(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム走査範囲を限定するビーム主軸方向の設定を行う１軸の機械駆動機構と、コンフォーマル形状構造体のそれぞれの面に素子アンテナを装着することにより形成したアレイアンテナと、通信信号を電力増幅して送出する送信モジュールと前記アレイアンテナとを切り換え接続するスイッチマトリクスと、前記送信モジュールを含んで構成する送信機とを備え、前記機械駆動機構を回転し前記ビーム主軸方向に固定して機械駆動により発生する外乱を抑制し、前記面のうちで隣接する前記面の一方及び他方に装着されている前記素子アンテナの動作の停止及び開始を次々に行って、隣接する前記面の一方から他方への面切り換えを行うことにより、前記アレイアンテナを切り換え接続すると共に位相を制御して通信相手にビームを指向制御することを特徴とする衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項２】
一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、コンフォーマル形状構造体のそれぞれの面に素子アンテナを装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して、前記面のうちで隣接する前記面の一方及び他方に装着されている前記素子アンテナの動作の停止及び開始を次々に行って、隣接する前記面の一方から他方への面切り換えを行い、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御することを特徴とする衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項３】
前記サブアレイアンテナをサブサブアレイアンテナを含んで構成し、前記サブサブアレイアンテナをアレイアンテナモジュールと分配器とを含んで構成し、前記アレイアンテナモジュールを前記素子アンテナと移相器とを含んで構成することを特徴とする請求項２記載の衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項４】
一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、素子アンテナをコンフォーマル形状構造体の表面に装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して前記アレイアンテナに前記送信機から出力される前記通信信号を供給し、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御してビーム走査を行い、
前記サブアレイアンテナを、前記素子アンテナと前記素子アンテナに接続する移相器とを含む複数のサブサブアレイアンテナで構成し、前記送信機を、前記通信信号を電力増幅し、前記サブサブアレイアンテナの台数に等しい台数の送信モジュールを含んで構成し、前記送信モジュールと前記サブサブアレイアンテナを切り換え接続することにより、通信の瞬断を防止することを特徴とする衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項５】
前記サブアレイアンテナのうち任意の台数を動作させてビームを形成することを特徴とする請求項２記載の衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項６】
前記スイッチマトリクスの入力端子と出力端子において、前記入力端子の数量を前記出力端子の数量よりも少なくして前記送信機の台数を削減することを特徴とする請求項２記載の衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項７】
一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、素子アンテナをコンフォーマル形状構造体の表面に装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、
前記素子アンテナと前記素子アンテナに接続する移相器と前記移相器に接続する分配器とを含んでサブサブアレイアンテナを構成し、複数の前記サブサブアレイアンテナを含んで前記サブアレイアンテナを構成し、
前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して前記アレイアンテナに前記送信機から出力される前記通信信号を供給し、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御してビーム走査を行い、
前記スイッチマトリクスの入力端子の数量は、前記通信信号を電力増幅し、前記送信機の一台に含まれる送信モジュールの台数と前記送信機の台数との積に等しく、前記スイッチマトリクスの出力端子の数量は、前記サブサブアレイアンテナの台数と前記サブアレイアンテナの台数との積に等しいことを特徴とする衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【請求項８】
