(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビームを放射するためのアンテナと、前記アンテナに給電を行うフィードアレーと、前記フィードアレーを制御する制御手段とを備え、前記マルチビームの周波数帯域を繰り返し利用して地上端末との間で相互通信を行う衛星搭載用マルチビームアンテナ装置であって、
前記フィードアレーは、前記制御手段の制御下で、
第１の周波数のビームと前記第１の周波数のビームに隣接する第２の周波数のビームとがクロスするクロスオーバー点が、１ｄＢ前後となるカバレッジ範囲を有するように、前記アンテナに対してアンテナビームを供給するとともに、
前記周波数帯域の繰り返し利用を行う同一周波数、同一時間スロット、または、同一コードを有する方向に、前記アンテナビームのヌルを形成するために、
前記周波数帯域の繰り返し利用を行う同一周波数、同一時間スロット、または、同一コードを有する複数のアンテナビームを、相互間が直交関係を維持するように配置し、
前記複数のアンテナビームの相互間および周囲に、他の複数の周波数を有する複数のビームを配置し、
前記他の周波数を有し前記周波数帯域の繰り返し利用を行うビーム間は、それぞれ直交関係を有するようにビームを配置することを特徴とする衛星搭載用マルチビームアンテナ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記ヌルを形成する地点として、前記同一周波数が使用されている地点を検知し、
前記同一周波数が使用されている時間のみに、検知された前記地点にヌルを形成するように前記フィードアレーを制御することを特徴とする請求項１に記載の衛星搭載用マルチビームアンテナ装置。
【請求項３】
前記フィードアレーは、前記制御手段により選択される複数の素子アンテナを備え、
前記複数の素子アンテナは、前記制御手段の制御下で、
前記クロスオーバー点が１ｄＢ前後を有するビームを形成するように振幅位相制御され、
前記振幅位相制御が変化されることにより、ビーム方向を変化させて複数のビームを形成し、
前記複数のビームは、４個の円形ビーム、または３個の円形ビーム、または２個の楕円ビームからなり、前記クロスオーバー点がほぼ３ｄＢになるカバレッジ範囲のエリアをカバーするように、ビームフォーミングネットワークを構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の衛星搭載用マルチビームアンテナ装置。
【請求項４】
前記フィードアレーは、
前記マルチビームのうちの第１のビームに関連して、第１の周波数ｆ１を受信する第１の受信機と、前記第１の周波数ｆ１に隣接した周波数ｆ０を受信する第２の受信機とを備えるとともに、
前記第１のビームに隣接する第２のビームに関連して、第２の周波数ｆ２を受信する第３の受信機と、前記第１のビームの周波数ｆ１を受信する第４の受信機とを備え、
前記第１の周波数ｆ１で受信された受信信号を取り出す際に、前記第１のビームに隣接する１つ以上のビームにて受信された前記第１の周波数ｆ１とほぼ同相になるように、前記第１および第４の受信機の出力信号をダイバーシチ受信合成することにより、新たなビームを形成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の衛星搭載用マルチビームアンテナ装置。
【請求項５】
前記フィードアレーは、
複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナの各々に設けられ、２つの直交する直線偏波、または、右旋および左旋を含む２つの円偏波に対応した第１および第２の偏波を有する一対の端子と、
前記一対の端子の各々に設けられた第１および第２の受信機と、
前記第１および第２の受信機の出力信号を選択または合成する出力回路とを備え、
前記第１の受信機は、前記複数の素子アンテナの第１の偏波を合成することにより第１のビームを形成し、
前記第２の受信機は、前記複数の素子アンテナの第２の偏波を合成することにより第２のビームを形成し、
前記出力回路は、前記第１および第２のビームの受信レベルを比較して受信レベルの高い方のビームを選択するか、または、前記第１および第２のビームを同相となるように合成するか、または、振幅および位相の両方を調整して受信信号が最大になるように合成して、受信ビームとして出力することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の衛星搭載用マルチビームアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星や宇宙航行体などの宇宙機器に搭載される衛星搭載用マルチビームアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、海外において、衛星を用いたマルチビームによる通信が行われており、Ｌ帯（従来波長帯城）を用いた移動体衛星通信サービス（ＭＳＳ：Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）として、Ｔｈｕｒａｙａ、ＡｃｅＳ（衛星携帯電話）が実現されている（たとえば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００３】
衛星ブロードバンドサービスを低コストで提供するためには、システム周波数帯域や衛星送信電力などの衛星システムリソースを効率的に配分しなければならない。
マルチビームシステムは、周波数帯域を繰り返し利用することによりシステム全体の通信容量を向上することが可能であり、次世代の大容量衛星通信を実現するための、有望な方式も提案されている（たとえば、非特許文献３参照）。
【０００４】
しかし、マルチビームにおいては、同一周波数を利用するビーム間干渉が通信品質に与える影響が大きいので、システムリソースの配分は、周辺ビームからの電力干渉を考慮して行う必要がある。また、移動体衛星通信において、サービスエリアでのユーザは、偏在し、かつ変動するという特徴があるので、マルチビームにおいては、特定ビームへのトラフィック集中などの不均一なトラフィック分布に対応して、常に通信容量が最大になるように、システムリソースの配分を行う必要がある。
【０００５】
たとえば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式では、隣接ビーム間で利用周波帯域がオーバーラップしないように、周波数繰り返しを行い、３色、４色、７色の繰り返しが検討されている。
周波数繰り返し利用を行うためには、同一周波数（または、同一時間スロット、同一コード）を利用するビーム間での干渉を考慮する必要がある。
【０００６】
また、移動体通信衛星の特徴を考慮すると、時間的、地理的なトラフィック変動に柔軟に対応することが必要になってくるので、こうした背景から、マルチビームによるビーム間干渉およびトラフィック変動を前提としたリソースの配分が必要となる。このような性能・機能を有するアンテナとして、オフセットパラボラ反射鏡と給電素子アレーからなる衛星搭載用マルチビームアンテナ装置がある。
【０００７】
また、衛星移動通信（ＭＳＳ）周波数帯域において、衛星通信事業者にのみ許された地上系を補助的に利用するシステムとして、ＡＴＣ（Ａｎｃｉｌｌａｒｙ  Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）が米国ＭＳＶ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｖｅｎｔｕｒｅｓ）社から提案されている。
