JP2022516499A - 衛星通信システムで使用される合成器 - Google Patents

Abstract

衛星通信システムで使用される合成装置並びにこれを用いた方法。１つの実施形態において、本装置は、送信アパーチャと受信アパーチャとを各々が有し、衛星から相関信号を受信するよう動作可能な複数のアンテナであって、上記受信アパーチャが、上記衛星からの上記信号のうちの１つを受信してその信号品質を決定するよう動作可能である、複数のアンテナと、上記複数のアンテナに通信可能に結合されて、上記複数のアンテナから受信した複数の信号を１つの信号に合成する合成器であって、上記合成器は、上記信号に関する少なくとも１つの信号品質メトリックに少なくとも部分的に基づいて、上記複数のアンテナにより受信されたどの信号が上記１つの信号に合成されるかを決定するよう動作可能であり、上記少なくとも１つの信号品質メトリックが、上記合成器の外部にある１又は２以上の追跡受信機から受信される、合成器と、上記合成器から上記１つの信号を受信するように通信可能に結合されたモデムと、を備え、上記モデムは、単一のアンテナのみが上記に結合されたかのように上記合成器を介して上記複数のアンテナに情報を送信するように動作可能であり、上記合成器は、１つの単一のアンテナが上記合成器に情報を提供するかのように上記複数のアンテナ内のアンテナから受信した上記モデムの情報を集約するように動作可能である。【選択図】図１Ａ

Description

本発明の実施形態は、衛星通信の分野に関し、より具体的には、本発明の実施形態は、無線周波数（ＲＦ）信号の合成に関する。

優先権
本出願は、対応する「Ａ ＣＯＭＢＩＮＥＲ ＨＡＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＷＩＴＨ Ａ ＦＬＡＴ ＰＡＮＥＬ ＡＮＴＥＮＮＡ ＴＯ ＯＢＴＡＩＮ ＲＦ ＭＥＴＲＩＣＳ ＵＳＥＤ ＦＯＲ ＲＦ ＳＩＧＮＡＬ ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ（ＲＦ信号合成に使用されるＲＦメトリックを得るためのフラットパネルアンテナを用いた通信を有する合成器）」と題する２０１８年１２月２８日出願の米国仮特許出願６２／７８６，２９２号、「ＤＹＮＡＭＩＣ ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ ＲＥＣＯＶＥＲＹ ＷＩＴＨ ＳＩＧＮＡＬ ＲＥ－ＡＣＱＵＩＳＩＴＩＯＮ ＴＯ ＰＲＯＶＩＤＥ ＦＡＵＬＴ ＴＯＬＥＲＡＴＮＴ ＳＩＧＮＡＬ ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ（フォールトトレラント信号合成を提供するための信号再取得を用いた動的合成復元）」と題する２０１８年１２月２８日出願の米国仮特許出願６２／７８６，２９２号、「ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ ＡＳ ＳＩＮＧＬＥ ＡＮＴＥＮＮＡ（単一のアンテナとして制御される複合アンテナ）」と題する２０１８年１２月２８日出願の米国仮特許出願６２／７８６，２８１号、及び「ＣＯＭＢＩＮＥＲ ＡＣＴＳ ＡＳ ＲＯＵＴＥＲ ＦＯＲ ＡＮ ＡＮＴＥＮＮＡ（ＢＯＴＨ ＲＦ ＡＮＤ ＮＥＴＷＯＲＫ ＣＯＮＴＲＯＬ）（アンテナ用ルータとして動作する合成器（ネットワーク制御及びＲＦ制御両方））」と題する２０１８年１２月２８日出願の米国仮特許出願６２／７８６，２５７号に対する優先権を主張し、これらの仮出願特許は、引用により本明細書に組み込まれる。

衛星通信用に電気的に操向可能なフラットパネルアンテナを使用する場合、単一のアパーチャを用いては達成できない性能を通信リンクに提供する必要があることが多い。このことは、多くの場合、衛星からの脆弱な信号がある場合の事例とすることができる。これが生じた場合、衛星からの信号の受信を試みているアンテナは、使用するのに十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）を有していない場合がある。高ビットレートを受信する地上端末の能力は、高い利得対雑音温度比（Ｇ／Ｔ）アンテナを有するこの端末の能力に依存する。

無線周波数（ＲＦ）合成は、当該技術分野で公知である。例えば、セルラーの分野では、ＲＦ合成は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）の配備で使用されてきた。同様に、ＲＦ合成は、衛星合成器において使用されている。

衛星通信システムで使用される合成装置並びにこれを用いた方法。１つの実施形態において、本装置は、送信アパーチャ(transmit aperture)及び受信アパーチャ(receive aperture)を各々が有し、衛星から相関信号(correlated signals)を受信するよう動作可能な複数のアンテナであって、上記受信アパーチャが、上記衛星からの上記信号のうちの１つを受信してその信号品質を決定するよう動作可能である、複数のアンテナと、上記複数のアンテナに通信可能に結合されて、上記複数のアンテナから受信した複数の信号を１つの信号に合成する合成器(combiner)であって、上記合成器は、上記信号に関する少なくとも１つの信号品質メトリック(signal quality metric)に少なくとも部分的に基づいて、上記複数のアンテナにより受信されたどの信号が上記１つの信号に合成されるかを決定するよう動作可能であり、上記少なくとも１つの信号品質メトリックが、上記合成器の外部にある１又は２以上の追跡受信機(tracking receivers)から受信される、合成器と、上記合成器から上記１つの信号を受信するように通信可能に結合されたモデムと、を備え、上記モデムは、単一のアンテナのみが上記合成器に結合されたかのように上記合成器を介して上記複数のアンテナに情報を送信するように動作可能であり、上記合成器は、１つの単一のアンテナが上記合成器に情報を提供するかのように上記複数のアンテナ内のアンテナから受信した上記モデムの情報を集約する(aggregate)ように動作可能であり、これにより、上記合成器は、上記複数のアンテナを上記単一のアンテナとして提示し、上記モデムが１つの単一のアンテナを制御するかのように上記合成器を介して通信できるようになる。

本発明は、以下に与えられる詳細な説明及び本発明の様々な実施形態に関する添付図面からより完全に理解されるであろうが、これらは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、単に説明及び理解のためのものであると解釈されたい。

衛星システムにおける合成器／アービターの１つの実施形態のブロック図である。 受信合成及び送信アービターのためのプロセスの１つの実施形態のフロー図である。 ４つのアンテナからのメトリックを収集する合成器を示す図である。 別の合成器と４つの合成器を介して接続された１６個のアンテナを示す図である。 受信信号合成のための重みを生成するプロセスの１つの実施形態の図である。 モデムが合成器に通信可能に接続され、合成器が複数のアンテナに通信可能に接続された合成端末を示す図である。 複数のアンテナが合成器５０２に接続されている場合でも、モデムがメッセージ（例えば、オープンアンテナモデムインタフェースプロトコル（ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）メッセージ）を使用して単一のアンテナと通信し、単一のアンテナを制御する単一アンテナシステムの１つの実施形態を示す図である。 ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）メッセージ（又は他のメッセージ）を合成器に送信するモデムを示し、合成器は、同じメッセージを４つのアンテナの各々に転送することを示す図である。 ネットワーク接続と共にシステムのＴＦ送信（Ｔｘ）経路を示す図である。 ネットワーク接続と共にシステムのＲＦ送信（Ｒｘ）経路を示す図である。 システムのイーサネット経路を示す図である。 円筒給電ホログラフィック放射アパーチャアンテナの１つの実施形態の概略図である。 グランドプレーン及び再構成可能共振器層を含むアンテナ素子の１つの列の斜視図である。 同調可能共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示す図である。 物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図である。 スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部分を示す図である。 スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部分を示す図である。 第２のアイリス基板層の一部分上のパッチを示す図である。 スロット付きアレイの一部分の上面図である。 円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図である。 外向き波と共にアンテナシステムの別の実施形態を示す図である。 アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す図である。 ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す図である。 同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。

以下の説明では、本発明のより完全な説明を提供するために多くの詳細が示されている。しかしながら、当業者であれば、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施できることは明らかであろう。他の事例では、本発明を曖昧するのを避けるために、周知の構造及びデバイスは、詳細ではなくブロック図の形式で示されている。

上記の技法は、幾つかの衛星アンテナからの信号を合成して、１つのみのアンテナのみを使用する場合に可能となるよりも高い受信（Ｒｘ）リンク性能を達成するためのシステム及び方法に含めることができる。アンテナの実施形態はまた、アンテナの各々からのＲｘ信号品質を解析し、その同じ衛星に送信するのに最適なアンテナを動的に選択する技法を含む。これは、本明細書では、Ｒｘ合成ｗ／送信（Ｔｘ）アービトレーションと呼ばれる。

本明細書で説明する技法を用いて衛星通信用に電子的に操向可能なフラットパネルアンテナを使用する場合、受信（Ｒｘ）信号合成は、単一のアンテナアパーチャを使用することでは達成できない性能を備えた通信リンクを提供する。高ビットレートを受信する地上端末の能力は、高い利得対雑音温度比（Ｇ／Ｔ）アンテナを有するこの端末の能力に依存する。より高いＧ／Ｔアンテナは、本質的に、合成器を使用して２つ（又はそれより多い）のより低いＧ／Ｔアンテナからの信号を電子的に合成することによって生成することができる。１つの実施形態では、高Ｇ／Ｔは、全てのアンテナからのＲｘ信号をコヒーレントに合計することによって達成される。１つの実施形態では、Ｒｘ信号をコヒーレントに合成するために、合成器時間は、信号を整列させた後、当該技術分野で公知の方法で残余位相差を取り除く。受信信号がコヒーレントになると、これらの信号は加算又は合計される。１つの実施形態では、受信信号は、各アンテナからの受信信号の品質に依存する比率で加算される。１つの実施形態では、合成は、当該技術分野で公知である最大比合成（ＭＲＣ）又はその近似値を使用して実行される。このようにして、合成は、ＲＦ領域ではなく、デジタル領域で行われる。

１つの実施形態では、合成動作が妥当な程度の精度で達成される場合、合計は、全アンテナ面積の２倍ごとにＧ／Ｔの２から３ｄＢの増加をもたらす。アンテナが船舶（例えば、船、自動車など）に取り付けられている場合、動きによって、衛星に対するアンテナの各々の距離及び方向が絶えず変化する。従って、このような実施形態では、時間整合機能、位相補正機能、及びＲｘ信号品質評価は、絶えず変化する信号に極めて敏感に応答する。これが可能なのは、信号の測定が、合成器自体内で行うことができ、信号に対する補正を即座に行えることに起因する。

１つの実施形態では、送信のために一度に１つのアンテナアパーチャのみが使用される。地上端末から送信された信号は、端末からハブまでの衛星を通過する信号経路距離に起因して、数百ミリ秒の間は受信できない。ハブでのモデムは、同時送信アパーチャからの合成された受信信号を測定できるが、このモデムは、ハブモデムでの合成された信号がコヒーレントになるように、各アパーチャの送信時間整合をどのようにして変更するかについて、端末にタイムリーな指示を提供すことができない。

１つの実施形態では、任意の所与の瞬間に送信するのに使用される送信（Ｔｘ）アパーチャは、最高のＲＦ信号品質（例えば、最高のＥｓＮ０など）でＲＦ信号を受信している１つのアンテナである。１つの実施形態では、全てのアンテナアパーチャのＲｘ信号品質を継続的に監視するために、最適な信号を有するＲｘ信号が迅速に認識される。１つの実施形態では、これは、本明細書で説明される受信信号合成プロセスの一部として（例えば、最大比合成機能の一部として）行われる。

