(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信衛星のための衛星間リンク（ＩＳＬ）サブシステムであって、
スーパー楕円形状および細長い中央開口部を有する主反射器と、
前記主反射器の背面に固定され、細長い中央開口部をまた有する、マウント面と、
前記通信衛星の筐体にモータをマウントするモータ・マウントを含んだ単一軸ジンバル・モータと、
第１端において前記モータの出力シャフトにアタッチされるピボット・アームであって、前記モータの出力シャフトの回転により前記主反射器を傾けるように、第２端において前記マウント面にアタッチされる、ピボット・アームと、
前記筐体にマウントされた電子機器ハウジングに収容される無線周波数（ＲＦ）フィード回路と、
前記電子機器ハウジングにマウントされたフィード・コーンであって、全般的にチューブ形状を有し、前記主反射器の中央開口部および前記マウント面を通すところに配置される、フィード・コーンと、
前記ＲＦフィード回路と通信するホーンであって、遠隔衛星にＲＦ信号を送信すると共に遠隔衛星からＲＦ信号を受信し、前記フィード・コーン内部に配置される、ホーンと、
複数の支柱を介して前記フィード・コーンにマウントされ、前記フィード・コーンの軸を中心とする副反射器と、を備え、
前記ＲＦ信号が、前記ホーンから、前記副反射器および前記主反射器を通じて前記遠隔衛星に、またはその逆に放射し、前記ＲＦ信号のビームが、前記モータによって、前記主反射器の傾きを介して仰角面のみに操向される、ＩＳＬサブシステム。
【請求項２】
前記筐体が前記通信衛星の本体である、請求項１記載のＩＳＬサブシステム。
【請求項３】
前記筐体が、ブームにおいて展開されるＩＳＬモジュールであり、前記ブームが前記通信衛星の本体にマウントされる、請求項１記載のＩＳＬサブシステム。
【請求項４】
請求項１記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記主反射器が、ビームを供給する形状を有し、方位角面において０．５°のポインティング誤差となる条件では１．０ｄＢ未満の信号強度損失の結果となる、ＩＳＬサブシステム。
【請求項５】
請求項４記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記主反射器が、３０センチメートル（ｃｍ）の仰角面の高さと、１５ｃｍの方位角面の幅と、指数値４を有するスーパー楕円を規定する形状と、を有する、ＩＳＬサブシステム。
【請求項６】
請求項１記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記主反射器が前記仰角面において±６°で操向可能であり、前記遠隔衛星による前記仰角面の不整列を排除するように操向する、ＩＳＬサブシステム。
【請求項７】
請求項１記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記ＲＦフィード回路が、前記ホーンおよび１つ以上のマルチプレクサと通信する偏光子を含み、単一の送信チャネルおよび複数の受信チャネルが前記１つ以上のマルチプレクサを通過させる、ＩＳＬサブシステム。
【請求項８】
請求項７記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記単一の送信チャネルおよび前記複数の受信チャネルが、５５〜７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）の全体周波数範囲で別個の周波数帯を占有する、ＩＳＬサブシステム。
【請求項９】
請求項１記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記通信衛星が、先行の遠隔衛星と通信する第１ＩＳＬサブシステムと、後続の遠隔衛星と通信する第２ＩＳＬサブシステムとを含む、ＩＳＬサブシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記通信衛星および前記遠隔衛星が、低地球周回軌道または中地球周回軌道の通信衛星におけるコンステレーションの一部である、ＩＳＬサブシステム。
【請求項１１】
筐体と、２つの衛星間リンク（ＩＳＬ）サブシステムとを備える衛星であって、前記ＩＳＬサブシステムの各々が、
スーパー楕円形状および細長い中央開口部を有する主反射器と、
前記主反射器の背面に固定され、細長い中央開口部をまた有するマウント面と、
