(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仰角方向は電子的に、方位角方向は電子的／機械的に衛星を追跡するために、通信端末との送受信接続手段及び情報交換手段を含む衛星通信用アンテナシステムにおいて、
衛星と信号を送受信するための複数のアレイアンテナと、
前記複数のアレイアンテナを介して受信した衛星信号の一定周波数を低雑音増幅し、所望の位相に遷移するための複数の受信能動チャネルモジュールと、
前記複数の受信能動チャネルモジュールから受信した信号をアンテナアレイの位置によって結合して、前記送受信接続手段を介して前記通信端末に伝達するための受信能動モジュールと、
前記通信端末から信号を受信して衛星用周波数に上方変換するための第１変換手段と、
前記第１変換手段から前記送受信接続手段を介して受信した信号を増幅／分配するための送信能動モジュールと、
前記送信能動モジュールから受信した信号を位相制御して、前記アレイアンテナに伝達するための複数の送信能動チャネルモジュールと、
前記受信能動モジュールから受信した衛星追跡のための信号を利用して、前記複数の受信能動チャネルモジュール、前記受信能動モジュール、前記複数の送信能動チャネルモジュール及び前記送信能動モジュールを制御して、仰角方向に電子ビーム操向制御を介して電子的追跡を行ない、方位角方向に回転機器を駆動する機械的追跡を行なって、衛星信号の送受信環境を設定する追跡信号変換モジュールとを備え、
前記受信能動モジュールは、
前記アレイアンテナのうち、同じ配列構造を有する副配列からの信号を結合するための複数の結合手段と、
前記アレイアンテナのうち、前記副配列の境界面上に存在する第１配列からの信号を結合するための第１結合手段と、
前記第１結合手段の信号を前記複数の結合手段に分配するための第１分配手段と、
前記アレイアンテナのうち、前記副配列及び前記第１配列を除外した第２配列からの信号を結合するための第２結合手段と、
前記複数の結合手段から受信した信号をそれぞれ分配するための複数の分配手段と、
前記複数の分配手段及び前記第２結合手段からの信号を結合するための第３結合手段と、
前記第３結合手段からの信号の周波数を下方変換するための第２変換手段と、
前記複数の分配手段からの信号の位相をそれぞれ遷移させるための複数の位置遷移手段、前記複数の位相遷移手段からの信号を結合するための第４結合手段、および前記第４結合手段からの信号の周波数を下方変換するための第３変換手段とを有し、前記複数の分配手段からの信号を利用して衛星周囲のビーム信号を形成し、前記衛星追跡のための信号として前記追跡信号変換モジュールに送信するための追跡ビーム成形モジュールとを含むことを特徴とする衛星通信用アンテナシステム。
【請求項２】
前記追跡信号変換モジュールから現在衛星の方位角情報が伝達され、方位角情報による電流を発生させるための駆動制御手段を備え、
前記回転機器は、前記駆動制御手段から電流を供給され、回転プラットホームを駆動させるためのモータを含むことを特徴とする請求項１に記載の衛星通信用アンテナシステム。
【請求項３】
前記送信能動モジュールは、
衛星に伝送する信号を増幅するための増幅手段と、
前記複数の送信能動チャネルモジュールに前記増幅手段からの信号をそれぞれ分配するための分配手段と
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の衛星通信用アンテナシステム。
【請求項４】
前記送信能動モジュールは、
衛星への送信を遮断するためのスイッチ手段と、
前記スイッチ手段と前記増幅手段との間の信号の逆流を防止して、それぞれの特性を保証するためのアイソレート手段と
をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の衛星通信用アンテナシステム。
【請求項５】
前記複数の受信能動チャネルモジュールと前記複数の送信能動チャネルモジュールは、それぞれ統合されて構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の衛星通信用アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信用アンテナシステム及びこれを利用した衛星信号の追跡方法に関し、より詳細には、移動するビークルまたは船舶などで衛星マルチメディア通信を行なうための衛星通信用アンテナシステム及びこれを利用した衛星信号の追跡方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星を利用した双方向通信は、移動電話概念の低軌道衛星を利用した低容量の音声信号だけのための通信、または超小型地球局（ＶＳＡＴ：Very Small Aperture Terminal）概念の固定型アンテナシステムを利用した衛星マルチメディア通信が多く用いられた。衛星を利用した双方向通信時に、移動型の通信端末システムは安定した通信環境を保つために衛星追跡機能を有するアンテナを必要とする。
【０００３】
図１は、従来のフェーズドアレイアンテナの基本構成図である。図に示すように、ｎ個（ｎは自然数）の単位放射素子１１０を利用して、それぞれ初期指向位相値を有し、受信された衛星信号は、衛星信号受信機１２０でその受信強度を判断して、衛星追跡プロセッサ１４０に受信信号の強度情報を伝送する。この情報は衛星探索、制御選択、オン・ターニング制御、オン・ノンターニング制御及びオン・ブロッキング制御機能を行なう追跡演算処理プログラムブロック１５０に入力される。
【０００４】
追跡演算処理プログラムブロック１５０は、状況判断と正確な衛星方向を計算して、単位放射素子が所望の方向に衛星を指向するように、ビーム指向制御信号を伝送する。この場合、衛星追跡方向及び速度を判断するために角速度センサ１３０から移動体の回転角速度情報を同時に処理して判断する。
【０００５】
