JP4219557B2 - 移動衛星を追跡するアンテナシステム - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、信号の送信及び/又は受信用のシステムに係り、より詳細には、非同期衛星を追跡するアンテナシステムに関する。
【０００２】
従来、衛星を介した商業用遠距離通信は、その殆ど多くは静止衛星を介し行われており、空中での相対的位置を変化させないおかげで、多くに有益をもたらしている。しかしながら、静止衛星はその静止衛星からユーザアンテナが離れている距離（３６,０００キロメータのオーダであり、対応する損失はKu バンドにて約２０５ｄＢにも上昇する）と送信遅延（通常、２５０ｍｓから２８０ｍｓのオーダである）に関係するかなりの減衰のような大きな欠点を有し、電話方式、ビデオ会議などのような実時間応用では、明らか認知できる混乱を起こすようになる。さらに、赤道面に位置する静止軌道は、高緯度地方に関しては視認性の問題を提起する。極に近接する地方では、仰角は非常に小さくなる。
【０００３】
静止衛星を利用する代替は、
‐傾斜楕円軌道の衛星の使用であり、数時間可能な継続時間、最高点の緯度に位置する領域上で、その衛星は殆ど静止しており、
‐円形軌道、特に低軌道（以下、ＬＥＯ、「低地球軌道」という）又は中軌道（以下、ＭＥＯ、「中地球軌道」という）の衛星の配列を実行し、その衛星の配列は、数十分から約１時間の継続時間、ユーザ端末の視認できる範囲内で飛んでいる。
【０００４】
双方の場合とも、サービスは単一の衛星により永遠に提供されものではなく、サービスの継続性には、数多の衛星が次々とサービス領域上を飛んでいることが必要である。
【０００５】
米国特許第４,５３１,１２９号には、幾つかのソースを具備するルーネベルグレンズ走査アンテナシステムを開示している。しかしながら、本システムは複雑すぎる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、衛星を追跡するアンテナシステムを製造し、システムの視認性の範囲内で、少なくとも二つの非同期衛星とそれに続く別の衛星をピックアップし、先行技術でのシステムの欠点を改良することである。
【０００７】
この目的のため、本発明の主題は、複数の焦点のある集束面を有する多方向集束手段を具備し、第一の信号送信機及び/又は受信機要素と、第二の信号送信機及び/又は受信機要素とを具備し、前記第一の要素の支持体の第一の支持手段と前記第二の要素の支持体の第二の支持手段とは互いに独立であり、焦点の第一の連続ラインと焦点の第二の連続ラインとに沿ってそれぞれ配設されている、非同期衛星を利用する通信システムの信号の送信及び/又は受信用のシステムであって、第一及び第二の支持手段にそれぞれある焦点の第一の連続ラインに沿った前記第一の要素の変位の第一の変位手段と、焦点の第二のラインに沿った前記第二の要素の変位の第二の変位手段と、焦点の第一及び第二のラインに沿って前記第一の要素及び前記第二の要素を変位させる第一の変位手段と第二の変位手段の制御手段とをさらに具備することを特徴とするシステムである。
【０００８】
このようにして、本発明によるシステムのおかげで、少なくとも二つの空間的に分離したビームを送信及び/又はピックアップし、第一の衛星から別の衛星へ移動する際に、スイッチング遅延を被らない。その遅延は第一の衛星を第二の衛星を視認する位置へ観測させる受信手段の位置を変化させることに起因するのであろう。本願では、用語「アクティブ」とは、少なくとも大部分の有用なデータを同様な、いわゆる「アクティブ」衛星で交換する何れかの要素に与えられる。用語「パッシブ」とは、信号データ及びほとんどで有用でないデータを、いわゆる「パッシブ」衛星で交換する他の何れかの要素のことをいう。支持体の支持手段は独立であるので、第一及び第二の要素は、互いに混乱させることなく、集束面に沿って可動する。
【０００９】
一の実施例によれば、本発明によるシステムは、制御手段を監視する監視手段を具備し、実行すべき有用なデータ交換で送信機及び/又は受信機要素を決定し、制御手段を受信及び/又は送信信号を処理する処理手段へスイッチし、上記信号を利用する外のユニットと結合する。
