JPH0783308B2

JPH0783308B2 - 周波数共用形衛星通信システム

Info

Publication number: JPH0783308B2
Application number: JP63259299A
Authority: JP
Inventors: ハロルド・エー・ローゼン
Original assignee: ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: DE3850337T2; EP0311919A2; JPH021629A; AU605908B2; EP0311919A3; DE3850337D1; CA1288480C; AU6487990A; AU616363B2; US4879711A; AU2217688A; EP0311919B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、地球上の静止軌道に置かれた衛星と地上の小
さな開口を地上局との間で通信リンクを形成する衛星通
信システムに関する。さらに特定すれば、本発明は２方
向通信および放送通信の両方ができるハイブリッド形の
通信衛星に関する。小開口地上局との間の２方向通信
は、地上の隣接する地域の固定周波数のマルチフオール
ド共用をすることによって達成できる。

［従来の技術］国内衛星通信システムでは、多くの開口の小さな地上局
があるので、このシステムには充分な実行等方放射パワ
ー（EIRP）およびバンド幅を有することが重要である。
このEIRPは、衛星のトランスミッタのパワーによって影
響され、このパワーはアンテナのゲインに影響する。こ
のEIRPはトランスミッタおよび等方アンテナのパワーで
あり、実際上ではこれらの影響は互いに同じである。

従来から、この高ゲインアンテナおよび複周波数の共用
はサービスする国または地域との間の複数のアップリン
クおよびダウンリンクのビームに採用されている。地理
的に離れた多くの地上局からの多くの信号を接続するた
めに、周波数分割および時分割が採用されている。この
時分割システムは衛星のトランスミッタを効率的に作動
させることができる。すなわち、ある時間には１つの時
分割信号のみがトランスミッタによって増幅されるの
で、信号チヤンネルを一杯に利用できる。しかし、この
時分割システムでは地上局のトランスミッタの出力を大
きくする必要があるとともに、信号の処理の必要があ
り、地上局のコストを低くできない。また、周波数分割
システムでは、地上局のコストは低くなるが、衛星のト
ランスミッタは複数の搬送波を伝送しなければならず、
この衛星のトランスミッタの利用効率が低下する。すな
わち、複数の搬送波の増幅器では、望ましくない相互変
調が発生し、トランスミッタの効率を向上させるにはそ
の出力を大きくしなければならず、この効率と相互変調
の発生との妥協の結果、このトランスミッタの効率が比
較的低くなる。

また、Ku帯域は、小さな地上局との間２方向通信には適
するものであるが、降雨減衰が問題となる。従来の衛星
のトランスミッタでは、ダウンリンクにおいて、降雨の
際のチヤンネル当りの出力を晴天時のたとえば４倍程度
に高め、この降雨減衰の問題を解決していた。しかし、
このようなものは、チヤンネル数の少ない衛星ではコス
トが高くなる。

この衛星通信システムの周波数幅は、共用する周波数ス
ペクトルの配分の数によって決定される。また、偏波お
よびビームの空間的な分離によって周波数スペクトルの
共用ができる。この分離されたビーム数が多い程、全使
用者の間の接続の問題が複雑となり、また周波数スペク
トルの共用の数が制限される原因となる。

［発明が解決しようとする課題］本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、上述し
たような不具合を解消するものである。

［課題を解決するための手段とその作用］本発明は、小さな開口の多数の地上局および移動衛星通
信使用者との間で通信をなす衛星通信システムにおい
て、前記のEIRPを最大とし、また帯域幅を有効に利用す
るものである。本発明のシステムでは、隣接した複数の
指向性の高いビームを使用し、これによってEIRPを増加
させ、また割当てられた周波数スペクトルを複数に共用
するものである。このようなことにより、一点から一点
への通信の数が増大できる。相互変調成分を分散するこ
とにより、複数搬送波トランスミッタの効率を高くする
ことができ、またプールされたトランスミッタの出力を
利用することによってダウンリンクにおける有害な降雨
の影響を解消することができる。また、フイルタ交互接
続マトリクと指向性の高いアドレス可能なダウンリンク
ビームを組合わせることによって、多くの使用者の間の
相互接続が可能になる。

本発明によれば、この通信衛星を使用して多くの地上局
および移動局との相互間で２方向通信が可能となる。こ
の衛星がカバーする地域から複数のアップリンクビーム
が放射される。これはアップリンクビームには、アップ
リンク周波数の予め設定された第１の帯域にわたる複数
のチヤンネルが含まれている。各アップリンクゾーンは
同じ予め設定された周波数を使用する。したがって、こ
のアップリンク周波数は各ゾーンで共用され、よってこ
の衛星で扱われる複数の通信チヤンネルを効率的に使用
できる。また、ダウンリンクにおいても第２の予め設定
された周波数帯域が使用され、これら周波数が共用され
る。また、この衛星にはフイルタ相互接続マトリクスが
採用され、異なるゾーンの間の相互接続チヤンネルとし
て使用される。

この予め設定された周波数帯域幅は第１および第２の組
に分割されている。また、この予め設定された周波数帯
域は各領域に空間的に配分され、隣接する領域では同じ
周波数の組が使用されないように構成されている。この
隣接する領域では同じ周波数の組が使用されないので、
隣接する領域間で充分な空間的な分離がなされ周波数の
共用が可能となる。第１の周波数の組のビームは全ての
領域で同時に使用され、また第２の周波数の組のビーム
も全ての領域で同時に使用される。このような作動は、
２ポジションのスイッチを使用してこのビームを第１の
周波数の組および第２の周波数の組を後備に使用するこ
とによって達成できる。

伝送アレイアンテナおよびビーム形成回路網によって、
一方向たとえば東西方向に狭く、これと直交する方向に
広い扇形のビームが発生される。この伝送アレイアンテ
ナは放射アレイと共焦点に配置されている。このビーム
でカバーされる地域の東西方向では、アップリンク周波
数と一定の差のダウンリンク周波数が設定されている。
よって、このアップリンク周波数によってダウンリンク
周波数が決定され、このダウンリンクビームはビーム形
成回路網と伝送アレイアンテナによってその方向が決定
され、このビームが到達する地域が決定される。このよ
うな形式は周波数アドレスビームと称されている。ま
た、このビームのサイドローブは充分に低く押えられ、
隣接する領域で周波数スペクトルが共用できるように構
成されている。

また、トランスミッタとしては、好ましくは等しい出力
の二重のソリッドステート増幅器が使用され、これらは
伝送アレイアンテナと一体に組込まれ、アレイの２個の
横ビームに対応して設けられている。これらの増幅器
は、入力および出力が等しくない場合でも同じパワーで
作動する。全てのダウンリンクのパワーはこれらトラン
スミッタの単一のプールから供給されているので、比較
的少ない信号を比較的高いパワーで降雨地域に供給で
き、減衰が少なく、劣化していない信号を供給できる。

上記ビームの方向は信号の周波数に関連しているので、
この出力増幅器で発生する相互変調の周波数は互いに相
違し、この相互変調成分が減少する。この方法は、相互
変調成分の空間的な分散をもたらす。この結果、地上局
で受信する周波数帯域で相互変調成分密度が低くなる。
このように相互変調成分の感応性が低くなることによっ
て、衛星のパワー増幅器の作動がより効率的になる。

このようなことによって、本発明の多数の地上局および
移動局を接続する通信衛星において、衛星の伝送アンテ
ナのゲインが向上し、また割当てられた周波数スペクト
ルが共用でき、通信サービスすべき地点間の通信チヤン
ネルを多くとることができる。

また、本発明の別の目的としては、トランスミッタの単
一プールからダウンリンクのパワーを供給し、降雨減衰
を受ける信号に衛星の伝送パワーを容易により多く割当
てることである。

また本発明の他の目的は、相互変調成分を分散させ、ト
ランスミッタの効率を向上させた通信衛星を提供するこ
とである。

また本発明のさらに別の目的は、放送および一点から一
点の間の通信の両方のサービスをなす通信衛星を提供す
ることである。

また、本発明のさらに別の目的は、割当て周波数スペク
トルの共用ができる直接放射アレイアンテナを使用した
通信衛星を提供することである。

また、本発明のさらに別の目的は、単一の偏波で一点か
ら一点への通信および放送通信をおこなうものである。

［実施例］以下、図を参照して本発明の実施例を説明する。第１図
ないし第４図には本発明の通信衛星10を示し、この衛星
は地球の静止軌道上に配置される静止衛星である。この
衛星に搭載されるアンテナシステムは、後に詳述する
が、地球指向プラットホーム上に配置され、このアンテ
ナシステムは常に地球の方向を指向するように構成され
ている。