前記筐体にモータをマウントするモータ・マウントを含んだモータと、
第１端において前記モータの出力シャフトにアタッチされるピボット・アームであって、前記モータの出力シャフトの回転により前記主反射器を傾けるように、第２端において前記マウント面にアタッチされる、ピボット・アームと、
前記筐体にマウントされた電子機器ハウジングに収容される無線周波数（ＲＦ）フィード回路と、
前記電子機器ハウジングにマウントされたフィード・コーンであって、全般的にチューブ形状を有し、前記主反射器の中央開口部および前記マウント面を通すところに配置される、フィード・コーンと、
前記ＲＦフィード回路と通信するホーンであって、遠隔衛星にＲＦ信号を送信すると共に遠隔衛星からＲＦ信号を受信し、前記フィード・コーン内部に配置される、ホーンと、
複数の支柱を介して前記フィード・コーンにマウントされ、前記フィード・コーンの軸を中心とする副反射器と、を備え、
前記ＲＦ信号が、前記ホーンから、前記副反射器および前記主反射器を通じて前記遠隔衛星に、またはその逆に放射し、前記主反射器が、前記モータによって傾けることを介して仰角面のみに操向される、衛星。
【請求項１２】
請求項１１記載の衛星において、前記筐体が通信衛星の本体であり、前記ＩＳＬサブシステムが先行衛星および後続衛星と通信し、
前記通信衛星、前記先行衛星、および前記後続衛星が、低地球周回軌道または中地球周回軌道の通信衛星におけるコンステレーションの一部である、衛星。
【請求項１３】
請求項１１記載の衛星において、前記筐体が通信衛星の本体にマウントされるブームに展開されるＩＳＬモジュールであり、前記ＩＳＬサブシステムが先行衛星および後続衛星と通信し、
前記通信衛星、前記先行衛星、および前記後続衛星が、低地球周回軌道または中地球周回軌道の通信衛星におけるコンステレーションの一部である、衛星。
【請求項１４】
請求項１１記載の衛星において、前記主反射器の各々が、３０センチメートル（ｃｍ）の仰角面の高さと、１５ｃｍの方位角面の幅と、指数値４を有するスーパー楕円を規定する形状と、を有し、前記主反射器の各々がビームを供給し、前記方位角面において０．５°のポインティング誤差となる条件では１．０ｄＢ未満の信号強度損失の結果となる、衛星。
【請求項１５】
通信衛星のための衛星間リンク（ＩＳＬ）サブシステムであって、
スーパー楕円形状を有する主反射器と、
前記通信衛星の筐体にマウントされるモータであって、前記モータの出力シャフトの回転により前記主反射器を傾けるように、前記主反射器に結合されるモータと、
無線周波数（ＲＦ）フィード回路と通信するホーンであって、遠隔衛星にＲＦ信号を送信すると共に遠隔衛星からＲＦ信号を受信し、前記筐体の固定位置にマウントされる、ホーンと、
前記筐体の固定位置において複数の支柱を介してマウントされる副反射器であって、前記ＲＦ信号が、前記ホーンから、前記副反射器および前記主反射器を通じて前記遠隔衛星に、またはその逆に放射し、前記主反射器が、前記モータによる傾きを介して仰角面のみに操向される、副反射器と、
を備える、ＩＳＬサブシステム。
【請求項１６】
請求項１５記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記筐体が通信衛星の本体であり、前記ＩＳＬサブシステムが前記遠隔衛星と通信し、
前記遠隔衛星が、前記通信衛星と共に、低地球周回軌道または中地球周回軌道の通信衛星におけるコンステレーションの一部である、ＩＳＬサブシステム。
【請求項１７】
請求項１５記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記筐体が通信衛星の本体にマウントされるブームに展開されるＩＳＬモジュールであり、前記ＩＳＬサブシステムが前記遠隔衛星と通信し、
前記遠隔衛星が、前記通信衛星と共に、低地球周回軌道または中地球周回軌道の通信衛星におけるコンステレーションの一部である、ＩＳＬサブシステム。
【請求項１８】
請求項１５記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記主反射器が、３０センチメートル（ｃｍ）の仰角面の高さと、１５ｃｍの方位角面の幅と、指数値４を有するスーパー楕円を規定する形状と、を有し、前記主反射器がビームを供給し、前記方位角面において０．５°のポインティング誤差となる条件では１．０ｄＢ未満の信号強度損失の結果となる、ＩＳＬサブシステム。
【請求項１９】
