半二重位相配列アンテナシステム
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、双方向アンテナ偏波器を備え、双方向動作のために構成される。双方向アンテナ偏波器は、パワー分割器、パワー結合器、および移相器の能動的実装を結合してもよい。さらに、別の例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器は、広範囲に及ぶシステム柔軟性および現場再構成性を有する。さらに別の例示的実施形態では、双方向位相配列アンテナは、「レーダ様」用途で動作し、送受信機能は、半二重方式で動作する。さらに、例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重周波数帯域および／または多重偏波にわたって動作するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
位相配列アンテナは、多重放射素子を使用し、無線周波数（ＲＦ）信号を送信、受信、または送受信する。位相配列アンテナは、移動中通信（ＣＯＴＭ）アンテナ、休止中通信（ＣＯＴＰ）アンテナ、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、ローカル多地点配信サービス（ＬＭＤＳ）、無線２地点間（ＰＴＰ）マイクロ波システム、およびＳＡＴＣＯＭ接地端末を含む、種々の潜在的可能性において使用され得る。さらに、位相配列アンテナ内の一般的構成要素は、したがって、周波数感応性であって、特定の周波数帯域のために設計される、分散型構成要素である。一般的ＳＡＴＣＯＭシステムは、時分割多重化（ＴＤＭ）である、転送リンクと、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）である、返信リンクとを有する。受信および送信機能は、同時に達成される必要はなく、同期および同期のための時間基準は、動作帯域幅効率のための上述の通信システムのうちの全部ではないにしても、大部分における一般的要因である。
【０００２】
一般的電子的に操作可能な位相配列アンテナは、移相器、パワー分割器、パワー結合器、およびハイブリッドのアセンブリを備える。加えて、一般的電子的に操作可能な位相配列は、位相配列内の放射素子毎に、これらの構成要素のうちの少なくともいくつかを要求し、アーキテクチャのコストおよび複雑性を増加させる。加えて、電子的に操作可能な位相配列アンテナは、半二重機能として動作する場合、より複雑である。半二重位相配列アンテナは、同一放射素子を通して、送受信するように構成される。
【０００３】
一般的デジタル移相器は、切替え型遅延ラインを使用し、物理的に大きく、その分散型性質のため、狭帯域の周波数にわたって動作する。別の種類の一般的デジタル移相器は、切替え型遅延ラインと比較してより良好な動作帯域幅を有するが、依然として、物理的に大きい、切替え型ハイパス／ローパスフィルタアーキテクチャを実装する。また、これらの移相器は、多くの場合、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）上に作製される。他の材料が使用されてもよいが、ＧａＡｓは、電子デバイスの良好な性能を提供するように設計および制御されるより高い品質の材料である。しかしながら、他の可能性のある材料よりも高い品質の材料であることに加え、ＧａＡｓはまた、より高価で、より製造が困難である。一般的位相配列構成要素は、ＧａＡｓ上の多くの面積を占め、より高いコストをもたらす。さらに、固体回路を伴う標準的移相器は、一般的には、約（２＊ｎ）ｄＢの損失（式中、ｎは、移相器内の位相ビットの数である）である高無線周波数（ＲＦ）パワー損失を有する。別の先行技術実施形態は、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを使用し、より低い損失を有するが、依然として、同様の空間を消耗し、概して、モノリシックソリューションと互換性がない。
【０００４】
デジタル移相器に加えて、直角位相ハイブリッドまたは他の微分位相発生ハイブリッドもまた、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、直角位相ハイブリッドは、円形偏波信号、パワー結合、またはパワー分割を発生させるために使用される。ある例示的実施形態では、直角位相ハイブリッドの出力は、等しい振幅および公称９０°位相差を有する。別の一般的実施形態では、直角位相ハイブリッドは、Ｌａｎｇｅ連結器、分岐線路連結器、および／または同等物等、分散型構造として実装される。マジックＴまたはリングハイブリッド等の１８０°ハイブリッドは、公称１８０°移相をもたらす。一般に、直角位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、その物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。さらに、直角位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、一般的には、ＧａＡｓから成り、パワー分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢの付随ＲＦパワー損失を、パワー結合器として使用されると、約１ｄＢの付随パワー損失を有する。
【０００５】
また、同相パワー結合器および同相パワー分割器は、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、同相ハイブリッドの出力は、同等振幅および実質的ゼロ微分位相差を有する。別の例示的実施形態では、パワー結合器として構成される、同相ハイブリッドの入力は、実質的ゼロ微分位相および振幅偏移に遭遇する。先行技術実施形態では、同相ハイブリッドは、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ連結器等の分散型構造として実装される。一般に、同相ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。同相ハイブリッドは、一般的には、ＧａＡｓから成る。さらに、同相ハイブリッドは、概して、パワー分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢの付随ＲＦパワー損失を、パワー結合器として使用されると、約１ｄＢの付随ＲＦパワー損失を有する。
【０００６】
加えて、一般的位相配列アンテナは、１度に単一ビームのみ形成し、多くの場合、偏波アジリティが不可能である。付加的ビームを形成し、および／または同一放射開口からの偏波アジリティ能力を有するために、付加的移相およびパワー分割または構成要素結合が、放射素子毎に要求される。これらの付加的構成要素は、一般的には、性質上、分散型であって、有意な物理的空間を要求し、損失が多く、比較的に狭い周波数帯域にわたってのみ動作する。これらの理由から、多重周波数帯域にわたって動作可能な、偏波アジリティ多重ビーム位相配列アンテナは、実際は、実現が困難である。さらに、位相配列アンテナ内の一般的構成要素は、したがって、周波数感応性であって、特定の周波数帯域のために設計される、分散型構成要素である。
【０００７】
先行技術位相配列アンテナの偏波器は、一般的には、特定の偏波に特有である。線形、円形、または楕円形であってもよいが、一般に、異なる偏波に対処するように電子的に再構成不可能である。さらに、一般的通信ベースの位相配列アンテナのみ、送信または受信のいずれかのために、放射素子を使用するが、２つの機能間の切替えを行わない。これは、概して、送受信周波数帯域が、適切な効率によって、両帯域をサポートすることを防止するほど、十分に離れてはいないためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、周波数が限定されず、偏波特有ではない位相配列アンテナの必要性が存在する。また、異なる偏波に対する再構成であって、半二重方式において、同一放射素子を使用して、送受信可能であるアンテナ偏波器の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、単一開口内に半二重アーキテクチャを備える。位相配列アンテナは、共通放射素子を通して、無線周波数信号を送受信するように構成される。ある例示的実施形態では、送受信周期は、同時に生じず、種々の信号を絶縁可能にする。無線周波数信号は、偏波制御およびビーム操作の両方のために調節される。受信実施形態では、多重ＲＦ信号は、受信され、少なくとも１つの受信ビーム出力に結合される。送信実施形態では、少なくとも１つの送信ビーム入力は、分割され、多重放射素子を通して送信される。
【００１０】
さらに、例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重周波数帯域および／または多重偏波にわたって動作するように構成される。位相配列アンテナは、従来の分散型構成要素およびＧａＡｓ機能を能動的構成要素と置換し、電子的に操作可能な多重ビーム位相配列アンテナを動作させる。能動的構成要素の広帯域性質は、多重周波数帯域にわたって、同時に動作を可能にする。さらに、アンテナ偏波は、サブ配列または個々の放射素子レベルで静的または動的に制御されてもよい。
【００１１】
例示的位相配列アンテナの利点として、システムの容量および柔軟性の向上が挙げられる。さらに、多重周波数帯域にわたって、操作可能なアンテナは、システムの可用性を最適化する。本システムは、モバイル用途、または多重システムが所望される、固定位置用途に実装されてもよい。また、単一アンテナは、多重システムおよび／またはユーザと通信可能であって、容量および可用性の向上を可能にする。
【００１２】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、双方向アンテナを備え、双方向動作のために構成される。双方向アンテナ偏波器は、パワー分割器、パワー結合器、および移相器の能動的実装を結合してもよい。さらに、別の例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器は、広範囲に及ぶシステム柔軟性および現場再構成性を有する。さらに別の例示的実施形態では、双方向位相配列アンテナは、「レーダ様」用途で動作し、送受信機能は、半二重方式で動作する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明のより完全な理解は、図面（同一参照番号は、図面を通して、類似素子を指す）と併せて検討される場合、発明を実施するための形態および請求項を参照することによって導出されるであろう。
【図１】図１は、能動的パワー分割器の例示的実施形態を例示する。
【図２】図２は、能動的パワー結合器の例示的実施形態を例示する。
【図３】図３は、能動的ベクトル発生器の例示的実施形態を例示する。
【図４】図４は、双方向アンテナ偏波器の例示的実施形態を例示する。
【図５】図５は、半二重アーキテクチャを伴う、位相配列アンテナの例示的実施形態を例示する。
【図６】図６は、簡略化半二重アーキテクチャを伴う、位相配列アンテナの例示的実施形態を例示する。
【図７】図７は、波形修正の例示的実施形態を例示する。
【図８】図８は、色分布の例示的実施形態を例示する。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、例示的実施形態による、種々の衛星スポットビーム多色アジリティ方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
当業者が本発明を実践可能となるよう十分に詳細に、例示的実施形態が本明細書において説明されるが、他の実施形態が実現されてもよく、合理的な材料的、電気的および機械的変更が、発明の精神および範囲から逸脱することなくなされてもよいことを理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、例示目的のためだけに提示される。
【００１５】
位相配列アンテナは、概して、偏波構成要素を有する各放射素子を伴う多重放射素子を備える。ある例示的実施形態では、放射素子は、空間的に直交の線形偏波、空間的かつ電気的に直交の円形偏波、または空間的に直交であるが、電気的に非直交の楕円形偏波を有する。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、種々の構成要素を備える。種々の構成要素は、ベクトル発生器、能動的パワー分割器、能動的パワー結合器、または同等物を含んでもよい。さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、パッチアンテナを備える。パッチアンテナが、図に例示され、本明細書に説明されるが、他の種類の放射素子が、実装されてもよい。そのような放射素子は、分裂放射体、フィードホーンアンテナ、クロスノッチアンテナ、スロットアンテナ、および同等物を含む。
【００１６】
ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。
【００１７】
ある例示的実施形態では、２つのフィードポートを伴う位相配列アンテナは、異なる偏波を発生および制御するように構成される。例示的偏波状態は、単一円形偏波状態、単一楕円形偏波状態、単一線形偏波状態、および２つの直交線形偏波状態を含む。
【００１８】
放射素子は、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）と通信状態にあってもよい。ある例示的実施形態では、ＲＦＩＣは、基本的偏波を他の直交偏波状態に分割、改変、および再結合するように構成される。加えて、ＲＦＩＣ内の正味の偏波状態に対応するＲＦ信号は、配列のビーム形成ネットワーク内において結合されてもよい。
【００１９】
ある例示的実施形態において、図４を簡単に参照すると、双方向アンテナ偏波器は、２つのスイッチ、２対のベクトル発生器、パワー結合器、およびパワー分割器を備える。双方向アンテナ偏波器は、同一放射素子を使用して、ＲＦ信号の送信または受信のいずれかを行うように構成される。言い換えると、双方向アンテナ偏波器は、受信モードと送信モードとの間の切替えが可能である一方、共通の放射素子を介して通信する。さらに、ある例示的実施形態では、放射素子は、シングルエンド様式、差動様式、またはそれらのいくつかの組み合わせで駆動される。さらに、ある例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器は、送受信両方のために構成される２対のベクトル発生器を有する、送受信両方の動作のモードにおいて、ビーム操作および偏波アジリティを提供する。
【００２０】
能動的分割器：図１は、例示的能動的パワー分割器の概略図を例示する。ある例示的実施形態では、能動的パワー分割器１００は、差動入力サブ回路１１０、第１の差動出力サブ回路１２０、および第２の差動出力サブ回路１３０を備える。差動入力サブ回路１１０
は、共通エミッタノードを伴う対合トランジスタ１１１、１１２を有し、差動増幅器において一般的であるように、一定電流バイアスされる。入力信号は、差動入力サブ回路１１０内の対合トランジスタ１１１、１１２のベースに通信される。第１および第２の差動出力サブ回路１２０、１３０は両方とも、共通ベースノードを伴う一対のトランジスタを備え、各共通ベースは、接地に接続される。
【００２１】
第１の差動出力サブ回路１２０は、入力サブ回路トランジスタ１１２のうちの１つのコレクタに接続される第１のトランジスタ１２１エミッタを有する。第２の出力サブ回路トランジスタ１２２のエミッタは、他の入力サブ回路トランジスタ１１１のコレクタに接続される。例示的実施形態では、第１の出力は、第１の差動出力サブ回路１２０のトランジスタ１２１、１２２のコレクタから導出される。さらに、第２の差動出力サブ回路１３０は、同様に接続されるが、トランジスタ１３１、１３２エミッタは、トランジスタ１２１、１２２に対して、入力サブ回路トランジスタ１１１、１１２コレクタに逆に接続される。
【００２２】
第１と第２の差動出力サブ回路との間の入力サブ回路トランジスタコレクタ接続を逆にすることによって、第１の出力および第２の出力は、相互に対して、約１８０°だけ位相がずれる。別の例示的実施形態では、トランジスタ１３１、１３２エミッタは、入力サブ回路トランジスタ１１１、１１２コレクタに逆に接続されず、第１の出力および第２の出力を相互に対して略同相にさせる。一般に、パワー分割器を通る出力信号の絶対移相は、第１と第２の出力信号との間の相対位相ほど重要ではない。
【００２３】
ある例示的実施形態では、能動的パワー分割器１００は、入力ＲＦ信号を２つの出力信号に変換する。出力信号レベルは、振幅が等しくあってもよいが、これは、必須ではない。先行技術の受動的パワー分割器の場合、各出力信号は、入力信号より約３ｄＢパワーが低いであろう。対照的に、能動的パワー分割器１００等の例示的能動的分割器は、利得を提供可能であって、入力信号と出力信号との間の相対パワーレベルは、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、ように構成される、入力信号にわたって、実質的に不変または正のパワー利得を達成してもよい。例えば、出力信号は、入力信号にわたって、３ｄＢの信号パワー利得を達成してもよい。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内のパワー利得を達成してもよい。さらに、出力信号は、任意の好適なパワー利得を達成するように構成されてもよい。
【００２４】
例示的実施形態によると、能動的パワー分割器１００は、ゼロまたは実質的にゼロである、２つの信号間に微分位相を伴う、出力信号を生成する。動的パワー分割器を通した出力信号の絶対移相は、出力信号間の差動位相ほど重要ではなくてもよい。
【００２５】
別の例示的実施形態では、加えて、能動的パワー分割器１００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであってもよい。さらに、ある例示的実施形態では、能動的分割器１００は、能動的パワー分割器の出力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的パワー結合器１００は、分散型構成要素の欠如によって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを有するＲＦＩＣとして製造される。
【００２６】
能動的結合器：ある例示的実施形態では、図２を参照すると、能動的パワー結合器２００は、第１の差動入力サブ回路２１０、第２の差動入力サブ回路２２０、シングルエンド出力サブ回路２３０、および差動出力サブ回路２４０を備える。各差動入力サブ回路２１０、２２０は、２つの対のトランジスタを含み、各差動入力サブ回路２１０、２２０の各トランジスタは、差動増幅器において一般的であるように、一定電流バイアスを伴う共通エミッタノードを有する。
【００２７】
第１の入力信号は、第１の差動入力サブ回路２１０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ１の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路２１０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ１の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。同様に、第２の入力信号は、第２の差動入力サブ回路２２０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ２の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路２２０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ２の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。さらに、ある例示的実施形態では、差動出力信号は、第１および第２の差動入力サブ回路２１０、２２０内のトランジスタのコレクタからの信号の組み合わせによって形成される。
【００２８】
ある例示的実施形態では、能動的パワー結合器２００は、２つの入力ＲＦ信号を単一出力信号に変換する。出力信号は、シングルエンド出力サブ回路２３０におけるシングルエンド出力、または差動出力サブ回路２４０における差動出力のいずれかであることが可能である。言い換えると、能動的パワー結合器２００は、能動的パワー分割器１００の逆の機能を果たす。入力信号レベルは、任意の振幅および位相であることが可能である。能動的パワー分割器と同様に、能動的パワー結合器２００は、利得を提供することが可能であって、入力と出力との間の相対パワーレベルもまた調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号にわたって、実質的に不変または正の信号パワー利得を達成する。例えば、出力信号は、入力信号にわたって、３ｄＢのパワー利得を達成してもよい。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内のパワー利得を達成してもよい。さらに、出力信号は、任意の好適なパワー利得を達成してもよい。
【００２９】
ある例示的実施形態では、加えて、能動的パワー結合器２００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであってもよい。さらに、ある例示的実施形態では、能動的パワー結合器２００は、パワー結合器の入力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的パワー結合器２００は、分散型構成要素の欠如によって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを有するＲＦＩＣとして製造される。
【００３０】
ベクトル発生器：ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を、所望のレベルに位相および／または振幅が偏移された出力信号（時として、出力ベクトルとも称される）に変換する。これは、一般的移相器の機能に取って代わり、振幅制御の能力を追加する。言い換えると、ベクトル発生器は、規模および位相制御回路である。例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を直角位相ネットワークにフィードし、約９０°位相が異なる２つの出力信号をもたらすことによって、本機能を達成する。２つの出力信号は、並列象限選択回路に、次いで、並列可変利得増幅器（ＶＧＡ）を通して、フィードされる。ある例示的実施形態では、象限選択回路は、コマンドを受信し、それらの間に付加的相対移相を伴わずに、出力信号をパスするか、あるいは付加的１８０°によって出力信号の一方または両方を反転するように構成されてもよい。本方式では、３６０°連続体の４つすべての可能性のある象限が、両直交信号に利用可能である。電流加算器から結果として生じる合成出力信号は、振幅および位相のうちの少なくとも１つにおいて変調される。
【００３１】
例示的実施形態によると、かつ図３を参照すると、ベクトル発生器３００は、受動的Ｉ／Ｑ発生器３１０、第１の可変利得増幅器（ＶＧＡ）３２０および第２のＶＧＡ３２１、それぞれ、位相反転切替えのために構成される、第１の象限選択３３０および第２の象限選択３３１、ならびに電流加算器３４０を備える。第１の象限選択３３０は、Ｉ／Ｑ発生器３１０および第１のＶＧＡ３２０と通信状態にある。第２の象限選択３３１は、Ｉ／Ｑ発生器３１０および第２のＶＧＡ３２１と通信状態にある。さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器３００は、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３６０および第２のＤＡＣ３６１を制御する、デジタルコントローラ３５０を備える。第１および第２のＤＡＣ３６０、３６１は、それぞれ、第１および第２のＶＧＡ３２１、３２０を制御する。加えて、デジタルコントローラ３５０は、第１および第２の象限選択３３０、３３１を制御する。
【００３２】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器３００は、ＲＦ信号を２つの別個のベクトル、同相（Ｉ）ベクトルおよび直角位相（Ｑ）ベクトルに分割することによって、ＲＦ信号の位相および振幅を制御する。一実施形態では、ＲＦ信号は、差動的に通信される。差動ＲＦ信号通信は、ベクトル発生器３００を通してであっても、またはベクトル発生器３００の種々の部分に限定されてもよい。別の例示的実施形態では、ＲＦ信号は、非差動的に通信される。ＩベクトルおよびＱベクトルは、並行して処理され、それぞれ、第１および第２の象限選択３３０、３３１によって行われる、位相反転切替えを通過する。位相反転スイッチの得られる出力として、４つの可能性のある信号を備える。すなわち、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑである。このように、フェーザ図の全４つの象限は、ＶＧＡ３２０、３２１によるさらなる処理のために利用可能である。ある例示的実施形態では、４つの可能性のある信号である、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑのうちの２つは、２つの選択された信号が、電流加算器３４０内で結合され、合成ＲＦ信号を形成するまで、それぞれ、ＶＧＡ３２０、３２１を通して処理される。電流加算器３４０は、位相および振幅調節を伴う、合成ＲＦ信号を出力する。ある例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、差動信号形態にある。別の例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、シングルエンド形態にある。
【００３３】
ある例示的実施形態では、象限偏移およびＶＧＡ機能の制御は、一対のＤＡＣによって提供される。ある例示的実施形態では、デジタルコントローラ３５０の再構成は、適切なＤＡＣ分解能および自動利得制御（ＡＧＣ）動的範囲が存在する場合、ベクトル発生器３００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能にする。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ３６０、３６１の再構成は、ベクトル振幅の調節を促進するために、ベクトル発生器３００が加工された後、行うことが可能である。
【００３４】
例示的実施形態によると、位相配列アンテナは、モノリシックソリューションにおいて、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される、能動的構成要素を備える。ＧａＡｓ、シリコン、あるいは現在周知または今後考案される他の好適な材料等、他の材料が使用されてもよい。能動的構成要素を使用するモノリシックＳｉＧｅ実施形態は、より低いコスト、より小さい物理的サイズ、より広い動作帯域幅、およびパワー損失ではなく、パワー利得を提供する能力を含め、先行技術における分散型／受動的ネットワークに勝るある点をもたらす。
