JPH01500953A - 多重ダウンリンクビームを有する衛星通信装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 プールした送信器によって付勢される多重ダウンリンクビームを有する人工衛星 通信システム技術的分野 本発明は広くは人工衛星通信システムに関するものであり、特に多数の地上の小 口径ターミナル間の通信リンクを形成するように静止軌道に置かれた人工衛星を 用いるタイプの人工衛星通信システムに関するものである。更に、本発明は、多 重送信器を有する通信衛星を含むものであり、人工衛星の全チャンネル容量を減 少することなく、不利なユーザがより高い電力によって適応されるように送信器 電力を全体プールから引出しながら同時に数千の狭い、高い利得のアンテナビー ムを提供する能力を有する。

技術的背景 典型的な人工衛星システムにおいて、広い（例えば全国的）アンテナビームある いは狭いゾーンビームのいずれかが通信のために用いられる。Ｋｕ帯域では、人 工衛星通信帯域が非常に小さなターミナルへの送受信サービスにとってもっとも 適切であり、雨による信号の減衰は設計において考慮すべき重要な問題である。

雨による減衰はダウンリンク上で、晴天のときのサービスのために必要とされる よりも４倍高いチャンネル当りの人工衛星送信電力を使用することによって克服 される。雨による減衰の適応へのこのアプローチはそれ故より少ない有効なチャ ンネルを有する更に高価な人工衛星となる。

典型的に、人工衛星によってカバーされる地域はゾーンへ分割され、１つのダウ ンリンクアンテナビームが各ゾーンに対して供給する。ゾーンダウンリンクビー ムが用いられるとき、通常各送信器は各ゾーンと関連しており、同時にその他の ゾーンによって用いられることはできない。ゾーンビームの使用は、ゾーンビー ムが高いアンテナ利得を有するということにおいて利点であるけれども、これら のシステムは不利な影響を受けたダウンリンクユーザに適応するのに充分ではな い。もしダウンリンクユーザが非常に強い雨が降っている領域に位置するなら、 雨による減衰を補償するため、アップリンク信号が更に強くされる必要がある。

ゾーンビームの各々がそれと関連する制限された量の電力（即ちその送信器から の電力量）を有するので、雨の補償に必要とされる臨時電力はその特定のゾーン におけるダウンリンクユーザの残りへ供給される電力量の減少から生じる。その ゾーンにおける非減衰ユーザがより少ない電力を受けるので、全てのユーザへ供 給するための電力が不十分なためその特定のゾーンにおける有効なチャンネルの 数は減少する。

通常、１つの全国的なアンテナビームを用いるシステムは、その国が全送信器に よってサービスされるのでそれらに対して有効な電力の全国的プールを有する。

雨による減衰を補償するため、アップリンク電力は全国にわたって位置するその 他のユーザを過度に機能することなく増加されることができる。このことはある 瞬間に強い雨が発生する領域が全国の領域に比較して小さいことによるものであ る。この故に、それらの損失が多数の損失を受けていないユーザに広がるので損 害を受けるユーザに対する平均不利益は減少する。有効な電力のプールを宵する にもかかわらず、全国的ビームは、広いアンテナビームが低いアンテナ利得を示 すので送受信通信にとっては理想的ではなく、非常に小さな地上基地（ターミナ ル）への通信のため、高い利得のアンテナビームは非常に望本発明の人工衛星通 信システムは、狭いビーム、即ち高いダウンリンクＥＩＲＰの利点を送信器電力 の全国的プールの有効性とむすびつけ、従って雨のような要因のための信号低下 を克服することを容易にする。このシステムは、雨による減衰を補償するのに必 要とされる付加的電力が全国にサービスする送信器電力の大きなプールから生じ るので人工衛星の全チャンネル容量を減少することなく雨による減衰を克服する ことを可能にする。従って、損害を受けないユーザにおける平均不利益は、有効 な電力における減少が数千のユーザにわたって平均されるので最少にされる。

本発明の１観点に従って、通信衛星を用いて地上の領域中の任意の複数の基地位 置を相互に連結して通信するための方法が与えられる。各々が受信信号を伝達す る複数の無線周波数アップリンクビームは領域中のアップリンク基地位置から人 工衛星へ送信され、それは地球上空の静止軌道に位置するのが好ましい。このア ップリンクビームは人工衛星で受けられ、受信信号は領域中のダウンリンク基地 位置へ送信されるように予定された対応する送信信号へ変換される。全送信信号 は、送信信号の各々が全増幅器によって集合的に増幅されるような人工衛星で複 数の増幅器を用いて集合的に増幅される。この人工衛星は領域へ領域の一部を各 々カバーする複数のダウンリンクビームを送信し、ダウンリンクビームの各々は 領域の対応する部分におけるダウンリンク基地位置によって受信される送信信号 の１つを伝達する。１以上のダウンリンクビームの電力は、対応する受信信号を 伝達するアップリンクビームの電力を増加することによって雨による減衰効果を 克服するため増加される。

本発明のもう１つの観点に従って、地上の領域中の任意の複数の基地位置を相互 に連結して通信するための装置が与えられる。この装置は好ましくは静止地球軌 道に位置する人工衛星を含む。この人工衛星は領域中のアップリンク基地位置か ら各々受信信号を伝達する複数のアップリンク無線周波数ビームを各々受信する ための手段を積載する。この人工衛星に積載されている手段は受信信号を送信信 号へ変換するために備えられて、おり、その各々は領域中のダウンリンク基地位 置で受信されるように予定された複数の対応するサブ信号を含み、ここではその 変換は受信信号の周波数を変化することによって実施される。人工衛星に積載さ れた複数の増幅器は、送信信号の各々が全増幅器によって増幅されるように全送 信信号を集合的に増幅する。この人工衛星は、各々がダウンリンク基地位置の１ つによって受信されるように予定された送信サブ信号の１つを伝達し領域の一部 のみをカバーする複数のダウンリンク無線周波数ビームを形成するためのビーム 形成手段を含む。またダウンリンクビームを領域の対応する部分へそれぞれ送信 するための手段が人工衛星に備えられている。各送信サブ信号は周波数分割多重 信号であり、各ダウンリンクビームは周波数アドレス可能である。送信手段は電 磁エネルギの放射のためのアンテナ素子のアレイを含み、アンテナアレイは各々 送信信号の増幅器と結合された複数の入力送信アレイ素子を存する。アップリン クビームの各々におけるサブ信号の電力に比例する。

本発明の根本的な目的は、システムのチャンネル容量を減少することなく雨等に よる局部的な信号低下を克服するため個々の送信器のプールによって集合的に付 勢された多数の狭い高利得ダウンリンクビームを有する人工衛星通信システムを 提供することである。

本発明のもう１つの目的は不利ではないダウンリンクユーザへ送信されたダウン リンク信号の電力を実質的に減少する必要なく不利なダウンリンクユーザ位置の 適応を許容する上述のシステムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、各送信信号が全増幅器によって増幅されるような方法 で一組のプールされた増幅器によって全送信信号が増幅されることを許容するよ うにダウンリンク送信信号を形成するための手段を有する上述のシステムを提供 することである。

本発明のこれらおよびその他の目的および実施態様は本発明の好ましい実施例の 以下の記述に従って明らかにされ、あるいは明確になるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は通信衛星の斜視図であり、アンテナサブシステムを示す。

第２図は第１図に示されたアンテナサブシステムの頂部から見た図である。

第３図は第２図のライン３−３に沿って得られた断面図である。

第４図は第２図のライン４−４に沿って得られた断面図である。

第５図は合衆国の図であり、本発明の人工衛星によってカバーされる多重の隣接 する受信ゾーンを示し、適用範囲の主要領域はハツチングで示され、競合範囲の 領域は点描によって示されている。

第６図は通信衛星のための通信用電子装置のブロック図である。

第７図は入力を冑するポイント−ポイント受信供給ホーンを第６図に示された通 信用電子装置へ相互結合する結合網の概略図である。

第８図はポイント−ポイントシステムのための受信ゾーンと送信ゾーンを接続す るために用いられる相互結合チャンネルの基準図である。

第９９図は人工衛星によってカバーされる多重隣接送信ゾーンを示す合衆国の概 略図と、合衆国にわたる、各ゾーンのための相互結合されたチャンネルの地域配 分の概略図である。

