KR20010031359A - 통신 시스템용 터미널 안테나 - Google Patents

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KR20010031359A
KR20010031359A KR1020007004358A KR20007004358A KR20010031359A KR 20010031359 A KR20010031359 A KR 20010031359A KR 1020007004358 A KR1020007004358 A KR 1020007004358A KR 20007004358 A KR20007004358 A KR 20007004358A KR 20010031359 A KR20010031359 A KR 20010031359A
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satellites
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칼슨잉마르폴케
본달매그너스
칼스트룀칼안데르스
바라코장-마르크가브리엘루이스
요스텔울프괴란엘머
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클라스 노린, 쿨트 헬스트룀
텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
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Abstract

본 발명은 중심축(ZG)에 대하여 회전 운동하도록 장착된 방위각 턴테이블(12) 상에 가로축(XT)에 대하여 아치형 운동하도록 장착된 상승 테이블(19)을 포함하는 저궤도(LEO) 위성(31, 33, 34, 35)과 통신하는 단말기에 사용하는 저비용 고이득 안테나(11)에 관한 것이다. 페이즈드 어레이 안테나를 형성하는 복수의 안테나 소자가 상승 테이블(19)의 상부에 장착되고, 상승 테이블(19)의 가로축(XT)에 평행하고 이 축을 통해 연장하는 주사면(30)을 갖는다. 안테나(11)는 기계적 및 전자적으로 모두 주사될 수 있고, 2개의 위성(34,35)의 중간 방향으로 조준에 의해 및 두 위성(34, 35)을 모두 통과하는 안테나(11)의 주사면(30)에 의해 안테나(11)의 상승 테이블(19)을 위치 설정함으로써 하나의(LEO) 위성(31, 33, 34, 35)으로부터 다른 위성으로 통화 채널 전환을 실행하는데 사용된다. 통화 채널 전환의 순간에, 안테나 빔(32)은 상기 프로세스 중에 어떠한 데이터 통신의 손실 없이 하나의 위성(31)으로부터 다른 위성(33)으로 전자적으로 주사된다.

Description

통신 시스템용 터미널 안테나{TERMINAL ANTENNA FOR COMMUNICATIONS SYSTEMS}
위성 무선 통신은 다년간 존재하고 있다. 초기에, 그러한 위성은 지구 상의 한 지점에서 다른 이론적으로는 장거리 전화 호출 및 텔레비전 신호로 통신을 경로 설정하기 위해 설계되었다. 예를 들어, 「얼리버드(Early Bird)」 위성이 대서양의 양측 상의 2개의 국을 연결하여 대서양의 반대측의 이벤트의 첫번째 실생활 텔레비전 커버리지를 가능하게 하였다. 이들 초기 위성은 정지 궤도에 위치되었고, 그들의 통신 연결은 비교적 저주파수(및 따라서 긴 파장)이었으며, 각 지구국에서 비교적 긴 직경의 접시형 수신 안테나를 필요로 하였다.
통상적으로, 통신 위성은 3개의 카테고리로 나누어진다. 첫번째 카테고리는 위성들이 지구 상의 동일한 지점에서 정지 상태를 유지하는 것으로 보이도록 지상에서 대략 22000 마일의 지점에 있는 궤도에 위치되는 정지 궤도(GEO) 위성으로 공지되어 있다. 초기의 위성은 모두 이러한 유형이었다. 두번째 유형의 통신 위성은 지상에서 약 8000 마일의 거리에 있는 궤도로 제안된 중간 궤도(MEO) 위성이라 칭해진다. 이러한 지구로부터 위성까지의 짧은 거리는 그러한 위성과의 실시간 통신이 더욱 실용적으로 되도록 신호의 송신 지연을 감소시킨다. 예를 들어, GEO 위성은 지구국으로부터 위성까지 및 위성에서 지구국까지의 왕복 여행에 대략 0.25초를 필요로 하는 반면에, MEO 위성은 동일한 순환을 달성하는데 0.1초 미만을 필요로 한다. 현재 제안되고 있는 세번째 유형의 위성은 저궤도(LEO) 위성이라 칭해진다. 이들 LEO 위성은 지구 터미널 및 위성 사이에서 이동하도록 무선 신호에 대해 비교적 단거리를 제공하는 지상에서 단지 500 내지 1000 마일의 거리에서 지구를 선회하며, 그것에 의해 실시간 음성 및 데이터 통신을 더욱 실용적으로 만드는 대략 0.05초로 송신 지연을 감소시킨다. 또한, 지구국 및 위성 사이의 단거리는 고감도 및 대량 수신 장치에 대한 필요성을 감소시킨다. 미국 공동 경영 회사에 의해 현재 제안되고 있는 「Teledesic」이라 칭해지는 것과 같은 현대의 위성 성좌(constellation) 시스템은 그러한 LEO 위성을 통합한다.
바람직한 LEO 통신 위성 성좌는 성질상 셀룰러이고 고속 이동 인터넷 액세스 뿐만 아니라 고속 비지니스 데이터 통신을 포함하는 대량의 데이터를 조정하도록 의도된다. 그러한 대량의 데이터 처리량은 통신 링크내에 상당히 대량의 대역폭을 필요로 한다. 이러한 대역폭을 얻기 위해, 이들 시스템은 예컨대, Ku 및 Ka 대역에서 비교적 높은 주파수로 동작하도록 요구하고 대략 12-30 GHz의 주파수를 이용한다. 위성 시스템의 동작 주파수를 더 높게 하면, 위성 안테나에 의해 효율적인 사용하는데 유용한 빔이 더 협폭으로 된다는 것이 잘 공지되어 있다. 따라서, 그러한 시스템에서는 수신/송신 안테나를 정확하게 제어하는 것이 매우 중요하다.
예컨대, 몇 GHz의 범위에서 더 낮은 주파수 위성 통신을 이용하면, 위성과의 이동국 통신은 간단한 선형 안테나 구조를 이용할 수 있고 원하는 목적이 달성되는 충분한 효율성을 갖고 통신할 수 있다. 그러나, 매우 높은 주파수에서는, 통신 주사 안테나가 고속 이동 위성을 포착 및 효율적인 통신을 달성 가능하게 하기 위해 각 이동국에 필요하다. 그러한 안테나의 이동국으로의 통합은 다수의 기술적인 장애를 수반한다.
LEO 위성 시스템의 하나의 특성은 하늘을 횡단하는 각 위성의 외관상 운동으로 인해, 이동국이 각 특정 위성과의 통신에 참가할 수 있는 동안의 시간 주기가 비교적 짧고 특수한 사항을 필요로 한다. 예를 들어, 이동국은 위성이 수평선 위로 나타날 때 위성과의 통신 링크를 설정할 수 있어야 하고, 이동국에 전자적으로 볼 수 있어야 하며, 위성이 머리 위로 통과하여 다른 수평선으로 사라질 때 위성을 추적할 수 있어야 한다. 진행하는 위성이 사라지기 전에, 진행하는 위성으로부터 접근하는 위성으로 통신 링크의 효율적인 통화 채널 전환이 존재하면서 양 위성과의 통신 링크가 여전히 양호하도록 이동국의 안테나는 접근하는 위성과의 통신을 설정할 수 있어야 한다. 이러한 문제점에 대한 하나의 해결법은 각 이동국에 2개의 안테나를 제공하는 것이다. 하나는 진행하는 위성이 사라질 때까지 하늘을 횡단하여 진행하는 위성을 추적하고, 제2 안테나는 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 통화 채널 전환이 발생할 때 통신 링크에 어떠한 단절도 존재하지 않도록 접근하는 위성의 출현을 준비하기 위한 것이다. 말할 필요 없이, 각 터미널용의 다중 안테나는 부피가 크고 고가이다.
