JPS5836862B2 - 衛星中継装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビーム掃引により地球局間の相互接続を行なう
通信衛星の改良に関する。

衛星搭載用アンテナの大型化にともなって、指向性およ
び周波数の有効利用の点でスポットビームアンテナの使
用が有利となる。

スポットビームアンテナを使用した場合、衛星内におい
て各ビーム間の相互接続を行なう必要があるが、この１
つの方法としてビーム掃引力式が有効であることが知ら
れている。

従来のビーム掃引力式としてはフエーズドアレイアンテ
ナが一般的であり、マルチビームアンテナの使用は高出
力段でのスイッチングの必要があるため困難であると考
えられていた。

また、フエーズドアレイアンテナについても、受信側と
送信側の共用が困難であり、アップリンクとダウンリン
クで相互に同期したビーム掃引が必要となる、あるいは
グレーテイングローブによるサービスエリア外への漏れ
電力の抑圧等の技術的な問題点が残されていた。

従って本発明は従来の技術の上記欠点を改善するもので
、その目的は従来の装置と比較して簡易な構成でスポッ
トビームの切換による対地の相互接続を行なうごとき衛
星中継装置を提供することにある。

この目的を達成するための本発明の特徴は、マルチビー
ムアンテナを使用すること、各対地からの受信信号は切
換をせずに単に合成すること、及び送信側のビーム掃引
は低電力部でのスイッチングにより行なうこと、に存す
る。

以下図面により実施例を説明する。

第１図は本発明による衛星中継装置の１実施例のブロッ
クダイヤグラムを示す。

同図において、参照番号１−１〜ｌ−Ｎはスポットビー
ム受信アンテナ、２−１〜２−Ｎはスポットビーム送信
アンテナ、３は低雑音受信器、４は周波数変換器および
増幅器、５は移相器、６は送信用電力増幅器、７は電力
合成器、８は電力分割器、９は２Ｎ端子方向性結合器、
１０は切換制御装置を示す。

なおアンテナ１−１〜１−Ｎ及び２−１〜２ −Ｎは、
実際には単一の反射鏡に複数のアンテナエレメントを具
備して構威し、又アンテナ共用器（図示なし）により送
信アンテナと受信アンテナを共用することも可能である
。

第２図はアップリンクの信号構成および当該アップリン
ク信号の各バースト内の信号構成（ダウンリンク）を示
す。

第２図では（ｆｒｏｍｌ−１）についてのみのダウンリ
ンクを示したが（ｆｒｏｍｌ−２）以下のものについて
も同様である。

なおアップリンクとは地球局から衛星へのリンク、ダウ
ンリンクとは衛星から地球局へのリンクをいう。

第２図を用いて第１図の動作原理を説明する。

第２図に示したバースト状のアップリンク信号が互いに
重複しないように各地球局から送信される。

衛星ではアンテナ１−１〜１−Ｎからアップリンク信号
を受信後、低雑音受信器３で増幅、電力合成器７で合成
し、第２図のＡのように各局からの信号を時間軸上に配
列する。

電力合成器７の出力は周波数変換／増幅器４でダウンリ
ンク周波数に変換増幅された後電力分割器８においてＮ
等分される。

電力分割器８の各出力は移相器５、送信用電力増幅器６
を経た後２Ｎ端子方向性結合器９で合成され、アンテナ
２−１〜２ −Ｎから各地球局に送信される。

切換制御装置１０はすべての移相器５に接続され、電力
分割器８の入力が各バースト内において行先別に２Ｎ端
子方向性結合器９のＮ出力端子に高速走査（掃引）され
るように移相器５の移相量を制御する。