第９Ａ図は東西方向においてビームの中央からの距離に関してポイント−ポイン トシステムにおける各ゾーンのための送信アンテナビームの利得の変化を示すグ ラフである。

第９Ｂ図は南北方向における利得の変化を示す第９Ａ図と同様のグラフである。

第１０図はポイント−ポイントシステムにおいて用いられたフィルタ相互結合マ トリックスの詳細な概略図である。

第１１図はポイント−ポイントシステムにおいて用いられたビーム形成回路網の 詳細な図である。

第１２図は第１１図に示されたビーム形成回路網の一部の拡大された断片図であ る。

第１３図はポイント−ポイントシステムのための送信アレイの前面図であり、各 送信素子における水平スロットは図を簡潔にするため示されていない。

第１４図は第１３図に示されたアレイの送信素子の側図であり、素子の、ための 集合供給回路網を示す。

第１５図は第１３図の送信アレイにおいて用いられる送信素子の１つの斜視図で ある。

第１６図はポイント−ポイントシステムのための受信供給ホーンの前面図である 。

第１７図は送信波と、ポイント−ポイントシステムのための送信供給アレイの一 部との関係を示す概略図である。

好ましい実施例の説明 第１図乃至第４図を参照すると、地球表面上の静止軌道に位置する通信衛星ｌＯ が示されている。以下に更に詳細に説明されるが人工衛星のアンテナシステムは 典型的に、アンテナシステムが地面に関して一定の方向を維持するように地球方 向プラットホーム上に取付けられる。

人工衛星１０は、特定の周波数帯域、例えば静止衛星サービスＫｕ帯域における ２つの異なるタイプの通信サービスを与えるハイブリッド通信型人工衛星である 。以下にポイント−ポイントサービスと呼ばれるようなタイプの通信サービスは 比較的狭い帯域の音声およびデータ信号の非常に小さな口径アンテナターミナル 間で送受信通信を行う。周波数分割多重アクセス（Ｆ　Ｄ　Ｍ　Ａ　）の使用お よび割当てられた周波数スペクトルの再使用によって、敵方のこのような通信チ ャンネルは単一の線形偏波において同時に適応される。人工衛星１０によって提 供されたほかのタイプの通信サービスは放送サービスであり、それは他の線形偏 波で伝達される。放送サービスはまず、人工衛星ＩＯによって提供された地域の 至る所でビデオおよびデータの一方向の配給のため用いられる。このように、送 信アンテナビームは全地域をカバーする。この説明において例として、ポイント −ポイントおよび放送サービスの両方によってサービスされる地理的範囲がアメ リカ合衆国であると仮定する。従って、放送サービスは以下にＣ０ＮＵＳ（Ｃｏ ｎｔｉｎｅｎｔａｌ　Ｕｎｉｔｅｄ　５ｔａｔｅ）と呼ばれる。

人工衛星１０のアンテナシステムは通常の無方向性アンテナ１３および各々ポイ ント−ポイントおよびＣ０ＮＵＳシステムを提供するための２つのアンテナサブ システムを含む。ボイントーポイントアンテナサブシステムが送受信通信のため 地上基地を相互通信するため設けられる。Ｃ０ＮＵＳアンテナシステムはアメリ カ合衆国全土をカバーする広いパターン上で地上の１以上の特定の位置によって 受信される信号を放送するトランスポンダとして機能する。ポイント−ポイント 送信信号およびＣ０ＮＵＳ受信信号は垂直偏波される。Ｃ０ＮＵＳ送信およびポ イント−ポイント受信信号は水平偏波される。このアンテナシステムは２つの反 射鏡１２ａ、１２ｂを有する大きな反射鏡アセンブリ１２を含む。２つの反射鏡 １２ａ。

１２ｂは共通軸を中心に互いに回転されそれらの中間点で交差する。反射鏡１２ ａは水平に偏波され水平偏波された信号によって動作するが、一方、反射鏡１２ ｂは垂直に偏波されそれ故に垂直偏波された信号によって動作する。結果的に反 射鏡１２ａ、１２ｂの各々は他方の反射鏡１２ａ、　１２ｂが送信する信号を反 射する。

周波数選択スクリーン１８は半分に分けられた部分１８ａ。

１８ｂを含んでおり、スクリーンの半分１８ａ、　１８ｂは第２図で最もよくわ かるように人工衛星ｌＯを直径方向に通過する中心線の反対側に配置されて支持 体３０を取付けられている。周波数選択スクリーン１８は周波数の異なる帯域を 分離するためのダイプレクサとして機能し、銅のような任意の適切な材料から形 成された分離した導電素子のアレイを含む。様々な種類の既知の周波数選択スク リーンがこのアンテナシステムにおいて用いられてもよい。しかしながら、シャ ープな変化特性と、互いに比較的接近している２つの周波数帯域を分離する能力 を示す１つの適切な周波数選択スクリーンは米国特許出願（整理番号ＰＤ−８５ ５１２号）明細書に開示されている。

周波数選択スクリーン１８はＣ０ＮＵＳおよびポイント−ポイントサブシステム の両方のための送信されたおよび受信された信号を効果的に分離する。スクリー ン１８の２つの半分の部分１８ａ、１８ｂは水平および垂直偏波される個々の信 号を分離するように各々適合される。

信号ビームによって全国をサービスするＣ０ＮＵＳサブシステムはこの例ではそ の送信機８２として高電力進行波管増幅器を各々有する８個の通常のトランスポ ンダを有する（第６図参照）。Ｃ０ＮＵＳ受信アンテナは垂直偏波を用い、ポイ ント−ポイント送信システムと垂直偏波された反射鏡１２ｂを共有する。Ｃ０Ｎ ＵＳ受信信号は周波数選択スクリーンの半分の部分１８ｂを通過し、反射鏡１２ ｂの焦点平面２８に置かれた受信供給ホーン１４上に焦点を結ぶ。そのように形 成されたアンテナパターンはＣ０ＮＵＳをカバーするように形作られている。Ｃ ０ＮＵＳ送信アンテナは水平偏波を用い、ポイント−ポイント受信システムと反 射鏡１２ａを共有する。送信供給水−ン２４からの信号放射は水平偏波の周波数 選択スクリーン１８ａによってその第２のパターンがＣ０ＮＵＳをカバーするよ うに形作られている反射鏡１２ａへ反射される。

ポイント−ポイントサブシステムは広く送信アレイ２０．サブ反射鏡２２、およ び受信供給ホーン１６を含む。後に更に詳細に説明されるが送信アレイ２０はス クリーン１８のすぐ下の支持体３０上に取付けられている。サブ反射鏡２２は送 信アレイ２０の前方でスクリーン１８のわずかに下に取付けられている。送信ア レイ２０から放射する信号はサブ反射鏡２２によってスクリーン１８の一方の半 分の部分１８ｂ上へ反射される。主反射鏡１２とサブ反射鏡２２とは送信アレイ ２０から放出する信号のパターンを効果的に拡大し拡張する。サブ反射鏡２２か ら反射された信号は順次スクリーン１８の半分の部分１８ｂによって大きな反射 鏡１２ｂ上へ反射され、それは順次ポイント−ポイント信号を地上へ反射する。

この装置によりて、大きな口径の位相アレイの性能が得られる。受信供給ホーン １６は反射鏡１２ａの焦点面２６に位置される。それは第１６図に示されている ４個の主ホーン５０．５４．５８．８２と３個の補助ホーン５２．５８．６０か ら成る。

次に第１３図乃至第１５図を参照すると、送信アレイ２０は第１３図に示される ように、アレイを形成するため平行関係で配置された複数の、例えば４０個の送 信導波管素子１０６を含む。

