JPH09270621A - 宇宙機 - Google Patents

宇宙機

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JPH09270621A
JPH09270621A JP9088864A JP8886497A JPH09270621A JP H09270621 A JPH09270621 A JP H09270621A JP 9088864 A JP9088864 A JP 9088864A JP 8886497 A JP8886497 A JP 8886497A JP H09270621 A JPH09270621 A JP H09270621A
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tile
signal
tiles
spacecraft
frequency band
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JP9088864A
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Alan Ralph Cherrette
アラン・ラルフ・チェレット
Bronson Murray
ブロンソン・マーレー
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Lockheed Martin Corp
Original Assignee
Lockheed Corp
Lockheed Martin Corp
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Publication date
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1007—Communications satellites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/223—Modular spacecraft systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/46—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions
    • B64G1/50—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions for temperature control
    • B64G1/503—Radiator panels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S343/00—Communications: radio wave antennas
    • Y10S343/02—Satellite-mounted antenna

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】製造コストとリードタイムを削減できるモジュ
ール方式構成によるアンテナを有する宇宙機を提案す
る。 【解決手段】一組の宇宙機の一つの宇宙機は、矩形状孔
２８を規定するアンテナ支持枠２４ａを有し、その孔２
８の寸法は、一組の宇宙機の全ての宇宙機について同一
である。宇宙機の組は異なる操作周波数のための複数の
輻射タイル３０ｘをも含む。全てのタイル３０ｘは同一
寸法であるので、注文者の要求に応じて、任意の組み合
わせのタイルを任意の宇宙機の支持枠２４ａの孔２８へ
装着し得る。各々のタイル３０ｘは、宇宙機が作動して
いる際のアンテナの再構成を準備するために、複数のビ
ーム形成器および増幅器と、遠隔操作可能な位相器およ
びレベル制御器とを含む。各輻射タイル３０ｘの好まし
い寸法形状は、１フィート角の正方形である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はモジュール方式の宇宙機
（スペースクラフト）に関し、更に詳しくは、互換性及
び配列化の準備のために、モジュール方式の要素から構
成されたアンテナを有する宇宙機に関する。
【０００２】
【発明の背景】通信宇宙機は地上局間の通信のために広
く使用されており、他の通信手段が利用できない世界の
地域における通信のために一層に重要になりつつある。
通常の静止宇宙機は、その発展の現段階においては、そ
の姿勢または軌道の維持を扶助するために推進剤の消費
を必要とする。推進剤が使い尽くされた際は、宇宙機の
実用性が終焉するので、新たな宇宙機を打ち上げて通信
機能を引き継がせねばならない。従って、共に新たな通
信機能のための宇宙機の製造と打ち上げとのための実質
的な産業が存在し、活動不能となる宇宙機の交換のため
の実質的な産業も存在する。
【０００３】通信宇宙機の製造および打ち上げは過去に
おいては少なくとも一部は非常に高価であり、これは各
々の宇宙機が特定の使用のために注文設計されて建造さ
れるためである。宇宙機の製造におけるコストの削減の
ために幾つかの注意が向けられており、これは一連の宇
宙機の個々の宇宙機に共通の要素を使用することによ
る。即ち、宇宙機とその主要部分との寸法は、Ｈｏｍｅ
ｒ氏その他による米国特許第５，３４４，１０４号（１
９９４年９月６日発行）に開示されたように、５インチ
増加に増加され、また共通の多角形宇宙機形状が、Ｊｏ
ｎｅｓ氏その他による米国特許第５，４１１，２２６４
号（１９９５年５月２日発行）に開示されている。各々
の宇宙機の観点は、モジュラー化に一層に耐える役割を
果たす特定の目的のためには独創的である。従って、宇
宙機を特定の軌道において特定の姿勢に保つために姿勢
制御および軌道維持システムを使用せねばならず、且つ
そのような軌道に適合させねばならない。同様に、多数
のトランスポンダーチャネル、及びそれらの周波数およ
び電力は、一つの宇宙機から次の宇宙機へ相違する傾向
にあり、それに対応して送信器の配列およびチャンネル
割り当ても相違する。アンテナの影響が及ぶ地域および
作動周波数もまた一つの宇宙機から次の宇宙機へ相違す
る傾向にあり、アンテナは通常は注文設計である。これ
らの全ての注文設計は熟練技術者の注意が必要であり、
また注文設計の製作は高価であり、広範囲な試験が必要
であり、これらはみなリードタイムを増加させる。従っ
て、改良された宇宙機が望まれる。
【０００４】
【発明の概要】本発明に係る宇宙機の一組の各々の宇宙
機は、ボディと、このボディに取り付けられた電力源と
を含む。各々の宇宙機のボディは、支持フレームを含
み、この支持フレームは第一と第二の相互に直行する組
をなす細長い支持ビームを備え、この第一と第二の支持
ビームは互いに接続されて実質的に平面状の格子を形成
し、この格子は実質的に同一の矩形状孔の配列を規定す
る。矩形状孔の寸法は、一組の一つの宇宙機から他の宇
宙機へ同一である。一組の第一の宇宙機または宇宙機
は、実質的に平面状の矩形状の第一のタイルの第一の組
を含む。第一のタイルの各々は、第一と第二の広い辺
（広辺）および四つの縁を規定し、タイルの第一の組の
各々のタイルは、一組の宇宙機の任意の宇宙機の枠の矩
形状孔の任意の一つの孔内に適合するように寸法付けら
れている。第一のタイルの各々はアンテナ配置を含み、
これは、タイルの第一の辺からの第一の周波数帯域内の
電磁輻射に適合されている。好ましくは第二の広辺にお
いて、第一のタイルの各々は、第一の周波数帯域内で電
磁信号を受信するための電磁信号入力ポートを含み、且
つ電力ＲＦ、マイクロ波、ミリメーター波または第一の
周波数帯域内で信号を増幅するための他の電磁的増幅器
と、増幅器および電磁信号入力ポートへ接続され、増幅
用増幅器のために電磁信号入力ポートへ適用された信号
を接続するための接続配列とを含む。第一のタイルの各
々は更に、炉波フィルター配置を含み、これは増幅器お
よびアンテナ配置へ接続され、増幅器からの増幅された
信号をアンテナ配置へ接続するとと共に、第一の周波数
帯域とは異なる炉波周波数における信号要素を炉波する
ためのものである。各々の第一のタイルの増幅器は、タ
イルの第一と第二の辺の少なくとも一つにおいて、そこ
から空間への熱エネルギーの放射のために熱的に結合さ
れ、温度制御を扶助する。タイルの第一の組の各々のタ
イルは、第一の宇宙機の枠の一つの孔内に装着されると
共に、タイルの第一の組の各々のタイルの少なくとも一
つの縁は、タイルの第一の組の他のタイルに隣接するこ
とにより、能動的な配置を形成し、この配置はタイルの