【００１０】
一の実施例によれば、周期的に、決定された期間、二つの要素は上記処理手段へスイッチされる。
【００１１】
一の実施例によれば、監視手段はシステムの固定装置内に配設される。
【００１２】
第一及び第二の要素の変位はケーブルの有無により混乱されるべきではなく、第一の要素と第二の要素は、信号を受信及び/又は送信する第一及び第二のアンテナをそれぞれ具備し、上記装置は第三及び第四の送信及び/又は受信アンテナを具備し、動作中、上記第一及び第二の要素と上記装置は無線電波リンクにより結合している。
【００１３】
一の実施例によれば、上記支持手段は集束面の何れかの側に配設される。
【００１４】
一の実施例によれば、上記集束手段は球形ルーネベルグ型レンズを具備する。
【００１５】
一の実施例によれば、上記支持手段は半円形レールを有し、レールの曲率の中央はレンズの曲率とほぼ一致し、上記支持手段の作動手段と結合している。
【００１６】
一の実施例によれば、上記作動手段は衛星の方位追跡のための第一及び第二の支持手段の回転手段を具備する。
【００１７】
一の実施例によれば、上記回転手段はルーネベルグレンズの中心と、上記第一及び第二の支持手段は回転可能である周りを通過する回転シャフトを具備する。
【００１８】
一の実施例によれば、上記第一及び第二の支持手段はレールを具備し、上記第一及び第二の要素はその要素を上記レールに可動させるモータを具有する。
【００１９】
一の実施例によれば、監視手段は要素のモータとレールの動作手段とを制御する。
【００２０】
一の実施例によれば、上記第一及び第二の要素は印刷回路基板アンテナを具備する。
【００２１】
一の実施例によれば、上記第一及び第二の送信及び/又は受信要素は、それぞれ送信信号用の周波数変換器ブロック及び/又は受信信号用の周波数変換器ブロックを具備する。
【００２２】
一の実施例によれば、本発明によるシステムは、少なくとも一つの静止衛星と連絡用のシステムの同一の焦点に隣接して位置する、少なくとも一つの第三の送信機及び/又は受信機要素をさらに具備する。
【００２３】
一の実施例によれば、本発明によるシステムは所定の軌道に沿った非同期衛星を追跡することを意図しており、焦点の上記第一及び第二のラインは第一及び第二の衛星の軌道に対応する。
【００２４】
本願では、用語「ダウン信号」とは、衛星からシステムが結合した住居（dwelling）内部のユニットへ向かう方向に送信される信号として解釈され、一方、用語「アップ信号」とは、住居内部のユニットから衛星へ送信される信号に関するものである。
【００２５】
本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照して、次の非制限例による典型的な実施例の説明から分かる。
【００２６】
説明を簡明にするため、同じ参照番号は、同じ機能を果たす要素を表わすように、後の図面でも利用する。
【００２７】
図１は、本発明によるシステム１を介した垂直断面の簡単な線図を示し、非同期衛星２_１、２_２を追跡することを目的とし、一方、図２は図１の横断面による追跡システムの部分図を示す。
【００２８】
図１及び図２に示す実施例から、追跡システム１は、通常、住居(図示せず)の外に位置し、衛星２_１、２_２により横行される空間の視認できる範囲内にある外部ユニットの平行六面筐体３と統合される。本外部ユニットは、通常、デコーダである住居の内部のユニットと結合している。衛星２_１、２_２が位置する自由放射空間に向かって配向するシステム１の上部は、それ自体公知である固定ルーネベルグ型４のレンズと円形回転シャフト５の二つの部分を示し、その部分の軸５_１はレンズ４の中心Ｏを通過する。軸５_１を通過する図１のセクションへの側面は、二つの半球形４_１、４_２を画定し、その半球形４_１は自由放射空間に向かって対面しており、一方、半球形４_２は筐体３内に位置する。レンズ４はレール７、８が位置する何れかの側の集束面６を有する。