１−Ｄ電子走査型の衛星用ユーザ端末アンテナ
衛星通信システムと併用するための固定式地上ユーザ端末アンテナ。この衛星通信システムにおいて、衛星は、間隔を空けて配置された複数の軌道面からなる配列で地球を周回し、複数の軌道面の各軌道面は複数の衛星を有する。ユーザ端末アンテナは、基部と、基部に接続された傾斜プレートとを含む。一本の軸に沿って走査する１次元の電子操作型フェーズドアレイアンテナを有するユーザ端末アンテナが、傾斜プレートに取付けられ、それによってアレイアンテナは、傾斜プレートが傾斜するのに伴って傾斜する。アレイアンテナは、個々の衛星がアレイアンテナの視野を通行するのに伴い、複数の軌道面の一軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星を追跡する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、衛星通信システム用のユーザ端末アンテナに関し、より特定的には、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で衛星が地球を周回し、かつ、複数の軌道面の各軌道面が複数の衛星を有する衛星通信システムのためのユーザ端末アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で衛星が地球を周回し、かつ、複数の軌道面の各軌道面が複数の衛星を有する衛星通信システムは、衛星通信システムと通信するためにユーザ端末アンテナ（「ＵＴＡ」）を用いる。ＵＴＡは、ＵＴＡが空を見晴らせる位置で地上に固定される。ＵＴＡは視野を有しており、この視野内で、視野内に存在する衛星通信システムのどのような衛星とも通信できる。
【０００３】
地球の自転により、複数の軌道面の各軌道面は、地球が自転するのに伴ってＵＴＡの東西の視野内に上昇入来し、そこを通過し、そこから下降退出する。すなわち、地球が自転するのに伴い、ＵＴＡの視野内に存在する、複数の軌道面のうちの特定の軌道面が変化していく。一般的な衛星通信システムは十分な数の軌道面を用いているため、１つの軌道面がＵＴＡの視野から下降退出すると別の軌道面がＵＴＡの視野内に上昇入来し、そのためＵＴＡの視野内には軌道面が常に存在する。加えて、各軌道面上の複数の衛星が地球を周回するため、複数の軌道面のうちの１つの軌道面がＵＴＡの視野内に存在する際に、複数の衛星がその軌道面上で移動するのに伴い、その軌道面上の複数の衛星がＵＴＡの視野内に上昇入来し、そこを通過し、そこから下降退出する。すなわち、複数の衛星がその軌道面上で周回するのに伴い、ＵＴＡの視野内に存在してその軌道面上にある複数の衛星のうちの特定の衛星が変化していく。一般的な衛星通信システムは、各軌道面上で十分な数の衛星を使用しているため、１つの軌道面上の複数の衛星のうち少なくとも１つの衛星がＵＴＡの視野内に常に存在して、連続した通信が行なわれ得る。複数の衛星によるＵＴＡの視野への上昇入来、通過、およびそこからの下降退出は、その軌道面がＵＴＡの視野内に存在する限り続く。その軌道面がＵＴＡの視野を通過すると、複数の軌道面のうちの異なる軌道面がＵＴＡの視野内に入り、異なる軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星がＵＴＡの視野を通過するため、ＵＴＡの視野内には衛星通信システムの少なくとも１つの衛星が常に存在する。
【０００４】
地球の自転および軌道面上での複数の衛星の周回により、ＵＴＡは、１）個々の衛星がＵＴＡの視野を通過するのに伴い個々の衛星を捕捉および追跡し、２）以前に捕捉および追跡した個々の衛星がＵＴＡの視野を出た後、同一軌道面上の異なる個々の衛星を捕捉および追跡し、３）軌道面がＵＴＡの視野を通過するのに伴い、その軌道面を追跡し、４）以前に追跡した個々の軌道面がＵＴＡの視野を出た後、複数の軌道面のうちの異なる個々の軌道面を追跡することが可能でなければならない。したがって、ＵＴＡは、特定の軌道面内にある複数の衛星の上空軌跡（sky track）を追跡するだけでなく、ＵＴＡの視野内に存在する際に、地球の自転による複数の軌道面の動きを追跡することが可能でなければならない。
【０００５】
このような衛星通信システムと通信するための一般的な先行技術のＵＴＡは、二重放物面反射器（dual dish）の構成を用いる。二重放物面反射器の構成では、第１の放物面反射器がＵＴＡの視野内の衛星を追跡してこの衛星と通信し、第２の放物面反射器が、この
視野に入ってくる別の衛星を捕捉するか、または捕捉する準備をする。この態様で、通信が何ら中断されずに通信機能が第１の放物面反射器から第２の放物面反射器に移管され得る。或る衛星から別の衛星への通信の移管をハンドオフと呼ぶ。二重放物面反射器の設計は、面内および面間両方の衛星のハンドオフに対して連続した通信を提供することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術におけるこれらの二重放物面反射器のＵＴＡには欠点がないわけではない。二重放物面反射器のＵＴＡはサイズが相対的に大きい。二重放物面反射器のＵＴＡが大型であることから取扱いおよび設置が難しくなる。大型であれば見た目に良くない。加えて、地方条例によっては、二重放物面反射器のＵＴＡを好ましい位置に、たとえば屋根の上、または遮られずに空を見晴らせる他の位置に設置することを禁止することが考えられる。
【０００７】
二重放物面反射器のＵＴＡに代わる先行技術の代替例は、二重放物面反射器の代わりに２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを用いる。２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナは基本的に平坦であり、アセンブリ全体のサイズは、二重放物面反射器のＵＴＡのサイズよりもかなり小さい。しかしながら、２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナは、二重放物面反射器のＵＴＡに比べて非常に高価である。２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナが高コストであるため、このようなＵＴＡを購入して衛星通信システムを利用するだけの余裕がある潜在的ユーザの数を制限してしまう。衛星通信システムの潜在的ユーザの数を制限してしまうことで、このようなシステムを開発および配備する経済的な根拠が変化して、このシステムを経済的に実用不可能にするおそれがある。
【０００８】
したがって、小型であって、それによりＵＴＡの設置が簡単になり、見た目が良く、ＵＴＡの望ましい位置での配置を管理する一般的な地方条例に抵触しないＵＴＡが必要とされる。さらに、ＵＴＡが使用されるべき衛星通信システムが経済的に実現可能となるように、ＵＴＡのコストは多数の潜在的ユーザに手頃なものとなるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
この発明は、衛星通信システムと併用するための先行技術のＵＴＡに関連する欠点を克服するＵＴＡに向けられており、この衛星通信システムでは、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配置で衛星が地球を周回し、複数の軌道面の各軌道面が複数の衛星を有する。この発明は、このようなＵＴＡを使用する方法にも向けられる。
【００１０】
この発明のＵＴＡは、ＵＴＡを支持する基部を有する。この基部に傾斜プレートが接続される。傾斜プレートは、基部を基準として傾斜され得る。この傾斜プレートに、１本の走査軸に沿って走査する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナ（以降「アレイアンテナ」）が取付けられる。このアレイアンテナは、傾斜プレートが傾斜するのに伴い傾斜する。複数の軌道面のうち１つの軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星がアレイアンテナの視野を通行するのに伴い、アレイアンテナは個々の衛星を追跡し、それによりアレイアンテナは、個々の衛星との間でデータを送受信することができる。
【００１１】
アレイアンテナの走査軸は、複数の軌道面上にある複数の衛星の軌道とほぼアライメントされるように配向されることが好ましく、それにより、複数の軌道面のうち第１の軌道面上にある複数の衛星のうち第１の衛星がアレイアンテナの視野を通行するのに伴い、アレイアンテナは第１の軌道面上にある第１の衛星を追跡することができる。より好ましくは、走査軸とほぼアライメントされている１本の傾斜軸の周りで傾斜プレートが傾斜し、
アレイアンテナが第１の軌道面上の第１の衛星を追跡するのに伴い、この傾斜軸の周りで傾斜プレートが傾斜する。傾斜プレートが傾斜することによって地球の自転を補償し、それにより、アレイアンテナの視野は第１の軌道面に向けて配向された状態を保ち、アレイアンテナは第１の軌道面上にある第１の衛星との間でデータを送受信できる。
【００１２】
第１の軌道面上にあり、アレイアンテナによって追跡されている第１の衛星が、アレイアンテナの視野内の予め定められた衛星解放位置に到達すると、アレイアンテナは、第１の軌道面上にある第１の衛星の追跡から、第１の軌道面上にある複数の衛星のうち第２の衛星の追跡へと切換わる。第１の軌道面上の第２の衛星がアレイアンテナの視野内の予め定められた衛星解放位置に到達すると、アレイアンテナは、第１の軌道面上にある第２の衛星の追跡から、第１の軌道面上にある複数の衛星のうち第３の衛星の追跡へと切換わる。第１の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達するまで、第１の軌道面上にある複数の衛星の各衛星に対してこの手順が続く。
【００１３】
第１の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達すると、アレイアンテナは、第１の軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星の追跡から、複数の軌道面のうち第２の軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星の追跡へと切換わる。第１の軌道面上にある個々の衛星の追跡から第２の軌道面上にある個々の衛星の追跡へとアレイアンテナの切換を行なうために、傾斜プレートは、予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜軸の周りで傾斜する。軌道面の切換は、傾斜プレートのフライバック（retrace）によって達成される。予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜プレートが傾斜することにより、アレイアンテナの視野が、複数の軌道面のうち第２の軌道面に向けて配向され、それによって複数の軌道面のうち第２の軌道面上にある複数の衛星のうち第１の個々の衛星を追跡することができ、第２の軌道面上にある第１の個々の衛星との間でデータを送受信することができる。次に、アレイアンテナは、第２の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達するまで、第２の軌道面上にある複数の衛星の各衛星を追跡し始める。第２の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達した時点で、傾斜プレートは、予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜軸の周りで傾斜している。予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜プレートが傾斜することにより、アレイアンテナの視野は、複数の軌道面のうち第３の軌道面に向けて配向され、それによって複数の軌道面のうち第３の軌道面上にある複数の衛星のうち第１の個々の衛星が追跡され得、第３の軌道面上にある第１の個々の衛星との間でデータが送受信され得る。この過程は、複数の軌道面の各軌道面に対して続けられて無限に繰返される。
【００１４】
１本の傾斜軸を有する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを用いることにより、小型のＵＴＡが提供される。加えて、１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナのコストは、２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナのコストよりもはるかに小さい。したがって、この発明は、上述の衛星通信システムとの併用が可能な、安価で小型かつ単純なＵＴＡを提供することにより、先行技術のＵＴＡの欠点を克服する。
【００１５】
この発明の利用可能性のさらに別の領域が、以下に提示する詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例はこの発明の好ましい実施例を示しているが、これらは例示のためにだけ意図されており、この発明の範囲を限定するように意図されていないことを理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【００１７】
好ましい実施例の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は、本質的に単に例示であり、この発明、その用途または使途を限定するように意図されていない。
【００１８】
図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、この発明の好ましい実施例に従ったユーザ端末アンテナ（ＵＴＡ）２０が示される。ＵＴＡは屋根の上部等の取付具２４に取付けられた基部２２を有する。基部２２は、基部２２から上方に延びる架台２６を有する。架台２６にジンバル２８が取付けられる。ジンバル２８に傾斜プレート３０が取付けられる。傾斜プレート３０に、１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナ（アレイアンテナ）３２が取付けられる。基部２２にレードーム３４が取付けられてＵＴＡ２０を被覆し、それによりＵＴＡ２０は環境から保護される。ＵＴＡ２０はコントローラ３６に接続される。コントローラ３６はＵＴＡ２０の動作を制御する。
【００１９】
ＵＴＡ２０は、衛星通信システム３８と併用するために設計されている。この衛星通信システム３８において、衛星４０は、或る配列で地球４１を周回する。この配列は、間隔をあけて配置された複数の軌道面４４からなる。軌道面４４は、高度に傾斜した軌道面であることが好ましい。高度に傾斜した軌道面は、地球の赤道面に対して約７０°〜１１０°の傾斜角を有する。
【００２０】
各軌道面４４は複数の衛星４０を有し、これらの複数の衛星は軌道面４４上で地球４１を周回する。軌道面４４は間隔をあけて配置されていることが好ましく、それによって軌道面４４は地球４１の全体に対する衛星の有効範囲を提供できる。より好ましくは、軌道面４４は等間隔で配置されている。