本発明の実施形態は、複数のアンテナを動作させる合成器システムを含み、これらのアンテナの各々は、共通の衛星に向けられるビームパターンを生成する送信アパーチャ及び受信アパーチャを有し、合成器は、信号合成機能を実行して、受信信号の全体的な有効Ｇ／Ｔを高めて（処理利得が増大しており、モデムから見たときのＲｘノイズフロアが抑制されているので）、Ｒｘ信号の各々の品質についての知識を使用して、送信に好ましい単一アパーチャを選択する。

図１Ａは、衛星システムにおける合成器／アービターの１つの実施形態のブロック図である。図１Ａを参照すると、合成器／アービター１０１は、複数のアンテナ１０３及びデータモデム１０２に合成される。図１Ａには４つのアンテナが示されているが、衛星システムにおいて４よりも多いか又はそれよりも少ないアンテナが存在することができる。アンテナ１０３（アパーチャ１から４）の各々は、衛星から信号を受信し、受信された信号は、合成器／アービター１０１に送られる。１つの実施形態では、衛星から各アンテナによって受信される信号は、アンテナによって受信される記号が同じであるように相互に関連がある（ノイズは相互に関連がない）。１又は２以上のアンテナが、衛星の視野内にないこと、又は信号を受信するのに使用されず、従って、特定の期間に衛星からの受信信号を生成しない可能性があることに留意されたい。

１つの実施形態では、アンテナは、電子的に操向可能なフラットパネルアンテナであり、電子的に操向可能なフラットパネルアンテナの各々は、異なる周波数で独立して且つ同時に動作可能な単一の物理的アパーチャに組み合わされた少なくとも２つの空間的にインターリーブされたアンテナアレイを含み、これらの２つのアンテナサブアレイは、アンテナ素子の同調可能スロットアレイを備える。１つの実施形態では、送信アパーチャ及び受信アパーチャの少なくとも１つは、ホログラフィックビームフォーミングに基づいて動作する。このようなアンテナについて以下でより詳細に説明する。このようなアンテナの例は、２０１５年１１月３０日に出願された「同時複数アンテナ機能を可能にする複合アンテナアパーチャ」と題する米国特許出願公開第２０１６－０２３３５８８Ａ１号に記載されている。図１Ａには４つのアンテナが示されているが、本明細書で説明される技法は、４つのアンテナでの使用に限定されず、４よりも多いか又はそれよりも少ない（例えば、２、３など）アンテナで実行できることに留意されたい。

アンテナ１０３からの受信信号は、受信信号生成器１１０に送られ、ここで信号を単一の受信信号に合成する。１つの実施形態では、受信信号生成器１１０は、受信信号を合計することによって受信信号を合成する。１つの実施形態では、受信信号は、当該技術分野で公知である最大比合成又はその近似値を使用して合計される。信号は、例えば、限定ではないが、等利得合成、切替合成、及び選択合成などの他の方法で合成してもよい。アンテナ１０３から受信された信号から受信信号生成器１１０によって生成された単一の受信信号は、データモデム１０２に送られ、データモデム１０２が、この信号を通信システムの残りの部分に提供する。

１つの実施形態では、アンテナ１０３から受信された信号はまた、信号品質について信号解析器によって解析される。１つの実施形態では、信号解析器は、図１Ａにおける合成器／アービター１０１の一部である信号品質評価ユニット１１３として示されている。
信号解析器は、受信信号の各々に対して信号品質情報を生成し、この信号品質情報をメモリに格納して、合成プロセスの一部として即座に又は後で使用されるようにする。
メモリは、合成器／アービター１０１の一部とすることができ、又は合成器／アービター１０１の外部にあるが、合成器／アービター１０１によってアクセス可能とすることができる。代替的に、信号品質情報はメモリに格納されず、信号品質情報は、受信直後に使用される。１つの実施形態では、信号品質情報は、各受信信号についての信号対雑音比（ＳＮＲ）を含む。１つの実施形態では、ＳＮＲ信号は、アンテナ１０３の各々から受信され、アンテナは、受信信号のＳＮＲを決定してこれを合成器１０１に転送する追跡受信機を備えたコントローラを含む。別の実施形態では、信号解析器は、合成器／アービター１０１の一部ではなく、衛星システムの別の部分に存在する。このような場合、信号品質評価ユニット１１３は、信号品質情報を格納し、これらを選択エンジン１１１に送るか、又は選択エンジン１１１によってアクセスできるようにするメモリ内の単なる記憶領域である。選択エンジン１１１は、衛星に送信するためのアンテナ１０３の１つを選択する。１つの実施形態では、選択エンジン１１１は、選択スイッチ１１２に信号を送り、データモデム１０２からの送信（Ｔｘ）信号を、送信のために選択されたアンテナに送信するようにさせる。１つの実施形態では、選択スイッチ１１２はＲＦスイッチである。１つの実施形態では、選択エンジン１１１は、アンテナ１０３の各々から受信された信号の信号品質に基づいて、送信のために１つのアンテナを選択する。この信号品質の決定は、信号品質評価ユニット１１３から信号品質情報を得ることによって行われる。１つの実施形態では、選択エンジン１１１は、ハードウェア（例えば、回路、専用論理回路など）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用マシン上で実行されるものなど）、ファームウェア、又はこれら３つの組み合わせを含む。

１つの実施形態では、選択エンジン１１１は、信号の信号品質を使用した情報及び／又はアンテナ１０３の各々又は他の信号源から受け取った他の情報に基づいて、送信のために１つのアンテナを選択することに留意されたい。１つの実施形態では、この情報は、アンテナの自己報告送信能力を含み、これは、指向精度、指向閾値（例えば、シータ／スキャン、仰角）、既知の妨害（例えば、既知の不良ファイプラスシータ範囲）及び／又はアップリンクパワー制御（ＵＰＣ）に関連するＥＩＲＰ制限に対するその構成された制限による影響を受ける。１つの実施形態では、選択は、ＢＵＣステータス、温度、ネットワーク接続ステータス、スケジュール設定されたソフトウェア更新などを含むことができる、合成器又はアンテナからのヘルス情報の状態に基づいて行われる。

図１Ａは、特定の周波数帯域、又はアップコンバージョン及びダウンコンバージョン機能を示していない点に留意されたい。この概念は、本明細書で説明される技法によって影響を受けることはなく、本明細書で説明する機能が、ＲＦで行われるか、ＩＦで行われるか、又はベースバンドで行われるかに関係なく、同じである。ベースバンドでこれらの機能を実行することは、ＲＦ合成を用いた本発明の実施構成を実現する際に極めて複雑になるタイミング問題に対して極めて耐性がある。

図１Ｂは、受信合成及び送信アービトレーションのためのプロセスの１つの実施形態のフローチャートである。１つの実施形態では、プロセスは、ハードウェア（回路、専用論理回路など）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステム又は専用マシン上で実行されるものなど）、ファームウェア、又はこれらの３つの組み合わせを含むことができる処理論理回路によって実行される。１つの実施形態では、フローチャートにおける１又は２以上の動作は、図１Ａの合成器／アービターによって実行される。

図１Ｂを参照すると、プロセスは、複数のアンテナを使用して衛星から信号を受信するステップから始まり、アンテナの各々は、送信アパーチャ及び受信アパーチャを有する（処理ブロック１２１）。１つの実施形態では、衛星から各アンテナによって受信される信号は、アンテナによって受信される信号のビットが同じであるという点において、相互に関連がある。

上述したように、１つの実施形態では、アンテナは、電子的に操向可能なフラットパネルアンテナであり、電子的に操向可能なフラットパネルアンテナの各々は、異なる周波数で独立して且つ同時に動作可能な単一の物理的アパーチャに組み合わされた少なくとも２つの空間的にインターリーブされたアンテナアレイを含み、これらの２つのアンテナサブアレイは、アンテナ素子の同調可能スロットアレイを備える。

各アンテナについて、処理論理回路は、各受信信号に関する信号品質を解析する（処理ブロック１２２）。１つの実施形態では、信号解析器は、各信号に対して解析を実行する。１つの実施形態では、信号解析器は、理想的なコンスタレーションポイントと受信機によって受信されたポイントとの間の誤りベクトルを測定し、限定ではないが、変調誤差、誤りベクトルの大きさ、シンボルあたりのエネルギー対雑音電力スペクトル密度（Ｅ_s／Ｎ_o）、ビットあたりのエネルギー対雑音電力スペクトル密度比（Ｅ_b／Ｎ_o）、搬送波対雑音比、及び信号対雑音比を含むことができ、これらは当該技術分野で公知である。これらの信号解析器は、合成器／アービターの一部とすることができ、又は衛星端末の一部であり、解析器の信号解析の結果として合成器／アービターに受信信号品質情報を提供することができる。１つの実施形態では、信号解析は、受信信号のＥ_s／Ｎ_o（又は別の信号品質メトリック）を合成器／アービターに送る、アンテナ上の追跡受信機によって実行される。１つの実施形態では、信号解析は、受信された信号の各々のＥ_s／Ｎ_oを決定し、この情報は、合成器／アービターが利用可能になる。Ｅ_s／Ｎ_oの代わりに、限定ではないが、受信信号強度及びチャネル間の相互相関メトリックを含む、他の信号品質メトリックが使用できる点に留意されたい。以下の説明では、Ｅ_s／Ｎ_oが信号品質メトリックに使用されるが、上述したものなどの他の信号品質メトリック、及び周知の他の信号品質メトリックが、以下で説明するプロセスにおいて使用すること、又は他の場合には置き換えることができることに留意されたい。

受信信号品質情報を決定した後、処理論理回路は、解析から生成されたアンテナの受信信号品質情報を格納する（処理ブロック１２３）。受信信号品質情報は、合成器／アービターによってアクセスできる衛星端末内のメモリに格納することができる。代替的に、受信信号品質情報は、合成器／アービター内のメモリに格納される。

処理論理回路は、受信信号を１つの信号に合成する（処理ブロック１２４）。１つの実施形態では、受信信号を合成することは、信号をコヒーレントに合計することを含む。１つの実施形態では、受信信号は、当該技術分野で周知である最大比合成（ＭＲＣ）又はその近似値を使用して合成される。より具体的には、１つの実施形態では、合成器内の処理論理回路（例えば、プロセッサハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれら３つ全ての組み合わせ）は、相互相関を使用して信号を合成する。１つの受信信号を基準として使用して、合成器は、他の信号を相互相関させて、各信号に関する遅延推定値を決定してこの信号に追加し、これらの信号が、基準信号と合成することができるようになる。１つの実施形態では、基準信号は、合成器に接続された全てのアンテナから送信するためのアンテナとして指定されたアンテナから受信される１つの受信信号である。別の実施形態では、基準信号は、最高の信号品質（例えば、最高のＥ_s／Ｎ_o）を有する１つの受信信号である。

１つの実施形態では、ＭＲＣの一部として、合成器内の処理論理回路は、重み付け方式で信号を合成する。すなわち、受信信号の各々に対して重みが決定されて適用され、合成信号は、受信信号の重み付け量の組み合わせである。１つの実施形態では、重みの各々は、それぞれの信号のＥ_s／Ｎ_o（又は信号品質）に基づく。１つの実施形態では、重みは、その信号のＥ_s／Ｎ_oと、合成される１又は複数の他の信号のＥ_s／Ｎ_oとの比率に基づいて決定される。例えば、合成される全ての受信信号が、同じＥ_s／Ｎ_oを有する場合、これらの信号は、信号の各々の同じパーセンテージを使用して合成される。しかしながら、２つの信号が合成されており、１つの受信信号のＥ_s／Ｎ_oが別の信号のＥ_s／Ｎ_oの半分である場合、Ｅ_s／Ｎ_oの半分を有する受信信号の３分の１が、より高いＥ_s／Ｎ_oを有する受信信号の３分の２と合成される。従って、１つの実施形態では、合成器によって実行される合成プロセスは、信号の重み付け量を追加し、重みは、信号のＥ_s／Ｎ_o（又は信号品質）に基づく。