一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、素子アンテナをコンフォーマル形状構造体の表面に装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して前記アレイアンテナに前記送信機から出力される前記通信信号を供給し、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御してビーム走査を行い、
前記コンフォーマル形状構造体の側面を排熱面として用いることを特徴とする衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は位相等を制御するアレイアンテナを採用する衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナに関し、特にコンフォーマル形状構造体の表面に素子アンテナを配置し、コンフォーマル形状構造体を限定された範囲で機械駆動させた後に、アレイアンテナによる電子的なビーム走査を行う衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の衛星では、比較的分解能が粗い（または、分解能が低い）ため、通信用に機械駆動型アンテナを用いていたが、５ｍ以下の分解能を要求されるミッションでは、機械駆動時に発生する外乱で画像が歪み搭載することが困難であった。このため、機械駆動型のアンテナを搭載する場合には、衛星間通信を諦め、送信能力を比較的抑えて地上局との直接伝送を用いざるを得なかった。
【０００３】
複数の素子アンテナから構成されこれら素子アンテナの各々に移相器を接続し各素子アンテナの励振位相を制御することにより、任意の方向にビームを指向するアレイアンテナのビーム走査範囲は狭いので、広いサービスエリアをカバーするには多数のアレイアンテナが必要となる。このような場合にアレイアンテナのみを用いるのは衛星に搭載する上で適切でない。
【０００４】
上述のアレイアンテナの電子走査を機械的走査と組合せることを特徴とするアレイアンテナが知られている。
【０００５】
このようなアレイアンテナの一例として、特開平１０−１９０３３７号公報記載の「フェーズドアレイアンテナ装置」がある。この公報では、筒状構造体の回転による機械的走査と筒状構造体上に配置されたフェーズドアレイアンテナによる電子走査との組合せにより走査することが開示されている。
【０００６】
陸域観測技術衛星では、分解能２ｍ以下の要求に対し、機械駆動型アンテナを使用して前述の機械的走査を行うと駆動時の振動が原因となって通信時の画像乱れが生ずる恐れがある。米国のＬＡＮＤＳＡＴでも当初衛星間通信用に同様の機械駆動型アンテナを搭載したが、通信時の画像乱れが生ずるとの理由で現在は地上局との直接伝送のみに使用している。偵察衛星や情報収集衛星等の分野でも同様であり、取得データの有効利用の面において機械駆動型アンテナを衛星搭載用として使用することは大きな障害になっている。
【０００７】
しかし、衛星間通信は地上局との直接伝送に比べ１００倍以上の通信時間が確保でき、更に即時性が図れるメリットがあるため、衛星間通信の実現が期待されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の機械駆動型アンテナは機械駆動（機械的駆動）における振動などの外乱が通信時の画像の乱れなどを引き起こしている。この発明は、機械駆動を行うが、電子走査と併用しながらも外乱を抑制することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係わる発明は、ビーム走査範囲を限定するビーム主軸方向の設定を行う１軸の機械駆動機構と、コンフォーマル形状構造体のそれぞれの面に素子アンテナを装着することにより形成したアレイアンテナと、通信信号を電力増幅して送出する送信モジュールと前記アレイアンテナとを切り換え接続するスイッチマトリクスと、前記送信モジュールを含んで構成する送信機とを備え、前記機械駆動機構を回転し前記ビーム主軸方向に固定して機械駆動により発生する外乱を抑制し、前記面のうちで隣接する前記面の一方及び他方に装着されている前記素子アンテナの動作の停止及び開始を次々に行って、隣接する前記面の一方から他方への面切り換えを行うことにより、前記アレイアンテナを切り換え接続すると共に位相を制御して通信相手にビームを指向制御することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明の請求項２に係わる発明は、一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、コンフォーマル形状構造体のそれぞれの面に素子アンテナを装