアンテナ１１が電子
的走査に依存する主要な場合は、以下に述べる様に、１つの衛星から他への通信
のハンドオフ（「ＨＯ」）の直前、間中及び直後である。
【００１３】 図３を参照すると、衛星３１が「到来」衛星であることから「退去」衛星であ
ることに変化する時、衛星３１に指向されたビーム３２を維持するためアンテナ
１１がどのようにして機械的及び電子的走査の両方により走査され続けるかを示
す。図３に示す様に衛星３１は丁度水平線を越えてアンテナ１１の視界を通過し
て出る準備をしており、別の「到来」衛星３３が背後の水平線を越えて丁度視界
に入る所である。図３において一般に示されるこの点、即ち、退去衛星が視界か
ら消滅し「到来」衛星が視界に到来する点は、１つの衛星から他への衛星通信の
「ハンドオフ」の見地から極めて重要である。このハンドオフは、アンテナ１１
のビームを１つの衛星から他へ移動させる移行におけるデータ通信の損失が本質
的にないように極度に敏速に遂行されねばならない。本発明のシステムにおいて
、このことは、到来衛星３３も走査平面内にあるようにアンテナ１１の走査平面
を位置決めしながらビーム３２が依然としてその衛星と通信しているようにアン
テナ１１を退去衛星３１に対して位置決めすることにより達成される。好ましく
は、しかし必然的ではなく、アンテナ１１の照準は、ハンドオフの瞬間における
退去及び到来衛星のそれぞれの位置を定義するベクトルの中間の位置決めベクト
ルへ物理的に走査される。アンテナはハンドオフの直前にこの位置へ物理的に指
向される。重要な点は、ハンドオフを果たすため純粋な電子的走査が使用出来る
ようにハンドオフの瞬間において退去と到来衛星の両方がアンテナ１１の電子的
走査平面３０内に存在すべきことである。
【００１４】 アンテナ１１がその一部を形成する無線通信システムの回路は、衛星システム
からのビーコン信号により次の到来衛星が水平線上に現れるであろう正確な位置
が知らされる。この知識は、ＬＥＯ衛星の星座から成る衛星の運動が地球の表面
の上を移動する規則性に基づいている。従って、アンテナ１１は、仰角テーブル
１９の走査平面３０が退去衛星３１と到来衛星３３の両方を含むように仰角方向
２３と同様に回転方向２４により機械的に移動されることが出来る。ハンドオフ
の約束された時間において、到来衛星が明らかにアンテナと良好な通信を行う十
分な視界内にありかつ退去衛星３１が依然としてアンテナ１１と信頼性ある通信
のため十分に見えている瞬間に、アンテナ１１はアンテナビーム３２を退去衛星
３１から到来衛星３３へ移動させるため走査平面３０を通して電子的に走査され
る。この点における走査は本質的に全部が電子的であり、そこに退去衛星３１と
の通信を遮断し衛星３３との通信を行うための時間期間は、本質的のデータ通信
が喪失されない程短くなければならない。 図４に示す様に、アンテナの走査平面３０内にあるアーク（ａｒｃ）４０を通
してのアンテナ１１のアンテナビーム３２の電子的走査によるこの移行は十分速
く遂行でき通信は損なわれない。その後、衛星３３が空を横切り移動するにつれ
てそれを追跡するため、ビーム３２は、走査平面を通してのビーム３２の電子的
運動と同様にアンテナ１１の機械的運動の両方により走査される。上述の様に、
アンテナ１１は好ましくは、しかし必然的ではなく、アンテナの照準は、それが
通信している衛星と整列するように機械的に再位置決めされる。
【００１５】 図１に示す形式のアンテナにおいては、円形偏波（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌ
ａｒｉｚａｔｉｏｎ）が仮定される。もしこのアンテナアレイが線形偏波で放射
及び／又は送信していれば、このアレイは、走査平面回転中にグローバル線形偏
波を維持するために線形偏波を回転出来なければならない。 図２−４に示す形式の単一の電気的に操縦されるビームについては、２つの衛
星との通信の間の即時の切替えは実質的にデータの損失なしに達成される。加え
て、もし走査平面に沿ったＲＦ追跡が採用されると、直交平面内のＲＦ追跡は走
査平面を単に９０度だけ回転することにより達成される。更に、電子的走査に加
えての走査平面３０の回転は、サイドローブと交差偏波パターンが走査平面と一
緒に回転されるので信号対干渉比率の改善に使用出来る。
【００１６】 本発明の第２の実施例が図５に示され、そこでは２つの独立して電気的に制御
されるビーム３２と４２が２つの衛星３４と３５との間の通信に使用される。こ
れは、システムに２組の給電ネットワークと２組のＲＦエレクトロニクスを装備
し、次にアンテナ走査平面３０がアンテナ１１の広がる平面及び両方の衛星３４
と３５に一致するようにアンテナ１１の方位ターンテーブル１９を操縦すること
により達成される。これは、本発明のアンテナ１１の単一の走査平面３０内での
２つの独立したビームの電子的走査の追加の特徴である。 図６を参照すると、本発明の制御及びシグナリング素子の両方を示すブロック
図が示される。このアンテナはＲＦエレクトロニクス５３に電子的に接続される
放射開口５２を含む。放射開口５２部はＲＦ信号を分配ネットワーク５４に与え
るのに必要な他のエレクトロニクスと同様に本発明に組み込まれたフェーズドア
レイアンテナのためのビーム走査制御手段を含む。ＲＦ分配ネットワーク５４は
送信及び受信エレクトロニクス５５に接続される。 ＲＦエレクトロニクス５３は制御ユニット６１に接続され、これは本発明のア
ンテナの機械的及び電子的走査を制御するための種々の位置決めアルゴリズムを
計算し使用するための処理装置及び他の素子の全部を含む。例えば、制御ユニッ
ト６１の１つの出力はパラメタ「Ｃ」を含み、これはフェーズドアレイが現在そ
れに位置決めされるべき走査角度を示す。 制御ユニット６１はまたターンテーブル制御エレクトロニクス６２に接続され