レンズ４は、レンズ４の物理的面の外に集束面６を得るように選択される。レール７、８は集束面６に隣接する図１のセクションの平面に円形プロファイルを有し、その中心はほぼレンズ４の中心Ｏと一致し、それぞれの端部は（７_１、７_２）と（８_１、８_２）で表わされる接続手段により、シャフト５の二つの部分とそれぞれ結合している。レール７の半円はレール８のそれよりも小さい。各レール７、８は独立であり、それぞれモータ９、１０によりシャフト５の軸の周りに回転可能である。レール７、８は焦点の二つのラインにそって実質的に配設されている。
【００２９】
二つの送信機/受信機要素、つまりリレイ(relay)１３、１４は、その動きが制御システム１３、つまりマイクロコントローラ１３により制御され、それぞれレール７、８の切欠ラックと噛合う歯車３８０_１、３８０_２によりレール７、８を可動する。このマイクロコントローラはレール７、８のモータ９、１０を制御し、そのレールを回転軸５_１の周りに回転させ、さらにレール７、８に沿ってリレイ１１，１２の変位を制御可能なようにモータ５０、５１をも制御する。リレイ１１，１２の上記モータ５０、５１の制御は、上記マイクロコントローラ１３から発し、リレイ１１、１２により受信した情報から、及び/又は既知の衛星２_１、２_２の軌道、システム１の地理的位置に関する従前の情報から発生した信号のアンテナ５０_１、５１_１による無線送信により達成される。上記情報はマイクロコントローラ１３のメモリ（図示せず）に記録される。
【００３０】
各リレイ１１、１２は、それぞれ衛星２_１、２_２と交換される信号を送信/受信する印刷パッド１４_１、１４_２をそれぞれ具備する。
【００３１】
図３ａ、図４ａ及び図５ａは、送信/受信用の上記印刷パッド１４_１、１４_２の三つの実施例をそれぞれ示し、一方、図３ｂ、図４ｂ及び図５ｂは、図３ａ、図３ｂ及び図３ｃに示すパッドの分解側面図を、それぞれ示す。
【００３２】
印刷パッドの上記三つの実施例は、マイクロストリップ回路にそれ自体公知の技術により具現化される。図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、例えば、テフロンガラスの基板層１５の使用を示し、その上には衛星２_１、２_２が位置する放射空間に対面するパッチ１６が配置されている。層１５の対向面は、層１５のアース面を構成する金属面１８を形成する。
【００３３】
図３ａ及び図３ｂの実施例によれば、パッチ１６と関連し、図６に詳細に示される送信/受信回路１７は、二つの直交偏波にパッチ１６を励磁する。本実施例によれば、パッチ１６及び送信/受信回路１７は層１５の同じ上部面に配設される。一つの偏波はシステムによる信号の送信経路用に供され、一方、もう一つの偏波はシステムによる信号の受信経路用の供される。
【００３４】
図４ａ及び図４ｂの実施例によれば、印刷パッドは二つの層１５及び１９を具有する。第一の基板層１５はその上部面にパッチ１６を有し、その下部面にアース面１８を有し、カップリングスロット２０が作られる。第二の層１９は面１８に対面して配設される。送信/受信回路１７は層１５と接触する面と反対に、層１９の下部面に配設される。
【００３５】
図５ａ及び図５ｂの実施例によれば、印刷パッドは三つの層１５、２１及び２２を有する。前記したように、第一の基板層１５はその上部面にパッチ１６と、その下部面にアース面１８とを有し、カップリングスロット２０が作られる。第二の層２１は面１８に対面して配設される。回路１７の一部を構成する送信回路１７_１は、層１５と接触する面と反対に、層２１の下部面に配設される。第三の層２２は層２１の下部面と対面して配設される。二つの直交偏波にパッチを励磁する回路１７の一部を構成する受信回路１７_２は、層２１と接触した反対面に層２２の下部面に配置される。
【００３６】
上記最後の三つの実施例によれば、送信及び受信は二つの直交偏波で実行され、衛星２_１、２_２から発する信号の受信経路２３と、上記衛星２_１、２_２へ送信されるべき信号の送信経路２４との間の分離を最適化する。
