JPH06334580A - 衛星中継器 - Google Patents

衛星中継器

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JPH06334580A
JPH06334580A JP5271687A JP27168793A JPH06334580A JP H06334580 A JPH06334580 A JP H06334580A JP 5271687 A JP5271687 A JP 5271687A JP 27168793 A JP27168793 A JP 27168793A JP H06334580 A JPH06334580 A JP H06334580A
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JP5271687A
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Edward Hirshfield
ハーシュフィールド エドワード
Chich-Hsing A Tsao
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Space Systems Loral LLC
Loral Space Systems Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成を簡単にし、電力消費効率を増大させ
る。 【構成】 受信アンテナ40は、ＬバンドのＲＦ信号を受
信する。第１ビーム形成手段48は、受信されたＲＦ信号
からアップリンクビームを形成する。地球局通信手段56
〜86は、アップリンクビームをＣバンドのＲＦ信号に変
換して地球局との間で送受信を行う。第２ビーム形成手
段50は、地球局からのＲＦ信号からダウンリンクビーム
を形成する。送信アンテナ42は、ダウンリンクビームを
ＳバンドのＲＦ信号として送信する。大電力増幅器46
が、第２ビーム形成手段と送信素子42a との間に接続さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、通信システムに関し、特に衛星
プラットホームの通信装置に関する。
【０００２】
【背景技術】宇宙にあるプラットホームで用いる通信装
置を設計する際に考慮すべきことには、装置の重量、複
雑さ、及び電力消費が含まれる。さらに、受信される信
号（アップリンク）及び地球局へ送信される信号（ダウ
ンリンク）の損失を最小限にする検討もなされる。例え
ば、フェーズドアレイアンテナを用いた従来の送信器で
は、電力増幅器の出力部とアンテナのフェーズドアレイ
への入力部との間に接続されたビーム形成システム内に
かなりの損失が生じていた。
【０００３】
【発明の概要】本発明の目的は、従来のシステムに対し
て、複雑さが低減され、電力消費効率が増大した衛星通
信中継器（satellite communication payload ）を提供
することである。本発明の第２の目的は、送信信号の最
終増幅の前にビーム形成が生じてビーム形成装置内での
損失を低減させることができる衛星通信中継器を提供す
ることである。
【０００４】本発明の第３の目的は、受信アンテナの多
元素子フェーズドアレイ及び送信アンテナの多元素子フ
ェーズドアレイを用いて、各フェーズドアレイの各素子
が複数の受信または送信ビームの各々に用いられる衛星
通信中継器を提供することである。本発明の第４の目的
は、多元素子フェーズドアレイ受信アンテナ及び多元素
子フェーズドアレイ送信アンテナを用い、有効電力がコ
マンドや制御論理を必要とせずに需要に基づいたアップ
リンク電力に依存してダウンリンクビームに割り当てら
れる衛星通信中継器を提供することである。
【０００５】上記問題点は本発明により解決され、本発
明の目的は、本発明により構成されて動作する通信衛星
中継器によって達成される。本発明は、例えば複数の携
帯セルラ電話器や他の無線電話器、及び全世界の公衆電
信電話（ＰＴＴ）ネットワークに接続される地球局間の
効率の良い通信を提供する通信衛星中継器に関する。本
発明の通信衛星中継器は、全２重通信を利用したセルラ
電話器からのアップリンクとダウンリンクとの両方に例
えば１２または１６本の互いに独立した複数のアンテナ
ビームを同時に支援する。さらに、衛星中継器は、地球
局と衛星との間に同一数の全２重チャネルを支援する。
本発明の好ましい実施例において、通信衛星中継器は、
全世界に亘る通信を行うために低軌道（ＬＥＯ）に配置
された複数の衛星の１つによって支持される。
【０００６】本発明の衛星中継器は、通信システムとと
もに使用される。中継器は、第１周波数帯域内のＲＦ信
号を受信する複数（ｎ個）の受信素子を有するフェーズ
ドアレイ受信アンテナを有する。複数（ｍ個）のアップ