【０００８】
ＡＴＣは、衛星系および地上系の周波数をビームごとに入替え、同一周波数を共用するシステムである。すなわち、衛星の見通しエリアは衛星通信を利用し、建物内、衛星信号のシャドウイングエリアは、ＡＴＣ基地局との間での地上通信を利用するものである。
こうしたＡＴＣシステムを実現するためには、さらにビームを細くしたマルチビームが必要であり、地上のＡＴＣ基地局からの干渉も考慮する必要がある。
【０００９】
通信容量を大きくするためには、ビーム幅を小さくして、周波数繰り返しを多くする必要がある。一方、人工衛星は、常に姿勢制御を行うが、完全に姿勢を固定することはできないので、わずかではあるが姿勢変動が生じる。また、外径が１０ｍ〜２０ｍの大型展開アンテナになると、これもわずかではあるが、軌道上での熱変形が生じ、ビーム方向の変動が生じる。こうした変動は、ポインティングエラーと呼ばれ、ビームの指向性が変動することになる。
【００１０】
また、一般的に、マルチビームの場合、カバレッジ範囲ＥＯＣ（Ｅｄｇｅ  ｏｆ  Ｃｏｖｅｒａｇｅ）を３ｄＢ〜４ｄＢのビーム幅で覆うことが多いが、このカバレッジ範囲ＥＯＣにおいて、ビームの指向性が変動することは、すなわち、実際のビームの中心が目的とする中心線からずれることになり、カバレッジ範囲ＥＯＣが変化する。このようなカバレッジ範囲ＥＯＣの変化は、アンテナ利得の低下を招くことになる。
【００１１】
さらに、上記のような大型展開アンテナになると、ビーム幅は、０．５［ｄｅｇｒｅｅ］〜１．０［ｄｅｇｒｅｅ］程度の極めて細いビームとなり、細いビーム幅でポインティングエラーが生じると、利得変化量は、数ｄＢ以上にもなる。この結果、ポインティングエラーにともなう利得低下が数ｄＢにもなり、通信容量および通信品質に与える影響は大きい。
【００１２】
【非特許文献１】安井他、「Ｎ−ＳＴＡＲｃと衛星管制システムの開発」、ＮＴＴ  ＤｏＣｏＭｏテクニカルジャーナル、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１１、ｐｐ．６７−７６、Ｎｏｖ．２００３．
【非特許文献２】鈴木他、“技術試験衛星ＶＩＩＩ型搭載フェーズドアレー給電反射鏡アンテナ用独立指向方向制御型ビーム形成装置”、信学論（Ｂ）、Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｂ、Ｎｏ．８、ｐｐ．１０５３−１０６２、２００４．
【非特許文献３】Ｍ．Ｕｅｂａ、ｅｔ  ａｌ、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ａｎｄ  ｓｃａｌａｂｌｅ  ｍｏｂｉｌｅ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｆｕｔｕｒｅ  ａｃｃｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＡＩＡＡ  ２００４−３１５４、２００４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の衛星搭載用マルチビームアンテナ装置では、通信容量を大きくするためには、ビーム幅を小さくし、繰り返しを多くする必要があるが、外径１０〜２０ｍの大型展開アンテナを用いた衛星搭載用マルチビームアンテナ装置では、ビーム幅は、０．５〜１．０［ｄｅｇｒｅｅ］程度の極めて細く、この細いビーム幅にてポインティングエラーが生じると、ポインティングエラーにともなう利得低下量が数ｄＢ以上にもなるので、ポインティングエラーにともなう利得低下により通信容量および通信品質が劣化するという課題があった。
【００１４】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、ポインティングエラーによる利得低下を小さくすることにより、通信容量および品質を改善した衛星搭載用マルチビームアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明による衛星搭載用マルチビームアンテナ装置は、マルチビームを放射するためのアンテナと、アンテナに給電を行うフィードアレーと、フィードアレーを制御する制御手段とを備え、マルチビームの周波数帯域を繰り返し利用して地上端末との間で相互通信を行う衛星搭載用マルチビームアンテナ装置において、フィードアレーは、制御手段の制御下で、第１の周波数のビームと第１の周波数のビームに隣接する第２の周波数のビームとがクロスするクロスオーバー点が、１ｄＢ前後となるカバレッジ範囲を有するように、アンテナに対してアンテナビームを供給するとともに、周波数帯域の繰り返し利用を行う同一周波数、同一時間スロット、または、同一コードを有する方向に、アンテナビームのヌルを形成する衛星搭載用マルチビームアンテナ装置であって、フィードアレーは、制御手段の制御下で、周波数帯域の繰り返し利用を行う同一周波数、同一時間スロット、または、同一コードを有する複数のアンテナビームを、相互間が直交関係を維持するように配置し、複数のアンテナビームの相互間および周囲に、他の複数の周波数を有する複数のビームを配置し、他の周波数を有し周波数帯域の繰り返し利用を行うビーム間は、それぞれ直交関係を有するようにビームを配置するものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ポインティングエラーによる利得低下を小さくすることが可能となり、通信容量および品質を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１が適用される衛星搭載用マルチビームアンテナ装置を示す説明図であり、人工衛星１を用いたマルチビーム通信システムの全体構成を概略的に示している。
【００１８】
図１において、人工衛星１は、衛星搭載アンテナ（後述する）を備えており、衛星ゲートウェイ局２および衛星通信用の地上端末３（たとえば、携帯電話）との間で相互に通信可能に構成されている。
人工衛星１の衛星搭載アンテナにより形成されたマルチビーム４は、同一周波数が割り当てられたビーム（セル）５ａ〜５ｆを含む。
【００１９】
各ビーム５ａ〜５ｆは、同一周波数が割り当てられているので、周波数の有効利用を図ることができる。ただし、そのためには、同一周波数を使用することから、ビーム間干渉が所望のレベルまで小さくなるようにする必要がある。
図１のように、多くのマルチビームを形成するためには、衛星搭載アンテナのアンテナ開口径Ｄを、使用周波数の波長λに比べて大きく設定する必要がある。一般的に、マルチビームのビーム幅ＢＷ［ｄｅｇｒｅｅ］は、近似的に以下の式（１）で表される。
【００２０】
ＢＷ＝７０（λ／Ｄ）  ・・・（１）
【００２１】
式（１）から明らかなように、ビーム幅ＢＷは、アンテナ開口径Ｄに反比例することが分かる。したがって、アンテナ開口径Ｄが大きくなるほど、ビーム幅ＢＷが小さくなるので、マルチビーム数を多く配置することができるようになる。
【００２２】
一方、各ビームの電力および周波数帯域幅の割り当てを同一に設定した場合、ｉ番目のビームを評価ビーム、ｊ番目のビームを与干渉ビームとすると、ｉ番目の評価ビームにおける信号／与干渉のＣ／Ｉ比（Ｃ／Ｉ）ｉは、評価エリアにおける利得Ｇを用いて、以下の式（２）で表される。
【００２３】
（Ｃ／Ｉ）ｉ＝Ｇｉｊ／Σｊ＝１Ｇｉｊ  ・・・（２）
【００２４】
したがって、式（１）で与えられるビーム幅ＢＷと、式（２）で与えられるＣ／Ｉ比とに基づいて、周波数繰り返しのビームレイアウトおよびその領域の大きさが決定される。