送信導波管素子１０Ｂの各々は垂直偏波信号を発生する複数の、例えば２６個の 水平で、垂直に間隔を置かれたスロット１０８を含む。第１４図に示されるよう に、送信アレイ２０は、４つの場所１１４でアレイ素子を励振する全体を番号１ １０によって示された集合供給回路網によって送信信号を供給される。集合供給 回路網１１０の目的は送信導波管素子１０６に対して広帯域の整合を行うことで ある。導波管開口１１２への信号入力は、スロット励振が南北方向における偏平 パターンを与えるように設計されるようにアレイスロット１０８を励振する。

水平部°波ポイントーポイント受信システムによって供給されたほぼ方形のビー ム適用範囲が示されている第５図を参照する。この特定の例において、ポイント −ポイントシステムによってサービスされる領域はアメリカ合衆国である。ポイ ント−ポイント受信システムは４つのアップリンクゾーン３２゜３４、３８．３ １３からそれぞれ人工衛星へ放射する４つのビームＲ１、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を含 み、ビームＲ１乃至Ｒ４の各々は各ゾーン３２，３も３６．３８において個々の 位置（ｓｉｔｅ）から発する複数の個々のアップリンクビームから成り、その位 置から個々の信号を伝達する。個々の位置からのアップリンクビーム信号は各ゾ ーンのための複数のチャンネルへ配列される。

例えば、ゾーン３２はゾーン３２で対応するアップリンク位置から数百の個々の ビーム信号を伝達するこのようなチャンネルの各々によって複数の、例えば１６ 個の２７　Ｍ　Ｈｚチャンネルを含んでもよい。

各々符号３２．３４．３Ｂ、および８８によって示されている４つのビームパタ ーン輪郭の各々についての信号強度はそれら各ビームのピークからおよそ３ｄＢ 下である。アンテナビームはハツチング範囲３９．４１．４８．４５において周 波数スペクトルの４倍の再使用を可能にするためそれらの間で充分な分離を達成 するように設計されている。点描範囲４０．４２．および４４において、この分 離は隣接するゾーンにおいて発する同じ周波数の信号間の識別には不十分である 。これらの範囲で発する各信号は２つのダウンリンク信号を発生し、一方は予定 されたものでありもう一方は臨時的なものである。これらの領域において臨時信 号の発生については以下に更に詳細に論議される。

ビーム３２．３４．３６．３８によってカバーされた４つのゾーンは幅が等しく ない。ビーム３２によってカバーされる東海岸ゾーンはおよそ１．２度の広がり である。ビーム３４によってカバーされる中央ゾーンはおよそ１．２度の広がり である。ビームパターン３Ｂによってカバーされる西中央ゾーンはおよそ２．０ 度の広がりである。ビームパターン３８によってカバーされる西海岸ゾーンはお よそ２．０度の広がりである。４つの受信ゾーン３２．３４．３８および３８の 各々の幅は基地数および国の様々な範囲での人口密度によって決定される。従っ て、ビームパターン３２は合衆国の東部における比較的高い人口密度に適応する ために比較的狭く、一方、ビームパターン３６は山岳地帯における比較的狭い人 口密度のため比較的広い。各ゾーンが全周波数スペクトルを用いるので、ゾーン の幅は人口密度の高い地域においてはチャンネル使用についての高い要求に適応 させるため狭くされている。

第９図に示されるように、ポイント−ポイント送信システムは各々４つの送信ゾ ーン３１．３３．８５．３７をカバーする４つのビームＴＩ、Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４ から成り、その各ビームＴ１乃至Ｔ４はそれぞれ各ゾーン３１．３３．３５．３ ７の個々のダウンリンク位置について予定された複数の個々のダウンリンクビー ムからなり、個々の信号をその位置へ伝達する。個々のダウンリンク位置で受信 されるように予定されたダウンリンクビーム信号は各ゾーンのための複数のチャ ンネルへ配列される。例えば、ゾーン３１は数百の個々のビーム信号をゾーン３ ２の対応するダウンリンク位置へ伝達するこのようなチャンネルの各々による複 数の、例えば１６個の２７ＭＨｚチャンネルを含んでもよい。

幅の等しくない多重ダウンリンクゾーンおよびダウンリンクゾーンの使用は、相 互変調積の大部分が地上基地で受信されることが妨げられるように地理的に分散 されるように以下に論議される固体電力増幅器によって発生する相互変調積の生 成を助ける。真の効果は、システムが更に相互変調積を黙認できるので、増幅器 が更に効率的に動作されることである。

送信ゾーン３１．３３．３５．３７の幅が受信ゾーンＲ１，Ｒ２゜Ｒ３，Ｒ４の それらとほぼ同じであるけれども、２つの組の小さな差はシステムの容量を最良 にするために発見された。

個々の送信ビーム２９の半分の電力ビーム幅は実質的に、送信ゾーン３１．３３ ．３５．３７の幅よりも狭い。このことは所望された高利得を生じ、受信ゾーン 配列を特徴とする競合範囲のゾーン４０．４２．４４を避ける。これらの個々の ビーム２９は個々の目的基地の方向でダウンリンクＥＩＲＰを最大化するためゾ ーン中に向けられなければならない。送信ポイント−ポイント周波数アドレス可 能狭帯域２９は、その見掛けの大きさが主反射鏡１２ｂおよびサブ反射鏡２２を 含む２つの同じ焦点のパラボラによって拡大されるアレイ２０によって生成され る。各ビーム２９の東西方向は送信素子２０のアレイ１０Ｂに沿ってその信号の 位相経過によって決定される（第１３図および第１５図）。

この位相経過は以下に論議されるビーム形成回路網９８によって確立され、信号 周波数の関数である。送信アレイ素子２０の各々は後に論議される固体電力増幅 器によって駆動される。

アレイ素子１０６へ供給される電力は均一ではなくその代わり１：１０　ｄ　Ｂ 以上低いエツジ素子まで次第に弱くなっている。

次第に弱くなるビーム２９は送信アレイ索子２ｏの位置に従って送信利得を調節 することによって達成される。励起パターンは第９Ａ図に示された送信の２次パ ターンの特徴を決定する。

第９図を参照すると、送信ゾーン３１．３３．３５．３７の間の最も接近した空 間がゾーン３１と３３の間に発生し、それはおよそ１．２度である。このことは 特定の周波数を用いるゾーン３３ヘアドレスされる信号がそのビーム中心から１ ．２度のサイドローブによってゾーン３１において同じ周波数を用いる信号と干 渉することを意味する。しかしながら、個々の送信利得は低いサイドローブレベ ルを提供するように調節され、それによって隣接するゾーンにおける周波数再使 用を許容する。

第９Ａ図を参照すると、ビーム中央からのこの角度でのサイドローブが更に３０ ｄＢ以上小さく、そのためこのような干渉が無視してよい程度に小さいことがわ かる。ゾーン３５および３７における同じ周波数使用は更に角度が移動され、こ の故にこれらのゾーンにおけるサイドローブの干渉は一層小さい。

第９Ｂ図は南北方向の送信ビームパターンの説明である。

各送信導波管素子１０６の２６個のスロット１０８はほぼ平坦な南北パターンを 形成するように励振され、南北照準方向からプラスマイナス１．４度のカバーさ れた範囲に広がる。

ポイント−ポイントおよびＣ０ＮＵＳシステムの両方は同じアップリンクおよび ダウンリンク帯域を用い、ポイント−ポイントシステムはそのアップリンク偏波 のため水平偏波を用い、Ｃ０ＮＵＳシステムは先に記述されたように垂直偏波を 用いる。例えば両方のサービスは同時に、１１．７ＧＨｚと１２．２ＧＨｚの間 の全５００ＭＨｚダウンリンク周波数帯域と、１４ＧＨｚと１４．５ＧＨｚの間 の全５００ＭＨｚアップリンク周波数帯域とを用いる。ポイント−ポイントサー ビスを用いる受信ゾーン３２．３４．８６．３８と送信ゾーン３１゜３３、３５ ．３７の各々は全周波数スペクトル（即ち５００ＭＨｚ）を用いる。更に、この 総局波数スペクトルは複数のチャンネル、例えば各々が２７ＭＨｚの有効な帯域 幅と３０ＭＨｚの間隔を何する１６のチャンネルへ分割される。次に、１６個の チャンネルの各々はおよそ８００のサブチャンネルを適用してもよい。この故に 、およそ１２，５００　（１６チヤンネル×８００サブチヤンネル）の各ゾーン で３２キロビット毎秒のチャンネルが任意の与えられた瞬間で適応される。以下 に説明されるように、ポイント−ポイントシステムの通信構成は任意の基地が任 意のその他の基地と直接通信することを許容する。従って、単一偏波中で、合計 ５０，０００のサブチャンネルが全国的に適応される。