【００３５】
さらに、別の例示的実施形態では、位相配列放射素子の偏波は、２つのベクトル発生器を並行して動作させ、空間的直交方式において、２つのベクトル発生器の両出力信号を放射素子にフィードすることによって調節可能である。線形偏波は、１つのベクトルが、放射素子を駆動させると生じる。円形偏波は、電気的に９０°位相がずれた２つのベクトルが、空間直交方式において、放射素子を駆動させると生じる。楕円形偏波は、電気的に９０°以外の値だけ位相がずれた２つのベクトルが、空間直交方式において、放射素子を駆動させると生じる。
【００３６】
加えて、位相配列アーキテクチャに応じて、先行技術実施形態に勝る他の利点も可能である。利点のうちのいくつかとして、分散型構造が要求されないため、広範に及ぶシステムの柔軟性および非常にコンパクトなアンテナシステムが挙げられる。一実施形態では、位相配列アーキテクチャの制御機能構成要素のサイズは、コンパクトであって、動作周波数から独立している。さらに、いくつかの実施形態は、差動信号伝達を採用し、ＲＦ信号がアナログ形態にある時、信号絶縁を改善する。
【００３７】
主要な利点のうちのいくつかとして、ＲＦ信号は、アンテナシステムを通して通知される際、受動的先行技術システムにおいて生じる損失ではなく、不変または若干正のパワー利得を受けることが挙げられる。別の利点は、アンテナシステムが、帯域制限されないことである。言い換えると、アンテナシステムは、Ｘ、Ｋ、Ｋｕ、Ｋａ、およびＱ帯域を含む、すべての周波数帯域に適用可能である。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、２−２０ＧＨｚ、２０−４０ＧＨｚ、または３０−４５ＧＨｚ等の特定の周波数範囲にわたって動作する。
【００３８】
また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、ＤＡＣ内の位相ビット数を再構成する能力を含む。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能である。さらに別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能である。さらに、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップよって生成可能である。
【００３９】
双方向偏波器：ある例示的実施形態によると、かつ図４を参照すると、双方向アンテナ偏波器４００は、第１のベクトル発生器４１１および第２のベクトル発生器４１２と通信状態にある第１のスイッチ４１０、ならびに第３のベクトル発生器４２１および第４のベクトル発生器４２２と通信状態にある第２のスイッチ４２０を備える。ある例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器４００は、能動的パワー結合器４３０、能動的パワー分割器４４０、および多重デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）コントローラ４５０をさらに備える。別の例示的実施形態では、パワー結合器４３０およびパワー分割器４４０は、受動的分散型構成要素であり得る。ＤＡＣコントローラ４５０は、ベクトル発生器を制御するように構成される。一実施形態では、１つのＤＡＣは、１つのベクトル発生器を駆動するように実装される。例えば、ベクトル発生器は、所望のビーム操作、偏波、および振幅テーパのうちの少なくとも１つを提供するように調節される。
【００４０】
ある例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０のうちの少なくとも１つは、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチである。別の例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０のうちの少なくとも１つは、２つの短極双投（ＳＰＳＴ）スイッチを備える。さらに別の例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０は、最大４つのベクトル発生器の信号経路接続を制御可能な１つの双極両投スイッチと置換される。さらに別の例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０は、２つの双極単投スイッチと置換される。さらに、スイッチ４１０、４２０は、放射素子４０１とベクトル発生器４１１、４１２、４２１、４２２との間の少なくとも１つの信号経路を遮断または完了するように構成要素される、任意の切替えデバイスであってもよい。
【００４１】
ある例示的実施形態によると、スイッチ４１０、４２０は、放射素子４０１と通信状態にあって、送受信モードのために、双方向アンテナ偏波器４００内の信号ルーティングを制御する。二重スイッチは、２つ以上のフィードを有する単一放射素子に、送受信両方機能を行うことを可能にさせる。ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。ある例示的実施形態では、単一放射素子４０１は、半二重方式にいおいて、ＲＦ信号を送受信する。
【００４２】
送信モードでは、能動的パワー分割器４４０は、入力信号を第１の送信入力信号および第２の送信入力信号に分配する。能動的パワー分割器４４０は、第１の送信入力信号をベクトル発生器４１２に、第２の送信入力信号をベクトル発生器４２２に、提供する。ベクトル発生器４１２、４２２は、放射素子４０１の意図されたビーム操作、偏波、および振幅テーパのために、それぞれ、第１ならびに第２の送信入力信号上で移相および振幅調節のうちの少なくとも１つを行う。ベクトル発生器４１２は、第１の調節された送信信号を発生させ、ベクトル発生器４２２は、第２の調節された送信信号を発生させる。第１の調節された送信信号は、スイッチ４１０を介して、ベクトル発生器４１２から放射素子４０１の空間的直交フィードの一方に通信される。同様に、第２の調節された送信信号は、スイッチ４２０を介して、ベクトル発生器４２２から放射素子４０１の空間的直交フィードの他方に通信される。
【００４３】
受信モードでは、放射素子は、２つの信号、すなわち、第１の受信信号および第２の受信信号に空間的に直交に分配される、信号を受信する。放射素子４０１の空間的直交フィードは、スイッチ４１０を介して、第１の受信入力信号をベクトル発生器４１１に通信する。同様に、放射素子４０１の空間的直交フィードもまた、スイッチ４２０を介して、第２の受信入力信号をベクトル発生器４２１に通信する。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器４１１、４２１は、それぞれ、第１および第２の受信入力信号を位相ならびに振幅偏移するように構成される。ベクトル発生器４１１は、第１の調節された受信信号を発生させ、ベクトル発生器４２１は、第２の調節された受信信号を発生させる。
【００４４】
さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器４１１、４２１は、能動的パワー結合器４３０と通信状態にある。能動的パワー結合器は、ベクトル発生器４１１から第１の調節された受信信号を、ベクトル発生器４２１から第２の調節された受信信号を受信する。２つの調節された受信信号は、能動的パワー結合器４３０によって結合され、受信出力信号を形成する。
【００４５】
ある例示的実施形態によると、双方向アンテナ偏波器４００は、任意の偏波を伴う信号のビーム操作および発生または受信が可能である。これは、線形、円形、および楕円形偏波を含む。信号偏波は、順に、ＤＡＣ４５０によって制御される、ベクトル発生器によって制御される。ある例示的実施形態では、ＤＡＣ４５０は、再プログラム可能であって、したがって、ベクトル発生器によって生成された偏波は、双方向アンテナ偏波器４００の物理的修正を伴わずに、加工後を含め、随時、変更可能である。
【００４６】
半二重アーキテクチャ：例示的実施形態により、図５を参照すると、第１の放射素子５０１と通信状態にある位相配列集積回路（ＩＣ）５００は、送信モードおよび受信モードを有する。位相配列集積回路５００は、第１の送受信スイッチ５１０、第２の送受信スイッチ５１１、第１の低雑音増幅器（ＬＮＡ）５２０、第２のＬＮＡ５２２、第１のパワー増幅器５２１、および第２のパワー増幅器５２３を備える。ある例示的実施形態では、位相配列集積回路５００は、４つのベクトル発生器５３０、５３１、５３２、５３３、能動的パワー結合器５４０、および能動的パワー分割器５４１をさらに備える。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５３０、５３１、５３２、５３３はそれぞれ、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５５０から制御信号を受信する。
【００４７】
ある例示的実施形態によると、送受信スイッチ５１０、５１１、ＬＮＡ５２０、５２２、およびパワー増幅器５２１、５２３は、ＧａＡｓチップ上に位置する。さらに、ベクトル発生器５３０、５３１、５３２、５３３、能動的パワー結合器５４０、および能動的パワー分割器５４１は、ＳｉＧｅチップ上に位置する。上述のように、ＳｉＧｅチップは、ＧａＡｓチップより安価であって、安価なアンテナシステムをもたらす。種々の構成要素を異なる材料に分配するように説明されるが、位相配列ＩＣ５００は、ＧａＡｓまたはＳｉＧｅ材料上のすべての構成要素、あるいはＧａＡｓチップまたはＳｉＧｅチップ上に位置するベクトル発生器、結合器、または分割器のいくつか、もしくはそれらの任意の組み合わせを有してもよい。加えて、第２の放射素子５０２と通信状態にある位相配列ＩＣ５００のアーキテクチャおよび機能性は、第１の放射素子５０１のものと実質的に類似するために、詳細に説明されない。
【００４８】
ある例示的実施形態では、かつ図５を継続して参照すると、位相配列ＩＣ５００は、半二重通信のために構成される。一実施形態では、位相配列ＩＣ５００は、少なくとも２つの放射素子、すなわち、第１の放射素子５０１および第２の放射素子５０２と通信状態にある。２つの放射素子のみ例示されるが、位相配列ＩＣ５００は、多重放射素子と通信状態にあってもよい。位相配列ＩＣ５００のある例示的実施形態では、各放射素子は、送信ビーム経路および受信ビーム経路と通信状態にある。別の例示的実施形態では、送信ビーム経路および受信ビーム経路の少なくとも一部は、直交偏波信号を通信するために分配される。さらに、ある例示的実施形態では、差動信号伝達は、部分的に、または位相配列ＩＣ５００を全体を通して、使用される。
【００４９】
さらに、ある例示的実施形態によると、送信ビームは、第１の放射素子５０１および第２の放射素子５０２に提供される。送信ビームは、能動的パワー分割器５４３によって、重放射素子経路に分配される。各放射素子経路は、送信ビーム信号を受信し、さらに、パワー分割器、例えば、能動的パワー分割器５４１を使用して、信号を分配する。ある例示的実施形態では、分配された送信ビーム信号は、２つのベクトル発生器５３２、５３３に通信される。ベクトル発生器は、それぞれの送信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。さらに、ビーム操作および偏波追跡を提供するように構成される、ベクトル発生器の任意の好適なアーキテクチャが、実装されてもよい。本アーキテクチャは、送信モードにおける独立偏波柔軟性をもたらす。ある例示的実施形態では、それぞれの送信信号は、信号が相互に対して直交偏波を有するように、位相調節される。さらに、送信経路は、それぞれ、ベクトル発生器５３２、５３３から調節された送信信号を受信する、パワー増幅器５２１、５２３を備える。
【００５０】
ある例示的実施形態では、第１の送受信スイッチ５１０および第２の送受信スイッチ５１１は、適切なモードの際、所望の信号経路を有効にするように構成される。ある例示的実施形態では、送受信スイッチ５１０、５１１は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、スイッチ５１０、５１１は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される、任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。双方向アンテナ偏波器４００のスイッチ４１０、４２０と同様に、送受信スイッチ５１０、５１１は、種々の種類のスイッチおよび構成を備えてもよい。
【００５１】
送信モードでは、送受信スイッチ５１０は、パワー増幅器５２１の出力信号を第１の放射素子５０１の第１のフィードに通信させる。同様に、送受信スイッチ５１１は、パワー増幅器５２３の出力信号を第１の放射素子５０１の第２のフィードに通信させる。対照的に、受信モードでは、送受信スイッチ５１０は、第１の放射素子５０１から第１のＬＮＡ５２０への受信信号の第１の偏波されたフィードの通信を有効にする。同様に、送受信スイッチ５１１は、第１の放射素子５０１から第２のＬＮＡ５２２への受信信号の第２の偏波されたフィードの通信を有効にする。
【００５２】
第１のＬＮＡ５２０の信号出力は、ベクトル発生器５３０にフィードし、第２のＬＮＡ５２２の信号出力は、ベクトル発生器５３１にフィードする。ベクトル発生器５３２、５３３と同様に、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５３０、５３１は、それぞれの受信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。本アーキテクチャは、受信モードでは、独立偏波柔軟性をもたらす。
【００５３】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５３０、５３１のそれぞれの出力は、能動的パワー結合器５４０に結合される。ベクトル発生器５３０、５３１の出力は、第１の放射素子５０１からの単一受信信号を形成するように結合される、偏波された受信信号の２つの部分を表す。第１の放射素子５０１からの結合された受信信号は、能動的パワー結合器５４２において、第２の放射素子５０２からの他の結合された受信信号とさらに結合され、受信ビームを形成する。さらに、３つ以上の放射素子からを含む、放射素子からの任意の数の信号が結合されてもよい。ある例示的実施形態では、単一開口のすべての放射素子から結合された受信信号は、受信ビームに結合される。
【００５４】
例示的実施形態により、図６を参照すると、第１の放射素子６０１と通信状態にある簡略化位相配列集積回路（ＩＣ）６００は、送信モードおよび受信モードを有する。本例示的実施形態では、共通ベクトル発生器は、送受信両方の機能のために使用され、位相配列ＩＣ５００と比較して、システム内のベクトル発生器の数を半分に減少させる。ベクトル発生器数の減少は、システムの複雑性を低減させる一方、依然として、ビーム操作、偏波追跡、および多帯域能力を提供する。さらに、デジタル信号ルーティングの複雑性も、半減される。さらに、位相配列ＩＣ６００のある例示的実施形態では、放射素子当たりの回路の複雑性は、２倍の放射素子が、位相配列ＩＣ５００と同一複雑性の単一チップによって実装され得るように、低減される。回路の複雑性は、チップ当たりの行われるＲＦ、デジタル、および／またはアナログ機能の数に関する。さらに、簡略化位相配列ＩＣ６００は、位相配列ＩＣ５００と比較して、より少ないベクトル発生器によって、パワー消費が低減され得る。
【００５５】
ある例示的実施形態では、位相配列ＩＣ６００は、第１の送受信スイッチ６１０、第２の送受信スイッチ６１１、第１のＬＮＡ６２０、第２のＬＮＡ６２２、第１のパワー増幅器６２１、および第２のパワー増幅器６２３を備える。ある例示的実施形態では、位相配列集積回路６００は、第１のベクトル発生器６３０、第２のベクトル発生器６３１、能動的パワー結合器６４０、および能動的パワー分割器６４１をさらに備える。加えて、ある例示的実施形態では、位相配列ＩＣ６００は、ベクトル発生器スイッチ６５０、６５１、６５２、６５３を備える。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６３０、６３１はそれぞれ、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）６６０から制御信号を受信する。
【００５６】
ある例示的実施形態によると、送受信スイッチ６１０、６１１、ＬＮＡ６２０、６２２、およびパワー増幅器６２１、６２３は、ＧａＡｓチップ上に位置する。さらに、ベクトル発生器６３０、６３１、能動的パワー結合器６４０、および能動的パワー分割器６４１は、ＳｉＧｅチップ上に位置する。種々の構成要素を異なる材料に分配するように説明されるが、位相配列ＩＣ６００は、ＧａＡｓまたはＳｉＧｅ材料上のすべての構成要素、あるいはＧａＡｓチップまたはＳｉＧｅチップ上に位置するベクトル発生器、結合器、または分割器のいくつか、もしくはそれらの任意の組み合わせを有してもよい。加えて、第２の放射素子６０２と通信状態にある位相配列ＩＣ６００のアーキテクチャおよび機能性は、第１の放射素子６０１のものと実質的に類似するために、詳細に説明されない。
【００５７】
ある例示的実施形態において、図６を継続して参照すると、位相配列ＩＣ６００は、半二重線通信のために構成される。一実施形態では、位相配列ＩＣ６００は、少なくとも２つの放射素子、すなわち、第１の放射素子６０１および第２の放射素子６０２と通信状態にある。２つの放射素子のみが例示されるが、位相配列ＩＣ６００は、多重放射素子と通信状態にあってもよい。位相配列ＩＣ６００のある例示的実施形態では、各放射素子は、送信ビーム経路および受信ビーム経路と通信状態にある。ある例示的実施形態では、送信ビーム経路および受信ビーム経路の少なくとも一部は、直交偏波信号を通信するために分配される。さらに、ある例示的実施形態では、差動信号伝達は、部分的に、または位相配列ＩＣ６００全体を通して、使用される。
【００５８】
ある例示的実施形態によると、送信ビームは、第１の放射素子６０１および第２の放射素子６０２に提供される。送信ビームは、能動的パワー分割器６４３によって、多重放射素子経路に分配される。ある例示的実施形態では、各放射素子経路は、送信ビーム信号を受信し、分割器、例えば、能動的パワー分割器６４１を使用して、信号をさらに分配する。別の例示的実施形態では、ベクトル発生器スイッチ６５０は、送信ビーム信号をベクトル発生器６３０に送信し、ＬＮＡ６２０からの信号経路を無効にするように構成される。同様に、例示的実施形態では、ベクトル発生器スイッチ６５２は、送信ビーム信号をベクトル発生器６３１に送信し、ＬＮＡ６２２からの信号経路を無効にするように構成される。言い換えると、ベクトル発生器スイッチは、アンテナシステムの現在のモードに基づいて、種々の信号経路を有効および無効にする。
【００５９】
ある例示的実施形態では、分配された送信ビーム信号は、それぞれ、ベクトル発生器スイッチ６５０、６５２から２つのベクトル発生器６３０、６３１に通信される。ベクトル発生器は、それぞれの送信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６５０、６５２は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、ベクトル発生器スイッチ６５０、６５２は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される、任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。本アーキテクチャは、送信モードにおける独立偏波柔軟性をもたらす。さらに、ビーム操作および偏波追跡を提供するように構成される、ベクトル発生器の任意の好適なアーキテクチャが、実装されてもよい。
【００６０】
ある例示的実施形態では、それぞれの送信信号は、ベクトル発生器６３０、６３１によって、位相および振幅が調節される。ベクトル発生器６３０によって発生させられる、調節された送信信号は、ベクトル発生器スイッチ６５１を介して、パワー増幅器６２１に通信される。加えて、ベクトル発生器６３１によって発生させられる、調節された送信信号は、ベクトル発生器スイッチ６５３を介して、パワー増幅器６２３に通信される。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器スイッチ６５１、６５３は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、ベクトル発生器スイッチ６５１、６５３は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。
【００６１】
ある例示的実施形態では、第１の送受信スイッチ６１０および第２の送信受信スイッチ６１１は、適切なモードの際、所望の信号経路を有効にするように構成される。ある例示的実施形態では、送受信スイッチ６１０、６１１は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、スイッチ６１０、６１１は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。双方向アンテナ偏波器４００のスイッチ４１０、４２０と同様に、送受信スイッチ６１０、６１１は、種々の種類のスイッチおよび構成を備えてもよい。
【００６２】
送信モードでは、送受信スイッチ６１０は、パワー増幅器６２１の出力信号を第１の放射素子６０１の第１のフィードに通信させる。同様に、送受信スイッチ６１１は、パワー増幅器６２３の出力信号を第１の放射素子６０１の第２のフィードに通信させる。対照的に、受信モードでは、送受信スイッチ６１０は、第１の放射素子６０１から第１のＬＮＡ６２０への受信信号の第１の偏波されたフィードの通信を有効にする。同様に、送受信スイッチ６１１は、第１の放射素子６０１から第２のＬＮＡ６２２への受信信号の第２の偏波されたフィードの通信を有効にする。
【００６３】
第１のＬＮＡ６２０の信号出力は、ベクトル発生器スイッチ６５０を通して、ベクトル発生器６３０にフィードし、第２のＬＮＡ６２２の信号出力は、ベクトル発生器スイッチ６５２を通して、ベクトル発生器６３１にフィードする。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６３０、６３１は、それぞれの受信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。本アーキテクチャは、送信モードにおける独立偏波柔軟性をもたらす。さらに、ビーム操作および偏波追跡を提供するように構成される、ベクトル発生器の任意の好適なアーキテクチャが、実装されてもよい。
【００６４】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６３０の出力は、受信モードでは、ベクトル発生器スイッチ６５１を通して、能動的パワー結合器６４０に通信される。さらに、ベクトル発生器６３１の出力は、受信モードでは、ベクトル発生器スイッチ６５３を通して、能動的パワー結合器６４０に通信される。ベクトル発生器６３０、６３１の出力は、第１の放射素子６０１からの単一受信信号を形成するように結合される、偏波された受信信号の２つの部分を表す。ある例示的実施形態では、第１の放射素子６０１からの結合された受信信号は、能動的パワー結合器６４２において、第２の放射素子６０２からの他の結合された受信信号と結合され、受信ビームを形成する。ある例示的実施形態では、単一開口のすべての放射素子から結合された受信信号は、受信ビームに結合される。
【００６５】
ある例示的実施形態では、位相配列ＩＣ５００、６００は、モノリシックソリューションとして、段階的に接続されてもよい。さらに、システムを段階的に接続することは、Ｋｕ−帯域およびＫａ−帯域にわたって等、多帯域動作を可能にする。例示的実施形態では、位相配列ＩＣ５００、６００は、ビーム操作および多重偏波をサポートする。加えて、説明されるアーキテクチャは、１次元配列ならびに２次元配列のために実装されてもよい。
【００６６】
システム用途：ある例示的実施形態によると、単一開口半二重アンテナシステムは、異なる瞬間において、送受信モードで動作する。同時に送受信が存在しないように、動作モードを分配することによって、送受信信号は、相互から絶縁される。加えて、周波数フィルタは、半二重通信を利用する場合、信号を分離するために必要とされない。一実施形態では、動作時間は、送信モードにおける時間量が、受信モードにおける時間量と実質的に同等であるように、対称的である。別の実施形態では、動作時間は、非対称であって、より多くの時間が、送信または受信モードのいずれかに割り当てられる。実際の時分割は、ユーザのニーズおよび／またはデータ負荷の関数であってもよい。ある例示的実施形態では、半二重スケジューラを使用して、送受信時間要件の衝突を回避する。ある例示的実施形態では、多重周波数における多重ビームは、タイムスロット分配を変化させ、タイムスロット毎にビーム指向を更新することによって、並列ベクトル発生器アーキテクチャを必要とすることなく、サポート可能である。
【００６７】
さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナシステムは、ローカルセンサ内のドリフトを再度ゼロにすることによって、衛星追跡エラーを補正する。ドリフトを補正する方法の１つは、任意のエラーを判定し、ドリフト補正を行うために、連続ロービングを使用するものである。連続ロービング方法では、アンテナシステムは、多重衛星位置を確認し、真の衛星位置を示す戻り情報を得る。例えば、アンテナシステムは、５つの異なる場所に信号を送信してもよい。場所のうちの１つは、４つの周囲場所を伴うアンテナシステムに従う衛星位置である。戻り情報は、ローカルセンサ内にドリフトが存在するかどうか、どの方向に補正を行う必要があるかを示す。次いで、このドリフト情報は、アンテナシステム内のドリフトを補正するために使用されてもよい。
【００６８】
一般的な連続ロービング方法では、すべての多重衛星位置が、順番に確認される。しかしながら、衛星位置を順番に確認することは、アンテナシステムが、通常動作におけるように、データを通信していない付加的動作時間を使用し得る。ある例示的実施形態によると、連続ロービング手順は、通常動作と時間的に交互に配置され、通常動作に殆どまたは全く妨害をもたらさない。具体的には、例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の位置における衛星を確認し、通常動作においてデータを送信または受信し、第２の位置における衛星を確認し、通常動作においてデータを送信または受信し、第３の位置における衛星を確認する等である。ロービング方法の位置確認は、送信および／または受信周期間のアンテナシステム切替えの時間周期内に一気に生じることが可能である。
