JP2020123805A - アンテナ装置、通信衛星、及びアンテナ装置搭載方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナビームのより高い指向精度を実現可能なアンテナ装置、通信衛星、及びアンテナ装置搭載方法を提供する。【解決手段】アンテナ装置（１２）は、電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群（２）と、一次放射器群からの電磁波を反射する反射鏡（１）と、衛星バスに取り付けられる第１の構造物（４）と、第１の構造物に取り付けられ、一次放射器群を支持する第２の構造物（３）と、第１の構造物に取り付けられ、反射鏡を支持する第３の構造物（５）と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、反射鏡を備えたアンテナ装置、通信衛星、及びアンテナ装置搭載方法に関する。

将来の高速衛星通信において、地上−衛星間の通信トラフィックの増大に伴って通信衛星の通信性能の向上が要求される。通信衛星の通信性能の向上を実現する方法としては、例えば、アンテナビームをマルチビーム化する方法がある。この方法では、多数のアンテナビームを並べ、１つのアンテナビームの覆域面積を小さくし、アンテナパターン形状を急峻にする。それにより、この方法では、アンテナ利得を大きくして、通信性能を向上させるようになっている。

通信衛星に搭載されるアンテナ装置は、ビームとして電磁波を放射する複数の一次放射器、及び一次放射器からの電磁波を反射する反射鏡を備える。マルチビームの高密度化を実現するためには、例えば、通信衛星に搭載する一次放射器を高密度配置する必要がある。また、マルチビームの高密度化に伴い、要求される指向精度がより高くなる。そのため、一次放射器と、反射鏡との間の位置関係を高精度に管理する必要がある。その位置関係の高精度化のために、反射鏡の指向制御用の駆動機構を分散して配置することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１０７３０５号公報

反射鏡の駆動機構、及び一次放射器は、衛星バスの構体に直接、或いは間接的に取り付けられる。そのため、一次放射器と反射鏡との間の位置関係、言い換えればアンテナビームの指向精度には、衛星バス、特に構体の構造、及び機械的な強度が影響する。それにより、アンテナビームの指向精度をより向上させるには、衛星バスの構造、及び機械的な強度の影響を考慮すべきと云える。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、アンテナビームのより高い指向精度を実現可能なアンテナ装置、通信衛星、及びアンテナ装置搭載方法を提供することを目的とする。

本発明に係るアンテナ装置は、電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群と、一次放射器群からの電磁波を反射する反射鏡と、衛星バスに取り付けられる第１の構造物と、第１の構造物に取り付けられ、一次放射器群を支持する第２の構造物と、第１の構造物に取り付けられ、反射鏡を支持する第３の構造物と、を備えている。

本発明に係る通信衛星は、上記アンテナ装置を備えている。

本発明に係るアンテナ装置搭載方法は、電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群、及び一次放射器群からの電磁波を反射する反射鏡を第１の構造物により支持させ、第１の構造物を衛星バスに取り付けて、一次放射器群、及び反射鏡を含むアンテナ装置を通信衛星に搭載させると共に、一次放射器群、及び反射鏡を第１の構造物に支持させる。

本発明によれば、アンテナビームのより高い指向精度を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星を用いて構築された衛星通信システムの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星の概略を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星の概略を示す別の側面図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の第１の変形例を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の第２の変形例を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星の概略を示す側面図である。 地上局に構築された衛星管制システム例の一部を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る通信衛星に構築されたシステム例の一部を示す図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置、通信衛星、及びアンテナ装置搭載方法の各実施の形態を、図を参照して説明する。本発明に係る通信衛星は、本発明に係るアンテナ装置を通信衛星に取り付けることにより実現される。本発明に係る通信衛星は、本発明に係るアンテナ装置搭載方法を適用することでも実現される。各図では、同一または対応する要素には、同一符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星を用いて構築された衛星通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、衛星通信システムには、本実施の形態１に係る通信衛星１０の他に、多数の携帯局２０、及び１つ以上の地上局３０が含まれる。本実施の形態１では、通信衛星１０と各携帯局２０とは、双方向の通信を想定している。しかし、通信衛星１０は、地上局３０から送信された情報を中継して各携帯局２０に送信する片方向通信を行うものであっても良い。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星の概略を示す側面図であり、図３は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星の概略を示す別の側面図である。