図２は、フェーズドアレイアンテナにおける単一ビームの成形方式を説明するための構造図であって、受信衛星信号が入射されて所望のアンテナ指向角θ°にアンテナの単一ビームを成形する方式を示す。図２のビーム指向制御信号を利用して各単位位相遷移器（Ｂ１ないしＢｎ）に位相遅延値を供給すると、各単位放射素子（Ａ１ないしＡｎ）は受信される方向の衛星信号が同時に同一位相を有して到達するように、それぞれ単位放射素子間の位相差ΔΦずつ遅延される。
【０００６】
この場合、遅延値は、単位放射素子間の距離差ｄと関係がある。同時に各単位放射素子に同一位相に受信された衛星信号は、信号電力結合器２１０で結合され、受信機に到達する前の最終アンテナ受信衛星放送信号２２０になる。
【０００７】
図３は、従来の衛星信号を受信するための移動体能動アンテナシステムの一実施形態の構成図であって、このシステムは、アンテナレドーム部３１と能動アンテナ信号処理部３２を含む。アンテナレドーム部３１は、それぞれ４つのグループに分けられたｍ個（ｍは自然数）から構成された能動チャネル副モジュール（３１１ないし３１４）と４つの信号電力結合器（３１５ないし３１８）、ビーム成形モジュール３１９、回転電源３２０、追跡信号変換器３２１、ビーム操向制御器３２２、回転プラットホーム３３０、ロータリジョインタ３２３、周波数変換器３２４及び駆動制御器２２８を備え、能動アンテナ信号処理部３２は、衛星追跡プロセッサ３２７、電子方位検出器３２６及び電源モジュール３２５を備える。
【０００８】
衛星からの信号がアンテナレドーム部３１に到達すると、ｍ個の能動チャネル副モジュールは、信号電力結合器を利用してｍ／４個ずつ４つのグループに結合される。能動チャネル副モジュールの詳細な構造を図４に示す。図４は、図３の能動チャネル副モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。信号電力結合器を利用して結合された４つの信号は、ビーム成形モジュール３１９に伝送される。図５は、図３のビーム成形モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。
【０００９】
図４，５に示すように、ビーム成形モジュールに基本伝送された４つの受信衛星信号は分配されて、低雑音増幅器、移相器、電力制御及び第１受信信号電力結合器を介して２次ビームに成形されて追跡信号変換器３２１に出力される。また、分配された反対側の信号は、第２受信信号結合器を利用して信号電力結合され、ロータリジョインタ３２３を経てから、周波数変換器３２４で中間周波数に周波数変換され、帯域通過フィルタを介して、ろ過されて衛星放送受信機３４に出力される。
【００１０】
２次ビームを介して伝送された衛星信号を受信した追跡信号変換器３２１は、衛星追跡情報信号の大きさを検出し、この情報をビーム操向制御器３２２に伝送する。２次ビームのビーム操向は、ビーム成形モジュール内の位相遷移器を利用して、一定時間の間隔で現在操向する方向の信号と操向する方向の上下と左右の衛星信号を追跡信号変換器の情報に提供することができる。このように提供された値は、連続的に現在操向する方向が、衛星と最適ではない場合に衛星を探すことができる。
【００１１】
ビーム操向制御器３２２は、現在操向するビームとその周囲のビームの特性に対する情報をロータリジョインタ３２３を経由して能動アンテナ信号処理部３２の衛星追跡プロセッサ３２７に伝送する。衛星追跡プロセッサ３２７に搭載されるプログラムは、これを、電子方位感知器３２６を介して感知される移動体の運動に対する情報処理の結果とともに演算して、衛星位置の方位角、仰角情報及び追跡速度情報を出力する。
【００１２】
方位角及び速度情報は、駆動制御器３２８に出力され、方位角駆動モータ３２９が該当情報に適した１次元方位角制御を行なうように制御して監視する。仰角情報をビーム操向制御器３２２に出力して、所望の１次元仰角制御のためのビーム成形のために演算を行なって、要求される２重ビームの各位相遷移器に割り当てられる位相遅延値コードを計算する。割り当てられた位相遅延値コードは、能動チャネル副モジュールとビーム成形モジュール３１９とに、１次元仰角制御、ビーム成形及びビーム操向のために伝送される。
【００１３】
電源３３から供給される電力は、能動アンテナ信号処理部３２の電源モジュール３２５に供給され、ここで各部に必要な電源を供給する。そのうち１つは、ロータリジョインタ３２３を経由して回転電源３２０に供給され、ここで回転プラットホーム３３０上の全ての部分に必要な電源を供給する。駆動モータ３２９は、回転プラットホーム３３０を動かして能動アンテナの方位角を１次元制御する。回転プラットホーム３３０には、４つのグループに分けられたｍ個の能動チャネル副モジュール、４つの信号電力結合器、ビーム成形モジュール、追跡信号変換器、ビーム操向制御器及び回転電源が搭載される。
【００１４】
ロータリジョインタ３２３は、アンテナレドーム部３１の固定部と回転プラットホーム３３０上の回転する部分との相対的回転状態で、衛星受信信号、各制御信号及び電源電力が開放されず、連続的に伝送及び供給されるようにする機能を行なう。電子方位感知器３２６は、測定を要求する瞬間に移動体の絶対方位と前方傾き、側面傾きの３軸状況情報を提供する。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６、４９６、１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来は、衛星を追跡するために、固定された指向角のアンテナを用い、これを２次元に機械的に制御する方法を主に用いたが、この方法では、追跡速度及び状況制御が複雑であるという問題があった。
【００１７】
また、フェーズドアレイアンテナ方式を用いて単位アンテナ素子の位相を２次元制御する方法を用いる場合は、位相制御される素子数が多すぎて制御が複雑であり、コストが高くなるという問題もあった。