【００６９】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナシステムは、多重ビーム間で切り替わるように構成される。多重ビームは、多重衛星間で分配されてもよく、または多重ビームは、単一の衛星からブロードキャストされてもよい。例えば、位相配列アンテナシステムは、異なるスポットビーム衛星間で切り替わってもよい。一実施形態では、ビーム切替えを使用して、多重重複ビーム間の負荷偏移を行う。
【００７０】
別の実施形態では、ビーム切替えは、衛星とアンテナシステムとの間の相対位置の変化によって生じてもよい。衛星は、静止軌道に乗っているかまたは静止軌道に乗っていなくてもよい。本明細書で使用されるように、静止衛星は、地球の自転周期（１日）と同一軌道周期を有する衛星である。したがって、静止衛星は、地球上の同一場所に静止したままである。対照的に、非静止衛星は、地球の自転周期と異なる軌道周期を有し、決して連続的な時間周期ではない不動の受信機の範囲内にある衛星をもたらす。
【００７１】
衛星が静止軌道に乗っているかまたは静止軌道に乗っていないかにかかわらず、ビーム切替えは、種々のハンドオフ手順を伴う。一般に、ハンドオフ手順は、新しいビームが利用可能かどうかを判定するステップと、第１の（または、現在の）ビームから第２の（または、新しい）ビームへの切替えを調整するステップとを伴う。
【００７２】
ハンドオフ手順の一側面は、送信周期および受信周期が同時に生じるように、ビームおよび／または衛星を同期させることである。アンテナシステムが、連続モードで動作し、多重衛星間を切り替えられる場合、ある例示的実施形態では、多重衛星はすべて、同期される。一実施形態では、同期された衛星は、常に、同一スケジュールで信号を送受信する。別の実施形態では、同期された衛星は、時折、同一送信／受信スケジュールで動作し、衛星間の任意のハンドオフが、同期された周期の際に生じる。アンテナシステムが、断続モードで動作し、多重衛星間を切り替えられる場合、遮断周期は、ハンドオフの際に生じてもよい。遮断周期は、衛星毎に異なる送信／受信スケジュールによるものである。遮断を補償するために、ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、エンドユーザが遮断周期に気付かないように、データ送信をバッファリングする。さらに、ある例示的実施形態では、かつ図７を参照すると、同期語が、規則的間隔において、信号に挿入される。言い換えると、同期語は、一定間隔で生じる。一実施形態では、同期語は、２．５ミリ秒毎に信号に挿入される。別の実施形態では、同期語は、１乃至２０ミリ秒の範囲内にある規則的間隔において、信号に挿入される。さらに、同期語を挿入する規則的間隔は、任意の好適な時間周期であってもよい。同期語は、波形を修正し、周知の聴取間隔において、同期を可能にする。一例示的実施形態では、アンテナシステムは、全同期間隔の際に聴取する。受信データから動作可能に発達された情報を使用して、転送リンクに関する送信時間および周波数を同期させ、周知の「クリア」な聴取間隔の際に送信する。ある例示的実施形態によると、所与の端末のための送受信間隔の制御は、転送リンク波形内の特定の同期語を使用して達成される。
【００７３】
上述のように、例示的実施形態では、位相配列アンテナシステムは、周波数限定ではないが、代わりに、多重周波数にわたって通信可能である。第１の実施形態では、アンテナシステムは、Ｋａ−、Ｋｕ−帯域にわたって動作する。具体的には、Ｋａ−帯域は、２７．５−３１．０ＧＨｚとして画定されてもよく、Ｋｕ−帯域は、１４−１４．５ＧＨｚとして画定されてもよい。第２の実施形態では、アンテナシステムは、Ｘ−、Ｋａ−帯域にわたって動作する。具体的には、Ｘ−帯域は、７．２５−８．４ＧＨｚとして画定されてもよく、Ｋａ−帯域は、２７．５−３１．０ＧＨｚとして画定されてもよい。第３の実施形態では、アンテナシステムは、Ｑ−、Ｋ−帯域にわたって動作する。具体的には、Ｑ−帯域は、４４−４５ＧＨｚとして画定されてもよく、Ｋ−帯域は、１７．５−２１．２ＧＨｚとして画定されてもよい。
【００７４】
４色システム：消費者衛星ＲＦ通信の分野では、衛星は、一般的には、個人用パラボラアンテナを有する消費者に、データ（例えば、映画ならびに他のテレビ番組、インターネットデータ、および／または同等物）を送信および／または受信するであろう。より最近では、衛星は、より多くのモバイルプラットフォーム（航空機、電車、および／または自動車に取り付けられた送受信機等）からデータを送信／受信し得る。手持式または携帯用衛星送受信機の使用の増加は、将来、標準的となることが予測される。時として、本書では、自宅用衛星送受信機と併せて説明されるが、ここで論じられる、従来技術限定は、衛星と通信する任意の個人用消費者地上用送受信機（あるいは、送信機または受信機）にも適用され得る。
【００７５】
伝搬無線周波数（ＲＦ）信号は、異なる偏波、すなわち、線形、楕円形、または円形を有することが可能である。線形偏波は、垂直偏波および水平偏波から成る一方、円形偏波は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）および右旋円偏波（ＲＨＣＰ）から成る。アンテナは、一般的には、ＬＨＣＰ等のある偏波を通過させ、ＲＨＣＰ等の他の偏波を拒絶するように構成される。
【００７６】
また、従来の超小型地上局（ＶＳＡＴ）アンテナは、ハードウェアに依存する固定偏波を利用する。基本偏波は、概して、衛星端末の設置の際に設定され、その時点で、偏波器ハードウェアの手動構成が、固定される。例えば、偏波器は、概して、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰに対して設定され、適所に締結される。従来のＶＳＡＴアンテナ内で偏波を変更することは、偏波器の締結を解除し、９０°対向円形偏波に回転させ、次いで、偏波器を再締結することを要求する場合がある。明らかに、これは、多くの周波数において行うことは不可能であって、限定数（約５、または可能性として、１０）の送受信機のみ、所与の１日で、技術者によって切替え可能である。
【００７７】
一般的な単一偏波アンテナと異なり、いくつかのデバイスは、アンテナ端末を分解せずに、偏波を変更するように構成される。実施例として、従来技術の実施形態は、「野球ボール」スイッチを使用して、偏波間に電子的に命令可能な切替えを提供する。「野球ボール」スイッチの回転は、１つの信号経路を接続し、他の信号経路を終端させることによって、偏波に変更を生じさせる。しかしながら、各「野球ボール」スイッチは、独立制御回路網を伴う別個の回転アクチュエータを要求し、このことが、デバイスのコストを増加さて、（全くではないにしても）消費者広帯域またはＶＳＡＴ端末内で使用されず、代わりに、限定数の端末を有する大規模地上局のために使用される。
【００７８】
さらに、別のアプローチは、各偏波に対して複製ハードウェアを伴うシステムを有することである。偏波選択は、所望の信号の経路を完成または有効にし、望ましくない信号を選択から除外することによって達成される。本アプローチは、多くの場合、受信専用端末、例えば、低コストハードウェアを有する衛星テレビ受信機内で使用される。しかしながら、ＶＳＡＴまたは広帯域端末等の送受信の両方を行う双方向端末の場合、ハードウェアを複製させることは、端末のコストを大幅に増加させる。
【００７９】
従来の衛星は、特定の周波数帯域および特定の偏波において、無線周波数信号を介して、地上に設けられた送受信機と通信し得る。周波数帯域および偏波の各組み合わせは、「色」として知られる。衛星は、局所的な地理的領域に「ビーム」として信号を送信し、そのビーム上の信号にアクセス可能な地理的領域は、地図上の「スポット」によって表され得る。各ビーム／地点は、関連付けられた「色」を有するであろう。したがって、異なる色のビームは、同一周波数、同一偏波、または両方を有していないことになるであろう。
【００８０】
実際は、任意の特定の地点において、任意の１つの地上用送受信機に「可視」である、２つ、３つ、またはそれ以上のビームが存在し得るように、隣接するスポット間にいくつかの重複が存在する。隣接するスポットは、一般的には、隣接するビームからの雑音／干渉を低減させるために、異なる「色」を有するであろう。
【００８１】
従来技術では、広帯域消費者衛星送受信機は、一般的には、１つの色に設定され、送受信機の寿命の間、その設定のままである。万が一、衛星から送信される信号の色が変更される場合、その色に基づいてその衛星と通信していた地上用送受信機はすべて、直ちに、立ち往生するか、または切断されるであろう。一般的には、技術者は、消費者の自宅を訪問し、送受信機または偏波器を手動で交換し（または、可能性として、物理的に分解し、再度組み立て）、消費者の地上用送受信機を、新しい「色」信号に基づいて衛星と再度通信可能にする必要があるであろう。この実践上の影響として、従来技術では、衛星から送信される信号色に変更が行われない。
【００８２】
類似の理由から、第２の実践的制限として、地上用送受信機は、一般的には、ある色から別の色に変更されないことである（すなわち、変更される場合、それは、手動プロセスである）。したがって、アンテナシステムの周波数および／または偏波を遠隔で変更するための新しい低コストの方法およびデバイスの必要性が存在する。また、略瞬時かつ頻繁に、変更され得る方法およびデバイスの必要性が存在する。
【００８３】
スポットビーム通信衛星システムでは、周波数および偏波の多様性の両方を利用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減する。ある例示的実施形態では、周波数および偏波は両方とも、通信トラフィック容量を最大にするために、地理的に分離される他のビーム内で再使用される。スポットビームパターンは、概して、異なる色を使用して、地図上で識別され、そのスポットビーム内で使用される周波数および偏波極性の組み合わせを識別する。次いで、周波数および偏波極性の再使用パターンは、いくつの異なる組み合わせ（または、「色」）が使用されるかによって画定される。
【００８４】
種々の例示的実施形態により、図８を参照すると、アンテナシステムは、周波数および偏波の切替えのために構成される。一特定の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、２つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。これは、４つの色切替えとして知られ得る。他の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、合計６つの別個の色に対して、３つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。さらに、種々の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つの偏波間の切替えを備え得る。別の例示的実施形態では、周波数および偏波切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つを超える偏波間の切替えを備え得る。
【００８５】
種々の例示的実施形態によると、周波数および偏波切替えを行う能力は、地上マイクロ波通信端末において、多くの効果を有する。例えば、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。地上マイクロ波通信端末は、一例示的実施形態では、２地点間端末を備える。別の例示的実施形態では、地上マイクロ波通信端末は、ブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるように構成される衛星等、任意の衛星と通信状態にある地上端末を備える。これらの地上マイクロ波通信端末は、スポットビームベースのシステムである。
【００８６】
種々の例示的実施形態によると、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される衛星は、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。例えば、種々の実施形態による例示的端末に対して上述されたものと同様に、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。これは、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。別の例示的実施形態では、衛星は、周波数および／または偏波切替えを行う能力を有する端末等、任意の好適な地上マイクロ波通信端末と通信状態にある。
【００８７】
従来技術のスポットビームベースのシステムは、周波数および偏波の多様性を使用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減または排除する。これは、非隣接ビームにおいて周波数を再使用させ、衛星容量およびスループットの増加をもたらすことを可能にする。残念ながら、従来技術では、そのような多様性を有するために、そのようなシステムの設置業者は、設置時、正確な偏波極性を設定する、または端末の異なる偏波極性型を搬送することが可能でなければならない。例えば、設置用地において、設置業者は、左旋円偏波に対して構成される第１の端末および右旋円偏波に対して構成される第２の端末を搬送し、ある地理的領域内で第１の端末を、別の地理的領域内で第２の端末を使用する場合がある。代替として、設置業者は、ある偏波から別の偏波に切り替えるために、端末を分解し、再度組み立てることが可能である場合がある。これは、例えば、偏波器を除去し、９０°回転させ、偏波器を新しい配向に再設置することによって行われる場合がある。これらの従来技術ソリューションは、設置用地において、種々の構成要素を搬送する必要があるため望ましくないという点から煩わしい。また、手動分解／再組立ステップは、人的エラーおよび／または欠損の可能性を招く。
【００８８】
これらの従来技術の解決策は、さらに、あらゆる実践的目的に対して、特定の端末のための周波数範囲および偏波を永久的に設定する。これは、周波数範囲および偏波への任意の変更が、修理要請の時間および費用を含むので、そのように行われる。設置業者は、物理的場所を訪問し、分解／再組立技法を使用して、または端末全体を単に交換することによって、偏波を変更する必要があるであろう。消費者広帯域衛星端末市場では、修理要請のコストは、機器のコストを超え得、一般に、そのような端末内の偏波極性を手動で変更することは、経済的に実行可能ではない。
【００８９】
種々の例示的実施形態によると、電子的または電気機械的に、周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるための低コストシステムおよび方法が提供される。ある例示的実施形態では、端末の周波数範囲および／または偏波は、端末への人的接触を伴わずに変更可能である。言い換えると、端末の周波数範囲および／または偏波は、修理要請を伴わずに変更可能である。ある例示的実施形態では、システムは、端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で変更させるように構成される。
【００９０】
一例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の周波数範囲の中から所望の周波数範囲に電子的に設定可能な単一種類の端末を設置することを促進する。いくつかの例示的周波数範囲として、受信１０．７ＧＨｚ乃至１２．７５ＧＨｚ、送信１３．７５ＧＨｚ乃至１４．５ＧＨｚ、受信１８．３ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚ、および送信２８．１ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚが挙げられる。さらに、２地点間システムの他の所望の周波数範囲は、１５ＧＨｚ乃至３８ＧＨｚ内である。別の例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の偏波極性の中から所望の偏波極性に電子的に設定可能な単一種類の端末の設置を促進する。偏波極性は、例えば、左旋円、右旋円、垂直線形、水平線形、または任意の他の直交偏波を備え得る。さらに、種々の例示的実施形態では、それぞれ、周波数範囲および偏波極性の選択肢の中から、端末の周波数範囲および偏波極性の両方を電子的に選択可能な単一種類の端末が設置され得る。
【００９１】
ある例示的実施形態では、送信および受信信号は対合されて、共通切替え機構が、同時に両信号を切り替える。例えば、ある「色」は、ＲＨＣＰを使用する周波数範囲１９．７ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚの受信信号と、ＬＨＣＰを使用する周波数範囲２９．５ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚの送信信号であり得る。別の「色」は、同一周波数範囲を使用するが、ＲＨＣＰを使用して送信し、ＬＨＣＰを使用して受信し得る。故に、ある例示的実施形態では、送信および受信信号は、反対の偏波で動作される。しかしながら、いくつかの例示的実施形態では、送信および受信信号は、自己干渉のない動作のために、信号絶縁要件を増加させる同一偏波で動作される。
【００９２】
したがって、第１の地理的領域に対して第１の様式で、第１の領域と異なる第２の地理的領域に対して第２の様式で構成可能な単一の端末タイプが設置され得、その場合、第１の地理的領域は、第１の色を使用し、第２の地理的領域は、第１の色と異なる第２の色を使用する。
【００９３】
例示的実施形態によると、地上マイクロ波通信端末等の端末は、負荷平衡を促進するように構成され得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、負荷平衡を促進するように構成され得る。負荷平衡は、特定の衛星上の負荷の一部または２地点間システムをある偏波極性／周波数範囲「色」あるいは「ビーム」から別のものに移動させるステップを伴う。ある例示的実施形態では、負荷平衡は、端末あるいは衛星の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替える能力によって有効化される。
【００９４】
したがって、例示的実施形態では、負荷平衡の方法は、１つ以上の地上マイクロ波通信端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるステップを備える。例えば、システムオペレータまたは負荷監視コンピュータは、システム帯域幅リソースの動的変化が、あるユーザをあまり混雑し得ない隣接するビームに移動させることが有利であろう状況をもたらしていることを判定し得る。一実施例では、それらのユーザは、負荷の再変化に伴って、後で戻ってもよい。ある例示的実施形態では、本信号切替え（したがって、本衛星の能力「負荷平衡」）は、周期的に行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、同時または実質的に同時に、多くの端末（例えば、数百または数千の端末）上で行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、数千のユーザ端末を手動で再構成する必要なく、多くの端末上で行うことが可能である。
【００９５】
一例示的実施形態では、信号偏波の動的制御は、偏波ホッピングを利用することによって、セキュアな通信のために実装される。通信セキュリティは、他の認証ユーザに周知の速度で、通信信号の偏波を変更することによって向上可能である。不正ユーザは、任意の所与の瞬間、正確な偏波を知らないことになり、一定偏波を使用する場合、不正ユーザは、短い瞬間のみ、正確な偏波を有することになるであろう。セキュアな通信のための偏波ホッピングの類似用途は、信号スキャンのために、偏波ホッピングを使用することである。言い換えると、アンテナの偏波は、信号検出を監視するために継続的に調節可能である。
【００９６】
ある例示的実施形態では、負荷平衡は、システム負荷に基づいて、必要に応じた頻度で行われる。例えば、負荷平衡は、季節ベースに行われ得る。例えば、負荷は、学校、大学などが、その学期を開始ならびに終了する際、大幅に変更し得る。別の実施例として、休暇シーズンは、大幅な負荷変動をもたらし得る。例えば、特定の地理的領域は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。これは、その領域内のより高い平均人口密度、その領域内のより高い送受信機の平均数、またはその領域内のより高いデータ送信の平均使用によるものであり得る。別の実施例では、負荷平衡は、時間ベースで行われる。さらに、負荷平衡は、任意の好適な時間で行われ得る。一実施例では、最大使用が、６−７ＰＭの間である場合、最大負荷ビーム領域内のユーザの一部は、異なる時間帯の隣接するビームに切り替えられ得る。別の実施例では、地理的領域が、オフィスおよび自宅端末の両方を備え、オフィス端末が、自宅端末と異なる時間に最大負荷を被る場合、負荷平衡は、自宅とオフィス端末との間で行われてもよい。さらに別の実施形態では、特定の領域は、事業、科学研究活動、グラフィック／ビデオ集約的娯楽データ送信、スポーツイベント、または会議内の高トラフィックに関連する等、局在的信号送信トラフィックの増加を有し得る。言い換えると、ある例示的実施形態では、負荷平衡は、送受信機群の任意のサブ群の色を切り替えることによって行われてもよい。
【００９７】
ある例示的実施形態では、消費者広帯域地上端末は、どの色が利用可能であって、別の動作色に切り替えるかについて、事前にプログラムされた命令に基づいて判定するように構成される。例えば、地上端末は、２つ以上のビーム（それぞれ、異なる色）に対して可視性を有し得る。地上端末は、２つ以上のビームのいずれが接続により優れているかを判定し得る。この判定は、任意の好適な要因に基づいて行われてもよい。一例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、データ速度、ダウンロードスピード、および／またはその色と関連付けられたビーム上の容量に基づく。他の例示的実施形態では、判定は、無作為または任意の他の好適な方法で行われる。
【００９８】
本技法は、種々の理由から、短および長周期の両方にわたって負荷が変化するので、地理的不動の実施形態において有用であって、そのような色選択の自己調節は、負荷平衡を促進する。また、本技法は、「ローミング」の形態として、モバイル衛星通信において有用である。例えば、一例示的実施形態では、広帯域地上端末は、信号強度に基づいて別の動作色に切り替えるように構成される。これは、ローミング判定が信号強度に基づく、従来の携帯電話型ローミングとは対照的である。対照的に、ここでは、色分布は、チャネル内の容量に基づく。したがって、ある例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、端末があるスポットから別のスポットに移動することに伴って、通信スピードを最適化するために行われてもよい。代替として、ある例示的実施形態では、衛星による色信号ブロードキャストは、変化してもよく、またはスポットビームは、移動され得、依然として、広帯域地上端末は、異なる色上で通信するように自動的に調節するように構成され得る（例えば、チャネル容量に基づいて）。
【００９９】
別の例示的実施形態によると、衛星は、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。別の例示的実施形態では、衛星は、追加の色をブロードキャストするように構成され得る。例えば、面積および／または衛星は、第１の時間において、４色のみ有するが、２つの追加の色（合計６色となる）が、第２の時間に動的に追加される場合がある。この場合、特定のスポットの色を新しい色のうちの１つに変更することが望ましいであろう。図９Ａを参照すると、スポット４は、「赤色」から、次いで、新しい色「黄色」に変化する。一例示的実施形態では、色を追加する能力は、あるデバイス内の広帯域幅にわたって、送信および／または受信の両方を操作し、その広帯域幅にわたって、そのデバイスの周波数を同調させるためのシステムの能力の機能であり得る。
【０１００】
例示的実施形態により、新たに図８を参照すると、衛星は、ダウンリンク、アップリンク、およびサービスエリアを有し得る。サービスエリアは、それぞれ、それぞれの領域を照射するためのスポットビームに対応する、より小さい領域から成ってもよい。スポットビームは、相互に隣接し、重複領域を有し得る。衛星通信システムは、多くの作用パラメータを有する：（１）直交時間または周波数スロットの数（以下、色パターンと定義される）；（２）ビーム間隔（交差点におけるビームロールオフによって特徴付けられる）；（３）周波数再使用パターン（再使用パターンは、均一分散型容量が要求される場合、構造内で規則的であり得る）；および（４）ビームの数（より多くのビームを伴う衛星は、より高いシステム柔軟性およびより優れた帯域幅効率を提供するであろう）。偏波は、時間または周波数スロットに加え、再使用パターンを画定するための量として使用され得る。一例示的実施形態では、スポットビームは、第１のスポットビームおよび第２のスポットビームを備え得る。第１のスポットビームは、第１の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域を照射し得る。第２のスポットビームは、第２の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域に隣接する第２の領域を照射し得る。第１および第２の領域は、重複し得る。
【０１０１】
第１のスポットビームは、第１の特性偏波を有し得る。第２のスポットビームは、第１の偏波に直交する第２の特性偏波を有し得る。偏波直交性は、隣接するビーム間の絶縁量を提供する役割を果たす。偏波は、周波数スロットと組み合わされ、隣接するビームとそのそれぞれのサービスエリアとの間により高い絶縁度を達成し得る。第１のビーム内の加入者端末は、第１の特性偏波に一致する偏波を有し得る。第２のビーム内の加入者端末は、第２の特性偏波に一致する偏波を有し得る。
【０１０２】
隣接するビームの重複領域内の加入者端末は、第１のビームまたは第２のビームに任意に割り当てられ得る。この任意の割当ては、衛星システムにおける柔軟性であって、重複領域内の任意の加入者端末に対するサービスの開始後、再割当てを介して改変され得る。隣接するスポットビームによって照射される重複領域内の加入者端末の偏波を遠隔で変更する能力は、加入者の分布および数を変更するための動作の重要な改善および衛星リソースの使用の最適化である。例えば、第１のビームから第２のビームまた第２のビームから第１のビームにユーザあるいはユーザ群を再割当てするための衛星リソースの効率的使用および個々の加入者サービスの改善であり得る。したがって、隣接するビーム間に絶縁を提供するための量として偏波を使用する、衛星システムは、第１の偏波状態から第２の直交偏波状態に偏波を切替えまたは変更するためのコマンドを含有する信号を送信することによって、遠隔で偏波を変更するように構成され得る。偏波の意図的変更は、ビーム絶縁量を増加させるために偏波を使用する、スポットビーム衛星システム内の隣接するビームへの再割当てを容易にし得る。
