KR20010020390A - 이동 위성 성단을 위한 터미널-안테나 장치 - Google Patents

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KR20010020390A
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알까뗄
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Abstract

비 정지 위성 성단으로 부터 선정된 위성(2, 3)과 무선 신호를 송·수신하기 위한 터미널 및 안테나 시스템(1, 10)은 터미널 및 안테나 시스템에서 보이는 위성들의 위치를 결정하는 수단, 선정된 가시상태의 위성과의 통신하는 유사 평면파를 초점 구 S로 집속시키는 수단, 및 비 정지 위성들의 특정 위치에 슬레이빙되는 방식으로 상기 구 S상에 독립적으로 이동하는, 유사 구형 파 빔의 형태의 신호를 송·수신하기 위한 주 소스(23, 24)을 포함한다.

Description

이동 위성 성단을 위한 터미널-안테나 장치{TERMINAL-ANTENNA DEVICE FOR MOVING SATELLITE CONSTELLATION}
이러한 형태의 위성 성단은 지구주위의 저 궤도 또는 중 궤도에 다수의 비 정지 위성들을 포함한다. 표준에서는, 대략 800 km에서 1500km의 범위의 고도에 있으며, 위성들은 직렬의 궤도 평면에서 8개의 위성들이 서로 45。의 각도를 이루며 규칙적으로 떨어져 있고, 그 각각은 지구 주위의 궤도 평면에 기울어져 있다. 따라서, 구 상의 어떤 점에서도 항상 3개는 아니더라도 적어도 2개의 위성을 볼 수 있다. 위성들에 있어서 저 궤도를 선택하는 것은, 고속으로 네트 워크에 접속을 집중시키는 단말기, 정지 위성 궤도를 통한 지연 시간과 양립할 수 없는 고 전력 레벨을 수신하는 수신기와의 상호 작용을 향상시킬 수 있다는 것이다. 그러나, 그 단점으로는 1500 km 상의 위성이 지구 위의 한 점에서 단지 10분 정도만 보일 정도로 하늘에서 빠르게 움직인다는 것이다.
지상 터미널과 호출하는 위성의 수를 줄이기 위해서는, 터미널이 가능한 오랫동안 위성을 추적할 수 있어야 한다. 즉, 지평선방향으로 가능한 멀리 추적해야 한다. 두 번째로는, 일련의 호출을 지평선에 도달하는 위성에서 더 잘 보이는 위성으로 빠르게 스위칭할 수 있어야 한다. 마지막으로, 안테나의 게인은 송신 및 수신 빔에 대하여 30 dbi 단위에 있어야 한다.
이러한 요구 조건에 대한 해결책이 제안되어 왔는데, 그중 제1 방법은 담당 각도의 범위가 (방위각 0。에서 360。, 고도 10。에서 90。의 범위로) 아주 넓은 전자 주사 안테나를 사용하는 것인데, 이러한 방법은 이상 쉬프터, 저-잡음 수신 증폭기, 및 손실을 보상하기 위하여 복사 구성부와 위성 쉬프터 및 분할기/결합기 사이에 전송 전력 증폭기와 같은 다수의 능동 소자를 필요로 하여, 그 생산 비용이 비싸다.
또 다른 방법으로는, 미국 특허 제 3,755,815호 및 초고주파 저널(1975년 10월호 제31쪽 내지 34쪽 참조)에 설명되어 있는 것으로서, 군사용으로 사용되고 다수의 움직이는 지평선 위의 목표물을 추적할 수 있는 방법이다. 이러한 방법은 지평선 및 그 너머로 빔을 굴절시키기 위한 유전체로 된 돔 렌즈와 관련된 능동 전송기 소자 어레이를 사용한다. 이 방법은 수백 개의 능동 소자 어레이를 요구한다는 점에서 제조 비용 측면에서 상당히 뒤떨어진다.
예를 들어, LO 와 LEE에 의한 "안테나 핸드북"에 개시된 것처럼, 유전 또는 도파관 렌즈를 이용하여 무선 빔을 굴절시키는 다른 방법들도 있지만, 이들 기술들은 렌즈 축에 대해 대략 10。의 작은 굴절각이 요구되고, 또한 목표물 추적 능력도 떨어지는 단점이 있다.
초고주파 안테나 분야의 PCT WO 88/09066은 빔이 요구하는 방향에 따라 초점 구의 위치를 이동시킬 수 있는 집속 초고주파 렌즈 및 혼 소스와 결합된 평면 어레이 안테나를 구비하는 안테나를 개시하고 있다. 이러한 안테나는, 방사 표면이 평면 어레이이므로, 균일함이 요구되는 안테나의 방향성이 10。에 대해 -7.6 dB나 떨어지는 저 고도에서의 급격한 감소라는 단점이 있다.
본 발명은 지구의 저 궤도에 있는 비 정지 위성들과 데이터를 송·수신하기 위한 터미널 및 안테나 시스템에 관한 것이다. 이러한 터미널 및 안테나 시스템은 공적인 또는 사적인 용도, 비 군사 또는 군사 용도를 위해서, 위성들의 성단과 고속으로 데이터를 전송하기 위한 시스템에 내장되도록 설계된다.
도 1은 본 발명의 터미널 및 안테나 시스템과 이들이 집적된 위성 데이터 전송 시스템의 구성요소들을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 안테나의 주요 구성 요소들을 더 상세히 도시한 도면.
도 3은 방위각 및 위도 모터 쌍을 이용하여, 집속 렌즈의 초점 구 S의 일부상에서 주 송신/수신 소스를 이동시키기 위한 기계적 시스템의 하나의 실시예를 도시한 도면.
도 4는 주 송신/수신 소스의 신호를 스위칭하기 위한 전자 장치의 바람직한 형태를 도시한 도면.
도 5는 동일한 전자 장치의 다른 형태를 도시한 도면.
도 6은 방위각 및 위도 모터 쌍을 이용하여, 집속 렌즈의 초점 구 S의 일부상에서 주 송신/수신 소스들을 이동시키기 위한 기계적 시스템의 제2 실시예를 도시한 도면.
도 7은 X 축 및 Y 축 모터 쌍을 이용하여, 집속 렌즈의 초점 구 S의 일부상에서 주 송신/수신 소스들을 이동시키기 위한 기계적 시스템의 하나의 실시예를 도시한 도면.
도 8은 주 송신/수신 소스의 실시예의 계략도(도 8a) 및 단면도(도 8b).
도 9는 도 8에 도시된 주 송신/수신 소스들을 탑재한 도 6의 메카니즘을 도시한 도면.
도 10은 방위각 및 위도 모터 쌍과 X 축 및 Y 축 모터 쌍을 이용하여, 집속 렌즈의 초점 구 S의 일부상에서 주 송신/수신 소스들을 이동시키기 위한 기계적 시스템의 하나의 실시예를 도시한 도면.
도 11은 기울어진 축을 가진 모터 쌍을 이용하여, 집속 렌즈의 초점 구 S의 일부상에서 주 송신/수신 소스들(단지 하나의 소스만 능동임)을 이동시키기 위한 기계적 시스템의 하나의 실시예를 도시한 도면.
도 12는 두개의 소스들이 능동인 도 11에 도시된 실시예의 다른 형태를 도시한 도면.