通信衛星１０は、図２及び図３に示すように、衛星バス１１と、アンテナ装置１２と、を備えている。アンテナ装置１２は、本実施の形態１に係るアンテナ装置であり、衛星バス１１の構体への取り付けによって通信衛星１０に搭載されている。アンテナ装置１２は、衛星バス１１の一側面の外側に配置されている。

アンテナ装置１２は、図２及び図３に示すように、反射鏡１、フィードクラスタ２、クラスタ支持構造物３、一体化構造物４、反射鏡支持構造物５、及びアクチュエータ６を含む。本実施の形態１において、一体化構造物４は第１の構造物、クラスタ支持構造物３は第２の構造物、反射鏡支持構造物５は第３の構造物にそれぞれ相当する。

凹面形状の反射鏡１は、折り畳み可能であり、棒状の反射鏡支持構造物５に取り付けられて支持されている。反射鏡支持構造物５の衛星バス１１側の一端部分は、アクチュエータ６を介して、板状の一体化構造物４の一端部分に取り付けられている。

図２及び図３に示す反射鏡１の状態は、展開後のものである。通信衛星１０の打ち上げ時には、反射鏡１は折り畳まれた状態となっており、反射鏡支持構造物５は、アクチュエータ６を軸に、図２に向かって右方向側に回転させた状態となっている。

アクチュエータ６は、一体化構造物４と反射鏡支持構造物５との間の相対的位置関係を変更可能にする構成要素である。アクチュエータ６は、反射鏡１が折り畳まれたときの状態から反射鏡支持構造物５を図２に向かって左方向側に回転させ、反射鏡１を展開させる。反射鏡１の展開は、例えば弾性部材により行われる。

フィードクラスタ２は、アンテナビーム用の電磁波を放射する一次放射器であるアンテナフィードを複数、高密度に配置したものである。このフィードクラスタ２は、クラスタ支持構造物３に取り付けられて支持されている。クラスタ支持構造物３の衛星バス１１側の一端部分は、一体化構造物４のアクチュエータ６が取り付けられた端部分の反対側の端部分に取り付けられている。本実施の形態１において、フィードクラスタ２は、一次放射器群に相当する。

上記のように、フィードクラスタ２は、クラスタ支持構造物３を介して、反射鏡１は、反射鏡支持構造物５、及びアクチュエータ６を介して、一体化構造物４にそれぞれ取り付けられて支持される。一体化構造物４は、衛星バス１１、より具体的には、衛星バス１１の構体に取り付けられる。そのため、アンテナ装置１２は、衛星バス１１とは構造的に独立したモジュールとして、通信衛星１０に搭載される。

そのようなモジュール化により、フィードクラスタ２と反射鏡１との間の相対的位置関係には、衛星バス１１側の構造、及び機械的な強度による影響が及ぼさないか、例え影響を及ぼすとしても、影響の度合いは非常に小さくなっている。アンテナ装置１２を構成する各部は、高精度に作製することができ、各部の組み立ても高精度に行うことができる。このようなことから、衛星バス１１の構造、及び機械的な強度に係わらず、フィードクラスタ２と反射鏡１との間の高精度な相対的位置関係を実現させることができる。アクチュエータ６の駆動によるフィードクラスタ２と反射鏡との間の相対的な位置関係の変更も、高精度に行うことができる。結果、反射鏡１を介して放射されるアンテナビームのより高い指向精度も容易に実現させることができる。

なお、本実施の形態１では、フィードクラスタ２をクラスタ支持構造物３に支持させているが、クラスタ支持構造物３となる部分を一体化構造物４に設けても良い。つまり、クラスタ支持構造物３、及び一体化構造物４は、１つの構造物として作製しても良い。フィードクラスタ２、及び反射鏡１の一体化構造物４への取付方法については、様々な変形を行っても良い。つまり、アンテナ装置１２の構造は、本実施の形態１に限定されない。例えば反射鏡１、及びフィードクラスタ２のうちの一方の数を２以上としても良い。１つの反射鏡１に対し、複数のフィードクラスタ２を対応させても良い。衛星バス１１に取り付けるアンテナ装置１２の数は２以上であっても良い。