【０１０３】
ダウンリンクは、選択された周波数および／または偏波の組み合わせに基づいて、多重「色」を備え得る。他の周波数および周波数範囲が使用され得、他の偏波も同様であるが、実施例として、１つの多色実施形態が提供される。例えば、新たに図８を参照すると、ダウンリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、左旋円偏波（「ＬＨＣＰ」）され、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、右旋円偏波（「ＲＨＣＰ」）される。周波数領域では、色Ｕ３およびＵ４は、１８．３−１８．８ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、１８．８−１９．３ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、１９．７−２０．２ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。他の周波数範囲も、他の例示的実施形態において使用され得る。したがって、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰのうちの１つを選択し、利用可能な選択肢の中から周波数帯域を指定することは、色を特定することになるであろう。同様に、アップリンクは、それぞれ、色として指定可能な周波数／偏波の組み合わせを備える。多くの場合、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰは、例示されるように、逆転され、信号絶縁の増加をもたらすが、これは必要ではない。アップリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、ＲＨＣＰであって、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、ＬＨＣＰである。周波数ドメインでは、色Ｕ３およびＵ４は、２８．１−２８．６ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、２８．６−２９．１ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、２９．５−３０．０ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、同様に、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。
【０１０４】
ある例示的実施形態では、衛星は、スポットおよび色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビーム（スポットビーム）をブロードキャストし得る。さらに、本衛星は、第１の色から第２の異なる色に、スポットの色を変更するように構成される。したがって、新たに図９Ａを参照すると、スポット１は、「赤色」から「青色」に変更される。
【０１０５】
あるスポットの色が変更されると、隣接するスポットの色も同様に変更することが望ましいであろう。再び、図９Ａ参照すると、地図は、第１の時間点におけるスポット色の群を示し、本時間における本群は、９１１０と指定され、地図のコピーは、第２の時間点におけるスポット色の群を示し、９１２０と指定される。色の一部または全部は、第１の時間点と第２の時間点との間で変化し得る。例えば、スポット１は、赤色から青色に変化し、スポット２は、青色から赤色に変化する。しかしながら、スポット３は、同じままである。このように、ある例示的実施形態では、隣接するスポットは、同じ色ではない。
【０１０６】
スポットビームのいくつかは、１つの色であって、他のスポットビームは、異なる色である。信号分離のために、類似色のスポットビームは、一般的には、相互に隣接して位置しない。ある例示的実施形態において、再び図８を参照すると、例示される分布パターンは、４色スポットビーム周波数再使用のための一例示的レイアウトパターンを提供する。本パターンでは、色Ｕ１は、別の色Ｕ１に隣接しない等であることを認識されたい。しかしながら、一般的には、スポットビームは、重複し、スポットビームは、円形サービスエリアによってより良く表され得ることに留意されたい。さらに、信号の強度は、円形が、特定のスポットビームの範囲の接近に過ぎないように、円形の中心からの距離に伴って低下し得ることを理解されたい。円形サービスエリアは、地図上にオーバーレイされ、どのスポットビームが特定の面積内で利用可能であるかを判定し得る。
【０１０７】
例示的実施形態によると、衛星は、第１の地理的場所から第２の地理的場所に、１つ以上のスポットを偏移させるように構成される。これは、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させるように説明され得る。また、これは、スポットの有効サイズ（例えば、直径）を変更するように説明される場合もある。例示的実施形態によると、衛星は、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させる、および／または１つ以上のスポットの有効サイズを変更するように構成される。従来技術では、そのような作用は、地上用送受信機を立ち往生させるため、スポットを偏移させることは考えられないであろう。地上用送受信機は、１つ以上のスポットの偏移が、いくつかの地上端末を異なる色の新しいスポットと通信不可能にするため、立ち往生することになるであろう。
【０１０８】
しかしながら、ある例示的実施形態では、送受信機は、容易に色を切り替えるように構成される。したがって、ある例示的方法では、１つ以上のスポットの地理的場所は、偏移され、地上用送受信機の色は、必要に応じて、調節され得る。
【０１０９】
ある例示的実施形態では、スポットは、高負荷地理的領域が、２つ以上の重複スポットによって網羅されるように偏移される。例えば、図９Ｂおよび９Ｃを参照すると、特定の地理的領域９２１０は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。本例示的実施形態では、面積９２１０は、図９Ｂによって例示される第１の時間点において、スポット１によってのみサービス提供される。図９Ｃによって例示される第２の時間点では、スポットは、面積９２１０が、現在、サービス提供される、またはスポット１、２、および３によって網羅されるように、偏移されている。本実施形態では、面積９２１０内の地上用送受信機は、送受信機のうちのいくつかが、スポット１によって、他は、スポット２によって、さらに他は、スポット３によって、サービス提供されるように、調節され得る。言い換えると、面積９２１０内の送受信機は、３色のうちの１つが、選択的に割り当てられ得る。このように、本面積内の負荷は、共有される、または負荷平衡可能である。
【０１１０】
ある例示的実施形態では、衛星および／または端末の切替えは、任意の規則性を伴って生じてもよい。例えば、偏波は、夕方の時間の間に切り替えられ、次いで、経時的に生じる送信負荷変動を反映するために、営業時間の間は戻され得る。ある例示的実施形態では、偏波は、システム内の素子の寿命の間、数千回切り替えられ得る。
【０１１１】
一例示的実施形態では、端末の色は、地上用送受信機の設置まで、判定または割当が行われない。これは、ある特定の色として設定される、工場から出荷されるユニットとは対照的である。その「色」に関する懸念を伴うことなく、地上用送受信機を出荷する能力は、１つのユニットのみ（２つ、４つ、またはそれ以上とは対照的に）保管する必要があるため、より簡単な在庫管理プロセスを促進する。ある例示的実施形態では、端末が設置され、次いで、色が、手動で、または電子的に、自動様式で設定される（すなわち、技術者が、人的エラーを起こすことは不可能である）。別の例示的実施形態では、色は、遠隔中央制御センタによって割り当てられる等、遠隔で設定される。別の例示的実施形態では、ユニット自体が、最良の色を判定し、その色で動作する。
【０１１２】
留意され得るように、特定の端末に対して、どの色を使用すべきかの判定は、任意の数の要因に基づいてもよい。色は、どの信号が最強であるか、利用可能な色の中で無作為に割り当てられた利用可能な色間の利用可能な相対帯域幅、地理的考慮、時間的考慮（天気、帯域幅使用、イベント、労働パターン、曜日、スポーツイベント、および／または同等物等）、および同等物に基づいてもよい。以前、地上消費者広帯域端末は、設置時、または迅速に、遠隔で、使用の際に変動する状況に基づいて、どの色を使用すべきかの判定は不可能であった。
【０１１３】
例示的実施形態によると、システムは、加入者端末の遠隔アドレス指定能力を促進するように構成される。一例示的実施形態では、システムは、特定の端末を遠隔でアドレス指定するように構成される。システムは、各加入者端末をアドレス指定するように構成され得る。別の例示的実施形態では、加入者端末群が、アドレス指定可能であり得る。これは、特定の送受信機および／または加入者端末群と命令を通信するために、未知または今後判明される、任意の数の方法を使用して、生じてもよい。したがって、遠隔信号は、ある色から別の色に切り替えるように、端末または端末群に命令し得る。端末は、任意の好適な様式でアドレス指定可能であり得る。一例示的実施形態では、ＩＰアドレスは、各端末と関連付けられる。ある例示的実施形態では、端末は、モデムまたはセットトップボックスを通して（例えば、インターネットを介して）、アドレス指定可能であり得る。したがって、例示的実施形態によると、システムは、特定の端末にアドレス指定されたコマンドを送信することによって、加入者端末の特性偏波を遠隔で変更するために構成される。これは、負荷平衡および同等物を促進し得る。サブ群は、より大きな地理的領域内の地理的サブ群、または任意の好適なベースに基づいて形成される任意の他の群であり得る。
【０１１４】
このように、個々のユニットは、１対１ベースで制御され得る。同様に、サブ群内のユニットはすべて、同時に色を変更するように命令され得る。一実施形態では、群は、小サブ群（例えば、１００のサブ群であって、それぞれ、より大きな群内の端末の１％を占める）に分割される。他のサブ群は、端末の５％、１０％、２０％、３５％、５０％、および同等物を占める場合がある。サブ群の粒度は、負荷平衡のより精密な同調を促進し得る。
【０１１５】
したがって、地図上の場所Ａ（図８の実践的分布図参照）に位置する、４色切替え可能送受信機を伴う個人は、利用可能な色Ｕ１、Ｕ２、およびＵ３を有するであろう。送受信機は、その時点における必要性に最も好適なそれらの３色のうちの１つ上で動作するように切り替えられ得る。同様に、地図上の場所Ｂは、利用可能な色Ｕ１およびＵ３を有するであろう。最後に、地図上の場所Ｃは、利用可能な色Ｕ１を有するであろう。多くの実践的状況では、送受信機は、特定の面積内で利用可能な２色または３色の選択肢を有するであろう。
【０１１６】
色Ｕ５およびＵ６もまた、使用される場合があり、スポットビームパターン内で使用する色の選択肢をさらに増加させることに留意されたい。また、これは、特定の場所内の特定の送受信機に利用可能な選択肢をさらに増加させ得る。４色または６色実施形態として説明されるが、任意の好適な数の色が、本明細書に説明されるように、色切替えのために使用され得る。また、衛星として本明細書に説明されるが、説明は、送受信機と通信するように構成されるまたは他の類似遠隔通信システムにも有効であることが意図される。
【０１１７】
端末の周波数範囲／偏波は、遠隔で、ローカルで、手動でのうちの少なくとも１つ、またはそれらのいくつかの組み合わせで、選択され得る。一例示的実施形態では、端末は、遠隔で制御され、ある周波数範囲／偏波から別のものに切り替えるように構成される。例えば、端末は、周波数範囲／偏波の切替えを制御する、中央システムからの信号を受信し得る。中央システムは、負荷変化が、左旋円偏波されたチャネルを大幅に減速させたが、右旋円偏波されたチャネルが、利用可能な帯域幅を有することを判定し得る。次いで、中央システムは、いくつかの端末の偏波を遠隔で切り替え得る。これは、一様に、切替え型および非切替え型ユーザに対するチャネル可用性を改善するであろう。さらに、切り替えるためのユニットは、地理、天気、使用特性、個々の帯域幅要件、および／または他の考慮に基づいて選択され得る。さらに、周波数範囲／偏波の切替えは、不良送信品質に関して、消費者が企業に電話を架けることに応答して行われ得る。
【０１１８】
周波数範囲および偏波の両方の切替えとの関連において、本明細書に説明されるが、本明細書に論じたものに類似する効果および利点は、周波数または偏波の一方のみを切り替えて実現され得ることに留意されたい。
【０１１９】
本明細書に説明される周波数範囲切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、周波数範囲切替えは、電子的に行われる。例えば、周波数範囲切替えは、位相配列内の移相器を調節する固定周波数発振器または変換器間で切り替える、および／または同調可能発振器信号を備える同調可能二重変換送信機を使用することによって、実装され得る。本発明と併用するための周波数切替えの追加の側面は、２００９年１１月６日出願の米国特許出願第１２／６１４，２９３号「ＤＵＡＬ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲ ＷＩＴＨ ＳＩＮＧＬＥ ＬＯＣＡＬ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ」（その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【０１２０】
別の例示的実施形態によると、本明細書に説明される偏波切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、偏波切替えは、直交アンテナポートにおける信号の相対位相を調節することによって、電子的に行われる。
【０１２１】
本明細書に説明されるように、端末は、切替えを生じさせる信号を受信するように構成されてもよく、信号は、遠隔源からであってもよい。例えば、遠隔源は、中央オフィスであってもよい。別の実施例では、設置業者または消費者は、切り替えるためのコマンドを送信する端末に接続される、ローカルコンピュータを使用して、偏波を切り替えることが可能である。別の実施形態では、設置業者または消費者は、順に、切り替えるための信号を送信する、テレビセットトップボックスを使用して、偏波を切り替えることが可能である。偏波切替えは、性能を向上させるための手段として、または不良性能を解決するための別の選択肢として、設置の際に生じてもよい。
【０１２２】
他の例示的実施形態では、手動方法を使用して、ある偏波から別の偏波に端末を変更してもよい。これは、システムの筐体内のスイッチを物理的に移動させることによって、または筐体外にスイッチを延出させ、偏波を手動で切り替えることをより容易にすることによって、達成可能である。これは、設置業者または消費者のいずれかによって行われ得る。
【０１２３】
上述の多色実施形態のいくつかの例示的実施形態は、先行技術に勝る利益を享受し得る。例えば、ある例示的実施形態では、低コスト消費者広帯域地上端末アンテナシステムは、アンテナ、アンテナと信号通信する送受信機、およびアンテナシステムを第１の偏波極性と第２の偏波極性との間で切り替えさせるように構成される、偏波極性スイッチを含んでもよい。本例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の偏波極性および／または第２の偏波極性で動作するように構成されてもよい。
【０１２４】
ある例示的実施形態では、システムリソース負荷バランシングの方法が開示される。本例示的実施形態では、方法は、以下のステップを含んでもよい：（１）第１のスポットビーム上の負荷が所望のレベルより高く、第２のスポットビーム上の負荷が付加的負荷に対応するために十分低いかどうかを判定するステップと、（２）第２のスポットビームの視野内の切替えのために利用可能な第１のスポットビーム上の消費者広帯域地上端末を識別するステップと、（３）切替えに利用可能な端末に、遠隔コマンドを送信するステップと、（４）遠隔コマンドに基づいて、第１のビームから第２のビームに、該端末内の色を切り替えるステップ。本例示的実施形態では、第１および第２のスポットビームはそれぞれ、異なる色である。
【０１２５】
ある例示的実施形態では、衛星通信システムが開示される。本例示的実施形態では、衛星通信システムは、以下を含んでもよい：多重スポットビームをブロードキャストするように構成される衛星と、種々の地理的場所における複数のユーザ端末アンテナシステムと、偏波極性および周波数のうちの少なくとも１つを切り替え、第１のスポットビームから第２のスポットビームに切り替えるために、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットのうちの少なくともいくつかに命令するように構成される、遠隔システムコントローラ。本例示的実施形態では、多重スポットビームは、少なくとも、第１の色の第１のスポットビームおよび第２の色の第２のスポットビームを含んでもよい。本例示的実施形態では、少なくとも、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットは、第１および第２のスポットビームも両方の視野の中に位置してもよい。
【０１２６】
以下の出願は、本主題に関連する：米国特許出願第１２／７５９，１２３号「ＡＣＴＩＶＥ ＢＵＴＬＥＲ ＡＮＤ ＢＬＡＳＳ ＭＡＴＲＩＣＥＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７１００号）；米国特許出願第１２／７５９，０４３号「ＡＣＴＩＶＥ ＨＹＢＲＩＤＳ ＦＯＲ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）；米国特許出願第１２／７５９，０６４号「ＡＣＴＩＶＥ ＦＥＥＤ ＦＯＲＷＡＲＤ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７３００号）；米国特許出願第１２／７５９，１３０号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７６００号）；米国特許出願第１２／７５８，９９６号「ＰＲＥＳＥＬＥＣＴＯＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６８００号）； 米国特許出願第１２／７５９，１４８号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＳＰＬＩＴＴＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．８７００号）；米国特許出願第１２／７５９，０５９号「ＭＵＬＴＩ−ＢＥＡＭ ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６５００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１３号「ＤＩＧＩＴＡＬ ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＡＣＴＩＶＥ ＶＥＣＴＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．９０００号）（その内容は、任意の目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）。
【０１２７】
効果、他の利点、および問題に対する解決策が、特定の実施形態に関して上述された。しかしながら、効果、利点、問題に対する解決策、および任意の効果、利点、または解決策を生じさせるか、あるいはより顕著となり得る、任意の素子は、任意または全部の請求項の重要、必須、または不可欠な特徴あるいは素子として解釈されるものではない。本明細書で使用されるように、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、またはそれらの任意の他の変形例は、素子のリストを備える、プロセス、方法、物品、または装置が、それらの素子のみを含むものではなく、明示的に列挙されない、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の素子を含み得るように、非排他的含有を網羅するものと意図される。さらに、本明細書に説明されるいかなる素子も、「不可欠」または「重要」として明示的に説明されない限り、本発明の実践のために要求されない。
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
位相配列アンテナは、多重放射素子を使用し、無線周波数（ＲＦ）信号を送信、受信、または送受信する。位相配列アンテナは、移動中通信（ＣＯＴＭ）アンテナ、休止中通信（ＣＯＴＰ）アンテナ、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、ローカル多地点配信サービス（ＬＭＤＳ）、無線２地点間（ＰＴＰ）マイクロ波システム、およびＳＡＴＣＯＭ接地端末を含む、種々の潜在的可能性において使用され得る。さらに、位相配列アンテナ内の一般的構成要素は、したがって、周波数感応性であって、特定の周波数帯域のために設計される、分散型構成要素である。一般的ＳＡＴＣＯＭシステムは、時分割多重化（ＴＤＭ）である、転送リンクと、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）である、返信リンクとを有する。受信および送信機能は、同時に達成される必要はなく、同期および同期のための時間基準は、動作帯域幅効率のための上述の通信システムのうちの全部ではないにしても、大部分における一般的要因である。
【０００２】
一般的電子的に操作可能な位相配列アンテナは、移相器、パワー分割器、パワー結合器、およびハイブリッドのアセンブリを備える。加えて、一般的電子的に操作可能な位相配列は、位相配列内の放射素子毎に、これらの構成要素のうちの少なくともいくつかを要求し、アーキテクチャのコストおよび複雑性を増加させる。加えて、電子的に操作可能な位相配列アンテナは、半二重機能として動作する場合、より複雑である。半二重位相配列アンテナは、同一放射素子を通して、送受信するように構成される。
【０００３】
一般的デジタル移相器は、切替え型遅延ラインを使用し、物理的に大きく、その分散型性質のため、狭帯域の周波数にわたって動作する。別の種類の一般的デジタル移相器は、切替え型遅延ラインと比較してより良好な動作帯域幅を有するが、依然として、物理的に大きい、切替え型ハイパス／ローパスフィルタアーキテクチャを実装する。また、これらの移相器は、多くの場合、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）上に作製される。他の材料が使用されてもよいが、ＧａＡｓは、電子デバイスの良好な性能を提供するように設計および制御されるより高い品質の材料である。しかしながら、他の可能性のある材料よりも高い品質の材料であることに加え、ＧａＡｓはまた、より高価で、より製造が困難である。一般的位相配列構成要素は、ＧａＡｓ上の多くの面積を占め、より高いコストをもたらす。さらに、固体回路を伴う標準的移相器は、一般的には、約（２＊ｎ）ｄＢの損失（式中、ｎは、移相器内の位相ビットの数である）である高無線周波数（ＲＦ）パワー損失を有する。別の先行技術実施形態は、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを使用し、より低い損失を有するが、依然として、同様の空間を消耗し、概して、モノリシックソリューションと互換性がない。
【０００４】
デジタル移相器に加えて、直角位相ハイブリッドまたは他の微分位相発生ハイブリッドもまた、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、直角位相ハイブリッドは、円形偏波信号、パワー結合、またはパワー分割を発生させるために使用される。ある例示的実施形態では、直角位相ハイブリッドの出力は、等しい振幅および公称９０°位相差を有する。別の一般的実施形態では、直角位相ハイブリッドは、Ｌａｎｇｅ連結器、分岐線路連結器、および／または同等物等、分散型構造として実装される。マジックＴまたはリングハイブリッド等の１８０°ハイブリッドは、公称１８０°移相をもたらす。一般に、直角位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、その物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。さらに、直角位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、一般的には、ＧａＡｓから成り、パワー分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢの付随ＲＦパワー損失を、パワー結合器として使用されると、約１ｄＢの付随パワー損失を有する。
【０００５】
また、同相パワー結合器および同相パワー分割器は、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、同相ハイブリッドの出力は、同等振幅および実質的ゼロ微分位相差を有する。別の例示的実施形態では、パワー結合器として構成される、同相ハイブリッドの入力は、実質的ゼロ微分位相および振幅偏移に遭遇する。先行技術実施形態では、同相ハイブリッドは、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ連結器等の分散型構造として実装される。一般に、同相ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。同相ハイブリッドは、一般的には、ＧａＡｓから成る。さらに、同相ハイブリッドは、概して、パワー分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢの付随ＲＦパワー損失を、パワー結合器として使用されると、約１ｄＢの付随ＲＦパワー損失を有する。
【０００６】
加えて、一般的位相配列アンテナは、１度に単一ビームのみ形成し、多くの場合、偏波アジリティが不可能である。付加的ビームを形成し、および／または同一放射開口からの偏波アジリティ能力を有するために、付加的移相およびパワー分割または構成要素結合が、放射素子毎に要求される。これらの付加的構成要素は、一般的には、性質上、分散型であって、有意な物理的空間を要求し、損失が多く、比較的に狭い周波数帯域にわたってのみ動作する。これらの理由から、多重周波数帯域にわたって動作可能な、偏波アジリティ多重ビーム位相配列アンテナは、実際は、実現が困難である。さらに、位相配列アンテナ内の一般的構成要素は、したがって、周波数感応性であって、特定の周波数帯域のために設計される、分散型構成要素である。
【０００７】