第１図、第２図、第６図、第７図、および第１６図を特に参照すると、ポイント −ポイント受信供給アレイｌＢは７個の受信ホーン５０乃至６２を用いる。ホー ン５０．５４．５ｇ、および６２は各々ゾーン３２．３４．３Ｂ、および３８か ら信号を受信する。ホーン５２．５６．および６０は競合範囲４０．４２および ４４から信号を受信する。一連のハイブリッドカップラまたは電力分割器Ｃ１乃 至Ｃ９を用いて、ホーン５０乃至６２によって受信された信号は４つの出力６４ 乃至７０へ結合される。例えば、競合範囲４４の領域から発し、ホーン６０によ って受信される信号はカップラＣ２によって分割され、分割された信号の部分は カップラＣ□およびカップラＣ４へ各々分割され、分割された信号はそれぞれホ ーン５８．６２によって受信された入力信号と結合される。同様に、競合範囲４ ２の領域から発し、ホーン５Ｂによって受信される信号はカップラＣ５によって 分割される。分割された信号の一部はカップラＣ３によってカップラＣ４の信号 出力と結合され、一方、分割された信号の残りの部分はカップラＣ７によってホ ーン５４によって受信された信号と結合される。

Ｃ０ＮＵＳおよびポイント−ポイントシステムの両方のための信号の受信および 送信用の電子装置をブロック図で表す第６図が特に注目される。ポイント−ポイ ント受信信号６４−７０（第７図参照）は第７図のポイント−ポイント受信供給 回路網から得られ、一方Ｃ０ＮＵＳ受信信号７２はＣ０ＮＵＳ受信供給ホーン１ ４から得られる（第１図および第３図）。ポイント−ポイントおよびＣ０ＮＵＳ 受信信号は５つの対応する受信器と入力ライン８４−７２を選択的に接続するス イッチング回路網７６へ入力され、８個のその受信器は全体を７４で示される。

受信器７４は通常設計のものであり、そのうちの３個は余分に備えられたもので あり、受信器の１個が故障を起こさない限り通常は用いられないものである。故 障の発生において、スイッチング回路網７６はバックアップ受信器７４を適切な 入力ライン８４−７２に再接続する。受信器７４はフィルタ相互結合マトリック ス９０中のフィルタを駆動するように機能する。ライン８４−７０と接続されて いる受信器７４の出力は第２のスイッチング回路網７８によって４つの受信ライ ンＲ１−Ｒ４を経てフィルタ相互結合マトリックス９０へ結合される。以下に論 議されるように、フィルタ相互結合マトリックス（ＦＩＭ）は受信ゾーン３２． ３４．３６．３８と送信ゾーン３１．３３．３５．３７との間に相互結合を提供 する。上述された５００ＭＨｚにおける動作が１６個の２７ＭＨｚチャンネルへ 分離された周波数スペクトルを割当てられるので、１６個のフィルタの４組が用 いられる。１６個のフィルタの各組は全部で５００ＭＨｚの周波数スペクトルを 使用し、各フィルタは２７ＭＨｚの帯域幅を有する。後述するように、フィルタ 出力Ｔ　１−７４は４つの群で配列され、各群は４つの送信ゾーン３１．３３． ３５．３７の１つに予定される。

送信信号Ｔ　１−７４は各々、スイッチング回路網９４を経て６個の駆動増幅器 ９２のうちの４個へ接続され、このような増幅器９２のうちの２個は故障の発生 においてバックアップ用に備えられているものである。増幅器９２のうちの１個 の故障の発生において、バックアップ増幅器９２の１個がスイッチング回路網９ ４によって対応する送信信号Ｔｌ−７４へ再接続される。同様にスイッチング回 路網９６は増幅器９２の増幅された出力をビーム形成回路網９８へ結合する。以 下に更に詳細に説明されるように、ビーム形成回路網９８は４つの遅延ラインに 沿って等しい間隔で接続された複数の伝送遅延ラインから成る。

遅延ラインのこれらの間隔および幅は所望された中央帯域ビームスキントと、サ ービスされる対応する送信ゾーン３１．３３゜３５、３７用の周波数を有するビ ーム走査速度を与えるように選択される。４つの遅延ラインから結合された送信 信号は第１１図および第１２図に示されるようなビーム形成回路網９８において 固体電力増幅器１００へ入力を供給するために合算され、それはポイント−ポイ ントシステムの送信アレイ２０に埋め込まれてもよい。以下に論議された実施例 において、４０個の固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）１００が備えられている。５Ｓ ＰＡ１００の各々はビーム形成回路網９Ｂによって形成された４０の信号の対応 する１つを増幅する。５ＳＰＡ１００は先に説明された次第に弱くなるアレイ励 振を提供するため異なる電力容量を有する。５ＳＰＡＬＯＯの出力は送信アレイ ２０の素子の１つの入力１１２（第１４図）へ接続される。

ライン７２上のＣ０ＮＵＳ用受信信号はスイッチング回路網７６、７８によって 適切な受信器７４へ接続される。Ｃ０ＮＵＳ信号と接続された受信器の出力は上 述されたように８個のチャンネルのために提供された入力マルチプレクサ８０へ 出力される。入力マルチプレクサ８０の目的は、サブ信号が個々に増幅されるこ とができるようにサブ信号へ１つの低レベルＣ０ＮＵＳ信号を分割することであ る。Ｃ０ＮＵＳ受信信号はＣ０ＮＵＳ送信信号が非常に小さな地上基地へ分配さ れるように高度に増幅される。入力マルチプレクサ８０の出力はスイッチング回 路網８４を経て１２個の高電力進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）８２のうちの８個へ 接続され、そのうちの４個のＴＷＴＡ８２は故障の発生においてバックアップの ために用いられる。８個のＴＷＴＡ８２の出力は別のスイッチング回路網８６を 経て、１つのＣ０ＮＵＳ送信信号へ８つの増幅された信号を再結合する出力マル チプレクサ８８へ接続される。マルチプレクサ８８の出力はＣ０ＮＵＳ送信器２ ４の送信ホーンへの導波管を経て送られる（第２図および第３図）。

フィルタ相互結合マトリックスＦＩＭ９０（第６図）を詳細に示す第１０図に注 目する。先に論議されたように、ＦＩＭ９０は、任意の受信ゾーン３２．３４． ３６．３８中の任意のターミナル（第５図）と任意の送信ゾーン３１．３３．３ ５．３７の任意のターミナルとを効果的に相互結合する。ＦＩＭ９０は受信信号 Ｒ１゜Ｒ２，Ｒ３，およびＲ４をそれぞれ受信するための４つの導波管入力１２ ０　、１２２　、１２４および１２６を含む。先に説明されたように、対応する 受信ゾーン３２．３４．３６．３８　（第５図）から発生する受信信号Ｒ１乃至 Ｒ４の各々は割当てられた全周波数スペクトル（例えば５００ＭＨｚ）を含み、 複数のチャンネル（例えば１６個の２７ＭＨｚチャンネル）へ分離される。チャ ンネルは複数のサブチャンネルへ更に分離され、サブチャンネルの各々は対応す るアップリンク位置から信号を伝達する。ＦＩＭ９０は６４個のフィルタを含み 、その１つが参照番号１０２によって示されている。各フィルタ１０２はチャン ネルの１つに対応するパスバンド（例えば１４０３乃至１４３０ＭＨｚ）を有す る。フィルタ１０２はそれぞれ各受信ゾーン３２．３４．３６．３８のための４ つの群において配列され、各群はサブグループ当り８個のフィルタの２つのバン クまたはサブグループを含む。フィルタ１０２の１つのサブグループは偶数番号 のチャンネルのためこれらのフィルタを含み、各群のその他のグループは奇数番 号のチャンネルのため８個のフィルタを含む。従って、たとえば、受信信号Ｒ１ 用のフィルタ群は奇数チャンネル用フィルタ１０２のサブグループ１０４と偶数 チャンネル用フィルタ１０２のサブグループ１０６を含む。