リンクビーム形成体の各々は、フェーズドアレイ受信ア
ンテナによって受信されたＲＦ信号からｍ本のアップリ
ンクビームを形成するために、複数の受信アンテナの各
々に接続された１の入力部を有する。
【０００７】中継器は、アップリンクビーム形成体の出
力部に接続された入力部を有し且つｍ本のアップリンク
ビームを第２周波数帯域のＲＦ信号に変換する地球局通
信回路を含む。地球局通信回路はさらにＲＦ信号を地球
局との間で送受信する回路及びアンテナを含む。送受信
されるＲＦ信号は第２周波数帯域内にある。さらに、中
継器は、地球局から受信されたＲＦ信号からｍ本のダウ
ンリンクを形成するために、地球局通信回路の出力部に
接続された入力部を有するダウンリンクビーム形成体を
含む。ｍ本のダウンリンクビームは第３周波数帯域に形
成される。フェーズドアレイ送信アンテナは、ｍ本のダ
ウンリンクビームを第３周波数帯域内のＲＦ信号として
送信する複数の送信素子を有する。送信素子の各々には
電力増幅器が連結されている。各電力増幅器は、ダウン
リンクビーム形成体の出力部に接続された入力部と、送
信素子の１つに接続された出力部と、を有する。このよ
うに、ダウンリンクビームの形成は最終増幅の前に行わ
れる。
【０００８】好ましい実施例において、第１周波数帯域
はＬバンド内にあり、第２周波数帯域はＣバンド内にあ
り、第３周波数帯域はＳバンド内にある。本発明の実施
例において、各受信素子には複数の受信増幅器が連結さ
れ、各受信増幅器の入力部は受信素子のところで自由空
間に接続される。同様に、各電力増幅器の出力部は送信
フェーズドアレイアンテナの送信素子のところで自由空
間に接続される。
【０００９】本発明によれば、ｍ本のアップリンクビー
ムの各々は、アップリンクビームが生成された領域と同
一の領域を照射する対応するダウンリンクビームを有す
る。ダウンリンクビームの対応するものの電力レベルは
アップリンクビームの電力レベルに依存する。本発明の
他の実施例において、受信及び送信フェーズドアレイア
ンテナは多層回路技術を用いて作製される。送受信素子
の各々は多層プリント回路基板の一面に形成された導電
パッチである。２空洞フィルタが各パッチに電気的に接
続され、フィルタが多層プリント回路基板内部の層内に
形成される。
【００１０】
【実施例】本発明を添付図面を参照しながら以下に詳細
に説明する。図１に、本発明の通信衛星中継器が動作す
る環境を示す。通信システム１０は、概念的に複数のセ
グメント１，２，３，４に分割される。セグメント１は
宇宙セグメント、セグメント２はユーザセグメント、セ
グメント３は地上セグメント、セグメント４は電話シス
テム基盤セグメントとなっている。本発明は、宇宙セグ
メント１に関し、特に、低軌道に配置された衛星１２ａ
の各々によって保持される通信中継器１２に関する。
【００１１】ユーザセグメント２は、衛星１２ａと通信
を行う複数のタイプのユーザ設備を含む。ユーザ設備に
は、例えば無線電話器１４、移動無線電話器１５、及び
メッセージ装置１６など、これらに限定されることな
く、異なるタイプの複数のユーザ装置１３が含まれる。
ユーザ装置１３は、全２重（full duplex ）モードで動
作し、ＬバンドＲＦリンク（アップリンク）及びＳバン
ドＲＦリンク（ダウンリンク）を介して衛星中継器１２
ａを用いて通信できる。アップリンクＬバンドＲＦリン
クには、１．６１ＧＨｚから１．６２６５ＧＨｚまでの
帯域幅１６．５ＭＨｚの周波数帯域が用いられ、スペク
トラム拡散方式により音声信号や無線測位衛星サービス
（ＲＤＳＳ）信号とともに変調される。ダウンリンクＳ
バンドＲＦリンクには、２．４８３５ＧＨｚから２．５
ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚの周波数帯域が用い
られる。アップリンク及びダウンリンクＲＦリンク１７
は、スペクトラム拡散方式により音声信号や無線測位衛
星サービス（ＲＤＳＳ）信号とともに変調される。
【００１２】地上セグメント３は複数の地球局１８を含
む。地球局１８は、５ＧＨｚを中心とする周波数帯域の
全２重ＣバンドＲＦリンク１９を介して衛星１２ａと通
信する。地球局１８によって、衛星１２の中継器１２ａ
を電話基盤セグメント４に連結される。電話基盤システ
ム４は、現在の電話システムからなり、セルラ基地局２
０、地域ベルオペレーティングセンタ（ＲＢＯＣ）２
２、長距離伝送路２４、国際伝送路２６、私設通信網２
８及び公衆電信電話システム３０を含んでいる。通信シ
ステム１０は、地球局１８を介してユーザセグメント２
と電話基盤セグメント４の電話器３２との通信を提供
し、ユーザセグメント２のユーザ装置間の通信を可能と
している。
【００１３】図１に、地上セグメント３の一部として、
衛星動作制御センタ（ＳＯＣＣ）３６及びネットワーク
制御センタ（ＮＣＣ）３８を含むテレメトリ制御システ