【００２１】
この発明および方法を説明するために、軌道面４４上の衛星４０の軌道は、真の極軌道として図面に存在しかつ示されているものとして論じられる。しかしながら、開示されたこの発明および方法を、極軌道ではないか、または極軌道に近い軌道面４４上で地球４１を周回する衛星４０にも同様に適用できることを理解されたい。したがって、この発明および方法は、極軌道である軌道面４４上で衛星４０が地球４１を周回する衛星通信システム３８に限定されず、極軌道ではない軌道面４４上で地球４１を周回する衛星４０は、請求項によって規定されるこの発明の範囲内に入る。
【００２２】
好ましくは、図２に示されるように、軌道面４４上の衛星４０の軌道は、極軌道であるか、または極軌道に近い。図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、衛星４０が極軌道面４４上で地球４１の表面４５の上方を周回する際に、各衛星４０は地球の表面４５上に地表面軌跡（ground track）４６を投影する。図４Ａは、任意に選択された４０°の仰角で、ＵＴＡ２０の視野４７内において地球の表面４５上に投影された地表面軌跡４６を示す。図４Ａにおいて、衛星４０は南から極軌道に上昇入来して北に下降する。図４Ｂは、同じ衛星４０が極軌道において北から上昇して南に下降する際に、４０°の仰角でＵＴＡ２０の視野４７内において地球４１の反対側に衛星４０が地表面軌跡４６を描いていることを示す。地球４１が自転しなければ、同じ軌道面４４内の各衛星４０の地表面軌跡４６はすべてがアライメントされて重複し、極軌道の場合、地表面軌跡４６は南北に延びる１つの地表面軌跡４６となるはずである。しかしながら、実際には地球４１が自転しているため、図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、衛星４０が地球の表面４５の上方で周回するのに伴い、地表面軌跡４６は西に傾斜する。地表面軌跡４６の西への傾斜は、地球４１の自転により生じる。地球４１の自転により、個々の軌道面４４は、地球の表面４５に沿って東から西に移動する。その結果、軌道面４４内の各衛星４０は、地球４１が自転するのに伴い、地球の表面４５上に異なる地表面軌跡４６を投影する。たとえば、図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、軌道面４４上で周回する複数の衛星４０により、地球の表面４５上に１３の異なる地表面軌跡４６が投影される。１３の異なる地表面軌跡４６を示しているのは単に例示のためであり、地表面軌跡４６の実際の数はＵＴＡ２０の機能および衛星通信システム３８の詳細に依存して変化することを理解されるべきである。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、軌道面４４上で地球４１を周回する衛星４０によって投影された地表面軌跡４６は、複数の衛星４０を有する各軌道面４４に対して地球の表面４５の全体にわたって繰返される。図２で分かるように、地球４１が自転するのに伴い、ＵＴＡ２０が配置されている地球の表面４５上を通過する特定の軌道面４４が変化する。すなわち、地球４１が自転するのに伴い、ＵＴＡの視野４７を異なる軌道面４４が通過する。
【００２４】
アレイアンテナ３２は、１本の走査軸４８に沿って走査することができる。好ましくは、アレイアンテナ３２の走査軸４８は、複数の軌道面４４上の複数の衛星４０の軌道とアライメントされる。すなわち、極の上を通る軌道面４４上で衛星４０が地球４１を周回する際に、走査軸は南北方向に配向されることが好ましい。アレイアンテナ３２の走査軸４８を複数の軌道面４４上の複数の衛星４０の軌道とアライメントするように配向することにより、以下により詳細に論じるように、衛星４０がＵＴＡ２０の視野４７内で地球４１を周回するのに伴い、アレイアンテナ３２は、軌道面４４上の複数の衛星４０を追跡することができる。アレイアンテナ３２は、アレイアンテナ３２が追跡している任意の衛星４０との間でデータの送受信ができる。
【００２５】
アレイアンテナ３２は、開口が２つのアレイアンテナ３２であることが好ましく、それによってアレイアンテナ３２は、アレイアンテナ３２が追跡している衛星４０との間でデータの送受信を同時に行なうことができる。好ましくは、アレイアンテナ３２は別個の送信開口５０と受信開口５２とを有する。しかしながら、１つの組合わさった送受信開口を使用することができ、これもなお、請求項によって規定されたこの発明の範囲内に入ることを理解されるべきである。送信開口５０を用いて、アレイアンテナ３２が追跡している衛星４０にデータを送信する。受信開口５２を用いて、アレイアンテナ３２が追跡している衛星４０から送信されているデータを受信する。送信開口５０および受信開口５２は、長さ５４および５６、ならびに幅５８および６０をそれぞれ有する。好ましくは、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６は、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０よりも大きい。好ましくは、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６は走査軸４８に沿って延び、送信開口５０または受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０は、それぞれの長さ５４および５６に対してほぼ垂直である。しかしながら、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６は走査軸４８に沿って延びる必要はなく、幅５８および６０はそれぞれの長さ５６および５６に対して垂直である必要はなく、これらのことが請求項によって規定されるこの発明の範囲内にあることを理解されるべきである。
【００２６】
当該技術で公知であるように、所定の方向において開口が狭くなるほど、この開口が上述の所定の方向に投射するアンテナビームの幅が広くなる。したがって、開口によって追跡されている軌道を軸に沿って非常に正確に追跡できる場合、その開口の幅をその軸に沿って一層広くしてビームの幅を狭くすることができ、逆に、開口によって追跡されている軌道を軸に沿って正確に追跡できない場合、その開口の幅をその軸に沿って一層狭くして、追跡されている軌道を網羅する一層幅の広いビームを生成しなければならない。走査軸４８に沿ったアレイアンテナ３２の電子走査は極めて正確であり、閉ループ追跡または開ループ追跡のいずれかによって達成される。したがって、アンテナ開口５０および５２の長い寸法に対応する電子走査軸に沿って、幅の狭いビームが衛星４０を網羅することができる。
【００２７】
次に図６を参照すると、南極上方から地球４１上を見下ろした斜視図から、１つの軌道面４４上で地球４１を周回する１つの衛星４０の極度に単純化した図が示される。ＵＴＡ２０が地球４１の赤道６２上に位置付けられていて、ＵＴＡ２０が軌道面４４とアライメントされていない場合、個々の衛星４０は湾曲した上空軌跡６４を有する。すなわち、個
々の衛星４０が６８によって示されるように上昇位置または下降位置にある場合、個々の衛星４０は水平線上に低く現れる。個々の衛星４０が軌道面４４上で地球４１を周回し、個々の衛星４０が７０として示されるＵＴＡ２０の真西（または図示していないが真東）にある位置に接近すると、個々の衛星４０は水平線上の最も高い位置に現れる。同様に、衛星が位置６８において上昇および下降する際に、衛星は水平線上の最も低い位置に現われる。このことは、ユーザ端末２０が軌道面４４上にある衛星４０の上空軌跡６４の真下にないとき、軌道面４４上で周回する各衛星４０に当てはまる。上空軌跡６４の曲率には、東西方向に幅を拡げたビームを用いるか、または衛星の位置変化を東西方向に機械的に追跡することによって対応することができる。送信開口５０および受信開口５２のビーム幅は、衛星４０が上昇位置６８から真西の位置７０（または図示していないが真東の位置）へ、および下降する位置６８へと周回するのに伴い、衛星４０の仰角の変化を補償するのに十分な幅を有している必要がある。軌道が極軌道である場合、送信開口５２および受信開口５４のそれぞれの幅５８および６０は、東西方向とほぼアライメントされていることが好ましい。したがって、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０は、衛星４０が地球４１を周回するのに伴い、個々の衛星４０の仰角の変化を網羅する幅広いビームを生成するように設計される。アレイアンテナ３２は東西方向に沿って電子的に走査しないため、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０は、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６よりも狭いことが好ましい。送信開口５０および受信開口５２のそれぞれによって投射されるビームの幅は、アレイアンテナ３２の視野７１を規定する。すなわち、アレイアンテナ３２の視野７１は、アレイアンテナ３２の視野７１内においてアレイアンテナ３２が任意の衛星４０との間でデータの送受信を行なうことのできる空間領域を表わす。
【００２８】
ジンバル２８により、傾斜プレート３０は基部２２に対して傾斜できる。ジンバル２８により、傾斜プレート３０は１本の傾斜軸７２の周りで傾斜できる。傾斜軸７２は、アレイアンテナ３２の電子走査方向４８とアライメントされることが好ましい。傾斜軸７２を走査方向４８とアライメントすることにより、アレイアンテナ３２は走査軸４８に対して垂直に傾斜する。以下により詳細に論じるように、傾斜軸７２の周りでアレイアンテナ３２を傾斜させることにより、地球４１が自転するのに伴ってアレイアンテナ３２の視野７１は軌道面４４に向けて配向された状態を保ち、軌道面４４がＵＴＡ２０の東からＵＴＡ２０の真上を経てＵＴＡ２０の西へと移動するのに伴い、アレイアンテナ３２は、軌道面４４上の個々の衛星４０を追跡することができる。図３で分かるように、傾斜軸７２がアレイアンテナ３２の走査軸４８とアライメントされて走査軸４８が南北方向に延びる場合、アレイアンテナ３２は南北方向に沿って電子的に走査することができ、かつ、東西方向に沿って傾斜することができる。
【００２９】
ＵＴＡ２０の視野４７は、アレイアンテナ３２の視野と、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜することのできる範囲とによって規定される。すなわち、ＵＴＡ２０の視野４７は、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜することのできる最大範囲の全範囲を動くアレイアンテナ３２の視野７１の投影である。したがって、ＵＴＡ２０の視野４７は、衛星４０が中に存在することができてかつＵＴＡ２０と通信することのできる領域を表わす。
【００３０】
ＵＴＡ２０に接続されたコントローラ３６は、アレイアンテナ３２の電子走査に加え、傾斜軸７２を中心としたアレイアンテナ３２の傾斜を制御する。コントローラ３６は衛星通信システム３８の配列の軌道情報を知っており、それによりコントローラ３６は、ＵＴＡ２０の動作を制御して衛星通信システム３８との接触を維持することができる。傾斜軸７２を中心にアレイアンテナ３２を傾斜させることにより、アレイアンテナ３２の配向と、アレイアンテナ３２の関連する視野７１の配向とを変化させる。すなわち、アレイアンテナ３２の視野７１は、傾斜軸７２を中心にアレイアンテナ３２を傾斜させて走査軸４８
に沿って電子的に走査することにより、空中の任意の特定の地点に向けて配向され得る。したがって、ＵＴＡ２０は、ＵＴＡ２０の動作範囲内およびＵＴＡ２０の視野４７内を通過する、軌道面４４上の個々の衛星４０を追跡することができる。
【００３１】
傾斜軸７２を走査軸４８とほぼアライメントされたものとして説明し示してきたが、このことが、衛星４０による極軌道の場合についてのものであることを理解されるべきである。傾斜軸７２は、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜して地球４１の自転を補償できるように配向される。軌道が極軌道ではない場合、傾斜軸７２は走査軸４８とほぼアライメントされないことが多く、傾斜プレート３０は、走査軸４８が軌道面４４とほぼアライメントされている間に地球４１の自転を補償することができる。したがって、傾斜軸７２は、請求項によって規定されるこの発明の範囲内に収まるように走査軸４８とアライメントされる必要がないことを理解されるべきである。
【００３２】
ＵＴＡ２０の上述の視野４７は、ＵＴＡ２０が任意の衛星４０と通信可能なＵＴＡ２０の最大視野を表わす。しかしながら、ＵＴＡ２０の最大視野のあらゆる部分において、障害物が衛星４０とのＵＴＡ２０の通信を妨げるおそれがある。典型的な障害物は、建築物、樹木、またはＵＴＡ２０の視野４７を最大視野未満に縮小する干渉源等の物体であり得る。実施上の考慮事項もまた、視野４７を最大視野未満に縮小する。たとえば、軌道面４４の数および間隔、ならびに軌道面４４内における複数の衛星４０の数および間隔は、衛星通信システム３８と通信するために最大視野の全体を必ずしも使用する必要がないように、複数の軌道面４４および複数の衛星４０が最大視野内に同時に存在し得るようなものであることが考えられる。したがって、ＵＴＡ２０の一般的な視野４７は、ＵＴＡ２０の最大視野の一部である。この発明を説明するために、ＵＴＡ２０の最大視野と視野４７との間の区別をこれ以上行なわず、単に視野４７と呼ぶことにする。したがってＵＴＡ２０の視野４７は、その中でＵＴＡ２０が衛星通信システム３８の任意の衛星４０と通信することのできる空間領域を表わす。
【００３３】
衛星通信システム３８と通信することが望まれる際に、アレイアンテナ３２の視野７１が複数の軌道面４４のうち第１の軌道面７６に向けて配向されるまで、コントローラ３６は傾斜軸７２の周りでアレイアンテナ３２を傾斜させる。好ましくは、コントローラ３６は、傾斜軸７２の周りでアレイアンテナ３２を傾斜させ、それによりアレイアンテナ３２の走査軸４８は、第１の軌道面７６とほぼアライメントされる。コントローラ３６が複数の軌道面４４の各軌道面４４上にある複数の衛星４０の軌道および位置について既知であるため、コントローラ３６は、特定の軌道面４４内の特定の衛星４０が、いつＵＴＡ２０の視野４７内に入り、ＵＴＡ２０による捕捉および追跡が可能になるかを予測することができる。第１の軌道面７６がアレイアンテナ３２の視野７１内に入るようにアレイアンテナ３２が傾斜されると、コントローラ３６はアレイアンテナ３２に対し、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が配置されている位置を電子的に走査させ、それによりアレイアンテナ３２は、第１の衛星７４を捕捉することができる。アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を捕捉すると、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が地球４１を周回するのに伴いアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴って、アレイアンテナ３２は第１の衛星７４を電子的に追跡する。好ましくは、コントローラ３６は、アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を電子的に追跡するのに伴い傾斜軸７２の周りで傾斜プレート３０を傾斜させ、それによってアレイアンテナ３２の視野７１は、アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を追跡している間、第１の軌道面７６に向けて配向された状態を保つ。傾斜軸７２の周りで傾斜プレート３０が傾斜することによって地球４１の自転を補償し、それにより視野７１および電子走査軸４８は、地球４１が自転する間、第１の軌道面７６に向けて配向された状態を保つ。