かつパラメタ「Ａ」及び「Ｂ」を生成し、これはアンテナの物理的角度位置決め
を画定し、また制御エレクトロニクス６２がターンテーブル６３を回転させるの
のを可能にし、またアンテナを本発明に従った所望の位置に物理的に位置決めす
る。衛星からのＲＦ信号は、ハンドオフの瞬間における到来衛星（Ｓ２）の正確
な位置と同様に精密なハンドオフ（ＨＯ）時間を画定する周期的に送られる情報
を含むビーコン信号を含む。この情報は以下に述べる様に処理のため制御ユニッ
ト６１に送られる。
【００１７】 図７を参照すると、本発明の方法に従いアンテナシステムが動作する１つの仕
方を説明する流れ図が示される。７１において、システムは本発明のアンテナの
２つのターンテーブル軸を使用し照準指向を用いて退去衛星（Ｓ１）を追跡する
。７２において、それは精密なハンドオフ時間及びハンドオフの瞬間における到
来衛星（Ｓ２）の位置に関する情報を衛星から受信する。このシステムは衛星（
Ｓ１）からビーコン信号上に受信したデータを取り、それをハンドオフの時間に
おける退去衛星Ｓ１の位置を計算し予測するのに使用する。次に、７４において
、このシステムはベクトル［Ｇ−Ｓ１］及び［Ｇ−Ｓ２］を計算し、即ち、ハン
ドオフの瞬間におけるそれぞれ退去及び到来衛星（Ｓ１及びＳ２）の各々のアン
テナ１１からの２つのベクトル座標である。加えて、７４においてこのシステム
は、ハンドオフの瞬間における衛星Ｓ１とＳ２の間に向けられた中間位置ベクト
ルである一つのベクトル［Ｇ−Ｓ１］＋［Ｇ−Ｓ２］を計算するが、そこでは両
方の衛星Ｓ１及びＳ２及び中間ベクトルはアンテナ１１の走査平面３０内に存在
する。次に、依然として７４において、このシステムは丁度計算された中間位置
ベクトルのためのＡＨＯ＝Ａ及びＢＨＯ＝Ｂを計算する。これらのパラメタは２
つの角度であり、それぞれ、これらを通して方位ターンテーブル１２及び仰角テ
ーブル１９が、ハンドオフの瞬間において中間ベクトルの方向に指向する目的で
彼等の夫々の基準位置から移動しなければならない。２つの角度Ｃ１及びＣ２は
アンテナの照準方向からの角度偏差であり、これをアンテナのビームが２つの衛
星Ｓ１及びＳ２の方に向けられるために移動しなければならない。アンテナが中
間ベクトルの方向に位置決めされると、Ｃ１＝Ｃ２である。アンテナの照準を中
間ベクトル［Ｇ−Ｓ１］＋［Ｇ−Ｓ２］の方向に指向すると、ハンドオフにおい
てアンテナが電子的に走査できる利用可能な走査角度が最大になる。
【００１８】 次に、７５において、システムは、ＡＨＯの方へ最も近い方向に角度方向Ａに
方位ターンテーブル１２をステップし始める。７６において、システムは、Ｓ１
が走査平面内に残るように仰角テーブル１９を角度方向Ｂにステップさせる。７
７において、システムは、走査角度Ｃがビームを連続的に衛星Ｓ１の方に指向さ
れて保持されるようにアンテナビームを移動させる。これら３つのステップ７５
−７７は、アンテナのビームがアンテナの機械的運動中に衛星からの信号に連続
的に整列して残るように反復して遂行される。７８において、システムは、Ａが
ＡＨＯに等しく、ＢがＢＨＯに等しく、また時間がＴＨＯ（ハンドオフ時間）に
等しいかどうかを問い正す。もしそうでなければ、システムは反復して７５に戻
り、アンテナが、中間ベクトル［Ｇ−Ｓ１］＋［Ｇ−Ｓ２］の方向に物理的に指
向され、かつ答えがはいとなるように、７８においてアンテナが正しく位置決め
されるまで一連のステップ７５−７７をとおして移動させる。この時においてア
ンテナは中間ベクトルの方を指向しており、かつベクトル［Ｇ−Ｓ１］及び［Ｇ
−Ｓ２］はハンドオフの瞬間における両方の衛星の位置を画定しかつアンテナ１
１の電子的走査平面３０内に存在する。その後、７９において、このシステムは
Ｓ１（退去衛星）からＳ２（到来衛星）へのハンドオフの瞬間においてアンテナ
のビームを電子的に走査する。次に、８１において、システムは、Ｓ２の方に最
も近い方向に角度方向Ａに方位ターンテーブル１２をステップさせ、８２へ移動
し、そこでシステムはＳ２が走査平面３０内に残るように仰角テーブル１９を角
度方向Ａにステップさせ、そして８３へ移動し、そこでシステムはアンテナビー
ムがＳ２への指向を続けるようにアンテナビームを角度Ｃを通して走査する。こ
れらの３つのステップ８１−８３はアンテナ１１のビームが衛星Ｓ２からの信号
と正しく整列するように反復して行われる。８４においてシステムはアンテナの
照準がＳ２の方へ指向されているかどうかを問い正す。もし、そうでなければ、
システムは８１へ戻り、８４での答えがはいになるまでステップ８１−８３のシ
ーケンスを通して反復してサイクルを継続する。その後、衛星Ｓ２は衛星Ｓ１と
なり、ハンドオフは完了する。
【００１９】 本発明のシステムは、好ましくは、必然的ではないが、アンテナ１１は照準が
衛星と整列して維持され、この状況でアンテナは好ましくは出来るだけ長い時間
通信している。これは衛星へ及びこれからの最も効率的通信を可能にする。流れ
図７で述べたハンドオフ手順は、ハンドオフの瞬間に先立って最も遅い瞬間に遂
行されるのが好ましく、これはアンテナを退去及び到来衛星の中間位置に位置決
めし次にハンドオフの瞬間に一方から他方へ電子的に走査するのに要する時間に
より決定される。この技術は、衛星とのデータ通信における最大の正確さを出来
るだけ長い期間確保するために好ましく、しかし必然的ではない。
【００２０】 本発明の方法及び装置の好ましい実施例を付随する図面に示し、上述の記載に
おいて説明したが、この発明は開示された実施例には限定されず、以下の請求の
範囲に記載される発明の精神から逸脱することなく数多くの再構成、修正及び置
換が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
