JP2995016B2 - 通信ビームを制御及び再指向するためのアンテナシステム - Google Patents

通信ビームを制御及び再指向するためのアンテナシステム

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JP2995016B2
JP2995016B2 JP9103379A JP10337997A JP2995016B2 JP 2995016 B2 JP2995016 B2 JP 2995016B2 JP 9103379 A JP9103379 A JP 9103379A JP 10337997 A JP10337997 A JP 10337997A JP 2995016 B2 JP2995016 B2 JP 2995016B2
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  • Radio Relay Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、通信衛星
に係り、より詳細には、通信ビームを再指向して所望の
合成ビームパターンを発生するように放射アレーを制御
するためのシステムに係る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、通信衛星は、高周波（ＲＦ）信
号を介して遠隔装置と通信する。遠隔装置は、移動及び
固定のセルラー電話ステーション等を含む。衛星に取り
付けられたアンテナにより高周波（ＲＦ）信号が受信及
び送信される。衛星に搭載された送信器は、所定の方向
に向いたビームの形態の出て行くＲＦ信号を発生するよ
うにアンテナを駆動する。又、衛星に搭載された受信器
は、アンテナにより感知される到来信号を受け入れる。
以下、処理されるＲＦ信号を「通信ビーム」又は「有効
到達（カバレージ）ビーム」と称する。
【０００３】これまで、１９９３年、マグローヒル社か
ら出版されたリチャード、Ｃ．ジョンソン著の「アンテ
ナエンジニアリングハンドブック、第３版」と題する文
献の第３４−３６章に説明されたように、多数の従来型
アンテナシステムが提案されている。この文献は、参考
としてここに援用する。
【０００４】これら従来のアンテナシステムは、図１に
示すように、直接放射アレーのアンテナシステムを含
む。図１は、一般的な一次元直接放射アンテナ（ＤＲ
Ａ）９００を示す。このアレー９００は、リード９１０
−９１７に各々接続された８つの放射素子即ち供給素子
９０１−９０８を備えている。リード９１０−９１７
は、一般的に破線で示されたビーム形成ネットワーク９
２０の出力供給ポートを表している。ビーム形成ネット
ワーク９２０は、ビーム入力ポート９２２を経て到来信
号を受け取り、この到来信号の成分をリード９１０−９
１７間で分割し、分配する。これらの成分信号は、供給
素子９０１−９０８を駆動し、それに基づいてエレメン
トビームが発生される。ビーム形成ネットワーク（ＢＦ
Ｎ）９２０は、リード９１０−９１７に関連した位相コ
ントローラ９２４−９３１を含み、これらコントローラ
は、これを通過する信号に位相シフト即ち時間遅延を誘
起する。位相コントローラ９２４−９３１は、放射素子
９０１−９０７からの合成ビーム出力を所望の方向に指
向するように協働する。
【０００５】説明上、各供給素子９０１−９０７は、出
て行くエレメントビームを表すダッシュ信号を出力する
ものとして説明する。位相コントローラ９２４−９３１
は、入力信号の成分が遅延形態で出力されて波頭９３２
を形成するように位相シフトを誘起する。これら成分か
ら形成される合成有効到達ビームは、波頭９３２に対し
て直角な方向に放射される。
【０００６】図１の例は、二次元アレー（図２）へ拡張
することができ、この場合に、直接放射アレー９５０
は、ｘ軸９６８及びｙ軸９７０に沿って行及び列に配置
された複数の放射素子即ち供給素子９５１−９６６を備
えている。図２において、各列は、位相コントローラ９
７１−９７４の１つに接続される。全ての列は、単一の
ビームポート９７６によって駆動される。ビーム形成マ
トリクス９７５の位相コントローラ９７１−９７４は、
φ、２φ、３φ及び４φの位相シフトを各々誘起する。
従って、放射素子９５１−９５４は到来信号をφ°位相
シフトさせて出力する。放射素子９５１−９５４は、そ
れらの間に位相シフトを含まず、従って、信号を同時に
出力する。同様に、放射素子９５５−９５８は、ビーム
ポート９７６からの到来信号を２φ°位相シフトさせて
出力する。素子９５９−９６２は、到来信号に３φ°の
位相シフトを導入し、一方、素子９６３−９６６は、４
φ°の位相シフトを導入する。従って、合成ビームは、
放射素子９５１−９６６により形成された平面に関して
ｘ軸に対してある角度で放射される。
【０００７】又、位相コントローラは、合成ビームをｙ
軸９７０に対してある角度で再指向するように各列内の
放射素子間に導入されてもよい。従って、各放射素子間
に所望の位相シフトを導入することにより、合成ビーム
をｘ軸９６８及びｙ軸９７０に対して再指向することが
できる。
【０００８】図３は、ビーム入力ポート９８２及び９８
３に複数の入力ビーム信号が付与されるアンテナアレー
９８０を示している。入力ポート９８２及び９８３は、
別々のビーム形成ネットワーク９８４及び９８５を駆動
する。２つの信号ビームＢＦＮ９８４及び９８５は、２
ビームＢＦＮ９８７を形成する。ビーム入力ポート９８
２及び９８３は、多数の位相コントローラ９８６を経て
単一ビームＢＦＮ９８４及び９８５内で相互接続され
る。従って、各ビーム入力ポート９８２へ送られる信号
は、位相コントローラ９８６の個別の独特の組合せを通
過し、そして放射素子９８８から別々に放射される。ビ
ームポート＃１及び＃２は、波頭９８９及び９９０に対
して各々直角の第１及び第２ビームを発生する信号を供
給する。
【０００９】ＢＦＮ９８７は、２本以上のビームを形成
するために２つ以上の単一のＢＦＮ９８４及び９８５を
備えている。非常に多数のビームがあるときには、交差
信号経路の数を減少するために、多ビームＢＦＮ９８７
は、マトリクス回路（バトラーマトリクス、ブラスマト
リクス及びロトマンレンズのような）の形態でしばしば
実施される。これらのマトリクス回路は、上記のリチャ
ード、Ｃ．ジョンソン著の「アンテナエンジニアリング
ハンドブック、第３版」と題する文献のような多数のア
ンテナテキストブックに説明されている。図１及び３
は、送信直接放射アレー（ＤＲＡ）を示している。受信
ＤＲＡにおいては、ソリッドステート電力増幅器（ＳＳ
ＰＡ）が２つのノイズ増幅器（ＬＮＡ）と置き換えられ
る。
【００１０】図４は、複数のマトリクス回路で二次元ア
レーとして構成された多ビームＢＦＮを示している。ビ
ーム形成ネットワーク８００は、ｘ軸マトリクス８０２
及びｙ軸マトリクス８０４を備えている。これらｘ軸及
びｙ軸マトリクス８０２及び８０４の各々は、互いに平
行に整列された１１個の同一のマトリクス回路８０６
（単一ビームＢＦＮ９８４及び９８５のような）で形成
される。各マトリクス回路８０６は、その長さに沿って
配置された１１個のビームポート８０８を含む。各マト
リクス回路８０７は、その長さに沿って配置された１１
個の供給ポート８１０を含む。従って、１１個のマトリ
クス回路８０６は、１２１のビームポート８０８を形成
するように協働する。同様に、マトリクス回路８０７
は、１２１の供給ポート８１０を形成するように協働す
る。従来のアンテナシステムにおいては、供給ポート８
１０は、方形アンテナアレーの１２１個の放射素子に１