【００３４】
図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が予め定められ
た衛星解放位置７８に到達すると、アレイアンテナ３２は第１の軌道面７６上の第１の衛星７４の追跡から第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の追跡へと切換わる。アレイアンテナ３２が傾斜軸７２の周りで傾斜され、それによってアレイアンテナ３２の視野７１が第１の軌道面７６に向けて配向されているため、第１の軌道面７６上にある第１の衛星７４の追跡から第１の軌道面７６上にある第２の衛星８０の追跡への切換は、アレイアンテナ３２の視野７１内の予め定められた衛星捕捉位置８２まで走査軸４８に沿って電子的に走査（フライバック）することによって達成できる。この切換は、アンテナビームをほぼ瞬時にフライバックすることによって達成される。この発明で使用される電子走査型フェーズドアレイアンテナの特性は、これらのアンテナが、ほぼ瞬時にその走査角を変更できることである。したがって、同一軌道面上における１つの衛星から別の衛星への切換は、通信が失われることなく達成される。アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４の追跡から第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の追跡へと切換わると、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４がアレイアンテナ３２の視野７１内の予め定められた衛星解放位置７８を通過して進行し続けるのに伴い、アレイアンテナ３２は、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４の追跡を中止することによって第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を解放する。次に、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０が第１の軌道面７６上で地球４１を周回して、予め定められた衛星捕捉位置８２と予め定められた衛星解放位置７８との間でアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴い、アレイアンテナ３２は、上述のように第１の軌道面７６上の第２の衛星８０を捕捉し、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の追跡を開始する。個々の衛星４０の解放、走査軸４８に沿った電子的走査、および同一軌道面内の異なる個々の衛星４０の捕捉を、面内のフライバックと呼ぶ。走査軸４８に沿ったアレイアンテナ３２の走査が電子的に行なわれるため、切換はほぼ瞬時である。ほぼ瞬時の切換により、面内のフライバック中にＵＴＡ２０と衛星通信システム３８との間で送信されているデータの損失が防止される。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｂは、第１の軌道面７６がＵＴＡ２０の視野４７を通過するのに伴った面内のフライバックを表わす２次元の図を示す。視野４７は、４０°を超える仰角で地球４１の表示上に重ね合わされている。第１の衛星７４が第１の軌道面７６上で地球４１を周回するのに伴い、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４によって投影された地表面軌跡８４が示される。地表面軌跡８４は、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が衛星捕捉位置８２を通過し、ＵＴＡ２０の視野４７を通行し、衛星解放位置７８を通過することを示す。アレイアンテナ３２による、第１の軌道面７６上にある第１の衛星７４の電子的追跡が、矢印８６によって表わされる。上で論じたように、アレイアンテナ３２は、第１の衛星７４がＵＴＡ２０の視野４７を通過するのに伴い、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が衛星解放位置７８を通過するまで第１の衛星７４を追跡する。
【００３６】
第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が衛星解放位置７８に到達すると、アレイアンテナ３２は、矢印８７によって表わされる面内のフライバックを行なう。上で論じたように、アレイアンテナ３２は、予め定められた衛星捕捉位置８２まで第１の軌道面７６に沿って電子的に走査する。図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、面内のフライバックは真の南北方向の電子走査である。なぜなら、走査軸４８が南北方向となるようにアレイアンテナ３２が配向されているためである。また、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４によって投影された地表面軌跡８４が、地球４１の自転により西に傾斜していることも分かる。第１の軌道面７６上の第１の衛星７４がアレイアンテナ３２の視野７１を通過する際の第１の衛星７４の追跡経路８６もまた、西に傾斜している。なぜなら、アレイアンテナ３２の視野７１が第１の軌道面７６に向けて配向された状態を保つように、アレイアンテナ３２が傾斜軸７２の周りで傾斜されているためである。
【００３７】
第１の軌道面７６上の第２の衛星８０によって投影された地表面軌跡９０が図４Ａに示される。アレイアンテナ３２が面内のフライバック８７を行なって衛星捕捉位置８２まで
電子的に走査すると、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０がアレイアンテナ３２の視野７１内に入り、アレイアンテナ３２によって捕捉される。次にアレイアンテナ３２は、矢印９２によって示されるように、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０がアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴い、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の経路を追跡する。第１の軌道面７６上の第２の衛星８０が衛星解放位置７８に到達すると、アレイアンテナ３２は矢印９４によって示される面内のフライバックを行ない、アレイアンテナ３２は、第１の軌道面７６上にある第２の衛星８０の追跡を中止することによって第１の軌道面７６上にある第２の衛星８０を解放する。次にアレイアンテナ３２は、衛星解放位置７８から衛星捕捉位置８２まで第１の軌道面７６の軌道経路に沿って電子的に走査し、第１の軌道面７６上にある複数の衛星４０のうち第３の衛星９６が捕捉、追跡、および解放され得る。軌道面４４上にある衛星４０を捕捉、追跡、および解放してから、同一軌道面４４内の別の衛星４０を捕捉、追跡、および解放する過程は、予め定められた軌道面の解放位置９８に軌道面４４が入るまで繰返され、その時点で面間のフライバックが行なわれる。
【００３８】
第１の軌道面７６が予め定められた軌道面解放位置９８に至ると、ＵＴＡ２０は面間のフライバックの矢印９９によって示される面間のフライバックを行なう。このフライバックは、ＵＴＡ２０が、衛星解放位置７８から衛星捕捉位置８２までアレイアンテナ３２に電子的に走査またはフライバックさせ、それと同時にアレイアンテナ３２を軌道面解放位置９８から軌道面捕捉位置１００まで傾斜軸７２の周りで傾斜させることによって行なわれる。面間のフライバック９９により、アレイアンテナ３２の視野７１は、第１の軌道面７６に向けて配向されていたところから、複数の軌道面４４のうち第２の軌道面１０２に向けて配向されるようになる。次にアレイアンテナ３２は、第２の軌道面１０２上にある複数の衛星４０のうち第１の衛星１０４を捕捉する。次に、第２の軌道面１０２上にある第１の衛星１０４が衛星捕捉位置８２と衛星解放位置７８との間でアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴い、アレイアンテナ３２は第２の軌道面１０２上にある第１の衛星１０４を追跡し始める。次にアレイアンテナ３２は、第２の軌道面１０２に沿って面内のフライバックを行ない、第２の軌道面１０２上にある複数の衛星４０のうち第２の衛星１０８を捕捉する。第２の軌道面１０２上の衛星４０を捕捉、追跡、および解放し、その後第２の軌道面１０２上の別の衛星４０をフライバック、捕捉、追跡、および解放する過程は、予め定められた軌道面解放位置９８に第２の軌道面１０２が到達するまで繰返され、その時点で上で論じたように面間のフライバックが行なわれ、複数の軌道面４４のうち第３の軌道面１１２上にある複数の衛星４０のうち第１の衛星１１０が捕捉、追跡、および解放され得る。
【００３９】
軌道面４４上のさまざまな衛星４０の捕捉、追跡、および解放を行なうアレイアンテナ３２の上述の過程は、ＵＴＡ２０と衛星通信システム３８との間で通信が所望されなくなるまで引続き繰返される。この過程により、ＵＴＡ２０は通信システム３８と接触し続けることができる。面間のフライバック９９が生じると、機械的な傾斜運動を得るために時間が必要とされるため、ＵＴＡ２０と衛星通信システム３０との間の通信が一時的に失われる。すなわち、アレイアンテナ３２の視野７１が軌道面解放位置９８において第１の軌道面７６に向けて配向されるようにアレイアンテナ３２が位置付けられているため、アレイアンテナ３２の視野７１が軌道面捕捉位置１００において第２の軌道面１０２に向けて配向されるまで、傾斜軸７２の周りでジンバル２８が回転しなければならない。予め定められた軌道面捕捉位置１００を基準とした、予め定められた軌道面解放位置９８の位置に依存して、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜しなければならない傾斜度が変化し得る。したがって、面間のフライバックを行なうのに必要な時間量もまた変化する。面間のフライバック動作に数秒を要することが予想される。したがって、面間のフライバックが生じる前に、衛星通信システム３８とコントローラ３６との間で面間のフライバック中の通信を停止するデータ転送プロトコルが確立されることが好ましい。データ転送プロ
トコルは、面間のフライバックが完了するまでコントローラ３６および衛星通信システム３８がデータを互いに転送し合うことを中止してデータをバッファに格納する、予め定められた時間を設定する。面間のフライバックが完了すると、データ転送プロトコルはＵＴＡ２０および衛星通信システム３８に対し、衛星通信システム３８とＵＴＡ２０との間で面間のフライバック中に格納された情報を転送させる。この態様で、面間のフライバック動作中もデータは失われない。
【００４０】
図４Ｂは、軌道面４４上の衛星４０が南に下降する際のアレイアンテナ３２の面内のフライバックおよび面間のフライバックを示す。面内のフライバックおよび面間のフライバックは、上で説明して図４Ａに示したものと同様である。
【００４１】
上昇する（北に向かう）衛星は地球４１の反対側で必ず下降（南に向かう）しなければならないため、衛星の配列４２は、上昇する軌道面および下降する軌道面が互いに隣接する少なくとも１つの「境界線」１１４を有していなければならない。面間のフライバックが配列の境界線１１４と交差する際に、アレイアンテナ３２は傾斜軸７２の周りで傾斜し、それによって上述のようにアレイアンテナ３２の視野７１は、軌道面捕捉位置１００に向けて配向されるが、アレイアンテナ３２は面内のフライバックを行なわない。なぜなら、面間のフライバックが配列の境界線１１４と交差するとき、アレイアンテナ３２がそれに向けて配向されている衛星解放位置７８が、衛星捕捉位置８２になるためである。上述のように、および図４Ｂで示したように、その後、面間のフライバックが配列の境界線１１４と再び交差するまで、面内のフライバックおよび面間のフライバックが行なわれる。次に、図４Ａで示されるように面内のフライバックおよび面間のフライバックが行なわれる。
【００４２】
衛星の配列４２における軌道面４４の数およびこれらの軌道面４４の間隔は、軌道面捕捉位置１００および軌道面解放位置９８の位置に変化をもたらす。すなわち、ＵＴＡ２０は、ＵＴＡ２０の視野４７内に別の軌道面４４が入るまで面間のフライバックを行なうことができない。所定の軌道面４４内の衛星４０の数は、衛星捕捉位置８２および衛星解放位置７８の位置に変化をもたらす。すなわち、アレイアンテナ３２は、別の衛星４０が同一軌道面４４内に入り、かつ、アレイアンテナ３２の視野７１内に入るまで、面内のフライバックを行なうことができない。加えて、軌道面４４同士の間隔および各軌道面４４上にある衛星４０同士の間隔は等しいことが好ましいが、この発明は不均等な間隔にも対応する。したがって、軌道面捕捉位置１００、軌道面解放位置９８、衛星捕捉位置８２、および衛星解放位置７８をＵＴＡ２０の視野４７の縁部に位置付けることは望ましくない。なぜなら、アレイアンテナ３２の動作または配向の誤差に対するマージンも、軌道面４４または衛星４０の不均等な間隔に対するマージンも設けられていないためである。したがって、軌道面捕捉位置１００、軌道面解放位置９８、衛星捕捉位置８２、および衛星解放位置７８は、ＵＴＡ２０の視野４７の十分内側に位置付けられることが好ましく、それによりＵＴＡ２０は、衛星通信システム３８の潜在的な多様性に対応することができる。
【００４３】
この発明の説明は本質的に単に例示であるため、この発明の骨子から逸脱しない変形は、この発明の範囲内にあるものと意図される。このような変形は、この発明の精神および範囲からの逸脱と捉えられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】傾斜プレートおよびアレイアンテナを示す、この発明のＵＴＡの側面図である。
【図１Ｂ】アレイアンテナの開口を示す、図１ＡのＵＴＡの正面図である。
【図２】極軌道に複数の軌道面を有する、この発明と両立可能な衛星の配列を極から見た図である。
【図３】図２の衛星の配列と併用される、図１Ａ〜図１ＢのＵＴＡの電子走査軸および機械的傾斜軸を表わす図である。
