(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の焦点のある集束面を有する多方向集束手段を具備し、所定の軌道に沿って飛翔している非同期衛星を利用する通信システムにおける信号の送信及び/又は受信用の装置であって、
少なくともＮ行Ｍ列の独立の送信機及び／又は受信機放射要素群であり、前記集束面の焦点の近傍に配設され、所定の向きに最適ビームを得るように選択された放射要素群と、
第一の焦点に関連した少なくとも一つの第一の要素と第二の焦点に関連した第二の要素とを、送信及び/又は受信された信号を処理する回路へと切替えるための、前記放射要素群に結合した電子スイッチ手段であり、前記焦点が所定の瞬間の第一及び第二の衛星の各位置に対応する、電子スイッチ手段と、
を具備し、
前記電子スイッチ手段は、前記所定の瞬間の第一及び第二の衛星の各位置に対応する前記少なくとも第一の及び第二の要素を決定するための監視手段により制御されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記監視手段が、有用データの交換を実行すべき放射要素を決定するための第一と第二の監視手段、又は第三と第四の監視手段を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記集束面に隣接し、放射要素を配列した第一及び第二の独立の支持手段をさらに具備することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第一及び第二の支持手段は、衛星を方位角上に追跡可能にするように第一及び第二の支持手段を配向させるための、第一及び第二の支持手段の回転手段を含む作動手段に結合している、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記スイッチ手段は、送信信号を処理する回路に結合した一つの入力とＮ×Ｍ個の放射要素に結合したＮ×Ｍ個の出力とを有する第一のスイッチ、及び/又はＮ×Ｍ個の放射要素に結合したＮ×Ｍ個の入力と受信信号を処理する回路に結合した一つの出力とを有する第二のスイッチを具備することを特徴とする、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
衛星を追跡する際に、当該装置が仰角で１０°から９０°傾斜可能である放射パターンを示すように、整数Ｎが予め決められていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、非同期衛星を利用する通信システムにおける信号の送信及び/又は受信用の装置に関する。
【０００２】
従来、衛星を介した商業用遠距離通信は、その殆ど多くは静止衛星を介し行われており、空中での相対的位置を変化させないおかげで、多くに有益がもたらされている。しかしながら、静止衛星はその静止衛星からユーザアンテナが離れている距離（３６,０００キロメータのオーダであり、対応する損失はKu バンドにて約２０５ｄＢにも上昇する）と送信遅延（通常、２５０ｍｓから２８０ｍｓのオーダである）に関係する送信信号のかなりの減衰のような大きな欠点を有し、電話方式、ビデオ会議などのような実時間応用では、明らか認知できる混乱を起こすようになる。さらに、赤道面に位置する静止軌道は、高緯度地方に関しては視認性の問題を提起する。極に近接する地方では、仰角は非常に小さくなる。
【０００３】
静止衛星を利用する代替は、
‐傾斜楕円軌道の衛星の使用であり、数時間可能な継続時間、最高点の緯度に位置する領域上で、その衛星は殆ど静止しており、
‐円形軌道、特に低軌道（以下、ＬＥＯ、「低地球軌道」という）又は中軌道（以下、ＭＥＯ、「中地球軌道」という）の衛星の配列を実行し、その衛星の配列は、数十分から約１時間の継続時間、ユーザ端末の視認できる範囲内で飛んでいる。
【０００４】
