JP7005222B2 - ２重局所発信器を有する周波数変換装置およびこのような装置を含む衛星ペイロード - Google Patents

２重局所発信器を有する周波数変換装置およびこのような装置を含む衛星ペイロード Download PDF

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Description

本発明の技術分野は、特に通信衛星内の衛星ペイロードに組み込まれる周波数変換器に関する。
より具体的には、本発明の主題は２重局所発信器を有する周波数変換器である。
周波数変換器は、信号を通信事業会社により規定された様々な周波数チャネル上で地上へ送信するために周波数変換目的のために通信衛星に搭載されて使用される。
管理される異なる周波数チャネルの数は非常に多くなり得、地上から来る際のそれらの割り振りと地上への帰路のそれらの割り振りは変化し得、したがって、衛星に搭載される周波数変換器の数は結果として等しく多くなり得る。
加えて、機器故障が発生した場合のサービス連続性を提供するために、衛星運営者は、衛星に搭載して設置する必要がある機器の全量をさらに増加する冗長機器の使用を規定する。
これらの制約を考慮すると、規定周波数チャネルの数に関連する周波数変換器機能を実行する目的のために衛星ペイロードに組み込まれる周波数変換器の質量、容積および全体コストを制限することにその本質がある一般的問題が存在する。
必要レベルの信頼性を提供する現在の解決策は、別の故障した周波数変換器の代用を果たすまでスイッチオフされた（不活性な）状態にある、一定数の追加周波数変換器を衛星ペイロードに組み込むことにその本質がある。
これらの解決策は、無視できない数のさらなる変換器の追加を必要とするので、ペイロード用の相当なバルク（質量と容積の両方という意味で）を伴う。具体的には、各変換器はある周波数で動作する特定の局所発信器を使用する。冗長変換器は、同じタイプの局所発信器を含む故障変換器の代役を務め得るだけである。
本発明は、同一の局所発信器を有する複数の周波数変換チェーンを制御することを可能にし、したがって衛星に搭載され設置される機器に関する質量、容積および費用という意味で節約するようにする２重局所発信器を有する周波数変換器にその本質がある、前述の欠点を改善するための解決策を提案する。
本発明の１つの主題は、衛星に搭載され設置されることを目的とする周波数変換装置であり、この周波数変換装置は、第１の混合器と、第１の周波数で動作するとともに第１の混合器へ結合された第１の局所発信器とを含む少なくとも１つの第１の無線周波数処理チェーンと、第２の混合器と、第２の周波数で動作するとともに第２の混合器へ結合された第２の局所発器とを含む少なくとも１つの第２の無線周波数処理チェーンと、電力を活性アセンブリへ供給するための電流または電圧変換器とを含む活性アセンブリを含む。
１つの特定の態様によると、本発明による装置は、第３の混合器と、第１の周波数で動作するとともに第３の混合器へ結合された第３の局所発信器とを含む少なくとも１つの第３の無線周波数処理チェーンと、第４の混合器と、第２の周波数で動作するとともに第４の混合器へ結合された第４の局所発信器とを含む少なくとも１つの第４の無線周波数処理チェーンと、を含む非活性冗長アセンブリを含む。
１つの特定の態様によると、本発明による装置は、活性アセンブリおよび非活性冗長アセンブリの各局所発信器を各無線周波数処理チェーンの混合器へ結合するための分配システムを含む。
本発明の１つの特定の態様によると、第１の周波数と第２の周波数は異なる。
１つの特定の態様によると、本発明による装置は、同装置の入力／出力を活性無線周波数処理チェーンの入力／出力へ接続するための複数のスイッチを含む。
本発明の１つの特定の態様によると、電流または電圧変換器、第１の無線周波数処理チェーン、第１の局所発信器、第２の無線周波数処理チェーン、および第２の局所発信器は同一ユニット内に纏められる。本発明による装置は、それぞれが活性または非活性のいずれかおよび冗長にされる複数の前記ユニットを含む。