請求項１５記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記主反射器が前記仰角面において±６°で操向可能であり、前記遠隔衛星による前記仰角面の不整列を排除するように操向する、ＩＳＬサブシステム。
【請求項２０】
請求項１５記載のＩＳＬサブシステムにおいて、前記ＲＦフィード回路が、前記ホーンおよび１つ以上のマルチプレクサと通信する偏光子を含み、単一の送信チャネルおよび複数の受信チャネルが前記１つ以上のマルチプレクサを通過させ、
前記単一の送信チャネルおよび前記複数の受信チャネルが、５５〜７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）の全体周波数範囲で別個の周波数帯を占有する、ＩＳＬサブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、全般的に、通信衛星のためのアンテナ・サブシステムに関する。より具体的には、スーパー楕円形状を有する主アンテナ反射器と副反射器とを含む、衛星間リンク通信のための統合アンテナおよびＲＦペイロードに関するものである。ここでは、副反射器およびフィード・アセンブリが衛星に対して位置が固定され、主反射器は、仰角方向の調節を意図する単一軸ジンバル・マウントと、方位角方向の調節を意図する必要性を除外する広幅ビームと、を有する。
【０００２】
検討
[0002]  通信衛星は、数多くの異なるタイプの電気通信を可能にするのに使用される。固定された（ポイント・ツー・ポイントの）サービスのために、通信衛星は、通信ケーブルの中継技術とは補完的なマイクロ波無線中継技術を提供する。通信衛星はまた、モバイル・アプリケーション（船舶、車両、平面、およびハンドヘルド端末）、並びにＴＶおよびラジオ放送のために使用される。
【０００３】
[0003]  通常の１つの実装態様では、何十もの通信衛星を含むコンステレーション(constellation)は、地球を旋回するコンステレーションにおける低地球周回軌道（ＬＥＯ）または中地球周回軌道（ＭＥＯ）に配置される。コンステレーションの個々の衛星は相互に通信し、また、地表面上または地表面近くのユーザや通信プロバイダとも通信する。コンステレーション内の衛星間の通信は、衛星間リンク（ＩＳＬ）として知られたものによって処理される。
【０００４】
[0004]  通信衛星のコスト削減、質量削減、および簡素化のためのモチベーション、特にＩＳＬサブシステムにおけるものを提供する数多くの要因がある。これらの要因は、ＬＥＯまたはＭＥＯコンステレーションで必要とされる衛星が多数であること、一般に衛星の打ち上げにおけるコストが高く、且つコストに対し質量に劇的な影響があること、そして、最高レベルの信頼性が求められることを含む。これらの全ての要因の結果として、通信衛星で現在使用されているＩＳＬサブシステムよりも低コスト、より小さい質量、およびより簡素化した動作を有するＩＳＬサブシステムへのニーズが存在している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１ａおよび図１ｂは、通信衛星の底面図および側面図をそれぞれ示し、ユーザ・リンクおよびゲートウェイ通信アンテナ、並びに前向きおよび後向きの衛星間リンク（ＩＳＬ）サブシステムを示している。
【図２】図２および図３は、従来のＩＳＬシステムを超える数多くの利点を提供するＩＳＬサブシステムに関する２つの異なる等角図である。
【図３】図２および図３は、従来のＩＳＬシステムを超える数多くの利点を提供するＩＳＬサブシステムに関する２つの異なる等角図である。
【図４】図４は、第２実施形態のＩＳＬシステムの等角図を示し、ここでは、ＩＳＬサブシステムの内２つが、展開可能なブーム構成で筐体にマウントされている。
【図５】図５は、ＩＳＬサブシステムの内２つを含む展開可能なブーム構成の側面図であり、ここでは、主反射部が、設計位置に、および仰角の操向角度における両端のそれぞれに示されている。
【図６】図６は、デカルト座標系を示し、好適な設計の実施形態のＩＳＬサブシステムが有する主反射器において使用される形状を含む、様々なスーパー楕円形状を含んでいる。
【図７】図７は、主反射器、副反射器、およびホーンを通じてＩＳＬサブシステムの幾何光学レイ・トレーシングであり、ここでは、主反射器は、図６の好適なスーパー楕円の１つの形状を有し、凹構成にラップされる。