先行技術位相配列アンテナの偏波器は、一般的には、特定の偏波に特有である。線形、円形、または楕円形であってもよいが、一般に、異なる偏波に対処するように電子的に再構成不可能である。さらに、一般的通信ベースの位相配列アンテナのみ、送信または受信のいずれかのために、放射素子を使用するが、２つの機能間の切替えを行わない。これは、概して、送受信周波数帯域が、適切な効率によって、両帯域をサポートすることを防止するほど、十分に離れてはいないためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、周波数が限定されず、偏波特有ではない位相配列アンテナの必要性が存在する。また、異なる偏波に対する再構成であって、半二重方式において、同一放射素子を使用して、送受信可能であるアンテナ偏波器の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、単一開口内に半二重アーキテクチャを備える。位相配列アンテナは、共通放射素子を通して、無線周波数信号を送受信するように構成される。ある例示的実施形態では、送受信周期は、同時に生じず、種々の信号を絶縁可能にする。無線周波数信号は、偏波制御およびビーム操作の両方のために調節される。受信実施形態では、多重ＲＦ信号は、受信され、少なくとも１つの受信ビーム出力に結合される。送信実施形態では、少なくとも１つの送信ビーム入力は、分割され、多重放射素子を通して送信される。
【００１０】
さらに、例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重周波数帯域および／または多重偏波にわたって動作するように構成される。位相配列アンテナは、従来の分散型構成要素およびＧａＡｓ機能を能動的構成要素と置換し、電子的に操作可能な多重ビーム位相配列アンテナを動作させる。能動的構成要素の広帯域性質は、多重周波数帯域にわたって、同時に動作を可能にする。さらに、アンテナ偏波は、サブ配列または個々の放射素子レベルで静的または動的に制御されてもよい。
【００１１】
例示的位相配列アンテナの利点として、システムの容量および柔軟性の向上が挙げられる。さらに、多重周波数帯域にわたって、操作可能なアンテナは、システムの可用性を最適化する。本システムは、モバイル用途、または多重システムが所望される、固定位置用途に実装されてもよい。また、単一アンテナは、多重システムおよび／またはユーザと通信可能であって、容量および可用性の向上を可能にする。
【００１２】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、双方向アンテナを備え、双方向動作のために構成される。双方向アンテナ偏波器は、パワー分割器、パワー結合器、および移相器の能動的実装を結合してもよい。さらに、別の例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器は、広範囲に及ぶシステム柔軟性および現場再構成性を有する。さらに別の例示的実施形態では、双方向位相配列アンテナは、「レーダ様」用途で動作し、送受信機能は、半二重方式で動作する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明のより完全な理解は、図面（同一参照番号は、図面を通して、類似素子を指す）と併せて検討される場合、発明を実施するための形態および請求項を参照することによって導出されるであろう。
【図１】図１は、能動的パワー分割器の例示的実施形態を例示する。
【図２】図２は、能動的パワー結合器の例示的実施形態を例示する。
【図３】図３は、能動的ベクトル発生器の例示的実施形態を例示する。
【図４】図４は、双方向アンテナ偏波器の例示的実施形態を例示する。
【図５】図５は、半二重アーキテクチャを伴う、位相配列アンテナの例示的実施形態を例示する。
【図６】図６は、簡略化半二重アーキテクチャを伴う、位相配列アンテナの例示的実施形態を例示する。
【図７】図７は、波形修正の例示的実施形態を例示する。
【図８】図８は、色分布の例示的実施形態を例示する。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、例示的実施形態による、種々の衛星スポットビーム多色アジリティ方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
当業者が本発明を実践可能となるよう十分に詳細に、例示的実施形態が本明細書において説明されるが、他の実施形態が実現されてもよく、合理的な材料的、電気的および機械的変更が、発明の精神および範囲から逸脱することなくなされてもよいことを理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、例示目的のためだけに提示される。
【００１５】
位相配列アンテナは、概して、偏波構成要素を有する各放射素子を伴う多重放射素子を備える。ある例示的実施形態では、放射素子は、空間的に直交の線形偏波、空間的かつ電気的に直交の円形偏波、または空間的に直交であるが、電気的に非直交の楕円形偏波を有する。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、種々の構成要素を備える。種々の構成要素は、ベクトル発生器、能動的パワー分割器、能動的パワー結合器、または同等物を含んでもよい。さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、パッチアンテナを備える。パッチアンテナが、図に例示され、本明細書に説明されるが、他の種類の放射素子が、実装されてもよい。そのような放射素子は、分裂放射体、フィードホーンアンテナ、クロスノッチアンテナ、スロットアンテナ、および同等物を含む。
【００１６】
ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。
【００１７】
ある例示的実施形態では、２つのフィードポートを伴う位相配列アンテナは、異なる偏波を発生および制御するように構成される。例示的偏波状態は、単一円形偏波状態、単一楕円形偏波状態、単一線形偏波状態、および２つの直交線形偏波状態を含む。
【００１８】
放射素子は、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）と通信状態にあってもよい。ある例示的実施形態では、ＲＦＩＣは、基本的偏波を他の直交偏波状態に分割、改変、および再結合するように構成される。加えて、ＲＦＩＣ内の正味の偏波状態に対応するＲＦ信号は、配列のビーム形成ネットワーク内において結合されてもよい。
【００１９】
ある例示的実施形態において、図４を簡単に参照すると、双方向アンテナ偏波器は、２つのスイッチ、２対のベクトル発生器、パワー結合器、およびパワー分割器を備える。双方向アンテナ偏波器は、同一放射素子を使用して、ＲＦ信号の送信または受信のいずれかを行うように構成される。言い換えると、双方向アンテナ偏波器は、受信モードと送信モードとの間の切替えが可能である一方、共通の放射素子を介して通信する。さらに、ある例示的実施形態では、放射素子は、シングルエンド様式、差動様式、またはそれらのいくつかの組み合わせで駆動される。さらに、ある例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器は、送受信両方のために構成される２対のベクトル発生器を有する、送受信両方の動作のモードにおいて、ビーム操作および偏波アジリティを提供する。
【００２０】
能動的分割器：図１は、例示的能動的パワー分割器の概略図を例示する。ある例示的実施形態では、能動的パワー分割器１００は、差動入力サブ回路１１０、第１の差動出力サブ回路１２０、および第２の差動出力サブ回路１３０を備える。差動入力サブ回路１１０
は、共通エミッタノードを伴う対合トランジスタ１１１、１１２を有し、差動増幅器において一般的であるように、一定電流バイアスされる。入力信号は、差動入力サブ回路１１０内の対合トランジスタ１１１、１１２のベースに通信される。第１および第２の差動出力サブ回路１２０、１３０は両方とも、共通ベースノードを伴う一対のトランジスタを備え、各共通ベースは、接地に接続される。
【００２１】
第１の差動出力サブ回路１２０は、入力サブ回路トランジスタ１１２のうちの１つのコレクタに接続される第１のトランジスタ１２１エミッタを有する。第２の出力サブ回路トランジスタ１２２のエミッタは、他の入力サブ回路トランジスタ１１１のコレクタに接続される。例示的実施形態では、第１の出力は、第１の差動出力サブ回路１２０のトランジスタ１２１、１２２のコレクタから導出される。さらに、第２の差動出力サブ回路１３０は、同様に接続されるが、トランジスタ１３１、１３２エミッタは、トランジスタ１２１、１２２に対して、入力サブ回路トランジスタ１１１、１１２コレクタに逆に接続される。
【００２２】
第１と第２の差動出力サブ回路との間の入力サブ回路トランジスタコレクタ接続を逆にすることによって、第１の出力および第２の出力は、相互に対して、約１８０°だけ位相がずれる。別の例示的実施形態では、トランジスタ１３１、１３２エミッタは、入力サブ回路トランジスタ１１１、１１２コレクタに逆に接続されず、第１の出力および第２の出力を相互に対して略同相にさせる。一般に、パワー分割器を通る出力信号の絶対移相は、第１と第２の出力信号との間の相対位相ほど重要ではない。
【００２３】
ある例示的実施形態では、能動的パワー分割器１００は、入力ＲＦ信号を２つの出力信号に変換する。出力信号レベルは、振幅が等しくあってもよいが、これは、必須ではない。先行技術の受動的パワー分割器の場合、各出力信号は、入力信号より約３ｄＢパワーが低いであろう。対照的に、能動的パワー分割器１００等の例示的能動的分割器は、利得を提供可能であって、入力信号と出力信号との間の相対パワーレベルは、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、ように構成される、入力信号にわたって、実質的に不変または正のパワー利得を達成してもよい。例えば、出力信号は、入力信号にわたって、３ｄＢの信号パワー利得を達成してもよい。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内のパワー利得を達成してもよい。さらに、出力信号は、任意の好適なパワー利得を達成するように構成されてもよい。
【００２４】
例示的実施形態によると、能動的パワー分割器１００は、ゼロまたは実質的にゼロである、２つの信号間に微分位相を伴う、出力信号を生成する。動的パワー分割器を通した出力信号の絶対移相は、出力信号間の差動位相ほど重要ではなくてもよい。
【００２５】
別の例示的実施形態では、加えて、能動的パワー分割器１００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであってもよい。さらに、ある例示的実施形態では、能動的分割器１００は、能動的パワー分割器の出力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的パワー結合器１００は、分散型構成要素の欠如によって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを有するＲＦＩＣとして製造される。
【００２６】
能動的結合器：ある例示的実施形態では、図２を参照すると、能動的パワー結合器２００は、第１の差動入力サブ回路２１０、第２の差動入力サブ回路２２０、シングルエンド出力サブ回路２３０、および差動出力サブ回路２４０を備える。各差動入力サブ回路２１０、２２０は、２つの対のトランジスタを含み、各差動入力サブ回路２１０、２２０の各トランジスタは、差動増幅器において一般的であるように、一定電流バイアスを伴う共通エミッタノードを有する。
【００２７】
第１の入力信号は、第１の差動入力サブ回路２１０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ１の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路２１０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ１の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。同様に、第２の入力信号は、第２の差動入力サブ回路２２０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ２の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路２２０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ２の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。さらに、ある例示的実施形態では、差動出力信号は、第１および第２の差動入力サブ回路２１０、２２０内のトランジスタのコレクタからの信号の組み合わせによって形成される。
【００２８】
ある例示的実施形態では、能動的パワー結合器２００は、２つの入力ＲＦ信号を単一出力信号に変換する。出力信号は、シングルエンド出力サブ回路２３０におけるシングルエンド出力、または差動出力サブ回路２４０における差動出力のいずれかであることが可能である。言い換えると、能動的パワー結合器２００は、能動的パワー分割器１００の逆の機能を果たす。入力信号レベルは、任意の振幅および位相であることが可能である。能動的パワー分割器と同様に、能動的パワー結合器２００は、利得を提供することが可能であって、入力と出力との間の相対パワーレベルもまた調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号にわたって、実質的に不変または正の信号パワー利得を達成する。例えば、出力信号は、入力信号にわたって、３ｄＢのパワー利得を達成してもよい。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内のパワー利得を達成してもよい。さらに、出力信号は、任意の好適なパワー利得を達成してもよい。
【００２９】
ある例示的実施形態では、加えて、能動的パワー結合器２００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであってもよい。さらに、ある例示的実施形態では、能動的パワー結合器２００は、パワー結合器の入力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的パワー結合器２００は、分散型構成要素の欠如によって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを有するＲＦＩＣとして製造される。
【００３０】
ベクトル発生器：ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を、所望のレベルに位相および／または振幅が偏移された出力信号（時として、出力ベクトルとも称される）に変換する。これは、一般的移相器の機能に取って代わり、振幅制御の能力を追加する。言い換えると、ベクトル発生器は、規模および位相制御回路である。例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を直角位相ネットワークにフィードし、約９０°位相が異なる２つの出力信号をもたらすことによって、本機能を達成する。２つの出力信号は、並列象限選択回路に、次いで、並列可変利得増幅器（ＶＧＡ）を通して、フィードされる。ある例示的実施形態では、象限選択回路は、コマンドを受信し、それらの間に付加的相対移相を伴わずに、出力信号をパスするか、あるいは付加的１８０°によって出力信号の一方または両方を反転するように構成されてもよい。本方式では、３６０°連続体の４つすべての可能性のある象限が、両直交信号に利用可能である。電流加算器から結果として生じる合成出力信号は、振幅および位相のうちの少なくとも１つにおいて変調される。
【００３１】
例示的実施形態によると、かつ図３を参照すると、ベクトル発生器３００は、受動的Ｉ／Ｑ発生器３１０、第１の可変利得増幅器（ＶＧＡ）３２０および第２のＶＧＡ３２１、それぞれ、位相反転切替えのために構成される、第１の象限選択３３０および第２の象限選択３３１、ならびに電流加算器３４０を備える。第１の象限選択３３０は、Ｉ／Ｑ発生器３１０および第１のＶＧＡ３２０と通信状態にある。第２の象限選択３３１は、Ｉ／Ｑ発生器３１０および第２のＶＧＡ３２１と通信状態にある。さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器３００は、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３６０および第２のＤＡＣ３６１を制御する、デジタルコントローラ３５０を備える。第１および第２のＤＡＣ３６０、３６１は、それぞれ、第１および第２のＶＧＡ３２１、３２０を制御する。加えて、デジタルコントローラ３５０は、第１および第２の象限選択３３０、３３１を制御する。
【００３２】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器３００は、ＲＦ信号を２つの別個のベクトル、同相（Ｉ）ベクトルおよび直角位相（Ｑ）ベクトルに分割することによって、ＲＦ信号の位相および振幅を制御する。一実施形態では、ＲＦ信号は、差動的に通信される。差動ＲＦ信号通信は、ベクトル発生器３００を通してであっても、またはベクトル発生器３００の種々の部分に限定されてもよい。別の例示的実施形態では、ＲＦ信号は、非差動的に通信される。ＩベクトルおよびＱベクトルは、並行して処理され、それぞれ、第１および第２の象限選択３３０、３３１によって行われる、位相反転切替えを通過する。位相反転スイッチの得られる出力として、４つの可能性のある信号を備える。すなわち、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑである。このように、フェーザ図の全４つの象限は、ＶＧＡ３２０、３２１によるさらなる処理のために利用可能である。ある例示的実施形態では、４つの可能性のある信号である、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑのうちの２つは、２つの選択された信号が、電流加算器３４０内で結合され、合成ＲＦ信号を形成するまで、それぞれ、ＶＧＡ３２０、３２１を通して処理される。電流加算器３４０は、位相および振幅調節を伴う、合成ＲＦ信号を出力する。ある例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、差動信号形態にある。別の例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、シングルエンド形態にある。
【００３３】
ある例示的実施形態では、象限偏移およびＶＧＡ機能の制御は、一対のＤＡＣによって提供される。ある例示的実施形態では、デジタルコントローラ３５０の再構成は、適切なＤＡＣ分解能および自動利得制御（ＡＧＣ）動的範囲が存在する場合、ベクトル発生器３００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能にする。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ３６０、３６１の再構成は、ベクトル振幅の調節を促進するために、ベクトル発生器３００が加工された後、行うことが可能である。
【００３４】
例示的実施形態によると、位相配列アンテナは、モノリシックソリューションにおいて、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される、能動的構成要素を備える。ＧａＡｓ、シリコン、あるいは現在周知または今後考案される他の好適な材料等、他の材料が使用されてもよい。能動的構成要素を使用するモノリシックＳｉＧｅ実施形態は、より低いコスト、より小さい物理的サイズ、より広い動作帯域幅、およびパワー損失ではなく、パワー利得を提供する能力を含め、先行技術における分散型／受動的ネットワークに勝るある点をもたらす。
【００３５】
さらに、別の例示的実施形態では、位相配列放射素子の偏波は、２つのベクトル発生器を並行して動作させ、空間的直交方式において、２つのベクトル発生器の両出力信号を放射素子にフィードすることによって調節可能である。線形偏波は、１つのベクトルが、放射素子を駆動させると生じる。円形偏波は、電気的に９０°位相がずれた２つのベクトルが、空間直交方式において、放射素子を駆動させると生じる。楕円形偏波は、電気的に９０°以外の値だけ位相がずれた２つのベクトルが、空間直交方式において、放射素子を駆動させると生じる。
【００３６】
加えて、位相配列アーキテクチャに応じて、先行技術実施形態に勝る他の利点も可能である。利点のうちのいくつかとして、分散型構造が要求されないため、広範に及ぶシステムの柔軟性および非常にコンパクトなアンテナシステムが挙げられる。一実施形態では、位相配列アーキテクチャの制御機能構成要素のサイズは、コンパクトであって、動作周波数から独立している。さらに、いくつかの実施形態は、差動信号伝達を採用し、ＲＦ信号がアナログ形態にある時、信号絶縁を改善する。
【００３７】
主要な利点のうちのいくつかとして、ＲＦ信号は、アンテナシステムを通して通知される際、受動的先行技術システムにおいて生じる損失ではなく、不変または若干正のパワー利得を受けることが挙げられる。別の利点は、アンテナシステムが、帯域制限されないことである。言い換えると、アンテナシステムは、Ｘ、Ｋ、Ｋｕ、Ｋａ、およびＱ帯域を含む、すべての周波数帯域に適用可能である。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、２−２０ＧＨｚ、２０−４０ＧＨｚ、または３０−４５ＧＨｚ等の特定の周波数範囲にわたって動作する。
【００３８】
また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、ＤＡＣ内の位相ビット数を再構成する能力を含む。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能である。さらに別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能である。さらに、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップよって生成可能である。
【００３９】
双方向偏波器：ある例示的実施形態によると、かつ図４を参照すると、双方向アンテナ偏波器４００は、第１のベクトル発生器４１１および第２のベクトル発生器４１２と通信状態にある第１のスイッチ４１０、ならびに第３のベクトル発生器４２１および第４のベクトル発生器４２２と通信状態にある第２のスイッチ４２０を備える。ある例示的実施形態では、双方向アンテナ偏波器４００は、能動的パワー結合器４３０、能動的パワー分割器４４０、および多重デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）コントローラ４５０をさらに備える。別の例示的実施形態では、パワー結合器４３０およびパワー分割器４４０は、受動的分散型構成要素であり得る。ＤＡＣコントローラ４５０は、ベクトル発生器を制御するように構成される。一実施形態では、１つのＤＡＣは、１つのベクトル発生器を駆動するように実装される。例えば、ベクトル発生器は、所望のビーム操作、偏波、および振幅テーパのうちの少なくとも１つを提供するように調節される。
【００４０】
ある例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０のうちの少なくとも１つは、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチである。別の例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０のうちの少なくとも１つは、２つの短極双投（ＳＰＳＴ）スイッチを備える。さらに別の例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０は、最大４つのベクトル発生器の信号経路接続を制御可能な１つの双極両投スイッチと置換される。さらに別の例示的実施形態では、スイッチ４１０、４２０は、２つの双極単投スイッチと置換される。さらに、スイッチ４１０、４２０は、放射素子４０１とベクトル発生器４１１、４１２、４２１、４２２との間の少なくとも１つの信号経路を遮断または完了するように構成要素される、任意の切替えデバイスであってもよい。
【００４１】
ある例示的実施形態によると、スイッチ４１０、４２０は、放射素子４０１と通信状態にあって、送受信モードのために、双方向アンテナ偏波器４００内の信号ルーティングを制御する。二重スイッチは、２つ以上のフィードを有する単一放射素子に、送受信両方機能を行うことを可能にさせる。ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。ある例示的実施形態では、単一放射素子４０１は、半二重方式にいおいて、ＲＦ信号を送受信する。
【００４２】
送信モードでは、能動的パワー分割器４４０は、入力信号を第１の送信入力信号および第２の送信入力信号に分配する。能動的パワー分割器４４０は、第１の送信入力信号をベクトル発生器４１２に、第２の送信入力信号をベクトル発生器４２２に、提供する。ベクトル発生器４１２、４２２は、放射素子４０１の意図されたビーム操作、偏波、および振幅テーパのために、それぞれ、第１ならびに第２の送信入力信号上で移相および振幅調節のうちの少なくとも１つを行う。ベクトル発生器４１２は、第１の調節された送信信号を発生させ、ベクトル発生器４２２は、第２の調節された送信信号を発生させる。第１の調節された送信信号は、スイッチ４１０を介して、ベクトル発生器４１２から放射素子４０１の空間的直交フィードの一方に通信される。同様に、第２の調節された送信信号は、スイッチ４２０を介して、ベクトル発生器４２２から放射素子４０１の空間的直交フィードの他方に通信される。
【００４３】
受信モードでは、放射素子は、２つの信号、すなわち、第１の受信信号および第２の受信信号に空間的に直交に分配される、信号を受信する。放射素子４０１の空間的直交フィードは、スイッチ４１０を介して、第１の受信入力信号をベクトル発生器４１１に通信する。同様に、放射素子４０１の空間的直交フィードもまた、スイッチ４２０を介して、第２の受信入力信号をベクトル発生器４２１に通信する。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器４１１、４２１は、それぞれ、第１および第２の受信入力信号を位相ならびに振幅偏移するように構成される。ベクトル発生器４１１は、第１の調節された受信信号を発生させ、ベクトル発生器４２１は、第２の調節された受信信号を発生させる。
【００４４】
さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器４１１、４２１は、能動的パワー結合器４３０と通信状態にある。能動的パワー結合器は、ベクトル発生器４１１から第１の調節された受信信号を、ベクトル発生器４２１から第２の調節された受信信号を受信する。２つの調節された受信信号は、能動的パワー結合器４３０によって結合され、受信出力信号を形成する。