【００３７】
さらに、第一の基板面１５の単一のパッチ１６を有する構造は、基板層から分離した二つのパッチを有する構造と交換可能であり、相互に対面し、シフトした周波数で共鳴して周波数通過帯域を広域化する。
【００３８】
図６は、本発明によるリレイ１１、１２内に含まれる送信/受信回路１７の実施例を示す。送信回路１７_１は送信経路２４にあり、一方、受信回路１７_２は受信経路２３に配置されている。
【００３９】
上記典型的な実施例にて、送信/受信回路１７は、一方で送信/受信信号用の第一のパッチ１６を励磁する回路と結合しており、他方、送信/受信信号の第二のパッチ２５を励磁する回路と結合しており、さらに、そのパッチ２５は二つの直交偏波に励磁される。パッチ２５による送信及び受信信号は、とりわけ、図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂ、図５ａ及び図５ｂにて説明した実施例の一により、交信される。したがって、リレイ１１、１２は、上記図面にて説明したのと同様な印刷パッドの形態で、送信/受信アンテナ３８_１、３８_２をそれぞれ有する。
【００４０】
受信回路１７_２の入力は、偏波Ｐ１のパッチ１６の第一の側に沿ってパッチを励磁するパッチ１６の出力ポートと結合しており、回路１７_２の出力は、偏波Ｐ１’にパッチ２５の第一の側に沿ってパッチ２５を励磁するパッチ２５の入力ポートと結合している。同様に、送信回路１７_１の入力は、パッチ２６の第一の側に直交する側に沿って、Ｐ１’に直交する偏波Ｐ２’にパッチを励磁するパッチ２５の出力ポートと結合しており、回路１７_１の出力は、パッチ２５の第一の側に直交する側に沿って、Ｐ１に直交する偏波Ｐ２にパッチを励磁するパッチ２５の入力ポートと結合する。受信回路１７_２はその入力で、低ノイズ増幅器２６を有し、その出力はバンドパスフィルタ２７と結合しており、その通過帯は衛星受信周波数を中心としている。上記フィルタ２７の出力は、第一のミキサ２８の第一の入力と結合しており、その第二の入力はローカル発振器２９からのポンプ信号により駆動される。ミキサ２８の出力はバンドパスフィルタ３０の入力と結合しており、その中心周波数はパッチ２５の送信周波数を中心としている。このようにしてフィルタリングされた信号はフィルタ３１により増幅され、次いで再びバンドパスフィルタ３２によりフィルタリングされ、ミキサ２８及び発振器２９が関係する変換の間に発生するスプリアス周波数が排除される。フィルタ３２の出力は、パッチ２５の送信励磁回路の入力と結合している。
【００４１】
同じように、送信回路１７_１はその入力に増幅器３３を有し、その出力はバンドパスフィルタ３４と結合しており、その通過帯はパッチ２５の受信周波数を中心としている。上記フィルタ３４の出力は、第一のミキサ３５の第一の出力と結合しており、その第二の入力はローカル発振器２９からのポンプ信号により駆動される。ミキサ３５の出力はバンドパスフィルタ３６の入力と結合しており、その中心周波数はパッチ１６の送信周波数を中心としている。このようにフィルタリングされた信号は電力増幅器３７により増幅され、その出力はパッチ１６の送信フィード回路の入力と結合している。
【００４２】
パッチの底に、システム１は、アンテナ３８_１、３８_２と通信する二つの送信/受信アンテナ３９_１、３９_２を有する、以後「端子３９」という固定送信/受信装置を具備し、上記端子３９はテレビデコーダを含む住居（図示せず）内部のユニットと、同軸ケーブル４０より結合している。各アンテナ３９_１、３９_２は、周波数変換回路３９_１１、３９_２１と、それぞれ結合しており、その出力はスイッチ５３の端子５３_１と結合している。この端子５３_１は、衛星（２_１、２_２）の視認性の関数として、回路３９_１１の出力と回路３９_２１の出力との間を切替え得る。この切替えはシステム１３を監視することにより制御される。スイッチの他の端子は周波数変換回路５４と結合しており、その出力は住居内部のユニットにつながる出力ケーブル４０と結合している、所定の継続時間、周期的に、例えば、二つの要素により受信された信号がデコーダレベルで利用され、つまり、例えば、二つの要素により受信されたデータフレームは有用なデータとしてみなされ、その二つの要素は処理回路５４へ切替えられることが理解できる。例えば、信号は重ねられ、第一の衛星から第二の衛星へ行く際に、信号の質を最適化させることができる。
