JP2007221303A - Satellite communication antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばテレメトリ信号を地上局に伝送するために搭載されるテレメトリ・トラッキング・コマンド系や、ミッションデータを地上局に伝送するための直接伝送系に適用される人工衛星のアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device for an artificial satellite applied to, for example, a telemetry tracking command system mounted for transmitting a telemetry signal to a ground station and a direct transmission system for transmitting mission data to the ground station. It is.
人工衛星と地上局との間で通信を行う際には、人工衛星の姿勢が変化してもそれに応じて地上局との通信が可能となるようにアンテナを配置する必要がある。例えば、人工衛星が衛星軌道に乗るまでの間や、周回衛星などにおいて地上局に対して人工衛星が回転するような姿勢をとる場合、人工衛星の姿勢は不安定であるため、人工衛星のアンテナを地球指向面側(後述)しか搭載しないと、地上局との通信回線の要求電力が満足できない。
従って、通信が遮断される恐れがある。
When communication is performed between the artificial satellite and the ground station, it is necessary to arrange an antenna so that communication with the ground station can be performed even if the attitude of the artificial satellite changes. For example, when the satellite is in the orbit, or when the satellite is in an attitude that rotates with respect to the ground station in the orbiting satellite, the satellite's attitude is unstable. If only the earth-oriented surface side (described later) is installed, the required power of the communication line with the ground station cannot be satisfied.
Therefore, communication may be interrupted.
このような課題を解決するために、人工衛星と地上局との間で通信を行う際、必要なアンテナ放射パターンを得ることを目的としたアンテナ装置の一例として、スイッチと分合波器とを組み合わせた従来技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such a problem, as an example of an antenna device intended to obtain a necessary antenna radiation pattern when communicating between an artificial satellite and a ground station, a switch and a multiplexer / demultiplexer are provided. A combined conventional technique is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1の場合では、複数のアンテナと、複数のスイッチと、複数の分合波器の組み合わせを用いて所望のアンテナパターンを得ており、通信の遮断を防いでいる。しかし複数のアンテナを用いたパターンの組み合わせで、地上局と通信可能となるように所望のアンテナパターンを得ているため、人工衛星が回転するような姿勢角度の変化に対応してアンテナパターンのヌル点の角度を移動させ、通信可能角度領域を拡大させたくても拡大できないという問題がある。また、スイッチの切り替えにより所望のアンテナパターンを得ている。従って、通電状態のままでのスイッチの切り替えは、スイッチの故障を誘発し、通信不能となるという問題もある。
In the case of
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、人工衛星の姿勢変化に対応して、受信信号の信号特性を変える信号特性可変器を制御し、ヌル点の角度を移動あるいはその発生を抑圧して、通信可能角度領域を拡大することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and controls a signal characteristic variable device that changes a signal characteristic of a received signal in response to a change in attitude of an artificial satellite to move or generate an angle of a null point. The purpose is to expand the communicable angle region.
本発明に係る衛星通信アンテナ装置は、
衛星に搭載され、常時は通信対象指向面側を向く通信用アンテナと、
衛星に搭載され、常時は通信対象逆指向面側を向く通信用アンテナと、
前記通信用アンテナの各々に接続され、前記通信用アンテナの各々から出力された受信信号の信号特性を変える信号特性可変器と、
前記信号特性可変器の各々から出力された受信信号を合成して送受信機に入力する電力分合波器と、
前記電力分合波器から出力される受信信号電力を検出し、前記衛星の姿勢の変化による前記受信電力の変化に基づいて、少なくとも一方の前記信号特性可変器を制御する制御部と
を備える。
The satellite communication antenna device according to the present invention is
A communication antenna mounted on a satellite and facing the communication target directivity plane side at all times,
A communication antenna that is mounted on a satellite and faces the opposite direction surface of the communication target,
A signal characteristic variable device that is connected to each of the communication antennas and changes a signal characteristic of a reception signal output from each of the communication antennas;
A power multiplexer / demultiplexer that synthesizes the received signals output from each of the signal characteristic variablers and inputs them to a transceiver;
A control unit that detects received signal power output from the power multiplexer and controls at least one of the signal characteristic variablers based on a change in the received power due to a change in attitude of the satellite;
本発明によれば、電力分合波器の受信信号電力を検出し、衛星の姿勢変化による受信電力の変化に基づいて、信号特性可変器により受信信号の特性を変えることでヌル点の角度を移動あるいはその発生を抑圧して、通信可能角度領域を拡大することができる。従って、通信回線確保が容易になり、通信の遮断を防ぐことが可能となる。またスイッチを用いる構成ではないため、スイッチの故障を誘発する恐れはない。 According to the present invention, the received signal power of the power multiplexer / demultiplexer is detected, and based on the change in the received power due to the change in the attitude of the satellite, the angle of the null point is changed by changing the characteristics of the received signal by the signal characteristic variable device. The communicable angle region can be expanded by suppressing the movement or the occurrence thereof. Therefore, it is easy to secure a communication line, and it is possible to prevent communication from being interrupted. Moreover, since it is not the structure which uses a switch, there is no possibility of causing the failure of a switch.