この衛星10は複合通信形の衛星で、所定の周波数、たと
えばKu帯域を使用して異なる２種類の通信サービスをお
こなうものである。この通信サービスの一方は、一点か
ら一点への間で、きわめて小さい開口の局の間で比較的
狭い帯域幅の音声およびデータの２方向通信サービスで
ある。周波数分割マルチプルアクセス（FDMA）および割
当て周波数スペクトルの共用によって、単一の線形偏波
で数百から数線の通信チヤンネルが得られる。また、こ
の衛星の他の通信サービスは放送サービスであり、この
サービスは他の線形偏波でおこなわれる。この放送サー
ビスは、基本的にはこの衛星10を使用して所定の地理的
領域内に一方向の画像およびデータ通信をなすものであ
る。すなわち、伝送アンテナのビームは所定の地理的領
域全体をカバーする。以下の説明において、この一点か
ら一点への通信サービスおよび放送サービスは米国内を
対象としたものとする。したがって、放送サービスはCO
NUS（米国本土）を対象としたものである。

この衛星10のアンテナシステムは通常のオムニアンテナ
13を備え、またCONUS内の一点から一点への通信サービ
スをなす２個のアンテナサブシステムを備えている。こ
の一点から一点への通信をなすアンテナサブシステムは
地上局間の２方向通信をなす２方向通信リンクを構成す
るものである。このCONUSアンテナシステムは、放送用
のトランスポンダとして作用し、米国内全体を広いパタ
ーンでカバーし、この信号は地上の１または多数の地点
で受信される。この一点から一点への通信の発信信号お
よびCONUS受信信号は垂直偏波である。また、CONUS発信
信号および一点から一点への通信の受信信号は水平偏波
である。このアンテナシステムは２個のリフレクタ12a,
12bからなる大形のリフレクタアセンブリ12を備えてい
る。これらの２個のリフレクタ12a,12bは、これらの中
間を横切る共通の軸まわりにそれぞれ相対的に回転す
る。このリフレクタ12aは水平偏波用のもので、水平偏
波信号で作動し、またリフレクタ12bは垂直偏波用のも
ので垂直偏波信号で作動する。よって、これらリフレク
タ12a,12bの一方で反射される信号は他方のリフレクタ1
2a,12bで伝送される。

また、周波数選択スクリーン18が設けられており、この
スクリーンには２個のスクリーンの半部18a,18bが設け
られ、これらはサポート30上に取付けられ、これらは第
２図に示すようにこの衛星10の直径線の両側に配置され
ている。この周波数選択スクリーン18は、異なる周波数
帯域を分離するダイプレクサとして作用し、銅等の適当
な導電材料で形成された別々の要素のアレイから構成さ
れている。この周波数選択スクリーンは従来から各種の
ものがあり、いずれもこのアンテナシステムに使用でき
る。しかし、この周波数選択スクリーンとしては、尖鋭
な過渡特性および２つの帯域の分離特性を備えたものが
好ましく、このようなものはヒューズ・エアクラフト・
カンパニーの出願になる1986年８月14日の米国特許出願
No.896,534に開示されている。この周波数選択スクリー
ン18は、CONUSおよび一点から一点への通信のサヴシス
テムの両方の受信および発信信号を効率的に分離する。
すなわち、上記の各スクリーン半部18a,18bはそれぞれ
の信号の水平および垂直偏波を分離する。

CONUSBサブシステムでは、米国全体を単一のビームでカ
バーし、たとえば８個の通常のトランスポンダを備えて
おり、これらトランスポンダはそれぞれ高出力の進行波
管増幅器をトランスミッタ82として備えている。（第６
図を参照）このCONUS受信アンテナは垂直偏波を使用
し、垂直偏波リフレクタ12bとともに一点から一点への
通信の送信システムを共用する。このCONUS受信信号は
周波数選択スクリーン半部18bを透過し、リフレクタ12b
の焦点面28に配置された受信フイードホーン14に焦点を
結ぶ。このアンテナパターンはCONUSをカバーするよう
な形状に形成されている。また、CONUS送信アンテナは
水平偏波を使用し、リフレクタ12aとともに一点から一
点への通信の受信システムを共用する。送信フイード24
から放射された信号は水平偏波周波数選択スクリーン18
aを透過し、リフレクタ12aに送られ、COMUSをカバーす
る第２のパターンで放射される。

また、一点から一点への通信のサブシステムは送信アレ
イ20、サブリフレクタ22および受信フイードホーン16を
備えている。この送信アレイ20は、後に詳細に説明する
が、前記スクリーン18の直下に配置され、サポート30上
に取付けられている。また、上記のサブリフレクタ22は
上記の送信アレイ20の前方に配置され、また上記のスク
リーン18のわずか下方に配置されている。この送信アレ
イ20から放射された信号は、サブリフレクタ22で反射さ
れてスクリーン18の一方のスクリーン半部18bに導かれ
る。このサブリフレクタ22は主リフレクタ12と協働し、
上記送信アレイ20から放射された信号のパターンを拡大
する。上記サブリフレクタ22で反射された信号は、スク
リーン18のスクリーン半部18bで反射され、大形のリフ
レクタ12bに導かれ、この一点から一点への通信の信号
を地球に向けて反射する。このような構成により、大形
の開口のフエーズアレイの特性が得られる。上記の受信
フイードホーン16は、リフレクタ12aの焦点面26上に配
置されている。このホーンは、第16図に示すように、４
個の主ホーン50,54,58,62、および３個の副ホーン52,5
6,60とから構成されている。

第13図ないし第15図に示すように、この送信アレイ20
は、複数、たとえば40個の送信ウエーブガイド要素106
から構成され、これらは並列に配列されて第13図に示す
ようにアレイを構成している。これら送信ウエーブガイ
ド要素106は、複数、たとえば26個の水平および垂直方
向に離間したスロット108を備えており、これによって
垂直偏波信号を発生するように構成されている。また、
第14図に示すように、この送信アレイ20は符号110で概
略的に示されるフイード回路網によって信号が供給さ
れ、この回路網は４か所114でこのアレイを励起する。
このフイード回路網110は、この送信ウエーブガイド要
素106の広い帯域に適合するように構成されている。こ
のウエーブガイドの開口112に入力した信号によって、
上記のアレイのスロット108が励起され、これらのスロ
ットは南北方向の平面状のパターンの放射をなすように
設定されている。

第５図には、一点から一点への通信の受信システムの水
平偏波の矩形のビームに因ってカバーされる状態を示
す。この例では、この一点から一点への通信システムで
サービスされる範囲は米国本土である。この一点から一
点への通信システムは４つのビームR1,R2,R3,R4を備え
ており、これらは４つのアップリンクゾーン32,34,36,3
8から衛星に向けて放射され、これら各ビームR1〜R4は
別々のアップリンクビームから構成され、これらビーム
は各ゾーン32,34,36,38内の局から放射され、これらビ
ームには各局からの信号が搬送されている。これらの各
局からのアップリンクビーム信号は各ゾーン毎に複数の
チヤンネルを備えている。たとえば、ゾーン32には複
数、たとえば16の27MHzのチヤンネルに備えられ、各チ
ヤンネルにはこのゾーン32の各局からの数百の信号が搬
送される。

これらのゾーン32,34,36,38からの４個のビームパター
ンの周辺の信号強度は、各ビームのピーク強度より約3d
BB低い。このアンテナビームはそれらの間で充分な分離
ができるように設定されており、ハッチングを付した地
域39,41,43,45では周波数スペクトルが４倍に共用でき
る。また、点を付した地域40,42,44では、隣接する地域
から放射される同じ周波数の信号を分離するには不充分
である。これらの地域から放射される信号によって、２
個のダウンリンク信号が発生されるが、そのひとつはそ
もそも意図されたものであり、他のひとつは意図されな
い外部からのものであり、この外部からの信号は後に詳
細に説明する。

第５図から明らかなように、上記のビーム32,34,36,38
でカバーされる４つのゾーンの幅は等しくない。ビーム
32でカバーされる東部のゾーンは約1.2゜の広がりを持
っている。また、ビーム34でカバーされる中部のゾーン
は約1.2゜の広がりを持っている。また、ビーム36でカ
バーされる中西部のゾーンは約2.0゜の広がりを持って
いる。さらに、ビーム38でカバーされる西部のゾーンは
約2.0゜の広がりを持っている。これらの受信ソーン32,
34,36,38の各幅は、各地域の局の数および人口密度等に
対応して設定される。よって、比較的人口密度の高い米
国の東部に対応下ビーム32のパターンはその幅が比較的
狭く、また人口密度の低い山岳部に対応したビーム36の
パターンはその幅が比較的広い。これら各ゾーンは周波
数スペクトル全体を使用するので、人口密度の高い地域
ではゾーンの幅が狭く、チヤンネルが効率的に利用でき
る。