第一の組のアンテナ配置を含む。第一の宇宙機は、実質
的に平面状の矩形状の第二のタイルの第二の組をも含
む。第二のタイルの各々は、第一と第二の広い辺 （広
辺）および四つの縁を規定し、且つ、一組の宇宙機の任
意の宇宙機の枠の矩形状孔の任意の一つの孔内に適合す
るように寸法付けられている。第二のタイルの各々はア
ンテナ配置を含み、これは、タイルの第一の辺からの第
二の周波数帯域内の電磁輻射に適合されている。第二の
タイルの各々は、第二の周波数帯域内で電磁信号を受信
するための電磁信号入力ポートと、第二の周波数帯域内
で信号を増幅するための増幅器と、接続手段とを含み、
この接続手段は、増幅器および電磁信号入力ポートへ接
続され、増幅器のために入力ポートへ適用された信号を
接続し、増幅器において信号は増幅される。第二のタイ
ルの各々は更に、炉波フィルター配置を含み、これは増
幅器およびアンテナ配置へ接続され、増幅器からの増幅
された信号をアンテナ配置へ接続すると共に、第二の周
波数帯域とは異なる炉波周波数における信号要素を炉波
するためのものである。各々の第二のタイルの増幅器
は、それに関連した第二のタイルの第一と第二の辺の少
なくとも一つにおいて、そこからの熱エネルギーの放射
のために熱的に結合されている。タイルの第二の組の各
々のタイルは、第一の宇宙機の枠の一つの孔内に装着さ
れると共に、タイルの第二の組の各々のタイルの少なく
とも一つの縁は、タイルの第二の組の他のタイルに隣接
することにより、能動的な配置を形成し、この配置はタ
イルの第二の組のアンテナ配置を含む。第一の宇宙機は
更に、第一の周波数帯域内の第一の電磁信号の信号源
と、第二の周波数帯域内の第二の電磁信号の信号源とを
含む。第一の宇宙機は更に、第一の信号の信号源に接続
された入力ポートを有する第一の電力分配器を含む。第
一の電力分配器は複数の出力ポートを含み、その各々は
タイルの第一の組の一つのタイルの電磁信号入力ポート
へ接続されている。第一の宇宙機は、第二の電力分配器
をも含み、これは第二の信号の信号源に接続された入力
ポートと、各々がタイルの第二の組の一つのタイルの電
磁信号入力ポートへ接続された複数の出力ポートとを有
する。第一の宇宙機は更に、電源および各々のタイルへ
接続されて増幅器へ電力を供給するための配電配置を含
む。本発明の好適実施例においては、枠の矩形状孔は正
方形であり、タイルもまた正方形であるので、タイルは
二つの相互に直交する線形偏波のいずれにも装着し得
る。タイルは好ましくは、辺対１０の厚さの最小比を有
し、一つの実施例では１２インチの辺を有する。本発明
の他の実施例においては、第一の宇宙機の第一のタイル
に関連した輻射は第一の偏波にあり、第二のタイルに関
連した輻射は、第一のタイルに直交する第二の偏波にあ
る。タイルの作動周波数は、以下の帯域内にあるか、或
いは以下の帯域を含み得る。即ち、Ｃ帯域、Ｌ帯域、Ｘ
帯域、またはＫ帯域の任意の帯域、或いはこれらの組み
合わせである。枠内の相互に隣接するタイルは、同一の
周波数帯域、または異なる周波数帯域で作動し得る。電
力配電配置は、増幅機により要求される電圧を越える分
配電圧にて電力を分配し得るが、この場合に各々のタイ
ルは、電力配電配置および増幅器へ接続された電圧降下
器を含み、この電圧降下器は、分配電圧を増幅器へ印加
するための低電圧へ降下させるためのものである。これ
は、線形方式でなし得るが、スイッチング電圧変換器は
低エネルギーまたは電力損失を持つ傾向にあることが当
業者には公知である。 本発明の他の実施例は、受信専
用タイルを含み、これは送信タイルと同様な全体的寸法
を有するので、枠は受信専用タイルの配列をも支持でき
る。送信タイルとは異なり、受信専用タイルの熱的問題
では、極めて小量の熱が発生し、受信専用タイルの温度
が許容可能な作動範囲内に維持される。というのは、受
信専用タイルの増幅器は高出力よりもむしろ低雑音なた
めである。低雑音増幅器は、高出力増幅器よりも相当な
熱損失を発生または放散させ、且つ受信専用タイルの広
い熱放射辺は空間へ輻射させる傾向にある。本発明の一
つの観点によれば、受信専用タイルは熱被覆に嵌め込ま
れ、反射エネルギーをタイルへ戻すことを扶助する。
【０００５】
【実施例】図１において、宇宙機の組１０は、個々の宇
宙機１２，１４及び１６を含む。各々の宇宙機１２，１
４及び１６は、ボディ１２ｂ、１４ｂ及び１６ｂをそれ
ぞれ含み、且つ実質的に平面状のアンテナタイル支持枠
２２，２４及び２６をそれぞれ含む。図のように、宇宙
機１４は、更なるアンテナタイル支持枠２４ａを含む。
各々のアンテナタイル支持枠は、複数の細長い支持要素
またはビームを含み、これは後に詳述されるように、矩
形または好ましくは正方形の平面状孔を規定し、その幾
つかは参照符号２８で示されている。更に、図１には電
磁輻射タイルの第一の組３０が示されている。この組３
０は七つのタイル３０１，３０２，３０３，３０４，３
０５，３０６，３０７を含み、これらは以下に詳述され
るように、特定の第一の周波数範囲内で作動するように
全て最適化されている。輻射タイルの他方の組３２は、
四つのタイル３４１，３４２，３４３，３４４を含み、
これらは、第一の周波数範囲とは異なる第二の周波数範
囲内（または第二の周波数範囲にて）作動するように最
適化されている。異なる作動周波数の例としては、タイ
ルの組３０は、約４ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数範囲
のＣ帯域における作動について最適化し得るし、一方、
タイルの組３２は、約１２ＧＨｚの周波数範囲のＫＵ帯
域における作動について最適化し得る。本発明の一つの
観点によれば、タイルの各組３０及び３２は同一の寸法
を有し、この寸法は、孔２８内に嵌め込まれるように選
択されている。
【０００６】図２は、図１の宇宙機１４の組の一層に詳
細な図である。図２において、宇宙機１４は散開アンテ
ナパネル２４を示し、このアンテナパネル２４は８フィ
ート掛ける１０フィート（８×１０）配列になるが、ア
ンテナパネル２４ａは８×８である。更なる散開アンテ
ナパネル配置が参照符号２４ｂで示されている。図２は
太陽パネル４０ａ及び４０ｂをも示し、これは公知の方
式で電気エネルギーを生成し、この電気エネルギーは、
充分なピーク負荷と、太陽パネルが影に入る間隔とのた
めに蓄電器４４に蓄えられる。更なるアンテナ配列４６
は、宇宙機１４のボディ１４ｂの天底に装着されて示さ
れている。本発明に係るパナルアンテナの一つの利点
は、光子を示す矢印４２ａにより示唆されるように、電
磁エネルギー（これはマイクロ波またはＲＦと称し得
る）及び熱エネルギーをアンテナパネルの地球対抗側か
ら放射可能であると共に、光子を示す矢印４２ｂにより
示唆されるように、熱エネルギーを反対側から放射可能
なことである。これは、図２に示されるような大きなア
ンテナを打ち上げのような高加速期間中にボディの側面
に積み込み、次いでアンテナを図示の形態、即ち、アン
テナパネルが作動要素を含む際に、アンテナパネルの両
辺から熱を放射可能であり、温度の維持を扶助する形態
へ展開できる点で大きな利点である。
【０００７】図３は、図２の８×８アンテナパネル２４
ａの斜視図もしくは等角図であり、ここでは各輻射タイ
ルをそれらの支持枠から分解し、タイル及びそれに対応
する枠の孔の形状および相対寸法が示されている。図３
において、枠５０は複数の細長いビームまたは支持部材
５０ｘ、５０ｙを含み、これらは交差して、正方形孔２
８の実質的に平面状の配列を規定する。輻射タイルの８
×８配列はタイル３０１，３０２，３０３，３０４，及
び３０５を含む。タイル３０１，３０２，３０３，３０
４，及び３０５は正方形であり、枠５０の孔２８内に嵌
め込まれるように寸法付けられている。タイルは任意の
方式で孔内に保持できるが、好ましくはそれらの縁にて
保持すると、タイル装着配置はＲＦ輻射または熱放射と
干渉しない。特に好都合な装着配置はＭｕｒｒａｙ氏そ
の他による継続中の米国特許出願第０８／６２２，７２
５号（出願日１９９６年３月２６日、発明の名称“Modu
lar Supertile Array Antenna"）に開示されている。
【０００８】図４は、宇宙機に使用するためのＫｕ帯域
通信システムの単純化されたブロックダイアグラムを示
す。図４において、垂直偏波受信アンテナ配列４３４に
装着された第一の天底パネルは、Ｋｕ帯域内の１６の異
なる周波数にて１６のビームを生成し、水平偏波受信ア
ンテナ配列４３６は１６の異なる周波数にて１６本のビ
ームを生成し、この周波数もまたＫｕ帯域内にある。後
に詳述するように、本発明のこの特定の実施例において