ム３４が示されている。通信回線３９が、地球局１８と
地上セグメント３のＳＯＣＣ３６及びＮＣＣ３８とが相
互に連絡するために設けられている。通信システム１０
の上記部分によって衛星制御機能が形成されるが、本発
明の通信中継器１２の動作には直接関係しない。
【００１４】図２及び図３に、図１の衛星中継器１２の
構成図を示す。衛星中継器１２は、主に次に示す部品か
らなる。Ｌバンド受信アンテナ４０及びＳバンド送信ア
ンテナ４２は、それぞれアップリンク及びダウンリンク
をユーザセグメント２のユーザ装置に結合する。各アン
テナ４０，４２は、例えば６１の素子（４０ａ，４２
ａ）からなるフェーズドアレイである。素子は六角形に
束ねられている。例えば、受信アンテナ４０の最大幅は
およそ１０１．６ｃｍ（４０インチ）であり、送信アン
テナ４２の最大幅はおよそ６３．５ｃｍ（２５インチ）
である。素子４０ａの直径はおよそ１１．２ｃｍ（４．
４インチ）であり、素子４２ａの直径はおよそ６．８６
ｃｍ（２．７インチ）である。各アンテナ４０，４２
は、例えば１２または１６の同じ数のビームにて動作
し、６１素子のうちのいずれか１つを１本のビームに対
して使用している。
【００１５】図６に１２ビームアンテナのカバレッジを
示す。図６において、図示せぬ下方部は図示した上部と
対称となっている。１２ビームを用いることによって、
およそ１１０゜のカバレッジ（仰角１０゜）が形成され
る。１ビームによって、ユーザセグメント２のおよそ２
００台のユーザ装置に業務を行うことができるので、１
２ビームによっておよそ２４００台のユーザ装置に業務
を行うことができ、１６ビームによっておよそ３６００
台のユーザ装置に業務を行うことができる。これだけ多
くのユーザ装置を扱うために、中継器１２は、ＣＤＭＡ
（符号分割多元接続）とともに周波数の再利用を用い
て、各々の帯域幅が１．２５ＭＨｚの１３のサブバンド
を形成している。
【００１６】低雑音増幅器（ＬＮＡ）４４が、Ｌバンド
アップリンク信号を受信するために、受信アンテナ４０
の６１個の素子４０ａの各々に直接結合されている。大
電力増幅器（ＨＰＡ）４６が、Ｓバンドダウンリンク信
号を送信するために、送信アンテナ４２の６１個の素子
４２ａの各々に直接結合されている。ＨＰＡ４６は、数
種の異なる電力レベルで送信することができる。ＬＮＡ
４４及びＨＰＡ４６は、出力信号が入力信号に正比例す
る線形領域で動作するように設計されている。線形動作
によって、送信される信号の精度が保存され、さらに各
アンテナ素子の能力が形成されて互いに独立な多元ビー
ムを同時に生成することができる。
【００１７】衛星１２ａが１群のユーザ装置の上を通過
するとき、衛星１２ａへのアクセスは衛星の動きとは反
対方向にビームからビームへと移動する。故に、衛星１
２ａからのＳバンドダウンリンクの送信電力は、対応し
た方法でビームからビームに移動しなければならない。
本発明により、中継器１２は、アップリンクビームと同
一の地上領域を照射するダウンリンクビームに割り当て
られるべき有効な電力を提供する。これは、ダウンリン
クＨＰＡ４６が各ダウンリンクフィード素子４２ａと接
続し、このため、各素子４２ａが各ビームと相関するか
らである。故に、電力は、コマンドや論理制御を必要と
することなく、地球局１８とともに自動的に、需要に基
づいて割り当てられる。
【００１８】詳細には、フェーズドアレイアンテナ４
０，４２は、それぞれ多元ビーム形成ネットワーク４
８，５０によって形成される。多元ビーム形成ネットワ
ーク４８，５０は、各ビームの衛星１２ａに対する方向
を決める。図示した実施例では、アップリンク及びダウ
ンリンクに対してそれぞれ１６ビームがあるので、アッ
プリンクビーム形成体４８が１６個、ダウンリンクビー
ム形成体５０が１６個存在する。１６本のアップリンク
ビームを同時に生成するために、各受信アンテナ素子４
０ａの出力は、ＬＮＡ４４にて増幅された後で、ビーム
形成体４８へと続く１６のパスへと分割されて、各アッ
プリンクビームの方向及び形状が決められる。同じこと
がダウンリンクにあてはまり、１６の入力が結合され、
送信するためにＨＰＡ４６にて増幅される。多元パスへ
の分割はアップリンク電力分割器５２及びダウンリンク
電力結合器５４にて行われる。
【００１９】アップリンク電力分割器５２は６１存在す
る。各アップリンク電力分割器５２は、１つのＬＮＡ４
４の出力端子に接続している入力端子の１つと、１６の
出力端子を有する。この１６の出力端子は、それぞれ１
６のビーム形成体４８の１つと接続している。同様に、
ダウンリンク電力結合器５４は６１存在する。各ダウン
リンク電力結合器５４は、１６のビーム形成部材５０の
出力端子に各々が接続している１６の入力端子と、ＨＰ
Ａ４６の１つに連結している出力端子の１つを有する。
【００２０】図８及び図９に２ウェイ電力分割・結合器
