JP4951622B2 - 軽量の空間給電型能動フェーズドアレイアンテナシステム - Google Patents
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Description
上記の説明は、能動フェーズドアレイアンテナシステムの個々の素子の動作を記載している。ここでは、地球表面を観測するためのマーキング画像用に使用される合成開口レーダーのような、典型的な衛星搭載レーダー用途を例として用いて、システムの全体的動作を説明する。
図示した実施形態は、スペースクラフトのバス構造100の正方形断面を用いている。異なる断面を用いることもでき、ある用途では有利になることもある。異なる構成の3つの例が示されている。図12Aは、表面1205上に取り付けられるバスに電力を供給するために使用されるソーラーアレイを有する三角形のバス構造1200を示している。図12Bは、バス構造1210内により大きい内部容積を付与する三角形のバリエーションを示している。バスに電力を供給するための太陽電池を表面1215上に取り付けてもよい。図12Cは、フェーズドアレイアンテナがバス構造1220の外側に取り付けられた代替の配置を示している。この配置では、単一のブームアセンブリ1230しか必要ない。バスの電力を供給するための太陽電池が表面1225上に取り付けられている。
105 アンテナパネル
110 1枚または複数のアンテナパネルからなるアンテナの前ウイング(この例では4枚のパネルが示されている)
115 1枚または複数のアンテナパネルからなるアンテナの後ウイング(この例では4枚のパネルが示されている)
120 アンテナパネルの放射面
125 アンテナパネルの裏面
130 前ブーム
135 後ブーム
140 ブームアンテナアセンブリ
145 ソーラーアレイ(バスに給電するため)
150 フェーズドアレイアンテナ(前ウイングと後ウイングとから構成されている)
200 スペースクラフトのバス構造内に収容されている機器
205 スペースクラフトのバスシステム(電力、制御、データ処理など)
210 受信器/励振器
215 高安定局部発振器
220 送信パルス発生器
225 受信器
230 信号抽出およびコード化ユニット
235 一斉送信される高安定局部発振器信号
240 周波数変換された送信信号と受信信号との2路リンク
245 2線式CAN Bus制御バス
250 送信および受信信号分配用のブーム搭載アンテナ
255 高安定局部発振器の基準周波数配分用のブーム搭載アンテナ
260 制御バス
265 ベースバンドチャープ信号
270 アンテナコントローラ
300 能動アンテナノード
305 アンテナノードのソーラーパネルアセンブリ
310 バッテリ充電調整器
315 再充電可能バッテリ
320 電源および電源切り替えアセンブリ
325 高安定局部発振器基準周波数を受信するためのアンテナ
330 基準周波数処理アセンブリ
335 送信/受信信号用アンテナ
340 送信器アセンブリ
345 受信機アセンブリ
350 サブアレイ
355 アンテナノードコントローラ
360 マイクロコントローラ
365 デジタル/アナログコンバータ手段
370 位相制御信号
375 送信利得制御信号
380 受信利得制御信号
385 アンテナからの送信および受信信号
400 信号ルーティングデバイス(例えば循環器、スイッチ、カップラなど)
405 可変利得増幅器
410 ミキサー
415 高出力増幅器
420 信号ルーティングデバイス(例えば循環器、スイッチ、カップラなど)
425 低ノイズ増幅器
430 ミキサー
435 可変利得増幅器
440 低ノイズ増幅器
445 周波数増倍器
450 直接変調器
455 電力分配器
460 移相基準周波数
500 ノードエレクトロニクスモジュール
505 太陽電池アレイ
510 スロット導波管
600 RF透過材料(例えばハニカム水晶)
605 パネル構造
610 結合されたアルミニウムシート(アンテナパネルの表面)
615 信号を導波管に導入するための導波管ランチャー
700 光学アセンブリおよび画像処理ユニットの位置
705 アンテナウイング画像用の光経路
710 ブーム画像用の光経路
715 アンテナパネル上の照射された目標(すべての目標は特定せず)
720 前ブーム上の照射された目標
725 後ブーム上の照射された目標
800 アンテナパネル上の照射された目標の例
1000 光学アセンブリ
1005 前後のウイングおよび前後のブーム用開口
1010 前後のウイングおよび前後のブームの画像
1015 複合画像
1020 ソリッドステート写像アレイ
1025 画像処理ユニット
1030 前ウイングの目標照明コントローラ
1035 後ウイングの目標照明コントローラ
1040 前ブームの目標照明コントローラ
1045 後ブームの目標照明コントローラ
1050 ウイング照明制御信号
1055 ブーム照明制御信号
1060 アンテナコントローラへのインターフェース
1100 ロケット積載物フェアリング