アンテナの各々の受信信号品質に基づいて、処理論理回路は、アンテナの１つを選択して、アンテナの各々の衛星に送信する（処理ブロック１２５）。１つの実施形態では、受信信号品質情報は、メモリからアクセスされ、送信するアンテナを選択するのに使用される。１つの実施形態では、１つのアンテナを選択することは、複数のアンテナ内の他のアンテナよりも高い信号品質を有する１つのアンテナに基づく。

選択後、処理論理回路は、データモデムから選択されたアンテナに送信信号を配向し、選択されたアンテナは、データを衛星に送信する（処理ブロック１２６）。

ＲＦ信号合成のためのＲＦメトリックの取得
１つの実施形態では、各アンテナは、ＲＦ信号品質（例えば、受信信号Ｅ_s／Ｎ_o）を含むアンテナ自体のメトリックを計算してこれを格納する。１つの実施形態では、合成器は、通信プロトコル（例えば、ＴＣＰソケット（例えば、テキストメッセージ、バイナリメッセージ、ＪＳＯＮメッセージを用いた）又は他のプロトコル）を使用して、接続されたアンテナと通信し、継続的に実際のアンテナメトリック（例えば、限定ではないが、Ｅ_s／Ｎ_o値などの信号品質メトリック）を収集する。全てのアンテナからの実際のＲＦ信号情報を有することは、最も効率的な方法で信号を合成するのに役立つ。

図２は、４つのアンテナ、すなわちアンテナ１～４からメトリックを収集する合成器２０１を示している。１つの実施形態では、メトリックは、例えば、アンテナにより受信された信号を、モデムに送られる１つの信号に合成し、任意の時点においてどのアンテナが送信に使用されるかを決定するアービトレーションを実行することなどを含む、合成器の動作を制御するのに使用することができる。

１つの実施形態では、合成器（例えば、図１Ａの合成器１０１）のコントローラは、費用のかかるＲＦ測定ハードウェア、又は合成器での信号品質情報の追加の計算を必要とせずに、接続された全てのアンテナ上の無線周波数（ＲＦ）信号品質に関する最新情報を受信する。１つの実施形態では、信号品質情報は、アンテナ自体から合成器に提供される。１つの実施形態では、アンテナの各々は、信号品質情報を提供するための追跡受信機を有する。アンテナに信号品質情報を提供させることは、これらのメトリック自体を決定する必要がないので、同調及び復調のための幾つかの費用のかかる構成要素を合成器から省略できるようになる点に留意されたい。例えば、１つの実施形態では、各アンテナは、アンテナＲＦメトリック（例えば、信号品質）を生成するのに使用する復調器を含み、合成器用のコントローラが、このような復調器を必要とせず、それ自体でＲＦ信号品質を生成する必要がないようになる。すなわち、ＲＦ信号品質に関するＲＦメトリックの計算は、アンテナ自体で生成することができ、合成器でのその計算時間が、他の動作のために解放される。このようにして、高周波受信機情報は、合成器ではなくアンテナ自体で追跡される。これにより、重複ハードウェアの必要がないので、合成器の費用が削減される。これのもう１つの利点は、追跡受信機が波形に特有のものであるので、合成器が、実際の波形から切り離され、これによって、合成器が、メトリックを提供できる又はメトリックが提供され得る任意のアンテナ／波形を用いて動作することが可能になることである。

別の実施形態では、信号品質情報は、アンテナの一部ではないが合成器の外部にある追跡受信機によって提供される。これはまた、同じ利点を有する。

１つの実施形態では、ＲＦ信号品質に関する最新の情報を維持することは、合成器と、アンテナのメトリック（例えば、ＲＦ信号品質メトリック（例えば、Ｅ_s／Ｎ_o、ＳＮＲ、ＲＳＳＩなど）をリアルタイムで監視する接続アンテナ１～４との間の連続的通信を使用して達成される。１つの実施形態では、通信は、メトリックが所定の間隔で各アンテナから得られるという点において連続的である。１つの実施形態では、所定の間隔は、アンテナのフレームレートに基づく。１つの実施形態では、フレームレートは、アンテナにおけるパターンがリフレッシュされる速度（例えば、４ミリ秒ごと）に基づく。別の実施形態では、各アンテナは、以前に提供された値からメトリック値の変化があった場合にのみ、一定の間隔（例えば、４ミリ秒）で、更新されたメトリックを提供する。
これは、特に、アンテナが移動しておらず且つメトリックが変化しておらず、従って、メトリックの更新が頻繁に行われる必要がないことを意味する状況で好都合である。これはまた、低シンボルレートのシナリオの場合、又はメトリックを提供するデバイスが低レート更新のみ可能である場合にも好都合である。

１つの実施形態において、これらのＲＦメトリックは、アンテナによって収集され、アンテナ制御及び性能最適化を目的とする。１つの実施形態において、アンテナによって受信された信号のＲＦ信号品質は、合成器に伝達され、合成器による意思決定で使用される。

１つの実施形態において、ＲＦメトリックは、ネットワーク接続を介してデータの離散的メッセージにおいてアンテナと合成器の間で伝達される。１つの実施形態において、アンテナと合成器の間でメッセージを伝送するのに、周知のプロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）が使用される。各メッセージの即時的な到着により、情報に関する準リアルタイムの動作を提供する。例えば、１つの実施形態において、各アンテナからＲＦメトリックが受信されると、合成のため受信信号に適用される重みを更新することができる（例えば、重みは、アンテナで追跡している受信機からのＥ_s／Ｎ_oに基づいて計算される）。

従って、合成器のコントローラは、例えば、合成器動作の実施に使用するため、各アンテナからのＲＦ信号の品質を含む、アンテナメトリックを収集するため接続されたアンテナとの連続的通信を可能にする。

１つの実施形態において、合成器は、カスケード接続された合成器で使用される。カスケード接続システムにおいて、１つの実施形態では、合成器は、計算の一部としてシステム内の低階層からのメトリックを使用する。図３では、４つの合成器（例えば、合成器１～４）と接続された１６個のアンテナ（１～１６）を示している。４つの合成器１～４はまた、別の合成器（例えば、合成器５）と接続されている。１つの実施形態において、４つの合成器（１～４）の各々は、接続されたアンテナによって受信された信号の合成メトリック（例えば、合成信号が何のためのものであるかの合成推定Ｅ_s／Ｎ_o）を第５の合成器（例えば、合成器５）に出力する。最後の合成器（５）は、これら４つの推定Ｅ_s／Ｎ_oを受信し、これらメトリックに基づいて処置を行う。

合成器は、全ての事例において接続された全てのアンテナからの信号を合成する訳ではない点に留意されたい。これは、幾つかの理由で起こる可能性がある。このような理由の１つは、加入者の選好が低コスト接続（例えば、より低い信号レート）であり、合成なしにより低接続コストになることである。これはまた、閾値を下回る信号品質（例えば、Ｅ_s／Ｎ_o、ＳＮＲ）の場合にも当てはまることができる。このような場合、信号は、合成プロセスの一部ではない。１つの実施形態において、信号は、重み（信号寄与）をゼロに設定することにより、合成プロセスから除去される。

（動的合成回復）
本発明の実施形態は、アンテナから受信した信号が劣化後に改善されたとき、又はアンテナが衛星へのロックを失ったことに起因して信号が完全に失われたときに、回復するための合成プロセスを含む。このようにして、信号の再取得は、フォールト・トレラントな信号合成を提供する。

１つの実施形態では、通常、ＲＦ信号はアンテナによって受信され、合成器に送信されて、信号を単一の信号に合成し、これがモデムに送信されるが、アンテナが衛星へのロックを失った場合、アンテナから受信され合成器に送信された何れかのＲＦ信号は、単一の合成信号を生成するのに使用される信号の追加には使用されない。アンテナが衛星へのロックを再取得した後、アンテナから受信した信号は、自動的に取り込まれ、合成器による合成に使用される。このようにして、合成信号の品質は、信号特性がアンテナ側で改善された直後、又はアンテナが衛星へのロックを再取得したときに回復することができる。

１つの実施形態において、アンテナからのＲＦ信号が、特定の信号品質（例えば、特定のＳＮＲレベル）又はそれ以上にあるか、又はアンテナが衛星へのロックを再取得すると、当該信号は、受信した信号合成に含められる。合成を復元するために人の介入は必要とされない。合成は、特定の品質レベルの信号及び／又は物理層衛星ロックを有するアンテナからの信号で行われるので、最適な合成信号を取得することができる。

１つの実施形態において、アンテナに関する情報は、合成器に提供されて、従来の最大比合成器におけるよりもその信号品質に関してより多くの情報に基づいた決定を下すことができるようにする。１つの実施形態において、合成において何れかの特定のアンテナ（例えば、フラットパネルアンテナなど）から受信した信号を使用するかどうかの決定は、信号を受信したアンテナから受信した無線周波数（ＲＦ）メトリックを分析した後に行われる。１つの実施形態において、各アンテナから受信された信号品質メトリックに基づいて、重みが信号に割り当てられ、この重みは、アンテナからの受信信号が、アンテナからモデムへの信号を合成することによって生成される合成出力信号に寄与することになる量を決定する。しかしながら、制御プロセス（ＣＰ）を使用する合成器のコントローラは、１又は一部のアンテナからの信号を全く使用しないことを決定することができる。例えば、１つの実施形態において、各アンテナは、衛星との物理層ロック(physical layer lock)を有するという指標を合成器に絶えず提供する。１つの実施形態において、この指標は、各アンテナによって合成器に提供される物理層ロック（ＰＬ同期）信号の形式である。１つの実施形態において、物理層ロックが失われ、ＰＬ同期信号がもはやアンテナによって合成器に提供されなくなった場合、これは、物理層フレーム同期（合成器によってアンテナから読み取られたＰＬ同期信号によって示される）が達成されなかった場合に起こり、合成プロセスのために当該アンテナからの受信信号に適用される重みはゼロであり、受信信号は、合成器がモデムに送信する合成受信信号に寄与しない。別の実施形態では、この指標は、アンテナからの受信信号を合成すること、又は合成されないことを指定する信号又はインジケータの形式である。１つの実施形態において、この信号又はインジケータは、受信信号がモデムの期待している信号ではないことを示す。別の実施形態では、システムは、モデムからのロックをチェックし、次に、（信号を相関させる）相関器を使用して、他のアンテナが同じ信号上にあるかどうかを決定する。

１つの実施形態において、メトリックはアンテナによって絶えず送信されるので、アンテナからの信号は、その信号品質が向上すると、自動的に合成プロセスに追加することができる。このことは、アンテナによって受信される信号の品質が時間的に一定ではないので、重要なことである。１又は２以上の信号の品質が低い場合に複数のアンテナからの信号を合成すると、出力信号の品質が低下する。このため、合成器の動作中にどのアンテナからどの信号を合成に使用するか、及びどの比率で使用するかを自動的に決定する必要がある。

図４は、合成のためのプロセスの１つの実施形態のフロー図である。１つの実施形態において、プロセスは、合成器のハードウェア及びソフトウェアによって実行される。

初期設定後、合成器制御プロセス（ＣＰ）４０３は、タイマー４０２を特定の時間４１０に設定する。１つの実施形態において、タイマーは、アンテナのフレームレートに等しい量（例えば、４ミリ秒）に設定される。時間切れになると、タイマーが作動し（４１１）、これにより、ＣＰで合成器重み調整手順の実行をトリガーして、信号品質メトリック（例えば、ＳＮＲ）に基づいて合成中に適用する重みを決定する。