また第９図に示すように、一点から一点への通信システ
ムは、４つの送信ゾーン31,33,35,37をそれぞれカバー
する４つのビームT1,T2,T3,T4を備えており、これらビ
ームT1〜T4は複数の別々のダウンリンクビームから構成
され、これらビームはこれらゾーン31,33,35,37内のダ
ウンリンク局に対応して設定され、これら局にそれぞれ
信号を送るものである。これらのダウンリンクビーム信
号はそれぞれ所定のダウンリンク局で受信され、これら
のビームは各ゾーン毎の複数のチヤンネルに配置されて
いる。たとえば、ゾーン31は複数たとえば16の27MHzの
チヤンネルが割当てられ、これらのチヤンネルはゾーン
32のダウンリンク局の対応して数百の別々のビーム信号
を送るように構成されている。

このように複数のダウンリンクゾーンに分割しかつこれ
らゾーンの幅を等しくしないので、後述するソリットス
テート増幅器で発生するような相互変調成分が地理的に
分散され、これら相互変調成分が地上局で受信されるの
を防止することができる。この結果、この増幅器は相互
変調がある程度許容されるので、その作動の効率が向上
する。上記の送信ゾーン31,33,35,37の幅と受信ゾーン
R,R2,R3,R4の幅とは略等しいが、これらは少し相違して
おり、このシステムの能力を最適なものとする。

各送信ビーム29の半出力ビーム幅は上記の送信ゾーン3
1,33,35,37の幅より狭い。この結果、高いゲインが得ら
れ、また上記受信ゾーンの配置によるゾーン40,42,44の
競合が防止される。これらの各ビーム29はこのゾーン内
で操向され、これら目標となる各局の方向のダウンリン
クのEIRPが最大となる。この一点から一点への通信の周
波数はアレイ20によって発生される狭いビーム29によっ
て操行され、これらの見掛け上の寸法は主リフレクタ12
bおよびサブリフレクタ22から構成される２つの共焦点
放物線によって拡大される。各ビーム29の東西方向は送
信要素20のアレイ106に沿った信号の位相進行によって
決定される。（第13図および第15図）この位相進行
は、後に説明するビーム形成回路網98によって達成さ
れ、信号の周波数の関数となる。各送信アレイ要素20は
後に説明するソリッドステートパワー増幅器によって駆
動される。アレイ要素106に供給されるパワーは均一で
はなく、縁の要素が10dB以下に低下してテーパ状とな
る。このビーム29のテーパはこの送信アレイ要素20の送
信ゲインをその位置に対応して調整することによって達
成できる。これらの励起パターンは第9A図に示すような
送信二次パターンによって決定される。第９図に示すよ
うに、送信ゾーン3,33,35,37の間の間隙はゾーン31と33
の間に生じ、約1.2゜である。つまり、ゾーン33に向け
て所定の周波数を使用してアドレスされた信号はゾーン
31に向けて同じ周波数で送信された信号のビーム中心か
ら1.2゜離れたサイドロープによって干渉される。しか
し、各送信ゲインは低いサイドローブレベルに制御され
ているので、これら隣接するゾーンで周波数の共用が可
能となる。第9A図に示すように、このサイドローブレベ
ルは30dB以下であり、上記の干渉は無視できる程小さく
なる。また、ゾーン35および37において同じ周波数を使
用しても、同様にこれらゾーン間のサイドロープによる
干渉も同様に無視できる程になる。

また、第8B図には送信ビームの南北方向のパターンを示
す。各送信ウエーブガイド要素106の26個のスロット108
はこの南北方向のパターンに近いパターンで励起され、
南北方向の中心指向方向からプラス・マイナス1.4゜の
範囲をカバーする。

一点から一点への通信およびCONUSシステムの両方にお
いて、同じアップリンクおよびダウンリンク周波数が使
用され、一点から一点への通信システムではアップリン
クに水平偏波が使用され、またCONUSシステムでは前述
したように垂直偏波が使用される。たとえば、アップリ
ンクでは14から14.5GHzの間の500MHzの数端数帯域幅が
使用され、またダウンリンクでは11.7から12.2GHzの間
の500MHzの周波数帯域幅が使用される。また、各受信ゾ
ーン32,34,36,38および送信ゾーン31,33,35,37におい
て、一点から一点への通信サービスにはこの周波数スペ
クトル全体（すなわち500MHz）が使用される。さらに、
この全体の周波数スペクトルは複数のチヤンネル、たと
えば帯域幅27MHz、間隔30MHzの16のチヤンネルに分割さ
れている。また、これら16のチヤンネルにはそれぞれ80
0個のサブチヤンネルが含まれる。よって、各ゾーンに
はそれぞれ約12,500本（16チヤンネルx800サブチヤンネ
ル）の毎秒32キロビットのチヤンネルが同時にとれる。
後述するように、この一点から一点への通信システムの
通信構造によれば、任意の局から任意の局に直接通信す
ることが可能となる。よって、単一の偏波によって、全
国で50,000のサブチャンネルが得られる。

また、第1,2,6,16図には、一点から一点への通信システ
ムの受信フイードアレイ16が示されており、このものは
７個の受信ホーン50〜62を備えている。これはホーン5
0,54,58,62はゾーン32,34,36,38からの信号を受信す
る。また、ホーン52,56,60は競合するゾーン40,42,44か
らの信号を受信する。また、一連のハイブリッドカプラ
すなわちパワーデバイスC1〜C9を使用して、上記ホーン
50〜62で受信された信号は４つの出力64〜70に結合され
る。たとえば、競合ゾーン44から発信されホーン60で受
信された信号はカプラC2で分割され、この分割された信
号の一部はそれぞれカプラC1およびカプラC4に送られ、
この分割された信号はホーン58,62によって受信された
入力信号と結合される。同様に、競合ゾーン42から発信
されホーン56で受信された信号はカプラC5によって分離
される。この分離された信号はカプラC3によってカプラ
C4にしょつりょく信号と結合され、また分離された残り
の信号はカプラC7によってホーン54で受信された信号と
結合される。

また、第６図には、CONUSおよび一点から一点への通信
システムの両方の信号受信および送信回路のブロック図
を示す。一点から一点への通信の受信信号（第７図参
照）は第７図に示すような点間受信フイード回路網から
供給され、またCONUSシステムの受信信号72はCONUS受信
フイードホーン14（第１図および第13図参照）から供給
される。これら点間およびCONUS受信信号はスイッチン
グ回路網76に入力され、５個のレシーバに対応した入力
回路64〜72に選択的に接続される。これらレシーバは通
常の構成のもので、そのうちの３個の冗長性のためのも
ので、これらレシーバのうちの一台が故障した場合以外
は通常使用されない。故障が発生した場合には、スイッ
チング回路網76が作動し、これらレシーバ74のバックア
ップをなす。これらレシーバ74はフィルタ相互接続マト
リクス90のフイルタの駆動をなす。これら回路64〜70に
接続されたレシーバ74の出力は第２のスイッチング回路
網78によって受信ラインR1〜R4を介してフイルタ相互接
続マトリクス90に結合される。後に説明するように、こ
のフイルタ相互接続マトリクス（FIN）は受信ゾーン32,
34,36,38と送信ゾーン31,33,35,37の間の相互接続をな
すものである。上記した500MHzの割当て周波数スペクト
ルでは、27MHzの16本のチヤンネルに分割されているの
で、４組の16個のフイルタが備えられている。これら16
個のフイルタの各組は500MHzの周波数スペクトル全体に
使用され、各フイルタは27MHzの帯域幅を有する。ま
た、後に説明するように、フイルタの出力T1〜T4はこれ
ら４つの組に割当てられ、各組がこれら４つの送信ゾー
ン31,33,35,37のうちのひとつを相当する。