【００４５】
ある例示的実施形態によると、双方向アンテナ偏波器４００は、任意の偏波を伴う信号のビーム操作および発生または受信が可能である。これは、線形、円形、および楕円形偏波を含む。信号偏波は、順に、ＤＡＣ４５０によって制御される、ベクトル発生器によって制御される。ある例示的実施形態では、ＤＡＣ４５０は、再プログラム可能であって、したがって、ベクトル発生器によって生成された偏波は、双方向アンテナ偏波器４００の物理的修正を伴わずに、加工後を含め、随時、変更可能である。
【００４６】
半二重アーキテクチャ：例示的実施形態により、図５を参照すると、第１の放射素子５０１と通信状態にある位相配列集積回路（ＩＣ）５００は、送信モードおよび受信モードを有する。位相配列集積回路５００は、第１の送受信スイッチ５１０、第２の送受信スイッチ５１１、第１の低雑音増幅器（ＬＮＡ）５２０、第２のＬＮＡ５２２、第１のパワー増幅器５２１、および第２のパワー増幅器５２３を備える。ある例示的実施形態では、位相配列集積回路５００は、４つのベクトル発生器５３０、５３１、５３２、５３３、能動的パワー結合器５４０、および能動的パワー分割器５４１をさらに備える。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５３０、５３１、５３２、５３３はそれぞれ、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５５０から制御信号を受信する。
【００４７】
ある例示的実施形態によると、送受信スイッチ５１０、５１１、ＬＮＡ５２０、５２２、およびパワー増幅器５２１、５２３は、ＧａＡｓチップ上に位置する。さらに、ベクトル発生器５３０、５３１、５３２、５３３、能動的パワー結合器５４０、および能動的パワー分割器５４１は、ＳｉＧｅチップ上に位置する。上述のように、ＳｉＧｅチップは、ＧａＡｓチップより安価であって、安価なアンテナシステムをもたらす。種々の構成要素を異なる材料に分配するように説明されるが、位相配列ＩＣ５００は、ＧａＡｓまたはＳｉＧｅ材料上のすべての構成要素、あるいはＧａＡｓチップまたはＳｉＧｅチップ上に位置するベクトル発生器、結合器、または分割器のいくつか、もしくはそれらの任意の組み合わせを有してもよい。加えて、第２の放射素子５０２と通信状態にある位相配列ＩＣ５００のアーキテクチャおよび機能性は、第１の放射素子５０１のものと実質的に類似するために、詳細に説明されない。
【００４８】
ある例示的実施形態では、かつ図５を継続して参照すると、位相配列ＩＣ５００は、半二重通信のために構成される。一実施形態では、位相配列ＩＣ５００は、少なくとも２つの放射素子、すなわち、第１の放射素子５０１および第２の放射素子５０２と通信状態にある。２つの放射素子のみ例示されるが、位相配列ＩＣ５００は、多重放射素子と通信状態にあってもよい。位相配列ＩＣ５００のある例示的実施形態では、各放射素子は、送信ビーム経路および受信ビーム経路と通信状態にある。別の例示的実施形態では、送信ビーム経路および受信ビーム経路の少なくとも一部は、直交偏波信号を通信するために分配される。さらに、ある例示的実施形態では、差動信号伝達は、部分的に、または位相配列ＩＣ５００を全体を通して、使用される。
【００４９】
さらに、ある例示的実施形態によると、送信ビームは、第１の放射素子５０１および第２の放射素子５０２に提供される。送信ビームは、能動的パワー分割器５４３によって、重放射素子経路に分配される。各放射素子経路は、送信ビーム信号を受信し、さらに、パワー分割器、例えば、能動的パワー分割器５４１を使用して、信号を分配する。ある例示的実施形態では、分配された送信ビーム信号は、２つのベクトル発生器５３２、５３３に通信される。ベクトル発生器は、それぞれの送信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。さらに、ビーム操作および偏波追跡を提供するように構成される、ベクトル発生器の任意の好適なアーキテクチャが、実装されてもよい。本アーキテクチャは、送信モードにおける独立偏波柔軟性をもたらす。ある例示的実施形態では、それぞれの送信信号は、信号が相互に対して直交偏波を有するように、位相調節される。さらに、送信経路は、それぞれ、ベクトル発生器５３２、５３３から調節された送信信号を受信する、パワー増幅器５２１、５２３を備える。
【００５０】
ある例示的実施形態では、第１の送受信スイッチ５１０および第２の送受信スイッチ５１１は、適切なモードの際、所望の信号経路を有効にするように構成される。ある例示的実施形態では、送受信スイッチ５１０、５１１は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、スイッチ５１０、５１１は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される、任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。双方向アンテナ偏波器４００のスイッチ４１０、４２０と同様に、送受信スイッチ５１０、５１１は、種々の種類のスイッチおよび構成を備えてもよい。
【００５１】
送信モードでは、送受信スイッチ５１０は、パワー増幅器５２１の出力信号を第１の放射素子５０１の第１のフィードに通信させる。同様に、送受信スイッチ５１１は、パワー増幅器５２３の出力信号を第１の放射素子５０１の第２のフィードに通信させる。対照的に、受信モードでは、送受信スイッチ５１０は、第１の放射素子５０１から第１のＬＮＡ５２０への受信信号の第１の偏波されたフィードの通信を有効にする。同様に、送受信スイッチ５１１は、第１の放射素子５０１から第２のＬＮＡ５２２への受信信号の第２の偏波されたフィードの通信を有効にする。
【００５２】
第１のＬＮＡ５２０の信号出力は、ベクトル発生器５３０にフィードし、第２のＬＮＡ５２２の信号出力は、ベクトル発生器５３１にフィードする。ベクトル発生器５３２、５３３と同様に、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５３０、５３１は、それぞれの受信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。本アーキテクチャは、受信モードでは、独立偏波柔軟性をもたらす。
【００５３】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５３０、５３１のそれぞれの出力は、能動的パワー結合器５４０に結合される。ベクトル発生器５３０、５３１の出力は、第１の放射素子５０１からの単一受信信号を形成するように結合される、偏波された受信信号の２つの部分を表す。第１の放射素子５０１からの結合された受信信号は、能動的パワー結合器５４２において、第２の放射素子５０２からの他の結合された受信信号とさらに結合され、受信ビームを形成する。さらに、３つ以上の放射素子からを含む、放射素子からの任意の数の信号が結合されてもよい。ある例示的実施形態では、単一開口のすべての放射素子から結合された受信信号は、受信ビームに結合される。
【００５４】
例示的実施形態により、図６を参照すると、第１の放射素子６０１と通信状態にある簡略化位相配列集積回路（ＩＣ）６００は、送信モードおよび受信モードを有する。本例示的実施形態では、共通ベクトル発生器は、送受信両方の機能のために使用され、位相配列ＩＣ５００と比較して、システム内のベクトル発生器の数を半分に減少させる。ベクトル発生器数の減少は、システムの複雑性を低減させる一方、依然として、ビーム操作、偏波追跡、および多帯域能力を提供する。さらに、デジタル信号ルーティングの複雑性も、半減される。さらに、位相配列ＩＣ６００のある例示的実施形態では、放射素子当たりの回路の複雑性は、２倍の放射素子が、位相配列ＩＣ５００と同一複雑性の単一チップによって実装され得るように、低減される。回路の複雑性は、チップ当たりの行われるＲＦ、デジタル、および／またはアナログ機能の数に関する。さらに、簡略化位相配列ＩＣ６００は、位相配列ＩＣ５００と比較して、より少ないベクトル発生器によって、パワー消費が低減され得る。
【００５５】
ある例示的実施形態では、位相配列ＩＣ６００は、第１の送受信スイッチ６１０、第２の送受信スイッチ６１１、第１のＬＮＡ６２０、第２のＬＮＡ６２２、第１のパワー増幅器６２１、および第２のパワー増幅器６２３を備える。ある例示的実施形態では、位相配列集積回路６００は、第１のベクトル発生器６３０、第２のベクトル発生器６３１、能動的パワー結合器６４０、および能動的パワー分割器６４１をさらに備える。加えて、ある例示的実施形態では、位相配列ＩＣ６００は、ベクトル発生器スイッチ６５０、６５１、６５２、６５３を備える。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６３０、６３１はそれぞれ、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）６６０から制御信号を受信する。
【００５６】
ある例示的実施形態によると、送受信スイッチ６１０、６１１、ＬＮＡ６２０、６２２、およびパワー増幅器６２１、６２３は、ＧａＡｓチップ上に位置する。さらに、ベクトル発生器６３０、６３１、能動的パワー結合器６４０、および能動的パワー分割器６４１は、ＳｉＧｅチップ上に位置する。種々の構成要素を異なる材料に分配するように説明されるが、位相配列ＩＣ６００は、ＧａＡｓまたはＳｉＧｅ材料上のすべての構成要素、あるいはＧａＡｓチップまたはＳｉＧｅチップ上に位置するベクトル発生器、結合器、または分割器のいくつか、もしくはそれらの任意の組み合わせを有してもよい。加えて、第２の放射素子６０２と通信状態にある位相配列ＩＣ６００のアーキテクチャおよび機能性は、第１の放射素子６０１のものと実質的に類似するために、詳細に説明されない。
【００５７】
ある例示的実施形態において、図６を継続して参照すると、位相配列ＩＣ６００は、半二重線通信のために構成される。一実施形態では、位相配列ＩＣ６００は、少なくとも２つの放射素子、すなわち、第１の放射素子６０１および第２の放射素子６０２と通信状態にある。２つの放射素子のみが例示されるが、位相配列ＩＣ６００は、多重放射素子と通信状態にあってもよい。位相配列ＩＣ６００のある例示的実施形態では、各放射素子は、送信ビーム経路および受信ビーム経路と通信状態にある。ある例示的実施形態では、送信ビーム経路および受信ビーム経路の少なくとも一部は、直交偏波信号を通信するために分配される。さらに、ある例示的実施形態では、差動信号伝達は、部分的に、または位相配列ＩＣ６００全体を通して、使用される。
【００５８】
ある例示的実施形態によると、送信ビームは、第１の放射素子６０１および第２の放射素子６０２に提供される。送信ビームは、能動的パワー分割器６４３によって、多重放射素子経路に分配される。ある例示的実施形態では、各放射素子経路は、送信ビーム信号を受信し、分割器、例えば、能動的パワー分割器６４１を使用して、信号をさらに分配する。別の例示的実施形態では、ベクトル発生器スイッチ６５０は、送信ビーム信号をベクトル発生器６３０に送信し、ＬＮＡ６２０からの信号経路を無効にするように構成される。同様に、例示的実施形態では、ベクトル発生器スイッチ６５２は、送信ビーム信号をベクトル発生器６３１に送信し、ＬＮＡ６２２からの信号経路を無効にするように構成される。言い換えると、ベクトル発生器スイッチは、アンテナシステムの現在のモードに基づいて、種々の信号経路を有効および無効にする。
【００５９】
ある例示的実施形態では、分配された送信ビーム信号は、それぞれ、ベクトル発生器スイッチ６５０、６５２から２つのベクトル発生器６３０、６３１に通信される。ベクトル発生器は、それぞれの送信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６５０、６５２は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、ベクトル発生器スイッチ６５０、６５２は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される、任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。本アーキテクチャは、送信モードにおける独立偏波柔軟性をもたらす。さらに、ビーム操作および偏波追跡を提供するように構成される、ベクトル発生器の任意の好適なアーキテクチャが、実装されてもよい。
【００６０】
ある例示的実施形態では、それぞれの送信信号は、ベクトル発生器６３０、６３１によって、位相および振幅が調節される。ベクトル発生器６３０によって発生させられる、調節された送信信号は、ベクトル発生器スイッチ６５１を介して、パワー増幅器６２１に通信される。加えて、ベクトル発生器６３１によって発生させられる、調節された送信信号は、ベクトル発生器スイッチ６５３を介して、パワー増幅器６２３に通信される。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器スイッチ６５１、６５３は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、ベクトル発生器スイッチ６５１、６５３は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。
【００６１】
ある例示的実施形態では、第１の送受信スイッチ６１０および第２の送信受信スイッチ６１１は、適切なモードの際、所望の信号経路を有効にするように構成される。ある例示的実施形態では、送受信スイッチ６１０、６１１は、単極双投スイッチである。単極双投として説明されるが、スイッチ６１０、６１１は、１つの信号経路を有効にし、別の信号経路を無効にするように構成される任意のスイッチまたは多重スイッチであってもよい。双方向アンテナ偏波器４００のスイッチ４１０、４２０と同様に、送受信スイッチ６１０、６１１は、種々の種類のスイッチおよび構成を備えてもよい。
【００６２】
送信モードでは、送受信スイッチ６１０は、パワー増幅器６２１の出力信号を第１の放射素子６０１の第１のフィードに通信させる。同様に、送受信スイッチ６１１は、パワー増幅器６２３の出力信号を第１の放射素子６０１の第２のフィードに通信させる。対照的に、受信モードでは、送受信スイッチ６１０は、第１の放射素子６０１から第１のＬＮＡ６２０への受信信号の第１の偏波されたフィードの通信を有効にする。同様に、送受信スイッチ６１１は、第１の放射素子６０１から第２のＬＮＡ６２２への受信信号の第２の偏波されたフィードの通信を有効にする。
【００６３】
第１のＬＮＡ６２０の信号出力は、ベクトル発生器スイッチ６５０を通して、ベクトル発生器６３０にフィードし、第２のＬＮＡ６２２の信号出力は、ベクトル発生器スイッチ６５２を通して、ベクトル発生器６３１にフィードする。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６３０、６３１は、それぞれの受信信号の位相および／または振幅を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、一方のベクトル発生器は、ビーム操作を提供し、他方のベクトル発生器は、偏波追跡を提供する。本アーキテクチャは、送信モードにおける独立偏波柔軟性をもたらす。さらに、ビーム操作および偏波追跡を提供するように構成される、ベクトル発生器の任意の好適なアーキテクチャが、実装されてもよい。
【００６４】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６３０の出力は、受信モードでは、ベクトル発生器スイッチ６５１を通して、能動的パワー結合器６４０に通信される。さらに、ベクトル発生器６３１の出力は、受信モードでは、ベクトル発生器スイッチ６５３を通して、能動的パワー結合器６４０に通信される。ベクトル発生器６３０、６３１の出力は、第１の放射素子６０１からの単一受信信号を形成するように結合される、偏波された受信信号の２つの部分を表す。ある例示的実施形態では、第１の放射素子６０１からの結合された受信信号は、能動的パワー結合器６４２において、第２の放射素子６０２からの他の結合された受信信号と結合され、受信ビームを形成する。ある例示的実施形態では、単一開口のすべての放射素子から結合された受信信号は、受信ビームに結合される。
【００６５】
ある例示的実施形態では、位相配列ＩＣ５００、６００は、モノリシックソリューションとして、段階的に接続されてもよい。さらに、システムを段階的に接続することは、Ｋｕ−帯域およびＫａ−帯域にわたって等、多帯域動作を可能にする。例示的実施形態では、位相配列ＩＣ５００、６００は、ビーム操作および多重偏波をサポートする。加えて、説明されるアーキテクチャは、１次元配列ならびに２次元配列のために実装されてもよい。
【００６６】
システム用途：ある例示的実施形態によると、単一開口半二重アンテナシステムは、異なる瞬間において、送受信モードで動作する。同時に送受信が存在しないように、動作モードを分配することによって、送受信信号は、相互から絶縁される。加えて、周波数フィルタは、半二重通信を利用する場合、信号を分離するために必要とされない。一実施形態では、動作時間は、送信モードにおける時間量が、受信モードにおける時間量と実質的に同等であるように、対称的である。別の実施形態では、動作時間は、非対称であって、より多くの時間が、送信または受信モードのいずれかに割り当てられる。実際の時分割は、ユーザのニーズおよび／またはデータ負荷の関数であってもよい。ある例示的実施形態では、半二重スケジューラを使用して、送受信時間要件の衝突を回避する。ある例示的実施形態では、多重周波数における多重ビームは、タイムスロット分配を変化させ、タイムスロット毎にビーム指向を更新することによって、並列ベクトル発生器アーキテクチャを必要とすることなく、サポート可能である。
【００６７】
さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナシステムは、ローカルセンサ内のドリフトを再度ゼロにすることによって、衛星追跡エラーを補正する。ドリフトを補正する方法の１つは、任意のエラーを判定し、ドリフト補正を行うために、連続ロービングを使用するものである。連続ロービング方法では、アンテナシステムは、多重衛星位置を確認し、真の衛星位置を示す戻り情報を得る。例えば、アンテナシステムは、５つの異なる場所に信号を送信してもよい。場所のうちの１つは、４つの周囲場所を伴うアンテナシステムに従う衛星位置である。戻り情報は、ローカルセンサ内にドリフトが存在するかどうか、どの方向に補正を行う必要があるかを示す。次いで、このドリフト情報は、アンテナシステム内のドリフトを補正するために使用されてもよい。
【００６８】
一般的な連続ロービング方法では、すべての多重衛星位置が、順番に確認される。しかしながら、衛星位置を順番に確認することは、アンテナシステムが、通常動作におけるように、データを通信していない付加的動作時間を使用し得る。ある例示的実施形態によると、連続ロービング手順は、通常動作と時間的に交互に配置され、通常動作に殆どまたは全く妨害をもたらさない。具体的には、例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の位置における衛星を確認し、通常動作においてデータを送信または受信し、第２の位置における衛星を確認し、通常動作においてデータを送信または受信し、第３の位置における衛星を確認する等である。ロービング方法の位置確認は、送信および／または受信周期間のアンテナシステム切替えの時間周期内に一気に生じることが可能である。
【００６９】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナシステムは、多重ビーム間で切り替わるように構成される。多重ビームは、多重衛星間で分配されてもよく、または多重ビームは、単一の衛星からブロードキャストされてもよい。例えば、位相配列アンテナシステムは、異なるスポットビーム衛星間で切り替わってもよい。一実施形態では、ビーム切替えを使用して、多重重複ビーム間の負荷偏移を行う。
【００７０】
別の実施形態では、ビーム切替えは、衛星とアンテナシステムとの間の相対位置の変化によって生じてもよい。衛星は、静止軌道に乗っているかまたは静止軌道に乗っていなくてもよい。本明細書で使用されるように、静止衛星は、地球の自転周期（１日）と同一軌道周期を有する衛星である。したがって、静止衛星は、地球上の同一場所に静止したままである。対照的に、非静止衛星は、地球の自転周期と異なる軌道周期を有し、決して連続的な時間周期ではない不動の受信機の範囲内にある衛星をもたらす。
【００７１】
衛星が静止軌道に乗っているかまたは静止軌道に乗っていないかにかかわらず、ビーム切替えは、種々のハンドオフ手順を伴う。一般に、ハンドオフ手順は、新しいビームが利用可能かどうかを判定するステップと、第１の（または、現在の）ビームから第２の（または、新しい）ビームへの切替えを調整するステップとを伴う。
【００７２】
ハンドオフ手順の一側面は、送信周期および受信周期が同時に生じるように、ビームおよび／または衛星を同期させることである。アンテナシステムが、連続モードで動作し、多重衛星間を切り替えられる場合、ある例示的実施形態では、多重衛星はすべて、同期される。一実施形態では、同期された衛星は、常に、同一スケジュールで信号を送受信する。別の実施形態では、同期された衛星は、時折、同一送信／受信スケジュールで動作し、衛星間の任意のハンドオフが、同期された周期の際に生じる。アンテナシステムが、断続モードで動作し、多重衛星間を切り替えられる場合、遮断周期は、ハンドオフの際に生じてもよい。遮断周期は、衛星毎に異なる送信／受信スケジュールによるものである。遮断を補償するために、ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、エンドユーザが遮断周期に気付かないように、データ送信をバッファリングする。さらに、ある例示的実施形態では、かつ図７を参照すると、同期語が、規則的間隔において、信号に挿入される。言い換えると、同期語は、一定間隔で生じる。一実施形態では、同期語は、２．５ミリ秒毎に信号に挿入される。別の実施形態では、同期語は、１乃至２０ミリ秒の範囲内にある規則的間隔において、信号に挿入される。さらに、同期語を挿入する規則的間隔は、任意の好適な時間周期であってもよい。同期語は、波形を修正し、周知の聴取間隔において、同期を可能にする。一例示的実施形態では、アンテナシステムは、全同期間隔の際に聴取する。受信データから動作可能に発達された情報を使用して、転送リンクに関する送信時間および周波数を同期させ、周知の「クリア」な聴取間隔の際に送信する。ある例示的実施形態によると、所与の端末のための送受信間隔の制御は、転送リンク波形内の特定の同期語を使用して達成される。
【００７３】
上述のように、例示的実施形態では、位相配列アンテナシステムは、周波数限定ではないが、代わりに、多重周波数にわたって通信可能である。第１の実施形態では、アンテナシステムは、Ｋａ−、Ｋｕ−帯域にわたって動作する。具体的には、Ｋａ−帯域は、２７．５−３１．０ＧＨｚとして画定されてもよく、Ｋｕ−帯域は、１４−１４．５ＧＨｚとして画定されてもよい。第２の実施形態では、アンテナシステムは、Ｘ−、Ｋａ−帯域にわたって動作する。具体的には、Ｘ−帯域は、７．２５−８．４ＧＨｚとして画定されてもよく、Ｋａ−帯域は、２７．５−３１．０ＧＨｚとして画定されてもよい。第３の実施形態では、アンテナシステムは、Ｑ−、Ｋ−帯域にわたって動作する。具体的には、Ｑ−帯域は、４４−４５ＧＨｚとして画定されてもよく、Ｋ−帯域は、１７．５−２１．２ＧＨｚとして画定されてもよい。
【００７４】
４色システム：消費者衛星ＲＦ通信の分野では、衛星は、一般的には、個人用パラボラアンテナを有する消費者に、データ（例えば、映画ならびに他のテレビ番組、インターネットデータ、および／または同等物）を送信および／または受信するであろう。より最近では、衛星は、より多くのモバイルプラットフォーム（航空機、電車、および／または自動車に取り付けられた送受信機等）からデータを送信／受信し得る。手持式または携帯用衛星送受信機の使用の増加は、将来、標準的となることが予測される。時として、本書では、自宅用衛星送受信機と併せて説明されるが、ここで論じられる、従来技術限定は、衛星と通信する任意の個人用消費者地上用送受信機（あるいは、送信機または受信機）にも適用され得る。
【００７５】
伝搬無線周波数（ＲＦ）信号は、異なる偏波、すなわち、線形、楕円形、または円形を有することが可能である。線形偏波は、垂直偏波および水平偏波から成る一方、円形偏波は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）および右旋円偏波（ＲＨＣＰ）から成る。アンテナは、一般的には、ＬＨＣＰ等のある偏波を通過させ、ＲＨＣＰ等の他の偏波を拒絶するように構成される。
【００７６】
また、従来の超小型地上局（ＶＳＡＴ）アンテナは、ハードウェアに依存する固定偏波を利用する。基本偏波は、概して、衛星端末の設置の際に設定され、その時点で、偏波器ハードウェアの手動構成が、固定される。例えば、偏波器は、概して、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰに対して設定され、適所に締結される。従来のＶＳＡＴアンテナ内で偏波を変更することは、偏波器の締結を解除し、９０°対向円形偏波に回転させ、次いで、偏波器を再締結することを要求する場合がある。明らかに、これは、多くの周波数において行うことは不可能であって、限定数（約５、または可能性として、１０）の送受信機のみ、所与の１日で、技術者によって切替え可能である。
【００７７】
一般的な単一偏波アンテナと異なり、いくつかのデバイスは、アンテナ端末を分解せずに、偏波を変更するように構成される。実施例として、従来技術の実施形態は、「野球ボール」スイッチを使用して、偏波間に電子的に命令可能な切替えを提供する。「野球ボール」スイッチの回転は、１つの信号経路を接続し、他の信号経路を終端させることによって、偏波に変更を生じさせる。しかしながら、各「野球ボール」スイッチは、独立制御回路網を伴う別個の回転アクチュエータを要求し、このことが、デバイスのコストを増加さて、（全くではないにしても）消費者広帯域またはＶＳＡＴ端末内で使用されず、代わりに、限定数の端末を有する大規模地上局のために使用される。
【００７８】
さらに、別のアプローチは、各偏波に対して複製ハードウェアを伴うシステムを有することである。偏波選択は、所望の信号の経路を完成または有効にし、望ましくない信号を選択から除外することによって達成される。本アプローチは、多くの場合、受信専用端末、例えば、低コストハードウェアを有する衛星テレビ受信機内で使用される。しかしながら、ＶＳＡＴまたは広帯域端末等の送受信の両方を行う双方向端末の場合、ハードウェアを複製させることは、端末のコストを大幅に増加させる。
【００７９】
従来の衛星は、特定の周波数帯域および特定の偏波において、無線周波数信号を介して、地上に設けられた送受信機と通信し得る。周波数帯域および偏波の各組み合わせは、「色」として知られる。衛星は、局所的な地理的領域に「ビーム」として信号を送信し、そのビーム上の信号にアクセス可能な地理的領域は、地図上の「スポット」によって表され得る。各ビーム／地点は、関連付けられた「色」を有するであろう。したがって、異なる色のビームは、同一周波数、同一偏波、または両方を有していないことになるであろう。