は、各受信アンテナタイルは、１６の別個のビームに亘
る１６の信号を受信する能力がある。当業者には明らか
なように、アンテナ配列４３４により受信された１６の
周波数は、アンテナ配列４３６により受信された１６の
周波数とは明瞭に異なり得るか、或いは、アンテナ配列
４３４により受信された１６の周波数の各々の周波数
は、アンテナ配列４３６により受信された１６の周波数
の一つの周波数と重畳し得る。周波数が明らかに異なる
際は、アンテナ配列４３４は、１６のチャンネル、即ち
参照符号４０１，４０２，……，４１５及び４１６で示
されるチャンネルを生成するか、または搬送すると共
に、アンテナ配列４３６もまた、１６のチャンネル、即
ち参照符号４１７，４１８，……，４３１及び４３２で
示される１６のチャンネルを搬送するので、独立した信
号を通じて合計３２チャンネルを搬送できる。搬送周波
数が部分的に重畳したときでさえも、アンテナ配列４３
４及び４３６の垂直および水平偏波の偏波分離は、独立
の信号の搬送を可能とするので、３２のチャンネルが依
然として利用可能であることは、当業者には明らかであ
る。図４の受信アンテナ配列４３４及び４３６の出力ポ
ートにて生じた３２の受信信号の各々は、独立チャンネ
ル４０１，４０２，……４３１及び４３２を通じて進行
する。各々のチャンネル４０１，４０２，……４３１及
び４３２は、ダウンコンバータの組または配列４３８の
一つのダウンコンバータを含み、このダウンコンバータ
は情報信号を中間搬送周波数（ＩＦ）へ変換するための
ものであり、更にフィルタの組、または配列４４０の一
つのフィルタも含み、このフィルタは、隣接するチャン
ネルからの不所望な信号を抑制するためのものであり、
またアップコンバータ４４２の組の一つのアップコンバ
ータも含み、このアップコンバータは、濾波された信号
を送信周波数に変換するためのものであり、一組４４４
の利得またはレベル制御器も含み、これは、能動送信ア
ンテナ配列へ適用された信号の振幅を制御し、能動配列
の能動デバイスまたは増幅器が、それらの線形領域内ま
たはその近傍で作動するように維持する。例えば、チャ
ンネル４０１上の信号は垂直偏波受信アンテナ４３４を
出て、ダウンコンバータ４３８１へ流れ、ここでＩＦへ
低周波数変換(down-convert)される。ダウンコンバータ
４３８１からのＩＦ信号はフィルタ配列４４０のフィル
タ４４０１を通じてアップコンバータ４４２１へ与えら
れる。高周波数変換(up-convert)された信号は、アップ
コンバータ４４２１から、ブロック４４４１として示さ
れる利得またはレベル制御器へ与えられる。利得制御器
４４４１は、このようなレベル制御器の配列４４４の一
部をなす。利得／レベル制御器４４４１からの処理信号
は、水平偏波Ｋｕ能動送信アンテナ配列４４６ａの二つ
の入力ポートの一方へ流れ、これは散開アンテナパネル
２４ａに取り付けられている。同様に、チャンネル４０
２上の信号は、垂直偏波受信アンテナ４３４を出て、ダ
ウンコンバータ４３８２へ流れ、ここでＩＦへ低周波数
変換される。ダウンコンバータ４３８２からのＩＦ信号
はフィルタ４４０２を通じてアップコンバータ４４２２
へ与えられる。高周波数変換された信号は、アップコン
バータ４４２２から、ブロック４４４２として示される
利得またはレベル制御器へ与えられる。利得／レベル制
御器４４４２からの処理信号は、水平偏波Ｋｕ能動送信
アンテナ配列４４６ａの二つの入力ポートのうちの他方
へ流れる。また、チャンネル４１５及び４１６上の信号
は、垂直偏波受信アンテナ４３４を出て、ダウンコンバ
ータ４３８１５及び４３８１６へ流れ、ここでＩＦへ低
周波数変換される。ダウンコンバータ４３８１５及び４
３８１６からのＩＦ信号はフィルタ４４０１５及び４４
０１６を通じてアップコンバータ４４２１５及び４４２
１６へ与えられる。高周波数変換された信号は、アップ
コンバータ４４２１５及び４４２１６から、ブロック４
４４１５及び４４４１６として示される利得またはレベ
ル制御器へ与えられる。利得／レベル制御器４４４１５
及び４４４１６からの処理信号は、それぞれ水平偏波Ｋ
ｕ能動送信アンテナ配列４４６ｈの二つの入力ポートの
一方へ流れる。垂直偏波受信アンテナ配列４３４により
生じた他のチャンネルは特に図示されておらず、図示さ
れたアンテナ４４６ａと４４６ｈとの間に位置する六つ
の水平偏波送信配列アンテナ（４４６ｂ、４４６ｃ、４
４６ｄ、４４６ｅ、４４６ｆ、４４６ｇ）も図示されて
いない。
【０００９】同様に、図４において、チャンネル４１７
上の信号は、水平偏波送信受信アンテナ４３６を出て、
ダウンコンバータ４３８１７へ流れ、ここでＩＦへ低周
波数変換される。ダウンコンバータ４３８１７からのＩ
Ｆ信号はフィルタ４４０１７を通じてアップコンバータ
４４２１７へ与えられる。高周波数変換された信号は、
アップコンバータ４４２１７から、ブロック４４４１７
として示される利得またはレベル制御器へ与えられる。
利得／レベル制御器４４４１７からの処理信号は、水平
偏波Ｋｕ能動送信アンテナ配列４５０ａの二つの入力ポ
ートの一方へ流れ、これは散開アンテナパネル２４ｂに
取り付けられている。同様に、チャンネル４１８上の信
号は、水平偏波受信アンテナ４３６を出て、ダウンコン
バータ４３８１８へ流れ、ここでＩＦへ低周波数変換さ
れる。ダウンコンバータ４３８１８からのＩＦ信号はフ
ィルタ４４０１８を通じてアップコンバータ４４２１８
へ与えられる。高周波数変換された信号は、アップコン
バータ４４２１８から、ブロック４４４１８として示さ
れる利得またはレベル制御器へ与えられる。利得／レベ
ル制御器４４４１８からの処理信号は、垂直偏波Ｋｕ能
動送信アンテナ配列４５０ａの二つの入力ポートのうち
の他方へ流れる。また、チャンネル４３１及び４３２上
の信号は、水平偏波受信アンテナ４３６を出て、ダウン
コンバータ４３８３１及び４３８３２へ流れ、ここでＩ
Ｆへ低周波数変換される。ダウンコンバータ４３８３１
及び４３８３２からのＩＦ信号はフィルタ４４０３１及
び４４０３２を通じてアップコンバータ４４２３１及び
４４２３２へ与えられる。高周波数変換された信号は、
アップコンバータ４４２３１及び４４２３２から、ブロ
ック４４４３１及び４４４３２として示される利得また
はレベル制御器へ与えられる。利得／レベル制御器４４
４３１及び４４４３２からの処理信号は、それぞれ垂直
偏波Ｋｕ能動送信アンテナ配列４５０ｈの二つの入力ポ
ートの一方へ流れる。チャンネル４１８と４３１との間
に位置するチャンネル上の他方の受信出力信号は同様に
処理され、処理された結果の信号は、配列４５０ａと４
５０ｈとの間の位置する他方の垂直偏波送信アンテナ配
列の入力ポートの対へ与えられる。
【００１０】図５は、宇宙機ボディ１４ｂの天底側の図
であり、図４の３×３Ｋｕ帯域垂直及び水平受信アンテ
ナ配列４３４及び４３６を如何にして配置し得るかを示
している。上述したように、各受信タイルは、１６本の
ビーム上の１６の別個のチャンネルを受信する能力があ
る。図５はまた、Ｋｕ送信タイルの四つの８×８配列、
即ち東配列２４，２４ａと西配列２４及び５２４とを示
す。配列２４ａは、それぞれが１６のタイルの四つの垂
直偏波４×４補助配列４４６ａ、４４６ｂ、４４６ｃ及
び４４６ｄへ細分され、配列２４は、それぞれが１６枚
のタイルの四つの垂直偏波４×４補助配列４４６ｅ、４
４６ｆ、４４６ｇ及び４４６ｈへ細分され、配列２４ｂ
は、それぞれが１６枚のタイルの四つの水平偏波４×４
補助配列４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ及び４５０ｄへ
細分され、配列５２４は、それぞれが１６枚のタイルの
四つの水平偏波４×４補助配列４５０ｅ、４５０ｆ、４
５０ｇ及び４５０ｈへ細分されている。図５の配置にお
いては、全体で１６の４×４送信タイル補助配列が存在
する。
【００１１】図６は、図４の８×８送信アンテナパネル
２４ａの６４枚の輻射タイルへのＲＦ供給接続の単純化
された図である。図６において、各々の個々のタイル
は、その行と列により識別される。例えば、参照符号６
１０で示される輻射タイルは１行Ａ列であり、その識別
は１Ａとして示し得る。同様に、参照符号６１２で示さ
れるタイルは１Ｂとして示し得る。８×８配列４４６の
下部右隅におけるタイルは、タイル８Ｈである。輻射タ
イル６１０の図６に見える広い辺は供給辺であり、四つ
の縁６１０１，６１０２，６１０３及び６１０４が示さ
れている。
【００１２】図６において、八つの入力信号経路４０
１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７