本発明の理解のため及びその、その上の目的及び利点のため、以下説明を付随
する図面とともに参照する。
【図１】 本発明に従い衛星システムとの通信に使用するための電気的及び機械的の両方
で走査される端末アンテナの斜視図である。
【図２】 「到来」ＬＥＯ衛星との通信を確立するため図１のアンテナの位置決めを示す
絵画的図である。
【図３】 「退去」ＬＥＯ衛星が水平線に近付く時それと通信している本発明のアンテナ
を示す絵画的図である。
【図４】 電子的走査により退去衛星から到来衛星へハンドオフされているデータ通信ス
トリームを示す本発明のアンテナの絵画的図である。
【図５】 ２つの別個の衛星と同時にデータ通信を達成するため代替のモードで動作して
いる本発明のアンテナの絵画的図である。
【図６】 本発明のシステムの幾つかのコンポーネントを示すブロック図である。
【図７】 本発明に組み込まれる方法の幾つかの曲面を示す流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 カールストロム、カール、アンデルス スウェーデン国 モルンリッケ、スコグス バッケベーゲン ６ (72)発明者 バラッコ、ジャン − マルク、ガブリエ ル、ルイーズ スウェーデン国 ゲーテボルグ、ハストフ スグ 19 (72)発明者 ヨステル、ウルフ、ゴラン、エルマー スウェーデン国 モルンダール、リングレ ケン 11 Ｆターム(参考） 5J021 AA01 AA06 DA02 DA04 DA05 DA07 EA04 FA20 GA02 HA05 HA07 5K072 AA18 AA23 BB22 DD03 DD04 DD11 DD16 DD17 GG02 GG05 【要約の続き】 このプロセス中のデータ通信においていかなる損失もな い。

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つのノードと通信するためのアンテナであって
    、 中央軸の回りのどちらの方向へでも回転運動するため取付けられた方位ターン
    テーブルと、 前記中央軸に垂直な横軸の回りの円弧状運動のため前記方位ターンテーブル上
    に取付けられた仰角ターンテーブルであって、前記テーブルの上部表面はフェー
    ズドアレイアンテナを形成するため複数のアンテナ素子を含み、そこに前記フェ
    ーズドアレイアンテナの走査平面は前記横軸に本質的に平行な一つの平面内にあ
    る、前記仰角ターンテーブルと、 前記アンテナが通信すべき前記ノードの２つが前記アンテナ素子の走査平面内
    に存在するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フェーズドアレイアンテナ
    が位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを前記中央軸の回りに回転させ
    、前記仰角ターンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に運動させる手段と、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナのビー
    ムを電子的に走査し、前記２つのノードのいずれか一方又は他方へ本質的に指向
    させる手段とを包含するアンテナ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の少なくとも２つのノードと通信するための
    アンテナであって、ここで、前記少なくとも２つのノードの一方は星座の退去衛
    星であり前記ノードの他方は前記星座の到来衛星であり、前記アンテナは前記退
    去から前記到来衛星への通信チャネルのハンドオフを遂行するために使用され、
    前記アンテナは更に、 ハンドオフの瞬間における前記退去及び前記到来衛星の夫々の位置が前記アン
    テナ素子の走査平面内に存在し、前記アンテナ素子の照準が前記２つの衛星の位
    置の中間の方向を指向するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フェーズド
    アレイアンテナが位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを前記中央軸の
    回り回転し前記仰角ターンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に運動させる手段
    と、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナのビー
    ムをハンドオフの瞬間において前記退去衛星から前記到来衛星へ電子的に走査す
    る手段とを包含するアンテナ。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の少なくとも２つのノードと通信するための
    アンテナであって、ここで、前記アンテナは２組の給電ネットワークと、２つの
    独立したアンテナビームを制御する２組のエレクトロニクスを含み、前記アンテ
    ナは更に、 前記２つのノードの別個のものに追従するため前記仰角ターンテーブル上に取
    付られた前記フェーズドアレイアンテナの２つの独立したビームの各々を電子的
    に走査する手段とを包含するアンテナ。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の少なくとも２つのノードと通信するための
    アンテナであって、ここで、前記少なくとも２つのノードの一方は星座の退去衛
    星であり前記ノードの他方は前記星座の到来衛星であり、前記アンテナは前記退