また、送信信号T1〜T4はそれぞれスイッチング回路網94
を介して６個の駆動増幅器92に接続され、これらのうち
の２個は故障の場合のバックアップである。これら増幅
器92のうちの１個が故障した場合には、スイッチング回
路網94によってその送信信号T1〜T4がバックアップの増
幅器92に接続される。また、同様のスイッチング回路網
96がこれら増幅器の出力側とビーム形成回路網98の間に
設けられている。後に説明するように、このビーム形成
回路網98は、４個の遅延回路に等間隔に接続された複数
の伝送遅延回路を備えている。これら遅延回路の間隔
は、サービスする送信ゾーン31,3,35,37に対応した所定
の中央ビーム傾斜および周波数に対応したビーム走査率
が得られるように設定されている。これら４つの遅延回
路によって結合された送信信号は、第11図および第12図
に示すビーム形成回路網98によって合計され、点間通信
システムの送信アレイ20内に設けられたソリッドステー
トパワー増幅器100に入力される。この実施例では、40
個のソリッドステートパワー増幅器（SSPAs）100が設け
られている。これらSSPAs100は、ビーム形成回路網98に
よって形成された40個の信号をそれぞれ増幅する。これ
らSSPAs100は、前述したテーパ状アレイ励起をなすよう
にそれぞれ異なる出力を有している。これらSSPAs100の
出力は送信アレイ20の要素に入力される。

また、回路72からのCONUS受信信号はスイッチング回路
網76,78を介してレシーバ74に送られる。このCONUAS信
号に対応したレシーバの出力は入力マルチプレクサ80に
送られ、このマルチプレクサは前述のように８本のチヤ
ンネルを有している。この入力マルチプレクサ80は、低
いレベルのCONUS信号をサブ信号に分割し、これらサブ
信号はそれぞれ増幅される。このCONUS受信信号は高い
割合いで増幅され、よってこのCONUS送信信号はちうさ
な地上局に送信することができる。この入力マルチプレ
クサ80の出力はスイッチング回路網84を介して12個のう
ちの８個の進行波管増幅器（TWTAs）82に送られ、残り
４個のTWTAs82は故障の場合のバックアップである。こ
れら８個のTWTAs82の出力は別のスイッチング回路網86
を介して出力マルチプレクサ88に送られ、ひとつのCONU
S送信信号に結合される。このマルチプレクサ88の出力
はウエーブガイドを介してCONUSトランスミッタ24（第
２図および第３図参照）の送信ホーンに送られる。

また、第10図には、前記（FIM）90（第６図参照）の詳
細を示す。このFIM90は、前述したように、任意の受信
ゾーン32,34,36,38の任意の局を任意の送信ゾーン31,3
3,35,37の任意の局に接続するものである。このFIM90は
前記受信信号R1,R2,R3,R4を受ける４個のウエーブガイ
ド入力120,122,124,126を備えている。前述したよう
に、これら受信信号R1〜R4は対応する受信ゾーン32,34,
36,38（第５図参照）から送られるもので、これら信号
には割当て周波数スペクトル全体（すなわち500MHz）が
含まれ、また複数のチヤンネル（すなわち16本の27MHz
のチヤンネル）に分割されている。さらに、これらチヤ
ンネルは複数のサブチヤンネルに分割されており、これ
ら各サブチヤンネルには対応するアップリンク局からの
信号が含まれている。上記FIM90には64個のフィルタが
備えられ、そのうちの１個を符号102で示す。これらの
フイルタ102は一本のチヤンネル（すなわち1403〜1430M
Hz）に対応したパスバンドを有している。これらフイル
タ102は４個のグループに分割され、これら各グループ
はそれぞれ各受信ゾーン32,34,36,38に対応し、また各
グループは２つのサブグループに分割され、これらサブ
グループには８個のフイルタが属している。これらフイ
ルタ102の一方のサブグループは偶数番号のチヤンネル
用のものであり、また他方のサブグループの奇数番号の
チヤンネル用のものである。よって、たとえば、受信信
号R1を受信するグループのうちサブグループ104は奇数
番号のチヤンネル用のものであり、またサブグループ10
6は偶数番号のチヤンネル用のものである。以下の表に
は受信信号、ゾーンおよびフイルタのサブグループの関
係を示す。

これらのフイルタは、受信信号R1〜R4がこれらフイルタ
によって送信信号に結合されるようにグループ分けされ
ている。また、前記の送信信号T1〜T4も割当て周波数ス
ペクトル全体（すなわち500MHz）で使用するように構成
されている。この実施例では、各送信信号T1〜T4は27MH
zの帯域幅の16本のチヤンネルを有し、また各受信ゾー
ン32〜38（第５図参照）に対応した４つのチヤンネルか
ら構成されている。

入力した受信信号R1〜R4はハイプリッドカプラ128〜134
によってそれぞれ対応するサブグループに分割され、こ
れらカプラは各グループに信号出力の50％を送る。たと
えば、ウエーブガイド120の入力信号R1の半分の伝送ラ
イン136に分割されてフイルタ102のサブグループ104に
送られ、またこの信号R1の残りの半分は伝送ライン138
に分割されてフイルタ102のサブグループ106に送られ
る。同様にして、このライン136,138の場合と同様にフ
イルタ102のサブグループ104〜118に信号が分割され
る。

以下、サブグループ104について説明するが、他のサブ
グループ106〜118もこれと同様の構成である。伝送ライ
ン136に沿って間隔をもって８個のフエライトサーキュ
レータ140が設けられ、これらは各奇数番号のチヤンネ
ルのフイルタ102に対応している。これらのサーキュレ
ータ140は、この伝送ライン136を各奇数チヤンネルのフ
イルタ102に損失なく接続するものである。よって、た
とえば、第１のサーキュレータ140aに入力した信号R1
は、反時計方向に循環され、チヤンネル１に対応した27
MHzの信号がサーキュレータ142に送られる。他の周波数
についても同様である。反射された信号はこのサーキュ
レータを介して次のフイルタに伝送され、このような作
動を繰返す。このような作動により、このR1信号に対応
した16個のフイルタ104〜108によって受信信号R1が16の
チヤンネルに分割される。よって信号R1のチヤンネル１
の周波数帯域は第１のフエライトサーキュレータ104aを
介してグループ104のフイルタ１でフイルタ分けされ
る。

このフイルタのサブグループ104〜118からの出力は第２
の組のフエライトサーキュレータ142に選択的に結合さ
れており、これらサーキュレータはこのフイルタ102の
隣接するグループの出力が合計されるように十字形に接
続されている。たとえば、グループ104のチヤンネルフ
イルタ1,5,9,13の出力がグループ112のチヤンネルフイ
ルタ3,7,11,15の出力に合計されるように接続されてい
る。またT1144の出力側も同様に接続されている。

また、第８図および第９図には、局間で２方向の通信を
可能とするためのこのFIM90による送信信号と受信信号
の接続の状態を示す。第８図には、受信および送信ゾー
ンがチヤンネルで接続される状態を示し、また第９図に
はこれらのチヤンネルの送信ゾーン31,33,35,37内にお
ける地理的な配分の状態を示す。第８図において、受信
信号R1〜R4は接続チヤンネルの行で示し、また送信信号
T1〜T4は接続チヤンネルの列で示す。この第８図から明
らかなように、各送信信号T1〜T4は４つのグループに分
けられた16のチヤンネルで構成され、これら各グループ
は受信信号R1〜R4にそれぞれ対応している。本発明の衛
星通信システムは地上局に対応した衛星ネットワーク制
御センターによってこれら地上局の間の通信を管制する
ものである。このネットワーク管制センターはダウンリ
ンクの目的地の経度に割当てられたダウンリンクの周波
数に基づいて、使用者のアップリンクの周波数を決定す
るものである。したがって、周波数アドレス可能なダウ
ンリンク送信ビーム29はアップリンク信号の周波数によ
ってアドレスされる。このような構成によれば、ダウン
リンク信号のゲインが最大となる。

第９図に示すように、米国本土は４つのゾーン31,33,3
5,37に分割されている。ゾーン31は東海岸部のゾーンで
あり、ゾーン33は中部のゾーンであり、ゾーン35は山岳
部のゾーンであり、またゾーン37は西海岸部のゾーンで
ある。これら各ゾーン31,33,35,37は割当てられた周波
数スペクトル全体（すなわち500MHz）を使用する。この
500MHzの割当て周波数帯域の場合には、各ゾーン31,33,
35,37にそれぞれ16の27MHzのチヤンネルとカードバンド
が割当てられる。