【図８】図８は、図２から図５のＩＳＬサブシステムで使用される衛星間リンクのフィード回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0012]  本発明の実施形態についての以降の検討は、衛星間リンク（ＩＳＬ）アンテナ・サブシステムに向けられ、その性質上、単に例示に過ぎず、本発明やその適用または使用を制限することを何ら意図するのではない。例えば、後述する実施形態は、低地球周回軌道または中地球周回軌道における通信衛星の文脈で説明される。しかしながら、開示されるＩＳＬサブシステムはまた、他のタイプの衛星または他のタイプの軌道で使用するのにも好適である。
【０００７】
[0013]  図１ａおよび図１ｂは、通信衛星１０の底面図および側面図をそれぞれ示す。通信衛星１０は、低地球周回軌道（ＬＥＯ）または中地球周回軌道（ＭＥＯ）を旋回している衛星におけるコンステレーション内の１つの衛星である。通信衛星１０は、ゲートウェイ２０および２２を含み、衛星１０と通信事業者（例えば、テレビまたは携帯電話のサービス・プロバイダ）の間の通信に使用される。通信衛星１０はまた、ユーザ・リンク・アレイ３０を含み、通例は数多くの狭フォーカス送受信アンテナ３２を備える。ユーザ・リンク・アレイ３０は、衛星１０と地球上の個人ユーザおよびサービス加入者との間の通信を処理する。
【０００８】
[0014]  通信衛星１０は、衛星間リンク（ＩＳＬ）４０および４２を更に含む。ＩＳＬ４０および４２は、コンステレーション内の他の衛星と通信するのに使用される。ここでは、ＩＳＬ４０は先行衛星(leading satellite)と通信を行い、また、ＩＳＬ４２はＬＥＯまたはＭＥＯのコンステレーションの後続衛星(trailing satellite)との通信を行う。図１ａおよび図１ｂでは、ゲートウェイ２０／２２、ユーザ・リンク・アレイ３０、およびＩＳＬ４０／４２は、全て筐体１２に直接マウントされているように示されている。但し、異なる構成も可能である。伝送電力要件を最小化するために、ＩＳＬ４０および４２は、先行衛星および後続衛星の位置を正確に追跡する必要がある。同時に、ＩＳＬ４０および４２のコスト、質量および複雑さを最小化することが望ましく、その結果、打ち上げコストを削減し、また、衛星１０の耐用年数を増大させることができる。ＩＳＬ４０および４２のコスト、質量、および複雑さの削減の必要性は、コンステレーションにおいて何十または何百もの衛星１０が必要とされることを考慮したら特に明らかである。
【０００９】
[0015]  図２および３は、従来のＩＳＬシステムを超える数多くの利点を提供するＩＳＬサブシステム１００の異なる２つの斜視図を示す。ＩＳＬサブシステム１００の２つは、通信衛星（例えば、衛星１０）上で必要とされることになり、１つのＩＳＬサブシステム１００は前向きであり、１つのＩＳＬサブシステム１００は後ろ向きである。ＩＳＬサブシステム１００は、主反射器１１０および副反射器１２０を含む二重反射器設計である。主反射器１１０は、細長い形状を有する中央開口部１１２を含み、主反射器１１０の連結(articulation)を収容すると共に、中央開口部１１２内部に配置される構成部品を静止させて維持する。図３では、他の構成部品をビューする際の明瞭性を改善するために主反射器１１０を除去している。主反射器１１０はスーパー楕円形を有し、その利点については後述する。
【００１０】
[0016]  副反射器１２０は、３つの支柱１２２を通じて、固定された位置にマウントされる。支柱１２２は、副反射器１２０とは反対側の端でフィード・コーン１２４にアタッチされる。フィード・コーン１２４は、電子機器ハウジング１２６にマウントされる。電子機器ハウジング１２６は次いで、ＩＳＬハウジング１２８にマウントされる。ＩＳＬハウジング１２８は、衛星本体または筐体（図示せず）に固定されるか、組み込まれる。簡単に言うと、ＩＳＬサブシステム１００は、電子機器ハウジング１２６内の回路を使用してＩＳＬフィード信号を準備することによって動作する。また、フィード・コーン１２４内部に配置されるホーン（図示せず）にＩＳＬフィード信号を供給することによって動作する。ホーンは、副反射器１２０の背面上にＩＳＬフィード信号を向ける。副反射器１２０は、主反射器１１０の表面上にＩＳＬフィード信号を反射および分散させる。主反射器１１０は、ＩＳＬフィード信号を基本的には平行光線波で遠隔衛星に反射する。
【００１１】