【００２５】
図２は一般的な人工衛星１を示す説明図であり、マルチビームを形成するための大型展開アンテナ６（以下、単に「アンテナ６」という）を搭載した状態を示している。
図２において、フィードアレー（または、デフォーカスフィードアレー）７は、マルチビームを作り出すためのアンテナ給電部を構成している。
アンテナ６は、人工衛星１の打上げ時には収納されており、人工衛星１の打上げ後に軌道上で展開される。アンテナ６は、外径１０ｍ〜２０ｍ級のメッシュアンテナからなり、大型展開リフレクタを構成する。
【００２６】
フィードアレー７は、アンテナ６への給電制御を行うために、放射素子やダイプレクサなどを含むいくつかの要素により構成される。放射素子（後述する素子アンテナ８）は、複数のアレー配列からなり、ダイポール、ヘリカル、ホーンなどの素子が採用される。放射素子には、送信／受信周波数を分離するダイプレクサが接続されるとともに、送信用の増幅器（通常、マルチポートアンプが用いられる）や、受信用のＬＮＡ（低雑音増幅器）が接続されている。
【００２７】
フィードアレー７は、一般的にアンテナ６の焦点付近に配置されるが、ビームのフレキシビリティを得るために、数波長程度だけデフォーカスされてもよい。
図３はフィードアレー７を構成する素子アンテナ８の配列例を示す平面図である。
図３において、素子アンテナ８は、ダイポール、ヘリカル、ホーンなどの素子を三角配列で配置して構成されており、ここでは、全体で３７個の素子を正六角形状に配列した場合を示している。
【００２８】
図４はこの発明の実施の形態１に適用されるフィードアレー７の具体的な構成例を示すブロック図である。
図４において、フィードアレー７は、アンテナ（リフレクタ）６と協働するｍ個の素子アンテナ８に加えて、各素子アンテナ８に接続されたｍ系統の増幅器（ＡＭＰ）からなるフィード素子２０と、フィード素子２０に接続されたＢＦＮ（Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）からなるビーム形成回路２１とを備えている。
【００２９】
フィードアレー７には、フィードアレー７を制御するための制御回路９が接続されている。なお、ここでは図示を省略するが、フィード素子２０と各素子アンテナ８との間には、送受信切替え用のダイプレクサが挿入されている。
【００３０】
フィードアレー７を構成するフィード素子２０およびビーム形成回路２１は、制御回路９の制御下で切換動作する。すなわち、フィード素子２０は、送信用の場合には高出力増幅器として機能し、受信用の場合には低雑音増幅器として機能する。図４では、送信用の場合の信号の流れを示している。
【００３１】
ビーム形成回路２１は、ｎ個のマルチビームＢ１〜Ｂｎを、ｍ個の素子用のビーム信号ｂ１〜ｂｍとして分配する。また、ビーム形成回路２１は、ビームＢ１〜Ｂｎごとに所望の励振振幅になるように、複数の素子アンテナ８を励振するための給電回路を構成する。
なお、ビーム形成回路２１は、アナログ的に線路で構成してもよく、または、デジタル的に、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）で構成するＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）を適用してもよい。
【００３２】
ビーム形成回路２１で形成されたビーム信号ｂ１〜ｂｍは、フィード素子２０で増幅されて各素子アンテナ８からｎ個のマルチビームＢ１〜Ｂｎとして同時に放射される。マルチビームＢ１〜Ｂｎは、アンテナ６を介して、たとえば図示したような配列で放射される。
【００３３】
図５および図６は各ビーム間干渉を示す説明図であり、図５は通常方式によるビーム間の干渉を示し、図６はこの発明の実施の形態１の方式でのビーム間の干渉を示している。
図５においては、同一周波数を使用するビーム１０ａ、１０ｂ（実線参照）と、ビーム１０ａ、１０ｂとは異なる周波数のビーム１１（破線参照）とが示されている。ここで、ビーム１０ａ、１０ｂは、同一周波数を使用するので、一定間隔以上離して配置する必要がある。
【００３４】
なぜなら、一般的に、ビーム１０ａ、１０ｂには、メインビーム以外に干渉レベル（サイドローブ）１２ａ、１２ｂが存在し、このサイドローブ１２ａ、１２ｂが同一周波数を使用するビーム内に入ることで、サイドローブレベルでの干渉が生じるからである。この干渉波は、異なる信号が含まれているので、干渉波の強度が或る閾値以上に高くなると、ＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）の劣化により、通信品質が劣化して通信ができなくなる。したがって、干渉波が或る一定レベル以下になるようにビーム間隔を離す必要がある。
一方、ビーム１０ａ、１０ｂを離すことにより、周波数の繰り返し数が低減するので、周波数の利用効率は低下する。一般的には、７色での繰り返しが行われることが多い。
【００３５】
隣接ビーム間でビームがクロスするレベルをクロスオーバーと定義することにする。ビームが或るレベルのクロスオーバーにてマルチビームが配置される。ここで問題となるのは、クロスオーバーレベルが小さくなると、カバレッジ内のＥＯＣ利得が低下するので、できるだけクロスオーバーレベルを高く設定する必要があり、通常は、３ｄＢ〜４ｄＢ程度のクロスオーバー（図５参照）に設定することが多い。
【００３６】
なぜなら、クロスオーバーを３ｄＢよりも高く設定すると、同一周波数のビーム間の干渉が大きくなり過ぎてＢＥＲが劣化し、逆に、クロスオーバーを３ｄＢよりも小さく設定すると、ＥＯＣ利得が小さくなり過ぎて同様にＢＥＲが劣化し、ビームのエッジのユーザに対して通信品質が低下するからである。
【００３７】
一般に、リフレクタとしてアンテナ６（図２）を用いる場合、人工衛星１の姿勢変動で生じる変動以外に、アンテナ６の熱変形などにともなうビーム方向の変動が生じ、こうした変動よるポインティングエラーは、０．１［ｄｅｇｒｅｅ］程度生じることが知られている。
【００３８】
特に、前述の式（１）から明らかなように、外径１０〜２０ｍのアンテナ６の場合に、Ｓ帯（２ＧＨｚ帯）周波数になると、ビーム幅ＢＷは０．５〜１．０［ｄｅｇｒｅｅ］程度と極めて細くなる。したがって、ポインティングエラーが高々０．１［ｄｅｇｒｅｅ］程度であったとしても、ビーム幅ＢＷに対して無視できるものではなく、ポインティングエラーによる利得低下は数ｄＢにもなる。
【００３９】
そこで、この発明の実施の形態１においては、図６に示すように、ポインティングエラーによる利得低下を小さくするために、ビーム間のクロスオーバーレベルが約１ｄＢ程度（実際は、ビームよるばらつきがあるので、１ｄＢ±０．５ｄＢに設定することが望ましい）となるように、各ビーム１３ａ、１３ｂ、１４、１５を密に配置する。
図６において、同一周波数を用いるビーム１３ａ、１３ｂ（実線参照）は、互いに離間配置されているが、異なる周波数のビーム１４、１５（破線参照）に関しては、図５内の各ビーム１０ａ、１０ｂ、１１よりも密に配置されている。
【００４０】
図６のように、各ビーム１３ａ、１３ｂ、１４、１５を密に配置することにより、同一周波数のビーム１３ａ、１３ｂの干渉が抑圧されて、クロスオーバーレベルは高くなる。
ビームを密に配置することで、ポインティングエラーによるクロスオーバーレベルの変動が抑圧されて小さくなり、利得低下が小さくなる。しかしながら、ビーム間隔を狭く密に設定すると、その分だけ同一周波数のビーム間隔が狭くなるので、干渉が増加し、干渉によるＣ／Ｉ比の劣化により、通信ができなくなる問題がある。