及び４０８は、小径の同軸送信線(coaxial transmissio
n line:coax)の形態である。これらの同軸送信線は、支
持枠５０から分解されて図示されているものの、実際に
は支持ビーム５０ｘ、５０ｙに沿って引かれており、こ
のことは支持ビームに沿って位置する線６１０，６０２
により示唆されている。これらの八本の送信線は、図４
の受信アンテナ配列４３４から受信信号を受信器または
ダウンコンバータ、フィルタ、アップコンバータ、通信
システムの利得制御器へ搬送し、これらの要素の全て
は、宇宙機ボディ内に包含されている。図６において、
同軸送信線４０１は、受信信号を１：１６電力分配器ま
たはスプリッタ６２０ａへ搬送し、この分配器またはス
プリッタ６２０ａは、受信された信号を１６の信号に分
割し、これは線として図示するように同軸ケーブルを通
じて各輻射タイル１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、２Ｅ、２
Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、４Ｅ、４
Ｆ、４Ｇ及び４Ｈの一つの入力ポート（小さな円形）へ
接続されるので、受信されたＲＦ信号経路４０１上の信
号は、図６の８×８パネル２４ａの１／４区画の計１６
枚のタイルへ利用可能となる。同様に、信号経路４０２
上の受信信号は、他の１６対１分配器６２０ｂにより分
割され、その結果としての電力分割信号は、各々が各タ
イル１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２
Ｈ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ及び４
Ｈの第二の入力ポートへ与えられる。従って、上述した
タイルの各々は、第一および第二チャンネルにて信号を
受信して、それらの信号は一般に、しかし常にではない
が、送信タイルの全ての帯域内の二つの異なる周波数で
あり、これは本実施例において先に説明したＫｕ帯域で
ある。同様に、同軸経路４０３及び４０４上の受信信号
は、分配器６２２ａ及び６２２ｂで分割されて、輻射タ
イル１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２
Ｄ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４
Ｄの入力ポートへの経路を定められる。同軸信号経路４
０５及び４０６上の受信信号は、信号スプリッタ６２４
ａ及び６２４ｂで分割されて、輻射タイル５Ａ、５Ｂ、
５Ｃ、５Ｄ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、７Ａ、７Ｂ、７
Ｃ、７Ｄ、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ及び８Ｄの入力ポートへの
経路を定められる。同軸信号経路４０７及び４０８上の
受信信号は、信号スプリッタ６２６ａ及び６２６ｂで分
割されて、輻射タイル５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ、６Ｅ、
６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇ、７Ｈ、８Ｅ、８
Ｆ、８Ｇ及び８Ｈの入力ポートへの経路を定められる。
本発明の好適実施例においては、４０１及び４０２のよ
うな入力同軸送信線（０．０８５インチ径）は、スプリ
ッタ６２０ａ及び６２０ｂから輻射タイルの入力ポート
へ延在する入力同軸送信線（０．０４７インチ径）より
も大径である。このような同軸送信線の使用に起因する
損失は、各タイルの利得またはレベル制御器４４４の調
整により容易に補償される。
【００１３】図７は、輻射タイル、例えば図６の位置１
Ｂにおけるタイル６１２内の信号処理の単純化されたブ
ロックダイアグラムを示す。本発明の一つの目的によ
り、共通の要素の使用を可能とし、各要素は、特定の形
態で使用されているものよりも大きな能力を持ち得る。
例えば、図４に関連して説明した形態では、各タイルの
二つのＲＦ入力ポートを使用するが、タイル自身は多数
の入力ポートを有し得るので、更に複雑な形態を使用し
得る。図７においては、輻射タイルは四つのＲＦ入力ポ
ート７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ及び７１０ｄを含
む。各ＲＦ入力ポートは、ＲＦ前置励振器(RF pre-driv
er) 増幅器へ接続されて、ケーブル損失の補償を扶助
し、同様に入力ポート７１０ａはＲＦ増幅器７１２ａへ
接続され、入力ポート７１０ｂはＲＦ増幅器７１２ｂへ
接続され、入力ポート７１０ｃはＲＦ増幅器７１２ｃへ
接続され、入力ポート７１０ｄはＲＦ増幅器７１２ｄへ
接続されている。各前置励振器は、４：１電力分配器へ
接続されている。即ち、前置励振器７１２ａはスプリッ
タ７１４ａへ接続され、前置励振器７１２ｂはスプリッ
タ７１４ｂへ接続され、前置励振器７１２ｃはスプリッ
タ７１４ｃへ接続され、前置励振器７１２ｄはスプリッ
タ７１４ｄへ接続されている。
【００１４】図７において、各４：１電力スプリッタ即
ち分配器７１４は、その出力ポートを有し、各々の出力
ポートは、四つのビーム形成器の異なる一つの入力ポー
トヘ接続されている。即ち、電力分配器７１４ａの第一
の出力ポートは、経路７１８１により第一のビーム形成
器７１６ａの入力ポートヘ接続され、電力分配器７１４
ａの第二の出力ポートは、経路７１８２により第二のビ
ーム形成器７１６ｂの入力ポートヘ接続され、電力分配
器７１４ａの第三の出力ポートは、経路７１８３により
第三のビーム形成器７１６ｃの入力ポートヘ接続され、
電力分配器７１４ａの第四の出力ポートは、経路７１８
４により第四のビーム形成器７１６ｄの入力ポートヘ接
続されている。ビーム形成器は当業者には良く知られて
おり、ビーム形成器の詳細は以下に明らかにされる。図
７の各ビーム形成器７１６ａ、７１６ｂ、７１６ｃ及び
７１６ｄは四つの出力ポートを有し、その各々はアンテ
ナ配列に接続されている。例えば、ビーム形成器７１６
ａの出力ポート１は、励振器増幅器７２０ａを通じて更
なる４：１電力分配器７２２ａへ接続されている。電力
分配器７２２ａの四つの出力ポートは、四つの対応する
電力ＲＦ増幅器７２４１，７２４２，７２４３，７２４
４へ与えられる。各々の電力増幅器からの増幅された信
号は、バンドパスフィルタを通じて適用され、このバン
ドパスフィルタは、全ての受信タイルの受信帯域におけ
る帯域外ＲＦ電力を遮断するので、通信宇宙機による信
号の送信および受信が同時に可能となる。図示された実
施例においては、バンドパスフィルタは導波管フィルタ
である。従って、ＲＦ増幅器７２４１の出力は、導波管
フィルタ７２６１を通じて適用され、次いで、ティー(t
ee) 接続により、輻射タイル６１２に関連したアンテナ
配列７３０の四つの個々の輻射要素７３０１，７３０
２，７３０３，７３０４へ与えられる。本発明の特定の
実施例においては、個々の輻射要素は双極子であり、こ
れは、タイル６１２のＲＦ入力ポートの側に対向するＲ
Ｆ輻射側へ取り付けられている。ＲＦ増幅器７２４４の
出力は、導波管フィルタ７２６４を通じて適用され、次
いで、ティー接続により、輻射タイル６１２に関連した
アンテナ配列７３０の四つの個々の輻射要素７３０
１３，７３０１４，７３０１５及び７３０１６へ与えら
れる。電力分配器７２２ａの他の二つの出力ポートは、
電力増幅器７２４２及び７２４３，導波管フィルタ７２
６２及び７２６３をそれぞれ通じて、アンテナ配列７３
０の付加的な四つの双極子補助配列へ接続される。従っ
て、ビーム形成器７１６ａの単独の出力ポートは、四つ
の重み付け信号(weighted signal) を１６の基本的な双
極子アンテナ要素へ接続させる。
【００１５】図７のビーム形成器７１６ｄの出力ポート
１６は、励振器増幅器７２０ｐを通じて更なる４：１電
力分配器７２２ｐへ接続されている。電力分配器７２２
ｐの四つの出力ポートは、四つの対応する電力ＲＦ増幅
器７２４６１，７２４６２，７２４６３，７２４６４へ
与えられる。各電力増幅器からの増幅された信号は、バ
ンドパスフィルタを通じて与えられる。図示された実施
例においては、バンドパスフィルタは導波管フィルタで
ある。従って、ＲＦ増幅器７２４６４の出力は、導波管
フィルタ７２６６４を通じて適用され、次いで、ティー
(tee) 接続により、輻射タイル６１２に関連したアンテ