双方の場合とも、サービスは単一の衛星により永遠に提供されものではなく、サービスの継続性には、数多の衛星が次々とサービス領域上を飛んでいることが必要である。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、所定の軌道に沿って飛翔している非同期衛星を追跡するためのアンテナ装置を製造することであり、装置の視認性の範囲内で、少なくとも二つの衛星とそれに続く別の衛星をピックアップすることができる。
【０００６】
この目的にため、本発明の主題は、複数の焦点のある集束面を有する多方向集束手段を具備し、非同期衛星を利用する通信システムにおける信号の送信及び/又は受信用の装置であって、前記集束面の焦点の近傍に配設された、独立の送信機及び／又は受信機放射要素又は放射要素群の連続ストリングと、第一の焦点と関連した少なくとも一つの第一の要素と第二の焦点と関連した第二の要素とを、送信及び/又は受信された信号を処理する回路に任意に切替えるため、放射要素と結合した電子スイッチ手段であって、前記焦点は一定の瞬間の第一及び第二の衛星の各位置に対応している前記電子スイッチ手段と、前記一定の瞬間の第一及び第二の衛星の各位置に対応する前記少なくとも第一の及び第二の要素を決定するためのスイッチ手段を監視する監視手段とを具備することを特徴とする装置に関するものである。
【０００７】
用語「アクティブ」は、同様のいわゆる「アクティブ」衛星と有用なデータの大部分を交換する何れかの要素のことをいい、一方、用語「パッシブ」とは、別のいわゆる「パッシブ」衛星と信号データと殆ど有用でないデータを交換する別の要素のことをいう。
【０００８】
このようにして、本発明による装置により、異なる場所に集束された少なくとも二つのビームを送信及び/又は受信し、第一の衛星から別の衛星へ切替えた際の切替え遅延を受けないことを可能にする。
【０００９】
一の実施例によれば、スイッチ手段は、送信信号を処理する回路と結合した一つの入力と、要素を放射するＮＸＭと結合したＮＸＭ出力のある第一のスイッチ及び/又は要素を放射するＮＸＭに結合したＮＸＭ入力と受信信号に関して受信信号を処理する回路と結合した出力のある第二のスイッチを有するスイッチユニットを具備し、要素を放射するストリングはＮ個のロウ及びＭ個のカラムのあるマットリックス要素の形態を示す。
【００１０】
一の実施例によれば、整数Ｎは、衛星を追跡中に装置が仰角で１０°から９０°に傾斜可能な放射パターンを示すように、予め決められている。
【００１１】
整数Ｎは予めセットされた方位角の周りに、方位角上視認性可能であるように、予め決められている。仰角は水平面と装置の中心と軌道の瞬間面にある衛星とを通過する半径Ｒとの間に存在する角度として、本発明内では理解される。さらに方位角は、前記半径Ｒと軌道の瞬間面を横切る面の垂直との間の角度として定義される。
【００１２】
非同期衛星の軌道が静止又は互いに密接している特定の場合、整数Ｍは予めセットされた方位角の周りのビームの方位角調整により、それらの追跡を確実にするように選択される。
【００１３】
最大レベルに相当する放射の一定方向の周りの仰角に、それぞれ方位角に±０．５ｄＢの利得変動に対する一つのユニットにより、Ｍ、Ｎそれぞれ増加するという利点がある。
【００１４】
一の実施態様によれば、放射要素のストリング、スイッチ手段及び送信及び/又は受信信号を処理する回路は、基板の同一の層に配設される。
【００１５】
放射要素のストリングは基板の第一の層にてエッチングされ、その層の下に前記スイッチと送信及び/受信信号を処理する回路とを含む第二の層を配設させる。
【００１６】
放射要素のストリングは、第一の層にてエッチングされ、前記スイッチ手段と、送信及び/又は受信信号を処理する回路とを含む第二及び第三の層を、それぞれ配設する。
【００１７】
前記要素を励磁させる第一の励磁ラインは、第一のビームの送信及び/又は受信の第二の層にてエッチングされ、第二の励磁ラインは、第二のビームの送信及び/又は受信の第三の層にてエッチングされる。