도 13 내지 15는 3종류 집속 렌즈의 단면도.
도 16은 쌍곡면 형태의 굴절 렌즈를 도시한 도면.
본 발명은 제조 비용이 싸면서, 비 정지 위성 성단과 고속으로 호출을 유지하는 단순 집적 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있습니다.
이를 위해서, 본 발명은 안테나에서 보이는 공간을 이동하는 원거리 송수신 시스템과 무선 신호를 송·수신하기 위한 안테나 시스템을 제공하는데, 상기 원거리 송수신기에서 방출된 유사 평면 파를 집속하기 위한 렌즈를 포함하고, 상기 수단은 초점 구 S, 및 유사 구형 파 빔의 형태로 신호를 송·수신하기 위한 초점 구위에서 이동 가능한 적어도 하나의 주 소스를 가지며, 상기 안테나 시스템은 원 거리 송수신기에 의해 전송 또는 수신된 유사 평면 파를 굴절시키기 위한 렌즈 및 각각의 주 송신/수신 소스의 위치를 원거리 송수신기의 알려진 지점에 슬레이빙(slaving)시키는 수단의 결합을 포함하는 것을 특징으로 한다.
집속 렌즈 및 굴절 렌즈의 상기 결합은 평면파 빔을 발생시키고, 빔을 실제적으로 수평선으로 굴절시킨다. 이러한 빔은 어떤 정해진 시간에서도 위성의 위치에 대응하는 집속 렌즈의 초점 구상의 한 점에 위치하는 주 송신/수신 소스에 의해 방출되거나 픽-업된다.
특히, 본 발명이 목적으로 하는 터미널 및 안테나 시스템은 상기 터미널과 안테나 시스템에서 보이는 공간상의 상이한 두 지점에 있는 적어도 두개의 원거리 송수신기 시스템과 무선 신호를 송신 및 수신하며, a) 정해진 시간에 보이는 상기 원거리 송수신기의 지점을 결정하는 수단, b) 원 거리 송수신기를 선택하는 수단, c) 적어도 두개의 주 송신/수신 소스를 포함하는 상기 설명에 따른 안테나, d) 서로 충돌을 방지하기 위해 적용된 초점 구 S상에서 주 송신/수신 소스들의 동작을 제어하기 위한 수단, 및 e) 상기 주 송신/수신 소스들을 스위칭하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 있습니다. 그러므로, 비 정지 위성 성단과 연속적으로 데이터 전송을 할 수 있게 됩니다. 주 송신/수신 소스들의 수를 2개로 줄이는 것은 안테나의 전반적인 비용을 줄이는 것이 된다. 또한, 이러한 구성의 시스템은 두 Cassegrain 안테나를 구비한 방법보다 훨씬 작은 크기이다. 그러므로, 본 발명은 종전 시스템보다 간단하고, 종래의 방법으로 집의 지붕에 설치될 수 있으며, 제조 비용도 적게들고, 개인들도 쉽게 다룰 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 유사-구형 파 빔의 형태의 신호의 주 송신/수신 소스들은 집속 렌즈의 초점 구의 부위를 이동할 수 있는 뿔 안테나의 형태를 갖는다.
이러한 특징들로 인해 표준 부품 및 단순 기계적 결합을 사용할 수 있게 함으로써, 제조 비용을 낮출 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유사 평면파를 유사 구형 파로 집속하는 렌즈가 큰 주사 범위를 갖는 다중 초점 볼록 렌즈이다.
특히, 주 송신/수신 파 원을 초점 구상에서 이동시킴으로써 주사 범위가 집속 렌즈의 대칭 회전축에 대해 30。 보다 크게 되어 있다.
이러한 특징으로 인하여, 단순한 기술을 이용해서도 넓은 주사 범위를 달성할 수 있게 된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 집속 렌즈는 볼록 유전체 렌즈이다. 더 개선된 실시예에서는, 집속 렌즈가 오목 도파관 렌즈이다.
값싼 표준 물질을 이용한 집속 렌즈들의 상기 실시예에 따르면, 일부 종래 기술에서 사용된 능동 소자 어레이와 비교하여 시스템 가격면에서 아주 낮다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 유사-평면파를 굴절시키는 렌즈는 유전체 돔 렌즈이다. 더 정확하게는, 돔 렌즈는 일반적으로 반구형이다.
렌즈의 이러한 실시예는 빔을 실질적으로 수평선으로 굴절시킬 수 있고, 또한 안테나에 방어 레이돔(protective radome)을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 렌즈는 1/4 파장에 해당하는 정합 층을 구비한다. 바람직하게는, 정합 층은 렌즈의 유전체의 굴절율의 제곱근에 해당하는 굴절율을 갖는 유전체로 구성된다. 더 개선된 실시예에서는, 정합 층의 두께는 사용하는 파장의 1/4와 같고, 정합층은 다수의 막힌 구멍을 가지고 있다.
정합층은 유전 렌즈의 표면에서의 반사에 의한 손실 및 결합 효과를 감소시킨다.
도 1은 지구(5) 주위의 궤도를 운행하는 두개의 위성(2, 3)으로부터 본 안테나(1)를 도시하고 있다. 위성의 궤도는 결정되어 있고 미리 알려져 있다. 그러나, 위성은 잉여 대기 인력(residual atmospheric drag), 태양 복사 압력 및 고도 제어 법과 관련된 대략 ± 0.5。 범위내의 표류하기 쉽다. 이러한 표류는 위성의 반동 추진 엔진에 의해 규정치의 간격 내로 보정된다. 이 위성은 방향성 빔(8, 9)에서 고 전력 신호를 전송하는 수신 및 송신 안테나(6, 7)를 갖고 있다.
데이터 전송 시스템을 이용하는 개인이나 기업은 예를 들어 표준 위성 TV 안테나와 같은 지붕에 설치되는 안테나(1)를 포함하는 터미널 및 안테나 시스템을 제공받는다. 터미널 및 안테나 시스템은 위성을 추적하고, 무선 신호를 송·수신하며, 이용자가 권한(예약)을 갖고 있는 암호 정보를 디코딩하는 제어 전자장치(10)를 포함한다. 또한, 터미널 및 안테나 시스템은 메모리 시스템(도시되진 않음), 키보드(12) 및 스크린(13)을 포함하는 PC(personal microcomputer)에 연결된다. 마이크로 컴퓨터의 메모리 시스템은 위성의 궤도를 특정하는 정보, 및 터미널 및 안테나 시스템의 지리적 위치(경도 및 위도)와 궤도 정보를 기초로 하여 어떤 위성이 가시 상태에 있는 지 여부와 어떠한 시간에 대해서도 어떤 로컬 지리적 각도(방위각, 위도)로 있는지의 여부를 결정하는 소프트웨어를 저장한다.
이 실시예에서, 터미널 및 안테나 시스템(1, 10)은 방송되는 명령을 수신하기 위해 텔레비전(14)에 연결된다. 이러한 텔레비전은 비디오회의를 위한 카메라(15), 전화기(16) 및 팩시밀리(도시되진 않음)를 구비할 수 있다. 터미널 및 안테나 시스템을 통해 데이터를 전송하길 요구하는 다양한 시스템은 터미널 및 안테나 시스템용 제어 전자장치를 포함하는 유니트(10)에 집적될 수 있는 연결 박스(17)에 연결된다.