第９図には、ビーム29の上方に番号１〜16が付されてお
り、これらの番号は各チヤンネルのビーム中心の経度を
示す。周波数感応ビームでは、各チヤンネルの狭いバン
ド信号の最も低い周波数と最も高い周波数の経度方向の
幅がチヤンネル幅となる。各ビームは半分の出力の間の
幅が0.6゜であり、東海岸および中央部のゾーンのゾー
ン幅の約半分および山岳および西海岸部のゾーンのゾー
ン幅の約1/3である。このアンテナビーム29は互いにオ
ーバーラップして信号密度が高くなるように構成され、
このビームのオーバーラップが大きくなる程所定地域内
のチヤンネルは多くなる。よって、東海岸部のゾーン31
では、山岳部のゾーン35よりオーバーラップが大きくな
っている。

上述した接続の態様は異なるゾーン間の局の間の通信に
ついてのものである。たとえば、ミシガン州デトロイト
の局がカリフオルニア州ロサンゼルスの局を呼出す場合
である。よって、中央部ゾーン34のデトロイトがアップ
リンク局であり、西海岸ゾーン37のロサンゼルスがダウ
ンリンク局である。第９図に示すように、米国本土の所
定のゾーンの所定のチヤンネルが地理的に割当てられて
いる。よって、ロサンゼルスは送信ゾーン37のチヤンネ
ル14と15の間にある。

第5.8.9図に示すように、受信および送信ゾーンR1およ
びT1は東海岸ゾーン32,31内にあり、またR2およびT2は
中央ゾーン34,33内にあり、R3およびT3は山岳部ゾーン3
6,35内にあり、さらにR4およびT4は西海岸ゾーン38,37
内にある。よって、中央部すなわちR2ゾーン34にあるデ
トロイトが西海岸すなわちT4ゾーン37にあるロサンゼル
スと通信できるチヤンネルはチヤンネル番号1,5.9,13で
ある。これは、第６図のR2の行とT4の列の交差部から求
められる。よって、デトロイトはアップリンクのチヤン
ネル1,5,9,13のいずれかを使用し、これらのチヤンネル
はダウンリンクの目的地に最も近いものを使用する。ロ
サンゼルスはチヤンネル14と15の間にあるので、チヤン
ネル13が最も近い。このダウンリンクビームのチヤンネ
ルはロサンゼルスで高いゲインで受信できるに充分なだ
け広い。

また、逆にロサンゼルスがアップリンク局であり、デト
ロイトがダウンリンク局である場合には、第８図の行R4
と列T2の交差部のチヤンネルを使用する。この交差部の
チヤンネルは1,5,9,13であり、ダウンリンクの目的地に
最も近いものを使用する。デトロイトのチヤンネルは11
であり、これに最も近いチヤンネル９を使用するように
ネットワーク管制センターが決定する。

第10図を参照して、アップリンク局がデトロイトでダウ
ンリンク局がロサンゼルスである場合の受信信号から送
信信号への変換を説明する。デトロイトから送信された
アップリンク信号は受信信号R2のチヤンネル13で伝送さ
れる。よって、このR2受信信号は伝送ライン122に送ら
れ、この信号はハイブリッドカプラ130でフイルタ102の
サブグループ108に送られる。このサブグループ108は上
記チヤンネル13をふくむ奇数チヤンネル用の８個のフイ
ルタを備えている。よって、この入力信号はフイルタ13
によって分離され、ライン164を介してこのサブグルー
ブ108および116からの他の信号とともに出力される。こ
のチヤンネル13の信号はライン164上にあり、ハイブリ
ッドカプラ158によってサブグループ106および114から
の信号と結合され、出力ライン150の信号T4が構成され
る。

実際には、ネットワーク管制センターではこの27MHzの
帯域幅よりもっと特定されたチヤンネルを割当てる。す
なわち、この27MHzのチヤンネルは、32KHz幅の800のサ
ブチヤンネルに分割されておいる。

また、第5,8,9図に示すように、競合地域40,42,44（第
５図参照）からアップリンク信号が送信される場合もあ
り、この場合にはこの信号が所定の目的地のダウンリン
クに送られるとともに、目的地でない地域にも送られ
る。たとえば、競合地域42にあるイリノイ州シカゴから
アップリンク信号がカリフオルニア州ロサンゼルスを目
的地として送信された場合がある。この競合地域42はゾ
ーン34と36が競合している地域である。よって、このア
ップリンク信号は受信信号R3またはR3として受信され
る。ネットワーク管制センターでは、このアップリンク
信号を受信信号R2またはR3のいずれかとして受信するか
を決定する。この実施例では、シカゴはゾーン36により
近いので、このアップリンク信号は受信信号R3と決定す
る。

上述したように、ダウンリンクの目的地であるロサンゼ
ルスはゾーン37のチヤンネル14と15の間にある。第８図
に示すように、R3とT4の交差部にあるチヤンネルを使用
してこれらの間の通信ができる。よって、このシカゴの
アップリンクはチヤンネル2,6,10,14が使用できる。ロ
サンゼルスはチヤンネル14に最も近いので、ネットワー
ク管制センターはこのチヤンネル14を使用するように決
定する。しかし、この場合にはゾーン34からもこのチヤ
ンネル14で不所望なアップリンク送信がなされているこ
とにもなる。このゾーン34はR2であるので、第８図から
明らかなようにこのR2のチヤンネル14はゾーン31のT1の
ダウンリンクとして送信される。したがって、所定の信
号がロサンゼルスに送信されるとともに、不所望な信号
（有害信号）がゾーン31すなわち東海岸に向けて発信さ
れることになる。ネットワーク管制センターでは、この
ような有害信号が発生した場合にこれを追跡する。この
ような有害信号によるこのシステムの能力低下は少な
い。

第６図に示すビーム形成回路網98は、送信信号T1〜T4を
受信し、これらの通信信号を結合し、これら信号をアン
テナビームに乗せて送信する。前記したように、割当て
周波数スペクトルはたとえば500MHzであり、この回路網
98によって50,000のオーバーラップしたアンテナビーム
が形成される。これら各アンテナビームは所定の方向に
指向される。そして、隣接する放射要素の位相シフトの
差分がこれらビームの方向を決定する。この位相シフト
は信号の周波数によって決定されるので、このシステム
は周波数アドレスされるものとなる。

第11図および第12図にはこのビーム形成回路網98の細部
を示す。このビーム形成回路網の全体を符号98で示し、
この回路網は円弧状に形成され、衛星の通信部（図示せ
ず）に取付けられている。このビーム形成回路網98は円
弧状に形成されているので、これを通過する信号の経路
の長さが正しい長さとなる。

この回路網98は、周方向に延長された第１の組の伝送遅
延ライン168,170および第２の組の伝送遅延ライン172,1
74とを備えており、これらは径方向に離間して配置さ
れ、また径方向に延長されたウエーブガイドアセンブリ
176を備えている。この実施例では、40個のウエーブガ
イドアセンブリ176が設けられ、これらはそれぞれ送信
アレイ20（第13図参照）の各要素106を構成している。
これらウエーブガイドアセンブリ176は各遅延ライン168
〜174を交差しており、等しい角度間隔で配置されてい
る。

これら各ウエーブガイドアセンブリ176は各遅延ライン1
68〜174と交差する径方向の線を構成している。第12図
に示すように、これら径方向のウエーブガイド176と伝
送遅延ライン168〜174との交差部にはそれぞれクロスガ
イドカプラ180が設けられている。これらのクロスガイ
ドカプラ180は遅延ライン168〜174を径方向のウエーブ
ガイド176に接続している。このクロスガイドカプラ180
の作用は後に説明する。

上記４本の遅延ライン168〜174は４つの送信ゾーンT1〜
T4（第９図参照）に対応して設けられている。送信信号
T1は遅延ライン170に入力され、またT2は遅延ライン168
に入力され、T3は遅延ライン174に入力され、またT4は
遅延ライン172に入力される。第12図に示すように、径
方向のウエーブガイドの間隔を「Ｌ」で示し、また遅延
ラインの幅を「Ｗ」で示す。このウエーブガイド176は
遅延ライン168〜174に沿って等しい角度間隔で配置さ
れ、これらの間の距離は遅延ラインから変化し、これら
遅延ライン168〜174は互いに径方向に離間して配置され
ている。よって、この円弧の中心から離れる程、このウ
エーブガイド176の間隔が遅延ライン168〜174と交差す
る位置に対応して大きくなるように構成されている。す
なわち、遅延ライン168の位置におけるウエーブガイド1
76の間隔Ｌは、遅延ライン174の位置におけるウエーブ
ガイド176の間隔Ｌより小さくなっている。これらＬお
よびＷの寸法はたとえば以下のように設定されている。遅延ライン信号 L.インチ W.インチ 168 T1 1.66 0.64 170 T2 1.72 0.66 172 T3 2.45 0.74 171 T4 2.55 0.76 上記遅延ライン168〜174の幅Ｗおよびウエーブガイドの
間隔Ｌは、ビームの傾斜や走査率に対応して設定され、
これらビームが所定の方向を指向するように構成されて
いる。この結果、各送信ゾーンT1〜T4の始点および終点
が設定される。