２Ｎ端子方向性結合器はＮ個の入力端子とＮ ｇの出力
端子を有する受動装置で、各入力端子からの入力電力は
Ｎ個の出力端子にＮ等分されて出力される。

従って各入力端子からの入力電力が位相に従って合威さ
れた出力が各出力端子に得られる。

つまり２Ｎ端子方向性結合器９の出力には常にＮ個の送
信用電力増幅器６の合成出力が得られる。

ここで電力分割器８、移相器５、送信用電力増幅器６及
び２Ｎ端子方向性結合器９は実質的に切換増幅回路を構
成している。

本切換増幅回路の原理をＮ＝４の場合について説明する
。

第９図は、Ｎ＝４の場合の切換増幅回路の構成を示す。

８は電力分割器、５−１〜５−４は移相器、６−１〜６
−４は送信用電力増幅器、９は２Ｎ端子方向性結合器を
示す。

１２はハイブリッド結合器を示し、電力分割器８は３個
のハイブリッド結合器、２Ｎ端子方向性結合器９は４個
のハイブリッド結合器で構成される。

ここで、電力分割器８に入力される信号電力をＰ。

とすると、電力分割器８の出力端子には電力が馬で、相
対位相が’ｔＯｊ）πの４出力が得２れ２２ る。

ここで、移相器５−１〜５−４の移相量ｌ１θ２，θ３
，θ４とし、送信用電力増幅器６−１〜６−４の電力増
幅率をＡとすると、２Ｎ端子方向性結合器９の４出力Ｔ
１〜Ｔ４は下記のようになる。

すると、Ｔ４＝ＡＰｏ，Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３−０トナり、
送信用電力増幅器６−１〜６−４の合成出力を移相器５
−１〜５−４の移相器を制御することにより２Ｎ端子方
向性結合器９の任意の出力端子に出力することができる
。

同様に他のＮに対しても切換増幅回路が構成される。

従って、アップリンク信号を切換増幅回路の切換動作に
同期させておくと第２図に示したダウンリンク信号が行
先別に各地球局に接続されることになる。

なお第１図の実施例では送信信号のスイッチングは実質
的に移相器５（つまり送信用電力増幅器６の入力側）で
行なわれており、このように低電力部でスイツチングを
行なうことは本発明の特徴のひとつである。

第３図は本発明による別の実施例であって、１１〜１−
Ｎ，２−１〜２−Ｎ，３，４，５，６，７，８，９，１
０は第１図と同じものを示す。

また、１１は偏合波器を示す。

第４図はアップリンクの信号構成および当該アップリン
ク信号の各バースト内の信号構成（ダウンリンク）を示
す。

第４図を用いて第３図の動作原理を説明する。

アンテナ１−１〜１ −Ｎが対向するＮ個のサービスエ
リアを、Ｌ個の対地とＮ−Ｌ個（ただしＬ〈Ｎ）の対地
の２つの群に分け、アップリンク信号は一方の群に対し
て垂直偏波、他方の群に対して水平偏波とする。

各地球局からのバースト状アップリンク信号はアンテナ
１−１〜１ −Ｎで受信され、低雑音受信器３で増幅さ
れた後、群毎に電力合成器７で合或され第４図のＡに示
したように時間軸上に配列される。

電力合成器７の出力は周波数変換／増幅器４でダウンリ
ンク周波数に変換増幅された後電力分割器８、移相器５
、送信用電力増幅器６及び２Ｎ端子方向性結合器９で構
成される切換増幅回路によって行先別にスイッチングさ
れて出力されるｒ方の２Ｎ端子方向性結合器９Ａの出力
は垂直偏波、他方の２Ｎ端子方向性結合器９Ｂの出力は
水平偏波として、偏合波器１１において低損失で合波さ
れ、アンテナ２−１〜２−Ｎから各地球局に送信される
。

切換制御装置１０はすべての移相器５に接続され、電力
分割器８の入力が各バースト内において行先別に２Ｎ端
子方向性結合器９のＮ出力端子に高速掃引されるように
移相器５の移相量を制御する。