この手順の間、１つの実施形態において、ＣＰは、接続されたアンテナの各々にメトリックのリクエスト４１２～４１５を送信し、アンテナの各々は、メトリック４２０～４２３に応答する。別の実施形態では、アンテナアパーチャは、信号品質（例えば、Ｅｓ／Ｎｏ）を測定し、次いで、これを合成器にストリーミングし、合成器は、最新のＥｓ／Ｎｏ
推定値を利用及び使用することになる。このような場合、リクエスト４１２～４１５は必要ではない。

次に、ＣＰは、各チャネルの新しい重みを計算する（４３０）。１つの実施形態において、アンテナメトリックは、計算への入力である。ＣＰが計算を終了すると、新しい重みが合成器ハードウェアに送信される（４４０）。上記のように、アンテナの一部からの信号は、ＣＰの決定に基づいて除外することができる。

その後、タイマーが再度設定され（４５０）、プロセスが繰り返される。

単一アンテナとして制御される複合アンテナ
１つの実施形態において、複数のアンテナが、デバイス（例えば、モデム）から制御された衛星と単一アンテナとして通信するのに使用される。１つの実施形態において、モデムは、例えば、限定ではないが、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）などのポイントツーポイントプロトコルを使用して、複数のアンテナを単一のアンテナとして制御する。モデムは単一のエンティティである合成器と通信するので、モデムに関連する限り、単一のアンテナを制御している。単一の接続されたアンテナは通常、そのデータを直接モデムに返信するが、１つの実施形態において、合成器は、接続されたアンテナ全てから信号を受信し、適切なデータをモデムに送信する。言い換えると、合成器は、モデムへの単一のインターフェースを提供し、接続されたアンテナ（例えば、フラットパネルアンテナ）間の制御情報の配布を処理し、アンテナ（例えば、フラットパネルアンテナ）から返されたデータを統合して、適切なデータだけをモデムに送信する。１つの実施形態において、これにより、合成システムは、単一アンテナシステムと比較して改善された情報をモデムに提供することができる（例えば、合成システム内の１つのアンテナが、サイトの回線制限に起因して現在の衛星にロックできない場合、空中の無制限部分をサーチして、利用可能な他のビームオプションをモデムに通知することができる）。

１つの実施形態において、合成器は、モデムからの信号に基づいてモデムに送信するための適切なデータを選択する。例えば、モデムが特定の衛星にリンクするリクエストを送信した場合、合成器は、そのリクエストを接続されている全てのアンテナに送信する。１つのアンテナのみが衛星にリンクできる場合、合成器は、リンク動作が成功したこと（すなわち、適切なデータ）だけをモデムに示し、モデムのリクエストがアンテナの少なくとも１つのアンテナによって適合されないので、衛星にリンクできなかったアンテナの応答を送信しない（すなわち、適切なデータではない）。別の例として、１つの実施形態において、合成器は、アンテナからの信号を合成し、モデムに転送される１つの信号を生成する。アンテナの１つからの信号が他のアンテナと相関していない場合、又は他のアンテナとは関係のない送信に関連している場合（例えば、別の衛星との通信からの信号）、合成器は、そのデータが合成信号に影響を与える可能性があり、適切なデータではないときに、モデムに送信される合成信号を生成するために当該信号を使用しない。従って、本明細書にて開示される技術は、単一のモデムから複数のアンテナを制御する方法を提供する。これは、既存のモデム又はポイントツーポイントプロトコル（例えば、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標））を使用する既存のモデム及びアンテナを含む既存のアンテナを変更する必要がない点で有利である。

１つの実施形態において、モデムは、ポイントツーポイントプロトコルを使用して、モデムと合成器との間で通信する。合成器は、これらの通信をアンテナに転送しているので、ポイントツーポイントプロトコルは、ポイントツーマルチポイントプロトコルとして使用されている。１つの実施形態において、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）は、モデムと合成器間、及び合成器と各アンテナ間の通信に使用される（例えば、各アンテナは、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）を使用して、選択したデータを合成器に返信する）。このデータは、合成器から及び／又は合成器を介してモデムから受信した制御データ又はステータスデータに応答することができる。

代替の実施形態では、モデムは、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）とは異なるプロトコルを使用して合成器と通信し、合成器は、引き続きＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）を使用してアンテナと通信し、又はその逆も同様である。代替の実施形態では、モデム－合成器及び／又は合成器－アンテナ通信の両方は、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）以外のプロトコルを介することができる。更に別の実施形態では、モデムは、アンテナを直接制御せず（搬送波当たりに単一のチャネル（ＳＣＰＣ）又は他の固定設置）、合成器は、アンテナへの中間配布器ではなく「マスターコントローラ」になるように変更される。言い換えると、合成器は、モデムの代わりにアンテナへのコマンドの提供源になることができる。これは、例えば、合成システムが機能している衛星が１つだけ存在する場合に機能する。

図５は、モデム５０１が合成器５０２に通信可能に接続されている合成システムを示し、合成器は、複数のアンテナ１～４に通信可能に接続されたている。４つのアンテナが示されているが、本明細書に開示される技術は、４つのアンテナに限定されず、４つ未満のアンテナ又は４つを超えるアンテナを有して使用することができる。

１つの実施形態において、モデム５０１は、合成器５０２に通信可能に接続され、合成器５０２は、イーサネット接続を介して複数のアンテナ１～４に通信可能に接続される。１つの実施形態において、イーサネット接続のプロトコルは、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）である。

図６は、複数のアンテナが合成器５０２に接続されている場合でも、モデム５０１がＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）を使用して単一のアンテナと通信し、単一のアンテナを制御する単一アンテナシステムを示す。

図７は、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）メッセージを合成器に送信するモデムを示しており、合成器は、同じメッセージを４つのアンテナの各々に転送する。従って、モデムは、システム内に１つのアンテナしかないかのように動作している場合でも、アンテナ全てに同じ情報を送信する。合成器からの（及び元々はモデムによって送信された）メッセージに応答して、４つのアンテナの各々は、別のＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）メッセージを合成器に送信する。これらのメッセージは、アンテナステータス情報を含むことができる。アンテナからのＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）メッセージに応答して、合成器は、どの情報をモデムに返信するかを決定する。このようにして、合成器は、全てのアンテナからステータスを取得し、適切なステータスを返信する。一般に、１つの実施形態において、システムの送信アンテナとして機能するアンテナからのメッセージは、モデムに返信される。

別の実施形態では、各アンテナはまた、異なるインターフェースを使用して信号メトリックを合成器に送信し、合成器は、その合成及びアービトレーションアルゴリズムで使用する。これらのアルゴリズムについて、以下で詳細に説明する。１つの実施形態において、インターフェースは、例えば、ＵＰＤ又はＴＣＰオーバーイーサネットを含む、様々な方法で実装することができる。

更に、合成器は、アンテナから特定の情報を取得し、これを集約する。１つの実施形態において、これは、ＧＰＳ座標、ＳＮＲ又は他の信号品質メトリック（ＡＳＭ上の追跡受信機からの）、及びアンテナによって実行された完全な検索の数を示す検索カウントを含む。１つの実施形態において、１つのアンテナが衛星を発見した場合、合成器は、モデムに送信される検索カウントをゼロに維持する。

１つの実施形態において、モデムからアンテナへのメッセージの少なくとも幾つかは、合成器によって格納される。これは、アンテナ（例えば、フラットパネルアンテナ）を再起動するときに役立つ。このような場合、これらのメッセージにアクセスして、アンテナの現在のセットアップを判別することができる。

１つの実施形態において、合成器は、モデムとアンテナ（例えば、フラットパネルアンテナ）の両方に「キープアライブ」メッセージを送信する。例えば、１つの実施形態において、モデムが合成器から切断されると、合成器は、アンテナ（例えば、フラットパネルアンテナ）への「キープアライブ」メッセージの送信を停止する。ある時には、送信用に指定されたアンテナは、合成器からのキープアライブメッセージの受信を保持する。他の場合には、合成器は、モデム接続がない場合でも、全てのアンテナへのキープアライブメッセージを維持する。

アンテナのルータとして機能する合成器（ＲＦ及びネットワーク制御の両方）
本明細書に開示される技術は、１又は２以上のアンテナ、合成器、及びモデムを含むシステムによって促進されるネットワークアクセスを提供する。１つの実施形態において、これは、作業又は物理的構成要素の最小限の重複で達成される。１つの実施形態において、システムは、システムの他の全ての要素へのシステムの全ての要素の完全且つ透過的な接続を提供する。１つの実施形態において、このシステムは、接続された全てのデバイスに対してシステムによって提供されるインターネット接続へのアクセスを容易にする。言い換えれば、１つの実施形態において、ネットワークの可用性は、システムの様々な要素が協働して動作することによって促進され、復号された信号が複数の専用デバイス（アンテナ、ＲＦ合成器、モデム．．．）にセグメント化されていることを理解しながら、システムの全ての要素がネットワークを利用できるようにする。１つの実施形態において、本明細書にて開示される技術を使用して、復調で使用される高価なハードウェア構成要素は、ネットワーク情報を共有するためにだけこれらを必要とするデバイスから省略することができる。また、アンテナによって提供されて合成器によって合成された信号は、モデムにて復調され、モデムによってそのＲＦデータから生成されたネットワークは、合成器を介してシステムの他の全ての要素で利用できるようになる。

より具体的には、１つの実施形態において、システムの全ての要素は、互いに通信することができる。１つの実施形態において、この通信は、イーサネットを介して、及び合成器と各アンテナとの間、並びにモデムと合成器との間に取り付けられた無線周波数（ＲＦ）ケーブルを介して実行される。イーサネット接続により、合成器とアンテナ間のメッセージングが可能になる。ＲＦ接続により、システムのアンテナから受信した信号を合成器により合成して、モデムが衛星を介してリモートリンクと通信するのに必要な信号ループを完成させることができる。この相互の通信により、システムは、インターネット（又は別のネットワーク）の他の部分への接続を構築することができる。従って、ネットワーク端末の一部として実行する独自のタスクを有する個々の構成要素が連携して、構成要素間の接続によってネットワーク（例えば、インターネット）への全体的な接続が生成されるので、システムの各構成要素の機能が向上する。

これは、幾つかの理由で有利である。例えば、簡素化された分散配置により、ハードウェアの繰り返しが低減され、コストが削減される。この分散配置は、全体的な通信メカニズムのごく一部について知るために必要な構成要素のみによって問題を単純化する。更に、１つの実施形態において、合成器は、例えば、ネットワークファイアウォール、ＤＮＳ、プロキシ、データキャッシュ、ＶＰＮトンネリング、その他などの１又は２以上の構成要素（アンテナのみの）を提供することができる。従って、ネットワークにわたるモデム構成を管理せずに忠実度の低いモデムを使用すると、合成器は、合成器及びアンテナのためのハイエンドルータとして機能することができる。

図８は、システムと共にＲＦ送信（Ｔｘ）経路を示している。図８を参照すると、送信ＲＦエネルギーは、モデム８０１から合成器８０２を介してアンテナに送られる。図９は、システムのＲＦ受信（Ｒｘ）経路を示している。図９を参照すると、受信ＲＦエネルギーは、アンテナによって収集され、復調され、整列され、合成され、コントローラ８０４によって合成器内で変調され、次いで、復調のためにモデム８０１に送られる。図１０は、イーサネット経路を示している。この場合、イーサネットメッセージは、アンテナの各々と合成器の間、及びモデムとアンテナの各々との間で通信される。