対１のベースで接続される。マトリクス回路８０６及び
８０７は、複数の位相コントローラを経て従来の仕方で
（そして上記参照文献に説明されたように）相互接続さ
れる。従って、ビームポート８０８に付与される信号は
分割され、そして１２１個の全ての供給ポート８１０か
ら出力される。更に、各ビームポート信号は、供給ポー
ト８１０から出力される前に、複数の位相コントローラ
に通され、そして１２１個の供給ポートから時間遅延状
態で放射され、図１、２及び３について述べたようにビ
ーム再指向される。ビームポートに送られる各信号は、
供給ポート８１０の出力間に所定の時間遅延を得るよう
に個別のそして独特の位相シフトを受ける。
【００１１】図５は、１２１個のビームポートの従来の
方形マトリクスを示し、一方、図６は、１２１個の放射
素子を有する方形アンテナアレーによって遠フィールド
領域（例えば、地表面）の有効到達領域に形成される合
成ビームの従来の方形マトリクスを示している。対応す
るビームポート及びそれにより生じるビームは、同じ番
号が付けられている。信号がビームポート＃１に付与さ
れると、この信号は、１２１個の成分に分離されそして
１２１個の供給ポート８１０（図４）間に供給信号とし
て分布される。従って、これら供給信号は、１２１個の
全ての放射素子即ち供給素子を駆動する。ビームポート
＃１を励起する信号に対応する供給信号成分は、１２１
個の放射素子により放射されるエレメントビームが協働
して、ビーム位置＃１（図６）に複合ビームを形成する
ように互いに位相シフトされる。同様に、ビームポート
＃１８を励起する信号は、１２１個の成分供給信号に分
割され、そして１２１個の全ての供給ポート（図４）に
出力される。これらの供給信号は、合成有効到達ビーム
レイアウトでビーム位置＃１８に合成ビームを形成する
よう協働する供給ビームを発生するように互いに位相シ
フトされる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アンテナシステムは、その有効性が限定される。図７に
示すように、合成有効到達ビーム８２０は、方形レイア
ウトで形成されたときには、それらの間に実質的なギャ
ップ８２２を残す。これらのギャップ８２２は、一般的
に「ホール」と称され、ＲＦ信号を検出できない有効到
達領域の空所を表す。従って、長方形のビームレイアウ
トは、望ましくない。
【００１３】上記欠点を克服するために、従来のアンテ
ナアレーは、放射素子を三角形格子に配列して同様の構
成で有効到達ビーム８２４を形成するものが提案されて
いる（図８）。三角形格子は、有効到達ビーム８２４間
のホール即ちギャップ８２６のサイズを実質的に減少す
る。三角形格子を形成するために、放射素子及び有効到
達ビームは、図９のように、即ち六角形のレイアウトで
配列される。六角形の有効到達ビームレイアウト８２８
（図９）を形成するアンテナアレーも、その有効性に限
度がある。図９に示されたように、有効到達ビーム８３
０は、平行な軸８３２に沿った行に整列される。
【００１４】しかしながら、直線的な有効到達パターン
は、最適なものではない。一般に、衛星通信において
は、有効到達ビームが、球面に入射する有効到達領域を
遠フィールド領域（例えば、地表面）に形成するように
合成される。通常、有効到達領域は、特に、衛星が地球
から見て水平線付近に位置する場合に（即ち、有効到達
ビームが地表面に対して低い仰角を形成するときに）、
衛星に対して鋭角に変位される。有効到達ビームが地表
面に対して鋭角を形成するときは、有効到達領域内の地
球の輪郭が弧状になる。実際に、地球上のほとんどのカ
バー域は、少なくともその片側に沿って（弧の破線８３
４で示すように）円形の輪郭を示す。図９から明らかな
ように、輪郭線８３４は、有効到達ビーム８３６及び８
３８の中心を通過している。しかしながら、輪郭線８３
４は、有効到達ビーム８４０、８４２及び８４４の縁も
通過している。従って、有効到達ビーム８４０−８４４
は、輪郭線８３４付近の領域においては地球に配置され
た装置と送信及び受信することが困難となる。
【００１５】原理的には、輪郭線８３４付近の領域にお
ける利得は、輪郭線８３４がビーム８４０、８４２及び
８４４の中心部分を通過するようにビームを更に分散さ
せる（即ち、ビームとビームの間隔を広げる）ことによ
り改善できる。しかし、ビームとビームの間隔を広げら
れる程度には限界がある。
【００１６】特に、インターナショナル・テレコミュニ
ケーションズ・ユニオン（ＩＴＵ）は、衛星から放射さ
れる送信ビームの電力束密度に対して限界を規定してい
る。このような限界は、衛星アンテナアレーと地上シス
テムとの間の干渉を回避するために必要とされる。低い
仰角（輪郭線８３４の外側の領域に対応する）において
ＩＴＵにより公布された限界は、ビームが著しく分散す
るのを制約する。輪郭線８３４がビーム８４０−８４４
の中心部分を通過するときには、ビーム８３６及び８３
８によりカバーされる領域であって輪郭線８３４の外側
にある領域は、相当に大きな利得を有し、ＩＴＵ限界を
越えてしまう。ビーム分散についての他の悪影響は、
（１）ビーム巾が不変に保たれた場合にホール８２６が
より深くなり、又は（２）ビーム巾を変更した場合には
全利得が低くなることである。いずれの場合も、通信シ
ステムの全性能を低下するので、望ましくない。
【００１７】上記の問題により、従来のアンテナシステ
ムは、その容量及び利用性に限度がある。容量及び利用
性とは、衛星と通信する地上ユーザの数を指す。
【００１８】以上のことから、この業界では、改良され
たアンテナが要望されている。本発明の目的は、この要
望を満たすことである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の主たる目的は、
通信衛星に関連して使用するための容量及び利用性の改
善されたアンテナシステムを提供することである。
【００２０】本発明の別の目的は、有効到達領域の輪郭
を正確にたどる有効到達ビームレイアウトを形成するア
ンテナシステムを提供することである。
【００２１】本発明の更に別の目的は、通信ビーム間の
不必要なホール又はギャップを回避する改良されたアン
テナシステムを提供することである。
【００２２】本発明の更に別の目的は、非円形アンテナ
アレー及びビーム形成マトリクスを有するが、円形ビー
ムレイアウトを形成するアンテナシステムを提供するこ
とである。
【００２３】本発明の更に別の目的は、ビーム形成ネッ
トワーク内の相互接続リードの本数を減少するアンテナ
システムを提供することである。
【００２４】本発明の更に別の目的は、プルイン及びプ
ッシュアウトのビーム再指向構成により円形ビームパタ
ーンを形成することのできるアンテナシステムを提供す
ることである。
【００２５】本発明のこれら及び他の目的は、直接放射
アレー等のためのアンテナシステムによって達成され
る。このアンテナシステムは、六角形又は方形レイアウ
トのような非円形レイアウトに形成された放射素子のア
レーと、上部レベルのビーム形成マトリクス及び下部の
ビーム接続ネットワークを有するビーム形成ネットワー
クとを備えている。ビーム接続ネットワークは、遠フィ
ールド領域に形成される同様の周波数の個別の有効到達
ビームに各々対応する独特の周波数を有する有効到達信
号を受信する。ビーム接続ネットワークは、各々の有効
到達信号を、重み付け構成に基づき異なる振幅及び位相
の多数の成分信号に分割する。ビーム接続ネットワーク
は、異なる有効到達信号から成分信号を収集し、そして