クラスタ支持構造物３、一体化構造物４、及び反射鏡支持構造物５の各形状についても、本実施の形態１に限定されない。これは、フィードクラスタ２と反射鏡１との間の相対的位置関係を安定的に維持できれば良いからである。そのため、例えば一体化構造物４では、その形状は、図２及び図３に示すような板状ではなく、図４に示すような棒状であっても良い。そのような棒状の形状では機械的な強度が不足する場合、図５に示すように、補強部材４ａを１つ以上、追加して、機械的な強度を満たすようにしても良い。このこともあり、クラスタ支持構造物３、一体化構造物４、及び反射鏡支持構造物５の何れも、１つの構造物でなくとも良い。図４或いは図５に示すように、一体化構造物４の形状を変更した場合、一体化構造物４をより軽量化することができる。

また、本実施の形態１では、アンテナ装置１２のモジュール化のために、アンテナ装置１２はクラスタ支持構造物３、一体化構造物４、及び反射鏡支持構造物５を含んでいる。これらはアンテナ装置１２とは別とし、これらをフィードクラスタ２、及び反射鏡１と一体化させるようにしても良い。このことからも、アンテナ装置１２の構造は、本実施の形態１に限定されない。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を搭載した通信衛星の概略を示す側面図である。本実施の形態２では、図６に示すように、アンテナ装置１２は、衛星バス１１に２つのアクチュエータ４１を介して取り付けられている。

２つのアクチュエータ４１は、衛星バス１１とアンテナ装置１２との間の相対的位置関係を変更可能にするために設けられている。そのために、アンテナ装置１２の一体化構造物４は、２つのアクチュエータ４１を介して衛星バス１１の構体に取り付けられている。２つのアクチュエータ４１を離して配置することにより、衛星バス１１とアンテナ装置１２との間の相対的位置関係を３軸方向で変更できるようになっている。２つのアクチュエータ４１は、地上局３０からの指示、つまりコマンドの受信により駆動するようになっている。

次に、図７及び図８を参照し、２つのアクチュエータ４１の駆動により衛星バス１１とアンテナ装置１２との間の相対的位置関係を変更する仕組みについて具体的に説明する。図７は、地上局に構築された衛星管制システム例の一部を示す図であり、図８は、本発明の実施の形態２に係る通信衛星に構築されたシステム例の一部を示す図である。

地上局３０に構築された衛星管制システムは、図７に示すように、アンテナ装置７１、増幅器７２、変復調部７３、コマンド処理部７４、入力部７５、及び受信信号処理部７６を含む。

アンテナ装置７１は、通信衛星１０との通信専用である。増幅器７２は、変復調部７３から出力される送信信号の増幅、及びアンテナ装置７１から出力される受信信号の増幅を行う。

地上局３０側では、例えば通信衛星１０から放射されるアンテナビームを地上で測定し、アンテナビームのズレ量を算出する。入力部７５は、オペレータの操作に応じたデータ入力を可能にする。算出されたズレ量が許容範囲外であった場合、オペレータは、入力部７５を操作して、例えばズレ量、及びズレ方向を入力すると共に、衛星バス１１とアンテナ装置１２との間の相対的位置関係を変更するコマンドの送信を指示する。このコマンドは、以降「位置調整コマンド」と表記する。

コマンド処理部７４は、オペレータが入力部７５を操作して、位置調整コマンドの送信を指示した場合、オペレータが入力したズレ量、及びズレ方向を含む位置調整コマンドを生成し、生成した位置調整コマンドを変復調部７３に出力する。それにより、変復調部７３は、位置調整コマンドを用いた変調により得られる送信信号を増幅器７２に出力する。この結果、位置調整コマンドがアンテナ装置７１を介して通信衛星１０に送信される。

変復調部７３は、増幅器７２からの受信信号を復調し、復調によって得られたデータを受信信号処理部７６に出力する。受信信号処理部７６は、変復調部７３から入力したデータを処理する。