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して、前記面のうちで隣接する前記面の一方及び他方に装着されている前記素子アンテナの動作の停止及び開始を次々に行って、隣接する前記面の一方から他方への面切り換えを行い、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御することを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明の請求項３に係わる発明は、前記請求項２記載の前記サブアレイアンテナをサブサブアレイアンテナを含んで構成し、前記サブサブアレイアンテナをアレイアンテナモジュールと分配器とを含んで構成し、前記アレイアンテナモジュールを前記素子アンテナと移相器とを含んで構成することを特徴とする。
【００１３】
さらに、この発明の請求項４に係わる発明は、一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、素子アンテナをコンフォーマル形状構造体の表面に装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して前記アレイアンテナに前記送信機から出力される前記通信信号を供給し、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御してビーム走査を行い、前記サブアレイアンテナを、前記素子アンテナと前記素子アンテナに接続する移相器とを含む複数のサブサブアレイアンテナで構成し、前記送信機を、前記通信信号を電力増幅し、前記サブサブアレイアンテナの台数に等しい台数の送信モジュールを含んで構成し、前記送信モジュールと前記サブサブアレイアンテナを切り換え接続することにより、通信の瞬断を防止することを特徴とする。
【００１４】
さらに、この発明の請求項５に係わる発明は、前記請求項２記載の前記サブアレイアンテナのうち任意の台数を動作させてビームを形成することを特徴とする。
【００１５】
さらに、この発明の請求項６に係わる発明は、前記請求項２記載の前記スイッチマトリクスの入力端子と出力端子において、前記入力端子の数量を前記出力端子の数量よりも少なくして前記送信機の台数を削減することを特徴とする。
【００１６】
さらに、この発明の請求項７に係わる発明は、一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、素子アンテナをコンフォーマル形状構造体の表面に装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、
前記素子アンテナと前記素子アンテナに接続する移相器と前記移相器に接続する分配器とを含んでサブサブアレイアンテナを構成し、複数の前記サブサブアレイアンテナを含んで前記サブアレイアンテナを構成し、
前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して前記アレイアンテナに前記送信機から出力される前記通信信号を供給し、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御してビーム走査を行い、前記スイッチマトリクスの入力端子の数量は、前記通信信号を電力増幅し、前記送信機の一台に含まれる送信モジュールの台数と前記送信機の台数との積に等しく、前記スイッチマトリクスの出力端子の数量は、前記サブサブアレイアンテナの台数と前記サブアレイアンテナの台数との積に等しいことを特徴とする。
【００１７】
さらに、この発明の請求項８に係わる発明は、一軸を中心に限定された範囲において回転する機械駆動機構と、素子アンテナをコンフォーマル形状構造体の表面に装着して形成されるサブアレイアンテナより成るアレイアンテナと、入力した通信信号を切り換え接続して前記アレイアンテナへ出力するスイッチマトリクスと、前記スイッチマトリクスに前記通信信号を供給する送信機と、前記機械駆動機構を駆動制御する駆動制御信号と前記スイッチマトリクスを切り換え接続する接続制御信号と前記素子アンテナの位相を制御する位相制御信号とを算出する制御器とを備え、前記駆動制御信号により前記機械駆動機構を回転させて通信相手の方向にビームの走査範囲を限定するビーム主軸方向を固定し、前記接続制御信号により前記スイッチマトリクスを切り換え接続して前記アレイアンテナに前記送信機から出力される前記通信信号を供給し、前記位相制御信号により前記素子アンテナの位相を制御してビーム走査を行い、前記コンフォーマル形状構造体の側面を排熱面として用いることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１はこの発明の一実施の形態のブロック図である。このブロック図を参照して構成を説明する。
【００２０】
