JP3522895B2 - アレイアンテナシステムおよびアレイアンテナシステムの駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は地表の主要部を照射す
る衛星通信システムに使用される複数ビームアンテナに
関し、特に高利得強度の領域の間の区域をより均一に照
射するように、ビームを取り囲む通路に沿って複数の高
利得ビームを連続的にずらし、離間配置された高利得ビ
ームによる広域有効範囲のアレイアンテナシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】広域の高利得有効範囲を得るために複数
ビームアンテナアレイが用いられる。限られたビーム数
でより多くの領域をカバーするようにビームは空間的に
間隔を置いて配置される。しかしながら、衛星通信を受
信する受信機が設置された地上領域のような領域で得ら
れる照射は電磁力の強度が変化する。最大強度はビーム
の中央線に位置する領域で受信される。一般にビームが
交叉する領域では利得が低くなる。上述した通信システ
ムはアンテナからの電磁力の送信を例示したものであ
り、この場合照射強度はアンテナの放射パターン（アン
テナ指向性）の関数として変化する。

【０００３】しかしながら、複数ビームアンテナの動作
は相互的であるので上述した照射強度の変化は地上局か
らの送信に対する衛星での受信にもあてはまる。この場
合、衛星で受信した信号の強度はアンテナ放射パターン
内の地上局の場所により変化する。

【０００４】ポイントツウマルチポイント（１対多）通
信リンクにおいては複数の選択された方向に同時に最大
アンテナ利得を供給する必要がある。おのおののマルチ
ポイント通信端末装置が最小の無線周波リンク能力しか
有しない場合には特にそうである。このような例として
は地球全体をカバーする領域にわたって多くの小型端末
装置が点在する衛星通信システムがある。

【０００５】１つの衛星アンテナビームはリンクを介し
て通信するのに必要な利得しか有していないので、カバ
ーする必要のある範囲の一部しかカバーできない。この
場合、高利得スポットビームを用いて必要な範囲をカバ
ーするための複数のビームを実現できる。

【０００６】例えば、複数ビームを構成する要素として
の各ビームを、照準が合っているときにピーク利得が得
られるように、かつ照準からはずれる角度になるに従い
利得が減少するように環状に構成することができる。

【０００７】所定領域を継続的にカバーするために、各
ビームがカバーする範囲と隣接するビームがカバーする
範囲とが一般にピーク値より数デシベル下がったとこ
ろ、すなわち交叉等高線で交差するようにビームが配置
される。例えば、静止軌道サテライトシステムは１０９
本のスポットビームを用いて地球上の半球をカバーする
ことができる。この場合、各ビームは−４デシベル（ピ
ーク電力に対して）の利得等高線により定義した場合、
１．９度のビーム直径を有する。この場合、カバーする
領域内のいずれの点においても利得レベルはビームのピ
ーク電力に対して４デシベル以下になることはない。

【０００８】複数のマルチポイント端末装置がカバーす
る範囲が複数の場所に分散配置されている場合には、一
部の受信局では照射強度が相対的に高くなり、ピークビ
ーム利得に近いシングルポイントビーム利得となり、他
の受信局では上述した最小交差利得となる。

【０００９】このような利得の差あるいは照射強度の差
は、状況によっては受信回路では十分補償できず、最小
アンテナ利得しか得られない受信機ではそのシステム性
能が劣化するという問題を生じる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、複数
のマルチポイント端末装置がカバーする範囲が複数の場
所に分散配置されている場合には、ビームの照射強度が
均一でなくなり、受信回路では十分に補償できず、アン
テナシステムの性能が劣化するという不具合を生じる。

【００１１】この発明の目的は、上記欠点を除去し、ビ
ームに位置オフセットを与えてビームとビームの間にビ
ームを通すことにより均一な照射強度を得ることのでき
るアレイアンテナシステムを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】本願発明のア
ンテナシステムによれば、利得の低い、あるいは照射強
度の低い領域の利得を高め、カバーする領域内のすべて
の点において、スポットビームのピーク利得に近いアン
テナ利得レベルが得られる。

【００１３】この発明のアンテナシステムは、ビームの
中心部の回りをビームが円運動する際のビーム位置オフ
セットを連続的に与える手段を有している。例えば、各
ビームは初めにその中心部に送信され、次にその中心部
の回りの環状または方形状の通路に配置された隣接ビー
ムの方向に順次段階的に送信される。その後、ビームは
中心方向に戻り、再び上述したビームのオフセット位置
（ビームの中心位置からずれた位置）に順次放射され
る。