LEO 위성 통신의 문제점에 대한 다른 해결법은 Jha에게 1997년 7월 22일에 특허 허여되어 Teledesic Corporation에 양도된 「Terrestrial Antennas for Satellite Communication System」이란 명칭의 미국 특허 제5,650,788호에 도시되어 있는 안테나이다. 이 안테나는 전자적으로 주사되는 반구형 페이즈드 어레이(hemispherical phased array) 안테나이다. 그러나, 제안된 큰 데이터 속도를 조정하는데 필요한 높은 이득을 달성하기 위해, 안테나는 다수의 위상 제어된 소자를 가져야 하고, 따라서 비교적 고가이다.
LEO 위성 채널 통화 전환 문제에 대한 또 다른 해결법은 진행하는 위성이 사라지기 직전에 안테나가 회전되어 데이터 스트림의 어떠한 중단 없이 접근하는 위성의 빔에 록(locked)될 수 있도록 몇 개의 소자의 안테나에 매우 고속 기계 주사 메커니즘을 제공하는 것이다. 그러나, 매우 높은 주파수 및 고속으로 이동하는 LEO 위성으로 인해, 이것은 현재의 기술에 의해 제어되는 기계적인 조정 메커니즘이 가능한 범위를 초과하는 속도 및 정확도로 안테나 시스템의 기계적인 동작을 필요로 한다.
이동국의 이동 뿐만 아니라 위성의 이동 모두를 보상하는 능력을 갖는 LEO 위성과 통신하고, 진행하는 LEO 위성에서 접근하는 LEO 위성으로 통화 채널 전환될 때 데이터 통신의 어떠한 손실을 방지하기 위해 충분히 높은 속도로 주사되는 이동국용의 비교적 저가의 고이득 안테나 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명의 시스템은 그러한 요구를 충족시킨다.
본 발명은 전기 통신 시스템에 사용하는 터미널 안테나에 관한 것으로, 특히 저궤도(LEO) 위성 시스템과 통신하는데 적합한 안테나에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 위성 시스템과의 통신에 사용하기 위해 전기적 및 기계적으로 주사되는 터미널 안테나의 사시도.
도 2는 접근하는 LEO 위성과의 통신을 설정하기 위해 도 1의 안테나의 위치 설정을 나타내는 도면.
도 3은 진행하는 LEO 위성이 수평선에 접근할 때 진행하는 LEO 위성과 통신하는 본 발명의 안테나를 도시하는 도면.
도 4는 전자 주사에 의해 진행하는 위성에서 접근하는 위성으로 통화 채널 전환되는 데이터 통신 스트림을 나타내는 본 발명의 안테나를 도시하는 도면.
도 5는 동시에 2개의 별개의 위성과의 데이터 통신을 달성하기 위해 대체 모드에서 동작되는 본 발명의 안테나를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 시스템의 특정 부품을 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명에 통합되어 있는 방법의 특정 양태를 나타내는 플로우차트.
일 양태에서, 본 발명은 중심축에 대하여 양방향으로 회전 운동하도록 장착된 방위각 턴테이블을 가지고, 적어도 2개의 통신 노드와 통신하는 안테나를 포함한다. 상승 테이블이 중심축에 수직인 가로축에 대하여 아치형으로 운동하기 위해 방위각 턴테이블에 장착된다. 이 테이블의 상부 표면은 페이즈드 어레이의 주사면이 가로축에 평행하고 바람직하게는 가로축을 통과하는 면에 위치하는 페이즈드 어레이 안테나를 형성하기 위해 복수의 안테나 소자를 포함한다. 방위각 턴테이블은 중심축에 대하여 회전되고, 상승 테이블은 안테나가 통신하기 위한 2개의 노드가 안테나 소자의 주사면내에 위치하도록 상승 테이블 상에 장착되는 페이즈드 어레이 안테나 소자가 배치될 때까지 가로축에 대하여 아치형으로 운동된다. 상승 테이블상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔은 2개의 노드 중 하나 또는 다른 하나로 선택적으로 지향되도록 전자적으로 주사된다.
이 양태의 일 실시예에서, 적어도 2개의 노드 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 이 노드 중 다른 하나는 성좌의 접근하는 위성이며, 안테나는 진행하는 위성으로부터 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용된다. 이 실시예에서, 안테나의 방위각 턴테이블은 중심축에 대하여 회전되고, 상승 테이블은 통화 채널 전환의 순간에 진행 및 접근하는 위성의 위치가 안테나 소자의 사면내에 위치하고 안테나 소자의 조준이 2개의 위성의 위치의 중간 방향으로 지적하도록 상승 테이블 상에 장착되는 페이즈드 어레이 안테나 소자가 배치될 때까지 가로축에 대하여 아치형으로 이동된다. 상승 테이블 상에 장착되는 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔은 통화 채널 전환의 순간에 진행하는 위성으로부터 접근하는 위성으로 전자적으로 주사된다.
다른 양태에서, 본 발명은 빔이 안테나를 이동시킴으로써 물리적으로 주사될 수 있고 안테나 소자들 사이의 위상 관계를 변경함으로써 전자적으로 주사될 수 있는 안테나와 제1 저궤도(LEO) 위성 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환을 실행하는 것에 관한 것이다. 안테나는 내부에서 안테나 빔이 전자적으로 주사 가능한 표면으로부터 외부로 지향되는 주사면을 갖는다. 통신이 제1 LEO 위성과 설정되고, 그 위성은 안테나의 기계적인 운동 또는 빔의 전자적인 주사 또는 그 조합에 의해 위성이 자체의 궤도에서 이동할 때 안테나의 빔에 의해 추적된다. 제2 위성이 통화 채널 전환시에 나타나는 위치는 예측되고, 안테나는 제1 위성 및 제2 위성의 예측된 위치가 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 통화 채널 전환 전에 물리적으로 배치된다. 안테나의 빔은 통화 채널 전환의 순간에 제1 위성과의 통신을 설정 해제하고 제2 위성과의 통신을 설정하도록 제1 위성에서 제2 위성으로 전자적으로 주사된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기계적으로 및 전자적으로 주사될 수 있는 안테나에 의해 하나의 위성에서 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환을 수행하는 것을 포함한다. 제1 위성은 위성을 추적하기 위해 안테나의 기계적 및/또는 전자적인 주사에 의해 안테나의 조준 지적에 의해 추적된다. 이 위성으로부터의 정보는 후속 통화 채널 전환 시간 및 그 통화 채널 전환 시간에 제2 위성의 위치에 관하여 수신된다. 통화 채널 전환 시간에 제1 위성의 위치가 계산 및 예측된다. 제1 벡터는 통화 채널 전환 시간에 안테나로부터 제1 위성까지 계산되고, 제2 벡터는 통화 채널 전환 시간에 안테나로부터 제2 위성까지 계산된다. 계산된 벡터가 모두 통화 채널 전환 직전에 안테나의 전자 주사면에 위치하고 안테나의 빔이 제2 위성과의 통신을 설정하도록 통화 채널 전환 시간에 상기 제1 위성으로부터 제2 위성으로 전자적으로 주사되게 하기 위해, 안테나가 기계적으로 배치된다. 이어서, 제2 위성이 안테나의 기계적 및/또는 전자적인 주사를 사용하여 조준 지적에 의해 추적된다.