第12図に示すように、送信信号T2は第１のウエーブガイ
ド176の点までの正確な距離だけこの遅延ラインを伝送
される。この信号T2の一部はクロスガイドカプラ180、
たとえば20dBカプラを介して、この送信信号T2の１％が
ウエーブガイド176に分割される。この分割されたエネ
ルギは、このウエーブガイド176を介してソリッドステ
ートパワー増幅器100（第６および第11図）に伝送され
る。同様に、信号T1は遅延ライン170を介して伝送され
る。このクロスガイドカプラ180で分割された信号T1,T2
の一部（すなわち0.01T1および0.01T2）ウエーブガイド
176内で結合され、この結合された信号0.01（T1＋T2）
は次の組の遅延ライン172,174に向けて径方向外側に伝
送される。また、信号T3,T4についても同様に遅延ライ
ン174,176内を伝送される。すなわち、この信号T3,T4の
0.01がクロスガイド180を介してウエーブガイド176に伝
送される。この結果、結合されたしんごう0.01（T1＋T2
＋T3＋T4）は径方向外側に伝送されてソリッドステート
パワー増幅器100に送られ、増幅されて送信される。

この第１のウエーブガイド176に伝送された残りの0.99
の信号T1〜T4は、第２のウエーブガイドに送られ、ここ
でこのウエーブガイド176に残りの１％が分割される。
この信号T1〜T4は各ウエーブガイド176で同様に１％ず
つ分割される。

このウエーブガイド176を介してSSPAs100に送られる信
号は点間通信の全ての送信信号T1〜T4の結合されたもの
である。しかし、各送信信号T1〜T4は12,500のサブ信号
から構成されている。よって、これら40のウエーブガイ
ド176を介して伝送される信号の混合されたものは、こ
の実施例の場合前述したように500MHzの割当て周波数ス
ペクトルの50,000の信号の結合されたものとなる。よっ
て、このSSPAs100はこれら全ての50,000の信号を増幅
し、ウエーブガイドアセンブリ176から放射される。

各SSPAs100は米国内の各地域に送信する50,000の信号を
増幅するものであるので、これらの信号のビームはトラ
ンスミッタすなわち全てのSSPAs100の共通のプールから
形成される狭い幅の高いゲインのダウンリンクビームで
あることが望ましい。このような構成によれば、全ての
SSPAs100を使用して米国全体をカバーする各ダウンリン
クビームを形成するので、全国的なパワーのプールがで
き、効率的となる。よって、全国的なパワーのプールの
一部を分割して不利な所定のダウンリンクに割当て、他
のビームのパワーを減少させることがない。この不利な
場合とは、ダウンリンクの目的地域に降雨があり、ビー
ムの信号強度が減衰するような場合である。この降雨減
衰はアップリンクビームの信号強度を増加させることに
より対応できる。また、ダウンリンクにおいては、全国
的なトランスミッタのパワーの一部（すなわち全てのSS
PAs100に供給されるパワーの一部）をこの不利なダウン
リンクビームに割当てることによって解消できる。各ア
ップリンクビームのパワーは対応するダウンリンクビー
ムに比例する。よって、ダウンリンクビームのパワーを
増加させるには、アップリンクビームのパワーを増加さ
せるだけでよい。

実際には、前記のネットワーク管制センターが全国の降
雨地域を常に追跡しておき、アップリンクの使用者のダ
ウンリンクの目的地が降雨地域であるか否かを決定す
る。そして、このネットワーク管制センターは、その通
信の目的地が降雨地域である場合にその使用者に対して
パックされた切替え信号を使用してそのアップリンクの
パワーを増加させるように指示する。このアップリンク
信号のパワーの増加により、SSPAs100による信号の増幅
を増加させ、対応するダウンリンクビームのパワーを増
加させ、降雨減衰を補償する。この降雨地域に向けた信
号の数は、SSPAs100で増幅する信号の全体の数からする
と少ない。よって、この降雨地域以外のダウンリンクの
使用者に対する信号強度低下の影響は少ない。

このSSPAs100は、たとえば衛星の通信シエルフ（図示せ
ず）の縁部に取付けられている。このSSPAs100で増幅さ
れた信号は送信アレイ20（第13図および第14図参照）の
対応する要素106に送られる。

また、前記の傾斜した位相シフトは、40のウエーブガイ
ド176の結合した信号の間に与えられる。このため、ビ
ーム形成回路網98の送信アレイ20（第1,2,13図参照）か
ら放射されるアンテナビームが周波数割当てによって操
向されるように構成されている。また、この傾斜した位
相シフトはウエーブガイド176の時間遅延および周波数
に関連する。第17図には、40個の送信アレイ要素106
（第13図参照）およびこれらから放射される波面を示
し、ここでｄはこれら要素106の間隔である。このアン
テナビームは角度θだけ傾斜しており、ここでθはこの
ビームの走査角度である。この角度θは垂直な送信ビー
ムの中心からの角度である。傾斜した位相シフトは遅延
ラインの配置ΔФによって発生される。このΔФとθと
の関係は次の式によって与えられる。

ここで、 λ＝信号の波長 θ＝ビームの走査角度ｄ＝アレイ要素の間隔このアンテナビームの東西方向は傾斜した位相シフトに
よって与えられ、この位相シフトはビーム形成回路網98
の４つの遅延ライン168〜174の差によって与えられ、こ
の結果４つの送信ゾーンT1〜T4が与えられる。

第18図および第19図には、本発明の別の実施例を示す。
この実施例は衛星200を備え、この衛星にはＬバンドお
よびKuバンドで受信および送信をなす直接放射形のアレ
イアンテナ202が搭載されている。第18図には、この衛
星200の展開状態を示す。この衛星はボデイ安定形で、
太陽電池パネル206およびアンテナアレイ202,204が設け
られ、打上げ時にはこれらは第19図に示すように折畳ま
れる。このＬバンドアレイ202の両端部はヒンジによっ
て折畳自在であり、打上げ時には折畳まれる。また、上
記の太陽電池パネル206は南北面に展開され、打上げ時
には折畳まれ、またKuバンドアレイ204は打上げ時に邪
魔にならないように配置されている。第20図には、Ｌバ
ンド直接放射形アレイアンテナ202を示し、このアンテ
ナは、円形偏波カップドダイポール205が２次元的に密
集して配置されている。この実施例では、このアレイ20
2は2.4m×8.0mの大きさで、32列のダイポールが配置さ
れ、これらは一対207ずつ駆動されるように構成され、
駆動点の数は16個である。このアレイ202は送信と受信
の両方の作動をなす。

第21図および第22図には、この衛星でサービスする地域
（北米全体）を示す。この衛星通信システムでは、Ｌバ
ンド周波数を各ゾーン206,208,210にそれぞれ共用し、
３倍に共用する。これら各ゾーン206,208,210におい
て、周波数帯域の低い周波数側がゾーンの西縁に位置
し、また高い周波数側が東縁に位置する。第22図に示す
ように、各ゾーンの高い周波数側端と低い周波数側端が
ゾーン209,211でオーバーラップしている。また、この
アレイからテーパ状の放射をなすことにより、サイドロ
ープを低くし、これら各周波数チヤンネルを同時に使用
してもその干渉が許容できるように構成されている。

また、周波数スペクトルを３倍に共用するために、第23
図に示すような３つのゾーンのビーム形成回路網212が
採用されている。このビーム形成回路網212は、第11図
に示したビーム形成回路網と同様な作用をなす。このビ
ーム形成回路網212には伝送遅延ライン214が設けられ、
これには各ゾーン206,208,210に対応してそれぞれ遅延
ラインが設けられ、また３本の伝送ライン216が設けら
れ、これらはアレイアンテナ202の16の駆動点の各対に
接続されている。これらゾーンの信号はハイブリッドカ
プラ218で結合され、アンテナの駆動点に対応した単一
の信号が出力される。

第24図には、この衛星200のブロック図を示し、このも
のは移動局に特に適したものである。また、移動局に対
するサービスとともに、ベース局に接続された固定局に
対するサービスもできる。

