JPH08228159A - 衛星通信電力管理システム - Google Patents

衛星通信電力管理システム

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JPH08228159A
JPH08228159A JP7284901A JP28490195A JPH08228159A JP H08228159 A JPH08228159 A JP H08228159A JP 7284901 A JP7284901 A JP 7284901A JP 28490195 A JP28490195 A JP 28490195A JP H08228159 A JPH08228159 A JP H08228159A
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signal
communication
power supply
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power
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JP7284901A
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Edward Hirshfield
ハーシュフィールド エドワード
Robert A Wiedeman
エイ． ウィーデマン ロバート
Stanley Canter
キャンター スタンレイ
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Maxar Space LLC
Original Assignee
Space Systems Loral LLC
Loral Space Systems Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 通信信号送信機を操作する方法及びかかる方
法を実行する装置が開示される。 【解決手段】 通信信号を受信する行程と、現在のユー
ザデマンドを表している受信した通信信号の信号強度を
検知する検知行程と、検知された信号強度に応じて作動
電力を通信信号送信機用増幅器に供給する電力供給源の
出力を調整する調整行程と、受信した通信信号を通信信
号送信機用増幅器で増幅する行程と、を含む。検知行程
は、受信した通信信号からノイズ成分を差し引く行程を
含む。調整行程は、パルス幅変調信号のデューティサイ
クルを少なくとも検知された信号強度の関数として設定
する行程と、スイッチをパルス幅変調信号で駆動して１
次ＤＣ源をチョッピングしてＡＣ信号を生成する駆動行
程と、パルス幅変調信号の反転でＡＣ信号を同期整流し
て、通信信号送信機用増幅器に作動電力を供給する電力
供給源からＤＣ出力を提供する行程と、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、地球衛星に関し、特に地球衛星
の通信機器、すなわち通信ペイロードの送信機電力を制
御する方法及び装置に関する。
【０００２】
【背景技術】所定配置の通信衛星が地球を周回するの
で、各衛星は、都市の中心などの通信ユーザの人口が高
い領域や、海洋、砂漠、山岳地帯などのユーザの人口が
かなり低い領域を通過する。このような動作に適した通
信衛星は、低電力消費で長軌道周期であり、平均負荷通
信容量に対して高いピーク負荷を要求する。さらに、低
地球軌道（ＬＥＯ）衛星の軌道は、大陸に対して移動す
るので、数日の反復周期の間に電力ピークの数が激しく
変化する傾向がある。
【０００３】そこで、平均負荷通信容量に対する高いピ
ーク負荷の効率の良い提供に関する問題が生じた。かか
る通信衛星に必要とされる搭載機器、すなわちペイロー
ド（payload ）は、全２重通信用に構成されたトランス
ポンダを含む。通信ペイロードは、１つまたは複数のト
ランスポンダを含む。かかるトランスポンダは、地表か
らの信号を受信する少なくとも１つのアンテナと、低雑
音増幅器と、周波数変換器と、増幅器と、高電力増幅器
と、少なくとも１つの送信アンテナと、を有する。
【０００４】高い通信容量が常時供給される場合、この
容量を維持する電力も常時必要とされる。かかる衛星に
搭載される電力を供給するために、原子炉などの、燃料
を備えた発生器や、放射加熱サーモパイルのいずれか一
方を、通信ペイロードによって使用される電流の一定供
給量を生成するために使用することができる。過剰の電
力が、食での使用に備えて電池に蓄えられる。または、
ソーラーアレイや電池システムが使用される。
【０００５】ソーラーアレイの場合、太陽が食にあると
き、電力生成は周期的に中断され、この間に電池が放電
される。多くの場合、電池は、ＤＣ／ＤＣ変換器に電力
を供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、トランスポンダの増
幅器及び他の活動装置に所望の電圧及び所望の電流を供
給する。同期軌道衛星の設計は、太陽に照らされている