成分信号の各集合体である「シングレット（一重項）」
信号を出力する。このシングレット信号は、ビーム形成
マトリクスに送られる。ビーム形成マトリクスは、各シ
ングレット信号からのサブ信号を各々含む三角形構成の
供給信号を発生する。ビーム接続ネットワークは、結果
的に得られる対応する有効到達ビームを再指向するため
に各成分信号を互いに調整する重み付け係数を含む。有
効到達ビームを再指向することにより三角形離間格子に
配列された供給ビームは、円形離間の合成有効到達ビー
ムレイアウトを形成するように合成される。好ましい実
施形態では、６１個の円形離間ビームを発生するため
に、ビーム形成マトリクスは、入力及び出力ポートの１
１ｘ１１マトリクスを含む。入力及び出力ポートの六角
形サブセクションが使用される。入力及び出力ポートの
数は、遠フィールド領域において充分な直径の円形合成
有効到達ビームレイアウトを達成するに必要な最小値に
制限される。円形離間有効到達ビームレイアウトは、有
効到達領域の中心の周りの同心円に沿った円形パターン
で合成有効到達ビームを整列するの必要な量だけ内方又
は外方に合成有効到達ビームをシフトするように、成分
信号のクラスターを組合せそしてその振幅及び位相を重
み付けすることにより形成される。
【００２６】シングレットビーム信号は、所望の弧状路
の中心に合わせるまで有効到達ビームを外方にシフトす
るよう「プッシュアウト」構成に基づいて重み付けされ
る。或いは又、重み付け構成は、有効到達ビームを内方
にシフトするように、「プルイン」構成に基づいて制御
されてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】好ましい実施形態は、送信器とし
て動作するアンテナシステムに関連して説明する。しか
しながら、本発明のシステムは、受信器として動作する
アンテナシステムにも等しく適用できることを理解され
たい。
【００２８】図１５は、参照番号１０で一般的に示され
た本発明によるアンテナシステムを示している。このア
ンテナシステム１０は、通信衛星を介してアンテナシス
テム１０とやり取りされる全ての通信をチャンネル化す
るためのチャンネライザ１２を備えている。このチャン
ネライザ１２は、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）１
４を経て直接放射アレー１６と対話し、到来する通信信
号を受信すると共に、出て行く通信信号を送信する。こ
の直接放射アレー（ＤＲＡ）１６は、方形パターン、長
方形パターン、六角形パターン、多面体パターン等の多
角形又は非円形レイアウトに配列された複数の供給素子
１８を含み、隣接する供給素子１８は、三角形格子構造
に沿って整列される。説明上、供給素子１８は、六角形
パターン（図１２）に配列される。
【００２９】以下に述べるように、送信モードにおいて
は、ＢＦＮ１４は、先ず、有効到達（カバレージ）信号
を成分信号に変換し、次いで、その成分信号をシングレ
ット信号に変換することにより、有効到達信号と供給信
号との間に重み付けマップ関係を定義する。シングレッ
ト信号は、次いで、供給信号に変換される。受信モード
においては、供給信号がシングレット信号に変換され、
これらが成分信号に変換されそして有効到達信号に変換
される。
【００３０】供給素子１８は、これら供給素子１８から
受け取られ及びこれら供給素子１８へ送られる信号をフ
ィルタするフィルタ２０に相互接続される。次いで、フ
ィルタ２０は、増幅器２２に接続される。増幅器２２
は、直接放射アレー１６が通信信号を受信するのに使用
されるときには低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）を表す。増幅
器２２は、直接放射アレー（ＤＲＡ）１６が送信器とし
て使用されるときにはソリッドステート電力増幅器（Ｓ
ＳＰＡ）を表す。供給素子１８の数は、変えることがで
きる。
【００３１】増幅器２２は、供給ポート２４を経てビー
ム形成ネットワーク（ＢＦＮ）１４に相互接続される。
各供給素子１８には独特の供給ポート２４が指定され
る。送信モードのときには、供給ポート２４が供給信号
をそれに対応する供給素子に与える。同様に、受信モー
ドのときには、供給ポート２４が供給信号をそれに対応
する供給素子１８から受け取る。
【００３２】送信モードのときには、各供給素子１８
は、対応する励起供給信号に基づいて対応する独特の供
給ビームを放射する。受信モードのときには、各供給素
子１８が、受け取った供給ビームに基づいて供給信号を
発生する。送信又は受信モードにおいて、供給ビームは
シングレットビームを形成するように協働し、シングレ
ットビームは有効到達ビームを形成するように合成さ
れ、そして有効到達ビームは、移動セルラー電話ステー
ション、固定電話ステーション等の地上ユニットに対し
通信ＲＦ信号を中継する。以下に述べるように、供給素
子１８により発生又は受信される各供給ビームは、互い
に異なる周波数、振幅及び位相を有する多数のビーム成
分を備えている。本発明によれば、これらビーム成分
は、遠フィールド領域（以下に詳細に述べる）の有効到
達エリアにおいて円形レイアウト（図１８及び２０）に
配列される異なる周波数の有効到達ビームを形成するよ
うに協働する。本発明のシステムは、多角形レイアウト
に配列されそして三角形格子構造に沿って整列された供
給素子１８を有するＤＲＡ１６が円形の有効到達ビーム
パターンを形成できるように、ビーム成分の振幅及び位
相を制御する。
【００３３】図１８及び２０は、各々１００及び１０２
で一般的に示された結果として得られる有効到達ビーム
領域を示している。これらの有効到達領域１００及び１
０２は円形である。有効到達領域１００は、本発明によ
る「プッシュアウト」ビーム再指向即ち重み付け構成か
ら生じたものであり、一方、有効到達領域１０２は、
「プルイン」ビーム再指向即ち重み付け構成から生じた
ものである。有効到達領域１００及び１０２は、各々同
心円８０、８２、８４及び８６と、１１０、１１２、１
１４及び１１６とに沿って各々その中心に合わされた複
数の有効到達ビーム１０４及び１０６を含む。
【００３４】有効到達領域１００及び１０２は、地表面
の領域（アンテナシステムからの「遠フィールド領域」
とも称する）に入射する。
【００３５】図１５を参照すれば、ビーム形成ネットワ
ーク（ＢＦＮ）１４は、更に、異なる周波数の複合即ち
有効到達信号をチャンネライザ１２とやり取りする複数
のビームポート２６を備えている。チャンネライザ１２
とＢＦＮ１４との間でビームポート２６により搬送され
る有効到達信号は、それに対応する周波数の同じ番号の
有効到達ビーム１０４及び１０６（図１８及び２０に示
す）に独特に対応している。従って、送信モード中に、
コントローラ１２がビームポート＃１に有効到達信号を
発生するときに、ＢＦＮ１４及びＤＲＡ１６は、以下に
述べるように、遠フィールド領域の有効到達領域１００
又は１０２においてビーム＃１と示された位置に有効到
達ビーム１０４又は１０６を形成するように協働する。
図１５の例では、システムは、６１個のビームポート２
６を使用する。従って、ＢＦＮ１４及びＤＲＡ１６は、
図１８及び２０に示すように構成された遠フィールド領
域に６１本の有効到達ビームを形成するように協働す
る。しかしながら、いかなる数の有効到達ビーム及びビ
ームポートを使用してもよい。
【００３６】次いで、図１０及び１１−１４を説明す
る。図１２は、９１個の供給素子１８に対するＤＲＡ１
６のレイアウトを示している。説明上、供給素子１８
は、参照番号１−９１で示されている。供給素子１８