【００１４】上述したビームを順次段階的に円運動させ
る際のタイミングは、受信領域内のセル（１つの領
域）、あるいは地球に照射する衛星の場合には地表、を
均一に照射するために各ビームが留まる時間が等しくな
るようにタイミングが取られる。この発明の特徴である
ビームをオフセット位置に順次移動させるという原理は
衛星通信に適したものであるが、複数ビームアンテナを
使用したシステムによる他の受信領域への照射にも適用
可能である。

【００１５】また、本願発明は複数ビームアンテナから
の電磁力の送信を例にあげて説明しているが、複数ビー
ムアンテナによる電磁力の受信の場合にも適用できるこ
とはもちろんである。この発明の一実施例によれば、ビ
ームをランダムに移動させるのではなく、上述したビー
ム方向のオフセット位置にしたがってビームを順次円運
動させる。この結果、受信領域のすべての領域がビーム
のピーク値に近い利得を周期的に得られるようなタイミ
ングでアレイのオフセットを与えることにより、時分割
多重アクセス（ＴＤＭＡ）のようなタイムバースト信号
フォーマットを用いた通信を実現可能である。本願発明
を簡単に実施するためには、並列路のすべてのビームに
オフセット位置を与えることが望ましい。

【００１６】上記オフセット位置を与える方法として
は、例えば、アンテナを物理的に移動させてビームの指
向角を変えるようにすることが考えられる。しかし、こ
のような機械的な実現方法はアンテナ構造にかかる応力
とひずみにより、比較的低速でオフセット位置を変化さ
せる場合に限られる。本願発明の実施例によれば、電子
的に操作されるフェーズアレイアンテナを用いることに
より電子的にビームのオフセットが取られる。

【００１７】フェーズアレイアンテナを用いてビームを
形成する場合には、ビームの形成に使用するアンテナの
種々の放射器により伝搬する信号の位相や遅延量を変え
ることによりビームを形成することが知られている。一
般的には、デジタルまたはアナログのコマンド信号をフ
ェーズシフタに与え、放射器を介して伝搬させる信号の
位相あるいは遅延量を変えることである。特に、放射器
アレイ間の位相のテーパを変えることにより、ビームを
照準位置から傾けることができる。

【００１８】この発明によれば、上述した位相シフトコ
マンドにさらに追加の位相シフトコマンドを加算してそ
れぞれの位相シフタに与えて照準位置からずれた指示方
向にそれぞれのビームを傾斜させることによりビームを
操作する。このため、位相シフトコマンド群を格納して
おき、この位相シフトコマンド群を、ビームを形成する
ための放射器に与えることにより、すべてのビームを指
示された方向にずらすことができる。

【００１９】この位相シフトコマンド群を順次アクティ
ブにすることにより、ビームのそれぞれのオフセット位
置に沿ってビームが順次段階的に放射され、複数ビーム
アンテナにより照射される受信領域のそれぞれのセルあ
るいは地表に段階的に照射が行われる。

【００２０】

【実施例】図１は地球２４を周回する衛星２２を用いた
衛星通信システム２０を示す。多くの送信局を代表して
表す２つの送信局２６、２８は地球に設置され、アップ
リンクデータチャンネル３０を介して衛星２２に電磁信
号を送信する。また、多くの受信局を代表して表す２つ
の受信局３２、３４は地球に設置されダウンリンクデー
タチャンネル３６を介して衛星２２からの電磁信号を受
信する。衛星２２に搭載された電子機器が、ダウンリン
クデータチャンネルを介して再送信するためのアップリ
ンクデータを受信する。衛星２２にはアップリンク部と
ダウンリンク部を有した概略図示されたアンテナシステ
ム４０が含まれる。アンテナシステム４０は電子機器３
８と接続されアップリンクデータチャンネル３０の信号
を受信するとともに、ダウンリンクデータチャンネル３
６の信号を送信する。

【００２１】図２に示すように、アンテナシステム４０
は並列に配列された複数の放射器４４から成るアレイア
ンテナ４２で構成され、基材４６に支持されている。説
明を簡単にするために、放射器４４がダウンリンクデー
タチャンネル３６を発生するための送信放射器であると
する。図示しない同様の配列のアレイ放射器がアップリ
ンクデータチャンネルにも使用される。あるいは広域放
射器の場合には、同じ放射器をアップリンクデータチャ
ンネルとダウンリンクデータチャンネルの両方に使用し
てもよい。いずれの場合にも、アンテナ放射パターン
（空中線指向性図）の特徴は、地球２４の一部を照射す
る送信ビーム４８のような多重化された発散ビームにな
ることである。この場合、各ビーム４８により照射され
る最も強度の高い領域を利得等高線５０により示してい
る。