ときや食の両方の動作における最大ピーク電力出力に対
して寸法が決められる電力システムの設計を目的とす
る。しかしながら、この方法を使用すると、未使用の電
力容量は、低電力消費期間の間に浪費される。さらに、
常時最大電力容量を提供する能力を備えることは、衛星
の質量、価格、及び複雑さを増加させることとなり、故
に、打ち上げ用宇宙船を含む通信システム全体の価格を
増大せしめることとなる。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、上記問題を克服し、その目的
は、非静止軌道地球軌道衛星で可変負荷遠距離通信トラ
フィック用の通信電力の効率の良い分配を行う衛星電力
管理システムによって達成される。本発明の教示によっ
て、高い通信容量動作用の電力容量が常時供給される場
合に必要とされる電力よりも小さい電力での衛星の使用
が可能になる。これによって、衛星の小型化及び軽量化
が可能となり、故に衛星及び打ち上げ用宇宙船の価格が
低減される。本発明は、さらに、通信デマンドをリアル
タイムで検知する機構と、この情報を使用するコントロ
ーラと、を備え、衛星電池から引き出される電力と通信
容量とを変化せしめる。
【０００７】本発明の目的は、衛星が多数のユーザの上
を通過する時間の間の通信に対して高電力を提供し、ユ
ーザデマンドが小さかったりまたは無いことにより必要
とされる電力が少ないときに電力をほとんど提供しない
衛星電力管理システムを提供することである。本発明の
さらなる目的は、平均電力消費に対するピーク比の効率
の良い衛星通信ペイロードを提供し、衛星通信システム
全体の価格を低減することである。
【０００８】本発明の他の目的は、有効可変電力増幅
器、有効可変ｄｃ／ｄｃコンバータ（ｄｃ／ｄｃ変換
器）、及びかかるｄｃ／ｄｃコンバータを検知し且つ制
御するコントローラを備え、活性送信フェーズドアレイ
と組み合わせて、平均電力消費に対して高いピーク比を
有する衛星ペイロードを提供することである。本発明の
さらなる目的は、電力消費の比例につながる広いダイナ
ミックレンジに対して線形増幅を生成する方法を提供す
ることである。
【０００９】本発明は、通信信号送信機を操作する方法
と、かかる方法を実行する装置と、を教示する。この方
法は、通信信号を受信する行程と、受信電力と現在のユ
ーザデマンドとを表している受信した通信信号の信号強
度を検知する検知行程と、通信信号送信機用増幅器に作
動電力を供給する電力供給源の出力を検知した信号強度
に応じて調整することにより、検知した信号強度が増加
するときは電力供給源の出力を増やし、検知した信号強
度が減少するときは電力供給源の出力を減らす調整行程
と、受信した通信信号を通信信号送信機用増幅器で増幅
する行程と、を含む。検知行程は、受信した通信信号か
らノイズ成分を差し引く行程を含む。
【００１０】調整行程は、パルス幅変調信号を少なくと
も検知した信号強度の関数として設定する行程と、スイ
ッチをパルス幅変調信号で駆動することにより１次ＤＣ
源をチョッピングしてＡＣ信号を生成する駆動行程と、
かかるＡＣ信号をパルス幅変調信号の反転で同期整流す
ることにより通信信号送信機用増幅器に作動電力を供給
する電力供給源からＤＣ出力を提供する行程と、を含
む。
【００１１】本発明の好ましい実施例において、スイッ
チは、１次ＤＣ電力源と同期整流器との間に接続された
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。この実施例
において、駆動行程は、同期整流されたＡＣ信号と所定
バイアス電位との間に接続されてＦＥＴのゲートに供給
されるパルス幅変調信号を増大せしめるブートストラッ
プコンデンサを使用する行程を含む。
【００１２】
【実施例】本発明の特徴及び効果を、添付図面を参照し
ながら詳細をより明らかにする。図１は、本発明による
通信衛星１ａのペイロードの構成図を示す。特に、図１
は、全２重通信用に構成された典型的な衛星トランスポ
ンダ１ｂを示す。通信ペイロードは、１つまたは複数の
かかるトランスポンダを含む。トランスポンダは、地表
からの信号を受信する複数のアンテナ２と、低雑音増幅
器３と、局部発振器及び混合器を有する周波数シフト器
または周波数変換器４と、その次の増幅器５と、高電力
増幅器６と、送信用アンテナ７と、を有する。所望の帯
域内信号を通過せしめ且つ不要な帯域外ノイズ信号を除
去するために、フィルタ８も含まれている。第１のトラ
ンスポンダは、ユーザ端末９ａからの信号を受信して、
受信したユーザ信号を周波数シフトせしめ、公衆交換電
話網（ＰＳＴＮ）に接続されたゲートウェイ９ｂなどの
地上局に周波数シフトされた信号を送信する。第２のト
ランスポンダは、１つまたは複数のゲートウェイ９ｂか
ら信号を受信し、受信信号を周波数シフトせしめ、ユー
ザ端末９ｂに周波数シフトされた信号を送信する。この
ように、音声やデータなどの全２重通信路が、ＰＳＴＮ
に接続された端末とユーザ端末との間に形成される。
【００１３】例えば、固定または携帯用のユーザ端末９