【００４３】
さらに、システムは第三の固定送信機/受信機、つまりシステムの集束面（６）の近傍に位置するリレイ１２０を具備し、静止衛星（２_３）と永久的に交信することが可能である。
【００４４】
本発明による追跡システム１は、非限定動作の以下の方法により動作する。
【００４５】
外部ユニットとアクティブ衛星との間の交換用の供される周波数スペクトルは、例えば、衛星送信/受信システムのフレームワーク内で、アクティブリレイ１１、１２の周波数置換中、装置３９による受信信号の７００ＭＨｚ帯と、装置３９による送信信号の３００ＭＨｚ帯へ減少する。いわゆる「アクティブバンド（帯）」スペクトルの大部分はアクティブ衛星と装置３９との間のリンク用に供されることが確立される。いわゆる「パッシブバンド（帯）」スペクトルの僅かな部分は衛星の追跡と、ある衛星から別の衛星への切替え（又は「ハンドオーバー」という）管理とに関する情報交換用に供される。それ自体公知である電子スイッチ（図示せず）は、アクティブバンドへのアクティブ要素１１、１２も動作バンドの切替えの役割を果たし、一方、パッシブ要素１１、１２の動作バンドはパッシブバンドへ減少する。
【００４６】
システム１の視認性の範囲を去ろうとする衛星又はシステム１の視認性の範囲に入ろうとする衛星は、送信データの順に動き、一つ以上の情報命令を送り、システム１はリレイ１１、１２の切替えを行う。この切替えの瞬間に、情報は二つのリレイ１１、１２へ送られる。リレイはその役割を交換し、一方はアクティブになり、他方は待機し、最適スポットの位置をとり、次の切替えの準備をする。装置３９内に含まれる監視システム１３は、切欠ラックと噛合う歯車３８０_１、３８０_２の作用によりリレイ１１、１２のそれぞれの軌道を制御し、さらに、例えば同軸ケーブル４１_１及び４１_２により監視システム１３と結合し作動手段９，１０をも制御する。上記作動手段は、例えばモータ９、１０である。上記制御によりリレイ１１、１２の仰角及び方位角の調整を、それぞれ可能にする。よって、衛星２_１、２_２の予めセットされた軌道に関して、軌道が移動すると、上記衛星からの情報を受信する監視システムは、その軌道が補正され、レール７、８のリレイ１１、１２を変位させるモータ５０、５１の作動と、軸５_１の周りにレールを回転させることによりレール７、８と直交する面にてリレイ１１、１２を変位させるモータ９，１０の作動を制御する。
【００４７】
パッチ２５の無線送信/受信周波数は、受信及び送信信号に対して十分なスペクトルが得られるように選択される。干渉を回避するめに、各リレイ１１、１２はその周波数サブバンド内で送受信する。
【００４８】
もちろん、本発明は前記した実施例に限定されない。したがって、ルーネベルグ型レンズは円筒形である。
【００４９】
同様に、要素１１、１２の仰角及び方位角、並びに他の位置を変更させる別の監視手段を考慮することも可能である。
【００５０】
最後に、衛星２_１から衛星２_２への切替えの管理は、本発明の動作を説明するために考慮された以外の方法でも行うことができる。少なくとも二つの衛星２_１、２_２への多くのアクセスの全ての公知方法が包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるシステムの実施例の垂直断面の簡単な線図である。
【図２】 図１の横断面によるシステムの部分図である。
【図３】 図３ａは、第五/第六の送信/受信アンテナの一の実施例を示す図である。図３ｂは、図３ａに示すパッドの分解側面図である。
【図４】 図４ａは、第五/第六の送信/受信アンテナの一の実施例を示す図である。図３ｂは、図４ｂに示すパッドの分解側面図である。