この発明による衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナは、サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍ（ｍは２以上の整数）の集合体であるアレイアンテナ６とスイッチマトリクス７と送信機１１−１〜１１−ｎ（ｎは２以上の整数）とｎ分配器１２と制御器１３と機械駆動機構１４とを含んで構成される。
【００２１】
サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍはサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋ（ｋは２以上の整数）を含んで構成され、サブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋはアレイアンテナモジュール４−１〜４−ｊ（ｊは２以上の整数）とｊ分配器３とを含んで構成され、アレイアンテナモジュール４−１〜４−ｊはそれぞれ移相器２−１〜２−ｉ（ｉは２以上の整数）を備えた素子アンテナ１−１〜１−ｉを含んで構成される。
【００２２】
つまり、アレイアンテナ６は、サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍとサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋとアレイアンテナモジュール４−１〜４−ｊと素子アンテナ１−１〜１−ｉによる階層構造を構成している。
【００２３】
送信機１１−１〜１１−ｎは送信モジュール８−１〜８−ｋとｋ分配器９と励振増幅器１０とを含んで構成される。
【００２４】
スイッチマトリクス７はスイッチ素子がマトリクス状に配置され、任意の入力端子へ入力する通信信号を制御器１３からの接続制御信号に従って、任意の出力端子に切り換え接続する機能を有する。具体的には送信モジュール８−１〜８−ｋから供給される通信信号を入力し、サブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋに出力する。従って、サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍは送信機１１−１〜１１−ｎと切り換え接続されることになる。
【００２５】
制御器１３は機械駆動機構１４を駆動制御するための駆動制御信号を送出し、衛星の位置・姿勢情報を図示しない姿勢制御サブシステムから授受し、時々刻々変化する指向方向を算出し、スイッチマトリクス７を切り換え接続するための接続制御信号を送出する。さらに素子アンテナ１−１〜１−ｉに接続している移相器２−１〜２−ｉの位相を制御するための位相制御信号を算出し、送出する。
【００２６】
機械駆動機構１４は一軸を中心に限定された範囲において回転することにより、ビーム走査範囲を限定するビーム主軸方向を設定する。
【００２７】
ビームはサブアレイアンテナ６−１〜６−ｍの各々のビームが合成されることで形成され、設定されたビーム主軸方向において通信相手の方向にビームを走査することにより指向制御する。
【００２８】
通信相手であるデータ中継衛星との角度が時々刻々変動するため、サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍの組み合わせもこれに合わせて変化させる。サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍは、ビーム走査時の面切り換えにおける位相／振幅連続特性を維持するため、中間的なサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋから構成される。
【００２９】
面１８（図２参照）の１枚にはサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋが含まれている。面切り換えは、隣接する面１８の一方から他方への切り換えとなる。具体的には、隣接する面１８の一方の面で動作しているサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋのうちの１つの動作を停止し、同時に他方の面で動作していないサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋのうちの１つの動作を開始させることである。動作の停止と動作の開始を次々に行うことで面切り換えができる。
【００３０】
サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍの組み合わせ及びサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋと送信モジュール８−１〜８−ｋの切り換え接続を制御するためにスイッチマトリクス７を設け、送信機１１−１〜１１−ｎの台数を最小化している。例えばスイッチマトリクス７は、（ｋ×ｎ）入力・（ｋ×ｍ）出力で送信モジュール８−１〜８−ｋとサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋを切り換えて接続することを可能にしている。