は、三角形格子に沿って六角形レイアウトで配置されて
いる。供給素子１８は、送信全体にわたり実質的に六角
形パターンを維持する隣接供給ビームを遠フィールド領
域に放射する。これら供給ビームは、遠フィールド領域
（例えば、地表面）に供給ビームレイアウトを形成す
る。
【００３７】図１０を参照すれば、ＢＦＮ１４は、ビー
ム形成マトリクス（ＢＦＭ）２８とビーム接続ネットワ
ーク（ＢＣＮ）３０とを備えている。ＢＦＭ２８は、バ
トラーマトリクス、ブラスマトリクス及びロトマンレン
ズ等の複数の従来型マトリクスより成る。これらのバト
ラー、ブラス及びロトマンレンズマトリクスは、この業
界で知られており、そして参考としてここに取り上げる
１９９３年、マグローヒル社から出版されたリチャー
ド、Ｃ．ジョンソン著の「アンテナエンジニアリングハ
ンドブック、第３版」と題する文献に説明されている。
ブラスマトリクスは、上記文献の第２０−５８章に説明
されている。バトラーマトリクスは、上記文献の第９−
１０章及び第２０−５９章に説明されている。ロトマン
レンズは、上記文献の第１６−１７章に説明されてい
る。ＢＦＭ２８は、複数の入力及び出力リード３８及び
３９を各々有するｘ及びｙマトリクス３４及び３６を備
えている。図１０の例において、ｘ及びｙマトリクス３
４及び３６は、１１行、１１列のリードを含み、従っ
て、１２１本の入力及び出力リードを与える。出力リー
ド３９は、供給素子１８に接続された供給ポート２４を
表す。入力リード３８は、以下に詳細に述べる「シング
レット」信号により励起されるシングレットリード３３
を表すリードのサブセットを含む。
【００３８】入力信号が入力リード３８に付与されたと
きには、この信号が多数のサブ信号に分離され、その各
々は、対応する出力リード３９、ひいては、対応する供
給ポート２４に付与される。更に、ＢＦＭのｘ及びｙマ
トリクス３４及び３６は、各々の供給ポート２４に付与
されるサブ信号間に位相シフト（例えば、時間遅延）を
誘起するように協働する。これら位相シフトは、マトリ
クス回路によって定められる。従って、入力信号が入力
リード３８の１つに付与されたときには、この入力信号
がサブ信号に分割され、そして供給ポート２４間に分布
される。これらサブ信号は、結果として得られる供給ビ
ームが遠フィールド領域の有効到達エリア内の所望の位
置にシングレット有効到達ビーム１９（図１４）を定め
るように協働するよう互いに位相シフトされる。
【００３９】図１１は、ＤＲＡ１６に接続されたＢＦＭ
２８からの出力リードレイアウトを示す。ＢＦＭ２８
は、１２１本の出力リード３９を与えるが、本発明によ
れば、９１本の出力リード３９しか使用されない。これ
ら９１本のリード３９は、サブセットを表し、＃１−＃
９１で示される。このサブセットの対応リード３９及び
供給素子は、図１１及び１２において同様に示されてい
る。例えば、リード＃１は、供給素子＃１に取り付けら
れる。同様に、リード＃４１は、供給素子＃４１を励起
する。各供給素子１８は、同様に番号付けされたリード
３９（図１１）から受け取られる励起供給信号に対応す
る供給ビームを発生する。
【００４０】図１３を参照すれば、本発明に関連して使
用されるシングレットリード３３のためのレイアウトが
示されている。ＢＦＭ２８は、１２１本の入力リード３
８を与えるが、本発明のシステムは、そのサブセットの
みをシングレットリード３３として使用して、所望の六
角形ＤＲＡ１６を駆動する。図１３に示したように、９
１本のシングレットリード３３がＢＦＭ２８の中心を横
切って対角方向に延びる。各シングレットリード３３に
付与されるシングレット信号は、全ての出力リード３９
間に分配される。
【００４１】図１４は、ＤＲＡ１６により遠フィールド
領域に形成されたシングレットビームレイアウト５０を
示している。このレイアウトは、複数のシングレットビ
ーム５２を含む。シングレットビーム５２は、図１３に
示されたシングレットリード３３に付与されるシングレ
ット信号に基づいて発生される。各シングレットリード
３８（図１３）及びそれに対応するシングレットビーム
５２（図１４）には、同じ参照番号が指定されている。
例えば、シングレットリード＃１（図１３の行２、列
６）に発生される信号は、シングレットビーム＃１（図
１４のレイアウトの右下の角に位置した）を発生する。
同様に、シングレットリード＃７７−＃８２（図１３の
行１１、列１−６）に発生される入力信号は、合成シン
グレットビーム＃７７−＃８８（図１４のレイアウトの
最も上の行）を発生する。図１３及び１４に示したシン
グレットリード３８とシングレットビーム５２との間の
相関関係は、入力リード３８の各「シングレット」信号
に対し出力リード３９における９１個の供給信号の位相
分布により決定される。各「シングレット」信号に対す
る出力リード３９における９１個の供給信号の位相分布
は、９１本の全出力リード３９への各「シングレット」
信号の送信経路をトレースしそしてその経路に沿ってＸ
及びＹマトリクスに定められた挿入位相を加算すること
により決定される。
【００４２】図１０に戻ると、ＢＣＮ３０は、平行な平
面内に整列された分割層６０及び合成層６２を備えてい
る。分割層６０は、入力リード３２に対応するビームポ
ート２６を経てビームポート２６を経てチャンネライザ
１２から有効到達ビーム信号を受け取る。合成層６２
は、シングレットリード３８に直結された出力リード３
３に「シングレット」信号を発生する。以下に説明する
ように、各シングレット信号は、多数の有効到達ビーム
信号の成分を含む。ＢＣＮ３０の詳細は、参考としてこ
こに取り上げる１９９６年４月８日出願の「多ビーム供
給の共用アンテナシステムのビーム形成ネットワーク(B
eam Forming Network for Multiple BeamFeed Sharing
Antenna System)」と題する米国特許出願に詳細に示さ
れている。従って、ＢＣＮ３０は、図２１を参照して以
下に簡単に述べるだけとする。
【００４３】図２１は、互いに平行に整列された分割器
及び合成器の層６０及び６２の代表的なサブセクション
を示す。分割器層６０は、共通の平面（一般的に多面体
破線５９で示された）内の分割回路トレースにわたって
分布された複数の分割素子６３Ａ−６３Ｈを備えてい
る。各分割素子６３Ａ−６３Ｈは、それに対応する有効
到達信号を付与する入力リード３２（図１０）の１つに
独特に接続された入力端子６５Ａ−６５Ｈを備えてい
る。入力リード３２は、チャンネライザ１２から有効到
達信号を受け取る図１５のビームポート２６に対応す
る。各分割素子６３Ａ−６３Ｈは、リードトレース６６
を経て入力端子６５Ａ−６５Ｈに接続された複数の出力
端子６７Ａ1 −６７Ａ7 、６７Ｂ1 −６７Ｂ7 等を含
む。例えば、各分割素子６３は、リード６６を経て相互
接続された複数の２方分割器７２を含む。入力端子に受
け取られる有効到達信号は、予め定められた数の成分
（出力端子の数に等しい）に分割される。
【００４４】各成分の振幅は、到来する有効到達信号の
振幅に比例する。成分の振幅の相互関係は、リード６６
及び２方分割器７２の構成に基づく。又、各成分の振幅
は、リード６６の厚み又はサイズに基づく。例えば、入
力端子６５Ａに送られる有効到達信号Ａは、第１の分割
器７２Ａにおいて半分に分割され、信号Ａの第１の半分
は、第１の出力端子６７Ａ1 へ送られ、そして信号Ａの
残りの半分は、残りの出力端子６７Ａ2 −６７Ａ7 間に
分配される。従って、リード６６の厚み及び構成を変え
ることにより、分割素子６３Ａは、出力成分信号Ａ1 −