【００２２】例えば、空間的に間隔を置いて配置され
た、各ビーム４８の相対的に照射強度の高い中心部を照
射するためには、利得等高線５０は約−０．２デシベル
の利得等高線となる。後述するように、放射器群４４に
接続された電子機器３８により与えられる相対的な位相
シフトあるいはディレイを有する信号を用いて放射器群
４４を励磁することにより複数ビーム４８が発生され
る。説明を簡単にするために、以下の説明では、ダウン
リンクデータチャンネルのための衛星からの放射エネル
ギー信号の送信の場合を例にあげて説明するが、アップ
リンクデータチャンネルの放射エネルギー信号の受信も
同様に行われる。

【００２３】図３は図２の利得等高線５０を示す。図２
に示すそれぞれのビーム４８の利得等高線５０は、図３
において各ビーム４８のディザー（オフセット）位置の
利得等高線５２により囲まれている。図３にはさらに図
１で示した２つの受信局３２、３４が示されている。図
３を簡単にするために、いくつかの等高線５２は削除さ
れている。方形ブロック５４は中心等高線５０を囲むよ
うに配置された８つの等高線５２を示している。さらに
図３には、等高線５０により示されるビームの中心部、
および等高線５２により示されるビームの各オフセット
位置をビーム４８が巡回移動するための連続した段階５
８をビーム４８が進む可能経路が示されている。

【００２４】この発明によれば、アンテナ４２の放射パ
ターンはアンテナ４２からの各ビーム４８軸をずらし
て、複数のビーム４８が地表面で互いに間隔をあけるよ
うに構成される。各ビームにおいて、地表面で最大利得
および最大照射強度が得られる領域のビームの中心部分
を円形状の利得等高線５０により示す。等高線５０から
はずれた部分はビームの利得と照射強度が低くなる。低
下した照射強度を補償するために、中心等高線５０によ
り表される中心ビームの回りのビーム位置を拡散させる
（オフセットを与える）。地表面に沿ったビーム位置の
拡散の様子は図３の通路５６により示される。この通路
５６はビームが連続する段階５８を進む軌跡を示してい
る。各段階５８はビーム４８がそのビームの中心部を取
り囲むとともに通過する際のビーム４８の軸の位置を表
す。

【００２５】各ビームのオフセット位置の通路はそれぞ
れのビームの中心部間の照射レベルが低下した領域を通
るように構成され、それにより各ビームの中心部のみな
らず、オフセット位置での照度レベルも最大となるよう
に通路が形成される。このため、通路５６は等高線５２
により表されるオフセット位置を通るとともに、等高線
５０で表されるビームの中心部を通るように構成されて
いる。この発明の実施例によれば、各ビームのオフセッ
ト位置の通路は上述した方形ブロック５４内に配置され
た９つのセルアレイをたどる。中央のセルは等高線５０
により表され、残りのセルは等高線５２により表され
る。

【００２６】他の実施例として、図４の通路５６Ａに示
すように通路を構成して、中心ビーム位置を、六角形の
アレイを構成する６つのセルにより取り囲むように構成
してもよい。図４においても図３と同様に、ビームの中
心部は実線の等高線５０により表され、ビームのオフセ
ット位置は破線の等高線５２により表される。図４にお
いて、枠６０は、中心等高線５０を取り囲む６つのオフ
セット位置の等高線５２の六角形状を取り囲んでいる。
図３および４に示すビームのオフセット位置の例はいず
れも、方形枠５４あるいは六角形枠６０で示される枠内
の連続するビーム位置の領域が地上において実質的に均
一な照射強度の領域となる。