以下の表はそれらのフィルタサブ群に対する受信信号およびゾーンに関するもの である。

３２　Ｒ１１０４１０６ ３４Ｒ２１０８１１０ ３６Ｒ３１１２１１４ ３８Ｒ４１１６１１８ 受信信号Ｒ１−Ｒ４がフィルタされるとき、フィルタされた出力は送信信号を形 成するため結合されるような独特な方法でフィルタはグループにされている。送 信信号Ｔｌ−７４もまた割当てられた全周波数スペクトル（例えば５００ＭＨｚ ）を用いる。説明した実施例において、送信信号Ｔｌ−７４の各々は１６個の２ ７ＭＨ２幅のチャンネルを有し、４個の受信ゾーン３２−３８の各々から４個の チャンネルを含む（第５図）。

入力する受信信号Ｒ１−Ｒ４は、５０％の信号電力を各サブグループへ効果的に 向ける各関連するハイブリッドカップラ１２８−１３４によって対応するサブグ ループへ分割される。

したがって、例えば導波管１２０でのＲ１信号入力の半分はフィルタ１０２のサ ブグループをサービスする送信ライン１３６へ導かれ、Ｒ１信号の残りの半分は フィルタ１０２のサブグループ１０６をサービスする送信ライン１３８へ導かれ る。同様の方法で、フィルタ１０２のサブグループ１０４−１１８の各々はライ ン１３６および１３８と同様の、対応する分配ラインによって供給される。

サブグループ１０４の構成について更に詳細に説明する。残りのサブグループ１ ０Ｂ−１１８はサブグループ１０４と構造が同じである。送信ライン１３Ｂに沿 って間隔を置いて、８個のフェライトサーキュレータ１４０があり、それぞれ１ つが奇数番号のチャンネルフィルタ１０２と関連する。サーキュレータ１４０の 機能は送信ライン１３Ｂをロスのない方法で奇数チャンネルの各々へ接続するこ とである。従って、例えば、Ｒ１信号は第１のサーキュレータ１４０　ａへ入り 、チャンネル１に対応する２７ＭＨｚの帯域の信号をサーキュレータ１４２へ通 すように反時計方向にそれを循環する。全てのその他の周波数は反射される。こ れらの反射された信号はサーキュレータを経て処理が繰返される次のフィルタへ 伝播される。この処理によって、Ｒ１受信信号はＲ１信号に対応する１６個のフ ィルタ１０４−１０８によって１６個のチャンネルフィルタされる。このように 、チャンネル１の範囲の周波数を有するＲ１信号は第１のフェライトサーキュレ ータ１４０　ａを通過し、グループ１０４のフィルタ１によってフィルタされる 。

フィルタサブグループ１０４−１１８からの出力は、十文字パターンでフィルタ １０２の隣接グループからの出力を合計するフェライトサーキュレータ１４２の 第２の組によって選択的に結合される。例えば、グループ１０４のチャンネルフ ィルタｌ。

５．９および１３の出力はフィルタグループ１１２のチャンネルフィルタ３，７ ．１１および１５の出力と合計される。この合計はＴ１用出力端子１１４に現わ れる。第８図を参照すると、これらの信号は受信ゾーンＲ１とＲ３間の結合およ び送信ゾーンＴ１に対応する。

送信および受信信号が任意のターミナル間の送受信通信を許容するためＦＩＭ９ ０によっていかにして相互結合されるかを示す第８図および第９図を注目する。

特に、第８図はいかにして受信および送信ゾーンが相互結合チャンネルによって 一緒に結合されるかを示す表を与え、一方第９図はいかにしてこれらの相互結合 チャンネルが送信ゾーン３１．３３．３５．３７にわたって地理的に分配される かを示す。第８図において、受信信号Ｒ１−Ｒ４は相互結合チャンネルの行毎に 読み出され、送信信号Ｔ　１−Ｔ４は相互結合チャンネルの列毎に読み出される 。送信信号Ｔｌ−７４の各々は各々４つの群に配列された１６個のチャンネルか ら生成され、各群が受信信号Ｒ１−Ｒ４の１つと関連していることが第８図から 迅速に認められる。本発明の人工衛星通信システムは、パケット交換信号を経て 地上基地間の通信を調整する人工衛星ネットワーク制御センタと呼ばれる地上基 地と関連して使用される。ネットワーク制御センタは所望されるダウンリンクの 位置に基づいたアップリンク周波数をアップリンクユーザに割当て、ダウンリン ク経度が目的地のそれに最も近い有効な周波数を割当てる。周波数アドレス可能 なダウンリンク送信ビーム２９は従ってアップリンク信号の周波数によってアド レスされる。

この方法はダウンリンク信号の利得を最大にする。

第９図に示されるように、アメリカ大陸は４つの基本的なゾーン３１．３３．３ ５．３７に分割される。ゾーン３１は東海岸ゾーンと呼ばれ、ゾーン３３は中央 ゾーンと呼ばれ、ゾーン３５は山岳ゾーンと呼ばれ、ゾーン３７は西海岸ゾーン である。先に説明されたように、ゾーン３１．３３．３５．３７の各々は割当て られた全周波数スペクトル（例えば５００ＭＨｚ）を用いる。従って、５００Ｍ Ｈｚの割当て周波数帯域の場合、ゾーン３１゜３３、３５．３７の各々に防護帯 域を加えた１６個の２７ＭＨｚチャンネルが存在する。

第９図のビーム２９で４回繰返された番号１−１８はそのように番号を付けられ たチャンネルの中心周波数に対応するビームの経度を示す。ビームの周波数感度 のため、チャンネルの最も低い周波数狭帯域信号と最も高い周波数狭帯域信号と の間の経度スパンはおよそ１チャンネル幅である。各ビームはその電力が半分に なる点の間で０．６度の幅であり、即ち、東海岸と中央ゾーンにおけるゾーン幅 の半分で、山岳ゾーンと西海岸ゾーンにおけるゾーン幅のほぼ３分の１である。

アンテナビーム２９は互いに高信号密度を確立するためオーバーラツプする。即 ちビームが更にオーバーラツプすればするほど、与えられた領域のチャンネル容 量は大きくなる。従って、東海岸ゾーン３１において、東海岸ゾーン３１の信号 量が山岳ゾーン３５のそれよりかなり大きいので山岳ゾーン３５においてよりも 大きなオーバーラツプがある。

上述された相互結合スキーマについて、異なるゾーンの基地間の典型的な通信を 例として説明する。この例において、ミシガン州のデトロイトの発信者がカリフ ォルニア州のロサンジエルスの基地へ電話をしようとすると仮定する。従って、 中央ゾーンに位置するミシガン州のデトロイトはアップリンク位置であり、西海 岸ゾーン３７に位置するカリフォルニア州のロサンジエルスはダウンリンク目的 地である。第９図に示されるように、アメリカ大陸における各地理的位置は特定 のゾーンなおける特定のチャンネルと関連されることができる。