【００４１】
そこで、図６に示すように、フィードアレー７の励振振幅位相を調整することにより、同一周波数を使うビームの方向にヌル１６ａ、１６ｂの干渉レベル（サイドローブ）を形成する。
【００４２】
すなわち、同一周波数を使うビーム１３ａ、１３ｂはあらかじめ決められているので、その特定方向にビームのヌル１６ａ、１６ｂが形成されるように、励振振幅位相を調整する。これにより、干渉を低減させることができる。
【００４３】
ここで、ヌル１６ａ、１６ｂは、放射パターンのサイドローブレベルを低下させるものであり、必ずしもヌルである必要はないが、レベルを低下させるという意味で「ヌル」と表現する。また、ヌルを形成するようにビームを形成した場合、ビームのピーク方向がシフトすることもあり、ヌル制御に重点をおくか、ユーザ方向の利得を考慮してビームのピーク方向を調整するかは、ビームの形成法により変わるものとする。
【００４４】
図７は放射パターンの例を示す説明図であり、放射パターン（電力［ｄＢ］）とポインティングエラー（角度［ｄｅｇｒｅｅ］）との関係を示している。
図７において、カバレッジ範囲ＥＯＣが「３ｄＢ」であって、ポインティングエラーが０．１［ｄｅｇｒｅｅ］の場合には、この変動による利得低下量は、約３ｄＢとなる。
一方、カバレッジ範囲ＥＯＣが「１ｄＢ」であって、ポインティングエラーが０．１［ｄｅｇｒｅｅ］の場合には、この変動による利得低下量は、約０．５ｄＢとなる。
このように、ビーム間のクロスオーバーレベルを約「１ｄＢ」に設定することにより、利得低下量が改善される（３ｄＢ→０．５ｄＢ）ことが分かる。
【００４５】
図８はヌル制御の有無による干渉エリアの領域を示す説明図であり、同一周波数を用いるビーム内の干渉レベルの計算例を示している。
図８において、横軸はＣ／Ｉ比を表し、縦軸は、同一周波数を使うビームエリアのうち、所望のＣ／Ｉ比を満たすエリアの比［％］を表している。また、実線はヌル制御無し特性、破線はヌル制御有りの特性をそれぞれ示している。
【００４６】
図８から明らかなように、同一周波数方向へのヌル制御の有無によって、カバレッジ範囲［％］が変化しており、ヌル制御を行うことで、約２倍程度、Ｃ／Ｉ比が所望値となる領域が増加することが分かる。
したがって、この発明の実施の形態１に係る衛星搭載用マルチビームアンテナ装置によれば、クロスオーバーレベルを高くすることができるので、ＥＯＣ利得を高くし、かつ、ポインティングエラーによる利得低下を小さくすることができる。
【００４７】
なお、ここでは、アンテナ６の開口径ＤやＳ帯周波数の例を示したが、この範囲以外でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、フィードアレー７の構成としては、マルチポートアンテナを使用したセミアクティブアレー以外に、ダイレクトにアンプを使用したアクティブアレーであってもよい。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る衛星搭載用マルチビームアンテナ装置（図１〜図４参照）は、通信システム全体の通信容量を向上させることを目的として、マルチビームの周波数帯域を繰り返し利用して地上端末３との間で相互通信を行うために、マルチビームを放射するためのアンテナ６と、アンテナ６に給電を行うフィードアレー７と、フィードアレー７を制御する制御回路（制御手段）９とを備えている。
【００４９】
フィードアレー７は、制御回路９の制御下で、第１の周波数のビームと第１の周波数のビームに隣接する第２の周波数のビームとがクロスするクロスオーバー点が、１ｄＢ前後となるカバレッジ範囲ＥＯＣ（図６参照）を有するように、アンテナ６に対してアンテナビームを供給するとともに、周波数帯域の繰り返し利用を行う同一周波数、同一時間スロット、または、同一コードを有する方向に、アンテナビームのヌルを形成する。
【００５０】
このように、ビームのカバーするＥＯＣをピークから１ｄＢ前後で覆うように周波数繰り返しを行い、周波数繰り返し利用を行う同一周波数、同一時間スロット、または、同一コードの方向に、アンテナビームのヌルを形成して、同一周波数の干渉を低減させることにより、クロスオーバーレベルを高くすることができるので、ＥＯＣ利得を高くし、かつ、ポインティングエラーによる利得低下を小さくすることが可能となる。
したがって、通信システム全体の通信容量を向上させるとともに、通信容量および品質を改善することができる。
【００５１】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図６）では特に言及しなかったが、図９のように、同一周波数ｆ１の２つ以上のビームのピークとヌル点とが一致するように、複数ビームを形成してもよい。
図９はこの発明の実施の形態２によるビーム間干渉を示す説明図であり、マルチビームの形成にて、或るビームのヌル方向に同一周波数ｆ１のビームのピークが重なるようにビームを配置した状態を示している。なお、この発明の実施の形態２に係る衛星搭載用マルチビームアンテナ装置の全体構成は、前述（図１〜図４参照）と同様である。
【００５２】
図９において、同一周波数ｆ１のビーム３１ａ、３１ｂは、周波数ｆ１とは異なる周波数のビーム３２の両側に配置されており、各ビーム３１ａ、３１ｂのピーク方向（点線参照）には、ピーク位置と一致するようにヌル３３ａ、３３ｂが形成されている。すなわち、ビーム３１ａのヌル３３ｂは、ビーム３１ｂのピーク位置と一致し、ビーム３１ｂのヌル３３ａは、ビーム３１ａのピーク位置と一致している。
【００５３】
このように、同一周波数ｆ１の２つ以上のビーム３１ａ、３１ｂのピークとヌル点３３ａ、３３ｂとが一致するようにビーム３１ａ、３１ｂを形成し、ビーム間の直交性が得るようにして、ビーム間の直交性を利用することにより、ビーム間干渉をさらに低減することができる。
【００５４】
図１０はヌルを形成した計算例を示す説明図であり、同一周波数を使用する３つのビーム（１点鎖線、破線、実線参照）に関して干渉を低減するために、励振振幅位相を制御して、各ビームのピーク（点線参照）に一致したヌル３４ａ、３４ｂ、３４ｃを形成した状態を示している。
【００５５】
図１０において、ヌル３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、同一周波数を有する各ビームのピーク方向に形成されていることが分かる。すなわち、破線ビームのヌル３４ｃは、１点鎖線ビームのピーク位置と一致し、破線ビームのヌル３４ａ、３４ｃは、実線ビームおよび１点鎖線ビームの各ピーク位置と一致し、実線ビームおよび１点鎖線ビームのヌル３４ｂは、破線ビームのピーク位置と一致している。
なお、３つのビーム（１点鎖線、破線、実線参照）のビーム間には、異なる周波数のビーム（図示せず）が配置される。
【００５６】
以上のように、この発明の実施の形態２によるフィードアレー７（図４参照）は、制御回路９の制御下で、周波数帯域の繰り返し利用を行う同一周波数ｆ１（または、同一時間スロット、または、同一コード）を有する複数のアンテナビーム３１ａ、３１ｂを、相互間が直交関係を維持するように配置し、複数のアンテナビーム３１ａ、３１ｂの相互間および周囲に、他の複数の周波数を有する複数のビーム３２を配置する（図９参照）。また、他の周波数を有し周波数帯域の繰り返し利用を行うビーム間は、それぞれ直交関係を有するようにビームを配置する。
【００５７】