본 발명의 안테나(1)는 도 2에 더 상세하게 도시되어 있는데, 바람직한 실시예에서는 천구부터 실질적 수평선까지의 모든 가시 공간에 있는 위성으로부터, 위성에서 수신된 평면파를 구형 파로 변환하는 집속 렌즈(22)로 무선 빔을 굴절시키는 돔 렌즈(21)를 포함한다(그 역도 성립함). 또한, 안테나(1)는 구형파 빔을 송·수신하기 위한 두개의 주 소스(23, 24), 주 송신/수신 소스를 위치시키기 위한 기계적 장치(도시되지 않음), 및 이들 구성 요소를 지지하는 기계적 구조물(25)을 포함한다. 주 소스 및 렌즈들 밑에 있는 시스템은 보호 금속 실린더(26)에 결합된다.
굴절 돔 렌즈(21)는 이미 공지되어 있는데, 대체로 이는 초고주파에 대해 광학 렌즈처럼 동작한다. 이러한 굴절 돔 렌즈는 0。부터 80。 또는 85。의 범위에 있는 각 Θ2로 기울어진 유사 평면 파 빔을 0。에서 30。 또는 40。의 범위의 각 Θ1로 기울어진 유사 평면 파 빔의 형태로 굴절시키는 역할을 한다.
그의 형상의 유사-반구형이다. 이러한 유형의 돔 렌즈에 대한 이론은 1975년 10월호 "초고주파 저널"에 기재되어 있다. 이는 초고주파 유전체, 예를 들어 무선 파 굴절 용량이 상당히 큰 열 경화성 물질(유전율 ε이 10임)로부터 만들어진다. 이들 물질은 Rogers corp사의 "DuroidsTM" 의 열 경화성 Microwave Material TMM 10 또는 Emerson ＆ Cummings의 K10 물질을 포함한다. 이들 물질은 미세한 세라믹 입자를 포함하는 PTFE(polytetrafluoreothylene; 등록 상표 TeflonTM) 행렬에 기초함으로, 비 및 추운 날씨에 거의 완벽한 저항력이 있고, 바람에 그 형태가 변형되지 않을 정도로 충분히 강도도 있다. 그러므로, 이들 물질은 안테나 장치를 보호하는 레이돔으로 기능할 수 있다.
이들의 형상은 선택된 파장(몇 cm)에 대하여 1 mm 정도의 범위 내에서 정확하면 되어, 정확도 면에서는 상대적으로 요구사항이 덜하기 때문에(요구된 정확도는 카메라 렌즈보다 낮음) 제조가 간단하다.
선정된 고 굴절력(deflecting power)은 주사 각에 2 내지 2.7 범위의 펙터를 곱하여, 단지 30 。 내지 40。의 내부 빔 각도를 가지고도 실질적으로 지평선까지 주사가 가능하도록 한다. 더 큰 굴절력은 표면에서 신호의 부분 반사를 일으켜서, 안테나 시스템의 성능을 전반적으로 떨어뜨린다. 반구형 렌즈의 내부 지름은 25 cm이고, 두께는 정상부는 대략 3 mm 내지 5 mm정도, 림 부는 3 mm 내지 7 mm에서 선정된 물질의 인덱스에 따라 변한다. 돔 렌즈의 외부 형태는 구형 돔에 가깝다. 본 실시예에서는, 레이돔은 파라볼릭 위성 TV 수신기 안테나의 크기와 비교될 수 있는 대략 60 cm정도의 외부 지름을 갖는다.
집속 렌즈(22)는 또한 유전체 초고주파 렌즈이다. 이는 대체로 1 보다 큰 인덱스를 갖는 유사 광학 렌즈처럼 동작한다(유전체 내에서의 파장은 진공에서의 파장보다 작음). 이런 렌즈의 구조는 볼록이고, 이러한 점은 Lo 와 Lee의 "안테나 핸드북"의 16쪽 19줄 내지 59줄에 기재되어 있다. 렌즈는 0。 내지 35。의 범위의 각으로 기울어진 유사 평면 파 빔을 비슷하게 기울어진 유사 구형파 빔으로 변환하는 역할을 한다.
다중 초점 렌즈는 주 (송신 및 수신) 소스를 이동시킴으로써, (렌즈의 축에 대해 30。 내지 40。의) 넓은 주사 각을 발생시킨다. 매우 좁은 빔을 가진, 10。 단위의 주사 각에 대한 이러한 유형의 렌즈를 설명하고 있을지라도, 집속 안테나가 높은 게인을 가질 필요가 없고, 빔은 더 넓고, 집속 시스템의 주사 범위가 다수의 빔 폭들로 표시된다는 점이 당업자에게 이미 공지라는 것을 가정한다면, 30。 내지 40。 범위의 각까지 추정하더라도 특별한 문제를 야기시키지는 않는다. 이러한 종류의 렌즈는 높은 유전 상수(ε이 10에 가까움)를 갖는 복합 물질을 주형에 넣어 제조함으로써, 쉽게 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 (사용되는 파장이 수 cm 정도이므로), 제조에 필요한 정밀도는 (가시 스펙트럼에서 사용되는 렌즈 보다 더 긴 파장에 비례하므로) 단지 1 mm 정도의 단위이면 된다. 돔 렌즈(21)을 제조하는데 사용되는 상술한 복합 물질은 집속 렌즈(22)를 제조하는데도 사용될 수 있다. 유전체 렌즈를 선택하는 것은 안테나에 넓은 대역 폭을 제공함으로서, 고속으로 데이터를 처리할 수 있다.
집속 렌즈의 지름은 50 cm의 돔 렌즈의 내부 지름에 대하여 거의 35 cm에 이른다. 집속 렌즈는 광 중심(optical center)과 수평을 이루고, 이는 반구형 돔 렌즈와 일치한다. 렌즈의 초점 구의 지름은 선정된 물질의 정확한 특성에 따라서 대략 30 cm 내지 50 cm 정도이다.
구형파를 송·수신 이동 주 소스들(23, 24)은 (집속 렌즈 축에 대해 35。 정도의) 초점 구의 일부에 배치되는데, 이들은 예를 들어, 파라볼릭 반사기에 의해 조명된(illuminated) 뿔을 사용하는 위성 TV 수신용 표준 뿔 안테나이다.
여기서 사용되는 뿔의 특징은 뿔들이 집속 렌즈를 보는 각도 및 사용되는 파장과 관련이 있다. 데이터 비트 속도에 관해 말하자면, 상호 작용 게임(interactive game), 전화 작업, 전화 강의, 상호 작용 비디오 및 데이터의 인터넷 유형 전송을 포함하는 다양한 적용 분야에 대해서는 1 Mbps 내지 5 Mbps 단위의 최고 전송 량 및 10 Mbps 내지 50 Mbps의 최고 수신 량을 고려할 필요가 있다. 또한, 뿔의 위치는 ± 30。의 빔 틈(beam aperture)을 만들어 낸다. 빔 경계에서 -10 dB 내지 -15 dB 정의도 감쇄를 고려한다면, 뿔 입구 지름은 사용되는 주파수 대역(11 GHz 내지 14.3GHz의 Ku 대역)에 대해서 50 mm 내지 60 mm 정도를 표준으로 한다.