従って、ロサンジエルスは送信ゾーン３７のチャンネル１４と１５の間に位置を 定められている。

特に第５図、第８図、および第９図を同時に参照すると、受信および送信ゾーン Ｒ１とＴ１は東海岸ゾーン３２と３１に存在し、Ｒ２とＴ２は中央ゾーン３４と ３３に存在し、Ｒ３とＴ３は山岳ゾーン３Ｂと３５に存在し、Ｒ４とＴ４は西海 岸ゾーン３８と３７に存在する。デトロイトは中央またはＲ２ゾーン３４に存在 するので、信号が西海岸またはＴ４ゾーン３７へ送信されることができるチャン ネルはチャンネル１，５．９および１３であることがわかる。これは行Ｒ２およ び列Ｔ４の交差によって第８図の表において決定される。それ故、デトロイトか ら、アップリンクユーザはチャンネル１，５．９または１３のいずれかのアップ リンクであり、これらのチャンネルのいずれもダウンリンク目的地に最も接近し ている。ロサンジエルスがチャンネル１４と１５との間に位置するので、ネット ワーク制御センタはチャンネル１３がチャンネル１４に最も近いためチャンネル １３の信号をアップリンクする。ダウンリンクビーム幅はロサンジエルスで高利 得を与えるのに充分広い。

反対に、アップリンク位置がロサンジェルスにあり、ダウンリンク目的地がデト ロイトにあるなら、第８図の行Ｒ４および列Ｔ２が考慮されなければならない。

この交差は信号がチャンネルがダウンリンク位置に最も近いことに依存してチャ ンネル１，５．９または１３上に送信されることができることを表す。チャンネ ル９が、デトロイトへ最も近いチャンネル１１へ最も近いので、ネットワーク制 御センタはチャンネル９上でロサンジエルスから信号をアップリンクする。

第１Ｏ図を参照すると、受信信号の送信信号への転換は、アップリンク位置がデ トロイトに、ダウンリンク位置がロサンジエルスにあるという上述の例と関連し て説明される。デトロイトから送信されたアップリンク信号は受信信号Ｒ２によ って伝達されたチャンネル１３に送信される。従って、Ｒ２受信信号は送信ライ ン１２２へ入力され、このような入力信号の一部はハイブリッドカップラ１３０ によってフィルタ１０２のサブグループ１０８の人力ラインへ導かれる。サブグ ループ１０ｇは奇数チャンネル用の８個のフィルタバンクを含み、チャンネル１ ３を含む。従って、入力する信号はフィルタ１３によってフィルタされ、サブ群 １０８と１１６からその他の信号と一緒にライン１８４上で出力される。チャン ネル１３のライン１８４上に存在する信号はハイブリッドカップラ１５８によっ て結合され、信号はサブグループ１０６と１１４から発し、出力ライン１５０上 にＴ４信号を形成する。送信信号Ｔ４はそれからロサンジエルスへダウンリンク される。

２７ＭＨｚ幅チャンネルが実際に多数の小さなチャンネル、例えば３２ＫＨｚの 帯域幅の８００のサブチャンネルから成るので、ネットワーク制御センタが２７ ＭＨｚ帯域幅ではなく特定のチャンネルを割当てるため、上記例はやや簡潔化さ れている。

第５図、第８図および第９図を再び参照すると、アップリンク信号が競合範囲の 領域４０．４２．４４　（第５図）から発生する場合に、このような信号はその 所望されるダウンリンク目的地へ送信されるのみでなく、無視できない程度の信 号が他の地理的領域へ送信される。例えば、アップリンク信号が競合範囲４２の 領域にあるイリノイ州のシカゴから発生し、この信号がカリフォルニア州のロサ ンジエルスへ向けられると仮定する。競合範囲４２はゾーン３４および３６を形 成するビームのオーバーラツプによって生成される。この故に、アップリンク信 号は受信信号Ｒ２またはＲ３として送信され得る。ネットワーク制御センタはア ップリンク通信が受信信号Ｒ２またはＲ３のいずれによって伝達されるかを決定 する。この実施例において、シカゴがゾーン３Ｂにより近いので、アップリンク 通信は受信信号Ｒ３上で伝達される。

先に論議されたように、ダウンリンク目的地、即ちロサンジエルスはゾーン３７ に位置し、チャンネル１４と１５との間に存在する。第８図に示されるように、 Ｒ３の列Ｔ４との交差部分は通信が発送され得るチャンネルを生ずる。従って、 シカゴアップリンク信号はチャンネル２．８．１０あるいは１４のいずれか１つ で送信される。ロサンジェルスがチャンネル１４へ最も近いので、チャンネル１ ４はアップリンクチャンネルとしてネットワーク制御センタによって選択される 。しかしながら、所望されない信号がまたチャンネル１４上でゾーン３４から送 信されることが注目される。所望されない信号がどこにダウンリンクされるかを 決定するため、第８図の表が考慮される。第８図の表はＲ２ゾーン３４のチャン ネル１４上を伝達されるアップリンク信号がＴ１送信ゾーン３１ヘダウンリンク されることを表す。所望された信号はロサンジエルスへ送信され、所望されない 信号（即ち無関係な信号）は東海岸（即ちゾーン３１）へ送信される。ネットワ ーク制御センタは周波数割当てをするとき、これらの無関係な信号の軌跡を維持 する。これらの無関係な信号の影響はシステムの容量をわずかに減少することで ある。

第６図を再び参照すると、ビーム形成回路網９８は送信信号ＴＩ−Ｔ４を受信し 、各信号用の送信アンテナビームが形成されるようにこれらの送信信号中の個々 の通信信号の全てを一緒に結合するように機能する。割当てられた周波数スペク トルが５００ＭＨｚである上述された例において、総計およそ５０．０００のオ ーバーラツプアンテナビームは、システムが狭帯域信号によって完全に負荷され るときビーム形成回路網９８によって形成される。各アンテナビームは、それが システムの特性を最良にする方向に向けられるような方向で形成される。隣接す る素子間の増加位相シフトはアンテナビームの方向を決定する。この位相シフト が信号周波数によって決定されるので、このシステムはアドレスされた周波数と 呼ばれる。

ビーム形成回路網９８の詳細を示す第１１図および第１２図が注目される。第１ １図で全体を符号９８で示されたビーム形成回路網は一般的に弧状に配置されて おり、通常人工衛星の通信欄（図示されず）に取付けられている。ビーム形成回 路網９８の弧状形状は、信号通過路が正しい長さであることを確実にした装置が 容易に得られるようにするものである。

ビーム形成回路網９８は第１の組の周辺に伸びている伝送遅延ライン１６８　、 １７０　、遅延ライン１８８と１７０から放射状に空間をとられている第２の組 の伝送遅延ライン１７２　、１７４　、および複数の放射状に伸びる導波管アセ ンブリ１７Ｅｉを含む。説明された実施例において、４０の導波管アセンブリ１ ７Ｂが備えられ、送信アレイ２０の素子１０６の各々に対して１個づづ設けられ ている（第１３図）。導波管アセンブリ１７Ｂは遅延ライン１８８−１７４の各 々を交差し等しい角度間隔で配置されている。

各導波管アセンブリ１７６は放射方向の合算器を定め、遅延ライン１６８−１７ ４の各々と交差する。第１２図に示されるように、交差点で、放射方向ライン合 算器１７Ｂと伝送遅延ライン１６８−１７４の間に、十字形結合器１８０が備え られている。十字形結合器１８０は放射方向ライン合算器１７６と遅延ライン１ ８ｇ−１７４とを接続する。十字形結合器１８０の機能については以下に更に詳 細に論議される。

４つの遅延ライン１６ｇ乃至１７４は４つの送信ゾーンＴＩ−Ｔ４のために各々 備えられている（第９図）。したがって、送信信号Ｔ１は遅延ライン１７０の入 力へ供給され、Ｔｌは遅延ライン１６８の入力へ供給され、Ｔ３は遅延ライン１ ７４の入力へ供給され、Ｔ４は遅延ライン１７２の入力へ供給される。

第１２図に示されるように、放射方向ライン合算器間の距離は文字“Ｌｏで示さ れ、各遅延ラインの幅は文字“Ｗ“で示される。放射方向ライン合算器１７６は 遅延ライン１６８−１７４に沿った等しい角度間隔で位置しているけれども、遅 延ライン１６ｇ−１７４が互いに放射状に位置しているためそれらの間の距離は 遅延ラインから遅延ラインへと変化する。従って、放射方向ライン合算器１７６ によって形成される弧状形状の中心から離れるほど、それらが遅延ライン１６ｇ −１７４と交差する点における放射方向ライン合算器１７６間の距離は大きくな る。