このように、或るビームのヌルの方向に同一周波数のビームのピークが重なるようにビームを配置し、同一周波数の２つ以上のビームのピークとヌル点が一致させるようにビームを形成して、ビーム間の直交性が得るようにし、ビーム間の直交性を利用することにより、ビーム間干渉をさらに低減させることができる。
したがって、通信システム全体の通信容量を向上させるとともに、通信容量および品質を改善することができる。
【００５８】
なお、ここでは、マルチビームのビーム幅がほぼ同一の場合で、クロスオーバーレベルも同程度の例を示したが、基本的にはビーム幅に依存することはなく、ビーム幅の異なるビームを複数配置した場合や、ビームごとにビーム幅が異なる場合であっても、この発明を適用することができる。たとえば、都市部が集中するエリア（関東や近畿など）では、クロスオーバーレベルが高くなるように多数のビームを配置し、それ以外の陸地や海洋域では、干渉が低減するようにクロスオーバーレベルが低くなるようにビームを配置するか、またはビーム数を減らすように、ビーム幅を広げてビームを配置してもよい。
【００５９】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図６、図９）では特に言及しなかったが、同一周波数が使用されている時間のみに、検知された地点にヌルを形成してもよい。
通常、１００ビームを超えるような超マルチビームの場合、多数のビーム間干渉が存在するが、送信電力が有限であることから、実際に通信が行われているビームは限られる。したがって、同一周波数を使うビームの割り当ては多くあり、あらかじめ決められているが、同一時間に使用している同一周波数の割り当てビームは限られるうえ、この割り当てビームは刻々変化する。
【００６０】
そこで、実使用しているビームのエリアのみの干渉をダイナミックに抑圧するために、同一時間に同一周波数を使っているビーム方向のみにヌルを設けることが望ましい。
この場合、使用していない同一周波数ビーム方向の干渉レベルは、瞬時において上昇するが、使用していないので問題が生じることはない。
前述の実施の形態１では、ヌル方向を固定させているので、強い信号からの干渉や変動にともなう干渉レベル変動に対応することができないが、ダイナミックな制御を行うことにより、干渉を低減することができ、Ｃ／Ｉの劣化を抑制することができる。
【００６１】
以下、図１〜図４とともに、図１１を参照しながら、この発明の実施の形態３について説明する。
この場合、制御回路９は、ヌルを形成する地点として、同一周波数が使用されている地点を検知し、同一周波数が使用されている時間のみに、検知された地点にヌルを形成するようにフィードアレー７を制御する。
【００６２】
図１１はこの発明の実施の形態３によるＣ／Ｉの解析例を示す説明図であり、ヌル制御する同一周波数ビームの地点数を、５点、１０点、１６点に変えた場合のＣ／Ｉ解析例を示している。
図１１において、地点数が５点（黒三角ポイントの特性参照）の場合に、最もカバレッジ範囲ＥＯＣが大きくなっており、ヌルを形成する方向を少なくすることによってＣ／Ｉが改善されることが分かる。したがって、同一周波数を使っている方向のみを検知して、ダイナミックにヌルを形成することにより、Ｃ／Ｉを改善することができる。
【００６３】
以上のように、この発明の実施の形態３による制御回路９は、周波数繰り返し利用を行う同一周波数、または同一時間スロット、または同一コード方向に、アンテナビームのヌルが形成されるよう制御するとともに、通信時における瞬時をモニタして、同一周波数が使用されている時間のみに、検知地点にアダプティブにヌルを形成する。
このように、ダイナミックにヌル制御することにより、干渉を抑圧した地点のみの干渉を低減することができるので、利得低下を抑制することができる。
【００６４】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１〜３では特に言及しなかったが、振幅位相制御でビーム方向を変化させることにより、同一素子を用いて複数のビームを形成することによって、クロスオーバー点がほぼ３ｄＢになるカバレッジ範囲のエリアをカバーするように、ビームフォーミングネットワークを構成してもよい。
以下、図１〜図４とともに、図１２を参照しながら、この発明の実施の形態４について説明する。
【００６５】
この場合、フィードアレー７は、制御回路９により選択される複数の素子アンテナ８を備え、複数の素子アンテナ８は、制御回路９の制御下で、クロスオーバー点が１ｄＢ前後を有するビームを形成するように振幅位相制御され、振幅位相制御が変化されることにより、ビーム方向を変化させて複数のビームを形成する。複数のビームは、４個の円形ビーム（または、３個の円形ビーム、２個の楕円ビーム）からなり、クロスオーバー点がほぼ３ｄＢになるカバレッジ範囲のエリア４０をカバーするように、ビームフォーミングネットワークを構成する。
【００６６】
一般に、サイドローブの低減を行うためには、励振振幅位相を調整する必要があり、１ビームを形成するためには、複数の素子アンテナ８を励振する必要がある。また、少ない素子数では、ビーム形成に制約が生じるので、１０素子以上を用いて低サイドローブ化を図ることになる。
【００６７】
このとき、ビーム数が増加するにしたがい、ビーム形成回路（ＢＦＮ）２１の規模が大きくなる。ビーム形成回路２１は、ビーム数が少ない場合にはアナログ方式でも可能であるが、１００ビーム規模になると、アナログではハードウエア規模が大きくなり、デジタル方式でビームを形成するＤＢＦの適用が妥当になる。
【００６８】
ＤＢＦの場合、デジタル回路にてビーム形成を行うので、ビーム数が増加しても、デジタル回路規模を増やすことで対応可能である。しかし、ビーム数が多くなるにしたがい、回路規模が複雑になり、重量および消費電力が増加するという問題が生じる。
ここで、クロスオーバーレベルを１ｄＢに設定すると、３ｄＢの場合に比べて、ビーム数が約４倍になる。以下、ビーム形成回路の規模を小さくするためのこの発明の実施の形態４によるシステム構成について説明する。
【００６９】
クロスオーバーレベルを１ｄＢに設定した場合、ビームごとに励振素子アンテナを決定するのではなく、クロスオーバーレベル３ｄＢの場合の励振素子アンテナを用いて、この励振素子アンテナの振幅位相を変えることにより、４ビームを同時に作りだすことができる。
【００７０】
図１２は４つのビームで各エリア４１ａ〜４１ｄを形成した場合の例を示す説明図である。
図１２において、破線コンターで示すエリア４０は、クロスオーバーレベルが３ｄＢの場合のビームのカバレッジ範囲を示している。
これに対し、実線コンターで示すエリア４１ａ〜４１ｄは、クロスオーバーレベルが１ｄＢの場合のビームのカバレッジ範囲を示している。
【００７１】
図１２から明らかなように、各ビームのクロスオーバーレベルを１ｄＢに設定することにより、エリア４１ａ〜４１ｄのように、クロスオーバーレベルが３ｄＢの場合のエリア（カバレッジ範囲）４０を４ビームで覆うことが分かる。
このとき、４ビームになっても、各ビームが覆うエリア（カバレッジ範囲）４０は、ほぼ変化しないので、同一の素子アンテナを用いて、励振振幅位相のみを変えることによって、４つのビームを同時に形成することができる。
【００７２】
なお、図１２では、円ビームからなる複数ビーム（クロスオーバーレベルが１ｄＢ）でエリア４０を覆う場合を示したが、これに限られることはない。
たとえば、図１３のように、クロスオーバーレベルが１．５ｄＢの複数ビームのエリア（カバレッジ範囲）４２ａ〜４２ｃで、エリア４０を覆ってもよい。
また、図１４のように、楕円ビームからなる２つのビーム４３ａ、４３ｂで同じエリア４０を覆ってもよい。