Ａ7 に重み付け係数を誘起し、所望の出力端子が互いに
異なる振幅及び／又は位相成分を発生するようにする。
例えば、出力端子６７Ａ1 、６７Ａ2 及び６７Ａ3 は、
端子６５Ａの到来有効到達信号Ａの５０％、３０％及び
２０％に等しい振幅を有する出力成分信号Ａ1 、Ａ2 及
びＡ3 を発生する。出力端子６７Ａ1 −６７Ａ7 間の重
み付け係数は、所望の通りに調整される。一般的な場合
には、重み付け係数は、所望の通りに調整された振幅及
び位相の両方を含む。
【００４５】出力端子６７は、独特の対応成分信号を合
成器層６２に付与する。合成器層６２は、共通の平面
（一般に多面体の線６１で示す）内の合成回路トレース
に沿って分布された複数の合成素子６８を備えている。
各合成素子６８Ｔ−６８Ｚは、多数の入力端子６９Ｔ1
−６９Ｔ7 、６９Ｕ1 −６９Ｕ7 、・・・６９Ｚ1 −６
９Ｚ7 と、単一の出力端子７０Ｔ−７０Ｚとを備えてい
る。合成素子６８Ｔ−６８Ｚは、入力端子からの到来成
分信号を収集し、そして「シングレット」信号と称する
累積又は集合信号を出力する。各シングレット信号は、
多数の成分信号を含む。
【００４６】上記特許出願に説明されたように、合成素
子及び分割素子６３Ａ−６３Ｇ及び６８Ｔ−６８Ｚは、
平行な平面内でクラスター化され、即ちグループ編成さ
れ、分割器の出力端子が、それに隣接配置された合成器
の入力端子に接続されるようにする。例えば、図示され
た合成素子は、６８Ｔ−６８Ｚと示されており、有効到
達信号Ａの成分信号Ａ1 −Ａ7 を受け取る。分割器６３
Ａの出力端子６７Ａ1−６７Ａ7 は、合成素子６８Ｔ−
６８Ｚの入力端子６９Ｔ1 −６９Ｚ7 に各々接続され
る。合成素子６８Ｔ−６８Ｚは、７つの独特のシングレ
ット信号Ｔ−Ｚを個別に発生し、その各々は、有効到達
ビーム信号Ａの対応する成分信号（Ａ1 −Ａ7 ）を含
む。ここでは詳細に述べないが、各合成素子６８Ｔ−６
８Ｚは、多数の分割素子から成分信号を受け取ることを
理解されたい。例えば、合成素子６８Ｔは、クラスター
化された７つの隣接分割器６３Ａ−６３Ｇから成分信号
Ａ1 、Ｂ5 、Ｃ6 、Ｄ7 、Ｅ2 、Ｆ3 及びＧ4 を受け取
る。同様に、合成素子６８Ｘは成分信号Ａ5 、Ｄ6 、Ｅ
1 及びＦ4 を各々受け取る。合成素子６８Ｘは、分割素
子の隣接素子６３Ｄ−６３Ｆ（図２１には示さず）から
３つの付加的な成分信号を受け取る。この例では、合成
素子６８Ｔは、分割素子６３Ａ−６３Ｇの各々から１つ
の成分信号（例えば、成分信号Ａ1 、Ｂ5 、Ｃ6 、
Ｄ7 、Ｅ2 、Ｆ3 及びＧ4 ）を含むシングレット信号Ｔ
を出力する。シングレット信号は、ＢＦＭ２８のシング
レットリード３３及び入力リード３８を励起する。
【００４７】上記したように、ＢＦＭ２８及びＤＲＡ１
６は、六角形レイアウトを有する遠フィールド領域にシ
ングレットビームレイアウト５０を発生するよう協働す
る。各シングレットビーム５２は、シングレットリード
３３の１つにおける対応シングレット信号と１対１の関
係を保持する。図１３及び１４は、シングレットリード
３３とシングレットビーム５２との間の相互関係を示し
ている。
【００４８】次いで、図１８に示す円形の有効到達ビー
ムレイアウト１００を形成するようにシングレットビー
ム５２を再指向及び重み付けする本発明の方法について
説明する。この場合に、同心円８０、８２、８４及び８
６に沿って有効到達ビーム１０４が分布される。各有効
到達ビーム１０４は、ビームポート２６における有効到
達信号の１つに独特に対応している。本発明のシステム
は、有効到達ビーム１０４をプッシュアウト重み付け構
成（図１８の整列を達成する）及びプルイン重み付け構
成（図２０の整列を達成する）により円形に整列させ
る。これらプッシュアウト及びプルイン構成は、以下に
述べるように、各有効到達ビーム信号の成分の重み付け
によりＢＣＮ３０内において実施される。
【００４９】図１６は、入力リード３２のサブセクショ
ン６６（図１０）を示す。入力リード３２は、チャンネ
ライザ１２から有効到達信号を受け取る。有効到達信号
は、図１８の有効到達ビームレイアウト１００を形成す
る。入力リード３２及び有効到達ビーム１０４は、例え
ば、リード＃４、＃２及び＃１１を励起するのに使用さ
れる有効到達信号Ａ、Ｈ及びＫがビーム位置＃４、＃２
及び＃１１に各々有効到達ビームＡ、Ｈ及びＫを誘起す
ることを示すために、同様に番号付けされている。
【００５０】図１７は、ＢＦＭ２８を励起するのに使用
されるシングレットリード３３のサブセクション６４を
示している。図２１に関連して説明したように、シング
レットリードのクラスターは、有効到達ビーム信号の成
分を受け取る。好ましい実施形態では、分割器層６０が
有効到達ビーム信号Ａを７つの成分信号Ａ1 −Ａ7 に分
割すると、これらの成分信号Ａ1 −Ａ7 は、合成器層６
２内の対応する合成器６８Ｔ−６８Ｚに付与される。合
成器６８Ｔ−６８Ｚは、成分信号Ａ1 −Ａ7 をシングレ
ットリード＃４、＃３、＃６５、＃６６、＃５、＃１０
及び＃９（図１７）に付与する。シングレットリード＃
３−５、＃９−１０及び＃６５−６６のグループ即ちク
ラスターは、図１７に、Ａout として集合的に示され、
そして周波数は同じであるが振幅及び位相の異なる成分
信号Ａ1 −Ａ7 を出力する。これら成分信号Ａ1 −Ａ7
を含むシングレットリードのクラスターＡout は、相互
接続の長さ及び交差の数を最小にするようにグループ編
成される。ＢＦＭ２８においては、成分Ａ1 −Ａ7 は、
サブ信号に分割され、そしてマトリクス出力リード３９
を経てＤＲＡ１６の全ての供給素子１８に付与される。
ＤＲＡ１６は、次いで、位置＃３−５、＃９−１０及び
＃６５−６６にシングレットビーム５２（図１４）を発
生する（シングレットクラスターＡCLSTR として全体的
に示す）。シングレットビームクラスターＡCLSTR は、
対角破線で示されている。シングレットビーム＃３−
５、＃９−１０及び＃６５−６６の各々は、それに対応
する独特の成分ビーム信号Ａ1 −Ａ7 を含む。これら成
分ビーム信号Ａ1 −Ａ7 は、共通の周波数を有し、そし
てＢＦＮ１４に入力された有効到達信号Ａに周波数及び
振幅が対応する合成有効到達ビームＡBEAM（図１８）を
形成するように協働する。シングレットビームクラスタ
ーＡCLSTR の中心は、同心円８６の内側のシングレット
ビーム＃４であるが、合成有効到達ビームＡBEAMの中心
は、同心円８６の中心に合わせるよう外側にシフトされ
ている。このシフトは、成分信号Ａ1 −Ａ5（シングレ
ットビーム＃６５、＃６６、＃５における）の振幅を成
分信号Ａ2 、Ａ6 及びＡ7 （シングレットビーム＃３、
＃１０、＃９における）の振幅より大きくセットするこ
とにより達成される。成分信号Ａ1 −Ａ7 の振幅及び位
相は、所定の重み付け係数を誘起する分割器６３Ａによ
り互いに定められる。例えば、分割器６３Ａは、重み付
け係数を変更して、出力端子６７Ａ7 （図２１）の成分
信号Ａ7 の振幅を増加し、シングレットビーム＃６６の
成分ビーム信号Ａ7 の振幅を同様に増加し、そして有効
到達ビームＡBEAM（図１８）をシングレットクラスター
ＡCLSTR （図１４）の中心に対して外側に更にシフトす
ることができる。
【００５１】第２の例として、有効到達ビームＨ
BEAM（図１８）を、同心円８６の中心に合わせるまでシ
フトしそして再指向するプロセスについて説明する。有
効到達ビームＨBEAMは、チャンネライザ１２（図１５）
により発生された有効到達信号Ｈに対応する。この有効