【００１８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、仰角の１次元位相配列制御及び方位角の１次元位相配列制御と機械式制御を混合して用い、仰角と方位角に２重ビーム衛星追跡方式及び電子方位感知方式を用いることによって、追跡の正確度を向上し、追跡損失を低減するための衛星通信用アンテナシステムを提供することにある。
【００１９】
また、本発明は仰角の１次元位相配列制御及び方位角の１次元位相配列制御と機械式制御を混合して用い、仰角と方位角に２重ビーム衛星追跡方式及び電子方位感知方式を用いることによって、追跡正確度を向上し、追跡損失を低減するための衛星通信用アンテナシステムを用いた衛星信号の追跡方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、このような目的を達成するために、本発明に係る衛星通信用アンテナシステムは、仰角方向は電子的に、方位角方向は電子的／機械的に衛星を追跡するために、通信端末との送受信接続手段及び情報交換手段を含む衛星通信用アンテナシステムにおいて、衛星と信号を送受信するための複数のアレイアンテナと、前記複数のアレイアンテナを介して受信した衛星信号の一定周波数を低雑音増幅し、所望の位相に遷移するための複数の受信能動チャネルモジュールと、前記複数の受信能動チャネルモジュールから受信した信号をアンテナアレイの位置によって結合して、前記送受信接続手段を介して前記通信端末に伝達するための受信能動モジュールと、前記通信端末から信号を受信して衛星用周波数に上方変換するための第１変換手段と、前記第１変換手段から前記送受信接続手段を介して受信した信号を増幅／分配するための送信能動モジュールと、前記送信能動モジュールから受信した信号を位相制御して前記アレイアンテナに伝達するための複数の送信能動チャネルモジュールと、前記受信能動モジュールから受信した衛星追跡のための信号を利用して、前記複数の受信能動チャネルモジュール、前記受信能動モジュール、前記複数の送信能動チャネルモジュール及び前記送信能動モジュールを制御するための第１制御手段とを含む特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る衛星通信用アンテナシステムは、前記第１制御手段から現在衛星の方位角情報を伝達されて、方位角情報による電流を発生させるための第２制御手段と、前記第２制御手段から電流を供給されて、前記アンテナシステムの回転体を駆動させるための駆動手段と、前記駆動手段から提供される回転駆動力により回転されるプラットホームとをさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る衛星通信用アンテナシステムを利用した衛星信号の追跡方法は、仰角方向は電子的に、方位角方向は電子的／機械的に衛星を追跡するための衛星通信用アンテナシステムを利用した衛星信号の追跡方法において、仰角方向に電子ビーム操向制御を介して電子的追跡を行ない、方位角方向に回転機器を駆動する機械的追跡を行なって、衛星信号の受信環境を設定する第１ステップと、方位角方向に前記回転機器の駆動を停止し、電子ビーム操向制御を介して設定した前記衛星信号の受信環境を利用して衛星信号の送信環境を設定する第２ステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る衛星通信用アンテナシステムを利用した衛星信号の追跡方法は、衛星信号を見失った場合は、送信電力を遮断して、一定時間の間に一定範囲内で方位角方向に機械的追跡を、仰角方向に電子的追跡を行なう第３ステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る衛星通信用アンテナシステムは、複数の単一パッチアンテナから構成された送受信兼用アレイアンテナの受信端子を介して、衛星信号を受信する。受信された衛星信号は、それぞれのアンテナアレイに接続された受信能動チャネルモジュールで受信周波数帯域だけの信号を得て、低雑音増幅及びアンテナアレイが所望する位相を有するように位相調節機能を経た後、受信能動モジュールに供給される。
【００２５】
受信能動モジュールは、それぞれの受信能動チャネルモジュールから供給された信号をそれぞれのアンテナアレイの位置によって、４つの副配列グループと境界線上にある配列グループ、そしてそれ以外のグループに区分して結合する。
【００２６】
境界線上にある配列グループは、位置によって４つの副配列グループに信号を分配し、こうして形成された４つの副配列グループは、電力分配器を介して衛星を追跡するために、それぞれ位相変換器を経由して電力を結合した後、下方周波数変換器を用いて衛星追跡信号検出部に低い周波数信号を供給し、こうして供給された信号は、衛星の位置把握及び受信能動チャネルモジュールの位相状態制御及び送信能動チャネルモジュールの位相状態制御に用いられる。
【００２７】
４つの副配列グループの電力分配器を介する他の信号は、副配列信号形成に利用されないアンテナアレイ信号などと結合されて、下方周波数変換器と送受信デュープレクサとロータリジョイント及びスリップリングを経由して、通信端末装置に衛星信号を供給する。
【００２８】
本発明の衛星通信用アンテナシステムから衛星に信号を送信するためには、まず通信端末装置から送信信号を供給しなければならない。通信端末装置から供給された送信信号は、衛星との通信に用いられる周波数帯域に周波数を変換するアップコンバータ装置を用いて、周波数を移動体能動アンテナシステムの送信周波数にして、こうした送信信号は、送受信デュープレクサとロータリジョイント及びスリップリングを用いて送信能動モジュールに供給される。
【００２９】
送信能動モジュールは、衛星通信用アンテナシステムに接続されている衛星と通信環境が瞬間的にできなくなる場合、他の衛星への被害を少なくするための手段としてＲＦスイッチを用いて送信信号を遮断する。送信能動モジュールの他の機能としては、信号の増幅とそれぞれの送信能動チャネルモジュールとしての信号供給のための信号分配機能を有している。