    去から前記到来衛星への通信チャネルのハンドオフを遂行するために使用され、
    前記アンテナは更に、 ハンドオフが遂行されるべき時間及びハンドオフの瞬間における到来衛星の位
    置を示すハンドオフ情報を前記退去衛星から受信するための制御ユニットと、 ハンドオフの瞬間における前記アンテナから前記退去衛星へのベクトル方向及
    びハンドオフの瞬間における前記到来衛星のベクトル方向を、前記ハンドオフ情
    報から計算するための処理手段と、 ハンドオフの瞬間における前記退去及び前記到来衛星の両方のベクトル方向が
    前記アンテナ素子の走査平面内に存在し、前記アンテナ素子の照準が前記２つの
    衛星の位置の中間の方向を指向するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フ
    ェーズドアレイアンテナが位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを前記
    中央軸の回りに回転させ、前記仰角ターンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に
    運動させる手段と、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナのビー
    ムを、ハンドオフの瞬間において前記退去衛星から前記到来衛星へ電子的に走査
    する手段とを包含するアンテナ。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の少なくとも２つの衛星と通信するためのア
    ンテナであって、ここで、前記少なくとも２つの衛星の一方は星座の退去衛星で
    あり前記衛星の他方は前記星座の到来衛星であり、前記アンテナは前記退去から
    前記到来衛星への通信チャネルのハンドオフを遂行するために使用され、ここで
    、 前記処理手段は、ハンドオフの瞬間における前記アンテナから前記退去衛星へ
    のベクトル方向及びハンドオフの瞬間における前記到来衛星へのベクトル方向か
    ら、２つの前記ベクトル方向の合計である中間ベクトル方向を計算し、 前記アンテナビームを前記退去衛星から前記到来衛星へ電子的に走査する直前
    に前記アンテナ素子の照準が前記計算された中間ベクトルの方向を指向するよう
    に、前記仰角ターンテーブル上の前記フェーズドアレイアンテナが位置決めされ
    るまで、前記方位ターンテーブルを前記中央軸の回りに回転させ、前記仰角ター
    ンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に運動させる前記手段を含むアンテナ。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の少なくとも２つの衛星と通信するためのア
    ンテナであって、それはまた、 ハンドオフの直後に前記アンテナ素子の照準が、通信チャネルがそれに丁度ハ
    ンドオフされた前記到来衛星と直接整列する方向を指向するように、前記仰角タ
    ーンテーブル上の前記フェーズドアレイアンテナが位置決めされるまで、前記方
    位ターンテーブルを前記中央軸の回りに回転させ、前記仰角ターンテーブルを前
    記横軸の回りに円弧状に運動させる前記手段を含むアンテナ。
  7. 【請求項７】 ２つの低地球軌道衛星と通信するためのアンテナであって、 中央軸の回りのどちらの方向へでも回転運動するため取付けられた方位ターン
    テーブルと、 前記中央軸に垂直な横軸の回りの円弧状運動のため前記方位ターンテーブル上
    に取付けされた仰角ターンテーブルであって、前記テーブルの上部表面はフェー
    ズドアレイアンテナを形成するため複数のアンテナ素子を含み、前記フェーズド
    アレイアンテナの走査平面は前記中央軸に本質的に平行な平面内にある、前記仰
    角ターンテーブルと、 前記アンテナ素子への２組の給電ネットワーク及び前記アンテナのための２つ
    の独立したビームを画定するため前記アンテナ素子へ接続された２組の走査エレ
    クトロニクスと、 前記アンテナが通信すべき前記２つの衛星が前記アンテナ素子の走査平面内に
    存在するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フェーズドアレイアンテナが
    位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを前記中央軸の回りに回転させ、
    前記仰角ターンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に運動させる手段と、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナの２つ
    の独立したビームの各々を独立して電子的に走査し、前記２つの衛星の各々へ指
    向させる手段とを包含するアンテナ。
  8. 【請求項８】 第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と第２のＬＥＯ衛星の間で
    アンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行する方法であって、アンテナのビ
    ームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアンテナ素子間の位相関係を
    変化させることにより電子的に両方で走査することが出来、前記アンテナはその
    表面から外側に向けられた走査平面を持ち、その中で前記アンテナビームは電子