５３の一例を示す。電力分割・結合器５３は、第１接地
面５３ａ、第２接地面５３ｂ、及びこれら接地面５３
ａ、５３ｂの間に介在する誘電体層５３ｃを有してい
る。導電回路５３ｄが誘電体層５３ｃの内部に含まれ、
導電回路５３ｄは分離抵抗器５３ｅを含んでいる。分割
電力、すなわち入力信号がポートＡに供給されると、ポ
ートＢ，Ｃから出力される。結合電力、すなわち結合さ
れるべき入力信号がポートＢ，Ｃに供給されると、２つ
の信号の和がポートＡから出力される。各素子の大きさ
及び厚みは、対象となる信号の周波数及び誘電体層５３
ｃの誘電定数に依存している。１６ウェイまたは６１ウ
ェイ電力分割・結合器は、同様に構成されているが、複
数の２ウェイ分割・結合器５３をカスケード接続して構
成することもできる。
【００２１】図９に、電力分割・結合器５３を６段にカ
スケード接続して構成されたビーム形成ネットワーク４
８，５０の一例を示す。Ｐ１，Ｐ２，．．．，Ｐ６１
は、各アンテナ素子に異なる位相をもたらす互いに異な
るパス長を表している。電力分割・結合器５３の未使用
ポートは適宜の負荷により終端される。上述のように、
通信システム１０は、衛星１２ａによって集められた信
号を受信し且つＰＴＴネットワークに信号を伝送する地
球局１８を用いている。地球局１８は、衛星中継器１２
を介してユーザ装置に送信すべきＰＴＴネットワークか
らの信号を受信する。地球局１８及び衛星１２ａ間の伝
送はＣバンドＲＦリンク１９を介して行われる。
【００２２】この動作モードを動かすために、１６ビー
ムによって受信されたＬバンド信号は、Ｃバンドの周波
数に亘って送信用に多重周波数分割される（ＦＤＭ）。
図３において、ＦＤＭは、Ｌバンド信号をＣバンド信号
に変換する複数（１６）の増幅ミキサ５６によって行わ
れる。各ＦＤＭチャネルの周波数は、増幅ミキサ５６及
びフィルタ６２と共にローカルオッシレータ６０によっ
て決められる。複数（８）のチャネルが加算ネットワー
ク６４，６６の各々と連結してそれぞれ電力増幅器（Ｓ
ＳＰＡ）６８，７０に供給される。電力増幅器６８，７
０の出力は、増幅され、ダイプレクサ７２，７４を介し
て、アンテナ７６から地球局１８に送信するための直交
チャネルに供給される。直交チャネルは偏波器７８によ
って画定される。
【００２３】地球局１８から戻った円偏波直交信号はア
ンテナ７６を介して受信され、偏波器７８によって分離
される。地球局１８からのアップリンク及びダウンリン
ク信号は、互いに周波数帯域が異なり、ダイプレクサ７
２，７４によって分離される。アップリンク地球局信号
は、低雑音増幅器ＬＮＡ８０，８２にて増幅されて、そ
れぞれ電力分割器８４，８６に供給される。電力分割器
８４，８６の出力は１６のフィルタ８８及び増幅ミキサ
９０に供給される。フィルタ８８及び増幅ミキサ９０
は、ローカルオッシレータ９２と共に、ビーム形成ネッ
トワーク５０へのＳバンドリターンチャネルを画定する
ために、Ｃバンド地球局送信信号を変換する。増幅ミキ
サ９０の出力はフィルタ９４を介してビーム形成ネット
ワーク５０に供給される。
【００２４】ビーム形成ネットワーク５０の駆動に要す
るゲインは、ＬＮＡ８０，８２によって、さらに増幅ミ
キサ９０によって画定される。ビーム形成ネットワーク
５０からの信号は、ｎウェイ（この場合ｎ＝１６）電力
加算器５４に集められて、送信フェーズドアレイアンテ
ナ４２の各素子４２ａに供給される。上述のように、本
発明は、制御システムや時間遅延を必要とせずに、所望
の中継器電力を供給する効率的な手段を提供する。すな
わち、線形増幅器及び１６ビームの各々に対して各フェ
ーズドアレイアンテナの全素子を用いることによって、
各Ｌバンドアップリンクビームの信号電力は、受信、Ｃ
バンドアップ変換、Ｓバンドダウン変換を介して、さら
に送信フェーズドアレイアンテナ４２への最終増幅を終
えても保存される。このように、各Ｓバンドダウンリン
クビームの信号電力は、対応するＬバンドアップリンク
ビームの信号電力に依存している。Ｌバンドアップリン
クビームの信号電力は、ビームによって業務が提供され
るユーザ装置の個数に依存している。
【００２５】一般に、ビーム形成ネットワーク４８，５
０は、ビーム形成時に振幅変化と位相変化とを混合す
る。しかしながら、本発明のビーム形成ネットワーク
は、位相のみのビーム形成を行っている。これによっ
て、各アンテナ素子と各アンテナ素子に接続された増幅
器とは、等しく励起される。このことは、アンテナ素子
間の位相関係を保存し、さらに増幅器の位相伝達特性が
駆動レベルに依存して変化できる点に関して重要であ
る。全増幅器を同一レベルで駆動することによって、こ
の潜在する問題は回避される。
【００２６】さらに、電力を消費する大電力増幅器４６
前の信号パスにて送信フェーズドアレイアンテナ４２用
のビーム形成ネットワーク５０を使用することによっ