【００７３】
図１３、図１４のいずれの場合も、図１２の場合と同様に、励振振幅位相のみを変えることにより、３つまたは２つのビームを同時に形成することができるので、ビーム形成回路２１の規模を大きくすることなく、ビーム数を２〜４倍に増加させることができる。
【００７４】
図１５は具体的な地図上でのマルチビームの配置例を示す説明図であり、各ビームのクロスオーバーレベルが３ｄＢの場合の例を示している。
また、図１６は複数ビームを同時に作り出した場合のマルチビーム配置例を示す説明図であり、図１５のマルチビームを形成した素子アンテナと同一の素子アンテナ８を用いて、励振振幅位相のみを変えて、４つのビームを同時に作り出した場合の配置例を示している。
図１５、図１６に示すように、クロスオーバーの高いビームを作りだすことができる。
【００７５】
なお、図１５、図１６では、ビーム幅（クロスオーバーレベル）が同一の場合を示しているが、クロスオーバーレベルをビームごとに変えてもよい。たとえば、都市部が集中するエリア（関東や近畿など）では、ビーム数を多く設定し、それ以外の陸地ではビーム数を少なく設定してもよい。
【００７６】
また、海洋領域では、さらにビーム数を少なく設定して、通信容量の多いエリアほど多くのビームを形成し、通信容量の少ないエリアでは、ビーム数を少なく設定してもよい。これにより、全体ビーム数が削減され、ビーム形成回路規模もさらに小さくすることができる。このように、通信量に対応してクロスオーバーレベルをエリアごとに変えても、必要となる通信量を確保することができる。
以上の考え方は、前述の実施の形態１〜３においても共通しており、また、後述する実施の形態５、６においても共通することは言うまでもない。
【００７７】
以上のように、この発明の実施の形態４によるフィードアレー７は、制御回路９により選択される複数の素子アンテナ８を備え、複数の素子アンテナ８は、制御回路９の制御下で、或る周波数のビームと、これに隣接する周波数の異なるビームとがクロスするクロスオーバー点が約１ｄＢ前後を有するビームを形成するために選択されるとともに、クロスオーバー点が１ｄＢ前後を有するビームを形成するように振幅位相制御され、振幅位相制御が変化されることにより、ビーム方向を変化させて複数のビームを形成する。
【００７８】
複数のビームは、４個の円形ビーム（または、３個の円形ビーム、２個の楕円ビーム）からなり、クロスオーバー点がほぼ３ｄＢになるカバレッジ範囲のエリア４０をカバーするように、ビームフォーミングネットワークを構成する。
このように、同一の素子アンテナ８（給電素子）を用いて、複数（２〜４）のビームを形成することにより、ビーム形成回路（ＢＦＮ）２１の構成を小型化することができる。
【００７９】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態１〜４では特に言及しなかったが、図１７、図１８のように、第１の周波数ｆ１で受信された受信信号を取り出す際に、第１のビーム５０に隣接する１つ以上のビーム５１にて受信された第１の周波数ｆ１とほぼ同相になるようにダイバーシチ受信合成することにより、新たなビームを形成してもよい。
以下、図１〜図４とともに、図１７および図１８を参照しながら、この発明の実施の形態５について説明する。
【００８０】
一般に、クロスオーバーレベルが３ｄＢの場合、隣接するビームの利得は、クロスオーバー点においては、３ｄＢダウンで同じレベルであるが、当然ながら、すぐに角度とともに利得が低下する。
しかし、クロスオーバーレベルが１ｄＢの場合、隣接するクロスオーバー点においては、１ｄＢダウンであり、しかも、角度とともに利得が急激に低下しない。
【００８１】
そこで、隣接するビームに関しても、同じ周波数を受信する受信機を設けておけば、隣接ビームにおいても、比較的高いレベルで受信することができる。
したがって、所望のビーム以外に、隣接するビームでの受信レベルも同相となるように最大比合成すれば、受信レベルを高くすることができる。なお、ノイズは、コヒーレントではないので、電力的に合成されるのみである。
【００８２】
図１７はこの発明の実施の形態５による受信機６０を概略的に示すブロック図であり、フィードアレー７（図４参照）が受信機として機能した場合の構成を示している。
ここでは、複数ビーム５０〜５３（周波数ｆ０〜ｆ３）のうち、第１のビーム５１（第１の周波数ｆ１）に対応した第１および第２の受信機６１、６２と、第２のビーム５２（第２の周波数ｆ２）に対応した第３および第４の受信機６３、６４とに注目して、第１および第４の受信機６１、６４の出力信号（受信信号）Ｓ１、Ｓ２および合成信号Ｓ３（＝Ｓ１＋Ｓ２）を示している。
【００８３】
図１７において、フィードアレー７により構成される受信機６０は、マルチビームのうちの第１のビーム５１に関連して、第１の周波数ｆ１を受信する第１の受信機６１と、第１の周波数ｆ１に隣接する周波数ｆ０を受信する第２の受信機６２とを備えるとともに、第１のビーム５１に隣接する第２のビーム５２に関連して、第２の周波数ｆ２を受信する第３の受信機６３と、第１のビーム５１の周波数ｆ１を受信する第４の受信機６４とを備えている。
【００８４】
第１のビーム５１には、周波数ｆ１、ｆ０の第１および第２の受信機６１、６２が接続され、第１のビーム５１に隣接する第２のビーム５２には、周波数ｆ２、ｆ１の第３および第４の受信機６３、６４が接続されている。
すなわち、第１のビーム５１に隣接する第２のビーム５２にも、第１の周波数ｆ１の第４の受信機６４が接続されている。
【００８５】
第１の周波数ｆ１で受信された受信信号を取り出す際には、第１のビーム５１に隣接する第２のビーム５２（１つ以上のビーム）にて受信された第１の周波数ｆ１とほぼ同相になるように、第１および第４の受信機６１、６４の出力信号Ｓ１、Ｓ２をダイバーシチ受信合成することにより、合成信号Ｓ３（＝Ｓ１＋Ｓ２）からなる新たなビームを形成する。
【００８６】
このように、第１および第４の受信機６１、６４からの出力信号Ｓ１、Ｓ２を、同相となるように最大比合成することにより、最終的な合成信号Ｓ３の受信レベルを増大させることができる。
通常の３ｄＢ程度のクロスオーバーの場合には、隣接する周波数のビームの利得が小さいので、合成したとしても受信レベルの向上は期待できないが、この発明の実施の形態５によれば、前述のようにクロスオーバーレベルを高く設定することにより、合成によるメリットが発揮される。
【００８７】
図１８はダイバーシチ最大比合成時のアンテナ受信利得を示す説明図であり、隣接する２つのビーム５１、５２の受信出力信号Ｓ１、Ｓ２を同相合成した場合の、合成信号Ｓ３の利得上昇を示している。
図１８において、２つのビーム５１、５２を電界合成することにより、受信レベルは、約５ｄＢだけ高くなることが分かる。ただし、この合成により、ノイズレベルも３ｄＢ程度高くなるので、Ｃ／Ｎ比としては、約２ｄＢだけ高くなる。
【００８８】
なお、第１のビーム５１（第１の周波数ｆ１）に限らず、他のビームについても、隣接するビームに基づいて同様に合成信号が得られ、同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
また、第１のビーム５１に隣接する第２のビーム５２のみならず、第２のビーム５２に隣接する第３のビーム５３にも、第１の周波数ｆ１の受信機（図示せず）を設け、３つのビームを合成することにより、さらに受信レベルを増大させてもよい。
【００８９】