【００１８】
好ましくは、スロットはアース面を構成する第一の層の下部面にてエッチングされ、下部層でエネルギーの交換を可能にする。
【００１９】
第一の衛星の軌道が方位角上に移動するときに、第一の衛星の追跡を可能にし,一方、第二の衛星が名目上の軌道にいることが予想されることを可能にするために、装置は集束面に隣接する第一及び第二の独立した支持手段を具備し、放射要素の連続ストリングに配設される。したがって、後者の解決策は、非同期衛星はかなり方位角上に変動する場合には、特に効果的である。特に、整数Ｍから１の値を減少させることができ、これは機械的に方位角上の追跡を確実にしながら、電子仰角追跡に相当する。
【００２０】
好ましくは、前記第一及び第二の支持手段は、衛星の方位角上の追跡を可能にするように、第二の手段を配向させるための第一及び第二の支持手段の回転手段を含む作動手段と結合しており、前記装置によるターゲット及び/又はソースの追跡中の前記支持手段の「ラクナ（lacuna）」である。
【００２１】
好ましくは、上記回転手段は、第一及び第二の支持手段が回転可能である周りのルーネベルグレンズの中心を通過する回転軸を有する。
【００２２】
一の実施例によれば、装置は要素のモータ及び作動手段のモータを制御する監視手段を具備する。
【００２３】
一の実施例によれば、装置のフォーカサ要素は球形ルーネベルグレンズである。
【００２４】
好ましくは、装置は非同期衛星の追跡の目的用である。
【００２５】
装置の集束面の点に隣接して配置し、少なくとも一つの静止衛星と永久に通信可能である送信及び/又は受信手段をさらに具備するという利点が装置にはある。好ましくは、第三の要素は固定されている。
【００２６】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照し、次の非制限例による典型実施態様の説明から明らかになるであろう。
【００２７】
説明を簡単にするために、同じ参照番号は、同じ機能を果たす要素を指すように、後の図面でも利用する。
【００２８】
図１ａ及び図１ｂに示す実施態様から、追跡装置は特性自体は公知の誘電材料の固体球形ルーネベルグレンズ２を具備する。直径Ａの二つの端部にて、二つの調整ボタン３を有する。その面は、二つの半球体２１および２２として前記レンズを画定させる直径４を通過する、図１ａのセクションを横行し、半球体２１は衛星１１及び２１が位置する放射空間と対面し、一方、半球体２２は一組の放射要素６と対面する集束面５を有する。この組６は半球体２２の形を抱える（ポリスチレンフォームからなる）電気的に透過性のあるキャップ６１により支えられ、よって半球体とその組６との間の界面の役割を果たす。その組６とキャップ６１は矩形断面の半アーチ形を有する。放射要素６はパッチ７からなり、その配置は後述する。衛星１１はアクティブパッチ６ａの視認性の範囲内であり、一方、衛星１２はパッチ６ｂの視認性の範囲内であり、アクティブ追跡を待機する。なお、図１ｂのセクションでは、パッチ６ａにより衛星１１を観察することができる。調整ボタン３のおかげで、二重矢印６０に示すように、インストールすると、方位角上に装置の観察の調整が可能となる。その装置は住居（dwelling）の内部のユニットと結合しており、装置が位置し、上記ユニットはテレビデコーダ（図示せず）である。
【００２９】
さらに、装置は静止衛星１３と通信可能である送信機/受信機要素４９を具備する。好ましくは、送信機/受信機要素４９はアンテナであり、放射パッチを有する。変形例によると、要素４９は導波管アンテナである。
【００３０】
図２ａは、それぞれ独立の支持体１０及び１１にある一次ソース８及び９の二重層を示す。二つの支持体１０及び１１の方位角的機械調整は独立であり、アクティブ一次ソース８ａは衛星１１を観察し続け、一方、ソース９ｐは衛星１２を積極的に追跡するために待機している。これは、ソース９ｐが衛星１２を追跡するが、衛星１２との情報交換に割り当てられた周波数帯が、衛星１１とアクティブ一次ソース８ａとの間の情報交換に割り当てる周波数帯に対して減少することを排除するものではない。上記のことを、以後、一層明確に説明することにする。