通信衛星１０に構築されたシステムは、図８に示すように、アンテナ装置８１、増幅器８２、変復調部８３、制御部８４、駆動量算出部８５、及び駆動回路８６を含む。

アンテナ装置８１は、地上局３０との通信専用である。増幅器８２は、変復調部８３から出力される送信信号の増幅、及びアンテナ装置８１から出力される受信信号の増幅を行う。

変復調部８３は、制御部８４から出力されたデータを用いた変調を行い、変調によって得られた送信信号をアンテナ装置８１に出力する。また、変復調部８３は、増幅器８２からの受信信号を復調し、復調によって得られたデータを制御部８４に出力する。

制御部８４は、例えば通信衛星１０の運用のための制御を行う。そのため、地上局３０に通知すべきデータを変復調部８３に出力して、そのデータを地上局３０に送信させる。また、変復調部８３から入力したデータを処理し、地上局３０から送信される各種コマンドに対応した制御を行う。

地上局３０から位置調整コマンドが送信された場合、その位置調整コマンドは、アンテナ装置８１により受信され、変復調部８３から制御部８４に出力される。制御部８４は、例えば入力した位置調整コマンド中のズレ量、及びズレ方向を抽出し、抽出したズレ量、及びズレ方向を駆動量算出部８５に出力する。

駆動量算出部８５は、入力したズレ量、及びズレ方向から、各アクチュエータ４１の方向を含む駆動量を軸毎に算出する。駆動回路８６は、駆動量算出部８５がアクチュエータ４１毎に算出した軸毎の駆動量に従って、各アクチュエータ４１を駆動する。この結果、衛星バス１１とアンテナ装置１２との間の相対的位置関係は、アンテナビームが適切な方向に放射されるように変更される。

アクチュエータ６の駆動は、例えば地上局３０からの指示により行わせることができる。地上局３０からの指示により、アクチュエータ６を駆動させる場合、アクチュエータ６を駆動回路８６、或いは別の駆動回路に接続し、制御部８４の制御により、アクチュエータ６を駆動させるようにしても良い。

なお、２つのアクチュエータ４１を駆動するために通信衛星１０、及び地上局３０にそれぞれ構築するシステムは、本実施の形態２に限定されない。位置調整コマンドの構成、つまり位置調整コマンドに含めるデータも本実施の形態２に限定されない。アクチュエータ４１の数も１以上であれば良く、その数は特に限定されない。

１ 反射鏡、２ フィードクラスタ（一次放射器群）、３ クラスタ支持構造物（第２の構造物）、４ 一体化構造物（第１の構造物）、５ 反射鏡支持構造物（第３の構造物）、６ アクチュエータ、１０ 通信衛星、１１ 衛星バス、１２、７１、８１ アンテナ装置、８４ 制御部、８５ 駆動量算出部、８６ 駆動回路。

Claims (5)

1. 電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群と、
   前記一次放射器群からの前記電磁波を反射する反射鏡と、
   衛星バスに取り付けられる第１の構造物と、
   前記第１の構造物に取り付けられ、前記一次放射器群を支持する第２の構造物と、
   前記第１の構造物に取り付けられ、前記反射鏡を支持する第３の構造物と、
   を備えるアンテナ装置。
2. 前記第１の構造物と前記第３の構造物との間の相対的位置関係を変更可能なアクチュエータ、を更に備え、
   前記第３の構造物は、前記アクチュエータを介して前記第１の構造物に取り付けられている、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 請求項１または２に記載のアンテナ装置、
   を備える通信衛星。
4. 前記第１の構造物と前記衛星バスとの間の相対的位置関係を変更可能な１つ以上の他のアクチュエータを更に備え、
   前記第１の構造物は、前記衛星バスに、前記他のアクチュエータを介して取り付けられている、
   請求項３に記載の通信衛星。
5. 電磁波を放射する一次放射器を複数、有する一次放射器群、及び前記一次放射器群からの前記電磁波を反射する反射鏡を第１の構造物により支持させ、
   前記第１の構造物を衛星バスに取り付けて、前記一次放射器群、及び前記反射鏡を含むアンテナ装置を通信衛星に搭載させると共に、前記一次放射器群、及び前記反射鏡を前記第１の構造物に支持させる、
   アンテナ装置搭載方法。

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