【００２７】ＴＤＭＡ送信の場合には、枠５４あるいは
６０内の各ビーム位置配列のそれぞれのセルは一度に異
なる時分割多重信号を受け取ることが可能である。従っ
て、図３に示す枠５４内の９つのセルの場合には、９つ
の異なる時分割チャンネルが存在し，１つのセルに対し
て１つのチャンネルを割り当てることが可能である。こ
の場合ダウンリンク送信のためのキャリア周波数は各ビ
ームにより異なるが、いずれのビームにおいてもそのオ
フセット位置のキャリア周波数はすべて同じである。そ
れゆえ、受信局３２、３４の受信機のような地上の受信
機は受信機の場所に応じて特定のダウンリンク周波数に
同調可能であるとともに、オフセットビーム位置のアレ
イ内の受信機の位置にもとずいて、連続するシーケンシ
ャルＴＤＭＡバースト信号の特定の１つに同調可能であ
る。

【００２８】なお、図３に示す通路５６は連続したビー
ム位置を形成するための１つの例である。第１ステージ
（段階）５８により示される第１ビーム位置は９つのビ
ーム位置の方形アレイの左上隅に位置する。次に、ビー
ムは右側に進み、第２、第３ステージを通過し、通路５
６のうちの３つのオフセットビーム位置の１行が完成さ
れる。ステージの参照符合が図３に示されている。次
に、ビームは第４ステージ５８の次の行に進み、左方向
に進んで第５ステージの中心部を通り、第６ステージの
オフセット位置に進んで２行目のビーム位置が完成す
る。次に、ビームは３行目に位置する第７ステージに進
み、右方向に進んで第８および第９ステージに進み、オ
フセットビーム位置の最下行を完成する。第９ステージ
においてバースト送信を完了すると、通路５６の第１ス
テージに戻り、次のサイクルにおいて、上述した経路を
再びたどる。図４の場合にも同様に、通路５６Ａの７つ
のステージ５８をビームがたどる。

【００２９】 図５において、図２に示すビーム４８の
交差を多くの利得等高線のうちのいずれか１つにより表
すことができる。このうち、２つの等高線を図５に示
す。図５に示す例では、最大利得を有する中心点に対し
て−０．５デシベルの内側利得等高線と、−４デシベル
の電力レベルの外側等高線が示されている。図２、３、
４のビーム離間位置を簡単に示すために、図２、３、４
の等高線５０は図５の−０．５デシベル等高線よりも小
さい値、例えば−０．２デシベルを有しているものとす
る。−４デシベルの等高線は図６に示すように便宜的に
有効範囲の重なり部分を示し、−０．５デシベル等高線
は図７に示すように照射強度の変化を示す。

【００３０】図６は１０９本のビ−ムにより地上のカバ
ーされる範囲を示している。−４デシベルの利得等高線
により測定した場合、１本のビームは１．９度のビーム
幅を有する。図６はマトリクス状に配列された複数の高
利得スポットビームを用いてどのように地上の目標領域
をカバーするかを示している。なお、この地表面をカバ
ーする原理は、地上以外の、放射エネルギーで照射され
る他の表面にも使用できる。与えられた領域を連続的に
カバーするために、１本のビームがカバーする範囲とそ
のビームに隣接するビーム群がカバーする範囲とが交わ
るように各ビームが配置され、各ビームの利得は隣接す
るビームと交わる部分において減衰する。本願発明を適
用しない場合、交差領域の利得はビームの中心軸におけ
るピーク値よりも数デシベル下がる。一方、本願発明に
よれば、図３および図４に示すように、ビームの中心部
からはずれた部分をビームが通るので、交差領域におい
て高い照射レベルが得られ、アンテナで照射される領域
全体にわたって実質的に均一な照射強度が得られる。図
７に示す地上のカバー範囲およびビーム群は図６と同じ
であるが、図７に示すビームは−０．５デシベルの利得
等高線により表されている図７は複数の離間したビーム
が発散することにより照射強度の均一性が得られないこ
とを示しており、この場合本願発明を使用することによ
り不均一性を補償することができる。

【００３１】図８は図３と同様のビームのカバー範囲を
示している。図８では、各ビームを表す利得等高線は図
３のそれよりも大きく図示されており、それによりビー
ムが交差する領域の照射強度が均一であることが明瞭で
ある。図８において、各ビームは−４デシベルの等高線
６２により測定した場合、１．９度のビーム幅を有す
る。これは図６に示す等高線と同じである。さらに、９
本の等高線６４は図３の枠５４内の９本の連続するビー
ム位置を表している。図８の等高線６４は図７に示した
等高線６４と同じである。ただし、図８に示す等高線６
４は、−０．５デシベルで測定した場合のビーム幅が
０．６５度になることを示している。図７は広範囲に離
間したビームの等高線６４が不均一な照射強度であるこ
とを示している。図８では、ビームのオフセット位置が
連続しているので等高線６４の間隔が相対的に近接して
おり、実質的に均一な照射強度が得られる。図８から明
らかなように、−０．５デシベルの電力レベルを表す等
高線６４が交差しているため、ビームのピーク振幅値か
らのずれは相対的に小さいことがわかる。