【００３１】
通信覆域（通信カバレッジ）は、衛星搭載用の場合半球面以上が要求されるが、限定された時間においては、その通信覆域も特定化されるため、素子アンテナ１−１〜１−ｉは半球面全てをカバーする数量を具備する必要は無い。このため、機械駆動機構１４と併用して、アンテナ規模の縮小を図ることが可能となる。通信中に機械駆動でビームを指向制御すると外乱が生じ、観測画像歪みの原因にもなるため、機械駆動機構１４による機械駆動は基本的にはビームの初期方向（ビーム主軸方向）の設定のみに使用する。
【００３２】
図２はコンフォーマル形状構造体１７の斜視図、図３はコンフォーマル形状構造体１７の平面図（図３の上の図）と側面図（図３の下の図）を示す。図２と図３を用いてこの発明の一実施の形態の構造について説明する。
【００３３】
図２と図３の中で示しているＸ、Ｙ、Ｚのうち、例えばＸは地球の地心とは反対の方向を指し、Ｚは衛星１９の飛行方向を指すものとする。
【００３４】
表面１６ｃは、球面の一部を切り取った多面体の形状を有し、この多面それぞれが面１８（図２では多数ある面１８のうちの一枚に斜線を付けている）となり、サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍに含まれる素子アンテナ１−１〜１−ｉが装着される。切り取った側面１６ｂは内部１６ａに実装した送信機１１−１〜１１−ｎの発生する熱を宇宙空間に放射するための排熱面として利用する。ｎ分配器１２、送信機１１−１〜１１−ｎ、スイッチマトリクス７、ｊ分配器３、移相器２−１〜２−ｉはコンフォーマル形状構造体１７の内部１６ａに組み込むことも可能である。ビーム指向制御のための制御器１３はコンフォーマル形状構造体１７の外部に設置しても良い。ビーム走査範囲の限定のため、一軸の機械駆動機構１４を有しクリアランスを確保するため嵩上げブーム１５で嵩上げする構造である。
【００３５】
次に、ビーム指向制御について説明する。ビーム指向制御の動作としては、ビーム主軸方向を設定する機械駆動機構１４による機械駆動と、設定されたビーム主軸方向を中心としてアレイアンテナ６によるビーム走査がある。機械駆動機構１４による機械駆動では、Ｘ−Ｙ面内においてコンフォーマル形状構造体１７を限定された範囲でシーソーのように揺動させる。つまり、この限定された範囲を回転し、１回転させることはない。通信覆域によってこの限定された範囲は異なる。
【００３６】
次に、この発明の一実施の形態の動作について図１を参照して説明する。機械駆動は、予め登録されている衛星１９（図５参照）の軌道情報と通信相手（この場合は、図５のデータ中継衛星２１）の位置情報に基づき、制御器１３でビーム走査角が最小となる角度を算出し、機械駆動機構１４に駆動制御信号を送出し、この駆動制御信号をもとに機械駆動機構１４の角度設定（ビーム主軸方向の設定）が行われる。この角度設定は、軌道ごとに変わる通信覆域に合わせて行う。
【００３７】
衛星の位置・姿勢情報を図示しない姿勢制御サブシステムから授受し時々刻々変化する指向方向を制御器１３で算出し、通信信号の供給を必要とするサブアレイアンテナ６−１〜６−ｍと送信機１１との切り換え接続（スイッチマトリクス７による切り換え接続）制御及び素子アンテナ１−１〜１−ｉに備えられた移相器２−１〜２−ｉの位相制御によりビームの指向制御が行われる。
【００３８】
通信信号は信号ＩＮ端子から入力し、ｎ分配器１２を通って送信機１１−１〜１１−ｎに分配供給される。通信信号は送信機１１−１〜１１−ｎにおいて励振増幅器１０で所要電力まで増幅された後、ｋ分配器９を経由して送信モジュール８−１〜８−ｋに入力する。送信モジュール８−１〜８−ｋでさらに電力増幅された通信信号は、サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍ内のサブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋに切り換え接続されるためのスイッチマトリクス７を介して、接続ルートが設定される。
【００３９】
サブサブアレイアンテナ５−１〜５−ｋは移相器２−１〜２−ｉを備えた素子アンテナ１−１〜１−ｉを小規模にまとめたアレイアンテナモジュール４−１〜４−ｊを１単位として、これを複数台まとめた構成になっており、ｊ分配器３を介して通信信号が供給され、移相器２−１〜２−ｉによる位相制御を受けた後、素子アンテナ１−１〜１−ｉから放射され、空間合成によりビーム指向制御が行われる。
【００４０】
図４は、ビーム指向方向とビーム走査角とビーム主軸方向との一例を示す。図４においてビーム主軸方向とは、機械駆動機構１４が駆動されて設定された方向である。つまり、図３に示すようにコンフォーマル形状構造体１７がＸ−Ｙ面内において、回転していない場合には、ビーム主軸方向はＸ方向と一致する。ビーム走査角とはアレイアンテナ６により走査される角度である。ビーム指向方向はビーム主軸方向とビーム走査角とを加算した値である。