모든 안테나는 지향성이 있고, 다른 방향보다는 임의의 방향으로 더 많은 전력을 송신 또는 수신한다. 최대 송신 또는 수신의 방향은 안테나의 RF 조준 방향이라고 칭해진다. 안테나의 지향성 성질은 상대 방사 전력 대 방향의 모식적인 표시인 안테나의 방사 패턴에 의해 설명된다. 방사 패턴은 또한 자체내에 3차원 공간의 가장 큰 돌출부가 빔을 구성하고 그를 통해 안테나가 대부분의 전력을 방사 및/또는 수신하는 돌출부 구조를 나타낸다.
전자기파는 벡터량, 즉, 전자기파는 편파된다. 안테나에 의해 발산된 바람직한(원하는) 편파는 공동 편파(co-polarization)라 칭해지지만, 수직 편파는 교차 편파라 칭해진다.
위성의 협폭 빔에 따르는 하나의 기술은 안테나를 물리적으로 주사하는, 즉, 안테나의 빔이 위성으로부터의 신호와 정렬하도록 안테나를 기계적으로 지적하는 것이다. 대안은 수신 또는 송신된 신호가 페이즈드 어레이를 형성하도록 서로 정확한 전기 관계(위상)로 존재하는 방식으로 큰 영역 상에 배치된 다수의 작은 안테나로 이루어지고 이들 안테나를 접속하는 안테나를 형성하는 것이다. 어레이내의 각 개별 안테나는 소자라고 칭해진다. 안테나의 빔을 특정 방향으로 이동시키는 것은 주사라고 칭해진다. 안테나를 주사하는 하나의 방법은 안테나를 기계적으로 이동시키는 것에 의한 것인 반면, 페이즈드 어레이 안테나는 자체의 소자의 페이징을 변경시킴으로써 전기적으로 주사될 수 있다. 본 발명의 안테나는 상기 두가지 기술 모두에 의해 주사될 수 있다. 전기 주사가 적용되지 않을 때의 빔의 방향은 기계적인 조준 또는 간단히 조준이라 칭해진다. 또 다른 대체 개념은 반사 안테나내의 피드(feed)로서 페이즈드 어레이를 사용하는 것이다.
전술한 바와 같이, LEO 위성은 자체들간의 통신이 종래의 GEO 위성 또는 제안된 바 있는 MEO 위성과는 매우 다른 특정 특성을 가진다. 예를 들어, 하늘을 횡단하는 외관상 운동이 매우 고속이고, 신뢰성 있는 통신을 유지하기 위해 위성과 계속 접촉하도록 매우 고속으로 동작하는 지구 기지 터미널 상에 안테나를 필요로 한다. 그 결과, 이동국은 지구 표면을 횡단하여 이동하고, 이것이 안테나를 제어하는 것을 더욱 어렵게 하는 문제를 야기한다.
지구의 표면을 횡당하는 외관상 운동을 하는 위성과 통신하는 안테나는 자체의 빔을 이동시키고 위성과의 양호한 통신을 유지하기 위해 주사되어야 한다. 상기 논급된 바와 같이, 이러한 주사는 안테나의 여러 축들이 빔, 즉, 위성으로의 및 위성으로부터의 통신 빔과 직접 정렬하여 안테나의 감도의 중앙 돌출부를 유지하기 위해 회전 및 아치형 경로에서 이동되는 기계적인 주사 또는 상이한 안테나 소자의 위상 관계를 변경시킴으로써 전자적인 주사일 수 있다. 인터넷 통신과 같은 특정의 매우 고속 데이터 응용에 있어서, 매우 높은 동작 주파수가 이들 높은 데이터 처리량 목적을 달성하기에 충분한 대역폭을 얻기 위해 요구된다. 예컨대, 대략 20-30 GHz의 Ka 대역의 매우 높은 동작 주파수는 위성으로 및 위성으로부터의 통신 빔이 매우 협폭인 환경을 정의한다. 즉, 감도의 존(zone of sensitivity)은 예컨대, 대략 2 도 이하의 매우 작은 값이다. 이것은 위성과의 높은 통신 효율도를 가지기 위해 안테나의 빔이 위성의 방향과 매우 정확하게 정렬되어 계속적으로 재배치되는 것을 필요로 한다.
본 발명의 안테나 시스템은 저궤도 위성 통신과 관련하여 사용하는 터미널 안테나의 바람직한 응용의 문맥에서 이해 설명되지만, 안테나 시스템은 다수의 상이한 통신 응용에 이용될 수 있는 유리한 특성을 가진다. 예를 들어, 안테나 시스템은 (1) 고정 또는 이동 지상 터미널 및 위성, 비행기 및 UAV 상의 노드; (2) 비행기 상의 터미널, UAV 및 위성 상의 노드; 및 (3) 하나의 위성 상의 터미널 및 다른 위성 상의 노드용으로 사용될 수 있다. 본 발명의 안테나 시스템은 터미널이 2 이상의 상이한 노드 사이에서 스위치할 수 있게 하거나, 특히 터미널 및 노드가 서로에 대해 이동하고 있는 경우에 동시에 2 이상의 노드와 통신할 수 있게 한다.
도 1을 먼저 참조하면, 본 발명의 시스템에 통합되어 있는 유형의 안테나 구조가 도시되어 있다. 안테나(11)는 한쌍의 이격된 직립 베어링판(13, 14)이 상부에 장착되어 있는 방위각 턴테이블(12)을 통합하고 있다. 각 베어링판(13, 14)은 각각 베어링(15, 16)을 장착한다. 장착 샤프트(shaft)(17)가 베어링(15, 16)내의 대향 단부에서 각각 회정하기 위해 저널링되고(journaled), 그 중심부에 단단하게 부착된 직립 장착판(18)을 가진다. 상승 테이블(19)이 장착판(18)의 상부에 장착되어 단단하게 고정된다. 상승 테이블(19)의 상부 표면은 그리드형 어레이에 장착되어 페이즈드 어레이 안테나에 전기 접속되는 복수의 안테나 소자(21)를포함한다. 신호 커플러(22)가 안테나 어레이(21)로부터 위성으로 무선 신호를 송신할 뿐만 아니라 위성으로부터 신호를 수신하기 위해 시스템(도시 생략)의 수신 및 송신 회로로부터 직립판(18) 및 상승 테이블(19)을 통해 복수의 소자(21)로 접속된다.