【００３０】
送信能動モジュールから信号を供給されたそれぞれの送信能動チャネルモジュールは、ビーム制御及び衛星追跡制御部から供給された位相制御命令による位相制御器の位相制御を経て、送受信兼用アンテナアレイの送信入力端子に信号を伝送する。
【００３１】
本衛星通信用アンテナシステムは、衛星を利用した移動端末システムにおいて、アンテナの放射素子が送受信兼用に用いられるため、狭いスペースで製作可能であり、上方周波数変換器と下方周波数変換器及び２つの送受信デュープレクサを用い、１つのスリップリングを介して１つの通信線路を送信信号と受信信号が同時に利用できるようにする。また、前述したように、受信能動モジュールの信号結合は、衛星信号を受信する場合、アンテナアレイ位置によって信号結合の役割を異なるようにして、衛星に信号を伝達する場合に衛星との通信環境がなされないと、送信信号を自動的に遮断するようになる。
【００３２】
一方、本発明は受信信号のうちの一部を衛星追跡信号に用いて、これに基づいて送信周波数と衛星の位置を自動計算し、送信能動チャネルモジュールの位相を制御して、安全な通信環境を提供することができる。また、本発明は、衛星信号を入力されて移動中に衛星との最適の通信環境を保つために、本衛星通信用移動端末アンテナシステムの場合、仰角方向に電子的な衛星追跡方式を用い、方位角方向には回転プラットホームとアンテナアレイを用いて、角度が小さければ電子的な方法を用い、角度が大きければ機械的な方法を用いる兼用方式を採用することを特徴とする。
【００３３】
さらに、本衛星通信用アンテナシステムは、地上のように移動体の動く環境の傾斜が小さい場合は、移動体能動アンテナシステムの衛星追跡範囲内でそれ自体だけで衛星追跡が可能であり、移動体能動アンテナシステムの衛星追跡範囲外の環境条件下においては垂直運動補正装置とともに用いて船舶でも使用可能である。
【００３４】
本発明の衛星信号の追跡方法は、電源印加後のシステム初期化過程を経てから、送受信兼用アンテナから入力される衛星信号に基づいて、方位角モータ制御と電子ビーム操向制御を介して最適の衛星信号受信環境を設定し、最適の衛星信号受信環境を用いて最適の衛星への送信環境を自動計算して設定できる。また、移動体の急激な運動環境変化によって衛星信号の位置を失った場合は、アンテナからの電波送信信号を遮断し、その事実を通信端末に提供した後、一定時間の間に衛星信号の位置を失った地点の一定角度以内の方位角の左右範囲及び仰角の上下範囲にかけて機械的及び電子的に衛星信号を探索して通信環境がなされたかを確認し、そうではない場合に方位角の全範囲及び仰角の一定範囲にかけて機械的及び電子的に衛星信号を初期探索することができる。
【００３５】
また、本発明の衛星信号の追跡方法は、衛星探索時には移動体の角速度をフィードバックできるように制御ループを形成し、衛星自動追跡時には方位角方向の電子的ビーム操向角に該当する情報をフィードバックできる制御ループから構成されたマルチ制御ループを用いることができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、第１に、仰角の１次元位相配列制御及び方位角の１次元位相配列制御と１次元機械式制御を混合して用いることで、２次元衛星アレイアンテナに比べて経済的、かつ効率的なシステムを提供することができ、２次元機械式制御アンテナに比べて衛星追跡速度の性能を改善することができる。
【００３７】
第２に、２重ビームを利用して衛星を追跡する場合にアンテナアレイによって最適の２重ビーム形成、及び衛星信号を最大限に利用できる効率的なアンテナアレイを利用することによって、アンテナの性能を向上させることができる。第３に、２次元的衛星追跡をするにあたって、衛星から受信される信号を利用するものの、現在使用中にある衛星の現在位置を確認し、衛星に送信する送信信号の周波数及びアンテナ間の間隔を自動計算してそれぞれのアンテナアレイに互いに異なる位相を付与する方式を採用することによって、最適の送信性能を維持することができる。
【００３８】
第４に、現在使用中の衛星の位置を失った場合、衛星に信号が伝達されないように高周波スイッチを利用して信号を遮断することにより、他の衛星の通信環境を邪魔しないようにすることができる。第５に、アンテナシステムの送信信号と受信信号とを上方周波数変換器と下方周波数変換器とを利用して、１つの通信線路だけを利用することによって、アンテナシステムの回転部と固定部との接続を容易にすることができる。
【００３９】
第６に、送信能動チャネルモジュールと受信能動チャネルモジュールが、一体にアンテナアレイのすぐ後面に位置して損失を少なくする構造を採用することによって、アンテナシステムの効率及び性能を向上させることができる。第７に、アンテナアレイの位置によって送信能動チャネルモジュールと送信能動モジュール、受信能動チャネルモジュールと受信能動モジュールとの間の接続線路の長さを異なるようにしてアンテナアレイの位置による電波遅延を防止することができる。
【００４０】
第８に、モータを利用した方位角方向の衛星追跡時に、マルチ制御ループ方式を利用することにより、移動体の移動時及び初期追跡環境で早い時間内に最適の衛星を利用した通信環境の設定が可能となる。第９に、本発明の運動条件を超過する移動体の動作環境条件に対しては、垂直運動補正装置の利用及び垂直運動補正装置との情報交換を通して、移動体動作環境条件に満足できるアンテナシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図６は、本発明が適用される衛星通信システムを説明するための一例を示す図である。図に示すように、衛星６１０と移動するビークル６２０または船舶６３０は、本発明の衛星通信用アンテナシステム６２１、６３１を介して、上下方衛星信号を送受信して互いに通信環境を維持することができる。
【００４２】