実施の形態1.
図1は実施の形態1を用いた運用例を説明する図である。人工衛星1の通信対象は、地球2上に設置された地上局3とする。人工衛星1が衛星軌道に乗り、地上局3と向き合う場合、人工衛星1には第1のアンテナ4と第2のアンテナ5が各々地球指向面側6の向き、地球逆指向面側7の向きに配置されるようにアンテナを搭載する。
FIG. 1 is a diagram for explaining an operation example using the first embodiment. The communication target of the
ここで、人工衛星1と地上局3とを結ぶ直線をZ軸とする。またZ軸において、人工衛星1から地上局3へ進む向きを正の向きとする。また人工衛星1を基点としたとき、地上局3が見える向き、つまりZ軸に対して正の向きを地球指向面側6、Z軸に対して負の向きを地球逆指向面側7とする。従ってこの場合、通信対象指向面側は地球指向面側6、通信対象逆指向面側は地球逆指向面側7である。このように配置することにより、地球指向面側6の向きに配置した第1のアンテナ4は、RF信号8を送受信して地上局3と通信を行う。
Here, a straight line connecting the
一方、人工衛星1が衛星軌道に乗るまでの間や、地上局3に対して人工衛星1が回転するような姿勢をとる場合、第1のアンテナ4は地球逆指向面側7の向きに向くことがある。従って、この場合は地球指向面側6の向きには第2のアンテナ5があり、地上局3との通信は、第2のアンテナ5と行うこととなる。
On the other hand, when the
図2は、実施の形態1における人工衛星1に搭載される衛星通信装置9の内部ブロック図である。図2において、4は地球指向面側6に配置され地上局3とRF信号8の送受信を行う第1のアンテナ、5は地球逆指向面側7に配置され第1のアンテナ4と同様の機能を持った第2のアンテナである。第1のアンテナ4から出力された受信信号は、電力を減衰させる機能を持った第1の電力減衰器10により、電力を減衰される。また、第2のアンテナ5から出力された受信信号は、電力を減衰させる機能を持った第2の電力減衰器11により、電力を減衰される。第1の電力減衰器10及び第2の電力減衰器11から出力される受信信号は、電力分合波器12により、受信信号を合成される。
FIG. 2 is an internal block diagram of the
合成された受信信号は、送受信部13へ入力される。送受信部13は、フィルタ14、ダイプレクサ15、送信部16、受信部17より構成される。フィルタ14では、電力分合波器12から出力される受信信号に対して、所望の周波数帯域の信号を減衰させる。ダイプレクサ15は送信信号と受信信号を分離しており、受信時においては、フィルタ14から出力された受信信号を受信部17へ出力している。受信部17では、ダイプレクサ15から出力される受信信号の復調等を行う。
The combined received signal is input to the transmission /
なお送信時においては、送信部16にて送信信号等の作成を行い、ダイプレクサ15へ出力される。ダイプレクサ15では受信信号と送信信号を分離して、送信信号をフィルタ14へ出力する。フィルタ14では、所望の周波数帯域の信号を減衰させる。電力分合波器12では、フィルタ14より出力された送信信号を第1のアンテナ4と第2のアンテナ5から出力させるべく、送信信号の分波を行っている。電力分合波器12から出力された送信信号は、第1の電力減衰器10及び第2の電力減衰器11を経て第1のアンテナ4及び第2のアンテナ5から出力される。
At the time of transmission, the
また制御部18は、地上局3から第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の電力減衰量を制御するための信号を受信し、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の電力減衰量を制御する制御信号を出力する。
Further, the control unit 18 receives a signal for controlling the power attenuation amount of the
ここで、第1のアンテナ4に入力される電界の振幅と位相をAp(θ)、φp(θ)、第2のアンテナ5に入力される電界の振幅と位相をAm(θ)、φm(θ)と表す。ここでθは、Z軸の正の向きに対してなす角度であり、第1のアンテナ4が地球指向面側6の向きに向いており、地上局3と正対している場合θ=0°、また第2のアンテナ5が地球指向面側6の向きに向いており、地上局3と正対している場合θ=±180°とする。
Here, the amplitude and phase of the electric field input to the
例えば、第1の電力減衰器10では電力の減衰を行わず、第2の電力減衰器11のみ電力を減衰させ、第2のアンテナ5より出力される電界の振幅をΔAm(θ)だけ小さくした場合を考える。そのとき、図2に示すように、第1の電力減衰器10の出力をA点、第2の電力減衰器11の出力をB点、電力分合波器12の出力をC点とすると、A点、B点、C点の電界は、複素表示(虚数単位j)を用いて以下のように表される。
For example, the
図3は、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の各々に対して、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11を作用させない場合と作用させた場合についての電力特性図を示したものである。図3において、横軸はアンテナ視野角θ(deg)、縦軸を相対電力(dB)として示している。また図3において、19はA点の電力を、20はB点の電力を、21はC点の電力を、22はヌル点を示している。
FIG. 3 is a power characteristic diagram in the case where the