고정된 지상 좌표계가 기준 좌표 XG/YG/ZG로 정의된다. 방위각 턴테이블(12)은 XG-YG평면에서 ZG축에 대하여 양방향으로 회전될 수 있다. 즉, 방위각 테이블(12)은 아치(24)로 표시된 2개의 방향 중 어느 하나로 회전될 수 있다. 상승 테이블(19)은 방위각 턴테이블(12) 상에 위치되고 좌표계 XT/YT/ZT내에 위치한다. 회전 장착 샤프트(17)는 상승 테이블(19)의 상부 표면 상의 모든 점들이 YT/ZT로 정의된 평면에 평행한 평면내에서 아치형으로 이동하도록 상승 테이블(19)이 축 XT에 대하여 회전되게 한다. 안테나 좌표계 XA/YA/ZA는 회전 표면에 고정된 것으로 정의된다. ZA는 기계적인 조준에 의해 정렬되고 XA는 XT에 평행하다.
상기 간략하게 설명되어 있는 바와 같이, 모든 안테나는 돌출 구조를 나타내는 방사 패턴을 가지며, 여기에서 3차원 공간의 가장 큰 돌출부가 빔을 구성하여 안테나가 대부분의 전력을 방사 및/또는 수신한다. 통상적으로, 피크 신호 레벨 주위의 1/2 전력 포인트의 자취(locus)는 안테나의 메인 빔의 주변이 되도록 취해진다. 위성을 추적하기 위해 안테나의 빔을 이동시키는 프로세스는 예컨대, 주사라고 칭해진다. 페이즈드 어레이 안테나의 빔은 안테나의 소자(21)의 물리적인 방향을 이동시킴으로써 빔을 기계적으로 이동시키거나 각각의 안테나 소자(21) 사이의 위상 관계를 변경시킴으로써 빔을 전자적으로 주사함으로써 주사될 수 있다. 본 발명의 안테나에서, LEO 위성과 통신하기 위해 조정하는 무선 신호의 주파수는 Ka 대역의 범위에서 대략 20-30 GHz로 매우 높다. 본 발명의 안테나의 빔은 이동하는 위성에 대하여 안테나 어레이(21)의 방향을 변경시키기 위해 상승 테이블(19)을 이동시키고 방위각 테이블(12)을 기계적으로 회전시킴으로써, 그리고 안테나 소자의 상대적인 위상 관계를 변경시킴으로써 안테나 소자(21)의 전자적인 주사에 의해 주사될 수 있다.
도 2를 참조하면, 수평선 상으로 안테나(11)의 가시권내로 접근한 LEO 위성(31)과 데이터 통신하는 본 발명의 안테나(11)가 도시되어 있다. 가시권내로 접근한 그러한 위성은 접근하는 위성이라고 칭해진다. 도 2에는, 방위각 테이블(12) 및 상승 테이블(19)이 위성(31)에 빔을 지향시키기 위해 전자적으로 주사되는 안테나(11)의 빔(32) 및 위성(31)에 대하여 어떻게 위치될 수 있는지가 도시되어 있다. 본 발명의 안테나(11)의 전자 주사면(30)(도 1)은 상승 테이블(19)의 상부 표면에 수직이고 각 ZA및 XA가 위치하는 평면에 평행한 평면이다. 주사면(30)이 장착 샤프트(17)의 가로축 XA에 더 평행하게 될수록, 그 결과는 더욱 좋아진다. 안테나의 빔은 이 주사면(30)내에서 특정 각도 범위를 통해 전자적으로 주사될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 안테나의 빔은 이 빔이 위성에 계속적으로 지향되도록 위성(31)이 안테나(11) 상을 통과할 때 계속적으로 재배치될 수 있다. 이러한 주사는 방위각 턴테이블(12)의 회전 및 장착 로드(17)를 통과하는 XT축에 대하여 상승 테이블(19)의 각운동에 의해 전자적인 주사 또는 기계적인 주사 중 하나, 또는 위성이 머리 위를 통과할 때 위성(31)에 빔이 계속적으로 지향되게 하기 위해 상기 둘의 조합에 의해 에 의해 실행될 수 있다. 바람직하게는, 필수적인 것은 아니지만, 안테나(11)의 조준은 효율성을 최대화하기 위해 최대한의 시간 동안 안테나가 위성과 통신하도록 위성에 직접 지적된다. 안테나(11)가 안테나의 빔을 위성을 향해 지향시키는 전자적인 주사에 의존하는 중요한 때는 후술하는 바와 같이, 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 통신의 통화 채널 전환의 직전, 중 및 직후이다.
도 3을 참조하면, 빔이 접근하는 위성으로부터 진행하는 위성으로 변경할 때 위성(31)에 지향되는 빔(32)을 유지하기 위해 기계적 및 전기적인 주사 모두에 의해 안테나(11)가 어떻게 계속적으로 주사되는지가 도시되어 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 위성(31)은 원거리 수평선 상에서 안테나(11)의 가시권을 벗어날 준비를 하고 있고, 다른 접근하는 위성(33)은 근거리 수평선 상에서 가시권내로 접근하고 있다. 도 3에 전체적으로 도시되어 있는 이러한 포인트, 즉, 진행하는 위성이 가시권으로부터 사라지고 접근하는 위성이 가시권내로 접근하는 포인트는 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 위성 통신의 통화 채널 전환의 관점에서 매우 중요한 포인트이다. 통화 채널 전환은 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 안테나(11)의 빔을 이동시키는 전이에서 데이터 통신의 손실이 전혀 없도록 극도로 고속으로 실행되어야 한다. 본 발명의 시스템에서는, 이것이 진행하는 위성(31)에 대하여 위치 설정되는 안테나(11)를 가짐으로써 달성되므로, 빔(32)은 위성과 여전히 통신하면서 안테나(11)의 주사면은 접근하는 위성(33)이 또한 주사면내에 있도록 위치 설정된다. 바람직하게는, 필수적인 것은 아니지만, 안테나(11)의 조준은 통화 채널 전환의 순간에 진행 및 접근하는 위성의 각 위치를 정의하는 벡터의 중간의 측위 벡터로 물질적으로 주사된다. 안테나는 바람직하게는 통화 채널 전환 직전에 이 위치로 물리적으로 지적된다. 중요한 포인트는 진행 및 접근하는 위성이 모두 통화 채널 전환의 순간에 안테나(11)의 전자 주사면(30)내에 있어야 하므로, 순수하게 전자 주사가 통화 채널 전환을 효율적으로 하는데 사용될 수 있다는 것이다.