以上のように、この発明の実施の形態５（図１７）によれば、第１のビーム５１に関連して、第１の周波数ｆ１を受信する第１の受信機６１と、第１の受信機６１に隣接して別の周波数ｆ０を受信する第２の（１つ以上の）受信機６２とを有するとともに、第１のビーム５１に隣接する第２のビーム５２に関連して、第１の周波数ｆ１に隣接した第２の周波数ｆ２を受信する第３の受信機６３と、第１の周波数ｆ１を受信する第４の受信機６４とを有している。
【００９０】
そして、第１の周波数ｆ１で受信された信号を取り出す際に、１つ以上の隣接する第１および第２のビーム５１、５２で受信された第１の周波数ｆ１の出力信号Ｓ１、Ｓ２を、ほぼ同相になるようにダイバーシチ受信合成することにより、利得の高い新たなビーム（合成信号Ｓ３）を形成する。
【００９１】
なお、ここでは、同時に形成した２つのビームを受信後に信号合成する例を示したが、受信機を１つのみとして、ビームをスイッチ切替えにより合成してもよい。また、ビームは、前述の実施の形態４で示したように、ビーム方向を走査させることで形成してもよく、受信機数を増加させないで、利得の高いビームを得ることができる。さらに、ダイバーシチとしては、最大比合成する場合を例として示したが、スイッチ切替えによる選択合成や等利得合成、または時間ダイバーシチでもあっても有効である。
【００９２】
このように、１つのビームに関連して２つ以上の受信機を設け、使用する第１のビーム５１と隣接する第２のビーム５２とに接続された受信機６０のうち、同一周波数成分を受信する受信機が存在する場合に、各ビーム５１、５２をダイバーシチ最大比合成することにより、受信時における利得を改善することができる。
また、衛星での受信利得が等価的に向上するので、Ｇ／Ｔ（総合性能指数）が改善され、地上端末３（図１参照）を小型化することができる。
【００９３】
実施の形態６．
なお、上記実施の形態５（図１７）では、隣接する複数ビームを合成して受信信号を形成したが、図１９のように、２つの直交する直線偏波（または、右旋および左旋を含む２つの円偏波）に対応した第１および第２の偏波を有する一対の給電端子（以下、単に「端子」という）７１、７２を各素子アンテナ８に設けるとともに、各端子７１、７２の出力信号を合成して受信する第１および第２の受信機７５、７６と、出力回路７７とを設け、各素子アンテナ８の第１の偏波（端子７１の出力信号）を合成した第１のビーム信号Ｓ１１と、各素子アンテナ８の第２の偏波（端子７２の出力信号）を合成した第２のビーム信号Ｓ１２と、に基づいて受信ビーム信号Ｓ１３を形成してもよい。
【００９４】
以下、図１〜図４とともに、図１９を参照しながら、この発明の実施の形態６について説明する。
図１９はこの発明の実施の形態６によるフィードアレー７（受信機）の機能構成を概略的に示すブロック図であり、フィードアレー７が受信機として機能した場合を示している。
図１９において、通信対象となる第１および第２のビームＢ１１、Ｂ１２（同一周波数）のうち、第１のビームＢ１１（実線）は、第１の偏波のビームを示し、第２のビームＢ１２（破線）は、第２の偏波のビームを示している。
【００９５】
複数の素子アンテナ８（受信アンテナ）には、第１の偏波を有する端子７３と、第２の偏波を有する端子７４とが設けられている。
なお、第１および第２の偏波は、２つの直交する直線偏波（垂直および水平）、または、右旋および左旋を含む２つの円偏波の各々に対応する。
【００９６】
各素子アンテナ８の端子７１からの各出力信号は、第１の合成回路７３により合成されて第１の受信機７５に入力される。すなわち、１つのビーム形成において複数の素子アンテナを合成することは、前述の実施の形態１で説明したとおりである。
同様に、各素子アンテナ８の端子７２からの各出力信号は、第２の合成回路７４により合成されて第２の受信機７６に入力される。
【００９７】
第１の受信機７５は、第１の合成回路７３と協働して各素子アンテナ８の第１の偏波を合成することにより、第１のビームＢ１１に対応した第１のビーム信号Ｓ１１を形成する。
同様に、第２の受信機７６は、第１の合成回路７４と協働して各素子アンテナ８の第２の偏波を合成することにより、第２のビームＢ１２に対応した第２のビーム信号Ｓ１２を形成する。
【００９８】
出力回路７７は、第１および第２のビーム信号Ｓ１１、Ｓ１２の受信レベルを比較して受信レベルの高い方のビームを選択するか、または、第１および第２のビーム信号Ｓ１１、Ｓ１２を同相となるように合成するか、または、受信レベルが高くなるように位相および振幅の両方を調整しながら合成することにより、受信ビーム信号Ｓ１３として出力する。
【００９９】
この場合、出力回路７７は、前述（図１７参照）と同様の加算機能を有し、各素子アンテナ８の第１の偏波（端子７１の出力信号）を合成した第１のビーム信号Ｓ１１と、各素子アンテナ８の第２の偏波（端子７２の出力信号）を合成した第２のビーム信号Ｓ１２と、を同相となるように合成して受信ビーム信号Ｓ１３を形成するダイバーシチ回路により構成されている。
【０１００】
一般に、移動体通信用の地上端末３（図１参照）に用いられるアンテナは、衛星通信の場合、直線偏波ではなく円偏波が用いられ、また、地上端末３が携帯電話の場合も、円偏波用のアンテナが用いられる。円偏波を用いた場合には、直線偏波に比べて、アンテナ構成が複雑になり、且つ大型化することが知られている。
【０１０１】
地上端末３が携帯端末の場合は、特に小型のアンテナが要求されるが、円偏波用アンテナの小型化が難しい。地上の携帯電話には直線偏波が使用されており、また、アンテナが内蔵化されているものもあるが、円偏波用アンテナは、通常太く端末から飛び出た構成になる。そこで、円偏波の場合であっても、携帯端末に直線偏波のアンテナを用いることで、端末アンテナの小型化を図ることが考えられる。
しかしながら、人工衛星１が円偏波なので、約３ｄＢ程度の偏波損が発生し、通信性能が劣化する可能性がある。その分、携帯端末にて送信電力を増加することは、端末の小型化を阻害することになるので、携帯端末を小型化するためには、人工衛星１側での受信能力を高める必要がある。
【０１０２】
この発明の実施の形態６は、上記問題に鑑み、人工衛星１では２つの偏波（第１および第２の偏波）を受信することで、偏波損を補うようにしている。すなわち、人工衛星１が２つの円偏波（右旋、左旋）を受信することができれば、地上端末３が直線偏波であっても、偏波損が生じることなく受信することができる。
また、人工衛星１が２つの直交した直線偏波であっても、偏波制御を行うことで、偏波損を無くすることができる。
【０１０３】
したがって、各素子アンテナ８に２つの偏波を有する端子７１、７２を設けることにより、複数の素子アンテナ８を用いて、第１のビームＢ１１（第１の偏波）に対して第１のビーム信号Ｓ１１を形成し、第２のビームＢ１２（第２の偏波）に対して第２のビーム信号Ｓ１２を形成し、出力回路７７（ダイバーシチ回路）において偏波ダイバーシチを行うことにより、偏波損を無くした受信ビーム信号Ｓ１３を形成することができる。
【０１０４】
なお、図１９では、各端子７１、７２からのビームを合成した後に、出力回路７７で偏波ダイバーシチを行う構成としたが、各素子アンテナ８にダイバーシチ回路を設けて、最初に偏波ダイバーシチを行い、ダイバーシチ後の各素子アンテナ８からのビーム信号を合成しても同様のダイバーシチ効果は得られる。
【０１０５】
以上のように、この発明の実施の形態６によるフィードアレー７は、複数の素子アンテナ８と、複数の素子アンテナ８の各々に設けられ、２つの直交する直線偏波、または、右旋および左旋を含む２つの円偏波に対応した第１および第２の偏波を有する一対の端子７１、７２と、一対の端子７１、７２の各々に設けられた第１および第２の受信機７５、７６と、第１および第２の受信機７５、７６の出力信号を選択または合成する出力回路７７とを備えている。