従って、図８～１０は、ネットワーク（例えば、インターネット）への単一のモデム接続によりアンテナ及び合成器を有効にすることを示している。ＲＦ経路は、インターネット接続を取得するのに使用され、アンテナ及び合成器は全て、インターネット接続を提供する当該モデムを介して同じインターネット接続を使用する。従って、１又は２以上のアンテナが適正な衛星に向けられていない場合でも、インターネット接続を取得することができる。

このようなシステムの別の利点は、システムが、通常は各アンテナについて同じ情報を取得するために複数の個別のリクエストを必要とする（例えば、アンテナのソフトウェア更新パッケージ）はずの情報をアンテナ間で共有するキャッシュとして機能できることである。これにより、アンテナごとに情報を送信するコストが削減される。

別の実施形態では、本明細書に記載される技術を使用して、様々な信号を調べる複数のアンテナ（例えば、２つの異なるアンテナ）を有することができ、モデムは、特にアンテナが現在ブロックされている場合に、異なる信号を検索する。これは、複数のアンテナが複数の異なる信号を受信して異なる衛星に送信し、これらのアンテナをより効率的に使用して、空中可視性に基づいて協働することができる用途（例えば、クルーズ船）において有益とすることができる。

アンテナ実施形態の例
上記の技術は、フラットパネルアンテナと共に使用することができる。このようなフラットパネルアンテナの実施形態が開示されている。フラットパネルアンテナは、アンテナアパーチャ上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は、液晶セルを含む。１つの実施形態において、フラットパネルアンテナは、行及び列状に配置されていないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定して駆動するためのマトリクス駆動回路を含む円筒形給電アンテナである。１つの実施形態において、要素はリング状に配置される。

１つの実施形態において、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアンテナアパーチャは、共に結合された複数のセグメントから構成される。セグメントの組み合わせは、共に結合されたときに、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態において、同心リングは、アンテナ給電部に対して同心である。
アンテナシステムの例

１つの実施形態において、フラットパネルアンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地上局用のメタマテリアルアンテナシステムの実施形態について説明する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、民間商用衛星通信用のＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数の何れかを使用して動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上、その他）上で動作する衛星地上局（ＥＳ）の構成要素又はサブシステムである。アンテナシステムの実施形態はまた、モバイルプラットフォーム上ではない地上局（例えば、固定地上局又は可搬地上局）で使用することもできる点に留意されたい。

１つの実施形態において、アンテナシステムは、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを介して送受信ビームを形成して操向する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を使用してビームを電気的に形成し操向するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。

１つの実施形態において、アンテナシステムは、３つの機能的サブシステム、すなわち、（１）円筒波給電アーキテクチャからなる導波構造、（２）アンテナ素子の一部である波散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、及び（３）ホログラフィ原理を使用してメタマテリアル散乱素子からの調整可能な放射場（ビーム）の形成を命令する制御構造から構成される。

アンテナ素子
図１１は、円筒状給電ホログラフィック放射状アパーチャアンテナの１つの実施形態の概略図を示している。図１１を参照すると、アンテナアパーチャは、円筒状給電アンテナの入力給電部６０２の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子６０３の１又は２以上のアレイ６０１を有する。１つの実施形態において、アンテナ素子６０３は、ＲＦエネルギーを放射する無線周波数（ＲＦ）共振器である。１つの実施形態において、アンテナ素子６０３は、アンテナアパーチャの全表面上に交互配置され分散されるＲｘアイリス及びＴｘアイリスの両方を備える。このようなアンテナ素子の実施例は、以下に更に詳細に説明される。本明細書で説明するＲＦ共振器は、円筒状給電部を含まないアンテナで使用できる点に留意されたい。

１つの実施形態において、アンテナは、入力給電部６０２を介して円筒波給電を供給するのに使用される同軸給電部を含む。１つの実施形態において、円筒波給電アーキテクチャが、給電点から円筒状に外向きに広がる励起を中心点からアンテナに供給する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心状給電波を生成する。それでも、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形、又は何らかの形状とすることができる。別の実施形態では、円筒状給電アンテナは、内向きに進む給電波を生成する。このような場合には、円形構造から生じる給電波が、最も自然である。

１つの実施形態において、アンテナ素子６０３は、アイリスを備え、図１１のアパーチャアンテナは、同調可能液晶（ＬＣ）材料を通ってアイリスを放射させるための円筒状給電波からの励起を使用することによって形成される主ビームを生成するのに使用される。１つの実施形態において、アンテナは、所望の走査角で水平又は垂直に偏極した電界を放射するように励起することができる。

１つの実施形態において、アンテナ素子は、パッチアンテナのグループを備える。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを備える。１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、この上部導体にエッチング又は堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。当業者には理解されるように、液晶とは対照的に、ＣＥＬＣの関連でのＬＣは、インダクタンス・キャパシタンスのことを指す。

１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が、散乱素子の周りのギャップに配置される。このＬＣは、上述の直接駆動実施形態によって駆動される。１つの実施形態において、液晶は、各単位セル内に封入され、スロットに関連する下部導体をそのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及びひいては誘電率）は、液晶両端間のバイアス電圧を調節することによって制御することができる。１つの実施形態において、この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチを統合する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さいダイポールアンテナのような電磁波を放射する。本明細書での教示は、エネルギー伝達に関して２値的に動作する液晶を有することに限定されない点に留意されたい。

１つの実施形態において、このアンテナシステムの給電幾何形状は、アンテナ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めすることを可能にする。他の位置（例えば、４０°の角度）が使用できる点に留意されたい。素子のこの位置は、素子によって受信されるか又は素子から送信／放射される自由空間波の制御を可能にする。１つの実施形態において、アンテナ素子は、アンテナの作動周波数の自由空間波長より短い素子間隔で配列される。例えば、１波長につき４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚ送信アンテナ内の素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の４分の１）となる。

１つの実施形態において、２組の素子は、互いに垂直であり、同じ同調状態に制御される場合に、等しい振幅の励起を同時に有する。給電波の励起に対してこれらの素子をプラスマイナス４５度回転させることにより、両方の所望の機能が同時に達成される。一方の組を０度回転させ、他方を９０度回転させることによって、垂直目標は達成されるが、等振幅励起目標は達成されない。０度と９０度を使用して、２つの側部から単一構造のアンテナ素子アレイを給電する場合に、分離が達成できる点に留意されたい。

各単位セルから放射されるパワーの量は、コントローラを使用してパッチに電圧（液晶チャネルの両端の電位）を印加することによって制御される。各パッチに対するトレースは、パッチアンテナに電圧を供給するのに使用される。この電圧は、キャパシタンス及び従って個々の素子の共振周波数を同調又は離調させて、ビーム形成を達成するのに使用される。必要とされる電圧は、使用される液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、これを超える電圧の増加が液晶での大きな同調をもたらさない飽和電圧とによって主として説明される。これら２つの特性パラメータは、液晶混合物が異なると変化する場合がある。

１つの実施形態において、上述のように、マトリクス駆動を使用してパッチに電圧を印加して、各セルが、各セルに対して別個の接続を有することなく他の全てのセルから切り離して駆動されるようになる（直接駆動）。素子が高密度であるために、マトリクス駆動は、各セルを個別にアドレス指定するのに効率的な方法である。

１つの実施形態において、アンテナシステム用の制御構造は、２つの主要な構成要素を有し、すなわち、アンテナシステム用の駆動電子機器を含むアンテナアレイコントローラは、波散乱構造の下方にあり、その一方、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射を妨害しないように放射ＲＦアレイ全体にわたって散在している。１つの実施形態において、アンテナシステム用の駆動電子機器は、各散乱素子へのＡＣバイアス信号の振幅又はデューティサイクルを調節することによって、この散乱素子に対するバイアス電圧を調節する市販のテレビジョン装置で使用される市販の既製ＬＣＤ制御装置を備える。

１つの実施形態において、アンテナアレイコントローラはまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを包含する。制御構造はまた、プロセッサに位置及び方位情報を提供するセンサ（例えば、ＧＰＳ受信機、３軸コンパス、３軸加速度計、３軸ジャイロ、３軸磁力計など）を組み込むこともできる。位置及び方位情報は、地上局内の他のシステムによってプロセッサに提供することができ、及び／又はアンテナシステムの一部でない場合がある。

より具体的には、アンテナアレイコントローラは、作動周波数でどの素子がオフにされてどの素子がオンにされるか、及びどの位相及び振幅のレベルにするかを制御する。素子は、電圧印加によって周波数作動に対して選択的に離調される。

送信に関して、コントローラは、ＲＦパッチに一連の電圧信号を供給して変調パターン又は制御パターンを生成する。制御パターンは、素子を異なる状態に変化させる。１つの実施形態において、多状態制御が使用され、そこでは、方形波（すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン）とは対照的に、様々な素子が様々なレベルにオン及びオフにされ、更に正弦波制御パターンが近似される。１つの実施形態において、放射する素子もあれば放射しない素子もあるのではなく、一部の素子が他の素子よりも強く放射する。可変放射は、特定の電圧レベルを印加することによって達成され、これによって、液晶の誘電率が様々な量に調節され、これによって、素子を可変的に離調させて一部の素子を他の素子よりも多く放射させる。

素子のメタマテリアルアレイによる集束ビームの生成は、強め合う干渉及び相殺的干渉の現象によって説明することができる。個々の電磁波は、自由空間で遭遇するときに同じ位相を有する場合に加え合わされ（強め合う干渉）、自由空間で遭遇するときに逆位相である場合に互いに打ち消し合う（相殺的干渉）。各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置決めされるように、スロット付きアンテナ内のスロットが位置決めされた場合に、その素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波と異なる位相を有することになる。スロットが、誘導波長の４分の１離間している場合に、各スロットは、前のスロットから４分の１の位相遅延で波を散乱させることになる。

このアレイを使用すると、生成できる強め合う干渉及び相殺的干渉のパターン数が増加することができるので、ビームは、ホログラフィの原理を使用して、理論的にはアンテナアレイのボアサイトからプラスマイナス９０度（９０°）の任意の方向に指向させることができる。従って、どのメタマテリアル単位セルがオン又はオフにされるかを制御することにより（すなわち、どのセルがオンにされてどのセルがオフにされるかについてのパターンを変更することにより）、強め合う干渉及び相殺的干渉の異なるパターンが生成でき、アンテナは、主ビームの方向を変化させることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、１つの位置から別の位置にビームを切り換えることができる速度によって定まる。

１つの実施形態において、アンテナシステムは、アップリンクアンテナ用の１つの操向可能ビームと、ダウンリンクアンテナ用の１つの操向可能ビームとを生成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を使用してビームを受信し、衛星からの信号を復号し、衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、ビームを電気的に形成して操向するのにデジタル信号プロセスを使用するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。１つの実施形態において、アンテナシステムは、特に従来型衛星ディッシュベースの受信機と比較した場合に、平面的で比較的薄型である「面」アンテナとみなされる。

図１２は、グランドプレーンと再構成可能共振器層とを含む１列のアンテナ素子の斜視図を示している。再構成可能共振器層１２３０は、同調可能スロット１２１０のアレイを含む。同調可能スロット１２１０のアレイは、アンテナを所望の方向に指向させるように構成することができる。同調可能スロットの各々は、液晶両端間の電圧を変化させることによって同調／調節することができる。

制御モジュール１２８０は、再構成可能共振器層１２３０に合成されて、図１３Ａでの液晶両端間の電圧を変化させることにより同調可能スロット１２１０のアレイを変調する。制御モジュール１２８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、マイクロプロセッサ、コントローラ、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）、又は他のプロセス論理回路を含むことができる。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調可能スロット１２１０のアレイを駆動するために論理回路（例えば、マルチプレクサ）を含む。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調可能スロット１２１０のアレイ上に駆動されるホログラフィック回折パターンに関する仕様を含むデータを受信する。ホログラフィック回折パターンは、この回折パターンがダウンリンクビーム（及び、アンテナシステムが送信を実行する場合には、アップリンクビーム）を通信に適した方向に操向するように、アンテナと衛星との間の空間的関係に応じて生成することができる。各図には描かれていないが、制御モジュール１２８０に類似する制御モジュールが、本開示の図にて記載される同調可能スロットの各アレイを駆動することができる。