ａは、全２重モードで動作可能であり、例えば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）を介して対応するリターン及び順方向
衛星トランスポンダを経由して通信を行う。アップリン
クＬバンドＲＦリンクは、帯域幅１６．５ＭＨｚの１．
６１ＧＨｚから１．６２６５ＧＨｚまでの周波数帯域で
動作し、好ましくはスペクトル拡散により音声信号やデ
ィジタル信号が変調されている。ダウンリンクＳバンド
ＲＦリンクは、帯域幅１６．５ＭＨｚの２．４８３５Ｇ
Ｈｚから２．５ＧＨｚまでの周波数帯域で動作する。ゲ
ートウェイ９ｂは、衛星と、受信アンテナ２ｂ及び送信
アンテナ７ａを介して、例えば全２重ＣバンドＲＦリン
クで通信を行う。かかるＣバンドＲＦリンクは、５ＧＨ
ｚを中心とする周波数帯域で動作する。ＣバンドＲＦリ
ンクは、通信フィーダーリンクを双方向に伝達し、衛星
のコマンドも伝達し（順方向リンク）、テレメトリ情報
を受信する（リターンリンク）。Ｌバンド衛星アンテナ
２ａ及びＳバンド衛星アンテナ７ｂは、それぞれマルチ
ビームアンテナ（好ましくは１６ビームアンテナ）であ
り、かかるアンテナは、対応するサービス領域内に地上
のカバレッジを形成する。Ｌバンド及びＳバンド衛星ア
ンテナ２ａ，７ｂは、好ましくは互いに一致している。
例えば、全体でおよそ３０００の全２重通信が衛星の所
定の１つを経由して起きる。２つまたはそれ以上の衛星
１ａは、それぞれスペクトル拡散の使用によって所定の
ユーザ端末９ａと１のゲートウェイ９ｂとの間に同じ通
信を伝送する。故に、この動作モードは、フェージング
に対する耐性の増大につながり、柔軟なハンドオフ手順
の実行を容易としながら、対応する受信機でのダイバー
シチ合成を提供する。
【００１４】ここに記述される周波数及び帯域の全て
は、特定のシステムに限定されるものではなく、一例で
ある。他の周波数や周波数帯域が、上記原理に何の変化
も与えずに用いられる。一例において、ゲートウェイ９
ｂと衛星１ａとの間のフィーダーリンクは、Ｃバンド以
外の周波数帯域、例えばＫｕバンドやＫａバンドの周波
数を使用することもできる。
【００１５】図２に、本発明の好ましい実施例の構成図
を示す。衛星通信ペイロード１０は、１つまたは複数の
地上設置の送信機（ユーザ端末９ａやゲートウェイ９
ｂ）からのアップリンク通信を受信する受信アンテナ１
２を含む。受信信号は、図１に示すように処理されて、
増幅器１４に供給され、次に１つまたは複数の地上設置
の受信機（ユーザ端末９ａまたはゲートウェイ９ｂ）へ
の送信用に送信アンテナ１６に伝送される。受信アンテ
ナ１２及び送信アンテナ１６は、好ましくはアンテナ素
子のアレイとして構成されている。このように、増幅器
１４は、実際には複数の送信用増幅器を表し、送信用増
幅器の各々はフェーズドアレイ送信機アンテナのアンテ
ナ素子に接続された出力部を有する。送信アンテナ１６
として適した実施例が、エドワード・ハーシュフィール
ド（Edward Hirshfield ）らによる「活動送信フェーズ
ドアレイアンテナ」と題され１９９４年２月１日に発行
された米国特許第５，２８３，５８７号に記載されてい
る。アンテナ及び全通信ペイロードに対して適切な他の
実施例は、エドワード・ハーシュフィールド等による
「移動通信衛星ペイロード」と題され１９９３年５月７
日に出願された米国特許出願第０８／０６０，２０７号
に記載されている。エドワード・ハーシュフィールドに
よる「振幅テーパを有する活動送信フェーズドアレイア
ンテナ」と題された１９９４年１月３１日に出願された
米国特許願第０８／１８９，１１１号も引用されてい
る。
【００１６】本発明により、通信ペイロード１０は、通
信デマンドを検知してかかる情報を使用して衛星電力供
給システムから引き出す電力を変えることによって、通
信ペイロード１０の効率を増大せしめる機構を含む。こ
の点に関して、受信アンテナ１２の出力部に接続された
入力部を有する信号強度測定ブロック１８が設けられて
いる。この点での信号強度や電力は、特定の衛星に対す
るユーザデマンドの全体を表している（受信電力及び受
信信号強度は交換可能に用いられる）。検出された信号
強度や電力は、中央処理装置（ＣＰＵ）などのコントロ
ーラ２０に供給される。かかるコントローラ２０は、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ、すなわちＤＣ／ＤＣ変換器２２を
制御する複数のディジタル制御信号２０ａを生成する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、衛星電力バス２２ａ（Ｖ
in）を介して衛星電池２４とソーラーアレイ２６とに接
続されている。電池の電位はＶBAT として示され、ソー
ラーアレイ２６によって生成された電位は、ＶSOL とし
て示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ディジ
タル入力２０ａによって制御されて、コンバータ２２の
出力電圧を変化させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出