【図５】 図５ａは、第五/第六の送信/受信アンテナの一の実施例を示す図である。図３ｂは、図５ａに示すパッドの分解側面図である。
【図６】 本発明による送信機及び/又は受信機要素の実施例を示す図である。

Claims (10)

1. 非同期衛星を利用する通信システムにおいて信号を送信及び/又は受信するためのシステムであって：
   複数の焦点を持つ集束面を有し、大地に対して固定されたレンズ型の多方向集束手段と、
   第一の送信機及び/又は受信機要素、並びに第二の送信機及び/又は受信機要素と、
   第一の非同期衛星の軌道に対応する第一の焦点群ラインに沿って配設された第一の支持体に沿った、第一の送信機及び / 又は受信機要素のための第一の変位手段と、
   第二の非同期衛星の軌道に対応する第二の焦点群ラインに沿って配設された第二の支持体に沿った、第二の送信機及び / 又は受信機要素のための第二の変位手段と、
   前記第一の送信機及び / 又は受信機要素及び前記第二の送信機及び / 又は受信機要素をそれぞれ前記第一の焦点群ライン及び前記第二の焦点群ラインに沿って変位させることができる、前記第一の変位手段及び前記第二の変位手段の制御手段と、
   該制御手段を監視し、有用なデータ交換を実行すべき送信機及び/又は受信機要素を決定し、かつ、該送信機及び/又は受信機要素を前記の受信及び/又は送信信号を処理する処理手段へ切替えるための監視手段と、
   を具備することを特徴とするシステム。
2. 当該システムの１つの焦点の近傍に配設され、少なくとも一つの静止衛星と永久に通信可能である少なくとも一つの第三の固定送信機及び/又は受信機要素をさらに具備することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記監視手段は前記システムの固定装置内に含まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 動作中、前記第一の送信機及び / 又は受信機要素及び前記第二の送信機及び / 又は受信機要素と前記装置は無線電波リンクによりつながっていることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記レンズ型多方向集束手段はルーネベルグ型レンズからなることを特徴とする、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のシステム。
6. 前記第一の支持体及び前記第二の支持体は衛星の方位追跡を可能にする回転手段に結合していることを特徴とする、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のシステム。
7. 前記第一の送信機及び / 又は受信機要素及び前記第二の送信機及び / 又は受信機要素は、印刷回路基板アンテナを具備することを特徴とする、請求項１乃至６のうち何れか一項に記載のシステム。
8. 前記印刷回路は、一面にパッチを含み他面にアース面を形成する層を含む基板により構成され、前記パッチは、前記一面に位置する送信/受信回路により二つの直交偏波に励磁されることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
9. 前記印刷回路は、一面にパッチを含み他面にカップリング手段を備えたアース面を形成する層を含む第一の基板と、第二の基板とにより構成され、
   前記第一の基板に接触する面に対向する前記第二の基板の面が前記送信及び/又は受信回路を受けることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
10. 前記システムは前記受信回路又は送信回路の何れかを受ける第三の基板をさらに具備し、前記第二の基板は前記送信回路又は受信回路を受けることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。

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