更に、ＲＦ基準ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇するときに所望のＲＦビームを生成することができる類似の技術を使用して、無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィが可能である。衛星通信の場合に、基準ビームは、給電波１２０５（幾つかの実施形態では、約２０ＧＨｚ）などの給電波の形態である。給電波を放射ビームに変換するために（送信目的又は受信目的の何れかで）、所望のＲＦビーム（目標ビーム）と給電波（基準ビーム）との間での干渉パターンが計算される。干渉パターンは、給電波が所望のＲＦビーム（所望の形状及び方向を有する）に「操向される」ように、回折パターンとして同調可能スロット１２１０のアレイ上に駆動される。言い換えると、ホログラフィック回折パターンに遭遇する給電波は、目標ビームを「再構成」し、このビームは、通信システムの設計要件に従って形成される。ホログラフィック回折パターンは、各素子の励起を包含し、導波路内の波動方程式としてのｗ_inと、外向き波に関する波動方程式としてのｗ_outとを用いて、ｗ_hologram＝ｗ_in＊ｗ_outによって計算される。

図１３Ａは、同調可能共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示している。同調可能スロット１２１０は、アイリス／スロット１２１２と、放射パッチ１２１１と、アイリス１２１２とパッチ１２１１との間に配置された液晶１２１３とを含む。１つの実施形態において、放射パッチ１２１１は、アイリス１２１２と同じ場所に配置される。

図１３Ｂは、物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図を示している。アンテナアパーチャは、グランドプレーン１２４５と、再構成可能共振器層１２３０に含まれるアイリス層１２３３内の金属層１２３６とを含む。１つの実施形態において、図１３Ｂのアンテナアパーチャは、図１３Ａの複数の同調可能共振器／スロット１２１０を含む。アイリス／スロット１２１２は、金属層１２３６内のアパーチャによって規定される。図１３Ａの給電波１２０５などの給電波は、衛星通信チャネルと適合性のあるマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、グランドプレーン１２４５と共振器層１２３０との間を伝播する。

再構成可能共振器層１２３０はまた、ガスケット層１２３２及びパッチ層１２３１を含む。ガスケット層１２３２は、パッチ層１２３１とアイリス層１２３３との間に配置される。１つの実施形態において、スペーサは、ガスケット層１２３２に置き換えることができる点に留意されたい。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、金属層１２３６として銅層を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）である。１つの実施形態において、アイリス層１２３３はガラスである。アイリス層１２３３は、他のタイプの基板であってもよい。

銅層においてアパーチャをエッチングして、スロット１２１２を形成することができる。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、導電性接合層によって図１３Ｂの別の構造（例えば、導波路）に導電的に合成される。１つの実施形態において、アイリス層は、導電性接合層によって導電的に合成されず、代わりに非導電性接合層と接合される点に留意されたい。

パッチ層１２３１はまた、放射パッチ１２１１として金属を含むＰＣＢとすることもできる。１つの実施形態において、ガスケット層１２３２は、金属層１２３６とパッチ１２１１との間の寸法を規定する機械的離隔部（スタンドオフ）を提供するスペーサ１２３９を含む。１つの実施形態において、スペーサは７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば、３ｍｍから２００ｍｍ）を使用することができる。上述のように、１つの実施形態において、図１３Ｂのアンテナアパーチャは、図１３Ａのパッチ１２１１、液晶１２１３、及びアイリス１２１２を含む、同調可能共振器／スロット１２１０などの複数の同調可能共振器／スロットを備える。液晶１２１３のためのチャンバは、スペーサ１２３９、アイリス層１２３３、及び金属層１２３６によって規定される。チャンバが液晶で満たされた場合に、パッチ層１２３１は、共振器層１２３０内に液晶をシールするようにスペーサ１２３９上に積層することができる。

パッチ層１２３１とアイリス層１２３３との間の電圧を変調して、パッチとスロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）と間のギャップ内の液晶を同調させることができる。液晶１２１３の両端間電圧を調節することにより、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）のキャパシタンスが変化する。従って、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）のリアクタンスは、このキャパシタンスを変化させることにより変化することができる。スロット１２１０の共振周波数はまた、次式：

に従って変化し、ここで、ｆは、スロット１２１０の共振周波数であり、Ｌ及びＣは、各々、スロット１２１０のインダクタンス及びキャパシタンスである。スロット１２１０の共振周波数は、導波路を伝播する給電波１２０５から放射されるエネルギーに影響を与える。一例として、給電波１２０５が２０ＧＨｚである場合に、スロット１２１０の共振周波数は、１７ＧＨｚに調節されて（キャパシタンスを変化させることにより）、スロット１２１０が、給電波１２０５からのエネルギーを実質的に合成しないようにすることができる。或いは、スロット１２１０の共振周波数は、スロット１２１０が給電波１２０５からのエネルギーを合成してこのエネルギーを自由空間に放射するように、２０ＧＨｚに調節することができる。所与の例は、２値的である（完全に放射するか又は全く放射しない）が、スロット１２１０のリアクタンス及び従ってこのスロットの共振周波数の完全グレイスケール制御は、多値範囲にわたって電圧を変化させることにより可能である。従って、各スロット１２１０から放射されるエネルギーが精密に制御されて、同調可能スロットのアレイが、精緻なホログラフィック回折パターンを形成できるようになる。

１つの実施形態において、一列に並んだ同調可能スロットは、互いからλ／５だけ離間している。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態において、一列に並んだ各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／２だけ離間しており、従って、異なる列にあって向きが共通の同調可能スロットは、λ／４だけ離間しているが、他の間隔が可能である（例えば、λ／５、λ／６．３）。別の実施形態では、一列に並んだ各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／３だけ離間している。

実施形態は、２０１４年１１月２１日出願の「Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｒｏｍ ａ Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ Ｆｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ（操向可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び合成制御）」という名称の米国特許出願第１４／５５０，１７８号明細書、及び２０１５年１月３０日出願の「Ｒｉｄｇｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｅｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ（再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造）」という名称の米国特許出願第１４／６１０，５０２号明細書に記載されているものなどの再構成可能メタマテリアル技術を使用する。

図１４Ａから１４Ｄは、スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示している。アンテナアレイは、図１４Ａに示されている例示的なリングのようにリング状に位置決めされたアンテナ素子を含む。この実施例において、アンテナアレイは、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプのアンテナ素子を有する点に留意されたい。

図１４Ａは、スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部分を示している。図１４Ａを参照すると、円は、アイリス基板の底部側におけるメタライゼーション内の開放エリア／スロットであり、給電部（給電波）との素子の合成を制御するためのものである。この層は、任意選択の層であり、全ての設計で使用されるとは限らない点に留意されたい。図１４Ｂは、スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部分を示している。図１４Ｃは、第２のアイリス基板層の一部分上のパッチを示している。図１４Ｄは、スロット付きアレイの一部分の上面図を示している。

図１５は、円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示している。このアンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの給電構造層）を使用して内向き進行波を生成する。１つの実施形態において、アンテナは、円形の外形を含むが、このことは、必須ではない。すなわち、非円形内向き進行構造を使用することができる。１つの実施形態において、図１５におけるアンテナ構造は、２０１４年１１月２１日出願の「Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｒｏｍ ａ Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ Ｆｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ（操向可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び合成制御）」という名称の米国特許公開第２０１５／０２３６４１２号明細書に記載のものなどの同軸給電部を含む。

図１５を参照すると、同軸ピン１６０１は、アンテナの下層の場を励起するのに使用される。１つの実施形態において、同軸ピン１６０１は、容易に入手できる５０Ω同軸ピンである。同軸ピン１６０１は、導電性グランドプレーン１６０２であるアンテナ構造の底部に合成（例えば、ボルト締め）される。

内部導体である浸入型導体１６０３は、導電性グランドプレーン１６０２から切り離される。１つの実施形態において、導電性グランドプレーン１６０２及び浸入型導体１６０３は、互いに平行である。１つの実施形態において、グランドプレーン１６０２と浸入型導体１６０３との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λ／２とすることができ、ここで、λは、作動周波数での進行波の波長である。

グランドプレーン１６０２は、スペーサ１６０４を介して浸入型導体１６０３から切り離される。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、プラスチックスペーサを含む。

誘電体層１６０５が、浸入型導体１６０３の上部に存在する。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、プラスチックである。誘電体層１６０５の目的は、自由空間速度に対して進行波を減速させることである。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％だけ進行波を減速させる。１つの実施形態において、ビーム形成に適した屈折率の範囲は、１．２から１．８であり、ここで、自由空間は、定義により１に等しい屈折率を有する。例えばプラスチックなどの他の誘電体スペーサ材料が、この効果を達成するのに使用できる。プラスチック以外の材料は、これらの材料が所望の波減速効果を達成する限り、使用できる点に留意されたい。代替的に、例えば機械加工すること又はリソグラフィによって規定することができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料は、誘電体層１６０５として使用することができる。

ＲＦアレイ１００６は、誘電体１６０５の上部に存在する。１つの実施形態において、浸入型導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λ_eff／２とすることができ、ここで、λ_effは、設計周波数での媒体中の有効波長である。

アンテナは、側部１６０７及び１６０８を含む。側部１６０７及び１６０８は、同軸ピン１６０１から供給される進行波を、反射によって浸入型導体１６０３の下の領域（スペーサ層）から浸入型導体１６０３の上の領域（誘電体層）に伝播させるように角度付けされる。１つの実施形態において、側部１６０７及び１６０８の角度は、４５度の角度にある。代替実施形態では、側部１６０７及び１６０８は、反射を達成するための連続した半径に置き換えることができる。図１５は、４５度の角度を有して角度付けした側部を示しているが、その他の角度は、下層給電部から上層給電部への信号伝達を達成して使用することができる。すなわち、下側給電部内の有効波長が、一般に、上側給電部内のものと異なることを考慮すると、理想的な４５度の角度からの何らかの逸脱は、下側給電層から上側給電層への伝達を補助するのに使用することができる。例えば、別の実施形態では、４５度の角度は、単一の段部に置き換えられる。アンテナの一端上の段部は、誘電体層、浸入型導体、及びスペーサ層の周りに延びる。同様の２つの段部が、これらの層の他端に存在する。

動作中、給電波が、同軸ピン１６０１から供給される場合には、この給電波は、グランドプレーン１６０２と浸入型導体１６０３との間の領域で同軸ピン１６０１から同心状外向きに進む。同心状外向き波は、側部１６０７及び１６０８で反射して、浸入型導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の領域で内向きに進む。円形外周の縁部からの反射は、この波を同相のままにする（すなわち、この反射は、同相反射である）。進行波は、誘電体層１６０５によって減速する。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１６０６内の素子との相互作用及び励振を開始して、所望の散乱が得られる。

進行波を終了させるための終端部１６０９が、アンテナの幾何学的中心でアンテナに含まれる。１つの実施形態において、終端部１６０９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を備える。別の実施形態では、終端部１６０９は、未使用エネルギーを終端させて、この未使用エネルギーがアンテナの給電構造を通って反射して戻ることを防止するＲＦ吸収体を備える。この終端部は、ＲＦアレイ１６０６の上部で使用することができる。