도 3은 구상의 위치에서 서로 독립적으로 두개의 뿔을 이동시키는 기능을 하는 단순 기계 장치를 도시하고 있다. 이 장치는 이중 집중 링(32,33), 및 뿔(23, 24)을 지지하는 스윙(30, 31)을 포함한다. 이러한 구성상의 뿔의 자유 축에 의해 결정된 구 부분이 집속 렌즈(22)의 초점 구에 해당하기 위해서는, 여기서는 도시되진 않았지만 렌즈는 표준 기계적 지지 수단에 의해 이중 링의 중심에 위치해야 한다.
이러한 구성에서, 제1 뿔(23)은 다른 뿔(24)을 지지하는 장치 "내의" 장치에 의해 이동된다. 제1 뿔(23)의 꼭대기는 하부에 회전 아크형 두 팔을 갖는 강한 플라스틱 물질로 된 스윙 유형 지지 구조(30)에 부착되어, 제2 뿔(24)를 지지하는 다른 스윙(31)의 움직임을 방해하지 않는다. 스윙 (30)은 축 A에 대하여 내부 링(32)에 부착되어 있다.
스윙은 경사 모터(inclination motor; 36), 예를 들어 링(32)내의 축 A상에 배치된 전기 스테플 모터(electrical stepper motor)에 의해 수직 축에 대해 이동된다. 이러한 이동은 경사 β1이 - 35。 내지 + 35。의 범위에 있도록 한다. 이러한 경사는 위성의 고도(elevation) 기능에 해당한다. 즉, 이는 천구 지점의 위성에 대해서는 제로이고, 수평선 위 10。 지점의 위성에 대해서는 ± 35。이다.
내부 링(32)은 0。에서 360。 범위의 방위각 α1을 제공하는 또다른 전기 스테플 모터에 의해 회전한다. 이 모터는 두 개의 링 외부에 있으며, 예를 들어 맞물린(toothed) 링을 이용해 내부 링을 회전시킨다.
방위 모터(34) 및 경사 모터(36)의 동작을 결합시키면, 제1 뿔(23)을 ± 35。의 틈 각내의 초점 구의 돔상의 임의의 정해진 지점에 옮겨 놓을 수 있으며, 그 뿔은 항상 집속 렌즈의 중심을 향하게 할 수 있다. 이 두 개의 모터(34, 36)는 비 정지 위성을 추적하기 위해 제어되는데, 위성의 속도는 예를 들어 거의 10 분내의 - 35。 고도 지점에서 + 35。 고도 지점으로의 뿔의 이동에 대응한다.
방위 모터(34) 및 경사 모터(36)는 방위 및 고도 모터 쌍을 구성한다.
제2 뿔의 배열은 제1 뿔에 대한 배열과 유사하다. 뿔(24)의 바닥 부분은 내부 스윙의 동작을 방해하지 않는 크기의 스윙 구조(31)에 부착되어 있다. 이러한 스윙은 외부 스윙(33)에 매달려 있다. 안테나의 방위각 α2은 방위 모터(37)에 의해 정해지고, 경사 각 β2는 모든 면에서 다른 안테나의 위치(positioning) 모터들과 동일한 경사 모터(35)에 의해 정해진다.
뿔의 방위 및 경사 스테플 모터의 제어 및 전력 공급 전자 장치는 여기에서 설명되지는 않았지만 당업자에게는 자명한 사실에 해당한다.
도4는 두 개의 뿔(23, 24)사이에 스위칭을 위한 전자 장치를 도시하고 있다. 송신 신호 채널(42)는 고체 상태 전력 증폭기(solid state power amplifier; SSPA; 46)를 포함하고, 수신 신호 채널(43)은 저-잡음 증폭기(low-noise amplifier; LNA; 47)를 포함한다. 두 개의 채널은 순환기(41)에 연결되어 있다. 이 순환기는 3 개 포트사이를 정해진 방향으로 신호를 순환시키고, 송/수신 디커플링을 제공하는 표준 수동 구성 요소이다. 이는, 예를 들어 페라이트(ferrite)로 만들어 진다. 순환기(41)은 뿔들을 선택적으로 연결하는 스위치(40)에 결합되어 있다. 스위치(40)는 유동성 동축 케이블(44, 45)에 의해 뿔들에 연결된다. 이는, 표준 다이오드-기초 스위치(standard diode-based switch)이고, 두 개의 뿔사이를 1 μs보다 작은 시간에 스위칭한다. 본 명세서에서 언급되지 않은 전기 전력 장치같은 보조 구성 요소는 당업계에서 이미 표준화되어 있다.
시스템의 동작은 다수의 단계로 수행된다. 제1 단계는 시스템의 초기설정(installation)이다. 이는 안테나를 빌딩의 지붕에 기계적으로 고정시키고, 안테나의 수평 축 및 북/남 방위를 확인하는 것을 포함한다. 안테나는 전력 공급, 제어 마이크로컴퓨터(11), 및 TV(14), 카메라(15) 및 전화기(16)등의 사용자 시스템에 연결된다.
이 단계 동안에, 성단내의 각 위성의 천체 달력(정해진 초기시의 궤도 위치 및 속도 매개 변수)은 안테나를 제어하는 호스트 컴퓨터의 메모리 내로 입력된다. 이 데이터는 디스켓으로 공급될 수도 있다.
터미널 및 안테나 시스템의 로컬 시간 및 위치(위도, 경도)가 입력되고 난 뒤에, 컴퓨터는 저장된 궤도 매개 변수에 대응하는 시간 이후로 흐픈 시간에 따라성단내 위성의 현재 위치를 계산할 수 있고, 이들 위치를 터미널 및 안테나 시스템으로부터 이론적 가시 영역에 비견할 수 있다. 시스템은 자동 계측이 가능하여, 가시 거리의 위성의 이론적 위치에 두 개의 뿔(23, 24)을 향하게 하고, 이들을 간단히 추적하며, 수신 및 송신된 전력 레벨, 안테나의 공간 방위 및 추적의 질을 얻어진 데이터에 기초해 확인하는 것을 포함한다. 초기설정에 요구되는 보정의 분석은 이러한 계측 데이터로부터 자동적으로 발생된다.
루틴 사용 동안에, 사용자가 시스템을 가동할 때(컴퓨터를 부팅하거나 안테나에 전력을 공급함으로써), 제어 소프트 웨어는 그 시간의 위성들의 위치를 계산하고, 그 지점으로 부터 그 시점에 가시 상태에 있는 위성을 결정한다. 수평선 위의 가장 높은 위성의 좌표로 부터, 컴퓨터(11)는 집속 렌즈의 초점 구상의 뿔에 대해 요구된 대응 지점을 계산하고, 그 뿔을 움직이고 가장 잘 보이는 위성에 대응하는 뿔을 송·수신 전자 장치에 선택적으로 연결시키는 스테플 모터들에 명령을 보낸다. 그러므로, 데이터를 송·수신할 수 있게 된다.