力電圧は、Ｖ0 で示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２の出力は、低供給電圧が低ユーザデマンドの時間に
使用され、高供給電圧が高ユーザデマンドの時間に使用
されるように、増幅器１４に給電するように使用され
る。増幅器１４への供給電圧を変えることによって、増
幅器の電力消費は、デマンドに応じて変化する。例え
ば、Ｖ0 は、２ＶＤＣと８ＶＤＣとの間で変化する。
【００１７】本発明により、詳細は後述するが、相当量
の電圧をコンバータで降下せしめなければならないと
き、効率の減少の問題を克服する改良されたＤＣ／ＤＣ
コンバータ２２が設けられる。すなわち、低下したコン
バータ２２の出力電圧を提供するとき、Ｖ0 とＶINとの
差は、コンバータ２２において降下せしめなければなら
ない。従来のＤＣ／ＤＣコンバータの設計において、こ
れによって、効率の低下が生じる。コンバータの効率に
おけるかかる低下は、低ユーザデマンドの期間において
減少した電力レベルで出力増幅器１４を作動せしめるこ
とによって行われる効率のエンハンスメントをオフセッ
トする傾向がある。
【００１８】なお、クラスＣやクラスＡ−Ｂ増幅器な
ど、出力電力に比例した供給電力を引き出す増幅器は周
知である。生成される信号電力に対して消費された電力
の比が単なる基準として使用されるとき、これらの増幅
器は効率良く動作しているようにみえる。しかしなが
ら、多重信号を同時に支援する衛星通信システムは、増
幅器が線形領域で動作して低歪及び多重信号間の低干渉
の信号を生成することを必要とする。クラスＣの増幅器
は、かかる増幅器を通過する信号を歪めたり、省いた
り、制限するので、線形ではない。クラスＡ−Ｂの増幅
器は、線形にすることはできるが、かかる増幅器も、信
号電力が増幅器の最大比電力に近接すると、信号を歪め
る。
【００１９】これに替えて、プッシュプル増幅器は、線
形であり、信号電力に比例した電力を消費する。しかし
ながら、半導体装置分野の現況においては、プッシュプ
ル増幅器の使用は実用的ではない。これは、負及び正の
両方の電力供給源（すなわち、ＰＮＰ及びＮＰＮトラン
ジスタ）によって供給され、さらに衛星通信システムに
おいて使用されるマイクロ波周波数帯域で動作可能な効
率の良い固体装置が未だ入手できないからである。
【００２０】本発明の好ましい実施例において、電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）が、高電力増幅の段階で使用
される。ＦＥＴは、１次供給電圧の広範囲に亘りほぼ線
形である。例えば、ＦＥＴは、２から８Ｖまでの供給電
圧でほぼ一定の利得で動作できる。この場合、２Ｖが供
給電圧Ｖ0 として使用されるとき、生成される最大増幅
電力は最小となる。逆に、Ｖ0 が８Ｖに設定されたと
き、最大増幅電力は最大になる。本実施例において生成
される最大信号電力の範囲は、（８／２）2 ＝１６（１
２ｄＢ）である。増幅器１４によって消費される電力は
同様に変化する。
【００２１】このように、本発明は、デマンドにほぼ比
例する電力消費で広いダイナミックレンジに亘り線形
（公称クラスＡやクラスＡ−クラスＡ−Ｂ）で動作する
信号増幅器（好ましくはＦＥＴ）の使用を教示する。通
信デマンドは、好ましくはトランスポンダの低雑音増幅
部３（図１）において検知される。信号強度測定ブロッ
ク１８は、信号強度検出器１８ａと、ディジタル信号１
８ｂをコントローラ２０に送るアナログ・ディジタル
（Ａ／Ｄ）コンバータとを含む。信号強度検出器１８ａ
は、ダイオード検波器である。信号強度検出器１８ａ
は、受信したノイズ成分が差し引かれる信号を出力する
雑音重畳検出器とすることもできる。雑音重畳検出器を
稼働せしめる適切な方法は、２つのダイオード検波器の
使用である。一方のダイオード検波器は帯域から外れた
受信信号を検知し、他方のダイオード検波器は、図１の
第１フィルタ８や低雑音増幅器３の後に配置されて、帯
域内の受信信号を検知する。次に、作動増幅器が使用さ
れて、帯域外の受信信号と帯域内の受信信号との差、す
なわち受信すべきユーザ信号の全ての合成である受信電
力レベルを表す信号を出力する。コントローラ２０は、
ディジタル受信信号強度情報を使用してディジタル信号
ライン２０ａで送るべき値を算出し、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ２２に指令を発してＦＥＴ増幅器１４に向けて特定
の供給電圧Ｖ0 を生成する。コントローラ２０が使用さ
れて、動作の安定性を保証しながらも同時に所望の効率
の生成に要する制御プロセスに、任意のニュアンスの組
み込みがコンピュータのソフトウェアを介して可能にな
る。
【００２２】この点に関して、コントローラ２０は、検
出された受信電力と対応する送信機用出力電力との間の
線形関係を用いることができる。コントローラは、Ｖ0
の値、さらに送信機１４の出力電力を決めるとき、増幅
器のループゲイン（検出された入力電力）とループのフ