図１６は、アンテナシステムの別の実施形態を外向き波と共に示している。図１６を参照すると、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１は、これらのグランドプレーンの間にある誘電体層１６１２（例えば、プラスチック層など）と互いに実質的に平行であり得る。ＲＦ吸収体１６１９（例えば、抵抗器）は、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１を一緒に合成する。同軸ピン１６１５（例えば、５０Ω）は、アンテナを給電する。ＲＦアレイ１６１６は、誘電体層１６１２及びグランドプレーン１６１０の上部に存在する。

動作中、給電波は、同軸ピン１６１５を介して給電され、同心円状外向きに進んでＲＦアレイ１６１６の素子と相互作用する。

図１５及び１６の両アンテナにおける円筒形給電は、アンテナのサービス角度を改善する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、プラスマイナス４５度の方位角（±４５°Ａｚ）及びプラスマイナス２５度の仰角（±２５°Ｅｌ）からなるサービス角度の代わりに、ボアサイトから全方向に７５度（７５°）のサービス角度を有する。多数の個々の放射体から構成される何らかのビーム形成アンテナの場合と同様に、全体的なアンテナ利得は、それ自体が角度に依存するものである構成素子の利得に依存する。一般的な放射素子が使用される場合には、全体的なアンテナ利得は、通常、ビームがボアサイトから離れて向けられるにつれて減少する。ボアサイトから７５度外れたところでは、約６ｄＢの有意な利得低下が予期される。

円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、統合分割器ネットワークを用いて給電されるアンテナと比較して給電構造を極めて簡単なものにし、従って、全体で必要なアンテナ及びアンテナ給電量を低減することと、より粗い制御（単純なバイナリ制御にまで拡張すること）で高ビーム性能を維持することによって製造誤差及び制御誤差に対する感度を低下させることと、円筒状配向給電波が遠距離場において空間的に多様なサイドローブをもたらすので、直線的給電部と比較してより好都合なサイドローブパターンを与えることと、偏波器を必要とせずに、左旋円偏波、右旋円偏波及び直線偏波を可能にすることを含めて偏波が動的であることを可能にすることと、を含む。

波散乱素子のアレイ
図１５のＲＦアレイ１６０６及び図１６のＲＦアレイ１６１６は、放射体として作用するパッチアンテナ（すなわち、散乱体）のグループを含む波散乱サブシステムを備える。このパッチアンテナグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを備える。

１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、この上部導体にエッチング又は堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。

１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が、散乱素子の周りのギャップに注入される。液晶は、各単位セル内に封入され、スロットに関連する下部導体をそのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及びひいては誘電率）は、液晶両端間のバイアス電圧を調節することによって制御することができる。この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして作用する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さいダイポールアンテナのような電磁波を放射する。

液晶の厚さを制御することによって、ビームスイッチング速度が増加する。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚さ）の５０パーセント（５０％）の減少は、４倍の速度増加をもたらす。別の実施形態では、液晶の厚さは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）というビームスイッチング速度をもたらす。１つの実施形態において、液晶は、７ミリ秒（７ｍｓ）の要件を満たすことができるように応答性を高めるための当該技術分野において公知の方法でドープされる。

ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の平面に平行でＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁場に応答する。電圧が、メタマテリアル散乱単位セル内の液晶に印加された場合に、誘導波の磁場成分は、ＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波と同じ周波数の電磁波が生成される。

単一のＣＥＬＣによって生成される電磁波の位相は、誘導波ベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣと平行な誘導波と同相の波を生成する。ＣＥＬＣは、波長よりも小さいので、出力波は、誘導波がＣＥＬＣの下を通過するときのこの誘導波の位相と同じ位相を有する。

１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めすることを可能にする。この素子位置は、この素子から生成される又はこの素子によって受信される自由空間波の偏波の制御を可能にする。１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、アンテナの作動周波数の自由空間波長より短い素子間隔で配列される。例えば、１波長につき４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚ送信アンテナ内の素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の４分の１）となる。

１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロットの上に並置されたパッチを、これら両者の間に液晶を有して含むパッチアンテナを用いて実施される。この点において、メタマテリアルアンテナは、スロット付き（散乱）導波路のように作用する。スロット付き導波路に関して、出力波の位相は、誘導波に対するスロットの位置に依存する。

セル配置
１つの実施形態において、アンテナ素子は、系統的マトリクス駆動回路が可能となるように、円筒状給電アンテナアパーチャ上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動のためのトランジスタの配置を含む。図１７は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図１７を参照すると、行コントローラ１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）各々を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に合成され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に合成される。また、トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１に合成され、その一方、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に合成される。

単位セルが非正規グリッド内に配置されて円筒状給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する最初の手法では、２つのステップが実行される。第１のステップにおいて、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの傍らに配置されたトランジスタに接続され、このトランジスタが、各セルを別々に駆動するスイッチとして機能する。第２のステップにおいて、マトリクス駆動回路は、このマトリクス駆動手法が必要とするときにあらゆるトランジスタを一意のアドレスで接続するように構築される。マトリクス駆動回路は、行及び列のトレースによって構築される（ＬＣＤと同様）が、セルは、リング上に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピング問題は、全てのトランジスタをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、経路設定を行う物理的トレースの数を著しく増加させることになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であり実装密度が高いことに起因して、トレースの経路設定は、商業的に入手可能なレイアウトツールによって行うことができない。

１つの実施形態において、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に規定される。このことにより、各々が一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するのに必要な最小数のトレースが確保される。この方式は、駆動回路の複雑性を軽減して経路設定を簡素化し、これによって、次に、アンテナのＲＦ性能が高まる。

より具体的には、１つの手法では、第１のステップにおいて、セルは、各セルの一意のアドレスを表す行及び列から構成された正方形グリッド上に配置される。第２のステップにおいて、セルは、第１のステップで規定されたセルのアドレス並びに行及び列への接続性が維持されながら、グループ化されて同心円に変換される。この変換の目的は、セルをリング上に配置するだけでなく、アパーチャ全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に保つことである。この目的を達成するために、セルをグループ化する幾つかの方法が存在する。

１つの実施形態において、ＴＦＴパッケージは、マトリクス駆動における配置及び一意のアドレス指定を可能にするのに使用される。図１８は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示している。図１８を参照すると、ＴＦＴ及びホールドアップキャパシタ１８０３が、入力ポート及び出力ポートと共に示されている。行及び列を使用してＴＦＴを共に接続するために、トレース１８０１に接続された２つの入力ポート及びトレース１８０２に接続された２つの出力ポートが存在する。１つの実施形態において、行のトレースと列のトレースとが９０°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の合成を抑え、場合によっては最小にする。１つの実施形態では、行のトレース及び列のトレースは、異なる層上に存在する。

全二重通信システムの例
別の実施形態では、複合アンテナアパーチャは、全二重通信システムで使用される。図１９は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路のみが示されているが、通信システムは、１つより多い送信経路及び／又は１つより多い受信経路を含むことができる。

図１９を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数で同時に送信及び受信するように独立して動作可能な２つの空間的に交互配置されたアンテナアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４４５に合成される。この合成は、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。１つの実施形態において、放射状給電アンテナの場合に、ダイプレクサ１４４５は、２つの信号を組み合わせるものであり、アンテナ１４０１とダイプレクサ１４４５の間の接続は、両方の周波数を搬送できる単一の広帯域給電ネットワークである。

ダイプレクサ１４４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１４２７に合成され、このＬＮＢは、当該技術分野において公知の方法でノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能、及び増幅機能を実行する。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態では、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１４２７は、コンピューティングシステム１４４０（例えば、コンピュータシステム、モデムなど）に合成されたモデム１４６０に合成される。

モデム１４６０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１４２２を含み、このＡＤＣは、ＬＮＢ１４２７に合成されて、ダイプレクサ１４４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換する。デジタル形式に変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調されて、デコーダ１４２４によって復号されて、受信波上に符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをコンピューティングシステム１４４０に送る。

モデム１４６０はまた、コンピューティングシステム１４４０から送信されたデータを符号化するエンコーダ１４３０を含む。符号化されたデータは、変調器１４３１によって変調され、次に、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１４３２によってアナログに変換される。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及び高域増幅器）１４３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに供給される。１つの実施形態において、ＢＵＣ１４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。

当該技術分野において公知の方法で動作するダイプレクサ１４４５は、送信される送信信号をアンテナ１４０１に供給する。

コントローラ１４５０は、単一の複合物理的アパーチャ上のアンテナ素子の２つのアレイを含むアンテナ１４０１を制御する。

通信システムは、上述した合成器／アービターを含むように変更される。このような場合には、合成器／アービターは、ＢＵＣ及びＬＮＢの前ではなくモデムの後に存在する。

図１９に示されている全二重通信システムは、限定ではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）などを含む幾つかの用途を有する。

本明細書で説明する幾つかの例示的な実施形態が存在する。

実施例１は、送信アパーチャと受信アパーチャとを各々が有し、衛星から相関信号を受信するよう動作可能な複数のアンテナであって、上記受信アパーチャが、上記衛星からの上記信号のうちの１つを受信してその信号品質を決定するよう動作可能である、複数のアンテナと、上記複数のアンテナに通信可能に結合されて、上記複数のアンテナから受信した複数の信号を１つの信号に合成する合成器であって、上記合成器は、上記信号に関する少なくとも１つの信号品質メトリックに少なくとも部分的に基づいて、上記複数のアンテナにより受信されたどの信号が上記１つの信号に合成されるかを決定するよう動作可能であり、上記少なくとも１つの信号品質メトリックが、上記合成器の外部にある１又は２以上の追跡受信機から受信される、合成器と、上記合成器から上記１つの信号を受信するように通信可能に結合されたモデムと、を備え、上記モデムは、単一のアンテナのみが上記合成器に結合されたかのように上記合成器を介して上記複数のアンテナに情報を送信するように動作可能であり、上記合成器は、１つの単一のアンテナが上記合成器に情報を提供するかのように上記複数のアンテナ内のアンテナから受信した上記モデムの情報を集約するように動作可能であり、これにより、上記合成器は、上記複数のアンテナを上記単一のアンテナとして提示し、上記モデムが１つの単一のアンテナを制御するかのように上記合成器を介して通信できるようになる、ことを特徴とする装置である。

実施例２は、上記１又は２以上の追跡受信機の各々が、上記複数のアンテナのうちの異なるアンテナの一部である、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例３は、上記合成器が、上記複数のアンテナの各々から受信された制御信号に基づいて、合成のために上記複数のアンテナから受信された信号を選択するように動作可能である、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例４は、上記制御信号が、上記アンテナが上記衛星との物理層ロックを有するかどうかを示す信号を含む、ことを任意選択的に含むことができる、実施例３に記載の装置である。

実施例５は、複数のアンテナのうちの１つのアンテナが上記衛星との物理層ロックを有さないことを示す上記制御信号の受信に応答して、上記合成器が上記１つのアンテナからの信号を上記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成せず、その後、上記複数のアンテナの１つのアンテナが上記衛星と物理層ロックを有することを示す上記制御信号を受信すると、上記合成器は、上記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成するために上記１つのアンテナからの上記信号を動的に選択する、ことを任意選択的に含むことができる、実施例４に記載の装置である。

実施例６は、上記合成器が、上記信号が合成されるかどうかを示す各信号の制御信号に基づいて、合成のために上記複数のアンテナから受信された信号を選択するように動作可能である、ことを任意選択的に含むことができる、実施例３に記載の装置である。