【００８０】
実際は、任意の特定の地点において、任意の１つの地上用送受信機に「可視」である、２つ、３つ、またはそれ以上のビームが存在し得るように、隣接するスポット間にいくつかの重複が存在する。隣接するスポットは、一般的には、隣接するビームからの雑音／干渉を低減させるために、異なる「色」を有するであろう。
【００８１】
従来技術では、広帯域消費者衛星送受信機は、一般的には、１つの色に設定され、送受信機の寿命の間、その設定のままである。万が一、衛星から送信される信号の色が変更される場合、その色に基づいてその衛星と通信していた地上用送受信機はすべて、直ちに、立ち往生するか、または切断されるであろう。一般的には、技術者は、消費者の自宅を訪問し、送受信機または偏波器を手動で交換し（または、可能性として、物理的に分解し、再度組み立て）、消費者の地上用送受信機を、新しい「色」信号に基づいて衛星と再度通信可能にする必要があるであろう。この実践上の影響として、従来技術では、衛星から送信される信号色に変更が行われない。
【００８２】
類似の理由から、第２の実践的制限として、地上用送受信機は、一般的には、ある色から別の色に変更されないことである（すなわち、変更される場合、それは、手動プロセスである）。したがって、アンテナシステムの周波数および／または偏波を遠隔で変更するための新しい低コストの方法およびデバイスの必要性が存在する。また、略瞬時かつ頻繁に、変更され得る方法およびデバイスの必要性が存在する。
【００８３】
スポットビーム通信衛星システムでは、周波数および偏波の多様性の両方を利用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減する。ある例示的実施形態では、周波数および偏波は両方とも、通信トラフィック容量を最大にするために、地理的に分離される他のビーム内で再使用される。スポットビームパターンは、概して、異なる色を使用して、地図上で識別され、そのスポットビーム内で使用される周波数および偏波極性の組み合わせを識別する。次いで、周波数および偏波極性の再使用パターンは、いくつの異なる組み合わせ（または、「色」）が使用されるかによって画定される。
【００８４】
種々の例示的実施形態により、図８を参照すると、アンテナシステムは、周波数および偏波の切替えのために構成される。一特定の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、２つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。これは、４つの色切替えとして知られ得る。他の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、合計６つの別個の色に対して、３つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。さらに、種々の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つの偏波間の切替えを備え得る。別の例示的実施形態では、周波数および偏波切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つを超える偏波間の切替えを備え得る。
【００８５】
種々の例示的実施形態によると、周波数および偏波切替えを行う能力は、地上マイクロ波通信端末において、多くの効果を有する。例えば、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。地上マイクロ波通信端末は、一例示的実施形態では、２地点間端末を備える。別の例示的実施形態では、地上マイクロ波通信端末は、ブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるように構成される衛星等、任意の衛星と通信状態にある地上端末を備える。これらの地上マイクロ波通信端末は、スポットビームベースのシステムである。
【００８６】
種々の例示的実施形態によると、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される衛星は、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。例えば、種々の実施形態による例示的端末に対して上述されたものと同様に、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。これは、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。別の例示的実施形態では、衛星は、周波数および／または偏波切替えを行う能力を有する端末等、任意の好適な地上マイクロ波通信端末と通信状態にある。
【００８７】
従来技術のスポットビームベースのシステムは、周波数および偏波の多様性を使用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減または排除する。これは、非隣接ビームにおいて周波数を再使用させ、衛星容量およびスループットの増加をもたらすことを可能にする。残念ながら、従来技術では、そのような多様性を有するために、そのようなシステムの設置業者は、設置時、正確な偏波極性を設定する、または端末の異なる偏波極性型を搬送することが可能でなければならない。例えば、設置用地において、設置業者は、左旋円偏波に対して構成される第１の端末および右旋円偏波に対して構成される第２の端末を搬送し、ある地理的領域内で第１の端末を、別の地理的領域内で第２の端末を使用する場合がある。代替として、設置業者は、ある偏波から別の偏波に切り替えるために、端末を分解し、再度組み立てることが可能である場合がある。これは、例えば、偏波器を除去し、９０°回転させ、偏波器を新しい配向に再設置することによって行われる場合がある。これらの従来技術ソリューションは、設置用地において、種々の構成要素を搬送する必要があるため望ましくないという点から煩わしい。また、手動分解／再組立ステップは、人的エラーおよび／または欠損の可能性を招く。
【００８８】
これらの従来技術の解決策は、さらに、あらゆる実践的目的に対して、特定の端末のための周波数範囲および偏波を永久的に設定する。これは、周波数範囲および偏波への任意の変更が、修理要請の時間および費用を含むので、そのように行われる。設置業者は、物理的場所を訪問し、分解／再組立技法を使用して、または端末全体を単に交換することによって、偏波を変更する必要があるであろう。消費者広帯域衛星端末市場では、修理要請のコストは、機器のコストを超え得、一般に、そのような端末内の偏波極性を手動で変更することは、経済的に実行可能ではない。
【００８９】
種々の例示的実施形態によると、電子的または電気機械的に、周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるための低コストシステムおよび方法が提供される。ある例示的実施形態では、端末の周波数範囲および／または偏波は、端末への人的接触を伴わずに変更可能である。言い換えると、端末の周波数範囲および／または偏波は、修理要請を伴わずに変更可能である。ある例示的実施形態では、システムは、端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で変更させるように構成される。
【００９０】
一例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の周波数範囲の中から所望の周波数範囲に電子的に設定可能な単一種類の端末を設置することを促進する。いくつかの例示的周波数範囲として、受信１０．７ＧＨｚ乃至１２．７５ＧＨｚ、送信１３．７５ＧＨｚ乃至１４．５ＧＨｚ、受信１８．３ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚ、および送信２８．１ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚが挙げられる。さらに、２地点間システムの他の所望の周波数範囲は、１５ＧＨｚ乃至３８ＧＨｚ内である。別の例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の偏波極性の中から所望の偏波極性に電子的に設定可能な単一種類の端末の設置を促進する。偏波極性は、例えば、左旋円、右旋円、垂直線形、水平線形、または任意の他の直交偏波を備え得る。さらに、種々の例示的実施形態では、それぞれ、周波数範囲および偏波極性の選択肢の中から、端末の周波数範囲および偏波極性の両方を電子的に選択可能な単一種類の端末が設置され得る。
【００９１】
ある例示的実施形態では、送信および受信信号は対合されて、共通切替え機構が、同時に両信号を切り替える。例えば、ある「色」は、ＲＨＣＰを使用する周波数範囲１９．７ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚの受信信号と、ＬＨＣＰを使用する周波数範囲２９．５ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚの送信信号であり得る。別の「色」は、同一周波数範囲を使用するが、ＲＨＣＰを使用して送信し、ＬＨＣＰを使用して受信し得る。故に、ある例示的実施形態では、送信および受信信号は、反対の偏波で動作される。しかしながら、いくつかの例示的実施形態では、送信および受信信号は、自己干渉のない動作のために、信号絶縁要件を増加させる同一偏波で動作される。
【００９２】
したがって、第１の地理的領域に対して第１の様式で、第１の領域と異なる第２の地理的領域に対して第２の様式で構成可能な単一の端末タイプが設置され得、その場合、第１の地理的領域は、第１の色を使用し、第２の地理的領域は、第１の色と異なる第２の色を使用する。
【００９３】
例示的実施形態によると、地上マイクロ波通信端末等の端末は、負荷平衡を促進するように構成され得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、負荷平衡を促進するように構成され得る。負荷平衡は、特定の衛星上の負荷の一部または２地点間システムをある偏波極性／周波数範囲「色」あるいは「ビーム」から別のものに移動させるステップを伴う。ある例示的実施形態では、負荷平衡は、端末あるいは衛星の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替える能力によって有効化される。
【００９４】
したがって、例示的実施形態では、負荷平衡の方法は、１つ以上の地上マイクロ波通信端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるステップを備える。例えば、システムオペレータまたは負荷監視コンピュータは、システム帯域幅リソースの動的変化が、あるユーザをあまり混雑し得ない隣接するビームに移動させることが有利であろう状況をもたらしていることを判定し得る。一実施例では、それらのユーザは、負荷の再変化に伴って、後で戻ってもよい。ある例示的実施形態では、本信号切替え（したがって、本衛星の能力「負荷平衡」）は、周期的に行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、同時または実質的に同時に、多くの端末（例えば、数百または数千の端末）上で行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、数千のユーザ端末を手動で再構成する必要なく、多くの端末上で行うことが可能である。
【００９５】
一例示的実施形態では、信号偏波の動的制御は、偏波ホッピングを利用することによって、セキュアな通信のために実装される。通信セキュリティは、他の認証ユーザに周知の速度で、通信信号の偏波を変更することによって向上可能である。不正ユーザは、任意の所与の瞬間、正確な偏波を知らないことになり、一定偏波を使用する場合、不正ユーザは、短い瞬間のみ、正確な偏波を有することになるであろう。セキュアな通信のための偏波ホッピングの類似用途は、信号スキャンのために、偏波ホッピングを使用することである。言い換えると、アンテナの偏波は、信号検出を監視するために継続的に調節可能である。
【００９６】
ある例示的実施形態では、負荷平衡は、システム負荷に基づいて、必要に応じた頻度で行われる。例えば、負荷平衡は、季節ベースに行われ得る。例えば、負荷は、学校、大学などが、その学期を開始ならびに終了する際、大幅に変更し得る。別の実施例として、休暇シーズンは、大幅な負荷変動をもたらし得る。例えば、特定の地理的領域は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。これは、その領域内のより高い平均人口密度、その領域内のより高い送受信機の平均数、またはその領域内のより高いデータ送信の平均使用によるものであり得る。別の実施例では、負荷平衡は、時間ベースで行われる。さらに、負荷平衡は、任意の好適な時間で行われ得る。一実施例では、最大使用が、６−７ＰＭの間である場合、最大負荷ビーム領域内のユーザの一部は、異なる時間帯の隣接するビームに切り替えられ得る。別の実施例では、地理的領域が、オフィスおよび自宅端末の両方を備え、オフィス端末が、自宅端末と異なる時間に最大負荷を被る場合、負荷平衡は、自宅とオフィス端末との間で行われてもよい。さらに別の実施形態では、特定の領域は、事業、科学研究活動、グラフィック／ビデオ集約的娯楽データ送信、スポーツイベント、または会議内の高トラフィックに関連する等、局在的信号送信トラフィックの増加を有し得る。言い換えると、ある例示的実施形態では、負荷平衡は、送受信機群の任意のサブ群の色を切り替えることによって行われてもよい。
【００９７】
ある例示的実施形態では、消費者広帯域地上端末は、どの色が利用可能であって、別の動作色に切り替えるかについて、事前にプログラムされた命令に基づいて判定するように構成される。例えば、地上端末は、２つ以上のビーム（それぞれ、異なる色）に対して可視性を有し得る。地上端末は、２つ以上のビームのいずれが接続により優れているかを判定し得る。この判定は、任意の好適な要因に基づいて行われてもよい。一例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、データ速度、ダウンロードスピード、および／またはその色と関連付けられたビーム上の容量に基づく。他の例示的実施形態では、判定は、無作為または任意の他の好適な方法で行われる。
【００９８】
本技法は、種々の理由から、短および長周期の両方にわたって負荷が変化するので、地理的不動の実施形態において有用であって、そのような色選択の自己調節は、負荷平衡を促進する。また、本技法は、「ローミング」の形態として、モバイル衛星通信において有用である。例えば、一例示的実施形態では、広帯域地上端末は、信号強度に基づいて別の動作色に切り替えるように構成される。これは、ローミング判定が信号強度に基づく、従来の携帯電話型ローミングとは対照的である。対照的に、ここでは、色分布は、チャネル内の容量に基づく。したがって、ある例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、端末があるスポットから別のスポットに移動することに伴って、通信スピードを最適化するために行われてもよい。代替として、ある例示的実施形態では、衛星による色信号ブロードキャストは、変化してもよく、またはスポットビームは、移動され得、依然として、広帯域地上端末は、異なる色上で通信するように自動的に調節するように構成され得る（例えば、チャネル容量に基づいて）。
【００９９】
別の例示的実施形態によると、衛星は、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。別の例示的実施形態では、衛星は、追加の色をブロードキャストするように構成され得る。例えば、面積および／または衛星は、第１の時間において、４色のみ有するが、２つの追加の色（合計６色となる）が、第２の時間に動的に追加される場合がある。この場合、特定のスポットの色を新しい色のうちの１つに変更することが望ましいであろう。図９Ａを参照すると、スポット４は、「赤色」から、次いで、新しい色「黄色」に変化する。一例示的実施形態では、色を追加する能力は、あるデバイス内の広帯域幅にわたって、送信および／または受信の両方を操作し、その広帯域幅にわたって、そのデバイスの周波数を同調させるためのシステムの能力の機能であり得る。
【０１００】
例示的実施形態により、新たに図８を参照すると、衛星は、ダウンリンク、アップリンク、およびサービスエリアを有し得る。サービスエリアは、それぞれ、それぞれの領域を照射するためのスポットビームに対応する、より小さい領域から成ってもよい。スポットビームは、相互に隣接し、重複領域を有し得る。衛星通信システムは、多くの作用パラメータを有する：（１）直交時間または周波数スロットの数（以下、色パターンと定義される）；（２）ビーム間隔（交差点におけるビームロールオフによって特徴付けられる）；（３）周波数再使用パターン（再使用パターンは、均一分散型容量が要求される場合、構造内で規則的であり得る）；および（４）ビームの数（より多くのビームを伴う衛星は、より高いシステム柔軟性およびより優れた帯域幅効率を提供するであろう）。偏波は、時間または周波数スロットに加え、再使用パターンを画定するための量として使用され得る。一例示的実施形態では、スポットビームは、第１のスポットビームおよび第２のスポットビームを備え得る。第１のスポットビームは、第１の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域を照射し得る。第２のスポットビームは、第２の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域に隣接する第２の領域を照射し得る。第１および第２の領域は、重複し得る。
【０１０１】
第１のスポットビームは、第１の特性偏波を有し得る。第２のスポットビームは、第１の偏波に直交する第２の特性偏波を有し得る。偏波直交性は、隣接するビーム間の絶縁量を提供する役割を果たす。偏波は、周波数スロットと組み合わされ、隣接するビームとそのそれぞれのサービスエリアとの間により高い絶縁度を達成し得る。第１のビーム内の加入者端末は、第１の特性偏波に一致する偏波を有し得る。第２のビーム内の加入者端末は、第２の特性偏波に一致する偏波を有し得る。
【０１０２】
隣接するビームの重複領域内の加入者端末は、第１のビームまたは第２のビームに任意に割り当てられ得る。この任意の割当ては、衛星システムにおける柔軟性であって、重複領域内の任意の加入者端末に対するサービスの開始後、再割当てを介して改変され得る。隣接するスポットビームによって照射される重複領域内の加入者端末の偏波を遠隔で変更する能力は、加入者の分布および数を変更するための動作の重要な改善および衛星リソースの使用の最適化である。例えば、第１のビームから第２のビームまた第２のビームから第１のビームにユーザあるいはユーザ群を再割当てするための衛星リソースの効率的使用および個々の加入者サービスの改善であり得る。したがって、隣接するビーム間に絶縁を提供するための量として偏波を使用する、衛星システムは、第１の偏波状態から第２の直交偏波状態に偏波を切替えまたは変更するためのコマンドを含有する信号を送信することによって、遠隔で偏波を変更するように構成され得る。偏波の意図的変更は、ビーム絶縁量を増加させるために偏波を使用する、スポットビーム衛星システム内の隣接するビームへの再割当てを容易にし得る。
【０１０３】
ダウンリンクは、選択された周波数および／または偏波の組み合わせに基づいて、多重「色」を備え得る。他の周波数および周波数範囲が使用され得、他の偏波も同様であるが、実施例として、１つの多色実施形態が提供される。例えば、新たに図８を参照すると、ダウンリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、左旋円偏波（「ＬＨＣＰ」）され、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、右旋円偏波（「ＲＨＣＰ」）される。周波数領域では、色Ｕ３およびＵ４は、１８．３−１８．８ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、１８．８−１９．３ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、１９．７−２０．２ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。他の周波数範囲も、他の例示的実施形態において使用され得る。したがって、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰのうちの１つを選択し、利用可能な選択肢の中から周波数帯域を指定することは、色を特定することになるであろう。同様に、アップリンクは、それぞれ、色として指定可能な周波数／偏波の組み合わせを備える。多くの場合、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰは、例示されるように、逆転され、信号絶縁の増加をもたらすが、これは必要ではない。アップリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、ＲＨＣＰであって、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、ＬＨＣＰである。周波数ドメインでは、色Ｕ３およびＵ４は、２８．１−２８．６ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、２８．６−２９．１ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、２９．５−３０．０ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、同様に、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。
【０１０４】
ある例示的実施形態では、衛星は、スポットおよび色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビーム（スポットビーム）をブロードキャストし得る。さらに、本衛星は、第１の色から第２の異なる色に、スポットの色を変更するように構成される。したがって、新たに図９Ａを参照すると、スポット１は、「赤色」から「青色」に変更される。
【０１０５】
あるスポットの色が変更されると、隣接するスポットの色も同様に変更することが望ましいであろう。再び、図９Ａ参照すると、地図は、第１の時間点におけるスポット色の群を示し、本時間における本群は、９１１０と指定され、地図のコピーは、第２の時間点におけるスポット色の群を示し、９１２０と指定される。色の一部または全部は、第１の時間点と第２の時間点との間で変化し得る。例えば、スポット１は、赤色から青色に変化し、スポット２は、青色から赤色に変化する。しかしながら、スポット３は、同じままである。このように、ある例示的実施形態では、隣接するスポットは、同じ色ではない。
【０１０６】
スポットビームのいくつかは、１つの色であって、他のスポットビームは、異なる色である。信号分離のために、類似色のスポットビームは、一般的には、相互に隣接して位置しない。ある例示的実施形態において、再び図８を参照すると、例示される分布パターンは、４色スポットビーム周波数再使用のための一例示的レイアウトパターンを提供する。本パターンでは、色Ｕ１は、別の色Ｕ１に隣接しない等であることを認識されたい。しかしながら、一般的には、スポットビームは、重複し、スポットビームは、円形サービスエリアによってより良く表され得ることに留意されたい。さらに、信号の強度は、円形が、特定のスポットビームの範囲の接近に過ぎないように、円形の中心からの距離に伴って低下し得ることを理解されたい。円形サービスエリアは、地図上にオーバーレイされ、どのスポットビームが特定の面積内で利用可能であるかを判定し得る。
【０１０７】
例示的実施形態によると、衛星は、第１の地理的場所から第２の地理的場所に、１つ以上のスポットを偏移させるように構成される。これは、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させるように説明され得る。また、これは、スポットの有効サイズ（例えば、直径）を変更するように説明される場合もある。例示的実施形態によると、衛星は、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させる、および／または１つ以上のスポットの有効サイズを変更するように構成される。従来技術では、そのような作用は、地上用送受信機を立ち往生させるため、スポットを偏移させることは考えられないであろう。地上用送受信機は、１つ以上のスポットの偏移が、いくつかの地上端末を異なる色の新しいスポットと通信不可能にするため、立ち往生することになるであろう。
【０１０８】
しかしながら、ある例示的実施形態では、送受信機は、容易に色を切り替えるように構成される。したがって、ある例示的方法では、１つ以上のスポットの地理的場所は、偏移され、地上用送受信機の色は、必要に応じて、調節され得る。
【０１０９】
ある例示的実施形態では、スポットは、高負荷地理的領域が、２つ以上の重複スポットによって網羅されるように偏移される。例えば、図９Ｂおよび９Ｃを参照すると、特定の地理的領域９２１０は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。本例示的実施形態では、面積９２１０は、図９Ｂによって例示される第１の時間点において、スポット１によってのみサービス提供される。図９Ｃによって例示される第２の時間点では、スポットは、面積９２１０が、現在、サービス提供される、またはスポット１、２、および３によって網羅されるように、偏移されている。本実施形態では、面積９２１０内の地上用送受信機は、送受信機のうちのいくつかが、スポット１によって、他は、スポット２によって、さらに他は、スポット３によって、サービス提供されるように、調節され得る。言い換えると、面積９２１０内の送受信機は、３色のうちの１つが、選択的に割り当てられ得る。このように、本面積内の負荷は、共有される、または負荷平衡可能である。
【０１１０】
ある例示的実施形態では、衛星および／または端末の切替えは、任意の規則性を伴って生じてもよい。例えば、偏波は、夕方の時間の間に切り替えられ、次いで、経時的に生じる送信負荷変動を反映するために、営業時間の間は戻され得る。ある例示的実施形態では、偏波は、システム内の素子の寿命の間、数千回切り替えられ得る。
【０１１１】