ィルタ特性（検出された入力電力の変化の最大の割合）
を考慮する。コントローラ２０は、以前のデマンドに基
づいた予測デマンドの関数として、Ｖ0 に対する値を決
めることもある。或いは、日中の時間及び地理上の位置
が考慮されて、例えば５分間の次の時間のユーザデマン
ドを予測する。このように、日中に大きな都市地域に接
近するとき、Ｖ0 の値は、十分な送信機電力を提供する
ように設定することができる。地上設置のコントローラ
からテレメトリリンクを介して受信される情報により、
部分的または全体的に送信機用増幅器１４の出力電力レ
ベルを制御することも本発明に含まれている。
【００２３】前述のように、本発明は、可変の供給電圧
Ｖ0 と、高電力ＦＥＴ増幅器１４の駆動に要する電力
と、を効率良く生成するための、ＤＣ／ＤＣコンバータ
の使用も含む。この点に関して、可変電圧は、チョッパ
の駆動に使用される一連のパルスの分割パーセンテージ
を変えてさらにＤＣ／ＤＣコンバータ２２内にフィルタ
を一体化せしめることによって生成される。
【００２４】図３に、従来の衛星ＤＣ／ＤＣコンバータ
を示す。ＤＣ電圧は、衛星電池やソーラーアレイから提
供され、ブロック３０によって、可変デューティファク
タマルチバイブレータ３２の制御のもとに、チョッピン
グされてＡＣ信号となる。ＡＣ信号は、ブロック３４に
よって整流され、さらにブロック３６によってフィルタ
処理されて、出力電圧を形成する。出力電圧は、検知さ
れ、次にコンパレータ４０によって固定電圧基準３８と
比較される。コンパレータ４０の出力は、狭い範囲を中
心とする基準電圧からの出力電圧の偏差を表す。この信
号は、マルチバイブレータブロック３２のデューティフ
ァクタやサイクルを制御するために使用され、故に閉ル
ープ制御システムを形成して、固定基準電圧３８によっ
て表される所定レベルに出力電圧を維持する。
【００２５】かかるコンバータは、出力電圧が減少する
と、効率が低下する傾向がある。これは、主に、チョッ
ピングされた（ＡＣ）電圧を整流するダイオード整流器
３４の使用に起因する。かかるダイオードによって、少
なくとも０．６Ｖの電圧降下が生じる。低電圧（すなわ
ち２Ｖ）を生成するためにかかるコンバータが必要とさ
れるとき、ダイオードでの０．６Ｖの電圧効果によっ
て、１−２／２．６、すなわち２３％の効率でのベース
ラインの損失が生じる。例えば、図２の高電力増幅器１
４が１０００Ｗを必要とされた場合、整流ダイオード３
４での損失のために、さらに２３０Ｗの生成を必要とす
る。
【００２６】この電力の浪費と関連する効率の低下とを
回避するために、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータは、イ
ンバータ３２ａの出力によってチョッピング信号と同期
して作動されるパワーＦＥＴ（図４のブロック４２）を
使用する。図４において、チョッパを駆動する信号は、
パルス幅変調（ＰＷＭ）信号として表され、同期整流器
４２を駆動する反転信号は、ＰＷＭ＊信号として表され
る。多くのパワーＦＥＴは、低電気抵抗（すなわち、複
数のＦＥＴが並列に用いられる場合はミリオームオー
ダ）を呈する。故に、同期整流器４２を構成するＦＥＴ
の使用は、上記ダイオード整流器に対する２３％から最
大５％の無効率が低下する。
【００２７】なお、ＰＷＭ＊信号を生成するインバータ
の記載は簡略化してある。実際には、適切な遅延がＰＷ
ＭまたはＰＷＭ＊のいずれか一方の発生の間に挿入され
て、両方の信号が同時に活性にならないことを保証して
いる。これは、Ｓ１（後述するスイッチ１）及びＳ２
（後述するスイッチ２）が同時に導通状態になることを
防止している。ＰＷＭ及びＰＷＭ＊信号のタイミングの
制御は、各ＭＯＳＦＥＴスイッチ内の寄生ボディソース
−ドレインダイオード（parastic body source-drain d
iode）の挙動を制御するように機能する。
【００２８】図４に、広範囲の基準電圧をコンパレータ
４０に提供するディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバ
ータ４４の使用を示す。Ｄ／Ａコンバータ４４の入力部
は、図２のコントローラ２０からのディジタル信号ライ
ン２０ａの出力部に接続されている。図５に、本発明の
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のパワートレイン部分の概略
図を示す。入力ＤＣ電圧（ＶIN）は、スイッチ１（Ｓ
１）として示すＦＥＴによってチョッピングされる。Ｓ
１のゲートはＰＷＭ信号に接続されている。この構成
は、非分離バックトポロジー（non-isolated buck topo
logy）として参照される。図５において、従来のバック
キャッチダイオードは、ＰＷＭ＊信号で駆動されるパワ
ーＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｓ２）に置換されて、Ｓ２
は、図４の同期整流器４２として機能する。その結果、
ＤＣ電圧は、コイルＬ及びコンデンサＣによって平滑化