１つの特定の態様によると、本発明の特定の変形形態による装置は、同装置の入力／出力を活性ユニットの入力／出力へ接続するための複数のスイッチを含む。
本発明の別の主題は、本発明による周波数変換装置を含む衛星ペイロードである。
本発明の他の特徴と利点は、添付図面を参照した以下の説明を読むことでより明らかになる。
従来技術の第１の解決策による１つの活性チェーン（図１）と３つの活性チェーン（図２）とを含む周波数変換器のリングを示す２つの線図である。 従来技術の第１の解決策による１つの活性チェーン（図１）と３つの活性チェーン（図２）とを含む周波数変換器のリングを示す２つの線図である。 従来技術の第２の解決策による１つの活性チェーン（図３）と３つの活性チェーン（図４）とを含む周波数変換器のリングを示す２つの線図である。 従来技術の第２の解決策による１つの活性チェーン（図３）と３つの活性チェーン（図４）とを含む周波数変換器のリングを示す２つの線図である。 本発明の第１の実施形態による２重局所発信器を有する周波数変換装置を示す線図である。 活性チェーンを第１の周波数において３つの活性チェーンを第２の周波数において管理するより複雑なシステムを生成するために図３の周波数変換装置の第１の使用を示す線図である。 本発明の第２の実施形態による２重局所発信器を有する周波数変換装置を示す線図である。
図１と図２は、従来技術の第１の技術による周波数変換システムの２つの例を示す。
図１は、周波数チャネル上の信号放送のための周波数変換を実行することを目的とする周波数変換器装置１００を説明する。周波数変換動作は、装置１００からの出力として周波数Ｆｓ＝Ｆｅ＋ＦＯＬにおける信号を取得することにその本質がある。ここで、Ｆｅは装置１００へ入力される信号の周波数であり、ＦＯＬは周波数変換を実行するために使用される局所発信器１１２、１２２の周波数である。または、周波数変換動作はまた、装置の入力周波数Ｆｅから局所発信器ＦＯＬの周波数を減じることにより実行され得る、ここで、Ｆｓ＝Ｆｅ－ＦＯＬである。
図１の例によると、周波数変換器装置１００は、電力をユニット１０１へ供給する目的のために所与の強度のＤＣ電流または所定の電圧のＤＣ電圧を生成することができる電流または電圧変換器１１０を含む第１のユニット１０１を含む。電流または電圧変換器１１０は、周波数変換チェーン１１１と周波数ＦＯＬを生成する局所発信器１１２とへ電力を供給する。周波数変換チェーン１１１は、局所発信器１１２の周波数に基づき、装置の入力として受信される信号の周波数を変換するための少なくとも１つの混合器１１１０を含む。周波数変換チェーン１１１はまた、１または複数のフィルタおよび増幅器１１１１、１１１２を含み得る。
第１のユニット１０１の故障が発生した場合にサービス連続性を提供するため、周波数変換器装置１００はまた、第１のユニット１０１と同一であるが冗長ユニットとして使用される第２のユニット１０２を含む。第２のユニットは非活性状態であり一方第１のユニット１０１は活性状態である。第１のユニット１０１が故障すれば、第２のユニット１０２が活性化される。ユニットはその電源をオフにすることにより非活性化される。したがって、非活性ユニットは、長期にわたる消耗を免れ、故障活性ユニットの代用を果たすために使用されるための高い信頼性を呈示する。
第１のユニット１０１または第２のユニット１０２の活性化は、周波数変換器装置１００の入力（または出力）を第１のユニット１０１または第２のユニット１０２の入力（または出力）へ接続するように配置される複数のスイッチ１０３、１０４の切替えを特に伴い得る。
第２のユニット１０２は、第１のユニット１０１と同一であり、この目的を達成するために、電流または電圧変換器１２０、周波数変換チェーン１２１、および第１のユニット１０１の局所発信器１１２と同じ周波数ＦＯＬを生成することができる局所発信器１２２を含む。