図3(a)は第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の各受信信号に対して、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11を作用させない場合についての電力特性図である。また図3(b)は第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の各受信信号に対して、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11を作用させた場合についての電力特性図である。また図3(a)、(b)に示した通信回線要求電力は、人工衛星1と地上局3との通信に必要なC点における電力を示している。従って、通信回線要求電力より低い電力は、人工衛星1と地上局3との通信が遮断されることを示す。
FIG. 3A is a power characteristic diagram in the case where the
図3を説明するために、図4をもとに、例えば地上局3に対して人工衛星1が回転する姿勢変化と対応させて説明する。図4(a)は、人工衛星1に搭載されている第1のアンテナ4が地球指向面側6を向いており、地上局3と正対している場合である。このときZ軸からみてθ=0°である。またこの場合、第2のアンテナ5は地球逆指向面側7にある。図4(b)は、人工衛星1が回転し始めて、Z軸からみて例えば0°<θ<90°の位置の姿勢となった場合を示す。この場合、第1のアンテナ4は地球指向面側6にあるものの、地球逆指向面側7に傾きつつある。またこの場合、第2のアンテナ5は地球逆指向面側7にあるものの、地球指向面側6に傾きつつある。
In order to explain FIG. 3, a description will be given based on FIG. 4, for example, corresponding to the attitude change of the
図4(c)は、人工衛星1が更に回転して第1のアンテナ4はZ軸からみてθ=90°の位置の姿勢となった場合を示す。またこの場合、第2のアンテナ5はZ軸からみてθ=−90°となるため、図3(a)に示すとおり、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5に入力される受信信号の電力はほぼ等しくなる。
FIG. 4C shows a case where the
図4(d)は、人工衛星1が更に回転して、Z軸からみて90°<θ<180°の姿勢となった場合を示す。この場合、第1のアンテナ4は地球逆指向面側7に傾いている。また第2のアンテナ5は地球指向面側6に傾いている。図4(e)は、人工衛星1が更に回転して第1のアンテナ4は地球逆指向面側7を向いており、Z軸からみてθ=180°の位置の姿勢となった場合を示す。この場合、地上局3との通信は第2のアンテナ5で行う。
FIG. 4D shows a case where the
第1のアンテナ4は図4(a)のように、地上局3と正対し、θ=0°で通信を行う場合、図3(a)でのA点の電力19は最大になる。時間経過に伴い図4(b)から(d)のように人工衛星1の姿勢が変化する場合、図3(a)のA点の電力19は小さくなる。図4(e)つまりθ=180°の場合、第1のアンテナ4は地球逆指向面側7に向いており、図3(a)でのA点の電力19は最小となっている。
As shown in FIG. 4A, when the
一方、第2のアンテナ5は、地球逆指向面側7の向きに向いているため、図4(a)つまりθ=0°の場合、図3(a)でのB点の電力20は最小になる。時間経過に伴い、図4(b)から(d)のように人工衛星1の姿勢が変化する場合、図3(a)のB点の電力20は大きくなる。図4(e)つまりθ=180°の場合、第2のアンテナ5は地球指向面側6に向いているため、図3(a)でのB点の電力20は最大となっている。
On the other hand, since the second antenna 5 faces the direction of the earth reverse
図3(a)におけるC点の電力21として、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5に入力される受信信号の位相φp(θ)とφm(θ)がほぼ180°違う場合についての電力を示している。地上局3と通信する場合、図3(a)に示すように、θ=0°を中心として、θの絶対値が90°近くまでの角度θは、C点の電力21は、第1のアンテナ4における受信信号電力の寄与が大きいので、第1のアンテナの通信可能角度領域を示している。
As the
またθの絶対値が90°から180°までの間は、C点の電力21は、第2のアンテナ5における受信信号電力の寄与が大きいので、第2のアンテナの通信可能角度領域を示している。第1のアンテナ4及び第2のアンテナ5からの電力がほぼ等しくなる角度、つまりθの絶対値が90°近傍では双方の電波が干渉し合い、ヌル点22が発生し電力が極端に低下する。これは人工衛星1の姿勢が図4(c)のような場合に相当する。従って、図3(a)に示すように電力が低下し通信回線要求電力を満たさない角度θでは通信不能となる。
Also, when the absolute value of θ is between 90 ° and 180 °, the
一方、第2の電力減衰器11にて第2のアンテナ5の出力信号電力を減衰させた場合の電力特性図である図3(b)について考える。この場合、図3(b)に示すようにB点からの電力を低下させるため、第1のアンテナ4及び第2のアンテナ5の出力信号電力がほぼ等しくなる角度θの絶対値は90°より大きい角度となる。
On the other hand, consider FIG. 3B, which is a power characteristic diagram when the output power of the second antenna 5 is attenuated by the second power attenuator 11. In this case, the absolute value of the angle θ at which the output signal powers of the
これは例えば図4(d)のような姿勢が考えられる。つまり第1のアンテナ4は地球逆指向面側7に向きつつあるため、A点の電力19はθの絶対値が90°の場合より更に低下している。しかし、B点の電力20は第2の電力減衰器11で電力を低下させているため、A点の電力19とB点の電力20はθ=90°より大きい角度でほぼ電力が同じになる。よって、C点の電力21におけるヌル点22の発生位置は、図3(b)のようにθの絶対値が90°より大きい角度へ移動する。
