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公開番号2025094113
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2025044413,2020121030
出願日2025-03-19,2020-07-15
発明の名称フェーズドアレイアンテナからモデムへのリアルタイム多重化システムおよびその方法
出願人ウェハーエルエルシー,WAFER LLC,スデロテック, インコーポレイテッド,SDEROTECH, INC.
代理人個人,個人
主分類H04B 7/06 20060101AFI20250617BHJP(電気通信技術)
要約【課題】複数のフェーズドアンテナアレイが搭載され、衛星と通信できるプラットフォームを備え、リアルタイムで再構成が可能な衛星通信用アンテナシステムを提供する。
【解決手段】複数の衛星と通信可能なアセット200は、ルータ210を介して、複数のコンピュータ1～nを任意のモデムMD1～MDnに結合可能であり、スイッチ機構205を介して、複数のモデムMD1～MDnを任意のアンテナアンテナESA1～ESAnに結合可能であり、複数のアンテナESA1～ESAnはフェーズドアレイアンテナより構成され、制御回路215により、これらを変更制御可能である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれがフェーズドアレイ放射器を含む複数のアンテナと、
複数のモデムと、
任意の前記アンテナを任意の前記モデムに動的に結合するスイッチと、
複数の通信装置と、
任意の前記通信装置を任意の前記モデムに動的に結合するルータと、
前記複数のアンテナ、前記複数のモデムおよび前記複数の通信装置を接続するリアルタイムの指示を提供する前記スイッチおよびルータを制御するコントローラと、
を含む衛星通信用アンテナシステム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記複数のアンテナのそれぞれは、それぞれが前記フェーズドアレイ放射器の１つに結合される複数の遅延線、または前記フェーズドアレイ放射器に対応する複数のアクティブビーム形成チップ、の１つを含む請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
前記複数のアンテナのそれぞれは、前記複数の遅延線を含み、前記遅延線のそれぞれは前記フェーズドアレイ放射器の１つに結合され、
前記遅延線のそれぞれは可変誘電率材料を横切る、請求項２に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
前記アンテナのそれぞれは、さらに、前記遅延線のそれぞれによって導入される遅延量を制御する位相コントローラを含む、請求項３に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
前記アンテナのそれぞれは、さらに、位相コントローラを含み、前記位相コントローラは、空における利用可能な全ての衛星およびそれらの位置のリストを格納するデータベースを含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
さらに、前記コントローラおよび前記位相コントローラのうちの少なくとも１つに動きデータを提供する動き回路を含む、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
前記位相コントローラは、前記アンテナがどの衛星と通信すべきかを示す前記コントローラからの制御信号を受信する制御ポートを含む、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記ルータと機能的に接続するデータポートを含み、
前記コントローラは、前記ルータから収集したデータに基づいてスイッチング決定を能動的に行う、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項９】
前記アンテナシステムは、さらに、
それぞれが前記アンテナの１つに結合された複数の電気光学トランシーバと、
光ファイバ管理ユニットと、
前記電気光学トランシーバのそれぞれを前記光ファイバ管理ユニットに結合する複数の光ファイバ線と、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
衛星通信向けモバイルプラットフォーム上に搭載されたシステムであって、
それぞれが複数の放射器およびそれぞれがそれを通って伝播するＲＦ信号に遅延を導入する複数の移相器を有する複数のフェーズドアレイアンテナと、
前記ＲＦ信号に前記遅延を導入するように前記移相器を操作する少なくとも１つの位相コントローラと、
複数のモデムと、
任意の前記モデムを任意の前記フェーズドアレイアンテナに決定された通りにリアルタイムで接続するように動作可能なスイッチと、
通信装置と、
任意の前記モデムおよび前記通信装置間の信号をルーティングするように動作可能なルータと、
前記モデムおよび任意の前記フェーズドアレイアンテナ間の接続を形成する前記スイッチ、並びに前記モデムおよび任意の前記通信装置間の信号をルーティングする前記ルータへの指示をリアルタイムに提供する制御回路と、
を含むシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本開示は、２０１９年７月１５日に提出された米国仮出願第６２／８７４４４７号明細書に基づく優先権の利益を主張し、その開示の全体を参照により本明細書に援用する。
続きを表示（約 2,600 文字）【０００２】
本開示は、一般に、無線通信の分野、例えば、衛星ベースの通信およびマイクロ波による２地点間通信、ならびに複数のアンテナと通信する複数のフェーズドアレイアンテナの制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術）