て、ビーム形成プロセスに関する損失は従来よりも低減
される。増幅前のビーム形成は、全素子４２ａでの最終
の増幅器４６の振幅及び位相伝達特性が、互いに高精度
（＋／−２゜の範囲内、＋／−０．５ｄＢの範囲内）で
類似していることを必要とする。好ましくは、このこと
は、ＨＰＡ４６に対し単一のマイクロ波集積回路（ＭＭ
ＩＣ）を使用することによって達成される。ＭＭＩＣ
は、増幅器から増幅器への繰り返しを実行するものであ
る。
【００２７】図４及び図５を参照して本発明をさらに説
明する。本発明は、ＬＮＡ４４を受信アンテナ素子４０
ａに組み込む形態に関し、さらに、ＨＰＡ４６を送信フ
ェーズドアレイ素子４２ａに組み込む形態に関する。Ｌ
ＮＡ４４の入力端子とＨＰＡ４６の出力端子とは、それ
ぞれ自由空間と直接接続している。よって、ケーブル、
導波路、または他のマイクロ波素子に殆ど損失が生じな
い。
【００２８】図４（ａ）に送信フェーズドアレイ素子４
２ａの側面図を示し、図４（ｂ）に上面図を示し、図４
（ｃ）に互いに９０゜離して配置された４つのＨＰＡ４
６の模式図を示す。各放射素子４２ａは、垂直軸方向に
伝搬方向をサポートするように寸法が決められた円筒構
造体４２ｂによって形成されている。構造体４２ｂは作
動周波数で短い円形導波路を形成する。４つのＨＰＡ４
６がそれぞれ構造体４２ｂの円周方向に９０゜間隔で４
つの位置に配置されて所望の円偏波を励起する。送信フ
ェーズドアレイアンテナ４２の場合、電力増幅器及び所
望の電力量に応じて、２組または４組のプローブ４２ｃ
及びＨＰＡ４６が必要となる。
【００２９】図５に示すように、受信アンテナ４０ａの
場合、９０゜の間隔で配置されて４分の１の空間を占め
る２本のプローブが円偏波信号を受信するために備えら
れている。フェーズドアレイアンテナ４０，４２の構造
は、中継器１２の効率の点から、すなわち重量の軽量化
及び消費される全直流電力の最小化がコストに対する大
きなインパクトを有する点から、重要なファクタであ
る。適した構造を図６に示す。
【００３０】図６（ａ）に６１素子フィードアレイ４２
の上面図を示し、図６（ｂ）に斜視図を示す。素子４２
ａは、ビーム形成ネットワーク多層ボード１００の上部
に配置されている。この実施例では、ビーム形成ネット
ワーク多層ボード１００は３層のディスクとなってい
る。１６ビーム形成ネットワーク多層ボード１００は、
互いに積層され、図２に示すビーム形成体５０が組み込
まれている。各ビーム形成ネットワーク多層ボード１０
０は、放射状に外方に伸長する６１の出力端子１０２を
有する。各１６ビーム形成ネットワークボード１００か
らの対応する出力端子１０２は、１６ウェイ電力結合器
５４内で加算される。各電力結合器５４の加算出力は、
同軸ケーブル１０４及びコネクタ１０４ａを介して６１
素子４２ａに接続される。各素子４２ａは、図４に示す
４つのＨＰＡ４６を有する。
【００３１】図１０に、アンテナ４０，４２のアレイ素
子を有する他の実施例を示す。この実施例において、放
射素子は、アイリス（iris）１１２ａを介して共振器１
１４ａに接続される導電パッチ１１０からなる。同様
に、共振器１１４ａはアイリス１１２ｂを介して共振器
１１４ｂに接続されている。共振器１１４ａ，１１４ｂ
によって、２極バンドパスフィルタ１１６が形成され
る。エネルギが、直角位相の導電パス１１８，１２０に
よって、フィルタ１１６に接続されたり、またはフィル
タ１１６から抽出されたりする。これら２本のパスは９
０゜ハイブリッド結合器１２２にて結合される。円偏波
の波面はパッチ放射体１１０によって送受信される。こ
の場合、各素子につきＬＮＡまたはＨＰＡは１つであ
る。他に、この構造は、２つまたは４つのＬＮＡやＨＰ
Ａを有する前述の実施例と同様な方法で円偏波を生成す
る。本実施例は、誘電層の損失が前述の空洞やホーン内
の自由空間の損失よりも多いが、多層プリント回路技術
を用いて形成できることが特徴である。プリント回路に
て形成すると、製造コストが廉価となる。
【００３２】図１０では、２つのＣバンドホーン７６
ａ，７６ｂが用いられ、ダイプレクサ７２，７４（図
３）が省略されている。受信フェーズドアレイアンテナ
４０のパッチ１１０の大きさによって、隣接するパッチ
１１０との中心間の距離が１１．４３ｃｍ（４．５イン
チ）となるように配置される。一方、送信フェーズドア
レイアンテナ４２では、隣接するパッチと中心間の距離
が７．６２ｃｍ（３インチ）となるように配置される。
【００３３】図１１及び図１２に、多層放射パッチ素子
の構成の詳細を示す。図１１において、パッチ１１０
は、誘電体層１１０ａの表面に形成され、導電分離面１
１０ｂによって包囲されている。パッチ１００及び分離
面１１０ｂは例えば２分の１オンス銅（1/2 ounce copp
er）からなる。パッチ１１０の下方に、アイリス１１２