    的に走査可能であり、前記方法は、 第１のＬＥＯ衛星がその軌道内を移動するとき、アンテナの機械的運動かビー
    ムの電子的走査のいずれか又はその組み合わせを用いて第１のＬＥＯ衛星との通
    信を確立し、また前記衛星を追跡し、 ハンドオフの時における前記第２の衛星の位置を予測し、 前記第１の衛星及び第２の衛星の予期された位置の両方がアンテナの走査平面
    内に存在するように、前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めし
    、 第１の衛星との通信を解除し第２の衛星との通信を確立するため、ハンドオフ
    の前記時間においてアンテナのビームを前記第１の衛星から前記第２の衛星へ電
    子的に走査することを包含する通信信号のハンドオフを遂行する方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と第２
    のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行する方法であ
    って、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアンテナ
    素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査することが出来、
    この方法は追加のステップとして、 第１から第２の衛星へのハンドオフが発生するであろう時間及びハンドオフの
    時間における前記第２の衛星の位置を特定するハンドオフ情報を前記第１の衛星
    から受信し、 ハンドオフの時間における前記第１の衛星の位置を計算し、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記ステップは、
    前記第１の衛星の計算された位置及びハンドオフの時間における第２の衛星の位
    置の両方がアンテナの走査平面内に存在するようにアンテナを位置決めすること
    を含む、通信信号のハンドオフを遂行する方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と第
    ２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行する方法で
    あって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアンテ
    ナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査することが出来
    、この方法は追加のステップとして、 受信したハンドオフ情報からハンドオフの時間におけるアンテナから第１の衛
    星へのベクトル方向及びハンドオフの時間における第２の衛星へのベクトル方向
    を計算し、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記ステップは、
    前記第１の衛星及び第２の衛星の前記ベクトル方向の両方がアンテナの走査平面
    内に存在するようにアンテナを位置決めすることを含む、通信信号のハンドオフ
    を遂行する方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行する方法
    であって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアン
    テナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査することが出
    来、この方法は追加のステップとして、 ハンドオフの時間におけるアンテナから第１の衛星へのベクトル方向及びハン
    ドオフの時間における第２の衛星へのベクトル方向から他の２つのベクトル方向
    の合計を含む中間ベクトル方向を計算し、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記ステップは、
    ハンドオフの時間における前記第１の衛星及び第２の衛星の前記ベクトル方向の
    両方がアンテナの走査平面内に存在しまたアンテナの照準が前記中間ベクトルの
    方向を指向するようにアンテナを位置決めすることを含む、通信信号のハンドオ
    フを遂行する方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行する方法
    であって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアン
    テナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査することが出
    来、この方法は追加のステップとして、 アンテナの照準が第２の衛星と直接整列するように、第２の衛星へのハンドオ
    フの直後にアンテナを物理的に位置決めすることを含む、通信信号のハンドオフ
    を遂行する方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行する方法
    であって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアン
    テナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査することが出
    来、ここで、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記ステップは、
    アンテナを中央軸及び横傾斜軸の各々の回りの増分及び反復運動及びアンテナビ