For example, a posture as shown in FIG. That is, since the
このように、第2のアンテナ5のからの電力を減衰させることにより、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5からの電力に相対的な差異を生じさせて、ヌル点22の位置を角度θの絶対値が大きくなる方向に移動させる。これにより、図3(b)に示すように地上局3と人工衛星1の第1のアンテナ4との間の通信可能角度領域を拡大することが可能となり、通信回線確保が容易となる。また、これはスイッチ等を用いた構成ではないため、スイッチの故障を誘発する恐れはない。
Thus, by attenuating the power from the second antenna 5, a relative difference is caused in the power from the
また第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11を用いることにより、人工衛星1の送信電力が大きすぎ、地上局3におけるアンテナの単位面積あたりの最大受信電力が規定以上となる場合、地上局3のアンテナが受信可能となるように人工衛星1の送信電力を減衰させて調整することがすることが可能である、という効果も奏する。
Further, when the
上記説明では第1の電力減衰器10では信号の電力を減衰させず、第2の電力減衰器11のみ用いて第2のアンテナ5より出力される電力を減衰させた。しかし、第1の電力減衰器10及び第2の電力減衰器11ともに電力を減衰させた上で、A点の電力19と比較して、B点の電力20を相対的に低下させても同様の効果が得られることはいうまでもない。
In the above description, the
また説明内容からもわかるように、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の出力信号電力に差を生じさせて、第1のアンテナの通信可能角度領域を角度θの絶対値が大きくなる方向に移動させているため、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の代わりに、第1の電力増幅器と第2の電力増幅器を用いることも可能である。
Further, as can be seen from the description, the difference between the output signal powers of the
つまり、第1の電力増幅器と第2の電力増幅器を用いて、B点の電力と比較して、A点の電力を相対的に増幅させれば、電力減衰器を用いた場合と同様、第1のアンテナの通信可能角度領域を角度θの絶対値が大きくなる方向に移動させることが可能となる。 That is, if the first power amplifier and the second power amplifier are used to amplify the power at the point A relative to the power at the point B, the first power amplifier and the second power amplifier can be compared with the case where the power attenuator is used. It is possible to move the communicable angle region of one antenna in a direction in which the absolute value of the angle θ increases.
また、この衛星通信アンテナ装置を、図5のような衛星間通信に用いることも可能である。例えば、図5に示すように、地上局3と通信を行う人工衛星1に対して、地球逆指向面側7に人工衛星23がある場合を考える。人工衛星1は、通常、地球指向面側6にある第1のアンテナ4を用いて地上局3と通信を行う。これは、人工衛星1の通信対象を地上局3として、通信対象指向面側を地球指向面側6とした場合に相当する。従って、第2の電力減衰器11により第2のアンテナ5の受信信号を減衰させ、角度θの絶対値が大きくなる方向にヌル点22を移動させる。これにより第1のアンテナの通信可能角度領域を拡大させる。
Further, this satellite communication antenna device can be used for inter-satellite communication as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 5, consider a case in which an
一方、人工衛星1が地球逆指向面側7にある人工衛星23と通信を行う場合は、地球逆指向面側7にある第2のアンテナ5を用いて通信を行う。これは、人工衛星1の通信対象を人工衛星23として、通信対象指向面側を地球逆指向面側7とした場合に相当する。従って、第1の電力減衰器10により第1のアンテナ4の受信信号を減衰させ、角度θの絶対値が小さくなる方向にヌル点22を移動させる。これにより、第2のアンテナの通信可能角度領域を拡大させる。
On the other hand, when the
なお人工衛星1において、衛星間通信から地上局3との通信に切り替える場合は、電力減衰器の制御と同様、地上局3から人工衛星1へ直接コマンドを送信して切り替えても良い。また第2のアンテナ5の通信可能角度領域が拡大している場合、人工衛星23を介して制御信号を人工衛星1に送信し切り替えてもよい。
In the
このように、地上局との通信及び衛星間通信を行う場合、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の減衰量を変更することで、第1のアンテナの通信可能角度領域、または第2のアンテナの通信可能角度領域を拡大することができるため、地上局との通信回線確保と、衛星間通信の回線確保を容易にすることができる。
As described above, when performing communication with the ground station and inter-satellite communication, by changing the attenuation amounts of the
実施の形態2.