このとき、２つの２Ｎ端子方向性結合器９の出力は同時
に同じアンテナ端子に接続されることのないように制御
される。

アップリンク信号を切換増幅回路の切換動作に同期させ
ておくと第４図に示すダウンリンク信号が行先別にスイ
ッチングされて地球局に接続されることになる。

第５図は本発明の別の実施例のブロックダイヤグラムで
あって、１−１〜１−Ｎ，２−１〜２一Ｎ，３，４，５
，６，７，８，９，１０は第１図と同じものを示す。

１−１′〜１−Ｎ′はそれぞれ１−１〜１−Ｎと同じ地
域を照射するスポットビーム受信アンテナ，２−１’〜
２−Ｎ′はそれぞれ２一１〜２−Ｎと同じ地域を照射す
るスポットビーム送信アンテナである。

アップリンクの信号構成およびアップリンク信号の各バ
ースト内の信号構成（ダウンリンク）を第６図に示す。

第６図を用いて第５図の動作原理を説明する。

受信アンテナ１−１〜１−Ｎおよび１−１′〜１−Ｎ′
が対向するＮ個のサービスエリアをＬ個とＮ−Ｌ個の２
つの群に分け、アップリンク信号は一方の群に対して垂
直偏波、他方の群に対して水平偏波とする。

各地球局からのバースト状アップリンク信号はアンテナ
１−１〜１−Ｎ及び１−１′〜１Ｎ／で受信され、低雑
音増幅器３で増幅された後、群毎に電力合成器７で合成
され第６図に示したように時間軸上に配列される。

このとき、同じ照射域のスポットビームを同位相で合成
すると利得が２倍となる。

また、同じ照射域のスポットビームに対する低雑音受信
器３はいずれか片方が故障した場合においても、同じ地
域が２つのスポットビームにより照射されるので回線断
を防ぐことが出来システム信頼度が向上している。

電力合成器７の出力は周波数変換／増幅器４でダウンリ
ンク周波数に変換増幅された後電力分割器８、移相器５
、送信用電力増幅器６及び２Ｎ端子方向性結合器９で構
成される切換増幅回路によって行先別に出力され、アン
テナ２−１〜２−Ｎおよびアンテナ２−１′〜２−１’
（から各地球局に送信される。

切換制御装置１０はすべての移相器５に接続され、電力
分割器８の入力が各バースト内において行先別に２Ｎ端
子方向性結合器９のＮ出力端子に高速掃引されるように
移相器５の移相量を制御する。

このとき、２つの２Ｎ端子方向性結合器９の出力が同じ
地域を照射するアンテナ端子に接続されることのないよ
うに制御される。

アップリンク信号を切換増幅回路の切換動作に同期させ
ておくと第５図に示すダウンリンク信号が行先別に地球
局に接続されることになる。

第７図は本発明の別の実施例であって、１−１〜１−Ｎ
．１−１’〜１−Ｎ’，２−１〜２−Ｎ，２−丁〜２−
Ｎ’，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１は第３
図、第５図で使用したものと同じものを示す。

第８図はアップリンクの信号構成およびアップリンク信
号の各バースト内の信号構成（ダウンリンク）を示す。

今、第８図を用いて第７図の動作原理を説明する。

アンテナ１−１〜１ −Ｎおよび１−１′〜１−Ｎ′が
対向するＮ個のサービスエリアをＬ１個、Ｌ２−Ｌ１個
、Ｌ３−Ｌ２個、Ｎ−Ｌ３個（ただしＮ＞Ｌ３〉Ｌ２〉
Ｌ１）の４つの群に分け、アップリンク信号は隣接する
エリア同士で偏波が異なるように２つの群に対して垂直
偏波、他の２つの群に対して水平偏波とする。

各地球局からのバースト状アップリンク信号はアンテナ
１−１〜１ −Ｎ， １−１’〜１−Ｎ′で受信され、
低雑音受信器３で増幅された後、群毎に電力合成器７で
合成され第８図に示したように時間軸上に配列される。

このとき、同じ照射域のスポットビームは同位相で合成
され、冗長系も兼ねている。

電力合成器７の出力は周波数変換／増幅器４でダウンリ
ンク周波数に変換増幅された後、電力分割器８、移相器
５、送信用電力増幅器６及び２Ｎ端子方向性結合器９で
構成される切換増幅回路によって行先別に出力される。