    ームの子的走査を含む、通信信号のハンドオフを遂行する方法。
  14. 【請求項１４】 第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と第２のＬＥＯ衛星の間
    でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行するシステムであって、アンテ
    ナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，またアンテナ素子間の位相
    関係を変化させることにより電子的に両方で走査することが出来、前記アンテナ
    はその表面から外側に向けられた走査平面を持ち、その中で前記アンテナビーム
    は電子的に走査可能であり、前記システムは、 第１のＬＥＯ衛星がその軌道内を移動するとき、アンテナの機械的運動かビー
    ムの電子的走査のいずれか又はその組み合わせを用いて第１のＬＥＯ衛星との通
    信を確立しまた前記衛星を追跡するための手段と、 ハンドオフの時における前記第２の衛星の位置を予期するための手段と、 前記第１の衛星及び第２の衛星の予期された位置の両方がアンテナの走査平面
    内に存在するように、前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めす
    る手段と、 第１の衛星との通信を解除し第２の衛星との通信を確立するため、ハンドオフ
    の前記時間においてアンテナのビームを前記第１の衛星から前記第２の衛星へ電
    子的に走査する手段とを包含する、通信信号のハンドオフを遂行するシステム。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行するシス
    テムであって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，また
    アンテナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査すること
    が出来、更に、 第１から第２の衛星へのハンドオフが発生するであろう時間及びハンドオフの
    時間における前記第２の衛星の位置を特定するハンドオフ情報を前記第１の衛星
    から受信する手段と、 ハンドオフの時間における前記第１の衛星の位置を計算する手段と、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記手段は、前記
    第１の衛星の計算された位置及びハンドオフの時間における第２の衛星の位置の
    両方がアンテナの走査平面内に存在するようにアンテナを位置決めする手段とを
    含む、通信信号のハンドオフを遂行するシステム。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行するシス
    テムであって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，また
    アンテナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査すること
    が出来、更に、 受信したハンドオフ情報からハンドオフの時間におけるアンテナから第１の衛
    星へのベクトル方向及びハンドオフの時間における第２の衛星へのベクトル方向
    を計算する手段と、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記手段は、前記
    第１の衛星及び第２の衛星の前記ベクトル方向の両方がアンテナの走査平面内に
    存在するようにアンテナを位置決めする手段を含む、通信信号のハンドオフを遂
    行するシステム。
  17. 【請求項１７】 請求項１０に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行するシス
    テムであって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，また
    アンテナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査すること
    が出来、更に、 ハンドオフの時間におけるアンテナから第１の衛星へのベクトル方向及びハン
    ドオフの時間における第２の衛星へのベクトル方向から他の２つのベクトル方向
    の合計を含む中間ベクトル方向を計算する手段と、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記手段は、ハン
    ドオフの時間における前記第１の衛星及び第２の衛星の前記ベクトル方向の両方
    がアンテナの走査平面内に存在しまたアンテナの照準が前記中間ベクトルの方向
    を指向するようにアンテナを位置決めする手段を含む、通信信号のハンドオフを
    遂行するシステム。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行するシス
    テムであって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，また
    アンテナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査すること
    が出来、更に、 アンテナの照準が第２の衛星と直接整列するように、第２の衛星へのハンドオ
    フの直後にアンテナを位置決めすることを含む、通信信号のハンドオフを遂行す
    る方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１７に記載の、第１の低地球軌道衛星（ＬＥＯ）と