され且つフィルタ処理されて増幅器１４の供給電圧Ｖ0
を提供する。
【００２９】図６に、本発明によるバックスイッチ（bu
ck switch ：Ｓ１）エンハンスメント電圧を生成するブ
ートストラップコンデンサ（bootstrap capacitor ）Ｃ
B の使用を示した構成図を示す。この場合、バイアス電
位ＶB （例えば＋１５Ｖ）が、トランジスタＴ１，Ｔ２
からなるダーリントン対のコレクタ及びＣB に接続され
たノードに、分離ダイオードを介して印加される。ダー
リントン対のベースは、バッファＢを介してＰＷＭ信号
によって駆動される。バッファを通過したＰＷＭ信号
は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチＳ３のゲートも駆
動する。ダーリントン対のエミッタとＳ３のソースと
は、バックスイッチ（buck switch ）Ｓ１のゲートに接
続されている。ＣB が、未調整のＤＣ電位とバイアス電
位ＶB との間に接続されている場合、増大せしめられた
ゲートドライブがバックスイッチＳ１に供給される。実
際には、コンバータ２２は、各々が図６に示すように構
成されている５つのインターリーブステージで構成され
ている。
【００３０】動作時、活性となるＰＷＭ信号は、スイッ
チＳ３及びＴ１及びＴ２からなるダーリントン対を作動
状態とする。ダーリントン対は、プルアップ抵抗器のよ
うに機能して、Ｓ３のソースとＶB との間に接続されて
ゲートドライブを増大せしめ且つバックスイッチＳ１の
切り替え回数（turn-on and turn-off times）を減少せ
しめる。
【００３１】この方法の効果は、従来の浮動供給源に比
較すると作動効率が増大することである。この方法は、
ハイブリッド回路での使用に適しているのと同様に費用
効果性をも呈する。この回路によって達成されるＤＣ／
ＤＣコンバータの効率は、低電力且つ低電圧（すなわち
２Ｖ）で８２％よりも大であり、最大電圧（すなわち８
Ｖ）且つ最大電力（すなわち１３００Ｗ）で９３％より
も大きい。
【００３２】本発明の使用は、米国特許第５，２８３，
５８７号に開示された活性送信フェーズドアレイと組み
合わせたとき、衛星通信ペイロード全体の効率がかなり
増大する。これは、フェーズドアレイ送信アンテナの各
素子に対して米国特許第５，２８３，５８７号の図４の
増幅器４０，４２の作動電力が、通信デマンドの関数と
して一様に変化する理由に対して、少なくとも真実であ
る。
【００３３】米国特許第５，２８３，５８７号に、フェ
ーズドアレイアンテナにおける可変位相係数のみを使用
して、高効率多重ビームを生成する方法が開示されてい
る。位相のみを使用することによって、アレイのあらゆ
る活動素子は、同時に同一の電力を被る。その結果、送
信電力レベルを変える効果は、全増幅器において等しく
なる。活動装置は、その瞬間の伝達特性が線形であるに
も拘らず、異なる電力レベルで異なるようにふるまう。
米国特許第５，２８３，５８７号に開示された送信フェ
ーズドアレイにより、全素子は、同時に同一信号環境に
曝されるので、相対基準上の各信号に対して位相情報を
保存する。これによって、アンテナビーム形状を広範囲
の作動条件において維持することができる。
【００３４】本発明の好ましい実施例はＬＥＯ通信衛星
の各々の衛星での使用に適しているが、本発明の教示は
１つの適用例のみに限定されるものではない。例えば、
本発明の教示は、地球静止衛星システムなどの非ＬＥＯ
衛星と同様に、地上設置または宇宙設置の広範囲の送信
機に適用できる。さらに、本実施例の通信信号は、スペ
クトル拡散フォーマットの形態を採るが、時間分割多元
接続（ＴＤＭＡ）や周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）な
どの他のフォーマットを用いることもできる。
【００３５】このように、本発明は好ましい実施例につ
いて図示され且つ説明されたが、本発明の形態及び詳細
は、本発明の請求項から逸脱せずに変化するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実現する際の使用に適した衛星設置通
信システムの全体の構成図を示す。
【図２】本発明による送信機用増幅電力制御システムを
示す構成図である。
【図３】従来の衛星ＤＣ／ＤＣコンバータを示す構成図
である。
【図４】本発明を実行する際に使用される衛星ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータの好ましい実施例を示す構成図である。
【図５】図４の衛星ＤＣ／ＤＣコンバータのパワートレ
イン部分を示す構成図である。
【図６】図５に示すパワートレイン部分の詳細を示す構
成図である。
【符号の説明】