[0017]  ＩＳＬサブシステム１００では、主反射器１１０だけが操向可能(steerable)である。先に述べたように、副反射器１２０は、ＩＳＬハウジング１２８に対して、つまり親の衛星（例えば、衛星１０）に対して固定され、または静止される。更には、主反射器１１０は単一軸についてのみ操向可能である。ここでは、主反射器が第２軸に関して操向する必要性を回避するのに十分広いビームを供給するように、主反射器１１０の形状は設計される。主反射器１１０の単一軸ジンバル・マウントは、第２モータについての必要性を（それに付随するコストおよび量と共に）除去するのみならず、複雑で且つ正確性のない二重軸ジンバルではなく単純な単一軸のマウントの使用を可能にする。
【００１２】
[0018]  モータ１３０は、モータ・マウント１３２にマウントされる。モータ・マウント１３２は次いで、ＩＳＬハウジング１２８にアタッチされる。モータ１３０は、サーボ・モータとしても、或いは、その回転軸の周りの回転位置を正確に定めるように使用できる如何なるタイプのモータとしてもよい。ピボット・アーム１３４はモータ１３０の出力シャフトにアタッチされる。ピボット・アーム１３４の反対側は、反射器マウント・ディスク１３６に固定される。反射器マウント・ディスク１３６はまた、主反射器１１０の開口部１１２と同様の中央開口部を含む。主反射器１１０は、反射器マウント・ディスク１３６にアタッチされる。モータ１３０が、中心となる即ち０°位置からピボット・アーム１３４を回転させると、主反射器１１０は同一の角量だけ傾き、または操向する。一実施形態では、主反射器１１０は、±６°の量だけ傾かせることができる。ＩＳＬサブシステム１００のコントローラは、仰角面において最適に主反射器１１０を向く角度に、コンステレーションの先行衛星または後続衛星を直接向く角度に、モータ１３０を配置する。
【００１３】
[0019]  図４は、ＩＳＬサブシステム１００の第２実施形態の等角図を示す。ここでは、ＩＳＬサブシステム１００の２つが、展開可能なブーム構成で筐体１６０にマウントされる。筐体１６０は、基本的に、ブーム１７０の端部にアタッチされるＩＳＬモジュールである。ここでは、ブーム１７０の反対側の端部は衛星の本体（図示せず）にマウントされる。図４の展開可能なブーム構成では、１つのＩＳＬサブシステム１００が先行衛星の方を向いており、また、他のＩＳＬサブシステム１００が後続衛星の方を向いている。図４の展開可能なブーム構成は、ＩＳＬサブシステム１００を、スラスタ(thruster)や衛星本体の他の構成部品から離して配置するという利点を供する。ここでは、ＩＳＬサブシステム１００は、コンステレーションの先行衛星および後続衛星へのクリアな照準線(line of sight)を有する。ブーム構成の他の利点は、衛星をヨー方向に操作する間、衛星間の通信を動作中のままにするということである。
【００１４】
[0020]  図４に示す展開可能なブーム構成では、モータ・マウント１３２は、図２および図３でのＩＳＬハウジング１２８とは異なり、筐体１６０に直接アタッチされる。ＩＳＬサブシステム１００の他の全ての構成部品は、図２から図３および図４と同一である。図４はまた、ＩＳＬサブシステム１００の指向性の慣例(directional convention)を説明するのに有用である。先に述べたように、ＩＳＬサブシステム１００の反射器は、先行衛星および後続衛星の方を向く。このことは、「前方」および「後方」とラベル付けされる矢印によって示されている。図４では、地球に向かうまた地球から離れる仰角方向は、下および上としてそれぞれ示されている。この仰角方向は、主反射器１１０が操向可能となる方向である。図４ではまた、方位角の（すなわち左右の）方向が示されている。主反射器１１０の操向は方位角方向には必要とされない。何故ならば、主反射器１１０からのビームは、操向のない小さな信号損失を受入可能に与えるのに十分広いからである。
【００１５】
[0021]  ＩＳＬサブシステム１００は、図１および図２から図３の構成において、または図４の展開可能なブーム構成おいて衛星本体に直接アタッチされるかに拘わらず、従来のＩＳＬシステムを超える多くの利点を供する。１つの重大な利点は、二重軸ではなく単一軸のジンバルを使用することから実現する。従来のＩＳＬシステムは、主反射器（アンテナ）が丸い形状を使用し、遠隔衛星で要求される信号強度を維持するために、仰角方向および方位角方向の両方に正確に配置しなければならない。これとは対照的に、ＩＳＬサブシステム１００は、単一軸のみの周りに主反射器１１０を傾ける単一軸ジンバルを含む。つまり、ＩＳＬサブシステム１００の位置決め機構が、非常により小さく、より軽く、より高価でなく、且つより信頼性を高くするのを可能にする。衛星を打ち上げて軌道にのせるコスト、および発生し得る如何なる課題を修復できないことに起因して、寸法、質量、および信頼性を改良することの重要性は、衛星では甚だ増大する。後述するように、ＩＳＬサブシステム１００の単一軸ジンバルの特徴は、主反射器１１０のスーパー楕円形状によって可能なものとなる。