移動するビークル６２０の衛星通信用アンテナシステム６２１は、ビークル６２０から衛星６１０への信号を伝送する場合（「送信」という）、ビークル内部の通信端末６２２から信号を供給され、衛星通信用アンテナシステム６２１で衛星周波数信号に変換して衛星６１０に無線信号を出力する。衛星６１０から供給される信号（「受信」という）を、衛星通信用アンテナシステム６２１が、通信端末６２２が所望する周波数信号に変換して提供する。船舶６３０の場合もビークル６２０と同じ方法で、衛星６１０との双方向通信が可能である。
【００４３】
図７は、本発明に係る衛星通信用アンテナシステムの一実施形態の構成図である。図に示すように、本発明のアンテナシステムは、回転部７１と固定部７２とを含み、回転部７１と固定部７２は、ロータリジョイント及びスリップリング７３２を介して衛星との送受信信号と回転部７１の必要電力と情報信号とを、通信端末７３と互いに伝達する。
【００４４】
本発明でロータリジョイント及びスリップリング７３２の超高周波信号の伝達経路は、１つだけを利用する形態であり、衛星に伝達される送信信号は、通信端末７３から伝達されてアップコンバータ（７３４、「上方周波数変換器」ともいう）を介して周波数を、衛星への送信周波数に上方変換する。
【００４５】
駆動制御部７３７は、ビーム制御及び衛星追跡制御部７３６から現在衛星の方位角情報が伝達され、方位角情報による電流を発生させる機能を有する。モータ部７３８は、駆動制御部７３７から電流を供給され、衛星通信用アンテナシステムの回転体を駆動させる。また、回転プラットホーム７３９は、モータ部７３８から提供される回転駆動力により回転する。
【００４６】
以下、図７及び図８を参照して衛星から伝達される信号の受信について説明する。図８は、図７の受信能動モジュールの一実施形態の詳細な構成図であって、詳細な説明は後述する。衛星から伝達された本発明のアンテナシステムに伝達される信号は、受信能動モジュール７３０内の下方周波数変換器＃１（８１８）において低い周波数に変換された後、送受信デュープレクサ＃１（７３１）と送受信デュープレクサ＃２（７３３）を利用して、１つのロータリジョイント及びスリップリング７３２の経路を介して通信端末７３に伝達される。
【００４７】
これとは反対に、衛星に信号を伝達する端末システムの送信周波数を上方周波数変換させるアップコンバータ７３４を、送受信デュープレクサ＃２（７３３）と通信端末７３との間に配置し、送受信デュープレクサ＃１（７３１）と送受信デュープレクサ＃２（７３３）を利用して１つのロータリジョイント及びスリップリング７３２の経路を介して、送信能動モジュール７２９に信号を伝達する。
【００４８】
上記のように信号を送受信することによって、本発明のようなロータリジョイント及びスリップリング７３２の１つの超高周波伝送経路により、衛星信号を同時に送受信できるようにする。
【００４９】
ロータリジョイント及びスリップリング７３２の基本構造を説明すると、スリップリングは上部板が回転する場合、スリップリングの上下にある電源線と信号線とが互いに交差しないように製作されており、ロータリジョイントも外部と超高周波接続線路である同軸ケーブルによって接続される。
【００５０】
固定部７２には、通信端末７３との衛星送受信接続端子と、電力線と通信端末との情報交換のための端子とが位置している。また、通信端末７３から入力された衛星に伝送する送信信号を、周波数を上方変換する機能を有するアップコンバータ７３４と、アップコンバータ７３４の信号をロータリジョイント及びスリップリング７３２に伝達し、ロータリジョイント及びスリップリング７３２から供給される低い周波数に変換された衛星受信信号を通信端末７３に伝達するための送受信デュープレクサ＃２（７３３）、及び通信端末７３から供給された電源を回転部７１に適した電源に変換する機能をする定電圧装置７４０を含む。
【００５１】
回転部７１は、回転プラットホーム７３９とともに回転体上に位置するモジュールから構成される。回転部７１が衛星に信号を送信する過程を説明すると、ロータリジョイント及びスリップリング７３２から供給された送信信号は、送受信デュープレクサ＃１（７３１）を経由して送信能動モジュール７２９に供給される。
【００５２】
図９は、図７の送信能動モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。図に示すように、本発明の送信能動モジュールは、ＲＦスイッチ９０１、アイソレータ９０２、信号増幅器９０３及び電力分配器９０４を含む。ＲＦスイッチ９０１は、現在通信中の衛星位置の追跡に失敗した場合、改めて衛星を探す間に、アンテナシステムが他の衛星の通信環境に影響を与えないように、衛星への送信信号を遮断する役割をする。
【００５３】
信号増幅器９０３は、伝送しようとする信号を増幅する機能をし、アイソレータ９０２は、ＲＦスイッチ９０１と信号増幅器９０２との間に配置され、信号の逆流を遮断することによって、相互の特性を保証する機能をする。電力分配器９０４は、信号増幅器９０３から信号を供給され、アンテナアレイ数だけ存在する送信能動チャネルモジュールに同じ位相と強度に信号を分配して供給する機能をする。
【００５４】
送信能動チャネルモジュール（７１７ないし７２２）は、送信能動モジュール７２９から供給された信号を、ビーム制御及び衛星追跡制御部７３６から供給された衛星位置情報及び送信能動チャネルモジュール（７１７ないし７２２）内に存在する位相遷移器（図示せず）と増幅器（図示せず）を利用して所望の位相と強度を有するように処理して、これを送受信兼用アンテナ配列（７１１ないし７１６）に伝送して送出する。
【００５５】
図１０は、図７のアンテナシステムの配置構造を説明するための一例を示す図である。図に示すように、本発明のアンテナシステムは、４つの階段構造からなっており、説明の便宜のために、図７の送信能動チャネルモジュールと受信能動チャネルモジュールが結合されたモジュール（１００１ないし１００４）を例として説明する。本発明のアンテナシステムは、アンテナの配列位置によって送信能動モジュール７２９、受信能動モジュール７３０、送信能動チャネルモジュールと受信能動チャネルモジュールが結合されたモジュール（１００１ないし１００４）が接続されている線路の長さは、異なるように設定される。