【００３２】図９は衛星２２に搭載されるアンテナシス
テム４０の一部を示し、図２に示すアレイアンテナと電
子機器３８を有している。図２のアンテナ４２のうちの
４つの放射器４４が図９に４４Ａ−４４Ｄとして例示さ
れている。この発明を用いた一例として、時分割多重ア
クセス（ＴＤＭＡ）タイミング回路６６、および複数
（この例では３台）の送受信端末６７Ａ−Ｃが地上に設
置される。送受信端末６７Ｃは通信ハブとして動作す
る。複数の受信機（この例では３台）６８Ａ−Ｃが衛星
の電子機器３８に搭載され、アンテナシステム４０によ
り送信される信号源として動作する。

【００３３】送受信端末６７Ａ−Ｃと対応する受信機６
８Ａ−Ｃとの間の通信は、各送受信端末６７Ａ−Ｃ内の
アンテナ６９と各受信機６８Ａ−Ｃに接続されたアンテ
ナ６９Ａにより示される通信リンクにより行われる。こ
の例では３つのアンテナ６９Ａが例示されているが、必
要に応じて複数の受信機６８Ａ−Ｃが１つのアンテナ
（図９には示されていない）を共有するように構成して
もよい。ＴＤＭＡタイミング回路６６はハブ送受信端末
６７Ｃに設置され、システム２０（図１）のフレームレ
ートおよびスロットタイムを発生する。送受信端末６７
Ａ−Ｃはバースト信号を衛星上の受信機６８Ａ−Ｃに送
信する。

【００３４】衛星に搭載された電子機器３８はさらに電
力分割器７０Ａ−Ｃを有し、それぞれ受信機６８Ａ−Ｃ
により出力された信号を受信し、各受信機６８Ａ−Ｃの
電力を分割して、４台の放射器４４Ａ−Ｄに供給する。
第１乃至第４の加算器７２Ａ−Ｄはそれぞれ第１乃至第
４の増幅器７４Ａ−Ｄを介して第１乃至第４の放射器４
４Ａ−Ｄに接続され、電力分割器７０Ａ−Ｃからの電力
が放射器４４Ａ−Ｄに印加され、アンテナ４２から３つ
の放射ビームが出力される。この３つの放射ビームはビ
ーム１、ビーム２、およびビーム３として図示されてい
る。電力分割器７０Ａ−Ｃは重み付けユニット７６を介
して加算器７２Ａ−Ｄの入力ポートに接続されている。

【００３５】４つの放射器により３つのビームを出力す
る場合、合計１２台の重み付けユニットが必要になる
が、図面を簡単にするために、図９ではそのうちの一部
を示している。第１ビームを出力するために、電力分割
器７０Ａは４つの出力ポートを有し、受信機６８Ａの電
力の１／４を４つの重み付けユニットを介して各加算器
７２Ａ−Ｄの第１入力ポートに供給する。同様に、電力
分割器７０Ｂは受信機６８Ｂの電力の１／４を重み付け
ユニット７６を介して各加算器７２Ａ−Ｄの第２入力ポ
ートに供給する。さらに、電力分割器７０Ｃの４つの出
力ポートから出力された電力を第３グループの４つの重
み付けユニット７６を介して加算器７０Ａ−Ｄの第３入
力ポートに供給する。加算器７２Ａ−Ｄは各ビーム信号
を重畳して放射器４４Ａ−Ｄに供給する。

【００３６】図９−１１において、ビーム形成メモリ７
８は、重み付けユニット７６により、加算器７２Ａ−Ｄ
の各入力ポートの信号に供給される位相シフト量と振幅
テーパ量を記憶し、図２に示す異なるビーム４８を発生
する。図１０ではビーム４８Ａおよび４８Ｂが示されて
いる。各重み付けユニット７６はメモリ７８から受信し
たコマンド信号に応答して動作する位相シフタ８０と、
メモリ７８からのコマンド信号に応答して動作し、放射
器４４Ａ−Ｄの１つの放射器に印加された信号の利得
を、他の放射器に印加された信号利得に対して調整する
利得制御素子８２とを有する。