【００１６】
[0022]  ＩＳＬサブシステム１００の別の利点は、主反射器１１０のみが操向されるということである。先に述べたように、副反射器１２０は、ホーン（後に図示される。）、フィード・コーン１２４、ＩＳＬフィード信号を準備する電子機器ハウジング１２６の内部の回路と同様に、ホスト衛星に対して固定される。副反射器１２０、ホーン、フィード・コーン１２４、および他の構成部品を衛星の固定位置にマウントすることにより、これら構成部品を操向する従来のＩＳＬシステムに対して、追加の簡素化、コスト削減、および質量削減を提供する。更にまた、フィード回路、ホーン、および副反射器１２０の全てが静止するので、ワイヤまたはケーブルのコイルは、モータ１３０の周りに、また、ピボット・アーム１３４に沿って配線される必要がない。このようなワイヤ・コイルの除去により、更にコストおよび質量を削減し、簡素化および信頼性を更に増大させる。
【００１７】
[0023]  図５は、ＩＳＬサブシステム１００の２つを含む展開可能なブーム構成についての側面図を示す。ここでは、主反射器１１０は、設計位置（操向なし）に示され、それぞれ極度の仰角操向角（±６°）で示されている。図５では、主反射器１１０のみが連結式であることを理解することができる。副反射器１２０、支柱１２２、およびフィード・コーン１２４は、筐体１６０に対して移動しない。
【００１８】
[0024]  先に述べたＩＳＬサブシステム１００の利点を達成するために、主反射器１１０は、幾らかの設計要件を同時に満たすように設計されなければならない。当該設計要件は、寸法上の制約、送信／受信全体効率、および仰角および方位角両方向での指向性能を含む。主反射器１１０のスーパー楕円の開口形状は、これら要件の全てを満たすように設計されている。
【００１９】
[0025]  スーパー楕円とは、次のように位置（ｘ、ｙ）のセットとしてデカルト座標系で数学的に定義される幾何学形状である。
【数１】
0006659737.tif 000002
ここでは、ａ、ｂおよびｎは正数である。
【００２０】
[0026]  数式（１）の公式は、−ａ≦ｘ≦＋ａおよび−ｂ≦ｙ≦＋ｂによって囲われる長方形に収容される閉曲線を定義する。パラメータａおよびｂは、曲線の半径と称される。ｎが０と１の間にあるとき、スーパー楕円は凹状（内部にカーブした）の辺を有する４つのアームを有する星形のように見える。ｎが１に等しいとき、この曲線はコーナー（±ａ，０）および（０，±ｂ）を有する菱形となる。ｎが１と２の間にあるとき、この曲線は、凸状（外側にカーブした）の辺を有するものの、それらと同じコーナーを有する菱形のように見える。２未満のｎを有するこれら下位オーダーのスーパー楕円形状は、アンテナ反射器設計の観点からは重要でない。
【００２１】
[0027]  ｎが２に等しいとき、スーパー楕円曲線は、通常の楕円（特に、ａ＝ｂである場合の円）となる。ｎが２より大きいとき、この曲線は、外形上は丸いコーナーを有する長方形のように見える。
【００２２】
[0028]  図６は、主反射器１１０の好適な設計の実施形態において使用される輪郭形状を含む、様々なスーパー楕円形状を含んだデカルト座標系２００を示す。デカルトの座標系２００は、図示されるようにｘ軸およびｙ軸を含む。長方形２１０は、半径ａおよびｂを有する全てのスーパー楕円の外側境界を規定する。先に述べたように、長方形２１０は、基本的に、非常に大きなｎの値を有するスーパー楕円となる。楕円２２０は、ｎが２に等しいスーパー楕円である。スーパー楕円２３０は、ｎが４に等しい値を有する。
【００２３】
[0029]  図６に示される全ての形状について、ｘ方向の半径（ａ）は１５ｃｍの値を有し、ｙ方向の半径（ｂ）は７．５ｃｍの値を有する。これらの寸法パラメータの選択について以下に述べる。単純な外形では、長方形２１０が４５０ｃｍ２の面積を有することが分かる。楕円２２０は約３５３ｃｍ２の面積を有する。スーパー楕円２３０はｎが４に等しい値であり、約４１７ｃｍ２の面積を有する。これは、楕円２２０の面積よりも長方形２１０の面積に非常に近くなる。