【００４１】
図５は、この発明の一実施の形態に係る衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナのビーム２０が通信相手であるデータ中継衛星２１を指向している図である。嵩上げブーム１５は衛星１９の頭部に装着され、衛星１９の飛行方向Ｚに垂直なＸ−Ｙ面内において、コンフォーマル形状構造体１７が回転する。ビーム主軸方向がデータ中継衛星２１の方向に設定され、さらに素子アンテナ１−１〜１−ｉの位相を制御した電子的なビーム走査によって、ビーム２０がデータ中継衛星２１を指向している。
【００４２】
次に、地球観測衛星を対象に素子アンテナ１−１〜１−ｉ等の設計結果の一例を説明する。ｉ＝８、ｊ＝８、ｋ＝１６、ｍ＝７０、ｎ＝２０とすると、スイッチマトリクス７は１６×２０（ｋ×ｎ）入力・１６×７０（ｋ×ｍ）出力となる。サブアレイアンテナ６−１〜６−ｍのうち１６面で１ビームを形成すると、同時に動作する送信モジュール８−１〜８−ｋは２５６台となる。
【００４３】
以上の説明は、データ中継衛星との通信すなわち衛星間通信を意識しているが、地上との直接通信に応用することも可能である。また、通信における瞬断のない連続通信を目的としてコンフォーマル状構造体に設けたアレイアンテナを用いているが、コンフォーマル状構造体に形成される面数を削減して数枚の平板を組み合わせた構造にしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
５ｍ以下の分解能を要求される地球観測衛星等のミッションにおいても、機械駆動時の外乱で画像が乱れることのないアンテナを実現できるので、直接伝送に比べ１００倍以上の通信時間があり、更に即時性が図れるメリットのある衛星間通信を実現することが出来るという効果がある。
【００４５】
また、質量・電力的に制約のある衛星搭載用規模を実現するため、通信覆域限定のための初期ビーム指向方向（ビーム主軸方向）設定用に機械駆動機構を一部残したので、通信覆域を、拡大することができるという効果がある。
【００４６】
さらに、サブアレイアンテナの切り換え接続に対応させるためのスイッチマトリックスを設けることで、送信機の台数を最小限に抑えることが出来るという効果がある。
【００４７】
さらに、球面の一部を切り取ったコンフォーマル形状構造体の表面に素子アンテナを装着することにより、平板形状の構造体などに比較してアレイアンテナのビーム走査範囲を拡大することが出来るという効果がある。
【００４８】
以上の効果を質量面から算出する。機械駆動機構とスイッチマトリクスが無い状態（この状態ではコンフォーマル形状構造体は球面に近づいた形状になる）に比べ質量削減後は１／１００以下に質量を抑えることが可能になる。例えば、スイッチマトリクスを使用することによる削減後の質量は約１／２２５、機械駆動機構を併用することによる削減後の質量は約１／２となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナのブロック図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナの斜視図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナの構造用基体の平面図（図３の上の図）と側面図（図３の下の図）である。
【図４】この発明の一実施の形態に係る衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナの指向方向とビーム主軸方向との関係を示す図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る衛星搭載用外乱抑制ビーム指向アンテナのビームがデータ中継衛星を指向している図である。
【符号の説明】
１−１〜１−ｉ    素子アンテナ
２−１〜２−ｉ    移相器
３    ｊ分配器
４−１〜４−ｊ    アレイアンテナモジュール
５−１〜５−ｋ    サブサブアレイアンテナ
６    アレイアンテナ
６−１〜６−ｍ    サブアレイアンテナ
７    スイッチマトリクス
８−１〜８−ｋ    送信モジュール
９    ｋ分配器
１０    励振増幅器
１１−１〜１１−ｎ    送信機
１２    ｎ分配器
１３    制御器
１４    機械駆動機構
１５    嵩上げブーム
１６ａ    内部
１６ｂ    側面
１６ｃ    表面
１７    コンフォーマル形状構造体
１８    面
１９    衛星
２０    ビーム
２１    データ中継衛星
【図１】
0003597103.tif 000002
【図２】
0003597103.tif 000003
【図３】
0003597103.tif 000004
【図４】
0003597103.tif 000005
【図５】
0003597103.tif 000006