言替えると、遅延ライン１８ｇについての放射方向ライン合算器１７６の間の間 隔“Ｌ”は遅延ライン１７４についての隣接する放射方向ライン合算器１７６間 の間隔より小さい。“Ｌ”と“Ｗ”の大きさについて典型的な値を以下にあげる 。

遅延ライン　信号　Ｌ１インチ　Ｗ９インチ１６８　Ｔｌ　１．６６　０．６４ １７０　Ｔｌ　１．７２　０．６６ １７２　Ｔ４　２．４５　０．７４ １７４　Ｔ３　２．５５　０．７６ 遅延ライン１６８−１７４の幅“Ｗｌおよび隣接する放射方向ライン合算器間の 距離“Ｌｏは、ビームボインティングが各チャンネルについて正しいように所望 された中央ビームスキントおよびビーム走査速度を与えるため選択される。この ことは送信ゾーンＴｌ−７４の各々のため所望された始点および終点を生じる。

第１２図を特に参照すると、送信信号Ｔ２は第１の放射方向ライン合算器１７６ へ到達する点で、正確な距離で遅延ライン１６８を伝播する。Ｔｌ信号の一部は 、送信信号Ｔ２の送信電力の１パーセントが放射方向ライン合算器１７Ｂの下へ 引出されるような、例えば２０ｄＢカツプラの十字形結合器１８０を通過する。

この引出されたエネルギは対応する固体電力増幅器１００に向けて導波管１７Ｂ を伝播する（第６図および第１１図）。この過程は遅延ライン１７０を伝播する 信号Ｔ１について繰返される。十字形結合器１８０によって引出された信号Ｔ１ およびＴｌの一部は放射方向ライン合算器１７Ｂ中で合計され、結合された信号 ０．０１　（Ｔ１＋Ｔ２）は次の組の遅延ライン１７２　、１７４へ向けて放射 状に外側へ伝播する。この同じカップリング過程が遅延ライン１７４と１７２の 各々で信号Ｔ３とＴ４に対して繰返される。即ち、０．０１の信号Ｔ３とＴ４は 十字形結合器１８０を経て放射方向ライン合算器１７６へ結合される。合成結合 信号０．０１　（Ｔｌ＋７２＋７３＋７４）は送信のための伝播において増幅さ れる関連する固体状態電力増幅器１００へ放射状に外方へ伝播する。

第１の放射方向ライン合算器１７Ｂに遭遇した後で、信号Ｔ　１−Ｔ４の残余０ ．９９は信号の別の１パーセントが合算器１７６へ引出される第２の放射方向ラ イン合算器へ伝播する。

信号Ｔ　１−７４の１パーセントを引出すこの過程は放射方向ライン合算器１７ ６の各々に対して繰返される。

放射方向ライン合算器１７Ｇを通って５ＳＰＡに向けて伝播する信号は４つの送 信信号ＴＩ−Ｔ４の全ての混合されたものである。しかしながら、送信信号Ｔ　 １−７４の各々は１２．５００のサブ信号を含む。結果的に、放射方向ライン合 算器１７Ｂを経て伝播する４０の信号は、割当てられた周波数スペクトルが５０ ０ＭＨｚの幅であるという上述の実施例の場合は５０，０００の信号全ての混合 であってもよい。それ故、５ＳＰＡ１００の各々は複数の導波管アセンブリ１７ Ｂの各々から発信する５０，０００の信号の全てを増幅する。

５ＳＰＡ１００の各々が国の全範囲について予定される５０．０００の信号の全 てを増幅するので、全ての狭い高利得ダウンリンクビームは送信器の共通プール 即ち全ての５ＳＰＡ１００から形成される。この装置は、全国をカバーする各ダ ウンリンクビームが全５ＳＰＡ１００を用いて生成されるので、電力の全国的な プールを効果的に与えると考えられる。結果的に、他のビームの信号電力を実質 的に減少することなく個々のベースで特定の不利なダウンリンクユーザを適応さ せるため、電力のこの全国的なプールの一部を転換できる。例えば、ダウンリン クユーザはビームの信号強度を減衰するダウンリンク目的地における雨によって “不利”にされる。このような雨によって不利となるユーザは対応するアップリ ンクビームの信号強度を増加することによって個々に調整される。このことは不 利なダウンリンクビームへ、全国的な送信電力のプールから電力の小さな部分（ 即ち５ＳＰＡによって供給された電力の小部分）を分けて与えることによって達 成される。個々のアップリンクビームの電力は対応するダウンリンクビームのそ れに比例している。結果的に、ダウンリンクビームの電力を増加するため、アッ プリンクビームの電力を増加することが単に必要であるにすぎない。

実際、先に説明されたネットワーク制御センタは雨が降っている国のそれらの範 囲の全ての軌跡を維持し、どのアップリンクユーザが雨の影響を受ける地域にお いてダウンリンク目的地へ通信を送るかを決定する。ネットワーク制御センタは それから、パケット交換信号を用いて、雨の影響を受けた地域について予定され たそれらの信号のためそのアップリンク電力を増加するために、これらの各アッ プリンクユーザを指示する。アップリンクユーザ信号電力の増加は雨の影響を受 けた地域に対応するダウンリンクビームを生じるため、５ＳＰＡ１００によって これらの信号の更に集合的な増幅を生じ、それは雨の減衰を補うため充分に増加 された電力レベルを有する。典型的に、雨の影響を受けた地域について予定され た信号の数は５ＳＰＡ１００の総プールによって取扱われる信号の総数に比例し て小さい。従って、雨の影響を受けていないゾーンにおけるその他のダウンリン クユーザは、それらの信号において発生する小さな損失が何千ものユーザに及ぶ ので実質的な信号損失を受けることはない。

５ＳＰＡ１００　（第８図および第１１図）が、例えば人工衛星の通信欄（図示 せず）の縁に取付けられても良い。５ＳＰＡ１００によって増幅された信号は送 信アレイ２０の対応する素子１０６へ供給される（第１３図および第１４図）。

先に説明されたように、増加位相シフトは４０の放射方向ライン合算器１７６に おいて結合される信号間で達成される。

したがって、ビーム形成回路網９８は送信アレイ２０から発するアンテナビーム （第１図、第２図および第１３図）が周波数割当てによって方向を定められるこ とを許容する。増加位相シフトは周波数と同様に導波管１７６の間の時間遅延に 関連する。

４０の送信アレイ素子１０Ｂの４つの概略図およびそれから発する電波の波面を 示す第１７図が注目され、ここでは“ｄｏは送信アレイ素子１０Ｂの間の間隔に 等しい。合成アンテナビームはｅの角度の傾斜を有し、ここではｅはビーム走査 角度として定められる。このことはｅが送信ビームの中心の法線からの角度であ る。遅延ライン装置によって生じる増加位相シフトはΔΦである。ΔΦとｅの関 係は以下の式によって与えられる。

ΔΦ−（２πｄ／λ）　５ｉｎｃ） 式中、 λ−信号波長 ｅ−ビーム走査角度 ｄ−アレイ素子間の間隔 従って、アンテナビームの東西方向はビーム形成回路網９８の４つの遅延ライン １８８−１７４に対して異なっている増加位相シフトによって決定され、先に記 述された４つの送信ゾーンＴｌ−Ｔ４を生じる。

以上本発明について説明されたが、当業者が技術に対するこの貢献の技術的範囲 を外れることなく本発明を説明するため選択された好ましい実施例に様々な修正 および付加がなされても良いことが認められる。従って、請求の範囲に記載され た事項および本発明の技術的範囲に含まれる全ての等価物に対して保護がめられ ることが理解されるべきである。