４つの２Ｎ端子方向性結合器９の内、２つの出力は垂直
偏波、他の２つの出力は水平偏波として、２波ずつ偏合
波器１１において合波され、アンテナ２−１〜２−Ｎお
よび２−２′〜２−Ｎ′力）ら各地球局に送信される。

切換制御装置１０はすべての移相器５に接続され、電力
分割器８の入力が各バースト内において行先別に２Ｎ端
子方向性結合器９のＮ出力端子に高速掃引されるように
移相器５の移相量を制御する。

このとき、４つの２Ｎ端子方向性結合器９の出力がすべ
て異なるアンテナ端子に接続されるように制御される。

アップリンク信号を切換増幅回路の切換動作に同期させ
ておくと第８図に示すダウンリンク信号が行先別に地球
局に接続されることになる。

上記説明において同一対地を照射するＮ本のスポットビ
ームが２組の場合のみを扱かったが任意のＭ組の場合は
拡張し得ることは当然である。

また、アンテナ共用装置（図示なし）の使用により受信
側と送信側のアンテナは共用が可能である。

以上説明したように、本発明はマルチビームアンテナを
使用することにより、アップリンク信号に対しては電力
合成、ダウンリンク信号に対してはビーム掃引を行ない
、各地球局間の相互接続を可能としている。

したがって高利得スポットビームアンテナの使用が可能
であり、さらに送信側は電力合或による高出力送信が可
能である。

また、各局への割当時間を可変制御することにより、ト
ラヒツクの変動に柔軟に対処できるという利点を有して
いる。

さらに複数ビームの掃引により、伝送容量の増大にも対
処し得る利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は第１図
を説明するための信号構成図、第３図は本発明の別の実
施例のブロック図、第４図は第３図を説明するための信
号構成図、第５図は本発明の更に別の実施例のブロック
図、第６図は第５図を説明するための信号構成図、第７
図は本発明の更に別の実施例のブロック図、第８図は第
７図を説明するための信号構戒図、第９図は第１図の動
作原理を説明するためのブロック図である。 １−１〜１−Ｎ，１−１’〜１−Ｎ’・・・・・スポッ
トビーム受信アンテナ入力端子、２−１〜２−Ｎ，２−
１′〜２−Ｎ’・・・・・スポットビーム送信アンテナ
出力端子、３・・・・・・低雑音受信器、４・・・・・
・周波数変換器および増幅器、５，５−１〜５−４・・
・・・・移相器、６，６−１〜６−４・・・・・・送信
用電力増幅器、７・・・・・・電力合戒器、８・・・・
・・電力分割器、９・・・・・・２Ｎ端子方向性結合器
、１０・・・・・・切換制御装置、１１・・・・・・偏
合波器、１２・・・・・・ハイブリッド結合器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 照射する対地の数に等しい数のスポットビームを形
   成するマルチビームアンテナを使用する衛星中継装置に
   おいて、各対地からのＮ個のアップリンクの信号を対地
   毎に増幅するＮ個の低雑音増幅器と、各低雑音増幅器の
   出力を合成する電力合成器と、当該電力合成器の出力を
   増幅すると共に周波数変換を行なう回路と、該回路の出
   力をＮ個に分割する電力分割器と、電力分割器の各出力
   毎に接続される複数の可変移相器と、各移相器の出力に
   接続される複数の送信用電力増幅器と、各送信用電力増
   幅器の出力と送信アンテナの間に接続される２Ｎ端子方
   向性結合器と、前記移相器に接続され、信号の行先に応
   じて各移相器の移相量を制御する切換制限装置とを有す
   ることを特徴とする。 衛星中継装置。２ 特許請求の範囲第１項の衛星中継装
   置において、Ｎ個の信号が垂直偏波と水平偏波とから構
   成され、両偏波が同時に同じ対地を照射しないように合
   成されるごとき衛星中継装置。