到達信号Ｈは、ＢＣＮ３０の入力リード＃２（図１６）
に付与される。これに応答して、分割器層６０内の対応
分割素子（図２１の６３Ｈ）が有効到達信号Ｈを成分信
号Ｈ1 −Ｈ7 に分割し、そして成分信号Ｈ1 −Ｈ7 を合
成器層６２内の対応分割器に付与する。図２１を参照す
れば、合成素子６８Ｕは、分割素子６３Ｈの出力端子６
７Ｈ5 から入力端子６９Ｕ2 に成分信号Ｈ5 を受け取
る。合成素子６８Ｕは、成分信号Ａ2 及びＨ5 をグルー
プ編成し（端子６９Ｕ1 、６９Ｕ3 −６９Ｕ4 及び６９
Ｕ6 −６９Ｕ7 に受け取られる他の５つの成分信号と共
に）、シングレットリード＃３に出力されるシングレッ
ト信号を形成する（図１７）。
【００５２】同様に、合成器は、成分信号Ｈ1 −Ｈ
7 （共通の周波数の）を出力し、これは対応するシング
レットリード（図１７にＨOUT と示された＃２、＃１、
＃６３、＃６４、＃３、＃８及び＃７）を励起する。成
分信号Ｈ1 −Ｈ7 は、ＢＦＮ２８を励起し、サブ信号に
分割され、ＢＦＮ２８全体に分配され、そして供給素子
１８に付与される。ＤＲＡ１６は、次いで、供給ビーム
を発生し、この供給ビームは、シングレットビーム＃１
−３、＃７、＃８、＃６３及び＃６４（図１４において
ビームクラスターＨCLSTR と全体的に呼称される）を形
成するように協働する。シングレットクラスターＨ
CLSTR のシングレットビームは、共通の周波数の有効到
達ビームＨBEAM（図１８）を形成するように協働する成
分信号Ｈ1 −Ｈ7に対応する周波数を有するビーム成分
を含む。シングレットクラスターＨCLSTRの中心は、円
８６の内側に位置するが、有効到達ビームＨBEAMの中心
は、円８６の中心となるように外側にシフトされる。こ
のシフトは、成分ビーム信号Ｈ2 、Ｈ3 及びＨ4 （シン
グレットビーム＃１、＃６３及び＃６４における）の振
幅を成分ビーム信号Ｈ5 、Ｈ6 及びＨ7 （シングレット
ビーム＃３、＃８及び＃７における）の振幅より大きく
セットすることにより行われる。成分ビーム信号Ｈ1−
Ｈ7 の振幅は、分割素子６３Ｈ内の所定の重み付け係数
によって定められる。特に、分割素子６３Ｈにおいて、
リードトレース６６及び２方分割器７２の厚み及び構成
は、成分信号Ｈ1 −Ｈ7 の各々が、有効到達ビームＨ
BEAMをシングレットクラスターＨCLSTR の中心から外方
に同心円８６の中心にくるまで再指向するに必要な振幅
を有するよう確保するために変更される。
【００５３】同様のプロセスにより、有効到達ビームＫ
BEAM（図１８）は、シングレットクラスターＫ
CLSTR （図１４）から形成されることを理解されたい。
上記プロセスにより、シングレットビームは、多面体供
給素子アレーから発生される。シングレットビームは、
クラスター化され、そして所望の有効到達信号からの成
分信号により駆動される。各クラスター内の共通の周波
数の成分信号は、再指向された有効到達ビームを形成す
るように互いに振幅及び位相が変更される。有効到達ビ
ームの中心は、シングレットクラスターの中心から外方
にシフトされ、有効到達ビームが同心円に沿って整列さ
れた有効到達ビームパターンが形成される。
【００５４】上記説明においては、例示の目的で、７つ
のシングレットビームが有効到達ビームを形成するよう
に振幅が重み付けされた。一般に、有効到達ビームは、
振幅及び位相の両方の重みをもついかなる数のシングレ
ットビームでも形成することができる。
【００５５】上記のように、ＢＦＮ１４は、有効到達信
号と供給信号との間に重み付けされたマッピング関係を
形成する。
【００５６】図１９及び２０は、プルイン重み付けルー
チンがシングレットビームパターン２００を有効到達エ
リア１０２に変換するような別の実施形態を示す。シン
グレットビームパターン２００は、供給素子の同様の多
面体アレーから多面体レイアウトで形成された複数のシ
ングレットビーム２０２を含む。ＢＣＮ３０は、成分信
号Ｍ1 −Ｍ7 （ビーム＃４−５、＃１０−１１及び＃６
６−６８）、Ｎ1 −Ｎ 7 （ビーム＃１−２、＃６−８及
び＃１３−１４）及びＰ1 −Ｐ7 （ビーム＃３８−３
９、＃４５−４７及び＃５２−５３）を搬送するシング
レットビームからＭCLSTR 、ＮCLSTR 及びＰCLSTR のよ
うなシングレットクラスターを形成する。クラスターＭ
CLSTR 、ＮCLSTR 及びＰCLSTR は、各々、有効到達ビー
ムＭBEAM、ＮBEAM及びＰBEAMを形成する。クラスターＭ
CLSTR 、ＮCLSTR 及びＰCLSTR の中心を、同心円１１
６、１１４及び１１２の中心に合わせるように内側にシ
フトすることが望ましい。
【００５７】有効到達ビームＭBEAM（図２０）を再指向
するために、成分信号Ｍ3 −Ｍ5 （ビーム＃１１、＃１
０及び＃４）の振幅は、成分信号Ｈ2 及びＨ6 −Ｈ
7 （ビーム＃６８、＃６６及び＃６７）の振幅より大き
くセットされる。ビームＮBEAMを円１１４の中心に合わ
せるために、成分信号Ｎ2 −Ｎ4 （ビーム＃８、＃１４
及び＃１３）の振幅は、成分信号Ｎ5 −Ｎ7 （ビーム＃
６、＃１及び＃２）の振幅より大きくセットされる。
又、ＰBEAMを円１１２の中心に合わせるために、成分信
号Ｐ2 及びＰ6 −Ｐ7 （ビーム＃４７、＃３８及び＃３
９）の振幅は、成分信号Ｐ3 −Ｐ5 （ビーム＃５３、＃
５２及び＃４５）の振幅より大きくセットされる。シン
グレットクラスターを上記のように重み付けすることに
より、クラスターにより形成された各有効到達ビームの
中心は、同心円１１０−１１６の対応する１つに中心合
わせされるまで内側にシフトされ即ち再指向される。こ
の重み付けプロセスは、有効到達ビームを「プルイン
（引き込み）」する。
【００５８】好ましい実施形態は、入力及び出力マトリ
クス回路の１１ｘ１１マトリクスの使用を例示したが、
本発明は、この構成に限定されるものでないことを理解
されたい。１１ｘ１１マトリクスは、６１個の円形離間
ビームを発生するのに使用される。しかしながら、いか
なる数の円形離間ビームを使用してもよく、従って、い
かなるサイズのマトリクスを使用してもよい。一般に、
Ｍ本のビームを発生するのにＮｘＮマトリクスが使用さ
れる。一定数のビームＭについては、Ｎとして多数の値
が考えられる。例えば、Ｍが１９、３７、６１又は９１
本のビームに等しい場合には、マトリクスは、７ｘ７、
９ｘ９、１１ｘ１１又は１３ｘ１３等となる。
【００５９】本発明の幾つかの好ましい実施形態を詳細
に説明したが、これらは単なる例示に過ぎず、本発明の
範囲を何ら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】アレー軸に対してある角度に向けられた８本の
供給ビームから単一の有効到達ビームを形成するための
一般的な直線アンテナ構成体を示すブロック図である。
【図２】隣接する列の供給ビーム間に位相シフトが導入
されるように平面構成で配列された供給素子を有する一
般的な二次元アンテナアレーを示すブロック図である。
【図３】多数の移相器に取り付けられた多数の入力ポー
トを有するアンテナアレー及びビーム形成ネットワーク
のブロック図である。
【図４】マトリクス回路を使用しそして入力ビームポー
ト及び出力供給ポートの長方形アレーを有する従来の二
次元ビーム形成ネットワークの斜視図である。
【図５】図４のビーム形成マトリクスに従うビームポー
トレイアウトの上面図である。
【図６】ビームが方形格子に形成される従来の合成有効
到達ビームパターンの上面図である。
【図７】方形格子に配列された合成有効到達ビームの３
ｘ３マトリクスの図である。