ａを画定するエッチング開口を有する固体銅面（solid
copper plane）がある。アイリス１１２ａがエッチング
形成された銅面は、誘電体層１１０ａ及びパッチ１１０
を含むプリント回路層と対向する面である。アイリス１
１２ａの下方には、誘電体層１２６からなる片面回路基
板がある。この片面回路基板１２６には、フィルタ１１
４ａを形成するためにエッチング形成された正方形の銅
板が含まれている。エッチング形成された正方形の銅板
は、片面回路基板の底部に位置する。第２アイリス１１
２ｂは、片面回路基板に形成されて、銅板内にエッチン
グ形成されている。フィルタ１１４ｂは、誘電体層１２
６を有するプリント回路基板の底面にエッチング形成さ
れた正方形の銅板である。固体銅接地面（solid copper
ground plane ）１２２はフィルタ１１４ｂの下方に位
置する。アイリス１１２ａ，１１２ｂ及びフィルタ１１
４ａ，２２４ｂは、パッチ１１０に対して２空洞フィル
タ（two cavity filter ）を形成する。孔１２４を介し
て分離面１１０ｂから接地面１２２までの全部の層が積
層される。
【００３４】図１２に、ＭＭＩＣ増幅器（受信用フェー
ズドアレイ４０に対してはＭＭＩＣＬＮＡ、送信用フェ
ーズドアレイ４２に対してはＭＭＩＣ ＳＳＰＡ）と接
続される層の上に配置される図１１に示すパッチ１１０
及び２空洞フィルタの断面図を示す。上記６層には、こ
の６層を挿通するフィードスル１２２ａを介して接続さ
れる３つ以上の接地面１２２が設けられる。１の層はＭ
ＭＩＣ電力トレース１２８を含み、別の１の層はＭＭＩ
Ｃ制御ライン１３０を含み、さらに別の１の層は電力分
割器１３２を含む。この電力分割器１３２はＭＭＩＣの
出力部である。多層回路基板１４０は、必要な接着層を
含んだ状態で、全体の膜厚がおよそ０．７６ｃｍ（０．
３インチ）となっている。本発明に好ましい実施例にお
いて、単一の多層回路基板１４０は、パッチ１１０、接
続された２空洞フィルタ、サポート回路、及び信号電力
ルーチンの６１組全部を含むように形成される。
【００３５】熱伝導層１４２（図１０）が、ＭＭＩＣに
よって生じた熱を拡散するために多層回路基板１４０の
下に配置されている。熱伝導層１４２はヒートパイプや
適宜の熱伝導素子を含むこともある。本発明を適宜の実
施例に基づき説明した。しかしながら、本発明は、実施
例における送受信素子の数、アップリンクビーム及びダ
ウンリンクビームの数、周波数帯域を制限するものでは
ない。
【００３６】上記の如く、本発明を適宜の実施例に基づ
いて説明したが、当業者においては、本発明の請求の範
囲から逸脱することなく適宜の適応例や変形例を導出す
ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いる通信システムの概略図である。
【図２】本発明の衛星通信中継器の主要部品を示す斜視
図である。
【図３】図２に示す衛星通信中継器の構成図である。
【図４】図２に示す送信フェーズドアレイの放射体の詳
細図を示し、（ａ）は送信フェーズドアレイ素子の側面
図であり、（ｂ）は上面図であり、（ｃ）は互いに９０
゜離れて配置される４つの増幅器の配置図である。
【図５】２つの受信増幅器を用いたフェーズドアレイ受
信アンテナの１の受信素子の上面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）はともに図２に示す送信フェ
ーズドアレイの詳細図を示す。
【図７】１２ビームフェーズドアレイアンテナのカバレ
ージを示す分布図である。
【図８】２ウェイ電力結合・分割器の一例を示す斜視図
である。
【図９】図８に示す２ウェイ電力結合・分割器の複数か
らなるビーム形成ネットワークの構成図である。
【図１０】送受信フェーズドアレイアンテナ用の放射パ
ッチを説明する図である。
【図１１】図１０に示す放射パッチ及び２空洞フィルタ
を含む多層回路の分解斜視図である。
【図１２】図１１の放射パッチ及び２空洞フィルタを含
む多層回路の断面図である。
【符号の説明】
１０ 通信システム １２ 衛星中継器 ４０ フェーズドアレイ受信アンテナ ４０ａ 受信素子 ４２ フェーズドアレイ送信アンテナ ４２ａ 送信素子 ４６ 電力増幅手段としての大電力増幅器 ４８ 第１ビーム形成手段 ５０ 第２ビーム形成手段 ５６ 地球局通信手段としての増幅ミキサ ６０ 地球局通信手段としてのローカルオッシレータ ６４，６６ 地球局通信手段としての加算ネットワーク ６８，７０ 地球局通信手段としての電力増幅器 ７２，７４ 地球局通信手段としてのダイプレクサ ７６ 地球局通信手段としてのアンテナ ７８ 地球局通信手段としての偏波器 ８０，８２ 地球局通信手段としての低雑音増幅器 ８４，８６ 地球局通信手段としての電力分割器 ８８ 地球局通信手段としてのフィルタ ９０ 地球局通信手段としての増幅ミキサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チッチ−シング アレックス サオ アメリカ合衆国， カルフォルニア州 95070， サラトガ， ブルックウッド レイン 20567