図２は、従来技術の周波数変換器装置２００の別の例を示す。この例では、装置２００は３つの活性ユニット２０１、２０２、２０３と１つの非活性冗長ユニット２０４とを含む。３つの活性ユニットは、同じ変換周波数ＦＯＬでもって、例えば３つの別々の周波数チャネルに対応する３つの異なる信号を変換するために使用される。
各ユニット２０１～２０４は図１の装置に関して説明した２つのユニットと同一である。装置２００は、装置２００の３つの入力（または３つの出力）と３つの活性ユニット２０１、２０２、２０３の３つの入力（または３つの出力）間の接続を管理するために複数のスイッチ２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５を含む。
図１と図２の例は、それぞれが周波数変換動作を必要とする複数の信号を管理するためだけでなく、また、高レベルの信頼性を有するサービス連続性を提供するために冗長ユニットを追加で搭載する要件を管理するために、衛星に搭載されて設置された複数の周波数変換器に関連するバルク（質量と容積という意味合で）の課題を示す。
通常、衛星ペイロードは、変換される異なる信号にそれぞれが関連付けられた複数の周波数変換器装置を搭載し得、搭載される数十もの周波数変換器の存在を規定する。加えて、信頼性制約条件は活性ユニット当たり少なくとも１つの冗長ユニットを規定する。
したがって、必要とされる複数の変換器により引き起こされるバルク（質量と容積）の問題が存在する。したがって、必要とされる冗長性に関して同じ必要レベルの信頼性を保持する一方で装置のアセンブリの質量および容積を低減する解決策を発見する必要がある。
図３と図４は、従来技術の別の技術による周波数変換器の２つの他の例を示す。
衛星に搭載される周波数変換器のアセンブリにより生じる全体バルク（質量と容積という意味で）を制限するために、１つの解決策は２重周波数変換チェーンを有する変換器を生成することにその本質がある。このような装置３００が図３に説明される。装置３００は、それぞれが同じ電流または電圧変換器３１０によりそして同一の局所発信器３１２により提供される２つの周波数変換チェーン３１１、３１３を含む。第１の周波数変換チェーン３１１が活性化され、一方第２のチェーン３１３は非活性化される。スイッチ３２０、３２１のシステムは、装置３００の入力／出力が図１の装置と同様なやり方で活性変換チェーン３１１の入力／出力へ接続されるようにする。
図３の装置３００は、２つの変換チェーン３１１、３１３の単一電流または電圧変換器３１０と単一局所発信器３１２とを使用することによりバルク（質量と容積）が低減されるようにする。
図４は、図３に説明した装置の別の例示的アプリケーションであるが今回は３つの活性変換チェーンと１つの非活性冗長チェーンとを管理するためのものである。この場合、図４による装置４００は、２つの活性チェーン４１１、４１２を含む第１のユニット４１０と、１つの活性チェーン４２１および１つの非活性チェーン４２２を含む第２のユニット４２０とを含む。
図２の装置に使用されたものと同一のスイッチのシステムが、装置の入力と出力を活性チェーンの入力と出力へ接続するために使用される。
図３と図４に説明した２重変換チェーンを有する周波数変換装置の１つの欠点は、活性ユニットを非活性ユニットから完全に分離することにより厳密な冗長性を提供しないということである。図２の装置の場合、冗長性は、３つの他のユニットのうちの１つのユニットの故障を補うために１つの追加ユニットとなる。具体的には、図４の装置の場合、冗長性は、ただ１つの他のユニットの故障を補うための１つ以下の追加ユニットである。具体的には、１つの変換チェーンが故障すれば、図４の装置のアーキテクチャは、両方の変換チェーンが同じ装置内に共に局所化されるので最終的には両方の変換チェーンの故障に繋がる。
加えて、最適信頼性を提供するために、冗長性の概念はほとんどの場合、その動作を保護するために冗長ユニットが完全にオフにされること含む。２重変換チェーンを有する装置の場合、装置の一部だけがオフにされ、したがって冗長装置と同じレベルの動作信頼性を提供しない。