この衛星は、Kuバンドを使用して固定局に対するサービ
スをなすとともに、Ｌバンドをアップリンクおよびダウ
ンリンクに使用して移動局に対してサービスする。ベー
ス局からのKuバンドの信号はKuアレイアンテナ204およ
びレシーバ257によって受信される。この信号の周波数
は、ダウンコンバータ255によってKuバンドからＬバン
ドに変換される。複数のゾーンからの変換されたＬバン
ドの信号は、３つのゾーンのビーム形成回路網212によ
って結合され、デユアルパワー増幅器251によって増幅
され、ダイプレクサ259によって分割され、Ｌバンドア
レイ202から移動局に送信される。これを「フオワード
通信リンク」と称する。また移動局からＬバンドを使用
してこの衛星に送信され、Ｌバンドアレイ20で受信され
るリンクを「リターン通信リンク」と称する。異なる受
信ゾーンからのＬバンド信号は、増幅器263によって増
幅され、ビーム形成回路網212によって結合され、アッ
プコンバータ253でKuバンドの周波数に変換される。こ
の信号はトランスミッタ261によってKuバンドアレイ204
を介して各ゾーンのベース局に送信される。

第25図には、上記アレイ202のパワー分布252を示す。こ
のシステムに複数種類のマルチプルレベル増幅器を使用
する場合の設計および製造のコスト上昇を防止するた
め、このアレイ要素205に必要な等しくないパワーレベ
ルは、ハイブリットカップルデユアル増幅器251によっ
て発生される。このような構成によれば、８個のハイブ
リットカップルデユアル増幅器からなる全ての増幅器
は、入力および出力が等しくないパワーレベルであって
も同じパワーレベルで作動する。このハイブリットカッ
プルデユアル増幅器251を使用することにより、相互変
調成分は地理的に分散され、使用者の位置では減少す
る。さらに、このような増幅器251を使用することによ
り、各増幅器が全ての信号の増幅に関与し、パワーの割
当ての柔軟性が最大になる。

また、第26図には、さらに別の実施例を示し、このもの
は直接放射アレイを用したKuバンドネットワークシステ
ム250、２個の受信アレイ235,236、および２個の送信ア
レイ237,238を備えた通信衛星システムである。これら
２個の受信および送信アレイは、単一の偏波で放送およ
び点間通信の両方のサービスをなす。一方の受信アレイ
235は水平偏波用のもので、他方の受信アレイ236は垂直
偏波用のものである。また同様に、一方の送信アレイ23
7は水平偏波用のものであり、また他方の送信アレイ238
は垂直偏波用のものである。ひとつの偏波の場合には、
割当て周波数スペクトルの半分を放送用に割当て、残り
の半分を点間通信用に割当てる。ひとつの偏波で両方の
サービスをする場合には、地上局の開口が小さくすみ、
この地上局のコストが低減される。この衛星によってサ
ービスする地域にビームを集中するために、２個のパラ
ボラリフレクタ244が使用される。また、Kuバンドを使
用したシステムでも、Ｌバンドを使用した移動局システ
ムと同様に、降雨がない地域に影響を与えずに降雨地域
のダウンリンクの減衰を補償できる。米国では、同時に
降雨している地域は全体のごく一部であり、この他の地
域のパワーを減少させずにこの降雨地域のパワーを増加
させることができる。上記Ｌバンド移動局システムで
は、太陽電池パネル248は展開自在で、打上げ時には折
畳む。

また、図示するKuバンド衛星通信システムでは、使用者
の家屋に設置したきわめて小さい開口の局を利用して周
波数を共用するプライベートネットワークシステムが構
成できる。このプライベートネットワークシステムは、
地上局を中央データベースおよび画像放送キヤパシテイ
に接続した「星形」ネットワークと、地上局を回路切替
え相互接続し、遠隔会議、高速画像通信、音声通信等の
サービスをなす「網形」ネットワークがある。

第27図には、Kuバンドプライベートネットワーク衛星シ
ステムにおける受信ゾーン220,222,224,226を示す。こ
のシステムでは、一対の使用者が中間のベース局を介す
ことなく直接接続されるものであり、よってアップリン
クおよびダウンリンクの両方に周波数アドレスビームは
使用しない。よって、アップリンクには周波数から独立
したビームが使用され、ダウンリンクの目的地をアドレ
スするために周波数が使用される。

このサービス地域には４つの受信ゾーン220,222,224,22
6が設定され、アップリンクでは周波数スペクトルが４
回共用され、各ゾーン220,222,224,226では周波数スペ
クトル全体が使用される。これら隣接するゾーンの間で
アップリンクが干渉するのを防止するため、各ゾーン22
0,22,224,226は第27図に示すようにそれぞれ半分のゾー
ン220a,220b、222a,222b、224a,224b、226a,226bに分割
されている。そして、受信ビームパターンは第28図に示
すように、各ゾーン220a,220b、222a,222b、224a,224
b、226a,226bに対応している。第28図には、各受信ビー
ムの中心周波数を示す。これらのビームパターン221,22
3,225,227,229,231,233,235は例えばアレイ80によって
発生され、波長幅は16のアンテナターミナルを有し８個
のビーム出力を有するバトラーマトリクスを介して16の
駆動点を駆動する。これらビームパターン221,223,225,
227,229,231,233,235は充分に空間的に分離されてお
り、少なくとも１個おきのビームで周波数を共用できる
ように構成されている。このシステムの使用者は４個の
２ポジションスイッチを備え、「ａ」または「ｂ」ビー
ムを選択的に使用し、実質的に時分割方式で通信をおこ
なう。このスイッチは比較的低い速度たとえば50Hzで作
動し、また４の受信ゾーン出力が４つのレシーバで受信
され、この信号は増幅されて14から12MHzに変換され
る。この50Hzのスイッチと20マイクロ秒の周期発生手段
を使用し、ある時間周期では４つのゾーンで「ａ」周波
数を同時に使用し、「ｂ」周波数はオンではなく、使用
しない。したがって、この「ａ」および「ｂ」周波数は
互いに干渉しない。このサイクルは半分であるので、各
局での必要パワーは重複する。

第29図および第30図には送信ゾーンおよび送信ビーンを
それぞれ示す。この第29図に示す送信ゾーン228,230,23
2,234は第27図に示す受信ゾーン220,222,224,226と同様
である。この送信ゾーン228は受信ゾーン220に対応し、
送信ゾーン230は受信ゾーン222に対応し、送信ゾーン23
2は受信ゾーン224に対応し、また送信ゾーン234は受信
ゾーン226に対応する。また、アップリンクと同様に、
このダウンリンクでも周波数スペクトルは４倍に共用
し、各送信ゾーン228,230,232,234ではこの周波数スペ
クトル全体を使用する。また、第30図に示すように、各
送信ビーム237,239,241,243はそれぞれ送信ゾーン228,2
30,232,234に対応している。

また、第31図に示すように、フイルタ相互接続マトリク
ス252は36個のフイルタを備え、これらは受信ゾーン220
a,220b,222a,222b,224a,224b,226a,226b（R1A,R1B,R2A,
R2B,R3A,R3B,R4A,R4B）と送信ゾーン228,230,232,234
（T1,T2,T3,T4）とを接続する。このフイルタ相互接続
マトリクス252は前述したフイルタマトリクス90と同様
のものである。このマトリクスの行は受信出力によって
駆動され、８個のフイルタからのあらかじめ選択された
出力グループは４つの送信ゾーンT1,T2,T3,T4に導かれ
る。

また、第32図には本発明のさらに別の実施例を示す。受
信アレイアンテナ236で受信された信号はビーム形成回
路網256に送られ、前述したBFN98および212と同様にこ
れら受信信号が結合される。この結合された信号は時分
割スイッチ267によってレシーバ269に送られ、フイルタ
相互接続マトリクス252によって前述したFIM90と同様に
あらかじめ設定された分離がなされる。この分離された
信号はビーム形成回路網256によって結合され、増幅器2
73で増幅された後直接放射形送信アレイアンテナ238に
送られる。