그리고, 컴퓨터는 위성을 추적하기 위해 뿔의 위치의 보정치를 계속해서 계산하여, 위치 모터를 구동한다. 위성을 추적하기 위하여 요구되는 위치의 정확성은 안테나의 주 로브의 폭 및 안테나가 움직이기 전해 수용될 수 있는 신호 감쇄의 양에 의해 정해진다. 하나의 예를 들자면, 5。의 로브 틈 및 0.3 dB의 수용가능 신호 손실이면, 모터에 의한 뿔의 지적(pointing)은 0.75。의 정확성이 예기되고, 이는 지름 50 cm를 갖는 초점 구에 대해 0.65 cm의 위치 정확성에 해당된다. 그러므로, 저 지구 궤도에서 위성을 추적하려면, 뿔은 매 6초마다 0.65 cm이동해야 한다. 위성을 추적할 때, 일련의 호출을 전달하는 뿔의 이동은 다른 뿔의 이동에 대해 우선적 지위를 가지므로, 이 때 소프트 웨어는 필요하다면 후자를 전자의 경로 밖으로 이동시킴으로써 충돌이 발생하지 않도록 항상 신경쓴다.
컴퓨터는 (위성이 수평선에 근접하는) 10。보다 작은 위성의 고도 또는 (나무, 동산 및 다른 지리적, 임시적 또는 일시적 장애물, 또는 정지 위성와 간섭으로 인하여 링크를 단절시키는 정지 아크 근처의 대역으로 들어감에 대해 요구되는) 수신된 신호의 레벨의 비정상 급락과 같은 기준으로, 두 번째로 잘 보이는 위성을 결정하고, 제2 뿔을 해당 지점에 위치시킨다. 그리고, 제2 뿔은 선택적으로 연결되고 위성을 추적하게 된다. 두 뿔 안테나 사이를 스위칭하는 시간은 본 실시예에서는 1 μs인데, 이는 1 Mbps 내지 50 Mbps의 최대 전송 데이터 비트 레이트에 대해 거의 1 내지 50 비트 정도의 최대 데이터 손실을 야기시킨다. 손실된 데이터는 신호와 함께 전송된 에러 정정 코드를 이용하여 복구된다.
천구 지도는 터미널로부터의 자동적 요구에 응답하여 디스켓으로 새로운 데이터를 업데이트할 수 있고, 위성 네트워크 자체로부터 다운로드받을 수도 있다.
상기의 설명대로, 이 장치에서 사용되는 모터는 1 kg도 안되는 작은 질량을 움직이기에 적합한 전력 레이팅을 갖기 때문에, 지붕위에서 사용가능한 저가 모터가 이용될 수 있다. 이는 모터가 수 kg의 질량을 위치이동시켜야 하므로 결과적으로 가격이 비싸게 되는, 두개의 Cassegrain 안테나를 이용하는 위성 추적 장치에 비하여 훨씬 잇점이 있다.
표준 기계적 장치 및 단순 전자 장치는 안테나 위치시 요구되는 정확도 레벨 및 두 이동 사이의 시간을 보증할 수 있다. 그러므로, 본 실시예는 제조 비용에 있어서 경제적이다.
상기에서 설명드린 본 발명의 실시예는 집적 저-비용 시스템, 표준 구성 요소이거나 제조시 요구사항이 적은 다양한 구성 요소를 제공한다.
주지한 바와 같이, 상기 설명된 시스템은, 돌풍으로 인한 이동 문제를 발생시키는, 레이돔을 갖지 않은 표준 안테나에 비해 잇점이 있는 실린터형 및 반구형 구조를 선택했기 때문에 바람 방향이 중요치 않고 낮은 방해 상수에 불과한 풍손(windage)를 갖는, 수직 축에 대하여 회전 대칭 특성을 보인다.
집속 렌즈(22)의 다른 실시예는 실리카 석영 물질(silica quartz material)로 만들어 진다.
또 다른 실시예에서는, 두 개의 뿔(23, 24)사이를 스위칭하는 전자 장치는 도 5에 도시된 시스템으로 대체된다. 이 시스템에서는, 각각의 뿔(23,24)이 순환기(41', 41")를 갖는데, 이 순환기는 송신 신호 증폭 모듈(46', 46") 및 수신 신호 증폭 모듈(47', 47")에 직접 연결되어 있다. 두 개의 주 소스의 송신 신호 증폭기들은 두 개의 동축 케이블(44', 45')에 의해 채널(42)를 통해 전송된 신호를 수신하는 선택 연결 시스템(40')에 연결된다. 유사하게도, 수신 신호 저-잡음 증폭기도 동축 케이블(44", 45")에 의해 수신 신호 채널(43)에 연결된 선택 연결 시스템(40")에 연결된다.
이러한 배치는 거의 0.5 m 길이의 각각의 케이블에서 1 dB로 추정되는, 유동성 동축 케이블에서 발생하는 신호 손실의 영향을 줄이고자 함이다. 이러한 실시예는 이중 증폭기로 인하여 높은 단가를 갖지만, 동일한 증폭기 전력에 대하여 등가 등방성 복사 전력(equivalent isotropically radiated power; EIRP)을 거의 1 dB 정도 증가시키고, 수신된 평가 수치(G/T)를 대략 2 dB 정도 증가시킨다. 동일한 안테나 성능에 대하여, 본 실시예는 집속 렌즈 및 돔 렌즈의 치수, 및 전체 안테나의 치수를 줄일 수 있다.
도 6은 도 3의 방위 및 고도 모터를 갖는 기계적 장치의 또다른 일례를 도시하고 있다. 각각의 소스(23, 24)가 그 위에 탑재된 지지 팔(50, 51)은 초점 구의 하부의 반측에 각각 위치하며, 초점 구 S와 동심원을 이루는 회전 아크(52, 53), 및 수직 축과 평행하며 방위 모터(56, 57)에 결합된 회전 구동 축(rotation drive shaft; 54, 55)을 포함한다. 이러한 방식으로, 주 소스(23, 24)는 각각 별개의 방위 Az1 및 Az2를 따라 이동한다.
각각의 주 소스(23, 24)는 고도 El1, El2상으로 움직이기 위해 활사로의 회전 아크(52, 43)를 따라 고도 모터(58, 59)에 의해 인도된다. 고도 이동(El1, El2)는 두 개의 가시상태의 위성들의 가시 축(S1, S2)를 정의한다.
위성을 추적하는 또다른 유형의 방법에서는, 능동 기법이 상기 설명된 수동 기법을 대체하는데, 여기에서는 위성의 위치에 대한 데이터는 컴퓨터의 메모리에 미리 저장되고, 주 소스들은 비 실시간 제어를 통해 정확한 위치 및 시간에 위치하도록 가정된다. 이러한 유형에서는, 각각의 뿔은 다수의 수신기, 예를 들어 4 각 행렬 내의 4 개의 수신기를 포함하고, 다수의 수신기에 의해 수신된 신호의 합 및 차에 대응하는 출력 신호를 공급한다. 정해진 위성을 추적하기 시작할 때, 하나의 뿔은 컴퓨터(11)에 의해 계산된 데이터에 따라서 위치를 잡는다. 상기 합 및 차 신호가 시간에 따라 변화하는 방식을 분석하면, 위성이 움직이는 방향을 알 수 있어서, 추적이 가능하다. 호스트 컴퓨터는 실제 관찰된 위성의 위치 함수로서 저장된 천구 지도를 업데이팅한다.