ナ配列７３０の四つの個々の輻射要素７３０２５３，７
３０２５４，７３０２５５，及び７３０２５６へ与えら
れる。電力分配器７２２ｐの他の二つの出力ポートは、
電力増幅器７２４６２及び７２４６３，導波管フィルタ
７２６６２及び７２６６３をそれぞれ通じて、アンテナ
配列７３０の付加的な四つの双極子補助配列へ接続され
る。ポート１と１６との間に存在する各々のビーム形成
器出力ポートは、同様な方式で接続されている。従っ
て、ビーム形成器７１６ａの１６の出力ポートは、四つ
のビームの形成の結果としての位相および減衰重み付け
信号成分を生じる。当業者には公知のように、ビームに
より生じた信号の位相調整は、空間で輻射されたビーム
を移動させて調整できる。図７において、制御器７４０
は、タイルの外側から信号経路７４２を通じて指令信号
を受信し、且つ位相調整の制御のためにビーム形成器７
１６へ接続されている。電力コンディショナー７４４に
おける更なる制御器が、外側タイル６１２からの指令を
受信するように、これもまた経路７４２により接続され
ると共に、それらの出力電力レベルの制御のためにＲＦ
増幅器７２４へ接続されている。これは様々な方式によ
り容易に達成でき、その一つは、印加電圧を単純に減少
させることである。
【００１６】図８は、図７の例示的なビーム形成器の単
純化されたブロックダイアグラムである。限定のため
に、ビーム形成器７１６ａが図示されている。図８にお
いて、信号経路７１８１，７１８５，７１８９及び７１
８１３上の入力信号は、各々が４：１電力スプリッタへ
与えられる。更に詳しくは、経路７１８１上の信号は、
４：１電力分配器８１０１へ与えられ、この電力分配器
８１０１は、付加的な２：１電力分配器の対に縦続接続
された入力２：１電力分配器を含む。これは、信号経路
８１２１，８１２２，８１２３及び８１２４上の四つの
電力分割信号を生じさせるためである。信号経路８１２
上の各々の電力分割信号は、減衰器配列８１４の一つの
減衰器へ与えられる。減衰信号は、各々の個別の減衰器
から位相器配列８１６の対応する位相器へ与えられる。
減衰且つ位相シフトされた信号は、１：４電力合成器(p
ower combiner)８１８１，８１８２，８１８３及び８１
８４において、それらの四つの信号源信号が寄与する四
つの結果的な出力信号と再合成される。このようなビー
ム形成器は、更なる説明は必要ないと信じられるほどに
良く知られている。図８に示された減衰器および位相器
は全てが輻射タイル配列の単独の個々の輻射タイルに位
置しているので、減衰器および位相器の遠隔制御器を有
することが望ましく、これは制御器８２０により与えら
れ、これは、そのディジタル指令を図７の制御器７４０
から受け取る。
【００１７】本発明の好適実施例においては、受信およ
び送信タイルは好ましくは共通寸法であるので、支持枠
における様々な場所へ置き換え得る。好適寸法は１２イ
ンチ対１２インチの正方形であり、辺対厚さの比が１
０：１のために、その厚さは約１．２インチより厚くは
ない。図７及び８の必要な信号処理を利用可能な空間へ
適合させる目的で、集積構造が望ましい。
【００１８】図９は、単独の放射タイルの分解図であ
る。図９において、参照符号９１０は、後述するように
マニホルド組立体であり、これは図９のタイルの放射面
を形成する。マニホルド９１０は熱も放射し、輻射要素
を駆動する４：１スプリッタのための外側被覆または外
側導体であり、且つバンドパスフィルタの広い壁であ
る。タイルフィルタハウジング９１２は、タイルのため
の基本的な支持構造である。タイルフィルタハウジング
９１２は金属から形成されているので熱導体であると共
に、機械加工された要素を含み、この要素は図７のバン
ドパスフィルタ７１６を規定する。図９には、機械加工
されたフィルタ要素７２６の一つが、参照符号９１５と
しての裏側から図示されている。細長い導体９１６は、
フィルタハウジング９１２の隙間内に嵌め込まれるよう
に形付けられ、様々な場所への電力のための分配経路を
規定する。複数のＨＥＸＦＥＴ ＤＣパワースィッチ
は、その一つが参照符号９１８で示され、その各々は、
図７の四つのパワー増幅器７２４のグループのスィッチ
オン及びスイッチオフを与える。パワー増幅器７２４
は、図９において参照符号９２２で示されたものであ
る。ＲＦ信号分配器は、帯状線伝送線パターン９２０に
より果たされ、これは、タイルの各々の駆動増幅器９２
８と四つの対応するパワー増幅器９２２との間の信号経
路を与える。駆動増幅器９２８は、図７において参照符
号７２０で示されたものである。パワー増幅器は、フィ
ルタハウジング９１２と熱交換するようにフィルタハウ
ジング９１２へ機械的に装着されている。図９に示され
る他の層は、前置増幅器９２６及び駆動増幅器９２８
と、ビーム形成マトリックス９３０とを含む。前置増幅
器９２６は、図７において参照符号７１２で示されたも
のである。この層は、パワー増幅器出力レベルの制御の
ためにパワー調整器９３３も含む。更なる層は、低レベ
ル信号を搬送するための印刷回路パターン９３４と、制
御モジュールとを含む。背面カバー９３８は、ＲＦ信号
入来ポート、電圧入力、制御信号入力、及びその他のた
めの典型的な孔９４０を含む。図９の構造の様々な層の
間の相互接続は、任意の所望の方式で達成し得る。本発
明の好適実施例においては、異なる層のパッドの間に水
平に延在する短い金属リボンが、多くのＲＦ信号接続の
ために使用されている。パッドは、好適実施例において
は、共通平面状の帯状線端末を有する。
【００１９】図１０（ａ）は、図９の構造の一部分を三
つのフィルタ要素９１５の反対側から見て示すと共に、
熱経路１００９を示し、この熱経路は、主フィルタハウ
ジング９１２と、背面カバー９３８に近接する輻射タイ
ルの部分との間に設けられ、フィルタハウジング９１２
から背面カバー９３８への全経路に延在する伝導経路の
一部をなす。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）とは反対側
のフィルタハウジング９１２の一部分を示す。図１０
（ｂ）において、狭細側壁１０１２により部分的に規定
された導波管１０１０は、ＲＦフィルタのキャビティ１
０１４により遮られている。フィルタの導波管１０１０
の上部壁は、上述したマニホルドにより後述のように規
定されている。図１０（ｂ）において、図９のソリッド
ステートパワー増幅器(solid state power amplifier:
SSPA) ９２２に関連し、且つこの増幅器からのフィード
スルー即ちプローブは、参照符号１０１６で示されてい
る。一つのソリッドステートパワー増幅器の機械的取り
付け位置は、参照符号１０１８で示されている。従っ
て、位置１０１８においてＳＳＰＡにより生じた熱は、
フィルタハウジング９１２へ直接に伝導し、且つ上述し
た熱経路により背面カーバー９３８へ伝導する。マニホ
ルドへの更なる熱伝導経路は、後述のように導波管１０
１０の狭細側壁１０１２により与えられている。結合プ
ローブ１０１６により、ＳＳＰＡから各々の導波管１０
１０へ結合されたエネルギーは、キャビティを通過して
（仮に適切な周波数において）導波管の対向端へ伝搬
し、例えば位置１０２２においてプローブまたはカプラ
によりマニホルドへ結合解除される。
【００２０】図１１は、図９のマニホルド９１０の一部
分の分解図である。図１１においては、マニホルド９１
０は、上部マニホルド１０１０，下部マニホルド１１１
２，及び各々が参照符号１１１４で示された複数の多重
双極子輻射要素を組み立てるべき状態で示されている。
上部マニホルド１０１０は複数の壁を規定し、その一つ
は参照符号１１１６で示され、四つの貫通溝若しくは孔
１１１８の各組へ近接している。孔１１１８は、双極子
アンテナを輻射のためにタイルの外側へ延在させる。複
数の壁、例えば四つの孔１１１８の各組に関連する壁１
１１６は、下部マニホルド１１１２の対応する壁１１２
０と共同して周囲壁を規定し、この周囲壁は、要素１１
１４上に規定された導電パターンと順次に共同して、ロ
ープロフィール(low-profile) 、即ち薄型の四路電力ス
プリッタ（四路電力分割器）を形成する。例えば、輻射
要素１１１４１は、異なる伝導層を有する誘電性材料の
複数の柔軟層からなる。構造１１１４１の四つの輻射要
素は、周囲壁１１１６及び１１２０に接続する柔軟伝導
体により規定された四路電力分割器の出力から与えられ
ている。柔軟伝導体及び周囲壁により形成された電力分
割器への入力は、各々の輻射要素構造上の点１１２４に
ある。各点１１２４から、配線１１２６のような配線
が、下部マニホルド１１１２の孔１１２８を通じて下方