図５は、本発明の第１の実施形態による２重変換チェーンおよび２重局所発信器を有する周波数変換装置を説明する。
本発明による装置５００は、２つの周波数変換チェーン５０２、５０４と２つの局所発信器５０３、５０５（それぞれは２つのチェーンの１つを制御する）とへ電力を供給する単一電流または電圧変換器５０１を含む。周波数変換チェーン５０２、５０４は、図１において既に説明されたものと同一であり、少なくとも１つの混合器と任意選択的に少なくとも１つのフィルタおよび／または少なくとも１つの増幅器とを含む。
２つの局所発信器５０３、５０５の周波数は同一であってもよいし異なってもよい。
図５に説明した本発明による装置は、２つの異なる変換周波数を有する複数の周波数変換器機能が同一の衛星ペイロード内で実行されようにする。本発明による装置は、２つの周波数変換チェーンと２つの局所発信器とへ電力を供給するために同一の電流または電圧変換器を使用することによりバルク（質量と容積）が節約されるようにする。加えて、本発明による装置は、図３と図４に説明した従来技術の解決策とは異なり、図６の例に示すようにユニットの厳密な冗長性（コールド冗長性と呼ばれる）を提供できるようにする。
図６は、図５のタイプの３つの装置６０１、６０２、６０３を含む周波数変換器のアセンブリ６００を説明する。
アセンブリ６００は、図３と図４の２つの装置と同じ周波数変換器機能が実行されるようにする（すなわち第１の周波数ＦＯＬ１に対して１つの変換そして第２の周波数ＦＯＬ２に対して３つの変換）。
第１の装置６０１は、第１の周波数ＦＯＬ１を生成する第１の局所発信器６１０により制御される第１の変換チェーンと第２の周波数ＦＯＬ２を生成する第２の局所発信器６１１により制御される第２の変換チェーンとを含む。第２の装置６０２は、第２の周波数ＦＯＬ２を生成する局所発振器６２０、６２１によりそれぞれが制御される２つの変換チェーンを含む。最後に、第１の装置６０３は、第１の周波数ＦＯＬ１を生成する第１の局所発信器６３０により制御される第１の変換チェーンと第２の周波数ＦＯＬ２を生成する第２の局所発信器６３１により制御される第２の変換チェーンとを含む。
第１の装置６０１と第２の装置６０２は共に、活性状態であり、第１の周波数変換チェーンが第１の周波数ＦＯＬ１を介しそして３つの周波数変換チェーンが第２の周波数ＦＯＬ２を介し実行されるようにする。
第３の装置６０３は冗長装置として使用され非活性化される。第３の装置６０３は、第１の周波数ＦＯＬ１への変換のためのチェーンと、第２の周波数ＦＯＬ２への変換のための３つのチェーンとの両方の冗長性を提供する。
図３と図４に説明したシステムとは異なり、本発明による装置は、１つの装置６０３全体が冗長装置として使用され得るという点で厳密な冗長性（コールド冗長性と呼ばれる）を提供することを可能にする。バルク（質量と容積）は、同一の装置が１つの単一変換周波数または２つの異なる変換周波数に使用され得るということのために節約される。
本発明の範囲から逸脱すること無く、図５に説明した装置は多数の周波数変換チェーンを含むより複雑なシステムを生成するために使用され得る。
図７は本発明の別の実施形態による周波数変換装置を説明する。
図７の装置７００は、電力を装置の部品のアセンブリへ供給するための活性電流または電圧変換器の７０１、第１の周波数ＦＯＬ１で動作する活性状態の第１の局所発信器７０２、第２の周波数ＦＯＬ２で動作する活性状態の第２の局所発信器７０３、第１の周波数ＦＯＬ１で動作するとともに第１の局所発信器７０２の冗長性を提供するために非活性化される第３の局所発信器７０４、および第２の周波数ＦＯＬ２で動作するとともに第２の局所発信器７０３の冗長性を提供するために非活性化される第４の局所発信器７０５を含む。活性電流または電圧変換器７０１は、活性変換器７０１の故障を補うために非活性状態でありかつ冗長である第２の電流または電圧変換器を追加することにより冗長にされ得る。