안테나(11)가 일부분을 형성하는 무선 통신 시스템의 회로는 후속 접근 위성이 수평선 상에 나타나는 정확한 위치를 위성 시스템으로부터의 비컨 신호(beacon signal)에 의해 표시한다. 이러한 지식은 LEO 위성의 성좌를 포함하는 위성의 이동이 지구의 표면 상에서 이동하는 규칙성에 기초한다. 따라서, 안테나(11)는 회전 방향(24) 뿐만 아니라 상승 방향(23)에 의해 기계적으로 이동될 수 있으므로, 상승 테이블(19)의 주사면(30)이 진행하는 위성(31) 및 접근하는 위성(33)을 모두 포함한다. 통화 채널 전환의 지정된 시간에, 접근하는 위성이 명확하게 안테나와의 양호한 통신을 제공하기에 충분한 가시권내에 있고, 진행하는 위성(31)이 신뢰할 수 있는 통신을 위해 충분히 가시적일 때, 안테나(11)는 진행하는 위성(31)으로부터 접근하는 위성(33)으로 안테나 빔(32)을 이동시키기 위해 주사면(30)을 통해 전자적으로 주사된다. 이 포인트에서의 주사는 진행하는 위성(31)과의 통신을 차단하고 접근하는 위성(33)과의 통신을 생성하는 시간 주기가 데이터 통신이 손실되지 않을 만큼 짧아야 하므로, 모두 전자적이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 안테나의 주사면(30)내에 위치하는 아치(40)를 통해 안테나(11)의 빔(32)을 전자적으로 주사함에 의한 이러한 전이는 통신이 손실되지 않을 정도로 충분히 고속으로 실행될 수 있다. 이어서, 빔(32)은 위성이 안테나(11)의 기계적인 이동 뿐만 아니라 주사면을 통한 빔(32)의 전자적인 이동 모두에 의해 하늘을 횡단하여 이동할 때, 위성(33)을 추적하기 위해 주사될 수 있다. 전술한 바와 같이, 안테나(11)는 바람직하게는 필수적인 것은 아니지만, 기계적으로 재배치되어, 안테나의 조준이 통신하고 있는 위성과 정렬된다.
도 1에 도시되어 있는 유형의 안테나에서는, 원형 편파가 가정된다. 안테나 어레이가 선형 편파로 방사 및/또는 송신되고 있는 경우, 그 어레이는 주사면 회전 중에 전체적인 선형 편파를 유지하기 위해 선형 편파를 회전시킬 수 있어야 한다.
도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 유형의 단일 전기 조종 빔을 이용하면, 2개의 위성과의 통신 사이의 순간적인 채널 전환이 데이터의 손실 없이 달성될 수 있다. 또한, 주사면을 따르는 RF 추적이 이용되는 경우, 수직면에서의 RF 추적이 주사면을 90도만큼 간단히 회전시킴으로써 달성된다. 더욱이, 전자 주사에 부가하여 주사면(30)의 회전은 측면 돌출부 및 교차 편파 패턴이 주사면과 함께 회전되기 때문에, 신호 대 간섭비를 향상시키는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예는 도 5에 도시되어 있고, 2개의 독립적인 전기 제어 빔(32, 42)이 2개의 위성(34, 35) 사이에서 동시에 통신하는데 사용딘다. 이것은 2 세트의 피드 네트워크 및 2 세트의 RF 전자 장치를 상기 시스템에 설치하고 안테나(11)의 방위각 턴테이블(19)을 조종함으로써 달성되므로, 안테나 주사면(30)이 안테나(11) 및 위성(34, 35) 모두에 의해 스패닝되는 면과 일치한다. 이것은 본 발명의 안테나(11)의 단일 주사면(30)내에 2개의 독립적인 빔의 전자 주사의 부가적인 특징이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 안테나의 제어 및 신호 소자를 모두 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 안테나는 RF 전자 장치(53)에 전자적으로 접속되는 방사 개구(52)를 포함한다. RF 전자 장치(53)는 본 발명에 통합되어 있는 페이즈드 어레이 안테나 뿐만 아니라 분배 네트워크(54)에 RF 신호를 제공하는데 필요한 다른 전자 장치에 대한 빔 주사 제어를 포함한다. RF 분배 네트워크(54)는 송신 및 수신 전자 장치(55)에 접속된다.
RF 전자 장치(53)는 또한 본 발명의 안테나의 기계적 및 전자적인 주사를 제어하기 위해 여러가지 측위 알고리즘을 계산 및 사용하는데 필요한 프로세서 및 다른 소자를 모두 포함하는 제어 유닛(61)에 접속된다. 예를 들어, 제어 유닛(61)의 하나의 출력은 페이즈드 어레이가 현재 위치 설정되는 주사 각도를 나타내는 파라미터 「C」를 포함한다.
제어 유닛(61)은 또한 턴테이블 제어 전자 장치(62)에 접속되어, 본 발명에 따라서 안테나를 원하는 위치에 물리적으로 위치 설정하고, 제어 전자 장치(62)가 턴테이블(63)을 회전시킬 수 있게 하며, 안테나의 물리적인 각 측위를 정의하는 파라미터 「A」 및 「B」를 생성한다. 위성으로부터의 RF 신호는 정확한 통화 채널 전환(HO) 시간 뿐만 아니라 통화 채널 전환의 순간에 접근하는 위성(S2)의 정확한 위치를 정의하는 주기적으로 송출되는 정보를 포함하는 비턴 신호를 포함한다. 이러한 정보는 후술하는 바와 같이 처리하기 위해 제어 유닛(61)으로 송출된다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 안테나 시스템이 본 발명의 방법에 따라서 동작할 수 있는 하나의 방법을 설명하는 플로우차트가 도시되어 있다. 71에서, 상기 시스템은 본 발명의 안테나의 2개의 턴테이블축을 사용하여 지적하는 조준에 따라 진행하는 위성(S1)을 추적한다. 72에서, 상기 시스템은 통화 채널 전환의 순간에 접근하는 위성(S2)의 위치 및 정확한 통화 채널 전환 시간에 대하여 위성으로부터의 정보를 수신한다. 상기 시스템은 위성(S1)으로부터 수신된 데이터를 비컨 신호로 취하고, 그 정보를 통화 채널 전환의 시간에 진행하는 위성(S1)의 위치를 계산 및 예측하는데 사용한다. 이어서 74에서, 상기 시스템은 벡터 [G-S1] 및 [G-S2], 즉, 통화 채널 전환의 순간에 각각의 진행 및 접근하는 위성(S1 및 S2)의 각각의 안테나(11)로부터의 2개의 벡터 좌표를 계산한다. 또한, 74에서, 상기 시스템은 통화 채널 전환의 순간에 위성(S1 및 S2) 사이에 지향되는 중간 위치 벡터인 벡터 [G-S1]+[G-S2]를 계산하지만, 위성(S1 및 S2) 및 중간 벡터는 안테나(11)의 주사면(30)내에 위치한다. 이어서 74에서, 상기 시스템은 중간 위치 벡터가 정확하게 계산되도록 AHO=A 및 BHO=B를 계산한다. 이들 파라미터는 각각 2개의 각도이고, 이들 파라미터를 통해 방위각 턴테이블(12) 및 상승 테이블(19)이 통화 채널 전환의 순간에 중간 벡터의 방향으로 지적되게 하기 위해 각각의 기준 위치로부터 이동되어야 한다. 2개의 각도(C1 및 C2)는 안테나가 2개의 위성(S1 및 S2)를 향해 지향되도록 이동하여야 하는 안테나의 조준 방향으로부터의 각 편차이다. 안테나가 중간 벡터의 방향으로 위치 설정될 때, C1=C2이다. 중간 벡터 [G-S1]+[G-S2]의 방향으로 안테나의 조준을 지적하는 것은 사용 가능한 주사 각도를 최대화시키며, 이를 통해 안테나가 통화 채널 전환시에 전자적으로 주사될 수 있다.