図6は、実施の形態2における人工衛星1に搭載される衛星通信装置9の内部ブロック図である。図6において、実施の形態1との相違点は、第1のアンテナ4から出力された受信信号の位相を遅延させる機能を持った第1の位相遅延器24と、第2のアンテナ5から出力された受信信号の位相を遅延させる機能を持った第2の位相遅延器25と、地上局3から第1の位相遅延器24と第2の位相遅延器25の位相遅延量を制御するための信号を受信し、第1の位相遅延器24と第2の位相遅延器25の位相遅延量を制御する制御信号を出力する制御部26である。
FIG. 6 is an internal block diagram of the
図2と同様、第1のアンテナ4に入力される電界の振幅と位相をAp(θ)、φp(θ)、第2のアンテナ5に入力される電界の振幅と位相をAm(θ)、φm(θ)とする。
As in FIG. 2, the amplitude and phase of the electric field input to the
例えば、第1の位相遅延器24では位相遅延を行わず、第2の位相遅延器25のみ位相を遅延させ、第2のアンテナ5より出力される電界の位相をΔφm(θ)だけ遅らせた場合を考える。そのとき、図6に示すように、第1の位相遅延器24の出力であるA点と、第2の位相遅延器25の出力であるB点と、電力分合波器12の出力であるC点の電界は、以下のように表される。
For example, when the first phase delayer 24 does not perform phase delay, only the
図7は、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の各々に対して、第1の位相遅延器24と第2の位相遅延器25を作用させない場合と作用させた場合についての電力特性図を示したものである。図3と同様に図7では、横軸はアンテナ視野角θ(deg)、縦軸を相対電力(dB)を示している。また同様に、19はA点の電力を、20はB点の電力を、21はC点の電力を、22はヌル点を示している。
FIG. 7 is a power characteristic diagram when the first phase delayer 24 and the
図7(a)は第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の各受信信号に対して、第1の位相遅延器24と第2の電力減衰器25を作用させない場合についての電力特性図である。また図7(b)は第1のアンテナ4と第2のアンテナ5の各受信信号に対して、第1の位相遅延器24と第2の位相遅延器25を作用させた場合についての電力特性図である。また図7(a)、(b)に示した通信回線要求電力は、図3同様、人工衛星1と地上局3との通信に必要なC点における電力を示している。従って、通信回線要求電力より低い電力は、人工衛星1と地上局3との通信が遮断されることを示す。
FIG. 7A is a power characteristic diagram in the case where the first phase delay unit 24 and the
図7(a)は図3(a)と同じであるため、説明は省略する。一方、第2の位相遅延器25にて第2のアンテナ5の出力信号の位相を遅延させた場合の電力特性図である図7(b)について考える。例えば、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5から出力される受信信号の位相差を調整し、双方の信号が弱めあい干渉する位相差から、強め合う位相差に変化させる。位相差を変更させることにより、C点の電力21は、図7(b)に示すように、任意の点においてヌル点の発生を抑圧できることがわかる。
Since FIG. 7A is the same as FIG. 3A, the description thereof is omitted. On the other hand, consider FIG. 7B which is a power characteristic diagram when the phase of the output signal of the second antenna 5 is delayed by the second
このように、第2のアンテナ5の出力信号の位相を遅延させることにより、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5との位相に相対的な差異を生じさせて、ヌル点の発生を抑圧することが可能となる。これにより、図7(b)に示すように地上局3と人工衛星1との間の全角度θで通信可能となり、通信遮断することがなくなる。また、この場合はスイッチ等を用いた構成ではないため、スイッチの故障を誘発する恐れはない。
In this way, by delaying the phase of the output signal of the second antenna 5, a relative difference is caused in the phase between the
上記説明では、第1の位相遅延器24では位相を遅延させず、第2の位相遅延器25のみ用いて第2のアンテナ5より出力される位相を遅延させた。しかし、第1の位相遅延器24及び第2の位相遅延器25ともに位相を遅延させた上で、A点での位相とB点での位相を強めあうように変化しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
In the above description, the first phase delayer 24 does not delay the phase, but only the
実施の形態3.