【００３１】
いわゆるアクティブビーム１２ａはアクティブソース６ａ、８ａに対応し、一方、いわゆるパッシブビーム１２ｐはパッシブソース６ｐ、９ｐに対応する。支持体１０、１１の制御は、モータ１００、１１０によりそれぞれ実行され、その作動は以後に詳細に述べる監視手段３６、４６により制御される。
【００３２】
図３ａは、図１ａに示すエリアＤの詳細図であり、放射空間に反対面に対面するパッチ１６の第一の層１３と、第一のビームを送信/受信できる、前記パッチ１６の給電回路の第二の層１４と、第二のビームを送信/受信できる、前記パッチ１６の給電回路の第三の層１５とからなる垂直断面を示す。図３ｂは、パッチ１６の給電回路を示し、そのハッチ１６は図３ａの第二の層に配設され、第一のビームを励磁することができ、一方、図３ｃは第二のビームの励磁用であり、図３ｂと同様な特性を示す。用語「ビーム」とは、送信又は受信のいずれかのパッチ１６と衛星との交換を指すものとして、本願では使用する。
【００３３】
第一の層１３の上面は、説明を簡潔にするため、Ｎが４に等しく、Ｍが３である場合のＮ個のロウとＭ個のカラムのアレイを形成するように配設されたパッチ１６を示す。なお、上記値は例としてのものであり、Ｎは１０°から９０°の仰角適用範囲の５０のオーダである。層１３の下面は、回路の三つの層に共通なアース面を形成する金属面１８を示す。図５に詳細に示すスロット１９は、アース面１８でエッチングされ、パッチ１６と第二及び第三の層１４、１５との間に放射線波の通過を可能とする。第二の層１４の下面は、第一のビーム（アクティブ若しくはパッシブ）の送信/ピックアップ可能であるパッチ１６（アクティブ若しくはパッシブ）の給電回路１７を示し、一方、第三の層１５は第二のビーム（それぞれパッシブ若しくはアクティブ）を送信/ピックアップ可能であるパッチ１６（それぞれパッシブ若しくはアクティブ）の給電回路２０を含む。
【００３４】
図３ｂにて、給電ラインは直交サイドにパッチ１６を励磁する。第一のライン１７１はパッチ１６により受信した信号を運び、スイッチ２１の駆動ポート２１１、その出力２１２は、信号を送信する周波数変換回路２２を駆動させ、住居（図示せず）内部のユニットに、衛星中間帯（つまりＳＩＢ）を交差させる。なお、上記ＳＩＢは、ラインテレビ衛星通信装置のフレームワーク内で標準化されている。現在のフレームワーク内では、中間周波数への交差には同じバンドをとることは義務づけられていない。
【００３５】
第二のライン１７２は第二のスイッチから生じ、送信すべき信号を衛星へ運ぶ。第二のスイッチ２３は衛星を観察するパッチ１６を選択する。スイッチ２３の入力は周波数変換回路２４とリンクしており、周波数変換回路の入力は住居内部のユニットと接続している。
【００３６】
各周波数変換回路２２、２４並びに上記は、それ自体公知な方法で、ミキサ２５と、周波数交差の局所発振器２６とを具備する。下向経路では、さらに、周波数変換回路は低ノイズ増幅器２７を具備し、一方、上向経路では、周波数変換回路は電力増幅器２８を具備する。
【００３７】
図３ｃでは、給電ラインは直交サイドにパッチ１６を励磁する。第三のライン２９１はパッチ１６により受信した信号を運び、第三のスイッチ３０の駆動ポート３０１、その出力３０２は信号を送信する周波数変換回路３１を駆動させ、ユニット内部に衛星中間帯（ＳＩＢ）へ交差させる。第四のライン２９２は第四のスイッチ３２から生じ、衛星へ送信すべき信号を運ぶ。第四のスイッチ３２は衛星を観察するパッチ１６を選択する。スイッチ３２の入力は周波数変換回路３２とリンクしており、その周波数変換回路の入力はユニット内部と接続している。
【００３８】