【００３７】図１１に示すように、この発明によれば、
メモリシステム８４を用いて、重み付けユニット７６に
より、加算器７２Ａ−Ｄに入力される信号に印加される
位相シフト量を調整する。これにより、図３の通路５６
により述べたディザー機構に従って、ビーム４８Ａ、４
８Ｂ（図１０）のオフセット位置（ディザリング）を得
る。図１０は３つのビーム位置、すなわち、図３に示す
通路５６の第４ステージ、第５ステージ、および第６ス
テージを示している。図１０では図面を簡単にするため
に、アンテナ４２は放射器４４がライン状に配列されて
いるように示され、放射器４４Ａはアンテナ４２の左端
に位置し、実線で示すビーム４８を、中心部から破線で
示される第４ディザー（オフセット）ビーム位置方向へ
傾ける制御は図１１に示すように放射器４４Ａ−Ｄの信
号に印加する位相量を増加させることにより行われる。

【００３８】ビーム４８Ａの場合と同様に、ビーム４８
Ｂの場合にも、中心部から破線で示される第４ディザー
ビーム位置方向へ傾ける制御はビーム４８Ａの場合と同
量の位相ラグ（遅れ）が印加される。また、ビーム４８
Ａおよびビーム４８Ｂの第６ディザビーム位置へのシフ
トは図１１に示すように放射器４８Ａ−Ｄの信号に印加
する位相ラグを減少させることにより行う。ビーム４８
Ａおよび４８Ｂを中央部に配置するには、メモリシステ
ム８４により供給される位相ラグは放射器４４Ａ−Ｄの
すべての信号に対して同じである。

【００３９】図１１に示すように、位相シフトに加え
て、加算器７２Ａ−Ｄの入力ポートにメモリシステム８
４から位相ラグが印加される。すなわち、図９に示すよ
うにメモリシステム８４は図３の通路５６の９つのステ
ージに対応した９個のリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８
６を有している。各ＲＯＭ８６は９つのディザビーム位
置へビームをずらすのに必要な位相ラグを記憶してい
る。

【００４０】加算器８８はビーム形成メモリ７８の出力
端子とディザーメモリ８６との間に接続され、ディザ位
相コマンドとビーム形成位相コマンドとの加算を行う。
ＲＯＭ８６は加算器８８にそれぞれ接続された出力ポー
トを持つように構成してもよいし、データバス９０を介
して加算器８８にデータを出力するように構成してもよ
い。

【００４１】アンテナシステム４０の電子機器３８はさ
らにタイミングユニット９２を有し、このタイミングユ
ニット９２はクロック回路９４と２つのカウンタ９６、
９８を有している。カウンタ９６はクロック回路９４の
クロックパルスにより駆動され、メモリ８６をアドレス
するためのアドレスカウンタとして動作する。これによ
り放射器４４Ａ−Ｄの信号に印加する位相コマンドがメ
モリ８６から出力される。ディザービームカウンタ９８
はクロック回路９４のクロックパルスにより駆動され、
１から９までカウントすることにより図３の通路５６の
第１乃至第９ステージに従って順次対応するＲＯＭ８６
を選択する。これにより、通路５６の各ステージ５８に
対応した特定のディザー（オフセット）位置が対応する
ＲＯＭ８６から出力される。

【００４２】図２に示すビーム４８のディザリングを受
信機６８Ａ−Ｃにより供給されるビームの時分割多重信
号と同期させるために、タイミング回路６６により出力
され、受信機６８Ｃにより受信されたＴＤＭＡタイミン
グ信号が受信機６８Ｃによりタイミングユニット９２に
印加される。それにより、例えば受信機６８Ａから第１
ビームを介して図３に示す受信局３４に送信された特定
周波数のバースト送信は、送信されたビームが第７ディ
ザー位置にあるときに行われる。受信機６８Ｂから第２
ビームを介して送信された時分割バースト信号を図３で
示す受信局３２で受信する場合、この時分割バースト信
号の受信は第２ビームが第４ディザー位置にあるときに
行われる。

【００４３】上述したように、この発明によれば、受信
機６８Ａ−Ｃがそれぞれの周波数で信号を送信すること
が可能であり、放射器４４Ａ−Ｄによりビームが出力さ
れ、受信局３２、３４および図示しない他の多くの受信
局に印加される。同時に、それらのビームのディザー位
置（オフセット位置）にあるビームにより信号が受信局
に印加されるので、地上の受信局がある地域に均一な照
射強度で送信が行われる。