【図４Ａ】地球が自転するのに伴い、かつ、地上のユーザの視点から複数の衛星が北に下降するのに伴い、図２の衛星の配列の軌道面内にある複数の衛星によって形成された地表面軌跡を示す図である。
【図４Ｂ】地球が自転するのに伴い、かつ、地上のユーザの視点から複数の衛星が南に下降するのに伴い、図２の衛星の配列の軌道面内にある複数の衛星によって形成された地表面軌跡を表わす図である。
【図５】アレイアンテナが、或る軌道面上にある第１の衛星の追跡から、図２の衛星の配列の同一軌道面内にある第２の衛星の追跡へと切換わることを示す図である。
【図６】衛星が赤道上のＵＴＡの視点から上昇および下降するのに伴い、図２の衛星の配列の軌道面内にある個々の衛星の追跡を示す、南極上方の地点から観察した簡略図である。
【図７】図６に示された現象を赤道上方の地点から観察した簡略図である。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、衛星通信システム用のユーザ端末アンテナに関し、より特定的には、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で衛星が地球を周回し、かつ、複数の軌道面の各軌道面が複数の衛星を有する衛星通信システムのためのユーザ端末アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で衛星が地球を周回し、かつ、複数の軌道面の各軌道面が複数の衛星を有する衛星通信システムは、衛星通信システムと通信するためにユーザ端末アンテナ（「ＵＴＡ」）を用いる。ＵＴＡは、ＵＴＡが空を見晴らせる位置で地上に固定される。ＵＴＡは視野を有しており、この視野内で、視野内に存在する衛星通信システムのどのような衛星とも通信できる。
【０００３】
地球の自転により、複数の軌道面の各軌道面は、地球が自転するのに伴ってＵＴＡの東西の視野内に上昇入来し、そこを通過し、そこから下降退出する。すなわち、地球が自転するのに伴い、ＵＴＡの視野内に存在する、複数の軌道面のうちの特定の軌道面が変化していく。一般的な衛星通信システムは十分な数の軌道面を用いているため、１つの軌道面がＵＴＡの視野から下降退出すると別の軌道面がＵＴＡの視野内に上昇入来し、そのためＵＴＡの視野内には軌道面が常に存在する。加えて、各軌道面上の複数の衛星が地球を周回するため、複数の軌道面のうちの１つの軌道面がＵＴＡの視野内に存在する際に、複数の衛星がその軌道面上で移動するのに伴い、その軌道面上の複数の衛星がＵＴＡの視野内に上昇入来し、そこを通過し、そこから下降退出する。すなわち、複数の衛星がその軌道面上で周回するのに伴い、ＵＴＡの視野内に存在してその軌道面上にある複数の衛星のうちの特定の衛星が変化していく。一般的な衛星通信システムは、各軌道面上で十分な数の衛星を使用しているため、１つの軌道面上の複数の衛星のうち少なくとも１つの衛星がＵＴＡの視野内に常に存在して、連続した通信が行なわれ得る。複数の衛星によるＵＴＡの視野への上昇入来、通過、およびそこからの下降退出は、その軌道面がＵＴＡの視野内に存在する限り続く。その軌道面がＵＴＡの視野を通過すると、複数の軌道面のうちの異なる軌道面がＵＴＡの視野内に入り、異なる軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星がＵＴＡの視野を通過するため、ＵＴＡの視野内には衛星通信システムの少なくとも１つの衛星が常に存在する。
【０００４】
地球の自転および軌道面上での複数の衛星の周回により、ＵＴＡは、１）個々の衛星がＵＴＡの視野を通過するのに伴い個々の衛星を捕捉および追跡し、２）以前に捕捉および追跡した個々の衛星がＵＴＡの視野を出た後、同一軌道面上の異なる個々の衛星を捕捉および追跡し、３）軌道面がＵＴＡの視野を通過するのに伴い、その軌道面を追跡し、４）以前に追跡した個々の軌道面がＵＴＡの視野を出た後、複数の軌道面のうちの異なる個々の軌道面を追跡することが可能でなければならない。したがって、ＵＴＡは、特定の軌道面内にある複数の衛星の上空軌跡（sky track）を追跡するだけでなく、ＵＴＡの視野内に存在する際に、地球の自転による複数の軌道面の動きを追跡することが可能でなければならない。
【０００５】
このような衛星通信システムと通信するための一般的な先行技術のＵＴＡは、二重放物面反射器（dual dish）の構成を用いる。二重放物面反射器の構成では、第１の放物面反射器がＵＴＡの視野内の衛星を追跡してこの衛星と通信し、第２の放物面反射器が、この
視野に入ってくる別の衛星を捕捉するか、または捕捉する準備をする。この態様で、通信が何ら中断されずに通信機能が第１の放物面反射器から第２の放物面反射器に移管され得る。或る衛星から別の衛星への通信の移管をハンドオフと呼ぶ。二重放物面反射器の設計は、面内および面間両方の衛星のハンドオフに対して連続した通信を提供することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術におけるこれらの二重放物面反射器のＵＴＡには欠点がないわけではない。二重放物面反射器のＵＴＡはサイズが相対的に大きい。二重放物面反射器のＵＴＡが大型であることから取扱いおよび設置が難しくなる。大型であれば見た目に良くない。加えて、地方条例によっては、二重放物面反射器のＵＴＡを好ましい位置に、たとえば屋根の上、または遮られずに空を見晴らせる他の位置に設置することを禁止することが考えられる。
【０００７】
二重放物面反射器のＵＴＡに代わる先行技術の代替例は、二重放物面反射器の代わりに２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを用いる。２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナは基本的に平坦であり、アセンブリ全体のサイズは、二重放物面反射器のＵＴＡのサイズよりもかなり小さい。しかしながら、２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナは、二重放物面反射器のＵＴＡに比べて非常に高価である。２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナが高コストであるため、このようなＵＴＡを購入して衛星通信システムを利用するだけの余裕がある潜在的ユーザの数を制限してしまう。衛星通信システムの潜在的ユーザの数を制限してしまうことで、このようなシステムを開発および配備する経済的な根拠が変化して、このシステムを経済的に実用不可能にするおそれがある。
【０００８】
したがって、小型であって、それによりＵＴＡの設置が簡単になり、見た目が良く、ＵＴＡの望ましい位置での配置を管理する一般的な地方条例に抵触しないＵＴＡが必要とされる。さらに、ＵＴＡが使用されるべき衛星通信システムが経済的に実現可能となるように、ＵＴＡのコストは多数の潜在的ユーザに手頃なものとなるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
この発明は、衛星通信システムと併用するための先行技術のＵＴＡに関連する欠点を克服するＵＴＡに向けられており、この衛星通信システムでは、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配置で衛星が地球を周回し、複数の軌道面の各軌道面が複数の衛星を有する。この発明は、このようなＵＴＡを使用する方法にも向けられる。
【００１０】
この発明のＵＴＡは、ＵＴＡを支持する基部を有する。この基部に傾斜プレートが接続される。傾斜プレートは、基部を基準として傾斜され得る。この傾斜プレートに、１本の走査軸に沿って走査する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナ（以降「アレイアンテナ」）が取付けられる。このアレイアンテナは、傾斜プレートが傾斜するのに伴い傾斜する。複数の軌道面のうち１つの軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星がアレイアンテナの視野を通行するのに伴い、アレイアンテナは個々の衛星を追跡し、それによりアレイアンテナは、個々の衛星との間でデータを送受信することができる。
【００１１】
アレイアンテナの走査軸は、複数の軌道面上にある複数の衛星の軌道とほぼアライメントされるように配向されることが好ましく、それにより、複数の軌道面のうち第１の軌道面上にある複数の衛星のうち第１の衛星がアレイアンテナの視野を通行するのに伴い、アレイアンテナは第１の軌道面上にある第１の衛星を追跡することができる。より好ましくは、走査軸とほぼアライメントされている１本の傾斜軸の周りで傾斜プレートが傾斜し、
アレイアンテナが第１の軌道面上の第１の衛星を追跡するのに伴い、この傾斜軸の周りで傾斜プレートが傾斜する。傾斜プレートが傾斜することによって地球の自転を補償し、それにより、アレイアンテナの視野は第１の軌道面に向けて配向された状態を保ち、アレイアンテナは第１の軌道面上にある第１の衛星との間でデータを送受信できる。
【００１２】
第１の軌道面上にあり、アレイアンテナによって追跡されている第１の衛星が、アレイアンテナの視野内の予め定められた衛星解放位置に到達すると、アレイアンテナは、第１の軌道面上にある第１の衛星の追跡から、第１の軌道面上にある複数の衛星のうち第２の衛星の追跡へと切換わる。第１の軌道面上の第２の衛星がアレイアンテナの視野内の予め定められた衛星解放位置に到達すると、アレイアンテナは、第１の軌道面上にある第２の衛星の追跡から、第１の軌道面上にある複数の衛星のうち第３の衛星の追跡へと切換わる。第１の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達するまで、第１の軌道面上にある複数の衛星の各衛星に対してこの手順が続く。
【００１３】
第１の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達すると、アレイアンテナは、第１の軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星の追跡から、複数の軌道面のうち第２の軌道面上にある複数の衛星の個々の衛星の追跡へと切換わる。第１の軌道面上にある個々の衛星の追跡から第２の軌道面上にある個々の衛星の追跡へとアレイアンテナの切換を行なうために、傾斜プレートは、予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜軸の周りで傾斜する。軌道面の切換は、傾斜プレートのフライバック（retrace）によって達成される。予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜プレートが傾斜することにより、アレイアンテナの視野が、複数の軌道面のうち第２の軌道面に向けて配向され、それによって複数の軌道面のうち第２の軌道面上にある複数の衛星のうち第１の個々の衛星を追跡することができ、第２の軌道面上にある第１の個々の衛星との間でデータを送受信することができる。次に、アレイアンテナは、第２の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達するまで、第２の軌道面上にある複数の衛星の各衛星を追跡し始める。第２の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に到達した時点で、傾斜プレートは、予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜軸の周りで傾斜している。予め定められた軌道面捕捉位置まで傾斜プレートが傾斜することにより、アレイアンテナの視野は、複数の軌道面のうち第３の軌道面に向けて配向され、それによって複数の軌道面のうち第３の軌道面上にある複数の衛星のうち第１の個々の衛星が追跡され得、第３の軌道面上にある第１の個々の衛星との間でデータが送受信され得る。この過程は、複数の軌道面の各軌道面に対して続けられて無限に繰返される。
【００１４】
１本の傾斜軸を有する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを用いることにより、小型のＵＴＡが提供される。加えて、１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナのコストは、２次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナのコストよりもはるかに小さい。したがって、この発明は、上述の衛星通信システムとの併用が可能な、安価で小型かつ単純なＵＴＡを提供することにより、先行技術のＵＴＡの欠点を克服する。
【００１５】
この発明の利用可能性のさらに別の領域が、以下に提示する詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例はこの発明の好ましい実施例を示しているが、これらは例示のためにだけ意図されており、この発明の範囲を限定するように意図されていないことを理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【００１７】
好ましい実施例の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は、本質的に単に例示であり、この発明、その用途または使途を限定するように意図されていない。
【００１８】
図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、この発明の好ましい実施例に従ったユーザ端末アンテナ（ＵＴＡ）２０が示される。ＵＴＡは屋根の上部等の取付具２４に取付けられた基部２２を有する。基部２２は、基部２２から上方に延びる架台２６を有する。架台２６にジンバル２８が取付けられる。ジンバル２８に傾斜プレート３０が取付けられる。傾斜プレート３０に、１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナ（アレイアンテナ）３２が取付けられる。基部２２にレードーム３４が取付けられてＵＴＡ２０を被覆し、それによりＵＴＡ２０は環境から保護される。ＵＴＡ２０はコントローラ３６に接続される。コントローラ３６はＵＴＡ２０の動作を制御する。
【００１９】
ＵＴＡ２０は、衛星通信システム３８と併用するために設計されている。この衛星通信システム３８において、衛星４０は、或る配列で地球４１を周回する。この配列は、間隔をあけて配置された複数の軌道面４４からなる。軌道面４４は、高度に傾斜した軌道面であることが好ましい。高度に傾斜した軌道面は、地球の赤道面に対して約７０°〜１１０°の傾斜角を有する。
【００２０】
各軌道面４４は複数の衛星４０を有し、これらの複数の衛星は軌道面４４上で地球４１を周回する。軌道面４４は間隔をあけて配置されていることが好ましく、それによって軌道面４４は地球４１の全体に対する衛星の有効範囲を提供できる。より好ましくは、軌道面４４は等間隔で配置されている。
【００２１】