実施の形態1、及び実施の形態2では、地上局3から電力減衰器の電力減衰量、または電力増幅器の電力増幅量、または位相遅延器の位相遅延量を制御するための信号を送信し、人工衛星1で受信し、制御部18で電力減衰量または電力増幅量、制御部26で位相遅延量を制御する制御信号を出力していた。しかし、電力減衰器等の出力を計測することにより、人工衛星1の内部で制御することも可能である。
In the first embodiment and the second embodiment, the
図8は第1の電力減衰器10と、第2の電力減衰器11と、電力分合波器12の出力電力を計測して制御部27を用いて電力減衰量を制御するようにした衛星通信装置9のブロック図である。制御部27以外は図2と同じため、説明は省略する。
FIG. 8 shows a satellite in which the output power of the
図9は、制御部27の動作を説明するフローチャートである。図9に従い、処理内容を説明する。例えば、衛星打ち上げ時に制御部27の動作をスタートさせる(ステップST101)。制御部27は、図8に記載しているように、第1の電力減衰器10の出力であるA点の電力、第2の電力減衰器11の出力であるB点の電力、電力分合波器12の出力であるC点の電力を常時計測する。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the
計測しているC点の電力と、例えば図3記載の通信回線要求電力にある値の電力を加えた電力(以下、所定電力、と表記する)とを比較する(ステップST102)。ここで、所定電力は回線設計や地上試験等において事前に設定しておいてもよいし、地上局3より信号を送信し所定電力の設定を変更してもよい。
The measured power at point C is compared with, for example, power obtained by adding a certain amount of power to the communication line required power shown in FIG. 3 (hereinafter referred to as predetermined power) (step ST102). Here, the predetermined power may be set in advance in line design, ground test, or the like, or a signal may be transmitted from the
C点の電力が所定電力を上回っている場合は、制御部27は第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11に対する制御信号は出力せず、C点の電力を計測し続ける。一方、C点の電力が所定電力を下回っている場合は、A点の電力とB点の電力を比較する(ステップST103)。
When the power at the point C exceeds the predetermined power, the
A点の電力がB点の電力を上回っている場合は、角度θの絶対値が90°以下であり、第1のアンテナの通信可能角度領域にあることを示している。従って、第2の電力減衰器11を用いて、B点の電力を減衰させるように、制御部27より制御信号を第2の電力減衰器11に出力する(ステップST104)。これは、図3(b)の場合に相当し、ヌル点22を角度θの絶対値が大きくなる方向に移動することを意味する。またこの場合は、図4(b)に示すように、人工衛星1の姿勢はZ軸から見て角度θが増加し、地球指向面側6から傾いていることを示している。なお減衰量は、例えば第1のアンテナの通信可能角度領域が、θの絶対値が0°から90°を上回る角度となるように減衰させる。
When the power at the point A exceeds the power at the point B, the absolute value of the angle θ is 90 ° or less, indicating that it is in the communicable angle region of the first antenna. Therefore, the control signal is output from the
更にC点の電力と所定電力を比較する(ステップST105)。第2の電力減衰器11を用いて、B点の電力を減衰させることでC点の電力は増加するため、B点の電力を減衰させた当初は、C点の電力は所定電力を上回っているはずである。従って制御部27は第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11に対する制御信号は出力せず、C点の電力を計測し続ける。
Further, the power at point C is compared with a predetermined power (step ST105). Since the power at the point C increases by attenuating the power at the point B using the second power attenuator 11, the power at the point C exceeds the predetermined power when the power at the point B is initially attenuated. Should be. Therefore, the
しかし時間経過に伴い、人工衛星1の姿勢が、図4(c)を経て図4(d)に示すような姿勢になり、C点の電力が所定電力を下回った場合、Z軸から見て角度θが90°以上となる。この場合、第2のアンテナ5が地球指向面側6に傾いているため、地上局3との通信には、第2のアンテナ5を用いる。
However, as time passes, the attitude of the
従って、第2のアンテナ5と地上局3との間で通信を行うために、第2の電力減衰器11の減衰量を0とし、第1の電力減衰器10でA点の電力を減衰させる(ステップST106)。これは、図3(b)とは逆に、ヌル点22を角度θの絶対値が90°以下の方向に移動することを意味する。これはまた第2のアンテナの通信可能角度領域が拡大したことを意味する。
Therefore, in order to perform communication between the second antenna 5 and the
制御部27は、外部コマンド等により強制終了させない場合、C点の電力を引き続き計測する(ステップST107)。しかし制御部27を強制的に終了させた場合、上記制御動作は終了する(ステップST108)。
The
一方ステップST103において、A点の電力がB点の電力を下回っている場合は、角度θの絶対値が90°以上であり、第2のアンテナの通信可能角度領域にあることを示している。従って、第1の電力減衰器10を用いて、A点の電力を減衰させるように制御部27より制御信号を第1の電力減衰器10に出力する(ステップST109)。これは図3(b)とは逆に、ヌル点22を角度θの絶対値が90°以下の方向に移動することを意味する。なお減衰量は、例えば第2のアンテナの通信可能角度領域が、θの絶対値が180°から90°を下回る角度となるように減衰させる。
On the other hand, if the power at point A is lower than the power at point B in step ST103, the absolute value of the angle θ is 90 ° or more, indicating that the second antenna is in the communicable angle region. Therefore, using the
更にC点の電力と所定電力を比較する(ステップST110)。第1の電力減衰器10を用いて、A点の電力を減衰させることでC点の電力は増加するため、A点の電力を減衰させた当初は、C点の電力は所定電力を上回っているはずである。従って制御部27は第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11に対する制御信号は出力せず、C点の電力を計測し続ける。しかし時間経過に伴い人工衛星1の姿勢が、図4(c)を経て図4(b)に示すような姿勢になり、C点の電力が所定電力を下回った場合、Z軸から見て角度θが90°以下となる。この場合、第1のアンテナ4が地球指向面側6にあるため、地上局3との通信には、第1のアンテナ4を用いる。
Further, the power at point C is compared with the predetermined power (step ST110). Since the power at the point C increases by attenuating the power at the point A using the