【０１０６】
第１の受信機７５は、各素子アンテナ８の第１の偏波を合成することにより第１のビーム信号Ｂ１１を形成し、第２の受信機７６は、各素子アンテナ８の第２の偏波を合成することにより第２のビーム信号Ｂ１２を形成する。
出力回路７７は、第１および第２のビーム信号Ｂ１１、Ｂ１２の受信レベルを比較して受信レベルの高い方のビームを選択するか、または、第１および第２のビーム信号Ｂ１、Ｂ１２を同相となるように合成して、受信ビーム信号Ｓ１３として出力する。
【０１０７】
ここでは、同時に形成した２つの偏波のビームを受信後に信号合成する例を示したが、受信機を１つのみとして、ビームをスイッチ切替えにより合成してもよく、これにより、受信機数を増加させることなく、利得の高いビームを得ることができる。
また、ダイバーシチとしては、最大比合成する場合を例として示したが、スイッチ切替えによる選択合成や等利得合成、または時間ダイバーシチでもあっても有効である。
さらに、ここでは受信ビーム信号の場合を示したが、送信ビームの場合であっても、地上端末の利得が高くなるように偏波ダイバーシチを行うことは可能となる。
【０１０８】
また、送信ビームの場合は、右旋および左旋のいずれか一方の円偏波のみを送信する給電回路であっても、地上端末が直線偏波であれば、約３ｄＢ程度の偏波損しか生じないので、ハイパワーの人工衛星給電回路構成を簡易化することができるメリットがある。
特定のビームの送信ＥＩＲＰ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ  Ｒａｄｉａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ）を増大させたい場合は、そのビームの送信電力を２倍にすることで、偏波損分を補うことができる。このように、受信と送信ビームの給電回路構成を変えることも可能である。
【０１０９】
このように、１つの素子アンテナ８に各偏波に対応する２つ以上の受信機７５、７６を設け、各偏波のビーム信号Ｓ１１、Ｓ１２をダイバーシチ合成することにより、受信時における利得改善を実現することができる。
また、人工衛星１での受信利得が等価的に向上するので、人工衛星でのＧ／Ｔが改善され、地上端末３のアンテナを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】この発明の実施の形態１が適用されるマルチビーム通信システムを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１が適用される衛星システムを示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るフィードアレーを構成する素子アンテナの配列例を示す平面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るフィードアレーの具体的構成例を示すブロック図である。
【図５】ビーム制御しない通常方式によるビーム間の干渉状態を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１によりビーム間干渉を低減した場合のビーム間干渉状態を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による放射パターンとポインティングエラーとの関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるヌル制御の有無による干渉エリアの領域を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるビームの直交性を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２によるビームの直交性の計算例を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によりヌル制御する地点数を変えた場合のＣ／Ｉの解析例を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４により３ｄＢコンターを１ｄＢコンター４ビームで覆った場合のビーム配置を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態４により３ｄＢコンターを１．５ｄＢコンター３ビームで覆った場合のビーム配置を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態４により３ｄＢコンターを楕円コンター２ビームで覆った場合のビーム配置を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態４により各ビームを３ｄＢコンターとした場合のビーム配置例を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４により３ｄＢ領域を４つのビームで覆った場合のビーム配置例を示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態５によるダイバーシチ最大比合成を行うフィードアレー構成を示すブロック図である。
【図１８】この発明の実施の形態５によるダイバーシチ最大比合成を行った場合のアンテナ受信利得を示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態６による偏波ダイバーシチを行うフィードアレー構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  人口衛星、３  地上端末、４  マルチビーム、５  同一周波数を用いるビーム、６  アンテナ（大型展開リフレクタ）、７  フィードアレー、８  素子アンテナ、９  制御回路、１３ａ、１３ｂ  同一周波数ｆ１のビーム、１４  異なる周波数ｆ２のビーム、１５  異なる周波数ｆ３のビーム、１６ａ、１６ｂ  ヌル、２０  フィード素子（増幅器）、２１  ビーム形成回路（ＢＦＮ）、３１ａ、３１ｂ  同一周波数ｆ１のビーム、３２  異なる周波数ｆ２のビーム、３３ａ、３３ｂ  ヌル、４０  エリア（３ｄＢコンター）、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ  ４つのビームのエリア（１ｄＢコンター）、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  ３つのビームビームのエリア（１ｄＢコンター）、４３ａ、４３ｂ  ２つの楕円ビームビームのエリア（１ｄＢコンター）、５１  第１のビーム、５２  第２のビーム、６０  受信機、６１  第１の受信機、６２  第２の受信機、６３  第３の受信機、６４  第４の受信機、Ｓ１、Ｓ２  出力信号（受信レベル）、Ｓ３  合成信号（最大比合成出力）、Ｂ１１、Ｂ１２  合成ビーム、７１、７２  端子、７３、７４  合成回路、７５  第１の受信機、７６  第２の受信機、７７  出力回路（ダイバーシチ回路）。
【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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