衛星ベースの通信は、船舶、飛行機、列車、人々がグローバルなインターネットに接続する一般的な方法である。接続方法は、低周波数での単純な接続から、高周波数での複雑で高価な接続まで、様々である。
【０００４】
複雑さは、主に、アンテナに関連する。より高い周波数の通信には、衛星を指向するアンテナを利用する必要がある。ユーザが移動し、衛星は地球に相対的に固定しているが、アンテナは指向を衛星に維持しなければならない場合がある。衛星が移動し、かつアンテナがずっと指向方向を衛星に維持しなければならない場合もある。いずれの場合も、方向操縦を維持できる自動操縦アンテナは重要な利点を有する。その逆もまた真である。多くの場合、衛星自体が地球上の特定の地点にビームを向ける必要がある。いずれにせよ、送信機と受信機があり、２つのうちの１つ、または両方がビームを操作してそれぞれの接続を行う必要があり得る。
【０００５】
自動操縦アンテナシステムは２つの形態がある。それらは、パラボラディッシュ、パッチ配列、もしくは他の平面および３次元アンテナ設計のいずれかのある形式を直接またはある種の増幅レンズを介して受信機に向けて操縦するモーター組立品と組み合わせて利用する機械的操縦アンテナ（ＭＳＡ）か、または、フェーズドアレイアンテナの位相シフトなどによって、可動部品なしでビームを電子的に操縦する様々な形式を使用する電子可変指向性アレイ（ＥＳＡ）である。
【０００６】
アンテナシステムのような部品の性能について記述する一般的な方法には、ＳＷＡＰ－Ｃ＋Ｒがあり、サイズ、重量、消費電力、コスト、および信頼性を表す。これらは、アンテナシステムが特定の目的に適しているかどうかを決定する主要な要素の一部である。変数のそれぞれが増加するにしたがい、アンテナの適用可能なユースケースの数が減少する。例えば、列車では、トンネルを通過できるように、低プロファイルアンテナが要求され、飛行機でも、抗力を最小限に抑えかつ飛行特性に大きく影響する渦を低減するように、低プロファイルアンテナが要求される。ＭＳＡは、物理的に高さ方向が大きいという欠点を持ち、また、時間の経過とともに可動部品が摩耗するため信頼性が低い。ＥＳＡは通常、大量の電力を消費し、その電力に関連するヒートシンクまたは他の放熱ソリューションのために重いという欠点を持ち、物理的にＭＳＡより小さいにもかかわらず、依然として非常に分厚く、したがって最終的に高価である。しかし、ＥＳＡは通常、ＭＳＡよりもサイズが小さく、信頼性が高いため、特定のユースケースでは好適である。
【０００７】
アンテナ設計におけるもう１つの重要な変数は、開口サイズである。開口サイズは、アンテナの実効収集表面積を表す。これは通常、ある形式のｘ座標およびｙ座標であり、送
信衛星に提示される表面積を表す。最も望ましいアンテナは、常に送信元に面し、ｚ（高さ／厚さ）のない大きな開口（ｘおよびｙ）を持つ。開口サイズは大きいほど、受信または送信信号の利得はそれだけ高くなり、それゆえ全体的なシステムのスペクトル効率が向上し、すなわち、より少ない帯域幅でより高いデータレートが得られ、それは市場で大きな利点になるであろう。さらに、利得は高いほど、送信ビームは意図しない方向にパワーを配置し干渉を引き起こす可能性が低くなる。利得は高いほど、ビームは狭くなるためである。さらに、利得の高いアンテナの狭いビームにより、アンテナはそのような意図しない干渉を受ける可能性が低くなる。信号強度の観点から、より大きなｘ／ｙ表面積、すなわち、開口が必要であり、それにより、所定の接続に必要な電力増幅器レベル、つまりアンテナに供給する必要のある電力も削減できる。
【０００８】
前述の技術に伴う課題は、ＳＷＡＰ－Ｃ＋Ｒが大きいと、アンテナシステムの用途が限られてきたことである。最も効率的なビームは、ボアサイトと呼ばれるアンテナ自体の正面に対する直接のビームである。ボアサイトは、アンテナの中央上方への、すなわちアンテナの放射面に直交する直線である。ＭＳＡはアンテナ全体を回転させることができるため、衛星へのボアサイトを維持し、それによって衛星に提示する開口サイズを維持する。逆に、ＥＳＡは電子的にビームを傾けるので、衛星に提示する見かけの開口が小さくなり、したがって受信側と送信側のオフ角軸に応じて２～４倍だけパフォーマンスが低下する。また、サイズの技術的縮小により、１０＊ｌｏｇ１０ＣＯＳΘの走査損失を生じ、これは直接、見かけの面積、すなわち操縦方向から見た開口寸法に関係する。ＭＳＡに走査損失はないが、指向方向を維持するために大きな掃引体積を必要とする。これにより、サイズと重量の両方が増加する。場合によっては、アンテナはＥＳＡおよびＭＳＡの両方を単一のアンテナに組み合わせ、１つの方向、おそらく方位角に対してはＥＳＡを使用し、仰角方向では機械的操縦組立品を使用する。これらは、用途に対してバランスの良いＳＷａＰ－Ｃ＋Ｒを示す。
【０００９】
現在のアンテナシステムの別の問題は、物理的なサイズによって、しばしば、受信および送信アンテナ組立品は、１用途につき１つのみに制限されることである。たとえば、航空機は衛星との接続を維持するために操縦可能なアンテナを必要とする。しかし、ＳＷａＰ－Ｃにより、操縦可能なアンテナの数は１つに制限される。その結果、飛行機が傾いて旋回すると、衛星への接続が失われる。
【００１０】
また、多くの場合、端末は複数の衛星に同時に接続する必要がある。さらに、衛星のそれぞれは特殊な波形を備えた特殊なモデムを必要とする可能性もあるため、必要に応じてモデム／アンテナの組み合わせを切り替える必要があり得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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