従って、第1のアンテナ4と地上局3との間で通信を行うために、第1の電力減衰器10の減衰量を0とし、第2の電力減衰器11でB点の電力を減衰させる(ステップST111)。これは、図3(b)のように、ヌル点22を角度θの絶対値が90°以上の方向に移動することを意味する。これはまた、第1のアンテナの通信可能角度領域が拡大したことを意味する。
Therefore, in order to perform communication between the
このように処理することで、人工衛星1内部の制御部27を用いて第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の減衰量を制御することが可能となる。
By processing in this way, it becomes possible to control the attenuation amounts of the
なお通信回線遮断を防止するために、制御部27には、地上局3から信号を受け、第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の減衰量を制御する信号を出力する機能と、A点、B点、C点の電力を計測し、減衰量を制御する信号を出力する機能をあわせもち、通信回線遮断を防ぐための冗長性を持たせてもよい。
In order to prevent the communication line from being interrupted, the
また説明では、A点、B点、C点の電力を計測して第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の減衰量を制御したが、制御部27内にZ軸に対する人工衛星1の角度θを求める角度センサ、例えばスターセンサ、地球センサ、またはジャイロセンサ等を搭載して、角度センサで求めた角度θをもとに第1の電力減衰器10と第2の電力減衰器11の減衰量を制御してもよい。
In the description, the power at point A, point B, and point C is measured to control the attenuation amounts of the
また説明では電力減衰器の場合について説明したが、電力増幅器の場合でも同様に制御させてもよいことはいうまでもない。また位相遅延器の場合は、C点の電力が所定電力を下回った場合に、A点の電力とB点の電力を比較することなく、第1のアンテナ4と第2のアンテナ5から出力される受信信号の位相差を調整し、双方の信号が弱めあい干渉する位相差から強め合う位相差に変化させることにより、任意の点においてヌル点の発生を抑圧させてもよい。
In the description, the case of the power attenuator has been described, but it goes without saying that the same control may be performed even in the case of the power amplifier. In the case of the phase delay device, when the power at the point C falls below a predetermined power, the power is output from the
また実施の形態1から3において、アンテナの本数は2本として説明を行った。しかし少なくとも地球指向面側に1本以上、かつ地球逆指向面側に1本以上あれば、アンテナの本数は2本以上でも構わない。その場合、各々のアンテナの後段に電力減衰器を置くことで、ヌル点の移動による通信可能角度領域の変更を行うので、アンテナが2本の場合と同様の効果が得られる。また電力減衰器の代わりに電力増幅器、または位相遅延器を用いてもよいことはいうまでもない。 In the first to third embodiments, the description has been given assuming that the number of antennas is two. However, the number of antennas may be two or more as long as there is at least one on the earth directing surface side and one or more on the earth reverse directing surface side. In that case, by placing a power attenuator in the subsequent stage of each antenna, the communicable angle region is changed by moving the null point, so the same effect as in the case of using two antennas can be obtained. Needless to say, a power amplifier or a phase delay may be used instead of the power attenuator.
なお、上記までについては受信系についての記載しているが、送信系についても同様の構成にて効果が得られることはいうまでもない。 Although the above description is about the reception system, it goes without saying that the same effect can be obtained for the transmission system.
1. 人工衛星
2. 地球
3. 地上局
4. 第1のアンテナ
5. 第2のアンテナ
6. 地球指向面側
7. 地球逆指向面側
8. RF信号
9. 衛星通信装置
10.第1の電力減衰器
11.第2の電力減衰器
12.電力分合波器
13.送受信部
14.フィルタ
15.ダイプレクサ
16.送信部
17.受信部
18.制御部
19.A点の電力
20.B点の電力
21.C点の電力
22.ヌル点
23.人工衛星
24.第1の位相遅延器
25.第2の位相遅延器
26.制御部
27.制御部
1. Artificial satellite2.
Claims (5)
衛星に搭載され、常時は通信対象逆指向面側を向く通信用アンテナと、
前記通信用アンテナの各々に接続され、前記通信用アンテナの各々から出力された受信信号の信号特性を変える信号特性可変器と、
前記信号特性可変器の各々から出力された受信信号を合成して送受信機に入力する電力分合波器と、
前記電力分合波器から出力される受信信号電力を検出し、前記衛星の姿勢の変化による前記受信電力の変化に基づいて、少なくとも一方の前記信号特性可変器を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする衛星通信アンテナ装置。 A communication antenna mounted on a satellite and facing the communication target directivity plane side at all times,
A communication antenna that is mounted on a satellite and faces the opposite direction surface of the communication target,
A signal characteristic variable device that is connected to each of the communication antennas and changes a signal characteristic of a reception signal output from each of the communication antennas;
A power multiplexer / demultiplexer that synthesizes the received signals output from each of the signal characteristic variablers and inputs them to a transceiver;
A control unit that detects received signal power output from the power multiplexer / demultiplexer and controls at least one of the signal characteristic variable devices based on a change in the received power due to a change in attitude of the satellite; A satellite communication antenna device characterized by that.