この発明および方法を説明するために、軌道面４４上の衛星４０の軌道は、真の極軌道として図面に存在しかつ示されているものとして論じられる。しかしながら、開示されたこの発明および方法を、極軌道ではないか、または極軌道に近い軌道面４４上で地球４１を周回する衛星４０にも同様に適用できることを理解されたい。したがって、この発明および方法は、極軌道である軌道面４４上で衛星４０が地球４１を周回する衛星通信システム３８に限定されず、極軌道ではない軌道面４４上で地球４１を周回する衛星４０は、請求項によって規定されるこの発明の範囲内に入る。
【００２２】
好ましくは、図２に示されるように、軌道面４４上の衛星４０の軌道は、極軌道であるか、または極軌道に近い。図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、衛星４０が極軌道面４４上で地球４１の表面４５の上方を周回する際に、各衛星４０は地球の表面４５上に地表面軌跡（ground track）４６を投影する。図４Ａは、任意に選択された４０°の仰角で、ＵＴＡ２０の視野４７内において地球の表面４５上に投影された地表面軌跡４６を示す。図４Ａにおいて、衛星４０は南から極軌道に上昇入来して北に下降する。図４Ｂは、同じ衛星４０が極軌道において北から上昇して南に下降する際に、４０°の仰角でＵＴＡ２０の視野４７内において地球４１の反対側に衛星４０が地表面軌跡４６を描いていることを示す。地球４１が自転しなければ、同じ軌道面４４内の各衛星４０の地表面軌跡４６はすべてがアライメントされて重複し、極軌道の場合、地表面軌跡４６は南北に延びる１つの地表面軌跡４６となるはずである。しかしながら、実際には地球４１が自転しているため、図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、衛星４０が地球の表面４５の上方で周回するのに伴い、地表面軌跡４６は西に傾斜する。地表面軌跡４６の西への傾斜は、地球４１の自転により生じる。地球４１の自転により、個々の軌道面４４は、地球の表面４５に沿って東から西に移動する。その結果、軌道面４４内の各衛星４０は、地球４１が自転するのに伴い、地球の表面４５上に異なる地表面軌跡４６を投影する。たとえば、図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、軌道面４４上で周回する複数の衛星４０により、地球の表面４５上に１３の異なる地表面軌跡４６が投影される。１３の異なる地表面軌跡４６を示しているのは単に例示のためであり、地表面軌跡４６の実際の数はＵＴＡ２０の機能および衛星通信システム３８の詳細に依存して変化することを理解されるべきである。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、軌道面４４上で地球４１を周回する衛星４０によって投影された地表面軌跡４６は、複数の衛星４０を有する各軌道面４４に対して地球の表面４５の全体にわたって繰返される。図２で分かるように、地球４１が自転するのに伴い、ＵＴＡ２０が配置されている地球の表面４５上を通過する特定の軌道面４４が変化する。すなわち、地球４１が自転するのに伴い、ＵＴＡの視野４７を異なる軌道面４４が通過する。
【００２４】
アレイアンテナ３２は、１本の走査軸４８に沿って走査することができる。好ましくは、アレイアンテナ３２の走査軸４８は、複数の軌道面４４上の複数の衛星４０の軌道とアライメントされる。すなわち、極の上を通る軌道面４４上で衛星４０が地球４１を周回する際に、走査軸は南北方向に配向されることが好ましい。アレイアンテナ３２の走査軸４８を複数の軌道面４４上の複数の衛星４０の軌道とアライメントするように配向することにより、以下により詳細に論じるように、衛星４０がＵＴＡ２０の視野４７内で地球４１を周回するのに伴い、アレイアンテナ３２は、軌道面４４上の複数の衛星４０を追跡することができる。アレイアンテナ３２は、アレイアンテナ３２が追跡している任意の衛星４０との間でデータの送受信ができる。
【００２５】
アレイアンテナ３２は、開口が２つのアレイアンテナ３２であることが好ましく、それによってアレイアンテナ３２は、アレイアンテナ３２が追跡している衛星４０との間でデータの送受信を同時に行なうことができる。好ましくは、アレイアンテナ３２は別個の送信開口５０と受信開口５２とを有する。しかしながら、１つの組合わさった送受信開口を使用することができ、これもなお、請求項によって規定されたこの発明の範囲内に入ることを理解されるべきである。送信開口５０を用いて、アレイアンテナ３２が追跡している衛星４０にデータを送信する。受信開口５２を用いて、アレイアンテナ３２が追跡している衛星４０から送信されているデータを受信する。送信開口５０および受信開口５２は、長さ５４および５６、ならびに幅５８および６０をそれぞれ有する。好ましくは、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６は、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０よりも大きい。好ましくは、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６は走査軸４８に沿って延び、送信開口５０または受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０は、それぞれの長さ５４および５６に対してほぼ垂直である。しかしながら、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６は走査軸４８に沿って延びる必要はなく、幅５８および６０はそれぞれの長さ５６および５６に対して垂直である必要はなく、これらのことが請求項によって規定されるこの発明の範囲内にあることを理解されるべきである。
【００２６】
当該技術で公知であるように、所定の方向において開口が狭くなるほど、この開口が上述の所定の方向に投射するアンテナビームの幅が広くなる。したがって、開口によって追跡されている軌道を軸に沿って非常に正確に追跡できる場合、その開口の幅をその軸に沿って一層広くしてビームの幅を狭くすることができ、逆に、開口によって追跡されている軌道を軸に沿って正確に追跡できない場合、その開口の幅をその軸に沿って一層狭くして、追跡されている軌道を網羅する一層幅の広いビームを生成しなければならない。走査軸４８に沿ったアレイアンテナ３２の電子走査は極めて正確であり、閉ループ追跡または開ループ追跡のいずれかによって達成される。したがって、アンテナ開口５０および５２の長い寸法に対応する電子走査軸に沿って、幅の狭いビームが衛星４０を網羅することができる。
【００２７】
次に図６を参照すると、南極上方から地球４１上を見下ろした斜視図から、１つの軌道面４４上で地球４１を周回する１つの衛星４０の極度に単純化した図が示される。ＵＴＡ２０が地球４１の赤道６２上に位置付けられていて、ＵＴＡ２０が軌道面４４とアライメントされていない場合、個々の衛星４０は湾曲した上空軌跡６４を有する。すなわち、個
々の衛星４０が６８によって示されるように上昇位置または下降位置にある場合、個々の衛星４０は水平線上に低く現れる。個々の衛星４０が軌道面４４上で地球４１を周回し、個々の衛星４０が７０として示されるＵＴＡ２０の真西（または図示していないが真東）にある位置に接近すると、個々の衛星４０は水平線上の最も高い位置に現れる。同様に、衛星が位置６８において上昇および下降する際に、衛星は水平線上の最も低い位置に現われる。このことは、ユーザ端末２０が軌道面４４上にある衛星４０の上空軌跡６４の真下にないとき、軌道面４４上で周回する各衛星４０に当てはまる。上空軌跡６４の曲率には、東西方向に幅を拡げたビームを用いるか、または衛星の位置変化を東西方向に機械的に追跡することによって対応することができる。送信開口５０および受信開口５２のビーム幅は、衛星４０が上昇位置６８から真西の位置７０（または図示していないが真東の位置）へ、および下降する位置６８へと周回するのに伴い、衛星４０の仰角の変化を補償するのに十分な幅を有している必要がある。軌道が極軌道である場合、送信開口５２および受信開口５４のそれぞれの幅５８および６０は、東西方向とほぼアライメントされていることが好ましい。したがって、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０は、衛星４０が地球４１を周回するのに伴い、個々の衛星４０の仰角の変化を網羅する幅広いビームを生成するように設計される。アレイアンテナ３２は東西方向に沿って電子的に走査しないため、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの幅５８および６０は、送信開口５０および受信開口５２のそれぞれの長さ５４および５６よりも狭いことが好ましい。送信開口５０および受信開口５２のそれぞれによって投射されるビームの幅は、アレイアンテナ３２の視野７１を規定する。すなわち、アレイアンテナ３２の視野７１は、アレイアンテナ３２の視野７１内においてアレイアンテナ３２が任意の衛星４０との間でデータの送受信を行なうことのできる空間領域を表わす。
【００２８】
ジンバル２８により、傾斜プレート３０は基部２２に対して傾斜できる。ジンバル２８により、傾斜プレート３０は１本の傾斜軸７２の周りで傾斜できる。傾斜軸７２は、アレイアンテナ３２の電子走査方向４８とアライメントされることが好ましい。傾斜軸７２を走査方向４８とアライメントすることにより、アレイアンテナ３２は走査軸４８に対して垂直に傾斜する。以下により詳細に論じるように、傾斜軸７２の周りでアレイアンテナ３２を傾斜させることにより、地球４１が自転するのに伴ってアレイアンテナ３２の視野７１は軌道面４４に向けて配向された状態を保ち、軌道面４４がＵＴＡ２０の東からＵＴＡ２０の真上を経てＵＴＡ２０の西へと移動するのに伴い、アレイアンテナ３２は、軌道面４４上の個々の衛星４０を追跡することができる。図３で分かるように、傾斜軸７２がアレイアンテナ３２の走査軸４８とアライメントされて走査軸４８が南北方向に延びる場合、アレイアンテナ３２は南北方向に沿って電子的に走査することができ、かつ、東西方向に沿って傾斜することができる。
【００２９】
ＵＴＡ２０の視野４７は、アレイアンテナ３２の視野と、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜することのできる範囲とによって規定される。すなわち、ＵＴＡ２０の視野４７は、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜することのできる最大範囲の全範囲を動くアレイアンテナ３２の視野７１の投影である。したがって、ＵＴＡ２０の視野４７は、衛星４０が中に存在することができてかつＵＴＡ２０と通信することのできる領域を表わす。
【００３０】
ＵＴＡ２０に接続されたコントローラ３６は、アレイアンテナ３２の電子走査に加え、傾斜軸７２を中心としたアレイアンテナ３２の傾斜を制御する。コントローラ３６は衛星通信システム３８の配列の軌道情報を知っており、それによりコントローラ３６は、ＵＴＡ２０の動作を制御して衛星通信システム３８との接触を維持することができる。傾斜軸７２を中心にアレイアンテナ３２を傾斜させることにより、アレイアンテナ３２の配向と、アレイアンテナ３２の関連する視野７１の配向とを変化させる。すなわち、アレイアンテナ３２の視野７１は、傾斜軸７２を中心にアレイアンテナ３２を傾斜させて走査軸４８
に沿って電子的に走査することにより、空中の任意の特定の地点に向けて配向され得る。したがって、ＵＴＡ２０は、ＵＴＡ２０の動作範囲内およびＵＴＡ２０の視野４７内を通過する、軌道面４４上の個々の衛星４０を追跡することができる。
【００３１】
傾斜軸７２を走査軸４８とほぼアライメントされたものとして説明し示してきたが、このことが、衛星４０による極軌道の場合についてのものであることを理解されるべきである。傾斜軸７２は、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜して地球４１の自転を補償できるように配向される。軌道が極軌道ではない場合、傾斜軸７２は走査軸４８とほぼアライメントされないことが多く、傾斜プレート３０は、走査軸４８が軌道面４４とほぼアライメントされている間に地球４１の自転を補償することができる。したがって、傾斜軸７２は、請求項によって規定されるこの発明の範囲内に収まるように走査軸４８とアライメントされる必要がないことを理解されるべきである。
【００３２】
ＵＴＡ２０の上述の視野４７は、ＵＴＡ２０が任意の衛星４０と通信可能なＵＴＡ２０の最大視野を表わす。しかしながら、ＵＴＡ２０の最大視野のあらゆる部分において、障害物が衛星４０とのＵＴＡ２０の通信を妨げるおそれがある。典型的な障害物は、建築物、樹木、またはＵＴＡ２０の視野４７を最大視野未満に縮小する干渉源等の物体であり得る。実施上の考慮事項もまた、視野４７を最大視野未満に縮小する。たとえば、軌道面４４の数および間隔、ならびに軌道面４４内における複数の衛星４０の数および間隔は、衛星通信システム３８と通信するために最大視野の全体を必ずしも使用する必要がないように、複数の軌道面４４および複数の衛星４０が最大視野内に同時に存在し得るようなものであることが考えられる。したがって、ＵＴＡ２０の一般的な視野４７は、ＵＴＡ２０の最大視野の一部である。この発明を説明するために、ＵＴＡ２０の最大視野と視野４７との間の区別をこれ以上行なわず、単に視野４７と呼ぶことにする。したがってＵＴＡ２０の視野４７は、その中でＵＴＡ２０が衛星通信システム３８の任意の衛星４０と通信することのできる空間領域を表わす。
【００３３】
衛星通信システム３８と通信することが望まれる際に、アレイアンテナ３２の視野７１が複数の軌道面４４のうち第１の軌道面７６に向けて配向されるまで、コントローラ３６は傾斜軸７２の周りでアレイアンテナ３２を傾斜させる。好ましくは、コントローラ３６は、傾斜軸７２の周りでアレイアンテナ３２を傾斜させ、それによりアレイアンテナ３２の走査軸４８は、第１の軌道面７６とほぼアライメントされる。コントローラ３６が複数の軌道面４４の各軌道面４４上にある複数の衛星４０の軌道および位置について既知であるため、コントローラ３６は、特定の軌道面４４内の特定の衛星４０が、いつＵＴＡ２０の視野４７内に入り、ＵＴＡ２０による捕捉および追跡が可能になるかを予測することができる。第１の軌道面７６がアレイアンテナ３２の視野７１内に入るようにアレイアンテナ３２が傾斜されると、コントローラ３６はアレイアンテナ３２に対し、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が配置されている位置を電子的に走査させ、それによりアレイアンテナ３２は、第１の衛星７４を捕捉することができる。アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を捕捉すると、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が地球４１を周回するのに伴いアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴って、アレイアンテナ３２は第１の衛星７４を電子的に追跡する。好ましくは、コントローラ３６は、アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を電子的に追跡するのに伴い傾斜軸７２の周りで傾斜プレート３０を傾斜させ、それによってアレイアンテナ３２の視野７１は、アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を追跡している間、第１の軌道面７６に向けて配向された状態を保つ。傾斜軸７２の周りで傾斜プレート３０が傾斜することによって地球４１の自転を補償し、それにより視野７１および電子走査軸４８は、地球４１が自転する間、第１の軌道面７６に向けて配向された状態を保つ。
