JP6818787B2 - Antenna device, communication satellite, and antenna device mounting method - Google Patents
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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。 The present invention relates to an antenna device equipped with a reflector, a communication satellite, and a method of mounting the antenna device.
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。 In future high-speed satellite communication, it is required to improve the communication performance of communication satellites as the communication traffic between terrestrial and satellite increases. As a method for improving the communication performance of the communication satellite, for example, there is a method of making the antenna beam multi-beam. In this method, a large number of antenna beams are arranged, the coverage area of one antenna beam is reduced, and the antenna pattern shape is steep. As a result, in this method, the antenna gain is increased to improve the communication performance.
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)。 The antenna device mounted on the communication satellite includes a plurality of primary radiators that emit electromagnetic waves as beams, and a reflector that reflects electromagnetic waves from the primary radiators. In order to realize high density of multi-beam, for example, it is necessary to arrange primary radiators mounted on communication satellites at high density. In addition, as the density of the multi-beam increases, the required directional accuracy becomes higher. Therefore, it is necessary to manage the positional relationship between the primary radiator and the reflector with high accuracy. In order to improve the accuracy of the positional relationship, the drive mechanisms for controlling the direction of the reflector are distributed and arranged (see, for example, Patent Document 1).
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。 The retroreflector drive mechanism and the primary radiator are attached directly or indirectly to the structure of the satellite bus. Therefore, the positional relationship between the primary radiator and the reflector, in other words, the directivity accuracy of the antenna beam, is affected by the structure of the satellite bus, especially the structure, and the mechanical strength. Therefore, in order to further improve the directivity accuracy of the antenna beam, it can be said that the influence of the structure of the satellite bus and the mechanical strength should be taken into consideration.
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。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an antenna device, a communication satellite, and a method for mounting the antenna device, which can realize higher directional accuracy of the antenna beam.
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、第1の構造物と第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と、を備え、第3の構造物は、アクチュエータを介して第1の構造物に取り付けられている。 The antenna device according to the present invention includes a primary radiator group having a plurality of primary radiators that emit electromagnetic waves, a reflector that reflects electromagnetic waves from the primary radiator group, and a first structure attached to a satellite bus. , A second structure attached to the first structure and supporting the primary radiator group, a third structure attached to the first structure and supporting the reflector, and a first structure. An actuator that can change the relative positional relationship between the structure and the third structure is provided , and the third structure is attached to the first structure via the actuator .
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。 The communication satellite according to the present invention includes the above antenna device.
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、反射鏡を支持する第3の構造物を、アクチュエータを介して第1の構造物に取り付けることにより、反射鏡を前記第1の構造物に支持させ、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前記アクチュエータによって変更可能にする。
In the method for mounting an antenna device according to the present invention, a primary radiator group having a plurality of primary radiators that emit electromagnetic waves and a reflector that reflects electromagnetic waves from the primary radiator group are supported by a first structure, and the first structure is used. The
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。 According to the present invention, higher directional accuracy of the antenna beam can be realized.
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。 Hereinafter, embodiments of the antenna device, the communication satellite, and the antenna device mounting method according to the present invention will be described with reference to the drawings. The communication satellite according to the present invention is realized by attaching the antenna device according to the present invention to the communication satellite. The communication satellite according to the present invention can also be realized by applying the antenna device mounting method according to the present invention. In each figure, the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals.
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。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a satellite communication system constructed by using a communication satellite equipped with an antenna device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the satellite communication system includes a large number of
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。 FIG. 2 is a side view showing an outline of a communication satellite equipped with the antenna device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a side view of the communication satellite equipped with the antenna device according to the first embodiment of the present invention. It is another side view which shows an outline.
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。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
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。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
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。
The
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。
The state of the
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。
The actuator 6 is a component that makes it possible to change the relative positional relationship between the integrated
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。
The
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。
As described above, the
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。
Due to such modularization, the relative positional relationship between the
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。
In the first embodiment, the
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。
The shapes of the
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。
Further, in the first embodiment, the
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。
FIG. 6 is a side view showing an outline of a communication satellite equipped with the antenna device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
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。
The two
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。
Next, with reference to FIGS. 7 and 8, a mechanism for changing the relative positional relationship between the
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。
As shown in FIG. 7, the satellite control system constructed in the
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。
The
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。
On the
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。
When the operator operates the
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。
The modulation /
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。
As shown in FIG. 8, the system constructed on the
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。
The
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。
The modulation /
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。
The
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。
When the position adjustment command is transmitted from the
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。
The drive
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。
The actuator 6 can be driven by, for example, an instruction from the
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。
The system constructed on the
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。 1 Reflector, 2 Feed cluster (primary radiator group), 3 Cluster support structure (2nd structure), 4 Integrated structure (1st structure), 5 Reflector support structure (3rd structure) Structure), 6 actuators, 10 communication satellites, 11 satellite buses, 12, 71, 81 antenna devices, 84 control units, 85 drive amount calculation units, 86 drive circuits.
Claims (5)
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、
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と、
を備え、
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、
アンテナ装置。 A group of primary radiators that have multiple primary radiators that radiate electromagnetic waves,
A reflector that reflects the electromagnetic waves from the primary radiator group,
The first structure attached to the satellite bus and
A second structure attached to the first structure and supporting the primary radiator group,
A third structure attached to the first structure and supporting the reflector,
An actuator capable of changing the relative positional relationship between the first structure and the third structure,
Equipped with a,
The third structure is attached to the first structure via the actuator.
Antenna device.
を備える通信衛星。 The antenna device according to claim 1 .
A communication satellite equipped with.
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2に記載の通信衛星。 Further comprising one or more other actuators capable of changing the relative positional relationship between the first structure and the satellite bus.
The first structure is attached to the satellite bus via the other actuator.
The communication satellite according to claim 2 .
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、を備え、 It comprises one or more other actuators that can change the relative positional relationship between the first structure and the satellite bus.
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、 The first structure is attached to the satellite bus via the other actuator.
通信衛星。 Communication satellite.
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、
前記反射鏡を支持する第3の構造物を、アクチュエータを介して前記第1の構造物に取り付けることにより、前記反射鏡を前記第1の構造物に支持させ、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前記アクチュエータによって変更可能にする、
アンテナ装置搭載方法。 A group of primary radiators having a plurality of primary radiators that radiate electromagnetic waves, and a reflector that reflects the electromagnetic waves from the primary radiator group are supported by a first structure.
The first structure is attached to a satellite bus, the primary radiator group and an antenna device including the reflector are mounted on a communication satellite, and the primary radiator group and the reflector are mounted on the first. is supported by the structure,
By attaching a third structure that supports the reflector to the first structure via an actuator, the reflector is supported by the first structure, and the first structure and the first structure are described. The relative positional relationship with the third structure can be changed by the actuator.
How to mount the antenna device.
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