    第２のＬＥＯ衛星の間でアンテナを用いて通信信号のハンドオフを遂行するシス
    テムであって、アンテナのビームはアンテナを動かすことにより物理的に，また
    アンテナ素子間の位相関係を変化させることにより電子的に両方で走査すること
    ができ、そこに、 前記ハンドオフに先立ってアンテナを物理的に位置決めする前記手段は、アン
    テナを中央軸及び横傾斜軸の各々の回りの増分及び反復運動及びアンテナビーム
    の電子的走査のための手段を含む、通信信号のハンドオフを遂行するシステム。
  20. 【請求項２０】 １つの衛星から別の衛星へ機械的及び電子的の両方により
    走査出来るアンテナにより端末のハンドオフを遂行する方法であって、前記方法
    は、 衛星に追従するためアンテナの機械的及び又は電子的走査によりアンテナの照
    準指向を用いて第１の衛星を追跡し、 衛星から、次のハンドオフ時間及びそのハンドオフ時間における第２の衛星の
    位置についての情報を受信し、 前記ハンドオフ時間における第１の衛星の位置を計算し予測し、 前記ハンドオフ時間におけるアンテナから第１の衛星への第１のベクトルを計
    算し、 前記ハンドオフ時間におけるアンテナから第２の衛星への第２のベクトルを計
    算し、 前記計算されたベクトルの両方が前記アンテナの電子的走査平面内に存在する
    ように前記アンテナを機械的に位置決めし、 前記第２の衛星との通信を確立するためハンドオフ時間において前記第１の衛
    星から前記第２の衛星へ電子的に走査し、 前記アンテナの機械的走査を使用し照準指向を用いて前記第２の衛星の追跡を
    始めることを含む、端末のハンドオフを遂行する方法。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の方法であって、追加のステップとして
    、 前記第１と前記第２のベクトルの間の中間位置を画定する第３のベクトルを計
    算し、 前記第３のベクトルの方向に指向するため前記アンテナが回転しなければなら
    ない機械的角度を計算し、 第１の衛星から第２の衛星へ電子的に走査するのに先立って前記アンテナを前
    記第３のベクトルの方向に機械的に位置決めしながら、前記第１の衛星との通信
    を維持するため前記ビーム走査角度を調節しながら前記アンテナを反復して移動
    させることを含む、端末のハンドオフを遂行する方法。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の方法であって、ここで、 前記中間ベクトルは第１と第２のベクトルを合計することにより計算される、
    端末のハンドオフを遂行する方法。
  23. 【請求項２３】 １つの衛星から別の衛星へ機械的及び電子的の両方により
    走査出来るアンテナにより端末のハンドオフを遂行するシステムであって、 衛星に追従するためアンテナの機械的及び又は電子的走査によりアンテナの照
    準指向を用いて第１の衛星を追跡する手段と、 衛星から、次のハンドオフ時間及びそのハンドオフ時間における第２の衛星の
    位置についての情報を受信する手段と、 前記ハンドオフ時間における第１の衛星の位置を計算し予測する手段と、 前記ハンドオフ時間におけるアンテナから第１の衛星への第１のベクトルを計
    算する手段と、 前記ハンドオフ時間における前記アンテナから前記第２の衛星への第２のベク
    トルを計算する手段と、 前記計算されたベクトルの両方が前記アンテナの電子的走査平面上に存在する
    ように前記アンテナを機械的に位置決めする手段と、 前記第２の衛星との通信を確立するためハンドオフ時間において前記第１の衛
    星から前記第２の衛星へ電子的に走査する手段と、 前記アンテナの機械的走査を使用し照準指向を用いて前記第２の衛星の追跡を
    開始するする手段と、を包含する端末のハンドオフを遂行するシステム。
  24. 【請求項２４】 請求項２３に記載のシステムであって、また、 前記第１と第２ベクトルの中間位置を定義する第３ベクトルを計算する手段と
    、 前記第３ベクトルの方向を指向するために前記アンテナが回転しなければなら
    ない機械的角度を計算する手段と、 第１の衛星から第２の衛星へ電子的に走査するのに先立って前記アンテナを前
    記第３ベクトルの方向へ機械的に位置決めしながら前記第１の衛星との通信を維
    持するため前記ビーム走査角度を調節しながら前記アンテナを反復して動かす手
    段とを含む、端末のハンドオフを遂行するシステム。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載のシステムであって、ここで、 前記中間ベクトルは第１及び第２ベクトルを合計することにより計算される、
    端末のハンドオフを遂行するシステム。
  26. 【請求項２６】 少なくとも２つの通信ノードと通信するための方法であっ
    て、 中央軸の回りのどちらの方向へでも回転運動するため取付けられた方位ターン
    テーブルを準備し、 前記中央軸に垂直な横軸の回りの円弧状運動のため前記方位ターンテーブル上
    に取付けされた仰角ターンテーブルであって、前記テーブルの上部表面はフェー
    ズドアレイアンテナを形成するため複数のアンテナ素子を含み、前記フェーズド
    アレイアンテナの走査平面は前記中央軸に本質的に平行な一つの平面内にある、
    前記仰角ターンテーブルを準備し、 前記アンテナが通信すべき前記ノードの２つが前記アンテナ素子の走査平面内
    に存在するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フェーズドアレイアンテナ