へ延在し、関連したフィルタ導波管へ点１０２２にて突
出する。即ち、四つの輻射双極子の各組に関連した四路
電力スプリッタは、関連したフィルタ導波管の端部から
プローブ１１２６により与えられる。双極子要素は、柔
軟誘電性材料上の伝導パターンの形態であり、双極子要
素の絶縁体と共に配置され、ここで溝孔１１１８を通過
する。熱伝導経路は、フィルタハウジング９１２から薄
壁１０１２を通じて下部マニホルド１１１２へ接触する
と共に、突出周囲壁１１２０を通じて上部マニホルド１
１１０の周囲壁１１１６へ整合する。多数のこのような
経路は比較的に低い熱抵抗を与える。
【００２１】図１２は本発明の特定の実施例のタイルの
レイアウトを示す。図１２において、参照符号４３４及
び４３６は、図５に関連して説明したが、互いに直交す
る線形偏波Ｋｕ帯域受信アンテナである。３×３タイル
配列１２１０，１２１２，１２１４，１２１６，１２１
８，１２２０，１２２２，１２２４，１２２６，１２２
８，１２３０及び１２３２は、Ｋｕ送信配列である。こ
れらのうち、六つは垂直偏波であり、他の六つは水平偏
波である。５×５タイル組１２３４及び１２３６はＣ帯
域送信アンテナ配列であり、一方、５×５タイル組１２
３８及び１２４０はＣ帯域受信アンテナ配列である。受
信アンテナ配列は、その構築が非常に容易である。とい
うのは、受信アンテナ配列には、多数の高出力ＲＦ増幅
器を保持させず、これら高出力ＲＦ増幅器に代えて一つ
のみの低雑音増幅器を含ませたためである。２×３タイ
ル組１２４２，１２４４，１２４６，１２４８，１２５
０，１２５２，１２５４及び１２５６は非輻射ダミータ
イル(nonradiating dummytile) であり、タイル支持枠
の支持を扶助するためのものである。
【００２２】図１３は本発明の他の実施例に係るタイル
のレイアウトを示す。図１３において、参照符号１３１
０は第一の８×８タイルＣ帯域送信配列であり、参照符
号１３１２は第二の８×８タイルＣ帯域送信配列であ
る。５×５タイル組１３１４及び１３１６は、Ｃ帯域受
信配列を示す。３×３タイル組１３１８，１３２０，１
３２２，１３２４，１３２６，及び１３２８は、Ｋｕ帯
域送信配列である。３×３タイル組４３４及び４３６
は、宇宙機母機（バス）のボディ１４ｂの天底側に搭載
されたＫｕ帯域受信配列である。図１２の配置の場合に
おけるように、枠内の孔は輻射タイルにより占有されて
おらず、即ち２×３タイル組１３３０，１３３２，１３
３４及び１３３６が、機械的支持用ダミータイルにより
占有されている。
【００２３】図１４は、支持枠に搭載された受信専用タ
イルの辺の断面側面図であり、温度維持を扶助する熱反
射絶縁体を共に示す。図１４において、受信専用輻射タ
イルは参照符号１４１０で示され、二つの隣接する枠梁
ウェブ即ち支持部材は１４１２及び１４１４で示されて
いる。ウェブ１４１４は上部フランジ１４１４ｕ及び下
部フランジ１４１４ｂを有し、ウェブ１４１６はフラン
ジ１４１６ｕ及び１４１６ｂを有する。タイル支持体１
４１８及び１４２０は、枠部材により規定された孔内に
タイルを支持する。電磁輻射側は、矢印１４２２により
示されている。熱専用放射側は、矢印１４２４により示
されている。タイルの下部広辺からの熱放射は、他方で
は空間へ失われるが、第一の熱遮蔽体またはブランケッ
ト１４３０により反射して戻り、このブランケットは、
熱反射のための一つの辺上の金属化ポリマーの薄いシー
トのように極めて簡単になし得る。アルミニウム、銀金
属化も使用し得る。電磁輻射側１４２２において、熱反
射体またはブランケット１４３２は、ＲＦ透過とせねば
ならない。多くのこのようなＲＦ透過熱遮蔽帯が公知で
あり、例えばＭｕｎｒｏ三世氏他の米国特許５，２１
５，８２４号（１９９３年６月１日発行）に開示され、
またＢｏｇｏｒａｄ氏他の米国特許５，２８３，５９２
号（１９９４年２月１日発行）に開示されている。
【００２４】従って、本発明に係る宇宙機の組（１０）
の各々の宇宙機（１２，１４，１６）は、ボディ（１２
ｂ，１４ｂ，１６ｂ）と、このボディに搭載された電力
源（４０ａ，４０ｂ；４４）とを含む。各々の宇宙機の
ボディ（１２ｂ，１４ｂ，１６ｂ）は支持枠（５０）を
支持し、これは第一と第二の相互に直交する組の複数の
細長い支持梁（５０ｘ，５０ｙ）を備え、その第一と第
二の組は互いに接続されて実質的に平面状の格子（５
０）を形成し、この格子（５０）は実質的に同一の矩形
状孔 （２８）の配列を規定する。矩形状孔（２８）の
寸法は、組の一つの宇宙機と他の宇宙機とで同一であ
る。宇宙機の組（１０）の第一の宇宙機（１４）は、実
質的に平面状の矩形状の第一のタイル（３０ｘ）の第一
の組（３０）を含み、ここで下付き文字ｘは上述した若
しくは上記に説明した任意のまたは全ての参照符号を示
す。各々の第一のタイルは、第一及び第二の広辺と、四
つの縁（６１０１，６１０２，６１０３及び６１０４）
とを規定する。また、タイルの第一の組（３０）の各々
のタイルは、次のように寸法付けられている。即ち、宇
宙機の組（１０）の任意の宇宙機（１２，１４，１６）
の枠（５０）の矩形状孔（２８）の任意の一つの孔内に
嵌め込まれるように寸法付けられている。第一のタイル
（図１の３０ｘ）の各々は、アンテナ配置（図７の７３
０）を含み、このアンテナ配列は、第一の周波数帯域内
のタイルの第一の広辺からの電磁輻射に適合されてい
る。第一のタイルの各々は、第一の周波数帯域内の信号
を受信するための電磁信号入力ポート（図７の７１
０ｘ）と、第一の周波数帯域内の信号を増幅するための
増幅器（７２４ｘ）と、接続配置（７１２ｘ，７１
４ｘ，７１８ｘ，７１６ｘ，７２０ｘ，７２２ｘ）とを
含み、その接続配列は増幅器（７２４ｘ）と電磁信号入
力ポート（７１０ｘ）へ接続されており、電磁信号入力
ポート（７１０ｘ）へ与えられた信号を増幅のために増
幅器 （７２４ｘ）へ接続するためのものである。第一
のタイルの各々は更に、除波フィルタ配置（７２６ｘ）
を含み、このフィルタ配置は、増幅器（７２４ｘ）とア
ンテナ配置（７３０）とへ接続されて、増幅器（７２４
ｘ）からの増幅された信号をアンテナ配置（７３０）へ
結合すると共に、第一の周波数帯域外の除波周波数にお
いて信号成分を除波するためのものである。各々の第一
のタイルの増幅器（７２４ｘ）は、タイルの第一と第二
の広辺の少なくとも一方に熱的に接続されており、これ
ら第一と第二の広辺は、そこから熱エネルギーを空間へ
放射するためのものである。タイルの第一の組（３０）
の各タイルは、第一の宇宙機（１４）の枠（５０）にお
ける孔（２８）の一つの孔内に装着されていて、且つタ
イルの第一の組の各タイルの少なくとも一つの縁６１０
１は、タイルの第一の組の他のタイルに接しているの
で、タイルの第一の組のアンテナ配置を含む能動配列を
形成する。第一の宇宙機は、実質的に平面状の矩形状の
第二のタイルの第二の組（３２）を含む。第二のタイル
（３２）の各々は、第一及び第二の広辺と四つの縁を規
定し、宇宙機の組の任意の宇宙機の枠の矩形状孔の任意
の一つの孔内に嵌め込まれるように寸法付けられてい
る。第二の各々のタイルは、アンテナ配置を含み、これ
は第二の周波数帯域内のタイルの第一の辺からの輻射の
ために適合されている。第二のタイルの各々は、第二の
周波数帯域内の信号を受信するための電磁信号入力ポー
ト（７１０ｘ）と、第二の周波数帯域内の信号を増幅す
るための増幅器（７２４ｘ）と、接続配置（７１２ｘ，
７１４ｘ，７１８ｘ，７１６ｘ，７２０ｘ，７２２ｘ）
とを含み、その接続配列は増幅器と電磁信号入力ポート
へ接続されており、入力ポートへ与えられた信号を増幅
器へ与えて増幅させるためのものである。第二のタイル
の各々は、除波フィルタ配置（７２６ｘ）を含み、この
フィルタ配置は、増幅器とアンテナ配置とへ接続され
て、増幅器からの増幅された信号をアンテナ配置へ結合
すると共に、第二の周波数帯域外の除波周波数において
信号成分を除波するためのものである。第二のタイルの
各々の増幅器は、それに関連した第二のタイルの第一及
び第二の辺の少なくとも一つに対し、そこからの熱エネ
ルギーの放射のために熱的に接続されている。タイルの
第二の組の各タイルは、第一の宇宙機の枠の孔の一つの
孔内に装着されていて、且つタイルの第二の組の各タイ
ルの少なくとも一つの縁は、タイルの第二の組の他のタ
イルに接しているので、タイルの第二の組のアンテナ配
置を含む能動配列を形成する。第一の宇宙機は更に、第
一の周波数帯域内の第一の電磁信号の信号源と、第二の
周波数帯域内の第二の電磁信号の信号源とを含む。第一
及び第二の信号は送信されるべきものである。第一の宇