なお、スイッチ２１、２３は第一の監視手段３４により制御され、第一の衛星を観察可能であるパッチ１６を選択することができ、一方、スイッチ３０、３２は第二の監視手段３５により制御され、第二の衛星を観察可能であるパッチ１６の選択することができることを、さらに強調しておく。例えば、本実施例では、第一及び第二の制御手段は、メモリ３７、衛星の軌道履歴などのような情報、さらに衛星の検出の閾値の役割を果たす利得値を有し、メモリ３７を保存しているマイクロコントローラ３６に包含され、マイクロコントローラ３６は衛星を追跡するように隣接パッチ１６へ、又は第二のビームで第二の衛星を観察するパッチ１６への何れかに切替える。スイッチ２１、２３、３０及び３２は、例えば、マイクロコントローラ３６と結合したｋコントロールタグを有し、さまざまなパッチ１６と入力若しくは出力タグと結合したＮｘＭタグとを有する電子チップである。
【００３９】
図４ａは図１ａのエリアＤの変形例の詳細図であり、放射空間に向かって配向したパッチ１６の第一の層１３と、送信すべき信号を処理する第二の層３７と、受信した信号を処理する第三の層３８とを示す。図４ｂは、図４ａの送信すべき信号を処理する第二の層３７を示し、一方、図４ｃは図４ａの受信した信号を処理する第三の層３８を示す。
【００４０】
第二の層３７の下面は、第一及び第二のビームを送信可能なパッチ１６の給電回路３８を示し、一方、第三の層３８は第一及び第二のビームを受信可能なパッチ１６の給電回路３９を具備する。
【００４１】
なお、図３ａ乃至図３ｃでは受信及び送信経路は二つの直交偏波に従い生じることが、本願では観察される。これは、明らかに義務的なものではないが、送信経路と受信経路との間の良好な分離を可能にする。第一のビームの送信/受信は層１４の二つの直交偏波に沿って実行され、第二のビームの送信/受信は層１５の二つの直交偏波に沿って実行される。
【００４２】
一方、パッチ１６は二つの対向サイドにより励磁され、層３７の第一のビームと第二のビームを別々に送信し、層３８の第一のビーム及び第二のビームを別々にピックアップする。
【００４３】
また、第一の基板層１４の単一のパッチ１６を有する構造は、基板層から離れ、相互に対面し、実質上シフトした周波数で共鳴する二つのパッチを有する構造と交換可能であり、周波数通過帯を高域化する。
【００４４】
図４ｂでは、給電ライン３８は反対側のパッチ１６を励磁する。第一のライン３８１はある偏波による第一のビームに送信されるべき信号を運び、第二のライン３８２は同偏波による第二のビームの送信されるべき信号を運ぶ。上記ライン３８１、３８２は、それぞれ第１のスイッチ４０と第二のスイッチ４１とに結合している。各スイッチ４０、４１の入力は、前記説明したタイプの周波数変換器回路と結合している。
【００４５】
同じようにして、図４ｃには、反対側のパッチ１６を励磁する給電回路３９を示す。第一のライン３９１はある偏波に従う第一のビームにて受信される信号を運び、第二のライン３９２は同偏波による第二のビームにて受信される信号を運ぶ。上記ライン３９１、３９２は、それぞれ第１のスイッチ４２と第二のスイッチ４３とに結合している。各スイッチ４２、４３の出力は、前記説明したタイプの周波数変換器回路と結合している。
【００４６】
スイッチ４０はマイクロコントローラ４６に含まれる第三の監視手段４４により制御され、第一の衛星へ送信する最適ビームを得ることができるパッチ１６を選択することが可能であり、一方、スイッチ４１は第二の衛星への送信の最適ビームを得ることが可能である第四の監視手段により制御される。同様に、スイッチ４２は第三の監視手段４４により制御され、第一の衛星からの信号の受信用の最適ビームを得ることができるパッチ１６を選択することが可能となり、一方、スイッチ４３は第二の衛星からの信号の受信の最適ビームを得ることができる第四の監視手段４５により制御される。
【００４７】