ピ゛−ム中ＩＸ：なうの角度 東−西 ピ゛−ム中た°か５の角度 化−期 国際調査報告 ―、陶−＾−−−胸　ＰＣＴ／υＳ　８７１０１７１６Ａ１０Ｆ：Ｘ　Ｔｏ　Ｔ ＦＥ　！ＮＴＥＲ，’１ＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＯＲτＣＮ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. （１）地上の領域中の複数の基地位置の任意のものの間で相互通信する方法にお いて、 （Ａ）前記領域中のアップリンク基地位置から地球上空の人工衛星へ、各々が受 信信号を伝達する複数の無線周波数アップリンクビームを送信し、 （Ｂ）前記人工衛星で前記アップリンクビームの各々を受信し、 （Ｃ）前記受信信号を、前記領域中のダウンリンク基地位置へ送信されるように 予定された対応する送信信号へ変換し、（Ｄ）送信信号の各々が全ての前記増幅 器によって集合的に増幅器されるような前記人工衛星で複数の増幅器を用いて前 記送信信号の全てを集合的に増幅器し、（Ｅ）前記人工衛星から前記領域へ、前 記領域中のダウンリンク基地位置によって受信される前記送信信号の１つを各々 伝達する複数のダウンリンクビームを送信する過程から成ることを特徴とする通 信方法。
2. （２）対応する受信信号を伝達するアップリンクビームの電力を増加することに よって前記ダウンリンクビームの選択されたものの電力を増加する過程を含む請 求項１記載の方法。
3. （３）前記ダウンリンクビームがそれぞれ前記領域の部分をカバーし、前記送信 信号の各々が主として前記領域の対応する部分へ向けられる請求項１記載の方法 。
4. （４）局部的気象状態が予め選択されたレベル以下の特定の部分中のダウンリン ク基地位置によって受信されるように予定されたダウンリンクビームの電力を弱 める地上の前記領域の特定の部分を決定し、 前記特定の部分によって受信されるように予定されたダウンリンクビームの電力 を増加する過程を含む請求項３記載の方法。
5. （５）前記特定の部分によって受信されるように予定されたダウンリンクビーム の電力を増加する過程は対応する送信信号を伝達するアップリンクビームの電力 を増加する過程を含む請求項４記載の方法。
6. （６）前記ダウンリンクビームの各々が全てのダウンリンクビームによってカバ ーされる領域の大きさに比例して狭いような前記ダウンリンクビームを形成する 過程を含む請求項３記載の方法。
7. （７）前記ダウンリンクビームの各々が、前記領域全体をカバーするダウンリン クビームに比較して高い利得を有するように前記ダウンリンクビームを形成する 過程を含む請求項３記載の方法。
8. （８）複数の導波管の各々において前記送信信号の全ての組を形成し、過程（Ｄ ）は前記増幅器の対応するものを用いて前記導波管の各々において送信信号の各 組を増幅することによって実施され、 増幅された送信信号の各組を各対応する送信アレイ素子へ供給する過程を含む請 求項３記載の方法。
9. （９）地上の領域中の複数の基地位置の任意のものの間で相互通信する方法にお いて、 （Ａ）各々対応するアップリンク基地位置と地球軌道人工衛星との間に各々が予 め選択された周波数の受信信号を含む複数の無線周波数アップリンクビームを形 成し、（Ｂ）前記受信信号の各々を前記人工衛星で受信し、（Ｃ）前記受信信号 の各々を前記領域中のダウンリンク基地位置で受信されるように予定された対応 する送信信号へ変換し、 （Ｄ）前記送信信号が増幅器の全てによって集合的に増幅されるような複数の送 信増幅器を用いて前記送信信号の各々を増幅し、 （Ｅ）各々前記送信信号の１つを伝達する各々が前記領域の大きさに比較して狭 い複数の周波数アドレス可能な無線周波数ダウンリンクビームを形成し、 （Ｆ）前記ダウンリンクビームの各々を主として前記領域の対応する部分へ送信 する過程を含むことを特徴とする通信方法。
10. （１０）前記領域の前記特定の部分へ送信するための送信信号に変換されるよう に意図された特定の受信信号の電力を増加することによって、前記領域の特定の 部分中の悪い気象状態によって引起こされた信号減衰効果を克服する過程を含む 請求項９記載の方法。
11. （１１）前記受信信号の前記電力は前記特定の信号を伝達するアップリンクビー ムの電力をアップリンク位置で増加することによって増加される請求項１０記載 の方法。
12. （１２）地上の領域中の複数の基地位置間で相互通信するための装置において、 地球上空に位置する人工衛星と、 前記領域中のアップリンク基地位置から各々受信信号を伝達する複数のアップリ ンク無線周波数ビームをそれぞれ受信するための前記人工衛星に積載された手段 と、前記受信信号を、前記受信信号の周波数を変えることによって前記領域中の ダウンリンク基地位置で受信されるように意図された複数の対応するサブ信号を それぞれ含む送信信号へ変換するための人工衛星に積載された手段と、前記送信 信号の各々が全ての前記増幅器によって増幅されるように全ての前記送信信号を 集合的に増幅するための前記人工衛星に積載された複数の増幅器と、前記ダウン リンク基地位置の１つによって受信されるように意図された前記送信サブ信号の １つをそれぞれ伝達し主として前記領域の一部のみをカバーする複数のダウンリ ンク無線周波数ビームを形成する前記人工衛星に積載された手段と、前記領域の 対応する部分に前記ダウンリンクビームを各々送信するため前記人工衛星に積載 された手段とを含むことを特徴とする装置。
13. （１３）前記ビーム形成手段が、 前記送信信号を各々伝達するための第１の複数ラインと、前記第１の複数のライ ンと交点で交差する複数の離れて位置する第２のラインとを有し、前記第２の複 数のラインの各々が、第１の複数のラインのそれぞれによって伝達された送信信 号の各々のエネルギの一部が前記第２の複数のラインの各々へ移送されるように 前記交点で前記第１の複数のラインの各々と結合され、前記第２の複数のライン の各々が前記送信信号の全てを出力するための出力を有し、前記出力の各々が、 前記増幅器の各々が前記増幅器の関連するものからの送信信号の全てを増幅する ように前記増幅器の１つと関連しまた結合されている請求項１２記載の装置。
14. （１４）前記交差点の隣接するものの間の距離および前記複数のラインの各々の 幅が前記送信サブ信号の位相中に所望されたシフトを生じるように予め選択され ている請求項１３記載の装置。
15. （１５）前記第２の複数のラインが、前記第２の複数のラインが互いから離れて 行くように基準点から本質的に放射状に伸びている請求項１３記載の装置。
16. （１６）前記第１の複数のラインが前記基準点の周囲に周辺に伸びており、隣接 する交差点間の距離が前記基準点からの交差点までの放射方向距離を増加するに 伴って増加するように前記基準点に関して放射状に離れて置かれている請求項１ ２記載の装置。
17. （１７）前記第１の複数のラインが、電磁エネルギを伝えるための複数の伝送ラ インを含み、前記第２の複数のラインが複数の電磁エネルギ導波管を含む請求項 １３記載の装置。
18. （１８）前記伝送ラインの各々が電磁波十字形方向性結合器によって前記導波管 の各々と結合されている請求項１７記載の装置。
19. （１９）少なくとも２つの前記第１の複数のラインが実質的に互いに隣接してい る請求項１３記載の装置。
20. （２０）少なくとも２つの前記第１の複数のラインが互いに離れて位置する請求 項１３記載の装置。
21. （２１）前記送信サブ信号の各々が周波数分割多重信号であり、前記ダウンリン クビームの各々が周波数アドレス可能である請求項１２記載の装置。
22. （２２）前記送信手段が電磁エネルギを放射するためのアンテナ素子のアレイを 含み、前記アンテナアレイが増幅された送信信号を受信するため前記複数の増幅 器と結合された複数の入力アンテナアレイ素子を有する請求項２１記載の装置。
23. （２３）前記増幅器が各々前記アンテナアレイ素子と関連し、前記アレイ素子の 各々が前記増幅器の関連するそれぞれのものによって駆動される請求項２２記載 の装置。
24. （２４）アップリンクビームの各々の中の受信信号電力が本質的に前記ダウンリ ンクビームの各々の中の対応するサブ信号電力に比例する請求項１２記載の装置 。