【００４４】図１２はこの発明の他の実施例を示す図で
ある。図１２において、放射器４４に設けられたアレイ
アンテナ４２Ａはビーム４８を発生する構造が第１実施
例と異なる。アンテナ４２Ａの照準は回転軸１００に対
して中心にある。アンテナ４２Ａは基材１０４に取り付
けられた中空のシャフト１０２により支持される。シャ
フト１０２に固定されたプーリ１０６はピニオン１２に
より駆動されるベルト１００を有したベルトドライブ１
０８により回転される。ピニオン１１２は基材１０４に
より支持された電気モータ１１４により回転される。ア
ンテナ４２Ａの底部１１６はロータリカップリング１１
８を介して中空シャフト１０２の上部と接続される。回
転しないロッド１２０がシャフト１０２内を貫通してア
ンテナ底部１１６を基材１０４に接続してアンテナ４２
Ａの回転を抑制し、シャフト１０２の回転に伴いアンテ
ナ４２Ａが旋回する。すなわち、シャフト１０２が回転
すると、アンテナ４２Ａが軸１００に対して旋回し、こ
れにより図４の通路５６Ａと同様の通路に沿ってビーム
がずれる。図４に示す通路は中心に対して偏位した六角
形であるが、図１２のビーム４８の通路は円形となる。
図１２に示すアンテナも均一な照射強度を得ることがで
きる。

【００４５】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れることなく種々の態様で変形および実施可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、放射器を機械的あるいは電子的に操作して、ビーム
の中心を取り囲むオフセット位置にビームをずらすこと
により、そのビームによりカバーされる範囲のどのエリ
アにおいても均一な照射強度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のアンテナシステムが搭載された、地
球を回る衛星の概念図。

【図２】図１に示すアンテナの構成例を示す図であり、
種々の照射強度で地表の領域を照射するために、地表へ
の経路途中において発散する複数ビームの電磁力を発生
する放射素子アレイを示す図。

【図３】図２のアンテナにより照射される地表上のビー
ムの中心位置を実線で示し、各ビームの中心位置を取り
囲む拡散ビーム（オフセット位置に照射されるビー
ム）。

【図４】ビームの中心位置を取り囲む拡散ビーム位置の
配列の他の例を示す図。

【図５】ビーム照射される地表の１本のビームの種々の
電磁力の強度を表すグラフ。

【図６】１０９本のビームにより地球の半球を照射する
場合の照射範囲を示す概略図であり、各ビームはピーク
利得よりも４デシベル減衰した利得等高線に対して１．
９度の発散角を有し、各ビームの−４デシベル等高線を
円で表した図。

【図７】図６に示す地表面に照射するビームの配列と同
様の配列であり、各ビームの−０．５デシベル等高線を
円で表した図。

【図８】各ビームを円形状の−４デシベル利得等高線に
より表した図６の有効範囲領域の一部であり、ビームの
１本に、その１本のビームの領域をカバーする９本の時
間的に連続したビームを重畳させ、この時間的に連続し
た９本のビームを−０．５デシベルの利得等高線の円に
より表した図。