【００３４】
図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が予め定められ
た衛星解放位置７８に到達すると、アレイアンテナ３２は第１の軌道面７６上の第１の衛星７４の追跡から第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の追跡へと切換わる。アレイアンテナ３２が傾斜軸７２の周りで傾斜され、それによってアレイアンテナ３２の視野７１が第１の軌道面７６に向けて配向されているため、第１の軌道面７６上にある第１の衛星７４の追跡から第１の軌道面７６上にある第２の衛星８０の追跡への切換は、アレイアンテナ３２の視野７１内の予め定められた衛星捕捉位置８２まで走査軸４８に沿って電子的に走査（フライバック）することによって達成できる。この切換は、アンテナビームをほぼ瞬時にフライバックすることによって達成される。この発明で使用される電子走査型フェーズドアレイアンテナの特性は、これらのアンテナが、ほぼ瞬時にその走査角を変更できることである。したがって、同一軌道面上における１つの衛星から別の衛星への切換は、通信が失われることなく達成される。アレイアンテナ３２が第１の軌道面７６上の第１の衛星７４の追跡から第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の追跡へと切換わると、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４がアレイアンテナ３２の視野７１内の予め定められた衛星解放位置７８を通過して進行し続けるのに伴い、アレイアンテナ３２は、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４の追跡を中止することによって第１の軌道面７６上の第１の衛星７４を解放する。次に、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０が第１の軌道面７６上で地球４１を周回して、予め定められた衛星捕捉位置８２と予め定められた衛星解放位置７８との間でアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴い、アレイアンテナ３２は、上述のように第１の軌道面７６上の第２の衛星８０を捕捉し、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の追跡を開始する。個々の衛星４０の解放、走査軸４８に沿った電子的走査、および同一軌道面内の異なる個々の衛星４０の捕捉を、面内のフライバックと呼ぶ。走査軸４８に沿ったアレイアンテナ３２の走査が電子的に行なわれるため、切換はほぼ瞬時である。ほぼ瞬時の切換により、面内のフライバック中にＵＴＡ２０と衛星通信システム３８との間で送信されているデータの損失が防止される。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｂは、第１の軌道面７６がＵＴＡ２０の視野４７を通過するのに伴った面内のフライバックを表わす２次元の図を示す。視野４７は、４０°を超える仰角で地球４１の表示上に重ね合わされている。第１の衛星７４が第１の軌道面７６上で地球４１を周回するのに伴い、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４によって投影された地表面軌跡８４が示される。地表面軌跡８４は、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が衛星捕捉位置８２を通過し、ＵＴＡ２０の視野４７を通行し、衛星解放位置７８を通過することを示す。アレイアンテナ３２による、第１の軌道面７６上にある第１の衛星７４の電子的追跡が、矢印８６によって表わされる。上で論じたように、アレイアンテナ３２は、第１の衛星７４がＵＴＡ２０の視野４７を通過するのに伴い、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が衛星解放位置７８を通過するまで第１の衛星７４を追跡する。
【００３６】
第１の軌道面７６上の第１の衛星７４が衛星解放位置７８に到達すると、アレイアンテナ３２は、矢印８７によって表わされる面内のフライバックを行なう。上で論じたように、アレイアンテナ３２は、予め定められた衛星捕捉位置８２まで第１の軌道面７６に沿って電子的に走査する。図４Ａ〜図４Ｂで分かるように、面内のフライバックは真の南北方向の電子走査である。なぜなら、走査軸４８が南北方向となるようにアレイアンテナ３２が配向されているためである。また、第１の軌道面７６上の第１の衛星７４によって投影された地表面軌跡８４が、地球４１の自転により西に傾斜していることも分かる。第１の軌道面７６上の第１の衛星７４がアレイアンテナ３２の視野７１を通過する際の第１の衛星７４の追跡経路８６もまた、西に傾斜している。なぜなら、アレイアンテナ３２の視野７１が第１の軌道面７６に向けて配向された状態を保つように、アレイアンテナ３２が傾斜軸７２の周りで傾斜されているためである。
【００３７】
第１の軌道面７６上の第２の衛星８０によって投影された地表面軌跡９０が図４Ａに示される。アレイアンテナ３２が面内のフライバック８７を行なって衛星捕捉位置８２まで
電子的に走査すると、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０がアレイアンテナ３２の視野７１内に入り、アレイアンテナ３２によって捕捉される。次にアレイアンテナ３２は、矢印９２によって示されるように、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０がアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴い、第１の軌道面７６上の第２の衛星８０の経路を追跡する。第１の軌道面７６上の第２の衛星８０が衛星解放位置７８に到達すると、アレイアンテナ３２は矢印９４によって示される面内のフライバックを行ない、アレイアンテナ３２は、第１の軌道面７６上にある第２の衛星８０の追跡を中止することによって第１の軌道面７６上にある第２の衛星８０を解放する。次にアレイアンテナ３２は、衛星解放位置７８から衛星捕捉位置８２まで第１の軌道面７６の軌道経路に沿って電子的に走査し、第１の軌道面７６上にある複数の衛星４０のうち第３の衛星９６が捕捉、追跡、および解放され得る。軌道面４４上にある衛星４０を捕捉、追跡、および解放してから、同一軌道面４４内の別の衛星４０を捕捉、追跡、および解放する過程は、予め定められた軌道面の解放位置９８に軌道面４４が入るまで繰返され、その時点で面間のフライバックが行なわれる。
【００３８】
第１の軌道面７６が予め定められた軌道面解放位置９８に至ると、ＵＴＡ２０は面間のフライバックの矢印９９によって示される面間のフライバックを行なう。このフライバックは、ＵＴＡ２０が、衛星解放位置７８から衛星捕捉位置８２までアレイアンテナ３２に電子的に走査またはフライバックさせ、それと同時にアレイアンテナ３２を軌道面解放位置９８から軌道面捕捉位置１００まで傾斜軸７２の周りで傾斜させることによって行なわれる。面間のフライバック９９により、アレイアンテナ３２の視野７１は、第１の軌道面７６に向けて配向されていたところから、複数の軌道面４４のうち第２の軌道面１０２に向けて配向されるようになる。次にアレイアンテナ３２は、第２の軌道面１０２上にある複数の衛星４０のうち第１の衛星１０４を捕捉する。次に、第２の軌道面１０２上にある第１の衛星１０４が衛星捕捉位置８２と衛星解放位置７８との間でアレイアンテナ３２の視野７１を通行するのに伴い、アレイアンテナ３２は第２の軌道面１０２上にある第１の衛星１０４を追跡し始める。次にアレイアンテナ３２は、第２の軌道面１０２に沿って面内のフライバックを行ない、第２の軌道面１０２上にある複数の衛星４０のうち第２の衛星１０８を捕捉する。第２の軌道面１０２上の衛星４０を捕捉、追跡、および解放し、その後第２の軌道面１０２上の別の衛星４０をフライバック、捕捉、追跡、および解放する過程は、予め定められた軌道面解放位置９８に第２の軌道面１０２が到達するまで繰返され、その時点で上で論じたように面間のフライバックが行なわれ、複数の軌道面４４のうち第３の軌道面１１２上にある複数の衛星４０のうち第１の衛星１１０が捕捉、追跡、および解放され得る。
【００３９】
軌道面４４上のさまざまな衛星４０の捕捉、追跡、および解放を行なうアレイアンテナ３２の上述の過程は、ＵＴＡ２０と衛星通信システム３８との間で通信が所望されなくなるまで引続き繰返される。この過程により、ＵＴＡ２０は通信システム３８と接触し続けることができる。面間のフライバック９９が生じると、機械的な傾斜運動を得るために時間が必要とされるため、ＵＴＡ２０と衛星通信システム３０との間の通信が一時的に失われる。すなわち、アレイアンテナ３２の視野７１が軌道面解放位置９８において第１の軌道面７６に向けて配向されるようにアレイアンテナ３２が位置付けられているため、アレイアンテナ３２の視野７１が軌道面捕捉位置１００において第２の軌道面１０２に向けて配向されるまで、傾斜軸７２の周りでジンバル２８が回転しなければならない。予め定められた軌道面捕捉位置１００を基準とした、予め定められた軌道面解放位置９８の位置に依存して、傾斜プレート３０が傾斜軸７２の周りで傾斜しなければならない傾斜度が変化し得る。したがって、面間のフライバックを行なうのに必要な時間量もまた変化する。面間のフライバック動作に数秒を要することが予想される。したがって、面間のフライバックが生じる前に、衛星通信システム３８とコントローラ３６との間で面間のフライバック中の通信を停止するデータ転送プロトコルが確立されることが好ましい。データ転送プロ
トコルは、面間のフライバックが完了するまでコントローラ３６および衛星通信システム３８がデータを互いに転送し合うことを中止してデータをバッファに格納する、予め定められた時間を設定する。面間のフライバックが完了すると、データ転送プロトコルはＵＴＡ２０および衛星通信システム３８に対し、衛星通信システム３８とＵＴＡ２０との間で面間のフライバック中に格納された情報を転送させる。この態様で、面間のフライバック動作中もデータは失われない。
【００４０】
図４Ｂは、軌道面４４上の衛星４０が南に下降する際のアレイアンテナ３２の面内のフライバックおよび面間のフライバックを示す。面内のフライバックおよび面間のフライバックは、上で説明して図４Ａに示したものと同様である。
【００４１】
上昇する（北に向かう）衛星は地球４１の反対側で必ず下降（南に向かう）しなければならないため、衛星の配列４２は、上昇する軌道面および下降する軌道面が互いに隣接する少なくとも１つの「境界線」１１４を有していなければならない。面間のフライバックが配列の境界線１１４と交差する際に、アレイアンテナ３２は傾斜軸７２の周りで傾斜し、それによって上述のようにアレイアンテナ３２の視野７１は、軌道面捕捉位置１００に向けて配向されるが、アレイアンテナ３２は面内のフライバックを行なわない。なぜなら、面間のフライバックが配列の境界線１１４と交差するとき、アレイアンテナ３２がそれに向けて配向されている衛星解放位置７８が、衛星捕捉位置８２になるためである。上述のように、および図４Ｂで示したように、その後、面間のフライバックが配列の境界線１１４と再び交差するまで、面内のフライバックおよび面間のフライバックが行なわれる。次に、図４Ａで示されるように面内のフライバックおよび面間のフライバックが行なわれる。
【００４２】
衛星の配列４２における軌道面４４の数およびこれらの軌道面４４の間隔は、軌道面捕捉位置１００および軌道面解放位置９８の位置に変化をもたらす。すなわち、ＵＴＡ２０は、ＵＴＡ２０の視野４７内に別の軌道面４４が入るまで面間のフライバックを行なうことができない。所定の軌道面４４内の衛星４０の数は、衛星捕捉位置８２および衛星解放位置７８の位置に変化をもたらす。すなわち、アレイアンテナ３２は、別の衛星４０が同一軌道面４４内に入り、かつ、アレイアンテナ３２の視野７１内に入るまで、面内のフライバックを行なうことができない。加えて、軌道面４４同士の間隔および各軌道面４４上にある衛星４０同士の間隔は等しいことが好ましいが、この発明は不均等な間隔にも対応する。したがって、軌道面捕捉位置１００、軌道面解放位置９８、衛星捕捉位置８２、および衛星解放位置７８をＵＴＡ２０の視野４７の縁部に位置付けることは望ましくない。なぜなら、アレイアンテナ３２の動作または配向の誤差に対するマージンも、軌道面４４または衛星４０の不均等な間隔に対するマージンも設けられていないためである。したがって、軌道面捕捉位置１００、軌道面解放位置９８、衛星捕捉位置８２、および衛星解放位置７８は、ＵＴＡ２０の視野４７の十分内側に位置付けられることが好ましく、それによりＵＴＡ２０は、衛星通信システム３８の潜在的な多様性に対応することができる。
【００４３】
この発明の説明は本質的に単に例示であるため、この発明の骨子から逸脱しない変形は、この発明の範囲内にあるものと意図される。このような変形は、この発明の精神および範囲からの逸脱と捉えられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】傾斜プレートおよびアレイアンテナを示す、この発明のＵＴＡの側面図である。
【図１Ｂ】アレイアンテナの開口を示す、図１ＡのＵＴＡの正面図である。
【図２】極軌道に複数の軌道面を有する、この発明と両立可能な衛星の配列を極から見た図である。
【図３】図２の衛星の配列と併用される、図１Ａ〜図１ＢのＵＴＡの電子走査軸および機械的傾斜軸を表わす図である。
【図４Ａ】地球が自転するのに伴い、かつ、地上のユーザの視点から複数の衛星が北に下降するのに伴い、図２の衛星の配列の軌道面内にある複数の衛星によって形成された地表面軌跡を示す図である。
【図４Ｂ】地球が自転するのに伴い、かつ、地上のユーザの視点から複数の衛星が南に下降するのに伴い、図２の衛星の配列の軌道面内にある複数の衛星によって形成された地表面軌跡を表わす図である。
【図５】アレイアンテナが、或る軌道面上にある第１の衛星の追跡から、図２の衛星の配列の同一軌道面内にある第２の衛星の追跡へと切換わることを示す図である。
【図６】衛星が赤道上のＵＴＡの視点から上昇および下降するのに伴い、図２の衛星の配列の軌道面内にある個々の衛星の追跡を示す、南極上方の地点から観察した簡略図である。