宙機は更に、第一の信号の信号源に接続された入力ポー
トを有する第一の電力分割器（６２２ａ，６２２ｂ）を
含む。第一の電力分割器は複数の出力ポートを含み、そ
の各々は、タイルの第一の組の一つのタイルの電磁信号
入力ポートへ接続されている。第一の宇宙機は、第二の
信号の信号源に接続された入力ポートと、複数の出力ポ
ートとを有する第二の電力分割器をも含む。その複数の
出力ポートの各々は、タイルの第二の組の一つのタイル
の電磁信号入力ポートへ接続されている。第一の宇宙機
は電力分配器配置を更に含み、この電力分配器配置は、
電力源と各々のタイルとへ接続されていて、増幅のため
の電力を与えるためのものである。本発明の好適実施例
においては、枠の矩形状孔は正方形であり、且つタイル
もまた正方形であるので、タイルは二つの相互に直交す
る線形偏波のいずれにも装着し得る。タイルは好ましく
は、辺対厚さの最小の比が１０であり、一つの実施例に
おいては１２インチの辺を有する。本発明の他の実施例
においては、第一の宇宙機の第一のタイルに関連した輻
射は、第一の偏波にあり、且つ第二のタイルに関連した
輻射は、第一の偏波に直交する第二の偏波にある。タイ
ルの作動周波数は、次の範囲内にあるか、または次の範
囲を含む。即ち、Ｃ帯域、Ｌ帯域、Ｘ帯域、または任意
のＫ帯域、或いはこれらの組み合わせである。枠内で互
いに隣接するタイルは、同一の周波数帯域または異なる
周波数帯域で作動し得る。電力分配機配置は、増幅器に
より要求されたものを越える分配電圧で電力を分配し得
るが、この場合に、各々のタイルは、電力分配器と増幅
器とへ接続された減圧器を含み、この減圧器は分配電圧
を増幅器へ与えるために低電圧へ減圧させる。これは、
等業者には、線形方式でなし得ることが知られている
が、スィッチング電圧変換器は、低エネルギーまたは電
力損失を持つ傾向にある。
【００２５】本発明の更に他の実施例は等業者には明ら
かである。例えば、一枚のタイルあたり四つのＲＦポー
ト入力を有するに代えて、各タイルに関連したビ一ムの
数に依存して、一つ、二つ、三つ、或いは四つ以上のＲ
Ｆ入力ポートが存在してもよい。独立ビームの数は、そ
れが１６チャンネルを有する際に１６本として説明した
が、幾つかのまたは全てのビームは、部分的にまたは全
体的に重なってもよい。能動デバイス即ち増幅器を通過
する多重信号は、それらの線形領域内に維持させて歪み
の影響、例えば混変調、相互変調などを減少させるのが
望ましいが、線形増幅器は、任意の動作レベルにおい
て、常に若干の除去できない歪みを有する。等業者に
は、仮に能動デバイス即ち増幅器に前置補償または後段
補償デバイスが縦続接続されて、デバイス特性の非線形
部分における操作により生じる歪みの影響を減じている
ならば、能動デバイス即ち増幅器それ自身の操作レベル
は、非線形となり得ることが明らかである。支持枠内の
孔及びタイルは正方形となるように説明したが、他の形
状、即ち矩形状または多角形状も可能であることが等業
者には明らかである。Ｋｕ帯域タイルは、低周波数が使
用される場合には２５６個の輻射要素を持つものとして
説明したが、様々な部品（例えばフィルタ）の更に大き
な物理的寸法は、各タイル上のラジエータの数を必然的
に削減させる。送信専用または受信専用タイルについて
説明したが、送受信タイルを使用してもよく、この場
合、送信周波数と受信周波数とは同一でも異なっていて
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】各々の宇宙機がボディと、タイル装着枠とを含
む宇宙機の組を模式的に示すと共に、この宇宙機の組の
異なる宇宙機の枠の孔内に装着されるように適合された
輻射タイルの組を併せて示す模式図である。
【図２】図１の宇宙機１２の全体図を一層に詳細に示す
図であり、宇宙機の操作用電力を発生するための太陽パ
ネルと、宇宙機が影に入る期間中のためのエネルギーを
蓄えるためのバッテリーの組を示すと共に、アンテナ枠
の広げられたパネルを併せて示す斜視図である。
【図３】図２のアンテナパネル２４ａの斜視図若しくは
等角図であり、タイルとそれに対応する支持枠内の孔と
の形状および相対的形状を示すために、個々の輻射タイ
ルをその支持枠から分解して示す図である。
【図４】宇宙機に使用するためのＫｕ帯域通信システム
の単純化されたブロックダイアグラムである。
【図５】図２の宇宙機の天底側の単純化された上面図で
あり、展開されたアンテナパネルと、図４の配置に使用
し得るアンテナ配列を示す図である。
【図６】図５のアンテナパネル２４ａの輻射タイルに対
するＲＦ供給接続を示す単純化された平面図である。
【図７】図６の一つの輻射タイル内のＲＦ信号処理の単
純化されたブロックダイアグラムである。
【図８】図６の一つの輻射タイル内のＲＦ信号処理の単
純化されたブロックダイアグラムである。
【図９】図７の配置に使用し得るビーム形成器の単純化
されたブロックダイアグラムである。
【図１０】本発明の一つの観点に係る輻射タイルの一部
分の分解図であり、様々な部品を嵌め込む方式を示す。
【図１１】分図（ａ），（ｂ）を含み、（ａ）は図１０
の配置の一部分を一層に詳細に示す拡大図であり、
（ｂ）は（ａ）の配置を裏側から示す図である。
【図１２】マニホルドの一部分の単純化された分解図で
あり、下方に置かれたフィルタハウジングに対する相対
的な位置関係を示すと共に、輻射要素に対するＲＦパワ
ーの分配方式を併せて示す図である。
【図１３】本発明の特定の実施例のタイルの配置を示す
平面図であり、六個の３×３ 垂直偏波Ｋｕ帯域送信配
列、六個の３×３ 水平偏波Ｋｕ帯域送信配列、二個の
３×３ Ｋｕ帯域受信配列、二個の５×５ Ｃ帯域送信
配列、二個の５×５ Ｃ帯域受信配列、八個の２×３
ダミー配列を示す。
【図１４】本発明の他の実施例のタイルの配置を示す平
面図であり、二個の８×８ Ｃ帯域送信配列、二個の５
×５ Ｃ帯域受信配列、六個の３×３ Ｋｕ帯域送信配
列、二個の３×３ Ｋｕ帯域受信配列、四個の２×３
ダミー配列を示す。
【図１５】受信専用タイルの断面図であり、このタイル
を温暖に保つ熱反射体を併せて示す図である。
【符号の説明】
１０ 宇宙機の組 １２，１４，１６ 個々の宇宙機 １２ｂ，１４ｂ，１６ｂ ボディ ２２，２４，２６，５０ 支持枠（アンテナタイル支持
枠） ２８ 孔（矩形状孔） ３０ 第一タイル組 ３０ｘ 第一タイル ３２ 第二タイル組 ４０ａ，４０ｂ，４４ 電源 ６１０１，６１０２，６１０３，６１０４ タイルの縁 ６２２ａ，６２２ｂ ７１０ｘ 電磁信号入力ポート ７１２ｘ，７１４ｘ，７１６ｘ，７１８ｘ，７２０ｘ，
７２２ｘ 接続配置（接続手段） ７２４ｘ 増幅器（増幅手段） ７２６ｘ 除波フィルタ配置（除波フィルタ手段） ７３０ アンテナ配置（アンテナ手段）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の宇宙機から一組の宇宙機を構成する
    宇宙機であって、その各々の宇宙機は、 ボディと、 電源と、 前記ボディにより支持された支持枠であり、この支持枠
    は、第一と第二の相互に直交する組の複数の細長い支持
    ビームを備え、その第一と第二の組は互いに接続されて
    実質的に平面状の格子を形成し、この格子は実質的に同
    一の矩形状孔の配列を規定する支持枠と、 実質的に平面状で矩形状の複数の第一の輻射タイルを含
    む第一のタイル組であり、その第一タイルの各々は第一
    および第二の広い辺と四つの縁とを規定し、第一タイル
    組の各タイルは、前記矩形状孔のうちの任意の一つの孔
    内に嵌め込まれるように寸法付けられており、第一タイ
    ルの各々はアンテナ手段を含み、このアンテナ手段は前
    記タイルの第一辺からの第一の周波数帯域内の輻射のた
    めに適合され、且つ前記タイルの第一辺からの電磁輻射
    のために配置され、第一タイルの各々は、第一周波数帯
    域内の信号を受信するための電磁信号入力ポートと、第
    一周波数帯域内の信号を増幅するための増幅手段と、こ
    の増幅手段および前記電磁信号入力ポートへ接続された
    接続手段であり、前記入力ポートへ与えられた信号を増
    幅のために前記増幅手段へ接続させるための接続手段
    と、前記増幅手段および前記アンテナ手段へ接続された
    除波フィルタ手段であり、前記増幅手段から増幅された
    信号を前記アンテナ手段へ接続させ、且つ第一の周波数
    帯域外の除波周波数における信号成分を除波するための
    除波フィルタ手段とを含み、第一タイルの前記増幅手段
    は、第一と第二の前記辺の少なくとも一方に対し、そこ