図５は、第一の層１３のパッチ１６を含む面の反対面にあるスロット１９を示す。直交サイドを介してパッチ１６を励磁するラインポル（line pol）１１及びラインポル２１は、図３ａ乃至図３ｃの実施例の場合のスロット１９３に給電する励磁ラインに対応する。この場合、同一のパッチ１６はビームにより送信及び受信されたデータを運ぶ。二つの直交サイドに沿う励磁により、受信経路及び送信経路の分離が二つの直交偏波にて可能になる。表記ポルｉｊとは、偏波ｉに従い運ばれたビームラインｊに対応する。
【００４８】
ラインポル１１及びラインポル１２は、図４ａ乃至図４ｃの変形例に対応する。ラインポル１１及びラインポル１２は反対サイドを介してパッチ１６を励磁し、一方のラインの第一のビームの受信経路と、第二のラインの第二のビームの受信経路のデータを（又は、一方のラインの第一のビームと第二のラインの第二のビームの送信経路のデータを）運ぶ。
【００４９】
本発明による装置は以下のように動作する。まず、衛星が装置の視認性の範囲内に位置する。アクティブパッチと関連するアクティブビームが、衛星の軌道上を追跡する。第一の衛星が装置の視認性の範囲内から消える前に、第二の衛星が出現する。装置は送信/受信にて、第二の衛星を追跡しながら第一の衛星の有用なデータ通信を継続し、監視手段は第二の衛星の信号のみと通信する。ルーネベルグレンズは、例えば、３５ｃｍの直径を有し、装置は１２ＧＨｚオーダの周波数で動作する。あるパッチから別のパッチへの切替えは、送信/受信利得が最大レベルと等価な放射に対して、±０．５ｄＢ又は１ｄＢを超過した際に起こる。整数Ｎは、例として、３°の余分な方位角適用範囲のある単位のＮ増加するというルールを考慮して、必要とされる方位角適用範囲の関数として決定される。Ｍ及びＮの選択は、他の事項の中で、装置が許容するビーム幅に、利得変動に、上記の最小のギャップを限定するパッチ１６の寸法に依存することは明らかである。
【００５０】
監視手段は、衛星への受信/送信信号（アクティブ若しくはパッシブ）のレベルを測定する。アクティブ若しくはパッシブのレベルが所定の閾値以下であるとすぐに、別のパッチへ切替え、衛星の最善な追跡を可能するパッチを決定するために、適当なスイッチが動作する。
【００５１】
もちろん、本発明は前出の実施例に限定されるものではない。よって、ルーネベルグレンズは円筒形である。
【００５２】
最後に、衛星１１から衛生１２へのスイッチ管理は、本発明の動作を説明するために考慮された以外の方法でも実行可能である。少なくとも二つの衛星１１、１２へ多くのアクセスが可能である全ての公知な方法が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  本発明による追跡装置の実施例の垂直断面の線図である。
【図１ｂ】  図１ａのセクションＡ‐Ａに沿って表わされる、本発明による装置の線図である。
【図２ａ】  図１ａ及び図１ｂの追跡装置の変形例の線図である。
【図２ｂ】  図２ａのセクションＢ‐Ｂに沿って表わされる、本発明による装置の図面である。
【図３ａ】  図１ｂに示すエリアＤの詳細図であり、放射空間に対面するパッチの第一の層と、第一のビームを伝送することができる前記パッチの給電回路の第二の層と、第二のビームを伝送することができる前記パッチ１６の給電回路の第三の層との垂直断面を表わす。
【図３ｂ】  図３ａの第二の層を含むさまざまな回路を表わす。
【図３ｃ】  図３ａの第三の層を含むさまざまな回路を表わす。
【図４ａ】  図１ａのエリアＤの変形例の詳細図であり、放射空間に向かって配向する放射要素の第一の層と、送信すべき信号を処理する第二の層と、受信信号を処理する第三の層とを表わす。
【図４ｂ】  図４ａの送信すべき信号を処理する第二の層を表わす。
【図４ｃ】  図４ａの受信信号を処理する第三の層を表わす。
【図５】  第一の層の放射要素を含む面と反対面のスロットを示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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