이어서 75에서, 상기 시스템은 AHO를 향해 가장 가까운 방향으로 각도 방향 A로 방위각 턴테이블(12)를 스텝(step)하기 시작한다. 76에서, 상기 시스템은 S1이 주사면에 남아 있도록 상승 테이블(19)을 각도 방향 B로 스텝시킨다. 77에서, 상기 시스템은 주사 각도 C가 빔이 위성(S1)을 향해 계속적으로 지적되도록 유지하기 위해 안테나 빔을 이동시킨다. 이들 3개의 단계(75-77)는 안테나의 기계적인 이동 중에 안테나의 빔이 위성으로부터의 신호와 계속적으로 정렬된 상태를 유지하도록 반복적으로 실행된다. 78에서, 상기 시스템은 A가 AHO와 동일하고 B가 BHO와 동일하며 시간이 THO(통화 채널 전환 시간)과 동일한지의 여부를 질의한다. 동일하지 않은 경우, 상기 시스템은 75로 반복적으로 복귀하고, 일련의 단계 75-77을 통해 78에서 안테나가 중간 벡터 [G-S1]+[G-S2]의 방향으로 물리적으로 지적되고 응답이 yes가 되도록 안테나가 적절히 위치 설정될 때까지 이동한다. 이 때, 안테나는 중간 벡터를 향해 지적되고 있고, 벡터 [G-S1] 및 [G-S2]는 통화 채널 전환의 순간에 2개의 위성의 위치를 정의하며, 안테나(11)의 전자 주사면(30)내에 위치한다. 이어서 79에서, 상기 시스템은 S1(진행하는 위성)으로부터 S2(접근하는 위성)으로의 통화 채널 전환의 순간에 안테나의 빔을 전자적으로 주사한다. 이어서 81에서, 상기 시스템은 S2를 향해 가장 가까운 방향으로 각도 방향 A로 방위각 턴테이블(12)을 스텝시키고; S2가 주사면(30)에 남아 있도록 상기 시스템이 각도 방향 B로 상승 테이블(19)을 스텝시키는 82로 이동하며; 안테나가 S2를 향해 계속 지적하도록 상기 시스템이 각도 C를 통해 안테나 빔을 주사하는 83으로 이동한다. 이들 3개의 단계 81-83은 안테나(11)의 빔이 위성(S2)으로부터의 신호와 적절히 정렬한 상태를 유지하도록 반복적으로 또한 실행된다. 84에서, 상기 시스템은 안테나의 조준이 S2를 향해 지적하고 있는지의 여부를 질의한다. 지적하고 있지 않은 경우, 상기 시스템은 81로 복귀하여, 84에서 응답이 yes가 될 때까지 단계 81-83의 시퀀스를 통해 반복적으로 순환을 계속한다. 이어서, 위성(S2)은 위성(S1)이 되고, 통화 채널 전환이 완료된다.
본 발명의 시스템은 바람직하게는 필수적인 것은 아니지만, 안테나가 바람직하게는 가능한 장시간동안 통신하고 있는 위성과의 조준 정렬 상태를 유지하는 것에 유의하라. 이것은 위성으로 및 위성으로부터 가장 효율적인 통신을 가능하게 한다. 도 7의 플로우차트에 나타낸 통화 채널 전환 절차는 바람직하게는 안테나를 진행 및 접근하는 위성 사이의 중간 위치로 위치 설정하여 통화 채널 전환의 순간에 하나로부터 다른 하나로 전자적으로 주사하는데 필요한 시간으로 결정된 통화 채널 전환의 순간 직전의 최종 순간에 실행된다. 이 기술은 필수적인 것은 아니지만, 가능한 한 장기간동안 위성과의 데이터 통신의 최대의 정확도를 보장하기 위해 선호된다.
본 발명의 방법 및 장치의 바람직한 실시예가 첨부한 도면에 도시되고 전술한 설명에서 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않고, 첨부하는 청구 범위에서 나타내고 한정된 바와 같은 발명의 사상을 벗어남 없이 다수의 재배열, 변형 및 치환이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (31)

  1. 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나에 있어서:
    중심축에 대하여 양방향으로 회전 운동하도록 장착된 방위각 턴테이블과;
    상기 방위각 턴테이블 상에 장착되어 상기 중심축에 수직인 가로축에 대하여 아치형 운동하는 상승 테이블을 포함하고, 상기 테이블의 상부 표면은 페이즈드 어레이의 주사면이 상기 가로축에 평행한 평면내에 위치하는 페이즈드 어레이 안테나를 형성하도록 복수의 안테나 소자를 포함하며;
    상기 2개의 노드와 함께 상기 안테나가 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고, 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 수단과;
    상기 2개의 노드 중 하나 또는 다른 하나로 선택적으로 지향되도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔을 전자적으로 주사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 노드 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 상기 노드 중 다른 하나는 성좌의 접근하는 위성이며, 상기 안테나는 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용되고, 상기 안테나는:
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행 및 접근하는 위성의 각각의 위치가 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하고, 상기 안테나 소자의 조준이 상기 2개의 위성의 위치의 중간 방향으로 지적하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 이동시키고, 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 테이블을 회전시키는 수단과;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔을 전자적으로 주사하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 2 세트의 피드 네트워크 및 2개의 독립적인 안테나 빔을 제어하는 2 세트의 전자 장치를 포함하고, 상기 안테나는:
    상기 2개의 노드 중 별개의 하나를 추적하기 위해 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 상기 2개의 독립적인 빔의 각각을 전자적으로 주사하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 노드 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 상기 노드 중 다른 하나는 성좌의 접근하는 위성이며, 상기 안테나는 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용되고, 상기 안테나는:
    통화 채널 전환이 실행되는 시간 및 통화 채널 전환의 순간에 접근하는 위성의 위치를 나타내는 통화 채널 전환 정보를 상기 진행하는 위성으로부터 수신하는 제어 유닛과;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 안테나로부터 상기 진행하는 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환의 순간에 상기 접근하는 위성의 벡터 방향을 상기 통화 채널 전환 정보로부터 계산하는 프로세서 수단과;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행 및 접근하는 위성 모두의 벡터 방향이 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하고, 상기 안테나 소자의 조준이 상기 2개의 위성의 위치의 중간 방향으로 지적하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 이동시키고, 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 테이블을 회전시키는 수단과;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔을 전자적으로 주사하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 2개의 위성 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 상기 위성 중 다른 하나는 상기 성좌의 접근하는 위성이며, 상기 안테나는 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용되고:
    상기 프로세서 수단은 통화 채널 전환의 순간에 상기 안테나로부터 상기 진행하는 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환의 순간에 상기 접근하는 위성으로의 벡터 방향으로부터 2개의 상기 벡터 방향의 합인 중간 벡터 방향을 계산하며;
    상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 상기 수단은 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 재배치될 때까지 상기 안테나 소자의 조준이 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 상기 안테나 빔을 전자적으로 주사하기 직전에 상기 계산된 중간 벡터의 방향으로 지적하도록 하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    통신 채널이 방금 통화 채널 전환된 상기 접근하는 위성과 직접 정렬하는 방향으로 상기 안테나 소자의 조준이 지적하도록 통화 채널 전환 직후에 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 안테나.