    が位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを前記中央軸の回りに回転させ
    、前記仰角ターンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に運動させ、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナのビー
    ムを電子的に走査し、前記２つのノードのいずれか一方又は他方へ本質的に指向
    させることを包含する、少なくとも２つの通信ノードと通信するための方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２６に記載の方法であって、ここで、前記少なくと
    も２つのノードの一方は星座の退去衛星であり前記ノードの他方は前記星座の到
    来衛星であり、前記アンテナは前記退去から前記到来衛星への通信チャネルのハ
    ンドオフを遂行するために使用され、前記方法は更に、 ハンドオフの瞬間における前記退去及び前記到来衛星の両方のベクトル方向が
    前記アンテナ素子の走査平面内に存在し、前記アンテナ素子の照準が前記２つの
    衛星の位置の中間の方向を指向するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フ
    ェーズドアレイアンテナが位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを前記
    中央軸の回りに回転させ、前記仰角ターンテーブルを前記横軸の回りに円弧状に
    運動させ、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナのビー
    ムを、ハンドオフの瞬間において前記退去衛星から前記到来衛星へ電子的に走査
    することを包含する、少なくとも２つの通信ノードと通信するための方法。
  28. 【請求項２８】 請求項２６に記載の方法であって、ここで、前記アンテナ
    は２組の給電ネットワークと２つの独立したアンテナビームを制御する２組のエ
    レクトロニクスを含み、前記アンテナは更に、 前記２つのノードの別個のものに追従するため、前記仰角テーブル上に取付け
    られたフェーズドアレイアンテナ素子の２つの独立したビームの各々を電子的に
    走査することを含む、少なくとも２つの通信ノードと通信するための方法。
  29. 【請求項２９】 請求項２６に記載の方法であって、ここで、前記少なくと
    も２つのノードの一方は星座の退去衛星であり前記ノードの他方は前記星座の到
    来衛星であり、前記アンテナは前記退去から前記到来衛星への通信チャネルのハ
    ンドオフを遂行するために使用され、前記方法は更に、 ハンドオフを遂行すべき時間及びハンドオフの瞬間における到来衛星の位置を
    示すハンドオフ情報を前記退去衛星から受信し、 前記ハンドオフ情報からハンドオフの時間における前記アンテナから前記退去
    衛星へのベクトル方向及びハンドオフの時間における前記到来衛星へのベクトル
    方向を計算し、 ハンドオフの瞬間における前記退去及び前記到来衛星の両方のベクトル方向が
    前記アンテナ素子の走査平面内に存在し、前記アンテナ素子の照準が前記２つの
    衛星の位置の中間の方向を指向するように、前記仰角ターンテーブル上の前記フ
    ェーズドアレイアンテナ素子が位置決めされるまで、前記方位ターンテーブルを
    前記中央軸の回りに回転させ、前記仰角テーブルを前記横軸の回りに円弧状に運
    動させ、 前記仰角ターンテーブル上に取付られた前記フェーズドアレイアンテナ素子の
    ビームを、ハンドオフの瞬間において前記退去衛星から前記到来衛星へ電子的に
    走査することを包含する、少なくとも２つの通信ノードと通信するための方法。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の方法であって、ここで、前記少なくと
    も２つの衛星の一方は星座の退去衛星であり前記衛星の他方は前記星座の到来衛
    星であり、前記アンテナは前記退去から前記到来衛星への通信チャネルのハンド
    オフを遂行するために使用され、前記方法は追加のステップとして、 ハンドオフの時間における前記アンテナから前記退去衛星へのベクトル方向及
    びハンドオフの時間における前記到来衛星へのベクトル方向から他の２つの前記
    ベクトル方向の合計である中間ベクトル方向を計算し、 前記アンテナビームを前記退去衛星から前記到来衛星へ電子的に走査する直前
    に前記アンテナ素子の照準が前記計算された中間ベクトルの方向を指向するよう
    に、前記仰角ターンテーブル上の前記フェーズドアレイアンテナ素子が位置決め
    されるまで、前記方位ターンテーブルを前記中央軸の回りに回転させ、前記仰角
    テーブルを前記横軸の回りに円弧状に運動させることを含む、少なくとも２つの
    通信ノードと通信するための方法。
  31. 【請求項３１】 請求項２９に記載の方法であって、更に、 それに通信チャネルがハンドオフされた前記到来衛生に直接整列する方向に前
    記アンテナ素子の照準が指向するように、ハンドオフの直後に、前記方位ターン
    テーブルを前記中央軸の回りに回転させ、前記仰角テーブルを前記横軸の回りに
    円弧状に運動させることを含む、少なくとも２つの通信ノードと通信するための
    方法。
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