【図７】図６に示された現象を赤道上方の地点から観察した簡略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星通信システム用の固定式地上ユーザ端末アンテナであって、前記衛星通信システムにおいて、衛星は、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で地球を周回し、かつ、複数の軌道面の各軌道面は複数の衛星を有し、前記ユーザ端末アンテナは、
基部を含み、前記基部は前記ユーザ端末アンテナを支持し、前記ユーザ端末アンテナはさらに、
傾斜プレートを含み、前記傾斜プレートは前記基部に接続され、前記基部に対して傾斜され得、前記ユーザ端末アンテナはさらに、
１本の走査軸に沿って走査する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを含み、前記アレイアンテナは前記傾斜プレートに取付けられ、それにより前記アレイアンテナは、前記傾斜プレートが傾斜するのに伴って傾斜し、前記アレイアンテナは、前記複数の軌道面のうち１つの軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星が前記アレイアンテナの視野を通行するのに伴い、前記個々の衛星を追跡し、それにより前記アレイアンテナは、前記個々の衛星との間でデータを送受信することができる、ユーザ端末アンテナ。
【請求項２】
前記アレイアンテナの前記走査軸は、前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の軌道と実質的にアライメントされるように配向され、それにより前記アレイアンテナは、前記複数の軌道面のうち第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち第１の衛星が前記アレイアンテナの前記視野を通行するのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡することができる、請求項１に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項３】
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が、前記アレイアンテナの前記視野内の予め定められた衛星解放位置に到達すると、前記アレイアンテナは、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星の追跡から、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち第２の衛星の追跡へと切換わる、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項４】
前記アレイアンテナは、予め定められた衛星捕捉位置まで前記第１の軌道面をフライバックすることにより、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星の追跡から、前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星の追跡へと切換わる、請求項３に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項５】
前記傾斜プレートは、前記走査軸と実質的にアライメントされた１本の傾斜軸の周りで傾斜する、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項６】
前記傾斜プレートは、１本の傾斜軸の周りで傾斜し、
前記傾斜プレートは、前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡するのに伴って前記傾斜軸の周りで傾斜し、前記傾斜プレートが傾斜することによって地球の自転を補償し、それにより前記アレイアンテナの前記視野は、前記第１の軌道面に向けて配向された状態を保ち、前記アレイアンテナは、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星との間でデータを送受信することができる、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項７】
前記傾斜プレートは１本の傾斜軸の周りで傾斜し、
前記アレイアンテナが、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡から、前記複数の軌道面のうち第２の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡へと切換わる際に、前記傾斜プレートは、予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜軸の周りで傾斜し、前記予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜プレートが傾斜することにより、前記アレイアンテナの前記視野は、前記複数の軌道面のうち前記第２の軌道面に向けて配向され、それにより、前記複数の軌道面のうち前記第２の軌道面上にある前記
複数の衛星の第１の個々の衛星が追跡され得、前記第２の軌道面上にある前記第１の個々の衛星との間でデータが送受信され得る、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項８】
前記アレイアンテナは二重フィードアレイアンテナであり、それによって前記アレイアンテナはデータを同時に送受信することができる、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項９】
前記アレイアンテナは別個の送信開口および受信開口を有し、前記送信開口は、前記アレイアンテナが追跡している前記個々の衛星にデータを送信し、前記受信開口は、前記アレイアンテナが追跡している前記個々の衛星からデータを受信する、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１０】
前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の前記軌道は極軌道であり、
前記アレイアンテナは、前記走査軸が実質的に南北に延びるように配向され、
前記傾斜プレートは、前記走査軸と実質的にアライメントされている一本の傾斜軸の周りで傾斜する、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１１】
前記間隔をあけて配置された複数の軌道面は等間隔で配置されている、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１２】
前記アレイアンテナは、幅および長さを有する開口を有し、開口の長さは前記走査軸に沿って延び、開口の幅は前記開口の長さに対して実質的に垂直であり、前記開口の長さは前記開口の幅よりも大きい、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１３】
前記開口の幅は、前記アレイアンテナによって生成されるアンテナビームの幅が、前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の前記軌道の曲率を補償するように寸法が決定される、請求項１２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１４】
衛星通信システムと通信するために、１本の傾斜軸の周りで傾斜する傾斜プレートに取付けられて１本の走査軸を有する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを有する地上ユーザ端末アンテナを使用する方法であって、前記衛星通信システムにおいて、衛星は、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で地球を周回し、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面は複数の衛星を有し、前記方法は、
前記アレイアンテナの前記走査軸が、前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の軌道と実質的にアライメントされるように前記ユーザ端末アンテナを配向するステップと、
前記アレイアンテナの視野内にある、前記複数の軌道面のうち第１の軌道面にある前記複数の衛星のうち第１の衛星を捕捉するステップと、
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が地球を周回するのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が前記アレイアンテナの前記視野を通行している間に、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡するステップと、
前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡している間に、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星との間でデータを送受信するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜プレートを傾斜させるステップをさらに含み、それにより、第１の衛星を捕捉する前記ステップを行なう前に、前記アレイアンテナの前記視野は、前記複数の軌道面のうち前記第１の軌道面に向けて配向される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の衛星を追跡する前記ステップは、前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上
にある前記第１の衛星を追跡するのに伴い、前記傾斜軸の周りで前記傾斜プレートを傾斜させるステップを含み、それにより、前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡している間、前記アレイアンテナの前記視野は前記第１の軌道面に向けて配向された状態を保つ、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の衛星を追跡する前記ステップは、
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が予め定められた衛星解放位置に至るまで、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡するステップと、
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が前記予め定められた衛星解放位置を通過して進行し続けるのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星の追跡を中止することによって前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を解放するステップと、
予め定められた衛星捕捉位置まで前記アレイアンテナを用いて走査することにより、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち第２の衛星を捕捉するステップと、
前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星が前記第１の軌道面上で地球を周回して、前記予め定められた衛星捕捉位置と前記予め定められた衛星解放位置との間で前記アレイアンテナの前記視野を通行するのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星を追跡するステップとを含み、
前記第１の衛星との間でデータを送受信する前記ステップは、前記アレイアンテナによって追跡されている、前記複数の軌道面のうち任意の軌道面上にある前記複数の衛星のうち任意の衛星との間でデータを送受信するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星が前記予め定められた衛星解放位置に至ると、前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星を解放するステップをさらに含み、
前記第１の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に至るまで、前記第１の軌道面上にある第１の衛星を捕捉、追跡、および解放し、その後、前記第１の軌道面上にある第２の衛星を捕捉、追跡、および解放するステップが、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の各衛星に対して繰返される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の軌道面が前記予め定められた軌道面解放位置に至ると、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち任意の衛星の追跡を中止することによって前記第１の軌道面を解放するステップと、
前記第１の軌道面が前記予め定められた軌道面解放位置に至ると、前記予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜軸の周りで前記傾斜プレートを傾斜させるステップとをさらに含み、それにより、前記アレイアンテナの前記視野は、前記複数の軌道面のうち第２の軌道面に向けて配向され、
前記第２の軌道面が前記予め定められた軌道面捕捉位置と前記予め定められた軌道面解放位置との間にある間に、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の各衛星を捕捉、追跡、および解放する前記ステップが、前記第２の軌道面上にある前記複数の衛星の各衛星に対して行なわれる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
データを送受信する前記ステップは、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡から、前記第２の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡へと切換わる前に、データ転送プロトコルを取り決めるステップを含み、それによって切換えによりデータが失われない、請求項１９に記載の方法。
【請求項１】
衛星通信システム用の固定式地上ユーザ端末アンテナであって、前記衛星通信システムにおいて、衛星は、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で地球を周回し、かつ、複数の軌道面の各軌道面は複数の衛星を有し、前記ユーザ端末アンテナは、
基部を含み、前記基部は前記ユーザ端末アンテナを支持し、前記ユーザ端末アンテナはさらに、