装置７００はまた、様々な局所発信器７０２～７０５の出力を様々な周波数変換チェーン７０６～７０９の混合器へ結合するために複数の周波数変換チェーン７０６～７０９と分配システム７１０とを含む。
図７の装置７００は多数の周波数変換チェーンの組み込みに特に有利である。装置７００は、同一の電流変換器７０１が周波数変換チェーンのアセンブリにより共有されるようにし、また、局所発信器および周波数変換チェーンの厳密な冗長性を提供することを可能にする。加えて、装置７００は、第１の変換周波数ＦＯＬ１と第２の変換周波数ＦＯＬ２とに関連する変換チェーンの数を変更することにより、また冗長局所発信器へ結合される冗長変換チェーンの数を変更することにより、多数の組み合わせを生成することを可能にするので生産という意味で高レベルの柔軟性を提供する利点を有する。
１００ 周波数変換器装置
１０１ 第１のユニット
１０２ 第２のユニット
１０３、１０４ スイッチ
１１０ 電流または電圧変換器
１１１ 周波数変換チェ－ン
１１２ 局所発信器
１２０ 電流または電圧変換器
１２１ 周波数変換チェ－ン
１２２ 局所発信器
２００ 周波数変換器装置
２０１、２０２、２０３ 活性ユニット
２０４ 非活性冗長ユニット
２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５ スイッチ
３００ 周波数変換器装置
３１０ 電流または電圧変換器
３１１ 変換チェ－ン
３１２ 局所発信器
３１３ 変換チェ－ン
３２０、３２１ スイッチ
４００ 周波数変換器装置
４１０ 第１のユニット
４１１、４１２ 活性チェーン
４２０ 第２のユニット
４２１ 活性チェーン
４２２ 非活性チェーン
５００ 周波数変換器装置
５０１ 電流または電圧変換器
５０２ 周波数変換チェ－ン
５０３ 局所発信器
５０４ 周波数変換チェ－ン
５０５ 局所発信器
６００ アセンブリ
６０１ 第１の装置
６０２ 第２の装置
６０３ 第３の装置
６１０ 第１の局所発信器
６１１ 第２の局所発信器
６２０ 第１の局所発信器
６２１ 第２の局所発信器
６３０ 第１の局所発信器
６３１ 第２の局所発信器
７００ 周波数変換器装置
７０１ 電流または電圧変換器
７０２ 第１の局所発信器
７０３ 第２の局所発信器
７０４ 第３の局所発信器
７０５ 第４の局所発信器
７０６、７０７、７０８、７０９ 周波数変換チェ－ン
１１１０ 混合器
１１１１、１１１２ フィルタと増幅器

Claims (3)

  1. 衛星に搭載され設置されることを目的とする周波数変換装置であって、
    第１の混合器を含む少なくとも１つの第１の無線周波数処理チェーンと、
    第１の周波数で動作するとともに前記第１の混合器へ結合された第１の局所発信器と、
    第２の混合器を含む少なくとも１つの第２の無線周波数処理チェーンと、
    第２の周波数で動作するとともに前記第２の混合器へ結合された第２の局所発信器と、
    電力を活性状態のアセンブリへ供給するための電流または電圧変換器と、を含む活性状態のアセンブリを含み、
    前記電流または電圧変換器、前記第１の無線周波数処理チェーン、前記第１の局所発信器、前記第２の無線周波数処理チェーンおよび前記第２の局所発信器は、同一の第１のユニット内に纏められ、
    前記周波数変換装置は、前記第１のユニットと同一である少なくとも１つの追加ユニットを含み、
    各追加ユニットは活性または非活性のいずれかおよび冗長にされる、周波数変換装置。
  2. 前記周波数変換装置の入力／出力を、前記少なくとも１つの追加ユニットのうちの活性にされるユニットの入力／出力へ接続するための複数のスイッチを含む請求項１に記載の周波数変換装置。
  3. 請求項１または２に記載の周波数変換装置を含む衛星ペイロード。
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