一例示的実施形態では、端末の色は、地上用送受信機の設置まで、判定または割当が行われない。これは、ある特定の色として設定される、工場から出荷されるユニットとは対照的である。その「色」に関する懸念を伴うことなく、地上用送受信機を出荷する能力は、１つのユニットのみ（２つ、４つ、またはそれ以上とは対照的に）保管する必要があるため、より簡単な在庫管理プロセスを促進する。ある例示的実施形態では、端末が設置され、次いで、色が、手動で、または電子的に、自動様式で設定される（すなわち、技術者が、人的エラーを起こすことは不可能である）。別の例示的実施形態では、色は、遠隔中央制御センタによって割り当てられる等、遠隔で設定される。別の例示的実施形態では、ユニット自体が、最良の色を判定し、その色で動作する。
【０１１２】
留意され得るように、特定の端末に対して、どの色を使用すべきかの判定は、任意の数の要因に基づいてもよい。色は、どの信号が最強であるか、利用可能な色の中で無作為に割り当てられた利用可能な色間の利用可能な相対帯域幅、地理的考慮、時間的考慮（天気、帯域幅使用、イベント、労働パターン、曜日、スポーツイベント、および／または同等物等）、および同等物に基づいてもよい。以前、地上消費者広帯域端末は、設置時、または迅速に、遠隔で、使用の際に変動する状況に基づいて、どの色を使用すべきかの判定は不可能であった。
【０１１３】
例示的実施形態によると、システムは、加入者端末の遠隔アドレス指定能力を促進するように構成される。一例示的実施形態では、システムは、特定の端末を遠隔でアドレス指定するように構成される。システムは、各加入者端末をアドレス指定するように構成され得る。別の例示的実施形態では、加入者端末群が、アドレス指定可能であり得る。これは、特定の送受信機および／または加入者端末群と命令を通信するために、未知または今後判明される、任意の数の方法を使用して、生じてもよい。したがって、遠隔信号は、ある色から別の色に切り替えるように、端末または端末群に命令し得る。端末は、任意の好適な様式でアドレス指定可能であり得る。一例示的実施形態では、ＩＰアドレスは、各端末と関連付けられる。ある例示的実施形態では、端末は、モデムまたはセットトップボックスを通して（例えば、インターネットを介して）、アドレス指定可能であり得る。したがって、例示的実施形態によると、システムは、特定の端末にアドレス指定されたコマンドを送信することによって、加入者端末の特性偏波を遠隔で変更するために構成される。これは、負荷平衡および同等物を促進し得る。サブ群は、より大きな地理的領域内の地理的サブ群、または任意の好適なベースに基づいて形成される任意の他の群であり得る。
【０１１４】
このように、個々のユニットは、１対１ベースで制御され得る。同様に、サブ群内のユニットはすべて、同時に色を変更するように命令され得る。一実施形態では、群は、小サブ群（例えば、１００のサブ群であって、それぞれ、より大きな群内の端末の１％を占める）に分割される。他のサブ群は、端末の５％、１０％、２０％、３５％、５０％、および同等物を占める場合がある。サブ群の粒度は、負荷平衡のより精密な同調を促進し得る。
【０１１５】
したがって、地図上の場所Ａ（図８の実践的分布図参照）に位置する、４色切替え可能送受信機を伴う個人は、利用可能な色Ｕ１、Ｕ２、およびＵ３を有するであろう。送受信機は、その時点における必要性に最も好適なそれらの３色のうちの１つ上で動作するように切り替えられ得る。同様に、地図上の場所Ｂは、利用可能な色Ｕ１およびＵ３を有するであろう。最後に、地図上の場所Ｃは、利用可能な色Ｕ１を有するであろう。多くの実践的状況では、送受信機は、特定の面積内で利用可能な２色または３色の選択肢を有するであろう。
【０１１６】
色Ｕ５およびＵ６もまた、使用される場合があり、スポットビームパターン内で使用する色の選択肢をさらに増加させることに留意されたい。また、これは、特定の場所内の特定の送受信機に利用可能な選択肢をさらに増加させ得る。４色または６色実施形態として説明されるが、任意の好適な数の色が、本明細書に説明されるように、色切替えのために使用され得る。また、衛星として本明細書に説明されるが、説明は、送受信機と通信するように構成されるまたは他の類似遠隔通信システムにも有効であることが意図される。
【０１１７】
端末の周波数範囲／偏波は、遠隔で、ローカルで、手動でのうちの少なくとも１つ、またはそれらのいくつかの組み合わせで、選択され得る。一例示的実施形態では、端末は、遠隔で制御され、ある周波数範囲／偏波から別のものに切り替えるように構成される。例えば、端末は、周波数範囲／偏波の切替えを制御する、中央システムからの信号を受信し得る。中央システムは、負荷変化が、左旋円偏波されたチャネルを大幅に減速させたが、右旋円偏波されたチャネルが、利用可能な帯域幅を有することを判定し得る。次いで、中央システムは、いくつかの端末の偏波を遠隔で切り替え得る。これは、一様に、切替え型および非切替え型ユーザに対するチャネル可用性を改善するであろう。さらに、切り替えるためのユニットは、地理、天気、使用特性、個々の帯域幅要件、および／または他の考慮に基づいて選択され得る。さらに、周波数範囲／偏波の切替えは、不良送信品質に関して、消費者が企業に電話を架けることに応答して行われ得る。
【０１１８】
周波数範囲および偏波の両方の切替えとの関連において、本明細書に説明されるが、本明細書に論じたものに類似する効果および利点は、周波数または偏波の一方のみを切り替えて実現され得ることに留意されたい。
【０１１９】
本明細書に説明される周波数範囲切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、周波数範囲切替えは、電子的に行われる。例えば、周波数範囲切替えは、位相配列内の移相器を調節する固定周波数発振器または変換器間で切り替える、および／または同調可能発振器信号を備える同調可能二重変換送信機を使用することによって、実装され得る。本発明と併用するための周波数切替えの追加の側面は、２００９年１１月６日出願の米国特許出願第１２／６１４，２９３号「ＤＵＡＬ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲ ＷＩＴＨ ＳＩＮＧＬＥ ＬＯＣＡＬ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ」（その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【０１２０】
別の例示的実施形態によると、本明細書に説明される偏波切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、偏波切替えは、直交アンテナポートにおける信号の相対位相を調節することによって、電子的に行われる。
【０１２１】
本明細書に説明されるように、端末は、切替えを生じさせる信号を受信するように構成されてもよく、信号は、遠隔源からであってもよい。例えば、遠隔源は、中央オフィスであってもよい。別の実施例では、設置業者または消費者は、切り替えるためのコマンドを送信する端末に接続される、ローカルコンピュータを使用して、偏波を切り替えることが可能である。別の実施形態では、設置業者または消費者は、順に、切り替えるための信号を送信する、テレビセットトップボックスを使用して、偏波を切り替えることが可能である。偏波切替えは、性能を向上させるための手段として、または不良性能を解決するための別の選択肢として、設置の際に生じてもよい。
【０１２２】
他の例示的実施形態では、手動方法を使用して、ある偏波から別の偏波に端末を変更してもよい。これは、システムの筐体内のスイッチを物理的に移動させることによって、または筐体外にスイッチを延出させ、偏波を手動で切り替えることをより容易にすることによって、達成可能である。これは、設置業者または消費者のいずれかによって行われ得る。
【０１２３】
上述の多色実施形態のいくつかの例示的実施形態は、先行技術に勝る利益を享受し得る。例えば、ある例示的実施形態では、低コスト消費者広帯域地上端末アンテナシステムは、アンテナ、アンテナと信号通信する送受信機、およびアンテナシステムを第１の偏波極性と第２の偏波極性との間で切り替えさせるように構成される、偏波極性スイッチを含んでもよい。本例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の偏波極性および／または第２の偏波極性で動作するように構成されてもよい。
【０１２４】
ある例示的実施形態では、システムリソース負荷バランシングの方法が開示される。本例示的実施形態では、方法は、以下のステップを含んでもよい：（１）第１のスポットビーム上の負荷が所望のレベルより高く、第２のスポットビーム上の負荷が付加的負荷に対応するために十分低いかどうかを判定するステップと、（２）第２のスポットビームの視野内の切替えのために利用可能な第１のスポットビーム上の消費者広帯域地上端末を識別するステップと、（３）切替えに利用可能な端末に、遠隔コマンドを送信するステップと、（４）遠隔コマンドに基づいて、第１のビームから第２のビームに、該端末内の色を切り替えるステップ。本例示的実施形態では、第１および第２のスポットビームはそれぞれ、異なる色である。
【０１２５】
ある例示的実施形態では、衛星通信システムが開示される。本例示的実施形態では、衛星通信システムは、以下を含んでもよい：多重スポットビームをブロードキャストするように構成される衛星と、種々の地理的場所における複数のユーザ端末アンテナシステムと、偏波極性および周波数のうちの少なくとも１つを切り替え、第１のスポットビームから第２のスポットビームに切り替えるために、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットのうちの少なくともいくつかに命令するように構成される、遠隔システムコントローラ。本例示的実施形態では、多重スポットビームは、少なくとも、第１の色の第１のスポットビームおよび第２の色の第２のスポットビームを含んでもよい。本例示的実施形態では、少なくとも、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットは、第１および第２のスポットビームも両方の視野の中に位置してもよい。
【０１２６】
以下の出願は、本主題に関連する：米国特許出願第１２／７５９，１２３号「ＡＣＴＩＶＥ ＢＵＴＬＥＲ ＡＮＤ ＢＬＡＳＳ ＭＡＴＲＩＣＥＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７１００号）；米国特許出願第１２／７５９，０４３号「ＡＣＴＩＶＥ ＨＹＢＲＩＤＳ ＦＯＲ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）；米国特許出願第１２／７５９，０６４号「ＡＣＴＩＶＥ ＦＥＥＤ ＦＯＲＷＡＲＤ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７３００号）；米国特許出願第１２／７５９，１３０号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７６００号）；米国特許出願第１２／７５８，９９６号「ＰＲＥＳＥＬＥＣＴＯＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６８００号）； 米国特許出願第１２／７５９，１４８号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＳＰＬＩＴＴＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．８７００号）；米国特許出願第１２／７５９，０５９号「ＭＵＬＴＩ−ＢＥＡＭ ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６５００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１３号「ＤＩＧＩＴＡＬ ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＡＣＴＩＶＥ ＶＥＣＴＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．９０００号）（その内容は、任意の目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）。
【０１２７】
効果、他の利点、および問題に対する解決策が、特定の実施形態に関して上述された。しかしながら、効果、利点、問題に対する解決策、および任意の効果、利点、または解決策を生じさせるか、あるいはより顕著となり得る、任意の素子は、任意または全部の請求項の重要、必須、または不可欠な特徴あるいは素子として解釈されるものではない。本明細書で使用されるように、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、またはそれらの任意の他の変形例は、素子のリストを備える、プロセス、方法、物品、または装置が、それらの素子のみを含むものではなく、明示的に列挙されない、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の素子を含み得るように、非排他的含有を網羅するものと意図される。さらに、本明細書に説明されるいかなる素子も、「不可欠」または「重要」として明示的に説明されない限り、本発明の実践のために要求されない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射素子と通信状態にある双方向アンテナ偏波器であって、該双方向アンテナ偏波器は、
送信信号および受信信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される少なくとも２つのベクトル発生器と、
該送信信号および該受信信号に対する信号ルーティングを制御するように構成される少なくとも１つのスイッチと
を備え、該双方向アンテナ偏波器は、該放射素子との半二重通信のために構成される、双方向アンテナ偏波器。
【請求項２】
前記少なくとも２つのベクトル発生器の各々は、前記送信信号および前記受信信号の独立フィードを処理する、請求項１に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項３】
前記少なくとも２つのベクトル発生器の各々は、個々に前記放射素子の２つのフィードポートと通信状態にある、請求項１に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項４】
前記双方向アンテナ偏波器の少なくとも一部は、シリコンゲルマニウム上に製造される、請求項１に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項５】
双方向アンテナ偏波器であって、
放射素子と通信状態にある少なくとも１つの送受信スイッチであって、該双方向アンテナ偏波器の送信モードまたは受信モードに基づいて信号ルーティングを制御するように構成される、少なくとも１つの送受信スイッチと、
該少なくとも１つの送受信スイッチと通信状態にある複数のベクトル発生器であって、送信信号および受信信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される、複数のベクトル発生器と
を備える、双方向アンテナ偏波器。
【請求項６】
送信入力信号を第１の送信信号および第２の送信信号に分配するように構成される、能動的パワー分割器をさらに備え、該第１の送信信号は、該複数のベクトル発生器の第１のベクトル発生器に提供され、該第２の送信信号は、該複数のベクトル発生器の第２のベクトル発生器に提供される、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項７】
前記複数のベクトル発生器の第３のベクトル発生器から第１の受信信号を受信し、該複数のベクトル発生器の第４のベクトル発生器から第２の受信信号を受信するように構成される能動的パワー結合器をさらに備え、該能動的パワー結合器は、該第１の受信信号と該第２の受信信号とを結合し、受信出力信号を形成する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項８】
前記双方向アンテナ偏波器は、送信モードおよび受信モードにおいて動作する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項９】
前記双方向アンテナ偏波器は、送信モードまたは受信モードにおいて動作する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項１０】
前記双方向アンテナ偏波器は、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波のうちの少なくとも１つを使用して、前記送信信号および前記受信信号を通信する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項１１】
前記複数のベクトル発生器は、所望のビーム操作、偏波、および振幅テーパを提供するように構成される、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項１２】
第１のフィードポートおよび第２のフィードポートを備える放射素子と通信状態にある双方向アンテナ偏波器であって、該双方向アンテナ偏波器は、
第１のベクトル発生器であって、該第１のベクトル発生器は、該第１のフィードポートと通信状態にあり、該第１のベクトル発生器は、スイッチを介して該第１のフィードポートと接続されることにより、スイッチの状態変化に応答して、送受信両方のために使用可能である、第１のベクトル発生器と、
第２のベクトル発生器であって、該第２のベクトル発生器は、該第２のフィードポートと通信状態にあり、該第２のベクトル発生器は、スイッチを介して該第２のフィードポートと接続されることにより、スイッチの状態変化に応答して、送受信両方のために使用可能である、第２のベクトル発生器と
を備え、該双方向アンテナ偏波器は、半二重通信のために構成される、双方向アンテナ偏波器。
【請求項１３】
受信データと送信データとの間で時分割するように構成される単一の開口アンテナであって、同期語が、規則的な間隔で該受信されたデータに投入されることにより、周期的なシステム同期を可能にする、単一開口アンテナ。
【請求項１４】
前記受信データと送信データとの間で時分割することは、半二重通信である、請求項１３に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１５】
前記規則的な間隔は、１ミリ秒乃至２０ミリ秒の範囲内にある、請求項１３に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１６】
前記データは、継続時間の間、可変である複数のフレームを備える、請求項１３に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１７】
前記同期語は、前記複数のフレーム内の位置に関わらず、前記規則的な間隔で前記データに投入される、請求項１６に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１８】
第１の衛星は、地上局から前記同期語を受信し、該地上局は、送信フレーム内の位置に関わらず、規則的な間隔で衛星に該同期語を投入する、請求項１３に記載の単一開口。
【請求項１９】
送受信機は、前記第１の衛星から第２の衛星へのハンドオフを促進するために、前記衛星送信における前記同期語の受信に応答して、該第１の衛星および第２の衛星との同期を判定する、請求項１８に記載の単一開口。
【請求項２０】
送受信機は、前記第１の衛星内のビームからビームへのハンドオフを促進するために、前記衛星送信における前記同期語の受信に応答して、該第１の衛星との同期を判定する、請求項１８に記載の単一開口。
【請求項１】
放射素子と通信状態にある双方向アンテナ偏波器であって、該双方向アンテナ偏波器は、
送信信号および受信信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される少なくとも２つのベクトル発生器と、
該送信信号および該受信信号に対する信号ルーティングを制御するように構成される少なくとも１つのスイッチと
を備え、該双方向アンテナ偏波器は、該放射素子との半二重通信のために構成される、双方向アンテナ偏波器。
【請求項２】
前記少なくとも２つのベクトル発生器の各々は、前記送信信号および前記受信信号の独立フィードを処理する、請求項１に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項３】
前記少なくとも２つのベクトル発生器の各々は、個々に前記放射素子の２つのフィードポートと通信状態にある、請求項１に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項４】
前記双方向アンテナ偏波器の少なくとも一部は、シリコンゲルマニウム上に製造される、請求項１に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項５】
双方向アンテナ偏波器であって、
放射素子と通信状態にある少なくとも１つの送受信スイッチであって、該双方向アンテナ偏波器の送信モードまたは受信モードに基づいて信号ルーティングを制御するように構成される、少なくとも１つの送受信スイッチと、
該少なくとも１つの送受信スイッチと通信状態にある複数のベクトル発生器であって、送信信号および受信信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される、複数のベクトル発生器と
を備える、双方向アンテナ偏波器。
【請求項６】
送信入力信号を第１の送信信号および第２の送信信号に分配するように構成される、能動的パワー分割器をさらに備え、該第１の送信信号は、該複数のベクトル発生器の第１のベクトル発生器に提供され、該第２の送信信号は、該複数のベクトル発生器の第２のベクトル発生器に提供される、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項７】
前記複数のベクトル発生器の第３のベクトル発生器から第１の受信信号を受信し、該複数のベクトル発生器の第４のベクトル発生器から第２の受信信号を受信するように構成される能動的パワー結合器をさらに備え、該能動的パワー結合器は、該第１の受信信号と該第２の受信信号とを結合し、受信出力信号を形成する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項８】
前記双方向アンテナ偏波器は、送信モードおよび受信モードにおいて動作する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項９】
前記双方向アンテナ偏波器は、送信モードまたは受信モードにおいて動作する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項１０】
前記双方向アンテナ偏波器は、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波のうちの少なくとも１つを使用して、前記送信信号および前記受信信号を通信する、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項１１】
前記複数のベクトル発生器は、所望のビーム操作、偏波、および振幅テーパを提供するように構成される、請求項５に記載の双方向アンテナ偏波器。
【請求項１２】
第１のフィードポートおよび第２のフィードポートを備える放射素子と通信状態にある双方向アンテナ偏波器であって、該双方向アンテナ偏波器は、
第１のベクトル発生器であって、該第１のベクトル発生器は、該第１のフィードポートと通信状態にあり、該第１のベクトル発生器は、スイッチを介して該第１のフィードポートと接続されることにより、スイッチの状態変化に応答して、送受信両方のために使用可能である、第１のベクトル発生器と、
第２のベクトル発生器であって、該第２のベクトル発生器は、該第２のフィードポートと通信状態にあり、該第２のベクトル発生器は、スイッチを介して該第２のフィードポートと接続されることにより、スイッチの状態変化に応答して、送受信両方のために使用可能である、第２のベクトル発生器と
を備え、該双方向アンテナ偏波器は、半二重通信のために構成される、双方向アンテナ偏波器。
【請求項１３】
受信データと送信データとの間で時分割するように構成される単一の開口アンテナであって、同期語が、規則的な間隔で該受信されたデータに投入されることにより、周期的なシステム同期を可能にする、単一開口アンテナ。
【請求項１４】
前記受信データと送信データとの間で時分割することは、半二重通信である、請求項１３に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１５】
前記規則的な間隔は、１ミリ秒乃至２０ミリ秒の範囲内にある、請求項１３に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１６】
前記データは、継続時間の間、可変である複数のフレームを備える、請求項１３に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１７】
前記同期語は、前記複数のフレーム内の位置に関わらず、前記規則的な間隔で前記データに投入される、請求項１６に記載の単一開口アンテナ。
【請求項１８】
第１の衛星は、地上局から前記同期語を受信し、該地上局は、送信フレーム内の位置に関わらず、規則的な間隔で衛星に該同期語を投入する、請求項１３に記載の単一開口。
【請求項１９】
送受信機は、前記第１の衛星から第２の衛星へのハンドオフを促進するために、前記衛星送信における前記同期語の受信に応答して、該第１の衛星および第２の衛星との同期を判定する、請求項１８に記載の単一開口。
【請求項２０】
送受信機は、前記第１の衛星内のビームからビームへのハンドオフを促進するために、前記衛星送信における前記同期語の受信に応答して、該第１の衛星との同期を判定する、請求項１８に記載の単一開口。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１２−５２３８０３（Ｐ２０１２−５２３８０３Ａ）
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０６１３２（Ｐ２０１２−５０６１３２）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３０９０６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２０７９０
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０１１５２０２０）ビアサット・インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３０９０６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２０７９０
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０１１５２０２０）ビアサット・インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]