【００２４】
[0030]  図７は、主反射器１１０、副反射器１２０、およびホーン１８０によるＩＳＬサブシステムの幾何光学レイ・トレーシングを示す。ここでは、主反射器１１０は、凹構成にラップされるスーパー楕円２３０の輪郭形状を有する。図７では、衛星間の伝送信号１９０がどのようにホーン１８０から発せられ、副反射器１２０の手前側へ向けられるかを理解することができる。ここでは、信号１９０は反射され、主反射器１１０上へ戻されて拡散される。主反射器１１０は遠隔衛星に向けて信号を反射する。ＩＳＬサブシステム１００によって受信される衛星間信号１９０は、送信されている信号１９０と同一の幾何学的なルーティングに従う。つまり、受信される信号１９０は、遠隔衛星からＩＳＬサブシステム１００にアプローチし、主反射器１１０に当たって、副反射器１２０の手前側に向けられる。ここでは、信号１９０は反射されて、下方向のホーン１８０にフォーカスされる。
【００２５】
[0031]  先に述べた検討は、主反射器１１０の寸法および形状が、先に述べた性能要件およびパッケージ要件を満たすように最適化されている。本検討の第１部分は、主反射器１１０の全体のサイズ、即ち「フットプリント」に関係する。先に詳細に述べたように、ＩＳＬサブシステム１００の目的は、単一軸ジンバルのみを使用して、主反射器１１０を仰角面のみに操向することである。方位角面のアンテナ操向なしでは、方位角の調節は、コンステレーション内の衛星の実位置に完全に依存し、通例は、±０．５°の許容度内に維持することができる。所望の信号強度を維持するために、１．０ｄＢ未満に対し、方位角方向の±０．５°のポインティング誤差による信号利得損失を制限することが必要である。
【００２６】
[0032]  主反射器１１０は、１５ｃｍの方位角方向の幅（主反射器１１０の狭い寸法であり、これは、図６における半径ｂの２倍に対応する。）で設計されている。方位角方向の幅が１５ｃｍである結果、０．９０ｄＢにおける０．５°のポインティング誤差による利得損失となる。これは、要件を満たす。更にまた、方位角方向の１５ｃｍの幅は、最も大きい動作周波数での３５．５波長のアンテナ寸法比率を提供する。ここでは、この比率はまた、好適な範囲内となる。
【００２７】
[0033]  主反射器１１０の方位角方向の幅が１５ｃｍに定められると共に、主反射器１１０の仰角方向の寸法（高さ）が３０ｃｍに定めされている。このことは、２：１のアスペクト比を超えることなく開口の寸法を最大化する。この３０ｃｍの高さは、図６の半径ａの２倍に対応する。主反射器１１０における仰角方向のより大きな寸法は、正確に操向できるより狭いビームを生じさせる。
【００２８】
[0034]  先に述べたようにして主反射器１１０の全体寸法が定まると、次いで、開口の形状を設計することが必要となる。主反射器１１０が有する所与のフットプリント寸法（この例では、３０×１５ｃｍ、即ちａ＝１５ｃｍ、ｂ＝７．５ｃｍ）のために、長方形２１０は、見込まれる最大の表面積を有し、つまり、理論的には最大信号伝送性能を提供する。従って、長方形２１０の形状の主反射器１１０は、０．０ｄＢの伝送損失となるものとみなすことができる。しかしながら、長方形または正方形の開口は、放射パターンに影響を及ぼす４つのコーナーからの強い回折に起因して望ましいものではない。滑らかな辺（例えば、楕円２２０またはスーパー楕円２３０の辺）が、主反射器反射０の形状にとって好ましい。楕円２２０の形状となる場合、主反射器１１０が長方形２１０に対して１．０５ｄＢの伝送損失を有することを分析および試験は示す。図６に示されるように、この損失は、長方形２１０と比べて楕円２２０の表面積が著しく小さいことに起因する。一方で、スーパー楕円２３０の形状となる場合は、主反射器１１０は僅か０．３３ｄＢの伝送損失を有し、楕円２２０によって呈されるのよりも著しく小さな損失となる。
【００２９】
[0035]  先に述べた全ての検討の結果として、３０ｃｍ（仰角方向の高さ）×１５ｃｍ（方位角方向の幅）の寸法を有するスーパー楕円２３０が主反射器１１０の形状として選ばれている。主反射器１１０が有するこの形状および寸法は、ＩＳＬサブシステム１００によって、単一軸の主反射器を操向することのみを含むのを可能にし、且つ、先に述べた性能要件およびパッケージ要件を尚も満たすことを可能にする。
【００３０】