【図８】三角形格子により構成された合成有効到達ビー
ムパターンを示す図である。
【図９】六角形の合成有効到達ビームパターンを示す図
である。
【図１０】本発明によるビーム形成ネットワークを示す
図である。
【図１１】本発明による供給ポートレイアウトの上面図
である。
【図１２】図１１の供給ポートレイアウトにより駆動さ
れる供給素子レイアウトを示す図である。
【図１３】本発明によるシングレットリードレイアウト
を示す図である。
【図１４】図１３のシングレットリードレイアウトに関
連して発生されるシングレットビーム構成を示す図であ
る。
【図１５】本発明によるアンテナシステムのブロック図
である。
【図１６】ビーム接続ネットワークへ入力されるビーム
ポートレイアウトのサブセクションを示す図である。
【図１７】ビーム接続ネットワークにより出力されるシ
ングレットリードレイアウトのサブセクションを示す図
である。
【図１８】「プッシュアウト」重み付け構成に関連して
本発明により形成される円形有効到達ビームレイアウト
を示す図である。
【図１９】本発明によるシングレットビームレイアウト
を示す図である。
【図２０】「プッシュイン」重み付け構成に関連して本
発明により形成される円形有効到達ビームレイアウトを
示す図である。
【図２１】ビーム接続ネットワークのサブセクションを
示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ アンテナシステム １２ チャンネライザ １４ ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ） １６ 直接放射アレー（ＤＲＡ） １８ 供給素子 ２０ フィルタ ２２ 増幅器 ２４ 供給ポート ２６ ビームポート ２８ ビーム形成マトリクス（ＢＦＭ） ３０ ビーム接続ネットワーク（ＢＣＮ） ３３ シングレットリード ３８ 入力リード ３９ 出力リード ５０ シングレットビームレイアウト ５２ シングレットビーム ６０ 分割器層 ６２ 合成器層 ６６ リードトレース ７２ ２方分割器 １００、１０２ 有効到達エリア １０４、１０６ 有効到達ビーム
フロントページの続き (72)発明者 マーティン メルニック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90725 ランチョー パロス ヴァーデ ス ヴィア ラ クレスタ 30845 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01Q 3/26 - 3/42 H01Q 21/00 - 25/04

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信衛星と、システムの有効到達エリア
    内に位置する地球ベースのユニットとの間で通信信号を
    受信又は送信するためのアンテナシステムであって、遠
    フィールド領域に上記有効到達エリアを形成する複数の
    有効到達ビームを画成するシステムにおいて、 遠フィールド領域の有効到達エリアにおいて円形レイア
    ウトに配列された有効到達ビームを受信又は送信するよ
    うに協働する複数の供給素子を含むアンテナアレーを備
    え、上記供給素子は、非円形レイアウトに配列されてお
    り、そして更に、複数のビームポート及び供給ポートを
    含むビーム形成ネットワークを備え、上記供給ポート
    は、上記有効到達ビームに関連した供給信号を搬送し、
    上記供給ポートは、上記供給信号を上記ビーム形成ネッ
    トワークと上記供給素子との間で搬送し、上記ビームポ
    ートは、有効到達信号を上記ビーム形成ネットワークと
    上記通信衛星との間で搬送し、上記有効到達信号の各々
    は、上記有効到達ビームの１つに独特に対応し、そして
    上記ビーム形成ネットワークは、上記非円形レイアウト
    に配列された上記供給素子が協働して、上記有効到達エ
    リアに円形レイアウトで配列された有効到達ビームを受
    信又は送信するように、上記供給信号と上記有効到達信
    号との間の重み付けされたマッピング関係を定義するこ
    とを特徴とするアンテナシステム。
  2. 【請求項２】 上記ビーム形成ネットワークは、上記有
    効到達信号を成分信号に分割し、そしてそれら成分信号
    をクラスターにグループ編成し、各クラスターは、少な
    くとも２つの有効到達信号からの成分信号を含み、上記
    ビーム形成ネットワークは、信号成分の各クラスターを
    それに対応するシングレット信号へと形成し、上記ビー
    ム形成ネットワークは、上記シングレット信号に基づい
    て上記供給信号を出力し、上記供給素子は、上記供給信
    号に基づいて上記供給ビームを送信する請求項１に記載
    のシステム。
  3. 【請求項３】 上記供給素子の非円形アレーは、上記円
    形レイアウトに配列された上記有効到達エリアから到来
    する有効到達ビームを受け取り、上記供給素子は、上記
    到来する有効到達ビームに対応する供給信号を出力し、
    更に、上記ビーム形成ネットワークは、上記供給信号を
    上記成分信号に変換し、そして所定の成分信号を所定の
    重み付けされたマッピング構成に基づいて合成して、上
    記有効到達ビームの１つに各々対応する上記有効到達信
    号を形成する請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 上記ビーム形成ネットワークは、上記有
    効到達信号をシングレット信号に変換するためのビーム
    接続ネットワークを備え、各シングレットビーム信号
    は、所定数の有効到達信号からの成分を含み、上記ビー
    ム形成ネットワークは、上記有効到達ビームを上記有効
    到達エリアにおける上記円形レイアウトに再指向するよ
    うに上記成分の振幅を変更し、上記ビーム形成ネットワ
    ークは、上記シングレット信号を上記供給信号に変換す
    る請求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 上記有効到達信号及びそれに関連した有
    効到達ビームは独特の周波数を有し、上記ビーム形成ネ
    ットワークは、各々の有効到達信号を、所定の共通の周
    波数及び異なる振幅を有する多数の信号成分に分割する
    ためのビーム接続ネットワークを備え、上記所定の振幅
    は、上記非円形レイアウトに配列された上記供給素子
    を、上記有効到達ビームを上記円形レイアウトで送信す
    るように協働させるよう設定される請求項１に記載のシ
    ステム。
  6. 【請求項６】 上記ビーム形成ネットワークは、上記有
    効到達信号のサブ信号成分を互いに位相シフトさせるた
    めのビーム形成マトリクスを備えている請求項１に記載
    のシステム。
  7. 【請求項７】 上記ビーム形成ネットワークは、ビーム
    形成マトリクス及びビーム接続ネットワークを含み、こ
    のビーム接続ネットワークは、上記有効到達信号を異な
    る振幅の重み付けされた成分信号に分割し、そしてその
    成分信号のサブセットを収集してそこからシングレット
    信号を発生し、そして上記ビーム形成マトリクスは、上
    記シングレット信号を上記供給信号に変換する請求項１