【００５６】
衛星から伝送される受信信号Ａを例として説明すると、衛星とアンテナ配列（７１１ないし７１４）との長さは、アンテナアレイの位置によって異なる。本発明において、送信能動チャネルモジュールと受信能動チャネルモジュールは、アンテナアレイと直接接続される形態であって、衛星と位置によるアンテナアレイとの距離差は、送信能動チャネルモジュールと受信能動チャネルモジュールが一体に製作された送受信兼用能動チャネルモジュール（１００１ないし１００４）と受信能動モジュール７３０との間の接続線路（１００９ないし１０１２）で補償して動作する。
【００５７】
結論的には、本発明は、衛星から受信される信号と衛星に送信する信号との各アンテナアレイの位置による距離差は、受信能動チャネルモジュールと受信能動モジュールの接続線路差と、送信能動チャネルモジュールと送信能動モジュールの接続線路差とによって補償できる。
【００５８】
任意の方向に存在する衛星に対して平面に信号を送受信するために、本発明のアンテナ副配列（７１１ないし７１４）は、一定の角度を有する階段構造になっており、衛星からアンテナ平面に到達する平面波Ａの電気的長さを同一にするために、アンテナ配列（７１１ないし７１４）毎に、電気的な電波の遅延長さを補償できる差分を有するＲＦケーブル線路（１００６ないし１０１２）を利用できる。
【００５９】
本発明のアンテナアレイと衛星から供給された受信信号を通信端末７３に伝達する過程と衛星追跡のための制御信号を形成する過程について、図７、図８及び図１１を参照して説明する。図１１は、図７の送受信兼用アンテナアレイの一実施形態の配置図である。図に示すように、本発明のアンテナアレイは、同じ数（本発明の一実施形態では「ｎ」という）の４つの副配列（１１０１ないし１１０４）とそれぞれの副配列の境界面に存在するｍ個のアンテナアレイ１１０５、またその他のｋ個（ｋは自然数）のアンテナアレイ１１０６、１１０７を含んでいる。
【００６０】
本発明のアンテナシステムの全てのアンテナアレイは、それぞれのアンテナアレイに接続された受信能動チャネルモジュールに信号を伝送する。受信能動チャネルモジュールは、アンテナアレイから得た衛星信号を周波数帯域フィルタを利用して検出し、これを低雑音増幅及び所望の位相を有するために、位相遷移器を経由して受信能動モジュール７３０に提供する。受信能動チャネルモジュールの位相遷移器（図示せず）の制御は、ビーム制御及び衛星追跡制御部７３６の信号によって行なわれる。
【００６１】
受信能動モジュール７３０は、アンテナアレイの上下中心軸と左右中心軸に互いに対称関係に形成された同じ数から構成された４つの副配列に該当するアンテナアレイ信号が受信能動チャネルモジュールから供給される場合、図８の電力結合器＃１（８０１）、電力結合器＃２（８０２）、電力結合器＃３（８０３）、電力結合器＃４（８０４）を利用して同じ形態に超高周波信号を結合する。
【００６２】
図１１の４つの副配列の境界面上に存在するアンテナアレイ１１０５は、受信能動チャネルモジュールを経由して受信能動モジュール７３０に信号が伝達される場合、電力結合器＃５（８０５）を利用して互いに結合し、これをまた境界面上の位置によって電力分配器＃５（８１３）を利用し、電力結合器＃１（８０１）、電力結合器＃２（８０２）、電力結合器＃３（８０３）、電力結合器＃４（８０４）に信号を伝達する。また、図１１において、４つの副配列と境界面のアンテナアレイにも含まれていないアンテナアレイ信号は、受信能動チャネルモジュールを経由した後、受信能動モジュールに信号が入力される時に電力結合器＃６（８０６）を利用して結合される。
【００６３】
受信能動モジュール７３０において、同じ構造と形態の４つの副配列に該当するアンテナアレイとそれぞれの副配列境界面上に位置するアンテナアレイ信号を結合した電力結合器＃１（８０１）、電力結合器＃２（８０２）、電力結合器＃３（８０３）、電力結合器＃４（８０４）の信号は、電力分配器＃１（８０９）、電力分配器＃２（８１０）、電力分配器＃３（８１１）、電力分配器＃４（８１２）を利用して２つの経路に分配される。そのうち１つの経路に分配された信号は、電力結合器＃７（８０７）で結合され、他の経路に分配された信号は、位相遷移器＃１（８１４）、位相遷移器＃２（８１５）、位相遷移器＃３（８１６）、位相遷移器＃４（８１７）を経由してから電力結合器＃８（８０８）で結合される。位相遷移器＃１ないし＃４（８１４ないし８１７）の位相は、ビーム制御及び衛星追跡制御部７３６により供給された信号によって制御される。
【００６４】
電力結合器＃８（８０８）により結合された信号は、下方周波数変換器＃２（８１９）を経由して衛星追跡信号検出部７３５に提供される。衛星追跡信号検出部７３５は、受信した超高周波信号の強度を直流電圧の強度に変換する。それぞれのアンテナアレイに接続された受信能動チャネルモジュールの位相遷移器で一次的に形成されたビームは、位相遷移器＃１ないし＃４（８１４ないし８１７）において、２次的に衛星周囲のビーム信号を形成する。
【００６５】
同じ数のアンテナアレイから得られた信号から４つの位相遷移器＃１ないし＃４（８１４ないし８１７）を利用して、衛星周囲のビームの信号を得て、衛星追跡信号検出部７３５に提供する。すなわち、現在のアンテナアレイが指向するビームの方向が現在通信する衛星と最適に通信環境をなしているかを判断し、現在アンテナアレイが指向する角度が最適の通信環境ではない場合、その情報を衛星追跡信号検出部７３５に提供する。
【００６６】