前記電力分合波器から出力された受信信号電力が所定の電力を満たさない場合、
前記信号特性可変器の各々から出力された受信信号電力を比較して、大きい受信信号電力を出力すると判定された前記信号特性可変器に接続されるアンテナの通信可能角度領域を拡大するように、少なくとも一方の前記信号特性可変器を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の衛星通信アンテナ装置。 The controller is
When the received signal power output from the power multiplexer / demultiplexer does not satisfy a predetermined power,
The received signal power output from each of the signal characteristic variable devices is compared, and the communicable angle range of the antenna connected to the signal characteristic variable device determined to output a large received signal power is expanded. The satellite communication antenna apparatus according to claim 1, wherein at least one of the signal characteristic variable devices is controlled.
前記制御部は、
前記電力分合波器から出力された受信信号電力が所定の電力を満たさない場合、
前記電力減衰器の各々から出力された受信信号電力を比較して、大きい受信信号電力を出力すると判定された前記電力減衰器に接続されるアンテナの通信可能角度領域を拡大するように、少なくとも前記通信対象逆指向面側を向く通信用アンテナと接続される前記電力減衰器を制御する
ことを特徴とする請求項1または2記載の衛星通信アンテナ装置。 Using a power attenuator as the signal characteristic variable device,
The controller is
When the received signal power output from the power multiplexer / demultiplexer does not satisfy a predetermined power,
The received signal power output from each of the power attenuators is compared, and at least the communication possible angle region of the antenna connected to the power attenuator determined to output a large received signal power is expanded. 3. The satellite communication antenna apparatus according to claim 1, wherein the power attenuator connected to a communication antenna facing a communication target reverse directivity surface is controlled.
前記制御部は、
前記電力分合波器から出力された受信信号電力が所定の電力を満たさない場合、
前記電力増幅器の各々から出力された受信信号電力を比較して、大きい受信信号電力を出力すると判定された前記電力増幅器に接続されるアンテナの通信可能角度領域を拡大するように、少なくとも前記通信対象指向面側を向く通信用アンテナと接続される前記電力増幅器を制御する
ことを特徴とする請求項1または2記載の衛星通信アンテナ装置。 Using a power amplifier as the signal characteristic variable device,
The controller is
When the received signal power output from the power multiplexer / demultiplexer does not satisfy a predetermined power,
Comparing the received signal power output from each of the power amplifiers, at least the communication target so as to expand the communicable angle range of the antenna connected to the power amplifier determined to output a large received signal power 3. The satellite communication antenna apparatus according to claim 1, wherein the power amplifier connected to a communication antenna facing a directivity plane is controlled.
衛星に搭載され、常時は通信対象逆指向面側を向く通信用アンテナと、
前記通信用アンテナの各々に接続され、前記通信用アンテナの各々から出力された受信信号の位相特性を変える位相遅延器と、
前記位相遅延器の各々から出力された受信信号を合成して送受信機に入力する電力分合波器と、
前記電力分合波器から出力された受信信号電力が所定の電力を満たさない場合、
前記衛星の姿勢によらず通信対象と通信可能とするように、前記位相遅延器を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする衛星通信アンテナ装置。 A communication antenna mounted on a satellite and facing the communication target directivity plane side at all times,
A communication antenna that is mounted on a satellite and faces the opposite direction surface of the communication target,
A phase delay that is connected to each of the communication antennas and changes a phase characteristic of a reception signal output from each of the communication antennas;
A power multiplexer / demultiplexer that synthesizes the received signals output from each of the phase delayers and inputs the synthesized signals to the transceiver;
When the received signal power output from the power multiplexer / demultiplexer does not satisfy a predetermined power,
A satellite communication antenna apparatus comprising: a control unit that controls the phase delay so as to enable communication with a communication target regardless of the attitude of the satellite.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006037585A JP2007221303A (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Satellite communication antenna device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012164697A1 (en) * | 2011-06-01 | 2012-12-06 | 株式会社日立製作所 | Wireless transmitter, wireless receiver, wireless communications system, elevator control system, and transformer equipment control system |
CN112103615A (en) * | 2020-09-16 | 2020-12-18 | 深圳市威富通讯技术有限公司 | Antenna automatic folding and unfolding leveling device and antenna leveling method |
-
2006
- 2006-02-15 JP JP2006037585A patent/JP2007221303A/en active Pending
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