    に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 上記供給素子は、シングレットビームを
    画成するように協働する供給ビームを画成し、各シング
    レットビームは、多数の有効到達ビームの成分を含み、
    上記供給素子は、上記シングレットビームを非円形レイ
    アウトに画成し、単一の有効到達ビームからの成分を有
    するシングレットビームは、シングレットクラスターに
    おいて互いに隣接してクラスター化され、そしてそれに
    対応する有効到達ビームを画成するように相互作用し、
    上記対応する有効到達ビームはその中心が上記シングレ
    ットクラスターの中心からシフトされている請求項１に
    記載のシステム。
  9. 【請求項９】 上記供給素子は、六角形レイアウトで配
    列され、各供給素子は供給ビームを画成し、上記供給ビ
    ームは、六角形レイアウトに配列されたシングレットビ
    ームを画成するように協働し、上記シングレットビーム
    は、上記有効到達ビームを円形レイアウトで画成するよ
    うに協働する請求項１に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 上記ビーム形成ネットワークは、各有
    効到達信号を、振幅及び位相の少なくとも１つが互いに
    異なる多数の成分信号に分割することにより上記重み付
    けされたマッピング関係を定義する請求項１に記載のシ
    ステム。
  11. 【請求項１１】 通信衛星により受信されるか又は通信
    衛星から送信された複数の有効到達ビームを画成及び再
    放射する方法であって、上記有効到達ビームは遠フィー
    ルド領域の有効到達エリアにおいて円形レイアウトで配
    列され、上記方法は、 複数の有効到達信号と、円形レイアウトに配列された独
    特の対応する複数の有効到達ビームとの間の１対１の関
    係を定義し、 非円形レイアウトで配列された複数の供給素子を有する
    アンテナアレーへ又はそのアンテナアレーから供給信号
    を搬送し、上記供給素子は、上記円形レイアウトで配列
    された上記複数の有効到達ビームに関連して動作し、 上記供給信号と複数の成分信号との間のマッピング関係
    を定義し、上記成分信号は、クラスターに配列され、各
    クラスターは、独特の有効到達信号に対応し、 成分信号の各クラスターと、それに対応する独特の有効
    到達信号との間のマッピング関係を定義し、そしてクラ
    スターにおける上記成分信号の振幅及び位相の少なくと
    も１つを互いに非均一に設定して、上記有効到達ビーム
    を上記有効到達エリアにおいて上記円形レイアウトに整
    列する、という段階を備えたことを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 上記有効到達信号を上記成分信号に分
    割し、そしてこれら成分信号をクラスターにグループ編
    成して、シングレット信号を形成し、これらシングレッ
    ト信号の各々は、少なくとも２つの有効到達信号からの
    成分信号を含み、そして上記シングレット信号に基づい
    て上記供給信号を出力する、という段階を更に備えた請
    求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 上記円形レイアウトで配列された上記
    有効到達エリアから第１の到来する有効到達ビームを受
    け取り、 上記第１の到来する有効到達信号に対応する供給信号を
    出力し、 上記供給信号を第１のクラスター成分信号に変換し、そ
    して上記成分信号の第１のクラスターを所定の重み付け
    されたマッピング構成に基づいて合成して、それに対応
    する独特の第１の出て行く有効到達信号を形成し、この
    第１の出て行く有効到達信号は、上記第１の到来する有
    効到達ビームに対応する、という段階を更に備えた請求
    項１１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 第１の到来する有効到達信号を第１組
    のシングレット信号に変換し、上記第１組の各シングレ
    ット信号は、上記第１の到来する有効到達信号からの少
    なくとも１つの成分信号を含み、 少なくとも１つの上記成分信号の振幅を残りの成分信号
    の振幅より大きくセットし、そして上記シングレット信
    号を上記供給信号に変換する、という段階を更に備えた
    請求項１１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 各々の有効到達信号及びそれに関連し
    た有効到達ビームに独特の周波数を指定し、 各々の有効到達信号を、所定の共通の周波数及び所定の
    異なる振幅を有する多数の成分信号に分割し、そして上
    記所定の異なる振幅を、上記非円形レイアウトに配列さ
    れた上記供給素子を協働させて上記有効到達ビームを上
    記円形レイアウトで送信するように設定するという段階
    を更に備えた請求項１１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 上記有効到達信号のサブ信号を互いに
    位相シフトして出力する段階を更に備えた請求項１１に
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】 上記有効到達信号を異なる振幅の重み
    付けされた成分信号に分割し、 上記成分信号のサブセットを収集して、そこからシング
    レット信号を発生し、そして上記シングレット信号を上
    記供給信号に変換する、という段階を更に備えた請求項
    １１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 シングレットビームを画成するように
    協働する供給ビームを画成する段階を更に備え、各シン
    グレットビームは、多数の有効到達ビームの成分を含
    み、上記シングレットビームは、非円形レイアウトで画
    成され、単一の有効到達ビームからの成分を有するシン
    グレットビームがシングレットクラスターにおいて互い
    に隣接してクラスター化され、上記シングレットクラス
    ター内のシングレットビームは、それに対応する有効到
    達ビームを画成するように相互作用し、上記対応する有
    効到達ビームは、その中心が上記シングレットクラスタ
    ーの中心から再指向されている請求項１１に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 上記供給素子を六角形レイアウトに配
    列する段階を更に備え、各供給素子は供給ビームを画成
    し、この供給ビームは、六角形レイアウトで配列された
    シングレットビームを画成するように協働し、このシン
    グレットビームは、上記有効到達ビームを円形レイアウ
    トで画成するように協働する請求項１１に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 上記設定段階は、各クラスターにおけ
    る上記成分信号の振幅及び位相を互いに非均一に設定す
    ることを含む請求項１１に記載の方法。
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