実施例７は、上記合成器が、上記複数のアンテナのアンテナフレームレートに関連する所定の一定間隔で上記アンテナから信号メトリックを取得するように動作可能である、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例８は、上記合成器が、最大比合成、等利得合成、切替合成、又は選択合成を使用して上記信号をコヒーレントに合計することによって上記信号を合成するように動作可能である、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例９は、上記合成器が、第１のポイントツーポイント通信プロトコルを使用して上記モデムに通信可能に結合され、第２のポイントツーポイント通信プロトコルを使用して上記複数のアンテナ内の各アンテナに通信可能に結合される、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例１０は、上記第１及び第２のポイントツーポイント通信プロトコルのうちの少なくとも１つが、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）を含む、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例１１は、上記合成器が、上記アンテナと継続的に通信して上記複数のアンテナ内のアンテナから１又は２以上のアンテナメトリックを取得するためにバイナリ又はテキストメッセージを使用する、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例１２は、上記合成器が、上記複数のアンテナからの検索カウント情報を集約し、上記集約された検索カウント情報をモデムに送信する、実施例１に記載の装置である。

実施例１３は、上記信号品質が、上記アンテナによって受信された上記信号に関するＥｓ／Ｎ０情報を含む、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例１４は、上記モデムが、上記複数のアンテナのためのネットワークに対する単一のモデム接続を提供する、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例１５は、上記ネットワークがインターネットである、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１４に記載の装置である。

実施例１６は、上記合成器が、ＲＦケーブル及びネットワークケーブルの両方を介して上記複数のアンテナ及び上記モデムに結合され、上記ネットワークケーブルは、上記複数のアンテナ、上記合成器、及び上記モデム間のイーサネット通信経路用のイーサネットケーブルを含む、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１に記載の装置である。

実施例１７は、送信アパーチャ及び受信アパーチャを各々が有する複数のアンテナによって衛星から受信された信号を送信するステップと、上記複数のアンテナの各アンテナによって、それぞれの受信信号の信号品質を決定するステップと、上記複数のアンテナに結合された合成器によって、上記複数のアンテナから受信された複数の信号を１つの信号に合成するステップであって、上記信号に関する少なくとも１つの信号品質メトリックに少なくとも部分的に基づいて、上記複数のアンテナによって受信されたどの信号が上記１つの信号に合成されるかを決定するステップを含み、上記少なくとも１つの信号品質メトリックが、上記合成器の外部にある１又は２以上の追跡受信機から受信される、ステップと、上記合成器からモデムに上記１つの信号を送信するステップと、を含み、更に、上記モデムによって、上記複数のアンテナが単一のアンテナであるかのように上記複数のアンテナの情報を上記合成器に送信し、上記合成器によって、上記単一のアンテナが上記合成器に情報を提供するかのように上記複数のアンテナ内のアンテナから受信した上記モデムの情報を集約するステップを含む、方法である。

実施例１８は、上記合成器によって、上記複数のアンテナの各々から受信された制御信号に基づいて合成するために上記複数のアンテナから受信された信号を選択するステップを任意選択的に含むことができる、実施例１７に記載の方法。

実施例１９は、上記制御信号が、上記アンテナが上記衛星との物理層ロックを有するかどうかを示す信号を含む、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１８に記載の方法。

実施例２０は、上記複数のアンテナのうちの１つのアンテナが上記衛星との物理層ロックを有さないことを示す制御信号の受信に応答して、上記１つのアンテナからの上記信号を上記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成することから除外して、その後、上記複数のアンテナのうちの１つのアンテナが上記衛星と物理層ロックを有することを示す上記制御信号を受信すると、上記合成器は、上記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成するために上記１つのアンテナからの上記信号を動的に選択する、ことを任意選択的に含むことができる、実施例１９に記載の方法。

実施例２１は、上記合成器によって、上記複数のアンテナのアンテナフレームレートに関連する所定の一定間隔で上記アンテナから信号メトリックを取得するステップを任意選択的に含むことができる、実施例１７に記載の方法。

実施例２２は、上記信号を合成するステップは、最大比合成、等利得合成、切替合成、又は選択合成を使用して上記信号をコヒーレントに合計するステップを任意選択的に含むことができる、実施例１７に記載の方法。

実施例２３は、実施例１に記載の装置のうちの２又は３以上と、上記２又は３以上の装置の少なくとも１つの他の合成器とカスケード配置で結合された合成器と、を備えるシステムである。

以上の詳細説明の幾つか部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必須ではないが、通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式を取る。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などと言及することは、主として共通使用という理由で時に好都合であることが判明している。

しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、全て適切な物理量に関連付けられるものとし、且つこれらの量に付与される有利なラベルに過ぎないことに注意されたい。以下の説明から明らかなように、特に明記しない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「演算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータをそのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指すことが認められる。

本発明はまた、本明細書の作動を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを有することができる。このようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適するあらゆるタイプの媒体のようなコンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができ、各々がコンピュータシステムバスに結合される。

本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置とも本質的に関連付けられたものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが有利であることが判明する場合がある。様々なこれらのシステムに必要とされる構造は、以下の説明から明らかであろう。これに加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関連しても説明されていない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが認められるであろう。

機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読の形態の情報を格納又は送信するための何れかの機構を含む。例えば機械可読媒体は、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。

本発明の多くの改変及び修正が前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者には明らかになるであろうが、例証によって図示及び説明された何れの特定の実施形態も限定として捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとしてみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を限定するものではない。

１０３ アンテナ
１～４ アパーチャ
１１０ 受信信号生成器
１０１ 合成器／アービター
１０２ データモデム
１１１ 選択エンジン
１１３ 信号品質評価
１１２ 選択スイッチ

Claims (23)

1. 装置であって、
   送信アパーチャ及び受信アパーチャを各々が有し、衛星から相関信号を受信するように動作可能な複数のアンテナであって、前記受信アパーチャは、前記衛星からの前記信号のうちの１つを受信してその信号品質を決定するように動作可能である、複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナに通信可能に結合されて、前記複数のアンテナから受信された複数の信号を１つの信号に合成する合成器であって、前記合成器は、前記信号に関する少なくとも１つの信号品質メトリックに少なくとも部分的に基づいて、前記複数のアンテナにより受信されたどの信号が前記１つの信号に合成されるかを決定するように動作可能であり、前記少なくとも１つの信号品質メトリックは、前記合成器の外部にある１又は２以上の追跡受信機から受信される、合成器と、
   前記合成器から前記１つの信号を受信するように通信可能に結合されたモデムと、
   を備え、
   前記モデムは、単一のアンテナのみが前記合成器に結合されたかのように前記合成器を介して前記複数のアンテナに情報を送信するように動作可能であり、前記合成器は、１つの単一のアンテナが前記合成器に情報を提供するかのように前記複数のアンテナ内のアンテナから受信された前記モデムの情報を集約するように動作可能であり、これにより、前記合成器が前記複数のアンテナを前記単一のアンテナとして提示し、前記モデムが１つの単一のアンテナを制御するかのように前記合成器を介して通信できるようになる、
   装置。
2. 前記１又は２以上の追跡受信機の各々は、前記複数のアンテナのうちの異なるアンテナの一部である、請求項１に記載の装置。
3. 前記合成器は、前記複数のアンテナの各々から受信された制御信号に基づいて、合成のために前記複数のアンテナから受信された信号を選択するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
4. 前記制御信号は、前記アンテナが前記衛星との物理層ロックを有するかどうかを示す信号を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記複数のアンテナのうちの１つのアンテナが前記衛星との物理層ロックを有さないことを示す前記制御信号の受信に応答して、前記合成器が前記１つのアンテナからの信号を前記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成せず、その後、前記複数のアンテナの１つのアンテナが前記衛星と物理層ロックを有することを示す前記制御信号を受信すると、前記合成器は、前記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成するために前記１つのアンテナからの前記信号を動的に選択する、請求項４に記載の装置。
6. 前記合成器は、前記信号が合成されるかどうかを示す各信号の制御信号に基づいて、合成のために前記複数のアンテナから受信された信号を選択するように動作可能である、請求項３に記載の装置。
7. 前記合成器は、前記複数のアンテナのアンテナフレームレートに関連する所定の一定間隔で前記アンテナから信号メトリックを取得するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
8. 前記合成器は、最大比合成、等利得合成、切替合成、又は選択合成を使用して前記信号をコヒーレントに合計することによって前記信号を合成するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
9. 前記合成器は、第１のポイントツーポイント通信プロトコルを使用して前記モデムに通信可能に結合され、第２のポイントツーポイント通信プロトコルを使用して前記複数のアンテナ内の各アンテナに通信可能に結合される、請求項１に記載の装置。
10. 前記第１及び第２のポイントツーポイント通信プロトコルのうちの少なくとも１つは、ＯｐｅｎＡＭＩＰ（登録商標）を含む、請求項７に記載の装置。
11. 前記合成器は、前記アンテナと継続的に通信して前記複数のアンテナ内のアンテナから１又は２以上のアンテナメトリックを取得するためにバイナリ又はテキストメッセージを使用する、請求項１に記載の装置。
12. 前記合成器は、前記複数のアンテナからの検索カウント情報を集約し、前記集約された検索カウント情報をモデムに送信する、請求項１に記載の装置。
13. 前記信号品質は、前記アンテナによって受信された前記信号に関するＥｓ／Ｎ０情報を含む、請求項１に記載の装置。
14. 前記モデムは、前記複数のアンテナのためのネットワークに対する単一のモデム接続を提供する、請求項１に記載の装置。
15. 前記ネットワークはインターネットである、請求項１４に記載の装置。
16. 前記合成器は、ＲＦケーブル及びネットワークケーブルの両方を介して前記複数のアンテナ及び前記モデムに結合され、前記ネットワークケーブルは、前記複数のアンテナ、前記合成器、及び前記モデム間のイーサネット通信経路用のイーサネットケーブルを含む、請求項１に記載の装置。
17. 方法であって、
    送信アパーチャ及び受信アパーチャを各々が有する複数のアンテナによって衛星から受信された信号を送信するステップと、
    前記複数のアンテナの各アンテナによって、それぞれの受信信号の信号品質を決定するステップと、
    前記複数のアンテナに結合された合成器によって、前記複数のアンテナから受信された複数の信号を１つの信号に合成するステップであって、前記信号に関する少なくとも１つの信号品質メトリックに少なくとも部分的に基づいて、前記複数のアンテナによって受信されたどの信号が前記１つの信号に合成されるかを決定するステップを含み、前記少なくとも１つの信号品質メトリックは、前記合成器の外部にある１又は２以上の追跡受信機から受信される、ステップと、
    前記合成器からモデムに前記１つの信号を送信するステップと、
    を含み、更に、
    前記モデムによって、前記複数のアンテナが単一のアンテナであるかのように前記複数のアンテナの情報を前記合成器に送信し、前記合成器によって、前記単一のアンテナが前記合成器に情報を提供するかのように前記複数のアンテナ内のアンテナから受信された前記モデムの情報を集約するステップを含む、
    方法。
18. 前記合成器によって、前記複数のアンテナの各々から受信された制御信号に基づいて合成するために前記複数のアンテナから受信された信号を選択するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記制御信号は、前記アンテナが前記衛星との物理層ロックを有するかどうかを示す信号を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記複数のアンテナのうちの１つのアンテナが前記衛星との物理層ロックを有さないことを示す制御信号の受信に応答して、前記１つのアンテナからの前記信号を前記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成することから除外して、その後、前記複数のアンテナのうちの１つのアンテナが前記衛星と物理層ロックを有することを示す前記制御信号を受信すると、前記合成器は、前記他のアンテナから受信した１又は２以上の信号と合成するために前記１つのアンテナからの前記信号を動的に選択する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記合成器によって、前記複数のアンテナのアンテナフレームレートに関連する所定の一定間隔で前記アンテナから信号メトリックを取得するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
22. 前記信号を合成するステップは、最大比合成、等利得合成、切替合成、又は選択合成を使用して前記信号をコヒーレントに合計するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
23. 請求項１に記載の装置のうちの２又は３以上と、
    前記２又は３以上の装置の少なくとも１つの他の合成器とカスケード配置で結合された合成器と、
    を備える、システム。

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