[0036]  図８は、図２から図５のＩＳＬサブシステム１００において使用される衛星間リンク・フィード回路３００のブロック図である。ＩＳＬサブシステム１００において主反射器１１０だけが操向されるので、従来のＩＳＬシステムと比較して、副反射器１２０、ホーン１８０、およびフィード回路３００は、結果として、コストおよび質量が著しく削減され、並びに信頼性が著しく増大する。ＩＳＬサブシステム１００では、フィード回路３００は、電子機器ハウジング１２６の内部に配置することができる。
【００３１】
[0037]  ＩＳＬサブシステム１００は多重モードで動作可能である。このことは、ＩＳＬサブシステム１００が同時に多数の受信および送信チャネルを処理できることを意味する。フィード回路３００では、トリプレクサ３１０は、第１受信チャネル３１２、第３受信チャネル３１４、および送信チャネル３１６を処理する。同様に、ダイプレクサ３２０は、第２受信チャネル３２２および第４受信チャネル３２４を処理する。送信チャネル３１６を介して送信されることになる信号の準備と、受信チャネル３１２／３１４／３２２／３２４を介して受信される信号の処理とは、開示するＩＳＬサブシステム１００の範囲外の他のプロセッサによって処理される。
【００３２】
[0038]  多重化周波数計画の一実施形態では、４つの受信チャネル３１２／３１４／３２２／３２４のそれぞれは、２．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯にわたり周波数帯の間にギャップを有しない。そして、送信チャネル３１６はまた、２．０ＧＨｚの周波数帯にわたるものの、受信チャネル３２４の上では１．５ＧＨｚのギャップを有する。具体的には、第１受信チャネルは５９．５−６１．５ＧＨｚを有し、第２受信チャネル３２２は６１．５−６３．５ＧＨｚの周波数帯を有し、第３受信チャネル３１４は６３．５−６５．５ＧＨｚの周波数帯を有し、第４受信チャネル３２４は６５．５−６７．５ＧＨｚの周波数帯を有し、そして、送信チャネル３１６は６９．０−７１．０ＧＨｚの周波数帯を有する。他の周波数帯および割り当てはまた勿論可能である。
【００３３】
[0039]  トリプレクサ３１０およびダイプレクサ３２０は、左側の回転偏光信号および右側の回転偏光信号をそれぞれ介して最も外側の偏光子３５０と通信する。最も外側の偏光子３５０は、送信側で直線偏光を回転偏光に変換し、また、受信側で回転偏光を直線偏光に変換する。偏光子３５０はホーン１８０に接続される。図７に関連して先に述べたように、ホーン１８０は、信号１９０を副反射器１２０に送信すると共に、副反射器１２０から信号１９０を受信する。ホーン１８０が固定され、ホーン１８０が副反射器１２０に直接信号を送信すると共に副反射器１２０から直接信号を受信するので、フィード回路３００はホーン１８０の近傍に配置することができる。つまり、フロント・エンドでのＲＦ損失を最小化する。更に、ワイヤまたはケーブルの可動性ループをフィード回路３００とホーン１８０の間に提供される必要はない。何故ならば、両者は定位置に固定されるからである。これらの利点は、主反射器１１０だけが操向されるという事実に由来しており、その結果、ＩＳＬサブシステム１０についての質量、コスト、複雑性、および信頼性が改善される。
【００３４】
[0040]  先に述べた衛星間リンク通信システムは、従来のＩＳＬシステムを超える多数の利点を提供する。これらの利点は、主反射器の単一軸ジンバルの配置決め、並びに、副反射器、ホーン、およびフィード回路の静止マウントを含む。このことは次いで、主反射器のスーパー楕円形状によって可能とされ、方位角面での操向の必要がなく信号強度要件を満たす。特徴の当該組合せは、通信衛星を、より小さく、より軽く、より高価でなく、より複雑でなく、そしてより信頼性を高くすることを可能にする。この全ては、通信衛星を採用する電気通信や他の企業にとって好都合となり、最終的には消費者に好都合となる。
【００３５】
[0041]  上述した検討は、本発明の例示の実施形態を開示および説明されるに過ぎないものである。当業者は、このような検討から、また、添付した図面および特許請求の範囲から、様々な変更、修正、および変更を、次の特許請求の範囲に規定される発明の主旨および範囲から逸脱することなく行うことが可能であることを容易に認識するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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