1200 スペースクラフトのバス構造(代替実施形態1)
1205 バス電力用太陽電池アレイ(代替実施形態1)
1210 スペースクラフトのバス構造(代替実施形態2)
1215 バス電力用太陽電池アレイ(代替実施形態2)
1220 スペースクラフトのバス構造(代替実施形態3)
1225 バス電力用太陽電池アレイ(代替実施形態3)
1230 展開可能なブームアセンブリ
1400 CAN Busタイミングおよび制御メッセージ
1405 能動アンテナノード送信モード有効
1410 能動アンテナノード受信モード有効
1700 アンテナ
1702 信号ルーティングデバイス(例えば循環器、スイッチ、カップラなど)
1704 可変利得増幅器
1706 ミキサー
1708 電力配分器
1710 高出力増幅器(水平偏波)
1712 高出力増幅器(垂直偏波)
1714 信号ルーティングデバイス(例えば循環器、スイッチ、カップラなど)
1716 水平偏波給電アセンブリ
1718 垂直偏波給電アセンブリ
1720 サブアレイ
1722 低ノイズ増幅器
1724 ミキサー
1726 可変利得増幅器
1728 信号ルーティングデバイス(例えば循環器、スイッチ、カップラなど)
1730 低ノイズ増幅器
1732 ミキサー
1734 可変利得増幅器
1736 アンテナ
1738 アンテナ
1740 低ノイズ増幅器
1742 電力配分器
1744 周波数増倍器
1746 直接変調器
1748 直接変調器
1750 電力配分器
1752 位相制御信号
1754 位相制御信号
1756 移相基準周波数(送信器)
1758 移相基準周波数(水平受信偏波)
1760 移相基準周波数(垂直受信偏波)
1762 送信偏波選択信号
1764 送信利得補償信号
1766 受信利得制御信号(水平偏波)
1768 受信利得制御信号(垂直偏波)
1770 周波数変換送信信号と受信信号との2路リンク
1772 周波数変換受信信号との1路リンク
Claims (15)
- 衛星用宇宙ベースのアンテナシステムであって、
前記衛星用宇宙ベースのアンテナシステムの中央システムであり、
基準周波数信号を生成するように構成された高安定局部発振器、
少なくとも部分的に前記基準周波数信号に基づいて送信信号を生成するように構成された回路、ならびに、
前記基準周波数信号および送信信号を送信し、受信信号を受信するための少なくとも1つのシステムトランシーバを含む中央システムと、
能動フェーズドアレイアンテナシステムの一部を形成する複数の能動アンテナノードであり、各々の能動アンテナノードが、
前記システムトランシーバから前記基準周波数信号および送信信号を受信し、前記受信信号を前記システムトランシーバに送信するように構成された少なくとも1つのノードトランシーバ、
前記基準周波数信号を受信し、前記送信信号と受信信号との信号変換を行って前記送信信号と受信信号間の干渉を防止するように結合された周波数変換回路、電力発生部、ならびに、
前記ノードトランシーバと前記電力発生部とに結合され、前記送信信号および受信信号を処理または制御するように構成され、かつ、少なくとも部分的に前記基準周波数信号、および前記送信信号と受信信号の一方または双方を利用して前記宇宙ベースのアンテナシステムのビーム形成およびビーム走査の制御を少なくとも容易にするように構成される制御回路
を含む能動アンテナノードとを備えることを特徴とするシステム。 - 前記制御回路は、前記ノードに対して局部的なタイミング信号を利用し、前記宇宙ベースのアンテナシステムは分散基準周波数を用いた位相制御を利用することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記能動アンテナノードの少なくともいくつかを保持する少なくとも1つのアンテナウイングと、アンテナ歪み補償システムであり、
前記アンテナウイング上に位置する複数の光学目標、
前記アンテナウイング上の前記複数の目標の少なくともいくつかを位置決めし、画像信号を出力するための少なくとも1つの画像センサ、および、
前記出力された画像信号を処理し、歪み補償信号を生成するための形状補償サブシステムを含むアンテナ歪み補償システムとをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記能動アンテナノードの少なくともいくつかを保持する少なくとも1つのアンテナウイングをさらに備え、前記アンテナウイングは一方の側に放射パネル部を、かつ反対側に太陽電池を含み、双方の構造支持体をなし、アンテナとして機能することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記宇宙ベースのアンテナシステムの掃引受信モードを実行するために前記高安定局部発振器に結合された高安定局部発振器位相制御回路をさらに備え、前記位相制御回路は受信された信号掃引位相を調整して、前記ビームが掃引の開始時に仰角方向で近距離端、および掃引の終了時に遠距離端でビームを指向するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 衛星用能動フェーズドアレイアンテナシステムであって、