  7. 2개의 저궤도 위성과 통신하는 안테나에 있어서:
    중심축에 대하여 양방향으로 회전 운동하도록 장착된 방위각 턴테이블과;
    상기 방위각 턴테이블 상에 장착되어 상기 중심축에 수직인 가로축에 대하여 아치형 운동하는 상승 테이블을 포함하고, 상기 테이블의 상부 표면은 페이즈드 어레이의 주사면이 상기 가로축에 평행한 평면내에 위치하는 페이즈드 어레이 안테나를 형성하도록 복수의 안테나 소자를 포함하며;
    상기 안테나용의 2개의 독립적인 빔을 정의하기 위해 상기 안테나 소자에 접속된 2 세트의 주사 전자 장치 및 상기 안테나 소자에 대한 2 세트의 피드 네트워크와;
    상기 2개의 위성과 상기 안테나가 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 수단과;
    상기 2개의 위성의 각각을 향해 지향되도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 상기 2개의 독립적인 빔의 각각을 독립적으로 전자적으로 주사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2개의 저궤도 위성과 통신하는 안테나.
  8. 안테나의 빔이 안테나를 이동시킴으로써 물리적으로 주사될 수 있고 안테나 소자들 사이의 위상 관계를 변경시킴으로써 전자적으로 주사될 수 있으며, 상기 안테나 빔이 전자적으로 주사될 수 있는 표면으로부터 외부로 지향되는 주사면을 갖는 안테나와 제1 저궤도(LEO) 위성 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환을 실행하는 방법에 있어서:
    제1 LEO 위성과의 통신을 설정하고, 제1 LEO 위성이 안테나의 기계적인 이동 또는 빔의 전자적인 주사 또는 그 조합에 의해 자체의 궤도내에서 이동할 때 상기 안테나의 빔에 의해 상기 위성을 추적하는 단계와;
    통화 채널 전환시에 상기 제2 위성의 위치를 예측하는 단계와;
    상기 제1 위성 및 제2 위성의 예측된 위치가 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 단계와;
    상기 통화 채널 전환시에 제1 위성과의 통신을 설정 해제하고 제2 위성과의 통신을 설정하도록 상기 제1 위성으로부터 상기 제2 위성으로 안테나의 빔을 전자적으로 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 위성으로부터 제2 위성으로 통화 채널 전환이 발생하는 시간 및 통화 채널 전환시에 상기 제2 위성의 위치를 특정하는 통화 채널 전환 정보를 상기 제1 위성으로부터 수신하는 단계와;
    통화 채널 전환시에 상기 제1 위성의 위치를 계산하는 단계를 더 포함하고;
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 단계는 상기 제1 위성의 상기 계산된 위치 및 통화 채널 전환시에 제2 위성의 위치가 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 안테나를 위치 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    통화 채널 전환시에 안테나로부터 제1 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환시에 제2 위성으로의 벡터 방향을 수신된 통화 채널 전환 정보로부터 계산하는 단계를 더 포함하고;
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 단계는 통화 채널 전환시에 상기 제1 및 제2 위성의 상기 벡터 방향이 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 안테나를 위치 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    통화 채널 전환시에 안테나로부터 제1 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환시에 제2 위성으로의 벡터 방향으로부터 다른 2개의 벡터 방향의 합을 포함하는 중간 벡터 방향을 계산하는 단계를 더 포함하고;
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 단계는 통화 채널 전환시에 상기 제1 및 제2 위성의 상기 벡터 방향이 모두 안테나의 주사면내에 위치하고 안테나의 조준이 상기 중간 벡터의 방향으로 지적하도록 안테나를 위치 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    통화 채널 전환 직후에 안테나 조준이 제2 위성과 직접 정렬하도록 제2 위성으로 안테나를 위치 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 단계는 중심 회전축 및 가로 경사축의 각각에 대하여 안테나의 증가 및 반복적인 이동과 안테나 빔의 전자적인 주사를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 방법.
  14. 안테나의 빔이 안테나를 이동시킴으로써 물리적으로 주사될 수 있고 안테나 소자들 사이의 위상 관계를 변경시킴으로써 전자적으로 주사될 수 있으며, 상기 안테나 빔이 전자적으로 주사될 수 있는 표면으로부터 외부로 지향되는 주사면을 갖는 안테나와 제1 저궤도(LEO) 위성 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환을 실행하는 시스템에 있어서:
    제1 LEO 위성과의 통신을 설정하고, 제1 LEO 위성이 안테나의 기계적인 이동 또는 빔의 전자적인 주사 또는 그 조합에 의해 자체의 궤도내에서 이동할 때 상기 안테나의 빔에 의해 상기 위성을 추적하는 수단과;
    통화 채널 전환시에 상기 제2 위성의 위치를 예측하는 수단과;
    상기 제1 위성 및 제2 위성의 예측된 위치가 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 수단과;
    상기 통화 채널 전환시에 제1 위성과의 통신을 설정 해제하고 제2 위성과의 통신을 설정하도록 상기 제1 위성으로부터 상기 제2 위성으로 안테나의 빔을 전자적으로 주사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 위성으로부터 제2 위성으로 통화 채널 전환이 발생하는 시간 및 통화 채널 전환시에 상기 제2 위성의 위치를 특정하는 통화 채널 전환 정보를 상기 제1 위성으로부터 수신하는 수단과;
    통화 채널 전환시에 상기 제1 위성의 위치를 계산하는 수단을 더 포함하고;
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 수단은 상기 제1 위성의 상기 계산된 위치 및 통화 채널 전환시에 제2 위성의 위치가 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 안테나를 위치 설정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    통화 채널 전환시에 안테나로부터 제1 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환시에 제2 위성으로의 벡터 방향을 수신된 통화 채널 전환 정보로부터 계산하는 수단을 더 포함하고;
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 수단은 통화 채널 전환시에 상기 제1 및 제2 위성의 상기 벡터 방향이 모두 안테나의 주사면내에 위치하도록 안테나를 위치 설정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    통화 채널 전환시에 안테나로부터 제1 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환시에 제2 위성으로의 벡터 방향으로부터 다른 2개의 벡터 방향의 합을 포함하는 중간 벡터 방향을 계산하는 수단을 더 포함하고;
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 수단은 통화 채널 전환시에 상기 제1 및 제2 위성의 상기 벡터 방향이 모두 안테나의 주사면내에 위치하고 안테나의 조준이 상기 중간 벡터의 방향으로 지적하도록 안테나를 위치 설정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    통화 채널 전환 직후에 안테나 조준이 제2 위성과 직접 정렬하도록 제2 위성으로 안테나를 위치 설정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 통화 채널 전환 전에 안테나를 물리적으로 위치 설정하는 상기 수단은 중심 회전축 및 가로 경사축의 각각에 대하여 안테나의 증가 및 반복적인 이동과 안테나 빔의 전자적인 주사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나와 제1 및 제2 LEO 위성 사이의 통신 신호의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  20. 기계적 및 전자적으로 주사될 수 있는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환을 실행하는 방법에 있어서:
    위성을 추적하기 위해 안테나의 기계적 및/또는 전자적인 주사에 의해 안테나의 조준 지적에 의해 제1 위성을 추적하는 단계와;
    위성으로부터 후속 통화 채널 전환 시간 및 그 통화 채널 전환 시간에 제2 위성의 위치에 관한 정보를 수신하는 단계와;
    상기 통화 채널 전환 시간에 제1 위성의 위치를 계산 및 예측하는 단계와;
    상기 통화 채널 전환 시간에 안테나로부터 제1 위성으로의 제1 벡터를 계산하는 단계와;
    상기 통화 채널 전환 시간에 상기 안테나로부터 상기 제2 위성으로의 제2 벡터를 계산하는 단계와;
    상기 계산된 벡터가 모두 상기 안테나의 전자 주사면 상에 위치하도록 상기 안테나를 위치 설정하는 단계와;
    상기 제2 위성과의 통신을 설정하기 위해 통화 채널 전환 시간에 상기 제1 위성으로부터 상기 제2 위성으로 전자적으로 주사하는 단계와;
    상기 안테나의 기계적인 주사를 사용하여 조준 지적에 의해 상기 제2 위성을 추적하기 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환 실행 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 벡터 사이의 중간 위치를 정의하는 제3 벡터를 계산하는 단계와;
    상기 안테나가 상기 제3 벡터의 방향으로 지적하기 위해 회전되어야 하는 기계적인 각도를 계산하는 단계와;
    상기 제1 위성과의 통신을 유지하도록 상기 빔 주사 각도를 조정하면서 제1 위성으로부터 제2 위성으로 전자적으로 주사하기 전에 상기 제3 벡터의 방향으로 상기 안테나를 기계적으로 위치 설정하면서 상기 안테나를 반복적으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환 실행 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 중간 벡터는 제1 및 제2 벡터를 합산함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환 실행 방법.