傾斜プレートを含み、前記傾斜プレートは前記基部に接続され、前記基部に対して傾斜され得、前記ユーザ端末アンテナはさらに、
１本の走査軸に沿って走査する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを含み、前記アレイアンテナは前記傾斜プレートに取付けられ、それにより前記アレイアンテナは、前記傾斜プレートが傾斜するのに伴って傾斜し、前記アレイアンテナは、前記複数の軌道面のうち１つの軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星が前記アレイアンテナの視野を通行するのに伴い、前記個々の衛星を追跡し、それにより前記アレイアンテナは、前記個々の衛星との間でデータを送受信することができる、ユーザ端末アンテナ。
【請求項２】
前記アレイアンテナの前記走査軸は、前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の軌道と実質的にアライメントされるように配向され、それにより前記アレイアンテナは、前記複数の軌道面のうち第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち第１の衛星が前記アレイアンテナの前記視野を通行するのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡することができる、請求項１に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項３】
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が、前記アレイアンテナの前記視野内の予め定められた衛星解放位置に到達すると、前記アレイアンテナは、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星の追跡から、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち第２の衛星の追跡へと切換わる、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項４】
前記アレイアンテナは、予め定められた衛星捕捉位置まで前記第１の軌道面をフライバックすることにより、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星の追跡から、前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星の追跡へと切換わる、請求項３に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項５】
前記傾斜プレートは、前記走査軸と実質的にアライメントされた１本の傾斜軸の周りで傾斜する、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項６】
前記傾斜プレートは、１本の傾斜軸の周りで傾斜し、
前記傾斜プレートは、前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡するのに伴って前記傾斜軸の周りで傾斜し、前記傾斜プレートが傾斜することによって地球の自転を補償し、それにより前記アレイアンテナの前記視野は、前記第１の軌道面に向けて配向された状態を保ち、前記アレイアンテナは、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星との間でデータを送受信することができる、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項７】
前記傾斜プレートは１本の傾斜軸の周りで傾斜し、
前記アレイアンテナが、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡から、前記複数の軌道面のうち第２の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡へと切換わる際に、前記傾斜プレートは、予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜軸の周りで傾斜し、前記予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜プレートが傾斜することにより、前記アレイアンテナの前記視野は、前記複数の軌道面のうち前記第２の軌道面に向けて配向され、それにより、前記複数の軌道面のうち前記第２の軌道面上にある前記
複数の衛星の第１の個々の衛星が追跡され得、前記第２の軌道面上にある前記第１の個々の衛星との間でデータが送受信され得る、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項８】
前記アレイアンテナは二重フィードアレイアンテナであり、それによって前記アレイアンテナはデータを同時に送受信することができる、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項９】
前記アレイアンテナは別個の送信開口および受信開口を有し、前記送信開口は、前記アレイアンテナが追跡している前記個々の衛星にデータを送信し、前記受信開口は、前記アレイアンテナが追跡している前記個々の衛星からデータを受信する、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１０】
前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の前記軌道は極軌道であり、
前記アレイアンテナは、前記走査軸が実質的に南北に延びるように配向され、
前記傾斜プレートは、前記走査軸と実質的にアライメントされている一本の傾斜軸の周りで傾斜する、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１１】
前記間隔をあけて配置された複数の軌道面は等間隔で配置されている、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１２】
前記アレイアンテナは、幅および長さを有する開口を有し、開口の長さは前記走査軸に沿って延び、開口の幅は前記開口の長さに対して実質的に垂直であり、前記開口の長さは前記開口の幅よりも大きい、請求項２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１３】
前記開口の幅は、前記アレイアンテナによって生成されるアンテナビームの幅が、前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の前記軌道の曲率を補償するように寸法が決定される、請求項１２に記載のユーザ端末アンテナ。
【請求項１４】
衛星通信システムと通信するために、１本の傾斜軸の周りで傾斜する傾斜プレートに取付けられて１本の走査軸を有する１次元の電子走査型フェーズドアレイアンテナを有する地上ユーザ端末アンテナを使用する方法であって、前記衛星通信システムにおいて、衛星は、間隔をあけて配置された複数の軌道面からなる配列で地球を周回し、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面は複数の衛星を有し、前記方法は、
前記アレイアンテナの前記走査軸が、前記複数の軌道面上にある前記複数の衛星の軌道と実質的にアライメントされるように前記ユーザ端末アンテナを配向するステップと、
前記アレイアンテナの視野内にある、前記複数の軌道面のうち第１の軌道面にある前記複数の衛星のうち第１の衛星を捕捉するステップと、
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が地球を周回するのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が前記アレイアンテナの前記視野を通行している間に、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡するステップと、
前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡している間に、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星との間でデータを送受信するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜プレートを傾斜させるステップをさらに含み、それにより、第１の衛星を捕捉する前記ステップを行なう前に、前記アレイアンテナの前記視野は、前記複数の軌道面のうち前記第１の軌道面に向けて配向される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の衛星を追跡する前記ステップは、前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上
にある前記第１の衛星を追跡するのに伴い、前記傾斜軸の周りで前記傾斜プレートを傾斜させるステップを含み、それにより、前記アレイアンテナが前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡している間、前記アレイアンテナの前記視野は前記第１の軌道面に向けて配向された状態を保つ、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の衛星を追跡する前記ステップは、
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が予め定められた衛星解放位置に至るまで、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を追跡するステップと、
前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星が前記予め定められた衛星解放位置を通過して進行し続けるのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星の追跡を中止することによって前記第１の軌道面上にある前記第１の衛星を解放するステップと、
予め定められた衛星捕捉位置まで前記アレイアンテナを用いて走査することにより、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち第２の衛星を捕捉するステップと、
前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星が前記第１の軌道面上で地球を周回して、前記予め定められた衛星捕捉位置と前記予め定められた衛星解放位置との間で前記アレイアンテナの前記視野を通行するのに伴い、前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星を追跡するステップとを含み、
前記第１の衛星との間でデータを送受信する前記ステップは、前記アレイアンテナによって追跡されている、前記複数の軌道面のうち任意の軌道面上にある前記複数の衛星のうち任意の衛星との間でデータを送受信するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星が前記予め定められた衛星解放位置に至ると、前記第１の軌道面上にある前記第２の衛星を解放するステップをさらに含み、
前記第１の軌道面が予め定められた軌道面解放位置に至るまで、前記第１の軌道面上にある第１の衛星を捕捉、追跡、および解放し、その後、前記第１の軌道面上にある第２の衛星を捕捉、追跡、および解放するステップが、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の各衛星に対して繰返される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の軌道面が前記予め定められた軌道面解放位置に至ると、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星のうち任意の衛星の追跡を中止することによって前記第１の軌道面を解放するステップと、
前記第１の軌道面が前記予め定められた軌道面解放位置に至ると、前記予め定められた軌道面捕捉位置まで前記傾斜軸の周りで前記傾斜プレートを傾斜させるステップとをさらに含み、それにより、前記アレイアンテナの前記視野は、前記複数の軌道面のうち第２の軌道面に向けて配向され、
前記第２の軌道面が前記予め定められた軌道面捕捉位置と前記予め定められた軌道面解放位置との間にある間に、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の各衛星を捕捉、追跡、および解放する前記ステップが、前記第２の軌道面上にある前記複数の衛星の各衛星に対して行なわれる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
データを送受信する前記ステップは、前記第１の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡から、前記第２の軌道面上にある前記複数の衛星の個々の衛星の追跡へと切換わる前に、データ転送プロトコルを取り決めるステップを含み、それによって切換えによりデータが失われない、請求項１９に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００６−５００７９４（Ｐ２００６−５００７９４Ａ）
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−５６４９７８（Ｐ２００３−５６４９７８）
【出願日】平成１５年１月１０日（２００３．１．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０００８８８
【国際公開番号】ＷＯ２００３／０６５５０１
【国際公開日】平成１５年８月７日（２００３．８．７）
【出願人】（５９１００９０３７）ザ・ボーイング・カンパニー (15)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＢＯＥＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１月１０日（２００３．１．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０００８８８
【国際公開番号】ＷＯ２００３／０６５５０１
【国際公開日】平成１５年８月７日（２００３．８．７）
【出願人】（５９１００９０３７）ザ・ボーイング・カンパニー (15)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＢＯＥＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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