１ａ 衛星 １ｂ トランスポンダ ２ａ，２ｂ，１２ 受信アンテナ ７ａ，７ｂ，１６ 送信アンテナ １０ 通信ペイロード １４ 送信機用増幅器 １８ 信号強度測定ブロック ２０ コントローラ ２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ ３０ チョッパ ４２ 同期整流器 ４４ ディジタル・アナログコンバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エイ． ウィーデマン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94074 ロスアルトス モーラコート 1735 (72)発明者 スタンレイ キャンター アメリカ合衆国 アリゾナ州 85020 フ ェニックス イー．ニコレット 2233

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信信号送信機を操作する方法であっ
    て、 通信信号を受信する行程と、 受信した前記通信信号の信号強度を検知する検知行程
    と、 通信信号送信機用増幅器に作動電力を供給する電力供給
    源の出力を検知された前記信号強度に応じて調整して、
    検知された前記信号強度が増大するときは前記電力供給
    源の出力を増やし、検知された前記信号強度が減少する
    ときは前記電力供給源の出力を減らす調整行程と、 受信した前記通信信号を前記通信信号送信機用増幅器で
    増幅する行程と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記検知行程は、受信した前記通信信号
    からノイズ成分を差し引く行程を含むことを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記調整行程は、 パルス幅変調信号のデューティサイクルを少なくとも検
    知された前記信号強度の関数として設定する行程と、 前記パルス幅変調信号でスイッチ手段を駆動して１次Ｄ
    Ｃ源をチョッピングしてＡＣ信号を生成する行程と、 前記パルス幅変調信号の反転で前記ＡＣ信号を同期整流
    して前記作動電力を前記通信信号送信機用増幅器に供給
    する前記電力供給源からＤＣ出力を提供する同期整流行
    程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 衛星の通信機器を操作する方法であっ
    て、 複数のユーザから通信信号を受信する行程と、 通信機器のデマンドを受信した前記通信信号から少なく
    とも部分的に検知する検知行程と、 受信した前記通信信号を周波数シフトする行程と、 通信機器信号送信機用増幅器に作動電力を供給する電力
    供給源の出力を検知された前記デマンドに応じて調整し
    て、検知された前記デマンドが増大するときは前記電力
    供給源の出力を増やし、検知された前記デマンドが減少
    するときは前記電力供給源の出力を減らす調整行程と、 周波数シフトされた前記通信信号を前記通信信号送信機
    用増幅器で増幅する行程と、を含むことを特徴とする方
    法。
  5. 【請求項５】 前記検知行程は、受信した前記通信信号
    からノイズ成分を差し引く行程を含むことを特徴とする
    請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記調整行程は、 パルス幅変調信号のデューティサイクルを少なくとも検
    知された前記デマンドの関数として設定する行程と、 第１スイッチ手段をパルス幅変調信号で駆動して１次Ｄ
    Ｃ源をチョッピングしてＡＣ信号を生成する駆動行程
    と、 前記ＡＣ信号を前記パルス幅変調信号の反転で同期整流
    して前記作動出力を前記通信信号送信機用増幅器に供給
    する前記電力供給源からＤＣ出力を提供する同期整流行
    程と、を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記同期整流行程は、第２スイッチ手段
    を前記パルス幅変調信号の反転で駆動する行程を含むこ
    とを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第１スイッチ手段は、前記１次ＤＣ
    電力源と前記同期整流器との間に接続された電界効果ト
    ランジスタ（ＦＥＴ）からなり、 前記駆動行程は、同期整流された前記ＡＣ信号と所定バ
    イアス電位との間に接続されて前記ＦＥＴのゲートに供
    給される前記パルス幅変調信号を増大せしめるブートス
    トラップコンデンサを使用して前記ＦＥＴのスイッチ回
    数を減らす行程を含むことを特徴とする請求項６記載の
    方法。
  9. 【請求項９】 通信信号を受信する受信機と、 受信した前記通信信号の信号強度を検知する検知手段
    と、 受信した前記通信信号を増幅する送信機用増幅器と、 作動電力を前記送信機用増幅器に提供する電力供給源
    と、 前記電力供給源の出力を検知された前記信号強度に応じ
    て調整して、検知しされた前記信号強度が増加するとき
    は前記電力供給源の出力を増やし、検知された前記信号
    強度が減少するときは前記電力供給源の出力を減らす調