  23. 기계적 및 전자적으로 주사될 수 있는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환을 실행하는 시스템에 있어서:
    위성을 추적하기 위해 안테나의 기계적 및/또는 전자적인 주사에 의해 안테나의 조준 지적에 의해 제1 위성을 추적하는 수단과;
    위성으로부터 후속 통화 채널 전환 시간 및 그 통화 채널 전환 시간에 제2 위성의 위치에 관한 정보를 수신하는 수단과;
    상기 통화 채널 전환 시간에 제1 위성의 위치를 계산 및 예측하는 수단과;
    상기 통화 채널 전환 시간에 안테나로부터 제1 위성으로의 제1 벡터를 계산하는 수단과;
    상기 통화 채널 전환 시간에 상기 안테나로부터 상기 제2 위성으로의 제2 벡터를 계산하는 수단과;
    상기 계산된 벡터가 모두 상기 안테나의 전자 주사면 상에 위치하도록 상기 안테나를 위치 설정하는 수단과;
    상기 제2 위성과의 통신을 설정하기 위해 통화 채널 전환 시간에 상기 제1 위성으로부터 상기 제2 위성으로 전자적으로 주사하는 수단과;
    상기 안테나의 기계적인 주사를 사용하여 조준 지적에 의해 상기 제2 위성을 추적하기 시작하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 벡터 사이의 중간 위치를 정의하는 제3 벡터를 계산하는 수단과;
    상기 안테나가 상기 제3 벡터의 방향으로 지적하기 위해 회전되어야 하는 기계적인 각도를 계산하는 수단과;
    상기 제1 위성과의 통신을 유지하도록 상기 빔 주사 각도를 조정하면서 제1 위성으로부터 제2 위성으로 전자적으로 주사하기 전에 상기 제3 벡터의 방향으로 상기 안테나를 기계적으로 위치 설정하면서 상기 안테나를 반복적으로 이동시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 중간 벡터는 제1 및 제2 벡터를 합산함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 터미널의 통화 채널 전환 실행 시스템.
  26. 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법에 있어서:
    중심축에 대하여 양방향으로 회전 운동하도록 장착된 방위각 턴테이블을 제공하는 단계와;
    상기 방위각 턴테이블 상에 장착되어 상기 중심축에 수직인 가로축에 대하여 아치형 운동하는 상승 테이블을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 테이블의 상부 표면은 페이즈드 어레이의 주사면이 상기 가로축에 평행한 평면내에 위치하는 페이즈드 어레이 안테나를 형성하도록 복수의 안테나 소자를 포함하며;
    상기 2개의 노드와 함께 상기 안테나가 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고, 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 단계와;
    상기 2개의 노드 중 하나 또는 다른 하나로 선택적으로 지향되도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔을 전자적으로 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 적어도 2개의 노드 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 상기 노드 중 다른 하나는 성좌의 접근하는 위성이며, 상기 안테나는 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용되고, 상기 방법은:
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행 및 접근하는 위성의 각각의 위치가 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하고, 상기 안테나 소자의 조준이 상기 2개의 위성의 위치의 중간 방향으로 지적하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 이동시키고, 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 테이블을 회전시키는 단계와;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔을 전자적으로 주사하는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 안테나는 2 세트의 피드 네트워크 및 2개의 독립적인 안테나 빔을 제어하는 2 세트의 전자 장치를 포함하고, 상기 방법은:
    상기 2개의 노드 중 별개의 하나를 추적하기 위해 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 상기 2개의 독립적인 빔의 각각을 전자적으로 주사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 적어도 2개의 노드 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 상기 노드 중 다른 하나는 성좌의 접근하는 위성이며, 상기 안테나는 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용되고, 상기 방법은:
    통화 채널 전환이 실행되는 시간 및 통화 채널 전환의 순간에 접근하는 위성의 위치를 나타내는 통화 채널 전환 정보를 상기 진행하는 위성으로부터 수신하는 단계와;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 안테나로부터 상기 진행하는 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환의 순간에 상기 접근하는 위성의 벡터 방향을 상기 통화 채널 전환 정보로부터 계산하는 단계와;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행 및 접근하는 위성 모두의 벡터 방향이 상기 안테나 소자의 주사면내에 위치하고, 상기 안테나 소자의 조준이 상기 2개의 위성의 위치의 중간 방향으로 지적하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 위치 설정될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 이동시키고, 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 테이블을 회전시키는 단계와;
    통화 채널 전환의 순간에 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 상기 상승 테이블 상에 장착된 페이즈드 어레이 안테나 소자의 빔을 전자적으로 주사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 적어도 2개의 위성 중 하나는 성좌의 진행하는 위성이고, 상기 위성 중 다른 하나는 상기 성좌의 접근하는 위성이며, 상기 안테나는 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 통신 채널의 통화 채널 전환을 실행하는데 사용되고:
    통화 채널 전환의 순간에 상기 안테나로부터 상기 진행하는 위성으로의 벡터 방향 및 통화 채널 전환의 순간에 상기 접근하는 위성으로의 벡터 방향으로부터 2개의 상기 벡터 방향의 합인 중간 벡터 방향을 계산하는 단계와;
    상기 안테나 소자의 조준이 상기 진행하는 위성으로부터 상기 접근하는 위성으로 상기 안테나 빔을 전자적으로 주사하기 직전에 상기 계산된 중간 벡터의 방향으로 지적하도록 상기 상승 테이블 상에 장착된 상기 페이즈드 어레이 안테나 소자가 재배치될 때까지 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    통신 채널이 방금 통화 채널 전환된 상기 접근하는 위성과 직접 정렬하는 방향으로 상기 안테나 소자의 조준이 지적하도록 통화 채널 전환 직후에 상기 가로축에 대하여 상기 상승 테이블을 아치형 운동시키고 상기 중심축에 대하여 상기 방위각 턴테이블을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 노드와 통신하는 방법.
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