電力結合器＃７（８０７）は、衛星追跡情報を提供する４つの副配列と境界面上に存在するアンテナアレイではないアンテナアレイ信号を結合した電力結合器＃６（８０６）の信号をともに結合して、下方周波数変換器＃１（８１８）に提供し、下方周波数変換器＃１（８１８）がこれを下方周波数変換した後に、送受信デュープレクサ＃１（７３１）とロータリジョイントとスリムリング７３２と送受信デュープレクサ＃２（７３３）とを介して、通信端末７３に情報を提供する。これはアンテナアレイから受信される全ての信号を最大限に情報として利用するためである。
【００６７】
図１２は、図７の送受信兼用アンテナアレイの一例を示す図であって、８つの単位放射素子が結合されて１つのアンテナアレイを形成した場合を説明するための図面である。図に示すように、単位放射素子（１２０３ないし１２１０）は、各放射素子毎に衛星への送信機能と衛星からの受信機能とを同時に可能になるような形態に具現されている。本発明の一実施形態に係るアンテナアレイは、通信端末７３の信号を衛星に送信するためのアンテナ送信入力端子１２０１と衛星からの信号を通信端末７３に供給するためのアンテナ受信出力端子１２０２とを含む。単位放射素子（１２０３ないし１２１０）は、衛星との偏波角を維持するために、衛星と同じ角度に傾いていることを特徴とする。
【００６８】
図１３は、本発明に係るアンテナシステムを移動中のビークルに固定した状況を説明するための一例を示す図であって、アンテナの仰角追跡範囲が環境的な条件下で運用可能な場合、アンテナシステムがビークルに装着された場合を説明するための図である。
【００６９】
図１４は、本発明に係るアンテナシステムを移動中の船舶に固定した状況を説明するための一例を示す図であって、アンテナの仰角追跡範囲が移動体を運用できる地形の傾斜角など環境的な条件を満足させない場合に、垂直運動補正装置を利用して本発明の運用範囲を拡張できることを説明するための図である。
【００７０】
図１５は、本発明の衛星信号の追跡方法が適用される衛星信号追跡システムの一実施形態の構成図である。図に示すように、本発明の衛星信号の追跡方法は、衛星追跡モード選択器１５０１が追跡モードに従って、該当制御ループを開閉することを特徴とする。本発明において、初期追跡及び繰り返し追跡モードの場合はＡとＢが接続される。Ａ（本発明では４５°／秒）°／秒の命令が衛星追跡モード選択器１５０１によって行なわれ、本発明に係るアンテナシステム（１５０２）に接続された角速度センサ１５０３による移動体角速度のフィードバックが行なわれる。その誤差が０になるようにアンテナ方位角を機械的に制御する。
【００７１】
一方、自動追跡モードの場合はＣとＤが接続され、この時の命令は０°である。そして、フィードバックはアンテナの電子的方位角になる。その誤差が０になるように、本発明のアンテナシステム１６０３は、方位角を機械的に制御できる。
【００７２】
各構成要素の具体的な動作は、図１６ないし図１９を参照して説明する。図１６は、本発明に係る衛星通信用アンテナシステムを利用した衛星信号の追跡方法を説明するための一実施形態のフローチャートである。図に示すように、本発明の衛星信号の追跡方法は、アンテナシステムの電源が印加されてアルゴリズムが始まると、システムパラメータの初期化が行なわれ（１６０１）、その後に初期追跡を行う（１６０２）。衛星信号の初期追跡は、角速度センサ１５０３から受信した角速度を利用してアンテナシステムが固定された移動体の初期運動速度を考慮して行なわれ、仰角方向に電子的に衛星追跡を行ない、方位角方向には機械的及び電子的に衛星を追跡する。初期追跡は、衛星を捕捉した瞬間に終了する。
【００７３】
初期追跡が完了すると、本発明の衛星追跡方法は自動追跡を行う（１６０３）。衛星信号の自動追跡は、既に捕捉した衛星信号を見失わないように、４つのビーム（上側ビーム、下側ビーム、左側ビーム、右側ビーム）の信号レベルを利用し、これによって衛星信号を持続的に捕捉する。自動追跡の遂行中に木や外部物体による衛星信号のブラッキングよって、信号の瞬間的な消失が発生することもあるが、この際、衛星信号が消失された位置から仰角方向に電子的に追跡し、方位角方向に機械的／電子的に追跡して衛星信号を捕捉する繰り返し追跡を行う（１６０４）。
【００７４】
図１７ないし図１９を参照して、図１６の過程を詳細に説明する。図１７は、図１６の初期追跡過程を説明するための一実施形態の詳細なフローチャートである。図に示すように、衛星信号の初期追跡モードが始まると、アンテナシステムの回転部７１が一定速度に回転できるように図１５のモータ制御器１５０４に命令を伝達して（１７０１）、モータ制御器１５０４がモータドライバ１５０５を介して、モータが方位角方向に一定速度に回転できるようにする。
【００７５】
その後、受信能動チャネルモジュール内の位相遷移器を制御するための位相コードを計算し、これを受信能動チャネルモジュールにローディングして受信電子ビームを形成する（１７０２）。次に、中央追跡ビームを形成するための位相コードを計算し、これを追跡ビーム成形モジュールにローディングして中央追跡ビームを形成し、この過程で衛星信号レベルを追跡信号変換モジュールから検出する（１７０３）。
【００７６】
ここで、追跡ビーム成形モジュールは、図８の位相遷移器＃１ないし＃４（８１４ないし８１７）、電力結合器＃８（８０８）及び下方周波数変換器＃２（８０９）を含むモジュールを指す。また、追跡信号変換モジュールは、図７の衛星追跡信号検出部７３５及びビーム制御及び衛星追跡制御部７３６を含むモジュールを指す。過程で検出した衛星信号レベルを基準値と比較して（１７０４）、信号レベルが基準値より大きければ終了して自動追跡遂行を始め、それでなければ受信電子ビームの位置を更新して（１７０５）、改めて該当受信電子ビームを形成するなど、衛星信号レベル値が基準値より大きくなるまで１７０２ないし１７０４過程を繰り返して行う。
【００７７】
図１８は、図１６の自動追跡過程を説明するための一実施形態の詳細なフローチャートである。図に示すように、本発明の自動追跡過程は、まずモータ制御器１５０４に方位角駆動位置制御命令を送り（１８０１）、方位角モータの駆動を停止させる。そして、送信電子ビームを形成するために、該当走査角度による位相コードを計算し、これを送信能動チャネルモジュールにローディングして送信電子ビームを形成した後（１８０２）、送信電力をオンさせる（１８０３）。