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信システムと共に用いられる衛星中継
    器であって、 第１周波数帯域のＲＦ信号を受信するｎ（ｎ≧１）個の
    受信素子を有するフェーズドアレイ受信アンテナと、 前記フェーズドアレイ受信アンテナによって受信された
    ＲＦ信号からｍ（ｍ≦ｎ）本のアップリンクビームを形
    成するために前記受信素子の各々と接続された入力部を
    有する第１ビーム形成手段と、 前記アップリンクビームを第２周波数帯域内のＲＦ信号
    に変換し、且つ前記第２周波数帯域内のＲＦ信号を地球
    局に送信すると共に地球局からの第２周波数帯域内のＲ
    Ｆ信号を受信するために、前記第１ビーム形成手段の出
    力部に接続される入力部を有する地球局通信手段と、 前記地球局から受信されたＲＦ信号から第３周波数帯域
    に含まれるダウンリンクビームのｍ本を形成するために
    前記地球局通信手段の出力部に接続される入力部を有す
    る第２ビーム形成手段と、 前記ダウンリンクビームを前記第３周波数帯域内のＲＦ
    信号として送信するために電力増幅手段が各々に接続さ
    れたｎ個の送信素子を有するフェーズドアレイ送信アン
    テナと、 を、有し、 前記電力増幅手段の各々は前記第２ビーム形成手段の出
    力部に接続された入力部と前記送信素子に接続された出
    力部とを有することを特徴とする衛星中継器。
  2. 【請求項２】 前記第１周波数帯域はＬバンド内にあ
    り、前記第２周波数帯域はＣバンド内にあり、前記第３
    周波数帯域はＳバンド内にあることを特徴とする請求項
    １記載の衛星中継器。
  3. 【請求項３】 前記受信素子の各々には複数の受信増幅
    器が接続されていることを特徴とする請求項１記載の衛
    星中継器。
  4. 【請求項４】 前記受信増幅器の各々の入力部は前記受
    信素子において自由空間に接続されていることを特徴と
    する請求項３記載の衛星中継器。
  5. 【請求項５】 前記電力増幅手段の各々の出力部は前記
    送信素子において自由空間に接続されていることを特徴
    とする請求項１記載の衛星中継器。
  6. 【請求項６】 前記アップリンクビームの各々は、前記
    アップリンクビームが生成された領域と同一の領域を照
    らす対応するダウンリンクビームを有し、前記ダウンリ
    ンクビームの対応するものの電力レベルは前記アップリ
    ンクビームの電力レベルに依存することを特徴とする請
    求項１記載の衛星中継器。
  7. 【請求項７】 通信システムと共に用いられる衛星中継
    器であって、 第１周波数帯域内のＲＦ信号からなるｍ（ｍ≦ｎ）本の
    アップリンクビームを受信するｎ（ｎ≧１）個の受信素
    子を有するフェーズドアレイ受信アンテナと、 前記受信素子のうちの１つの出力部に接続された１の入
    力部及びｍ個の出力部を有するｎ個の電力分割器と、 各々がｍ個の入力部及び１の出力部を有し、前記入力部
    の各々は前記電力分割器の出力部の１つに接続されるア
    ップリンクビーム形成手段のｍ個と、 各々が前記アップリンクビーム形成手段のうちの１の前
    記出力部に接続された入力部と第２周波数帯域内のＲＦ
    信号を生成する出力部とを有する第１周波数変換手段の
    ｍ個と、 前記第１周波数変換手段の前記出力部と結合し前記第２
    周波数帯域内のＲＦ信号のｍチャネルを地球局に送信す
    る地球局送信手段と、 前記第２周波数帯域内のＲＦ信号のｍチャネルを地球局
    から受信する地球局受信手段と、 各々が前記地球局受信手段の出力部と接続された入力部
    を有し、前記受信されたｍチャネルの１つに反応し、さ
    らに第３周波数帯域内のＲＦ信号を生成する出力部を有
    する第２周波数変換手段のｍ個と、 各々が前記第２周波数変換手段のうちの１の出力部に接
    続された入力部を有するダウンリンクビーム形成手段の
    ｍ個と、 前記ダウンリンクビーム形成手段の出力部と接続された
    入力部のｍ個、及び１の出力部を有する電力結合器のｎ
    個と、 前記第３周波数帯域内のＲＦ信号からなるｍ本のビーム
    を送信するために各々が前記電力結合器のうちの１の出
    力部に接続された送信素子のｎ個を有するフェーズドア
    レイ送信アンテナと、 を有することを特徴とする衛星中継器。