도시되지 않은 또다른 실시예에서는, 사용자는 마이크로 컴퓨터를 갖고 있지 않고, 위성 추적 소프트웨어 및 천구 지도를 저장하는 메모리는 예를 들어, 암호 전송을 위해 변조기/복조기와 결합될 수 있는 표준 암호 TV 세트-탑 디코더의 고유 크기의 TV 세트-탑 박스와 같은 메모리를 갖는 마이크로 프로세서에 집적된다. 그리고 나서, 사용자의 개입 없이 규적된 시간 간격으로 자동적으로 천구 지도를 다운로딩한다.
상기 모든 실시예에서 주시되어 있듯이, 만약 다중 미디어 시스템의 동작 대역은 직접 방송 TV 위성과 동일하다면, 두 개의 소스들은 두 개의 정지 위성을 맞추기에 적합한 지점들에 위치할 수 있다. 동일한 터미널 및 안테나 시스템은 다중 미디어에 적용하기 위하여 그리고 두 개의 위성으로부터 방송을 수신하기 위하여, 선택적으로 사용되는데, 이는 소스를 이동시킴으로써 자의로 변동될 수 있다.
또다른 실시예에서는, 본 발명과 유사한 시스템이 지상의 터미널에는 설치되지 않고, 예를 들자면 어떠한 위치를 차지하는 몇몇의 지상 기지국에 단지 영상을 전송해햐 하는 원거리 지구-감지 위성과 같은 위성들에 장착된다. 위성으로부터 지상 기지국을 추적하는 원리는 그 역과 동일하다. 이러한 경우에서는, 지상 기지국의 규모는 수신 전력이 낮은 넓은 빔을 전송하는 위성을 위한 표준 수신 안테나와 비교하여 (예를 들어, 만약 안테나에서 수신된 신호에 20 dB 게인이 적용된다면, 10 배 정도로)아주 작다. 또한, 이러한 배치는 전송 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 마지막으로, 간단성, (특히, 다수의 구성 요소를 갖는 능동 안테나와 비교했을 경우에) 저 비용, 및 저 전력 소비 특성으로 인하여, 위성상의 본 발명의 구현이 특히 잇점을 갖게 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명된 것에 한정되지 않으며, 당업자가 충분히 수정 변경이 가능한 범위를 포함한다.
도 7에 도시된, 이동 소스들을 지지하는 기계적 조립체의 또다른 실시예에 따르면, 각각의 주 소스(23, 24)는 X 및 Y 축 모터 쌍에 의해 이동된다. 반원형 아크(60)는 예를 들어, 동쪽 및 서쪽 첨점과 같은 초점 구의 두개의 마주보는 첨점에 부착된다. 하나의 소스(23)는 소스에 부착된 제2 전기 모터(61)에 의해 활사로를 제공하면서 상기 아크를 따라서 이동된다. 제2 소스(24)는 또다른 아크(62)상에 동일하게 장착되고, 제2 모터(63)에 의해 이동된다. 반원형 아크(62) 및 이 보다 지름이 작은 반원형 아크(60)은 X 및 Y 축 모터 쌍의 제2 모터를 구성하는 주 모터에 의해 주 축 Ox에 대해서 회전한다. 그러므로, 제2 모터(61, 63)는 주 축 Ox와 항상 직교하면서 주 모터에 의해 주축과 상대적으로 이동되는 주 축 Oy에 대해 소스들을 이동시킨다. 소스들의 위치들간의 충돌을 피하기 위하여, 소스들중 하나는 "북 쪽" 위성과 통신을 하고, 나머지 하나는 "남 쪽" 위성과 통신을 한다. 만약, 하나가 렌즈의 아래를 통과한다면, 두개의 팔 또는 아크의 상대적 재위치(reposition)가 가능하다.
도 6 및 7에 도시된 시스템들은, 집약된 도 3 및 5에 도시된 시스템에 비해 잇점을 갖는다. 또한, 이들은 집중 구형 렌즈를 사용할 때 필요하게 되는, 소스들에 의한 렌즈의 고 각도 광원(high angle of illumination)을 얻기에 더 적합하다.
도 7 및 9에 도시된 소스들의 기계적 조립체를 이용하는, 주 소스들의 앞에 탑재된 증폭기의 연결에 대한 또 다른 실시예에서는,각각의 아크는 도파관이여서 초고주파 신호를 옮길 수 있고, 표준 로터리 조인트(standard rotary joint)는 이러한 아크의 중심(hinge)에 탑재된다. 이러한 배치를 통하면, 신호 손실을 줄일 수 있고, 나아가 증폭기는 주 소스들로 부터 더 먼 거리에 있을 수 있게 된다.
도 10에 도시된 이동 소스의 기계적 지지 조립체의 또다른 실시예에서는, 제1 주 소스(23)이 방위 및 고도 모터(70, 71) 쌍에 의해 이동되고, 제2 주 소스(24)는 X 축 및 Y 축 모터(72, 73) 쌍에 의해 이동된다. 여기서 제1 주 소스의 방위 모터(70)는 전반적인 안테나를 구동한다.
도 11 및 12에 도시된 이동 소스의 기계적 지지 조립체의 또다른 실시예에서는, 각각의 주 소스(23, 24)는 기울어진 회전축(80, 81 및 82, 83)을 갖는 모터 쌍에 의해 이동된다.
각각의 주 소스 지지체는 팔(84, 85) 및 팔뚝(forearm; 86, 87)을 포함하는데, 주 소스(23, 24)는 팔뚝(86, 87)의 자유단(88, 89)에 고정되어 있다. 제1 모터(80, 82)는 수직에 대하여 제1 각도(αO1, αO2) 만큼 오프셋된 기울어진 주 축(O1,O2)주위를 회전하는 팔(84, 85)을 구동한다. 제2 모터(81, 83)는 수직에 대하여 제1 각도(αO1, αO2)보다 더 큰 제2 각도(α'O1, α'O2) 만큼 오프셋된 기울어진 제2 축(O'1,O'2)주위를 회전하는 팔뚝(86, 87)을 구동한다. 각 모터 상의 주 및 제2 축은 수직 축에 대하여 서로 반대편에 위치한다.
그 안에, 집속 렌즈 및 굴절 렌즈 조립체가 수 소스의 지지체와 분리된 별도의 지지체위에 탑재되어 있는 터미널은 상기 조립체의 지지체를 구동하기 위한 부가적인 모터(90)를 더 포함할 수 있어서, 빔들과 실질적으로 평행하기 쉽다.
물론, 본 발명은 본 명세서에 기재된 예들에 한정되지 않고, 예를 들어 주사 능동 안테나와 같은 다른 실시예에도 적용 가능하며, 더 일반적으로는 동일한 결과를 얻기 위하여 동일한 기능들을 구현하고 상기 설명된 수단과 등가인 하나 이상의 수단을 이용하는 어떠한 실시예에도 적용 가능하다. 예를 들어, 지지체위에 탑재된 각각의 주 소스는 초점 구의 적어도 하부 절반위에서 각각의 소스를 이동시키는 적어도 한 쌍의 모터에 의해 이동될 수 있다.