    整手段と、を含むことを特徴とする通信信号トランスポ
    ンダ。
  10. 【請求項１０】 前記検知手段は、受信した前記通信信
    号からノイズ成分を差し引く手段を含むことを特徴とす
    る請求項９記載のトランスポンダ。
  11. 【請求項１１】 前記調整手段は、パルス幅変調信号の
    デューティサイクルを少なくとも検知した前記信号強度
    の関数として設定する手段を含み、 前記電力供給源は、 前記パルス幅変調信号でスイッチ手段を駆動して１次Ｄ
    Ｃ源をチョッピングしてＡＣ信号を生成する手段と、 前記パルス幅変調信号の反転で前記ＡＣ信号を同期整流
    して前記作動電力を前記通信信号送信機用増幅器に供給
    する前記電力供給源からＤＣ出力を提供する手段と、を
    含むことを特徴とする請求項９記載のトランスポンダ。
  12. 【請求項１２】 衛星通信機器であって、 複数のユーザの通信信号を受信する受信機と、 前記通信機器のデマンドを受信した前記通信信号から少
    なくとも部分的に検知する検知手段と、 受信した前記通信信号を周波数シフトする手段と、 シフトされた前記通信信号を増幅する送信機用増幅器
    と、 作動電力を前記送信機用増幅器に提供する電力供給源
    と、 前記電力供給源の出力を検知された前記デマンドに応じ
    て調整して、検知された前記デマンドが増大するときは
    前記電力供給源の出力を増やし、検知された前記デマン
    ドが減少するときは前記電力供給源の出力を減らす調整
    手段と、を含むことを特徴とする衛星通信機器。
  13. 【請求項１３】 前記検知手段は、受信した前記通信信
    号からノイズ成分を差し引く手段を含むことを特徴とす
    る請求項１２記載の衛星通信機器。
  14. 【請求項１４】 前記調整手段は、パルス幅変調信号の
    デューティサイクルを少なくとも検知された前記デマン
    ドの関数として設定する手段を含み、 前記電力供給源は、 スイッチ手段をパルス幅変調信号で駆動して１次ＤＣ源
    をチョッピングしてＡＣ信号を生成する駆動手段と、 前記ＡＣ信号を前記パルス幅変調信号の反転で同期整流
    して前記作動電力を前記通信信号送信機用増幅器に供給
    する前記電力供給源からＤＣ出力を提供する同期整流手
    段と、を含むことを特徴とする請求項１２記載の衛星通
    信機器。
  15. 【請求項１５】 前記同期整流手段は、第２スイッチ手
    段を前記パルス幅変調信号の反転で駆動する手段を含む
    ことを特徴とする請求項１４記載の通信衛星機器。
  16. 【請求項１６】 前記第１スイッチ手段は、前記１次Ｄ
    Ｃ電力源と前記同期整流手段との間に接続された電界効
    果トランジスタ（ＦＥＴ）からなり、 前記駆動手段は、同期整流された前記ＡＣ信号と所定バ
    イアス電位との間に接続されて前記ＦＥＴのゲートに供
    給される前記パルス幅変調信号を増大せしめるブートス
    トラップコンデンサを含んで前記ＦＥＴのスイッチ回数
    を減らすことを特徴とする請求項１４記載の通信衛星機
    器。
  17. 【請求項１７】 前記送信機用増幅器は、地上の受信機
    にて受信される複数のビームを生成するフェーズドアレ
    イ送信機用アンテナ構造体の素子に接続された出力部を
    有する複数の増幅器からなることを特徴とする請求項１
    ２記載の通信衛星機器。
  18. 【請求項１８】 前記通信衛星機器は、低地球軌道の衛
    星によって担持されていることを特徴とする請求項１２
    記載の通信衛星機器。
  19. 【請求項１９】 前記検知手段は、さらに予測デマンド
    に応じて前記デマンドを検知することを特徴とする請求
    項１２記載の通信衛星機器。
  20. 【請求項２０】 低地球軌道通信衛星にて使用される衛
    星通信機器であって、 複数のユーザ用のスペクトル拡散通信信号を受信する受
    信機と、 受信した前記スペクトル拡散通信信号から前記通信機器
    のデマンドを少なくとも部分的に検知する手段と、 受信した前記通信信号を周波数シフトする手段と、 フェーズドアレイ送信機用アンテナ構造体の素子に接続
    された出力部を有してシフトされた前記スペクトル拡散
    通信信号を増幅する複数の線形送信機用増幅器と、 作動電力を複数の前記送信機用増幅器に提供する電力供
    給源と、 前記複数の送信機用増幅器に作動電力を提供する電力供
    給源と、 前記電力供給源の出力を検知された前記デマンドに応じ
    て調整して、検知された前記デマンドが増大するときは
    前記電力供給源の出力を増やし、検知された前記デマン
    ドが減少するときは前記電力供給源の出力を減らす手段
    と、を含み、 複数の前記送信機用増幅器の電力消費は、検知された前
    記デマンドに応じて変化することを特徴とする衛星通信
    機器。
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