コアシステムであり、
送信信号を生成するための制御手段、ならびに
前記コアシステムからノード手段へと基準信号および送信信号を無線送信し、受信信号を前記ノード手段から無線受信するためのトランシーバ手段を備えるコアシステムと、
能動フェーズドアレイを生成するための複数のノード手段であり、各ノード手段が、
前記コアシステムから基準信号および送信信号を無線受信し、前記送信信号を目標に送信し、前記目標から受信信号を受信し、かつ前記受信信号を前記コアシステムに無線送信するためのノードトランシーバ手段、
前記送信信号と受信信号間の、前記コアシステムとノード間の、および前記ノードと目標間の信号干渉を防止する手段、ならびに
トランシーバ手段および信号干渉を防止する手段に結合され、該送信および受信信号を制御または処理するためのノード制御手段
を備える複数のノード手段を備えることを特徴とする能動フェーズドアレイアンテナシステム。 - 各ノード手段に電力を発生するための発電手段をさらに備え、
前記ノード制御手段は少なくとも部分的に前記送信信号に基づいてビーム形成およびビーム走査を容易にするための手段を含むことを特徴とする請求項6に記載のシステム。 - 前記制御手段に結合され、高安定基準周波数信号を生成するための発振器手段をさらに備え、
前記トランシーバ手段は前記基準周波数信号を前記ノード手段に送信するための手段を含むことを特徴とする請求項6に記載のシステム。 - 前記複数のノードのいくつかを担持するためのウイング手段と、前記制御手段に結合され、前記ウイング手段の歪みを判定し、かつ前記判定された歪みに基づいて少なくとも1つの補償信号を生成するための補償手段とをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 少なくとも1つのウイングを有する宇宙ベースの能動レンズレーダーシステムにおいて、装置が、
前記ウイングによって担持され、前記宇宙ベースの能動レンズレーダーシステムの少なくとも一部を形成する複数のノードを備え、各ノードは、
前記レーダーシステムからの空間給電信号を無線受信し、送信ビームの一部として目標に向けられる送信信号を生成するように構成された送信部と、
前記目標からのエコー信号を受信し、前記レーダーシステムに無線送信される受信信号を生成するように構成された受信部と、
前記送信部と受信部の少なくとも一方に結合され、前記送信信号と前記受信信号間の信号干渉を防止するように構成された信号絶縁部と、
前記送信部、受信部および信号絶縁部の相互間に結合されたコントローラとを備え、
前記ノード内の前記コントローラ、前記送信部、受信部および信号絶縁部に電力を供給するために各ノードに局部発電機をさらに備えることを特徴とする装置。 - 受信された基準信号を調整し、周波数調整信号を生成するための周波数調整器と、
前記周波数調整された信号に基づいて変調信号を生成するための変調器と、
各々が前記変調された信号のミキシングをするためのミキサーを有する送信および受信経路と、
前記変調された信号を前記送信および受信経路に選択的に供給するための信号セレクタとをさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の装置。 - 前記ウイングの後部は、前記複数のノードを担持し、前記ウイングの前部は、前記送信ビームの少なくとも一部を送信し、前記エコー信号の少なくとも一部を受信するように構成されることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記信号絶縁部は、周波数変換、電磁シールド、異なる信号偏波の利用、デジタル信号処理技術の利用、異なるコード化がなされたスペクトル拡散チャネルの利用、または時分割多重の利用を介して前記送信信号と前記受信信号の同時送信間の信号干渉を防止するように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 少なくとも1つのウイングを有する宇宙ベースの能動レンズレーダーシステムにおいて、装置が、
前記ウイングによって担持され、前記宇宙ベースの能動レンズレーダーシステムの少なくとも一部を形成する複数のノードを備え、各ノードは、
送信ビームの一部として送信信号を目標に向けることを少なくとも補助し、前記目標からのエコー信号を受信するように構成された信号処理部と、
前記信号処理部に結合されたノードコントローラと、
外部電源または前記レーダーシステムから前記複数のノードへの外部配電用配線を利用せずに、前記ノードコントローラおよび前記信号処理部の局部的に給電するように構成された局部発電回路とを備えることを特徴とする装置。 - 前記局部発電回路は、太陽電池アレイ、エネルギー貯蔵デバイス、および前記太陽電池アレイと前記エネルギー貯蔵デバイスとの間に結合された調整器を含むことを特徴とする請求項14に記載の装置。
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