또한, 광학 소자에 대한 실시예에서는, 집속 렌즈 및 굴절 렌즈는 평행 초고주파 빔을 렌즈의 동심원상의 초점 구를 행해 집속시키는 유전체 물질의 고정 초점 구형 렌즈(dielectric material fixed focus sphercal lens) 형식의 단일 렌즈로 대체된다. 안테나의 소스들은 상기 설명된 기계적 시스템에 탑재될 수 있어, 초점 구상에서 이동한다. 소스는 상기 언급된 유형의 뿔과 프린팅된 회로 "패치"(printed circuit "patch")중 하나이다. 도 8a 및 8b에서 처럼, 소스당 하나의 패치가 존재할 수도 있고, 또는 도 7에 도시된 것 처럼 집속 시스템의 어떠한 저하를 보상하기 위해서 패치들이 작은 어레이로 그룹화될 수도 있다. 집적된 패치를 갖는 실시예는 특히, 하나의 목표점이 터미널과 안테나 시스템의 전체 크기에 제한될 수록 소스들을 이동시키는 공간이 더욱 한정되는 이러한 구형 렌즈의 경우에 잇점이 있다.
또한, 그중 하나는 구형 렌즈에 고정형으로 탑재되어 정지 아크내의 위성을 가리키는, 3 개의 소스들을 갖는 시스템을 고려해 볼 수도 있다. 이러한 배치는 두개의 이동 소스들을 요구하는 비-정지 위성을 통한 고속 데이터 비트 레이트에서의 다중 미디어 분야, 또는 이동 소스들을 재위치하기 위하여, 지연이 없이 사용자의 선택에 의해, (심지어 다중 미디어 시스템과 사용되는 주파수 대역이 다르다할 지라도) 정지 위성으로 부터 직접 방송 TV 그림(direct broadcast TV picture)을 수신하는 용도에서는 단일의 안테나를 사용한다.
주 소스들이 연결된 케이블을 대체하는 또 다른 실시예는 신호를 송·수신하는데 광 섬유를 이용하는 것이다. 이 광 섬유는 소스의 이동 추적 및 증폭기 결합에 있어서 유연성이 있다는 잇점을 갖는다. 지지체 자체는 주 소스들을 구동하는 모터의 이동 정보를 전송하는 광 도전체로 사용될 수 있다.
시스템은 (수 백 MHz 대역폭의) 빛을 방출하기 위한 LED 및 광 데이터를 수신하기 위한 광 다이오드를 포함한다. 거울은 광 도전체 튜브를 향해 빛을 송신하기 위해서 아크의 부착 점(attachment point)에 위치한다.
또한, 튜브는 전류를 수신하기 위한 소스 레벨에 두개의 떨어진 도전 트랙 및 접촉기를 가지고 있어서, 주 소스, 증폭기 및 모터로 전류를 전송할 수 있다.
유전체 집속 렌즈(22)는 동일한 기능을 수행하는 다른 렌즈로 대체 가능하다. 이러한 대체 실시예가 도 13 내지 16에 도시되어 있다. 도 13에 도시된 것에 따른 제1 실시예은 유전 안테나를 "구획(zoning)" 즉, 물질의 두께를 제거하는데 있어서, 위상 지연은 구획 전후에 있어서 360 。 의 배수 범위 내의 상수로 유지된다. 영역(93, 94)의 제거에 대응하는 두개의 에지(91, 92)가 형성되어, 렌즈의 부피와 질량을 감소시킨다. 이러한 구획 기법은 구획 에지에서의 반사로 인하여 성능을 감소시키는 단점을 갖고 있어서, 렌즈의 외형의 스텝 수는 가능한 작아져야 한다.
도 14에서 도시된, 집속 렌즈의 제2 실시예는 유전체를 가능한 구획된 도파관 렌즈(22")로 대체한다[도 14는 하나의 스텝(91)을 갖는 안테나(22")를 도시하고 있음]. 이러한 도파관 렌즈는 당업계에 이미 공지되어 있다. 그 원리는 (도파관의 파장이 진공에서의 파장보다 작기 때문에) 1 보다 작은 인덱스를 갖는 렌즈를 합성(synthesize)한다는 것인데, 이는 동일한 집속력에 대해 유전 렌즈와 반대의 굴곡을 가져야 한다. 그러므로, 이 렌즈는 오목 렌즈이다. 이런 선택은 유전 렌즈보다는 더 좁은 대역폭을 갖는다는 단점을 가지고 있지만, 예를 들어 요구된 오목형(concavity)을 갖는 알루미늄 블록을 형성하고 이 블럭에 엇갈지는 배치의 평행 구멍을 직렬로 뚤음으로써 렌즈를 형성한다면, 제조 단가가 훨씬 낮다.
유전 렌즈의 경우에서는, 안테나의 성능을 향상시키기 위하여, 유전체/ 공기 접합면에서의 반사를 줄일 필요가 있다. 따라서, 바람직하게는 1/4 파장 두께의 정합 층이 제공될 수 있다. 예를 들어, 유전율 n의 제곱근에 해당하는 유전율을 갖는 유전체 코딩을 형성할 수 있다. 또다른 실시예는 다수의 막힌 구멍을 1/4 파장 두께까지 뚫어서, 그 밀도가 잔존 유전체 유전율과 구멍속 공기의 유전체의 평균이 유전체의 유전율 n의 제곱근과 같도록 하는 것이다. 이러한 방법은 특정 투과율(permittivity)의 유전체를 "모의 실험(simulating)"하는 것에 상당한 표준 방법이다.
본 명세서는 가장 표준화된 기법인 반구형 돔의 형성에서의 굴절 렌즈에 대해 언급했다. 도 16에 도시된 것 처럼, 짧은 초점 거리를 갖는 하이퍼볼릭(hyperbolic) 또는 파라볼릭 구조을 이용하는 또다른 실시예도 있다. 도 16은 하이퍼볼릭 돔(21), 집속 렌즈(22) 및 구획된 돔 렌즈[스텝(101)은 도면에 도시되어 있음]를 형성에서의 굴절 렌즈(22)를 도시하고 있다. 이는 고 각도로 기울어져(수평선에서 위성의 저 고도) 조명되는 표면 면적을 증가시키고, 따라서 이들 조건하에서 집속 렌즈의 게인이 떨러지는 것을 보상한다. 35 cm 내지 40 cm 높이의 돔 렌즈는 지름 30 cm 의 디스크와 동일한 유용한 복사 표면을 제공한다.

Claims (29)

  1. 안테나에서 보이는 공간을 이동하는 원거리 송수신 시스템(2, 3)과 무선 신호를 송·수신하기 위한 안테나 시스템에 있어서, 상기 원거리 송수신기에서 방출된 유사 평면 파(quasi-plane wave)를 집속하기 위한 렌즈를 포함하고, 상기 수단은 초점 구(focal sphere) S, 및 유사 구형 파 빔의 형태로 신호를 송·수신하기 위한 초점 구위에서 이동가능한 적어도 하나의 주 소스(23, 24)를 포함하되,
    상기 안테나 시스템은
    a) 원 거리 송수신기에 의해 전송 또는 수신된 유사 평면파를 굴절시키기 위한 렌즈 및
    b) 각각의 주 송신/수신 소스의 위치를 원거리 송수신기의 알려진 지점에 슬레이빙(slaving)시키는 수단
    의 결합을 포함하는 것을 특징하는 안테나 시스템.