  8. 【請求項８】 前記第１周波数帯域はＬバンド内にあ
    り、前記第２周波数帯域はＣバンド内にあり、前記第３
    周波数帯域はＳバンド内にあることを特徴とする請求項
    ７記載の衛星中継器。
  9. 【請求項９】 前記受信素子の各々には少なくとも１つ
    の受信増幅器が連結されており、前記受信増幅器の各々
    の入力部は前記受信素子において自由空間に接続されて
    いることを特徴とする請求項７記載の衛星中継器。
  10. 【請求項１０】 前記送信素子の各々には少なくとも１
    つの送信増幅器が接続されており、前記送信増幅器の各
    々の出力部は前記送信素子において自由空間に接続され
    ていることを特徴とする請求項７記載の衛星中継器。
  11. 【請求項１１】 前記アップリングビームの各々は、前
    記アップリンクビームが生じた領域と同一の領域を照ら
    す対応するダウンリンクビームを有し、前記ダウンリン
    クビームの対応するものの電力レベルは前記アップリン
    グビームの電力レベルに依存することを特徴とする請求
    項７記載の衛星中継器。
  12. 【請求項１２】 自由空間に接続される出力部を有する
    電力増幅手段が接続され且つ所定パターンに配置された
    ｎ個の送信素子と、 各々が前記送信素子の下方に互いに積層されて配置され
    且つ各々がｎ個の出力部を有するビーム形成回路手段の
    ｍ個と、 前記ビーム形成回路手段に接続され、各々が前記ビーム
    形成回路手段の各々の出力部に接続されたｍ個の入力部
    と前記送信素子のうちの１つに結合された前記電力増幅
    手段の１つに接続された１の出力部とを有するｎ個のｍ
    ウェイ電力結合器と、 を有することを特徴とするフェーズドアレイ送信アンテ
    ナアセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記アセンブリは長軸を有する円筒体
    を有し、 前記送信素子は前記円筒体の一端に配置され、 前記ビーム形成回路手段の各々は円周上に前記出力部の
    ｎ個が配置された円形の回路基板を含み、 前記ｍウェイ電力結合器の各々は、前記ビーム形成回路
    手段の各々からの対応する出力部と接続するために前記
    長軸方向に配置される長さを有する回路基板を含むこと
    を特徴とする請求項１２記載のフェーズドアレイ送信ア
    ンテナアセンブリ。
  14. 【請求項１４】 所定パターンに配置された送信素子の
    ｎ個を有し、 前記送信素子の各々は、電力増幅手段が接続されると共
    に多層回路基板の表面に配置された導電パッチと、前記
    パッチに電気的に接続された２空洞フィルタと、を含
    み、 前記２空洞フィルタのｎ個は前記多層回路基板の前記表
    面よりも下方に位置する複数の層内に形成されているこ
    とを特徴とするフェーズドアレイ送信アンテナアセンブ
    リ。
  15. 【請求項１５】 所定パターンに配置され、自由空間に
    接続される入力部を有する受信増幅手段に各々が接続さ
    れた受信素子のｎ個と、 各々がｎ個の出力部を有して前記受信素子の下方に互い
    に積層配置されたｍ個のビーム形成回路手段と、 前記ビーム形成回路手段に接続され、前記受信増幅手段
    の出力部に接続された１の入力部と、前記ビーム形成回
    路手段の各々の入力部にそれぞれが接続されたｍ個の出
    力部と、を有するｍウェイ電力分割手段のｎ個と、 を有することを特徴とするフェーズドアレイ受信アンテ
    ナアセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記アセンブリは長軸を有する円筒体
    を有し、 前記受信素子は前記円筒体の一端に配置され、 前記ビーム形成回路手段の各々は円周上に前記入力部が
    配置された円形の回路基板を含み、 前記ｍウェイ電力分割器の各々は、前記ビーム形成回路
    手段の各々の対応する入力部と接続するために前記長軸
    方向に配置された長さを有する回路基板を有することを
    特徴とする請求項１５記載のフェーズドアレイ受信アン
    テナアセンブリ。
  17. 【請求項１７】 所定パターンに配置されたｎ個の受信
    素子を有し、前記受信素子の各々は、受信増幅手段が連
    結されると共に多層回路基板の表面に配置された導電パ
    ッチ及び前記パッチと電気的に接続された２空洞フィル
    タを含み、 前記２空洞フィルタは、前記多層回路基板の前記表面の
    下方に位置する複数の層内に形成されることを特徴とす
    るフェーズドアレイ受信アンテナアセンブリ。
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