【図９】複数ビームを形成するとともに連続したオフセ
ットビーム位置を発生する図２のアンテナの放射器に接
続されるビーム形成システムのブロック図。

【図１０】図２のアンテナにより生成される複数のビー
ムを示す図であり、ビームのオフセット（デイザー）位
置を示す図。

【図１１】オフセットビーム位置を得るために、図２の
放射器のうちの４つの放射器（図９にも示される）に印
加される位相シフトの図。

【図１２】アンテナを機械的に移動させてビーム群のオ
フセットをとるための装置を示す斜視図。

【符号の説明】

２０・・・衛星通信システム、２２・・・衛星、２４・
・・地球、３０・・・アップリンンクデータチャンネ
ル、３２、３４・・・受信局、３６・・・ダウンリンク
データチャンネル、３８・・・電子機器、４０・・・ア
ンテナシステム、４４・・・放射器、４６・・・基材、
４８・・・ビーム、５０、５２、６４・・・利得等高
線、５６、５６Ａ・・・通路、５８・・・ステージ、６
６・・・時分割多重アクセスタイミング回路、６７Ａ−
Ｃ・・・送受信端末、６８Ａ−Ｃ・・・受信機、６９，
６９Ａ・・・アンテナ、７０Ａ−Ｃ・・・電力分割器、
７２Ａ−Ｄ・・・加算器、７４Ａ−Ｄ・・・増幅器、７
６・・・重み付けユニット、７８・・・ビーム形成メモ
リ、８４・・・メモリシステム、８６・・・ＲＯＭ、８
８・・・加算回路、９２・・・タイミングユニット、９
４・・・クロック回路、９６・・・アドレスカウンタ、
９８・・・ディザービームカウンタ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−110253（ＪＰ，Ａ) 米国特許4315262（ＵＳ，Ａ) 米国特許5648784（ＵＳ，Ａ) 米国特許3914768（ＵＳ，Ａ) 仏国特許出願公開2690010（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 25/00 H01Q 1/28 H01Q 3/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビーム群を発生する複数の放射器（４４）
   を有するアンテナ（４２）を含み、それぞれのビーム
   （４８）が受信地域の離れた領域を照射することが可能
   なように、ビームの軸がそれぞれ他から離れて配置され
   ているアレイアンテナシステム（４０）において、前記
   離れた照射領域の間に照射の低下する空間が存在し、 アンテナシステムは連続する位置的なオフセットをビー
   ム群に与えるためアンテナに結合されたオフセット手段
   （７６、８４、１０８、１１８）を含み、位置的なオフ
   セット手段は何れのビームに関しても前記離れた照射領
   域間の区域（５２）を照射するためにビームを前記照射
   の低下する空間内でビームの中心部（５０）を取り囲む
   ように駆動し、 複数の信号源（６８Ａ−Ｃ）が複数の放射器に接続され
   ており、前記信号源の各々は他の信号源の周波数と異な
   る周波数で動作し、 前記信号源の各々の信号電力を前記放射器のそれぞれに
   接続されたそれぞれ複数の信号経路に分割するための電
   力分割システム（７０Ａ−Ｃ）を有し、 前記信号源のそれぞれに関するそれぞれ複数の信号経路
   に重み付け手段（７６）が設けられ、前記重み付け手段
   は前記放射器からの放射による複数のビーム間の信号に
   ついて相対的に位相シフトさせ、それぞれのビームは受
   信地域が離れた領域を照射することが可能となるよう
   に、ビームの軸は互いに離れて配置され、前記照射領域
   の間に照射が低下する空間が存在し 、前記複数のビームの方向をオフセットし前記照射が低下
   する空間内にビームを配置するために、前記オフセット
   手段は位相を進める前記位相シフトと結合するために前
   記重み付け手段と接続され、ここで、前記オフセット手
   段は前記ビームの中心位置の回りで連続的にオフセット
   するように前記複数のビームのそれぞれをオフセットす
   るため連続的に位相を進める手段（８４、９２）を含
   み、そして、 前記オフセットは、前記ビームによる照射に関し高い均
   一性を提供するために、前記ビーム間の間隔よりも小さ
   いことを特徴とするアレイアンテナシステム。
2. 【請求項２】前記重み付け手段は前記信号源から前記複
   数の信号経路に出力される信号に振幅重みを与え、それ
   により前記放射器から複数のビームを出力することを特
   徴とする請求項１記載のアレイアンテナシステム。
3. 【請求項３】前記各ビームを同時かつ並列方向にオフセ
   ットすることを特徴とする請求項１記載のアレイアンテ
   ナシステム。
4. 【請求項４】前記複数のビームのオフセット量は同じで
   あることを特徴とする請求項３記載のアレイアンテナシ
   ステム。
5. 【請求項５】前記連続的なオフセットの最大値は１ビー
   ム幅より小さいことを特徴とする請求項１記載のアレイ
   アンテナシステム。
6. 【請求項６】前記連続的なオフセットの最大値は１ビー
   ム幅の１／２より小さいことを特徴とする請求項１記載
   のアレイアンテナシステム。
7. 【請求項７】前記各ビームは約１ビーム幅離間している
   ことを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナシステ
   ム。
8. 【請求項８】さらに、前記信号源のそれぞれの信号に関
   するデータチャンネルを時分割多重化する手段（６６）
   を有し、それにより前記複数のビームにより伝搬される
   信号を時分割多重化し前記各ビームの位置に対応する前
   記データチャネルのそれぞれのチャネルを介するデータ
   送信と同期化するために、前記オフセット手段は前記多
   重化する手段と同期化する（９ ８）ことを特徴とする請
   求項１記載のアレイアンテナシステム。