    から熱エネルギーを放射するように熱的に接続され、第
    一タイル組のタイルの各々は、前記枠の前記孔の一つの
    孔内に装着され、且つ第一タイル組の各々のタイルの少
    なくとも一つの縁は、第一タイル組の他のタイルに隣接
    することにより、第一タイル組の前記アンテナ手段を含
    む能動配列を形成する第一タイル組と、 実質的に平面状で矩形状の複数の第二の放射タイルを含
    む第二のタイル組であり、その第二タイルの各々は第一
    および第二の広い辺と四つの縁とを規定し、第二タイル
    組の各タイルは、前記矩形状孔のうちの任意の一つの孔
    内に嵌め込まれるように寸法付けられており、第二タイ
    ルの各々はアンテナ手段を含み、このアンテナ手段は前
    記タイルの第一の辺からの第二の周波数帯域内の輻射の
    ために適合され、且つ前記タイルの第一辺からの電磁輻
    射のために配置され、第二タイルの各々は、第二周波数
    帯域内の信号を受信するための電磁信号入力ポートと、
    第二周波数帯域内の信号を増幅するための増幅手段と、
    この増幅手段および前記電磁信号入力ポートへ接続され
    た接続手段であり、前記入力ポートへ与えられた信号を
    増幅のために前記増幅手段へ接続させるための接続手段
    と、前記増幅手段および前記アンテナ手段へ接続された
    除波フィルタ手段であり、前記増幅手段から増幅された
    信号を前記アンテナ手段へ接続させ、且つ第二周波数帯
    域外の除波周波数における信号成分を除波するための除
    波フィルタ手段とを含み、第二タイルの前記増幅手段
    は、第一と第二の辺の少なくとも一方に対し、そこから
    熱エネルギーを放射するように熱的に接続され、第二タ
    イル組のタイルの各々は、前記枠の前記孔の一つの孔内
    に装着され、且つ第二タイル組の各々のタイルの少なく
    とも一つの縁は、第二タイル組の他のタイルに隣接する
    ことにより、第二タイル組の前記アンテナ手段を含む能
    動配列を形成する第二タイル組と、 第一の周波数帯域内の第一の信号の信号源であり、その
    第一の信号は送信されるべき信号である第一信号源と、 第二の周波数帯域内の第二の信号の信号源であり、その
    第二の信号は送信されるべき信号である第二信号源と、 第一の電力分割電磁伝送手段であり、第一信号源に接続
    された入力ポートと、複数の出力ポートとを含み、この
    出力ポートの各々は、第一タイル組の一つのタイルの前
    記電磁信号入力ポートへ接続される第一電力分割電磁伝
    送手段と、 第二の電力分割電磁伝送手段であり、第二信号源に接続
    された入力ポートと、複数の出力ポートとを含み、この
    出力ポートの各々は、第二タイル組の一つのタイルの前
    記電磁信号入力ポートへ接続される第二電力分割電磁伝
    送手段と、 前記電源および各々の前記タイルへ接続され、前記増幅
    手段への印加電圧を与えるための電力分配手段とを備え
    る宇宙機。
  2. 【請求項２】 前記矩形状孔と前記放射タイルとが正方
    形である請求項１記載の宇宙機。
  3. 【請求項３】 前記タイルの各々は、辺対厚さの最小比
    が１０である請求項１記載の宇宙機。
  4. 【請求項４】 第一タイルに関連した前記輻射が、第一
    の偏波にあり、且つ第二タイルに関連した前記輻射が、
    第一の偏波に対して直交する第二の偏波にある請求項１
    記載の宇宙機。
  5. 【請求項５】 第一周波数帯域が、Ｃ帯域である請求項
    １記載の宇宙機。
  6. 【請求項６】 第二周波数帯域が、Ｋ帯域である請求項
    １記載の宇宙機。
  7. 【請求項７】 前記Ｋ帯域がＫＡ帯域またはＫＵ帯域で
    あると共に、前記タイルの各々が約１２インチの辺を有
    する正方形である請求項５記載の宇宙機。
  8. 【請求項８】 複数の宇宙機から一組の宇宙機を構成す
    る宇宙機であって、その各々の宇宙機は、 ボディと、 電源と、 前記ボディにより支持された支持枠であり、この支持枠
    は、第一と第二の相互に直交する組の複数の細長い支持
    ビームを備え、その第一と第二の組は互いに接続されて
    実質的に平面状の格子を形成し、この格子は実質的に同
    一の矩形状孔の配列を規定する支持枠と、 実質的に平面状で矩形状の複数の第一の輻射タイルを含
    む第一のタイル組であり、その第一タイルの各々は第一
    および第二の広い辺と四つの縁とを規定し、第一タイル
    組の各タイルは、前記矩形状孔のうちの任意の一つの孔
    内に嵌め込まれるように寸法付けられており、第一タイ
    ルの各々はアンテナ手段を含み、このアンテナ手段は前
    記タイルの第一辺からの第一の周波数帯域内の電磁輻射
    を受信するために適合され、第一タイルの各々は、第一
    周波数帯域内で生成された信号を受信するための電磁信
    号出力ポートと、第一周波数帯域内の信号を増幅するた
    めの低雑音増幅手段と、この増幅手段および前記電磁信
    号出力ポートへ接続された接続手段であり、前記増幅手
    段から増幅された受信信号を電磁信号出力ポートへ接続
    させるための接続手段と、前記増幅手段および前記アン
    テナ手段へ接続された除波フィルタ手段であり、前記ア
    ンテナ手段からの受信信号を前記増幅手段へ接続させ、
    且つ第一の周波数帯域外の除波周波数における信号成分
    を除波するための除波フィルタ手段とを含み、第一タイ
    ルの前記増幅手段は、第一と第二の前記辺の少なくとも
    一方に対し、そこからの熱エネルギーの放射を回避する
    ために熱的に減結合され、第一タイル組のタイルの各々
    は、前記枠の前記孔の一つの孔内に装着され、且つ第一
    タイル組の各々のタイルの少なくとも一つの縁は、第一
    タイル組の他のタイルに隣接することにより、第一タイ
    ル組の前記アンテナ手段を含む能動配列を形成する第一
    タイル組と、 実質的に平面状で矩形状の複数の第二の放射タイルを含
    む第二のタイル組であり、その第二タイルの各々は第一
    および第二の広い辺と四つの縁とを規定し、第二タイル
    組の各タイルは、前記矩形状孔のうちの任意の一つの孔
    内に嵌め込まれるように寸法付けられており、第二タイ
    ルの各々はアンテナ手段を含み、このアンテナ手段は前
    記タイルの第一の辺からの第二の周波数帯域内の輻射を
    受信するために適合され、第二タイルの各々は、受信さ
    れた信号が第二周波数帯域内に現れる電磁信号出力ポー
    トと、第二周波数帯域内の信号を増幅するための低雑音
    増幅手段と、この増幅手段および前記出力ポートへ接続
    された接続手段であり、前記増幅手段からの増幅信号を
    前記出力ポートへ接続させるための接続手段と、前記増
    幅手段および前記アンテナ手段へ接続された除波フィル
    タ手段であり、前記アンテナ手段からの受信信号を前記
    増幅手段へ接続させ、且つ第二周波数帯域外の除波周波
    数における信号成分を除波するための除波フィルタ手段
    とを含み、第二タイルの前記増幅手段は、第一と第二の
    辺の少なくとも一方に対し、そこからの熱エネルギーの
    放射を削減するように熱的に減結合され、第二タイル組
    のタイルの各々は、前記枠の前記孔の一つの孔内に装着
    され、且つ第二タイル組の各々のタイルの少なくとも一
    つの縁は、第二タイル組の他のタイルに隣接することに
    より、第二タイル組の前記アンテナ手段を含む能動配列
    を形成する第二タイル組と、 第一周波数帯域内の第一信号のシンクであり、第一信号
    が受信され、第一信号の前記シンクが第一タイルへ接続
    される第一シンクと、 第一周波数帯域内の第二信号のシンクであり、第二信号
    が受信され、第二信号の前記シンクが第二タイルへ接続
    される第二シンクと、 前記電源および各々の前記タイルへ接続され、前記増幅
    手段への印加電圧を与えるための電力分配手段と、 第一と第二の前記タイルの一方の第一と第二の前記広い
    辺の一方に接続され、前記タイルの前記一方を暖かく維
    持する傾向を与えるための熱遮蔽体とを備える宇宙機。
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