  2. 터미널과 안테나 시스템에서 보이는 공간상의 상이한 두 지점에 있는 적어도 두 개의 원거리 송수신기 시스템(2, 3)과 무선 신호를 송·수신하기 위한 터미널 및 안테나 시스템에 있어서,
    a) 정해진 시간에 보이는 상기 원거리 송수신기의 지점을 결정하는 수단,
    b) 하나의 원 거리 송수신기를 선택하는 수단,
    c) 적어도 두 개의 주 송신/수신 소스을 포함하는 제1항에 따른 안테나,
    d) 서로 충돌을 방지하기 위해 적용된 초점 구 S상에서 주 송신/수신 소스들의 동작을 제어하기 위한 수단 및
    e) 상기 주 소스들 사이를 스위칭하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 터미널 및 안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 스위칭 시간 동안에 데이터 손실을 복구하는 수단을 더 포함하는 터미널 및 안테나 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주 신호 송수신기 소스(23, 24)가 유사 구형파 빔을 유사 평면파 빔으로 집속하기 위하여, 렌즈(22)의 초점 구 S의 일 부분상을 이동하는 뿔 안테나(horn antenna) 형태를 갖는 유사 구형 파 빔의 형태인 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 주 송수신 소스(23, 24)는 송·수신된 신호를 증폭하기 위한 모듈(41, 46, 47)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유사 평편 파를 유사 구형 파로 집속하기 위한 렌즈(22)는 넓은 주사 범위를 갖는 다중 초점 집중 렌즈(multifocal convergent lens)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 주사 범위는 초점 구 S상으로 주 파형 송·수신 소스(23, 24)를 이동시킴으로써, 집속 렌즈의 회전 대칭 축에 대해 30。 보다 크게 되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 집속 렌즈(22)는 볼록 유전체 렌즈인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 집속 렌즈(22)는 오목 도파관 렌즈인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 집속 렌즈(22)는 "구획된(zoned)" 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 유사 평면 파를 굴절시키는 렌즈(21)는 유전체 돔 렌즈(dielectric dome lens)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 돔 렌즈(21)는 일반적인 반구형(hemispherical)의 전반적인 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 돔 렌즈(21)는 일반적인 파라볼릭(parabolic), 타원형(elliptical) 또는 하이퍼볼릭(hyperbolic) 내부 및 외부 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 굴절 렌즈(21)은 외부 환경으로부터 시스템을 격리시키기 위한 수단을 구성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 굴절 렌즈(21)는 정수리(summit)에서 그 기판으로 갈수록 두께가 증가되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 렌즈(21, 22)중 적어도 하나는 1/4 파 유형 정합 층(quarter-wave type matching layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 정합 층은 렌즈의 유전체의 유전율의 제곱근에 해당하는 유전율을 갖는 유전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 정합 층의 두께는 사용되는 파장의 1/4과 같고, 정합 층에는 렌즈의 유전체의 유전율의 제곱근과 같은 유전율을 만들기에 적합한 뚫는 밀도(density of piercing)를 갖도록 다수의 막힌 구멍이 뚫려 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제2 내지 제18항중 어느 하나의 항에 있어서, 원거리 송수신기는 성단 형상내의 위성들이고, 정해진 시간에 가시 상태의 위성들의 위치를 결정하는 수단은
    정해진 시간에 각각의 위성의 궤도 매개 변수들의 데이터 베이스,
    상기 터미널 및 안테나 시스템에 대한 영토 위치 매개변수를 저장하는 수단,
    초기 궤도 매개변수 및 초기 시간으로 부터 흐른 시간으로 부터 각각의 위성의 현재 위치를 계산하는 소프트 웨어,
    상기 궤도 위치(orbital position)를 상기 터미널 및 안테나 시스템의 위치에서 보이는 각도 영역(angular area)과 비교하는 소프트 웨어, 및
    상기 원거리 송수신기의 궤도 매개변수의 상기 데이터 베이스를 정기적으로 업데이팅하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서, 주 송·수신 소스(23, 24)는 이동하는 원거리 송수신기로부터 수신된 빔의 상대적 지적 에러(pointing error)를 감지하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 초점 구의 적어도 하부 절반상으로 각각의 소스를 이동시키기 위하여, 각각의 주 소스(23, 24)는 지지대에 탑재되어 적어도 하나의 모터 쌍에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 하나의 항에 있어서, 집속 렌즈 및 구형 렌즈의 조립체는 주 소스들의 지지체와 분리된 별개의 지지체에 탑재되고, 상기 조립체의 지지체를 구동하기 위한 추가적인 모터(90)를 더 포함하여 빔으로 실질적으로 평행하게 확장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각각의 주 소스(23, 24)는 방위(azimuth) 및 고도(elevation) 모터(34, 35, 56, 57; 36, 37, 58, 59) 쌍들에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 각각의 주 소스 지지체는 그 위에 주 소스(23, 24)가 고정되어 탑재되는 스윙 수단(30, 31)을 포함하고, 각각의 스윙은 모터 쌍 중 방위 모터(34, 35)에 의해 하나의 축을 따라 이동하는데, 이는 모터 쌍 중 나머지 모터인 경사 모터(inclination motor; 36, 37)에 의해서는 상대적 수직 방향(relative to the vertical)으로 이동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 각각의 주 소스 지지체는 초점 구와 동심원을 이루는 회전 아크를 형성하는 초점 구의 하부의 각각의 절반에 위치하는 팔(50, 51)을 포함하고, 각각의 팔은 모터 쌍의 방위 모터(56, 57)에 의해 방위 방향의 이동을 하며, 각각의 주 소스는 모터 쌍의 나머지 모터(58, 59)에 의해서는 아크를 따라서 이동하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제1항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각각의 주 소스는 X 축 및 Y축 모터 쌍에 의해 이동하는데, 제1 모터는 각각의 주 소스를 수평 제1 축 Ox에 대해서 회전시키고, 제2 모터(61, 63)는 상기 제1 축 Ox와 항상 직교하면서 제1 모터에 의해 상기 제1 축과 상대적으로 이동되는 제2 축 Oy에 대해 각각의 주 소스들을 회전시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제1항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 주 소스(23)는 방위 및 고도 모터(70, 71) 쌍에 의해 이동되고, 제2 주 소스(24)는 X 축 및 Y 축 모터(72, 73) 쌍에 의해 이동하며, 제1 주 소스(23)의 방위 모터(70)는 안테나(1) 전체를 구동시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제1항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각각의 주 소스(23, 24)는 기울어진 회전 축(O1, O2; O'1, O'2)을 갖는 모터 쌍(80, 82; 81, 83)에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 각각의 주 소스 지지체(23, 24)는 팔(84, 85) 및 팔뚝(forearm; 86, 87)을 포함하는데, 주 소스는 팔뚝의 자유단(88, 89)에 고정되어 있고, 제1 모터(80, 82)는 수직에 대하여 제1 각도(αO1, αO2) 만큼 오프셋된 기울어진 제1 축(O1,O2)주위를 회전하도록 팔을 구동하며, 제2 모터(81, 83)는 수직에 대하여 상기 제1 각도(αO1, αO2)보다 더 큰 제2 각도(α'O1, α'O2) 만큼 오프셋된 기울어진 제2 축(O'1,O'2)주위를 회전하도록 팔뚝을 구동하고, 각 모터 쌍의 제1 및 제2 축은 수직 축에 대하여 서로 반대편에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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