【００７８】
次に、追跡ビームを受信ビーム方向と一致する中央に形成するための該当位相コードを計算し、追跡ビーム成形モジュールにローディングする。そして、追跡信号変換モジュールからその際の衛星信号レベルを検出して格納する。同じ方法で上方追跡ビーム、下方追跡ビーム、左追跡ビーム、右追跡ビームを形成してそれぞれの位置における衛星信号レベルを検出して格納する（１８０４）。
【００７９】
その後、格納された中央追跡ビームの衛星信号レベルを基準値と比較して（１８０５）、大きくなければ送信電力をオフさせ（１８０６）、繰り返し追跡を行なう。もし、比較の結果（１８０５）、その値が基準値より大きければ格納された上、下、左、右の衛星信号レベル値を比較して最大の衛星信号の位置を判断し（１８０７）、最も大きい値の方向に受信電子ビームの位置を更新する（１８０８）。そのために、該当位相コードを計算し、送信能動チャネルモジュールにローディングする。
【００８０】
そして、その際の電子ビームの操向方位角をモータ制御器１５０４にフィードバックして電子的方位角の操向角が０になるように方位角モータを制御する（１８０９）。その後、また該当電子ビーム指向方向の周囲に追跡ビームを順次ローディングする一連の過程（１８０４ないし１８０９）を繰り返す。
【００８１】
図１９は、図１６の繰り返し追跡過程を説明するための一実施形態の詳細なフローチャートである。図に示すように、本発明の繰り返し追跡過程は、方位角の一定範囲を左右に繰り返し運動するように、モータ制御器１５０４に命令を伝達する（１９０１）。その後、設定された繰り返し追跡の所用時間を越えると（１９０２）、繰り返し追跡を終了し、初期追跡を行なうことができる。
【００８２】
設定された繰り返し追跡の所用時間が超過しない場合は、該当角度に受信電子ビームを形成するために、位相コードを計算し、これを受信能動チャネルモジュールにローディングする。また、該当指向方向に受信電子ビームを形成するために位相コードを計算し、これを受信能動チャネルモジュールにローディングする（１９０３）。次に、中央追跡ビームを形成するための位相コードを計算し、これを追跡ビーム成形モジュールにローディングする。そして、その場合の衛星信号レベルを追跡信号変換モジュールから検出する（１９０４）。
【００８３】
その値を基準値と比較して（１９０５）、大きければ繰り返し追跡を終了し、自動追跡を行なうことができるが、そうでない場合は受信電子ビームの位置を更新して（１９０６）改めて該当受信電子ビームを形成するなど、衛星信号レベル値が基準値より大きくなるまで繰り返して行う。
【００８４】
なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来のフェーズドアレイアンテナの基本構成図である。
【図２】フェーズドアレイアンテナで単一ビームの成形方式を説明するための一実施形態の構造図である。
【図３】従来の衛星信号を受信するための移動体能動アンテナシステムの一実施形態の構成図である。
【図４】図３の能動チャネル副モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。
【図５】図３のビーム成形モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。
【図６】本発明が適用される衛星通信システムを説明するための一例を示す図である。
【図７】本発明に係る衛星通信用アンテナシステムの一実施形態の構成図である。
【図８】図７の受信能動モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。
【図９】図７の送信能動モジュールの一実施形態の詳細な構成図である。
【図１０】図７のアンテナシステムの配置構造を説明するための一例を示す図である。
【図１１】図７の送受信兼用アンテナアレイの一実施形態の配置図である。
【図１２】図７の送受信兼用アンテナアレイの一例を示す図である。
【図１３】本発明に係るアンテナシステムを移動中のビークルに固定した状況を説明するための一例を示す図である。
【図１４】本発明に係るアンテナシステムを移動中の船舶に固定した状況を説明するための一例を示す図である。
【図１５】本発明の衛星信号の追跡方法が適用される衛星信号追跡システムの一実施形態の構成図である。
【図１６】本発明に係る衛星通信用アンテナシステムを利用した衛星信号の追跡方法を説明するための一実施形態のフローチャートである。
【図１７】図１６の初期追跡過程を説明するための一実施形態の詳細なフローチャートである。
【図１８】図１６の自動追跡過程を説明するための一実施形態の詳細なフローチャートである。
【図１９】図１６の繰り返し追跡過程を説明するための一実施形態の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
７１    回転部
７２    固定部
７１１〜７１６    送受信兼用アンテナ配列
７１７〜７２２    送信能動チャネルモジュール
７２３〜７２８    受信能動チャネルモジュール
７２９    送信能動モジュール
７３０    受信能動モジュール
７３１、７３３    送受信デュープレクサ
７３２    ロータリジョイント及びスリップリング
７３４    アップコンバータ
７３５    衛星追跡信号検出部
７３６    ビーム制御及び衛星追跡制御部
７３７    駆動制御部
７３８    駆動モータ
７３９    回転プラットホーム
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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