なお、本発明は上記の実施例には限定されず、当業者で
あれば本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更を容
易におこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、通信衛星とそのアンテナシステムを示す斜視
図、第２図は第１図に示すアンテナシステムの平面図、
第３図は第２図の３−３矢視図、第４図は第２図の４−
４矢視図、第５図は米国の受信ゾーンを示す図、第６図
は通信衛星の通信回路のブロック図、第７図は結合回路
網の概略図、第８図はチヤンネルの相互接続の組合わせ
を示す図、第９図は米国の送信ゾーンを示す図、第9A図
は送信アンテナビームのゲインを示す線図、第9B図は南
北方向のゲインを示す線図、第10図はフイルタ相互接続
マトリクスを詳細に示すブロック図、第11図はビーム形
成回路網の平面図、第12図は第11図のビーム形成回路網
の詳細を示す図、第13図は送信アレイの正面図、第14図
は送信要素の側面図、第15図は送信要素の斜視図、第16
図は受信フイードホーンの正面図、第17図は送信フイー
ドアレイと波面との関係を示す概略図、第18図は別の実
施例の通信衛星の展開状態の斜視図、第19図は第18図の
衛星の収納状態の斜視図、第20図は直接放射形アレイア
ンテナの正面図、第21図は第18図の衛星でカバーされる
米国のゾーンを示す図、第22図は各ゾーンに対応したア
ンテナパターンの線図、第23図はビーム形成回路網のブ
ロック図、第24図は別の実施例の回路のブロック図、第
25図は等パワーデユアル増幅器およびその出力配分を示
す概略図、第26図はさらに別の実施例の衛星の斜視図、
第27図は米国のゾーンを示す図、第28図はビームパター
ンを示す線図、第29図は米国の送信ゾーンを示す図、第
30図は送信ビームパターンを示す線図、第31図はフイル
タ相互接続回路網におけるチヤンネル接続の状態を示す
図、第32図は第26図の衛星のリピータのブロック図であ
る。 10……衛星、22……送信アレイ、90……フイルタ相互接
続マトリクス、98……ビーム形成回路網、100……ソリ
ッドステートパワー増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地球上の軌道にある通信衛星を使用して地
上の地域にある複数の地上局の間の通信をなす方法であ
って： A. 上記地域をカバーする複数のゾーンと上記衛星との
間に放射周波数ビームのグループを形成し、このグルー
プ内のビームは同じ第１のあらかじめ選定された帯域の
周波数の通信信号を搬送するものであり、上記第１のあ
らかじめ選定された周波数帯域は上記全てのゾーンで共
用される過程と； B. 上記第１のあらかじめ選定された周波数帯域内の第
１および第２の組の周波数にわたる通信信号をそれぞれ
搬送する第１および第２の組の放射周波数ビームのグル
ープを分離する過程と； C. 上記ゾーンと衛星の間で上記ビームの第１および第
２の組を交互に伝送する過程とを具備したことを特徴と
する方法。
【請求項２】前記過程B.は、前記各ゾーンにわたって前
記周波数の前記第１のあらかじめ選定された帯域を空間
的に配分し、このビームよってサービスする地域の隣接
するゾーン内の近接する部分が前記放射ビームの異なる
組でカバーされ、このビームでサービスする地域の隣接
するゾーン内で通信の干渉を防止することによっておこ
なわれることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記
載の方法。
【請求項３】前記過程C.は、前記第１の組のビームを全
ての前記ゾーンに同時に伝送し、また前記第２の組のビ
ームを全ての前記ゾーンに同時に伝送することによって
おこなうことを特徴とする前記特許請求の範囲第２項記
載の方法。
【請求項４】前記過程C.は、前記各ゾーンから前記衛星
へのビームの前記第１および第２の組を伝送することに
よっておこなうことを特徴とする前記特許請求の範囲第
１項記載の方法。
【請求項５】次の過程： D. 前記衛星で前記ビームの第１および第２の組を受信
する過程と； E. 放射周波数ビームの第２の複数のグループを上記衛
星から上記ゾーンに伝送し、上記第２の複数の各グルー
プのビームは同じ第２のあらかじめ選定された周波数帯
域の通信信号を搬送し、これによって上記第２のあらか
じめ選定された周波数帯域が上記第２の複数のビームの
グループの全てで共用される過程とを備えたことを特徴
とする前記特許請求の範囲第４項記載の方法。
【請求項６】前記過程E.は、前記第２の複数の各グルー
プのビームを対応するゾーンを横断して前記第２のあら
かじめ設定された周波数帯域の関数として空間的に配分
することによっておこなうことを特徴とする前記特許請
求の範囲第５項記載の方法。
【請求項７】地球上の軌道にある通信衛星を使用して地
上の地域にある複数の地上局の間の通信をなす方法であ
って： A. 上記地域を実質的に隣接する複数のゾーンに分割す
る過程と； B. 上記ゾーンを少なくとも第１および第２の部分に分
割する過程と； C. 前記各ゾーンおよび衛星のために前記第１および第
２の部分の間で少なくとも第１および第２の放射周波数
ビームをそれぞれ交互に伝送し、これら第１および第２
のビームは、第１のあらかじめ設定された周波数帯域の
第１および第２の異なる周波数の組にわたる通信信号を
搬送し、上記全てのゾーンにおける第１および第２のビ
ームによって上記第１のあらかじめ選定された周波数帯
域が共用される過程とを備えたことを特徴とする方法。
【請求項８】前記各ゾーンのための前記第１および第２
のビームを形成する過程を含み、この過程は、対応する
ゾーンの地上の通信サービスの地域が全体的に矩形のゾ
ーンとなるように前記ビームが形成されるものであるこ
とを特徴とする前記特許請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項９】前記矩形の通信サービスする地域は隣接し
ていることを特徴とする前記特許請求の範囲第８項記載
の方法。
【請求項１０】前記各隣接するゾーンには互いに隣接す
る少なくとも２つの部分が形成され、これら隣接する２
つの部分の周波数の組は互いに相違し、これによって隣
接する上記２つの部分の通信の干渉が防止されることを
特徴とする前記特許請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項１１】次の過程： D. 前記衛星で前記第１および第２のビームを受信する
過程と； E. 前記各ゾーンに複数のダウンリンク放射ビームを伝
送し、各複数のダウンリンクビームには、同じ第２のあ
らかじめ選定された周波数帯域にわたる通信信号が搬送
され、これによって前記全てのゾーンのダウンリンクビ
ームが前記第２のあらかじめ選定された周波数帯域を共
用する過程とを備えたことを特徴とする前記特許請求の
範囲第７項記載の方法。
【請求項１２】前記過程E.は、前記複数のダウンリンク
を周波数の関数で空間的に配分する過程を含むものであ
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第11項記載の方
法。
【請求項１３】地上のカバーする地域内にある複数の地
上局の間の通信をなす衛星通信システムであって：地球上の軌道上に配置された衛星を備え；また、第１の手段を備え、この手段は上記衛星とカバー
する地域の対応する各ゾーンとの間に複数のアップリン
ク放射周波数ビームを形成するものであり、上記のゾー
ンは少なくとも２つの部分に分割されており、上記各複
数のアップリンクビームは上記ゾーン内のダウンリンク
局によって受信されるべき通信信号を搬送し、上記各ゾ
ーンからのアップリンクビームは上記ゾーン内の２つの
部分から放射されるビームの第１および第２の組に配置
され、これら第１および第２の組の周波数にわたる通信
信号を搬送し、上記周波数の第１および第２の組は第１
の周波数帯域に限定され、また上記全てのゾーンのアッ
プリンクビームは上記第１の周波数帯域を使用するもの
であり；また、上記衛星に第２の手段を備え、この手段は上記ビ
ームの第１の組と第２の組を交互に受信し；また、上記衛星に第３の手段を備え、この手段は上記第
２の手段と結合し、この衛星と上記ゾーンの間にダウン
リンク放射周波数ビームの複数のグループを形成し、こ
れら各ダウンリンクビームの組は上記ゾーン内のダウン
リンク局で受信されるべき通信信号を搬送するものであ
ることを特徴とするシステム。
【請求項１４】前記各ダウンリンクビームのグループは
前記ゾーンのひとつをカバーし、各グループは第２の周
波数帯域にわたる複数の信号を搬送し、このダウンリン
クビームの全てのグループで同じ周波数帯域が使用され
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第13項記載のシ
ステム。
【請求項１５】前記第２の手段はアンテナアレイ、レシ
ーバおよび２ポジションスイッチを備え、このスイッチ
は前記周波数の第１および第２の組を交互に受信するよ
うに上記レシーバを切替えるものであることを特徴とす
る前記特許請求の範囲第13項記載のシステム。
【請求項１６】前記第３の手段は、送信アンテナアレイ
を備え、このアレイはダウンリンクビームを送信し、前
記受信アンテナアレイおよび送信アンテナアレイはそれ
ぞれ直接放射要素を２次元的に配列したアレイであるこ
とを特徴とする前記特許請求の範囲第15項記載のシステ
ム。