特許 7411321 急速衛星捕捉スキーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】急速衛星捕捉スキーム

(51)【国際特許分類】

   G01S 19/36 20100101AFI20231228BHJP

   G01S 19/28 20100101ALI20231228BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20231228BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

G01S19/36

G01S19/28

H01Q3/26 Z

H01Q21/06

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017234821

(22)【出願日】2017-12-07

(65)【公開番号】P2018136303

(43)【公開日】2018-08-30

【審査請求日】2020-12-04

【審判番号】

【審判請求日】2022-11-14

(31)【優先権主張番号】15/375,490

(32)【優先日】2016-12-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】フェリア， イン ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】ウィーラン， デーヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】ラマヌジャム， パーザサラシー

【合議体】

【審判長】土居 仁士

【審判官】寺谷 大亮

【審判官】高野 洋

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５０２２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３２３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１９８４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９３９５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01S19/00-19/55

H01Q 3/00- 3/46

H01Q21/00-25/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

衛星との通信を確立する方法であって、前記方法は、
複数のアンテナ素子（３００）を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を含むユーザー端末（１０４）を提供することを含み、前記ユーザー端末（１０４）は、
複数の衛星（１０２）からの信号の受信（６０６）に先立って、前記フェーズドアレイアンテナで受信した信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによりビーム幅を広げるため、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）の一又は複数に対して、位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変化させることによって、無指向性ビームを使用すること（６０４）により、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の固定視野を広げる（６０４）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、前記固定視野内の複数の衛星（１０２）から信号を受信する（６０６）ように、
前記衛星（１０２）の各々に対して前記複数の衛星から受信した信号の一又は複数の属性を決定する（６０８）ように、
前記受信した信号の前記属性に基づいて通信するため、前記複数の衛星（１０２）から１つを選択する（６０８）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の指向性モードに切り換える（６１２）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、選択された前記衛星（１０２）との通信を確立する（６１２）ように、且つ、
前記選択された衛星（１０２）を追跡する（６１４）ように動作可能な、方法。

【請求項2】

前記属性は、信号強度、信号品質、又は他の信号との近接性を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記固定視野を広げること（６０４）は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）は更に、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から１つのアンテナ素子（３００）を選択すること（６０４）、及び、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から２つ以上のアンテナ素子（３００）のサブアレイを選択すること（６０４）
のうちの１つを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記無指向性ビームは、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）で前記複数の衛星から受信した信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される、請求項３又は４に記載の方法。

【請求項6】

前記選択された衛星（１０２）を追跡すること（６１４）は、前記ユーザー端末（１０４）の現在の地上位置又は空中位置に対する前記衛星（１０２）のエフェメリスデータに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、並びに、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）のための飛行経路からなる初期追跡ベクトルを決定すること（６１４）を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野を選択する前には静止している、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野の選択に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、前記固定視野が選択されると、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は回転されない、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

信号源（１０２）との通信を確立するための装置であって、前記装置は、
複数のアンテナ素子（３００）を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を備え、
前記装置は、
複数の信号源（１０２）からの信号の受信（６０６）に先立って、前記フェーズドアレイアンテナで受信した信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによりビーム幅を広げるため、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）の一又は複数に対して、位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変化させることによって、無指向性ビームを使用すること（６０４）により、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の固定視野を広げ（６０４）、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、前記固定視野内の前記複数の信号源（１０２）から信号を受信し（６０６）、
前記複数の信号源（１０２）の各々に対して、前記複数の信号源（１０２）から受信した信号の一又は複数の属性を決定し（６０８）、
前記受信した信号の前記属性に基づいて通信するため、前記複数の信号源（１０２）から１つを選択し（６０８）、
前記選択された信号源（１０２）との通信を確立（６１２）し、前記選択された信号源（１０２）の追跡（６１２）を行う際に、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を指向性モードに切り換える（６１２）ように動作可能である、装置。

【請求項10】

前記固定視野は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）によって広げられる（６０４）、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）は更に、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から１つのアンテナ素子（３００）を選択すること（６０４）、及び、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から２つ以上のアンテナ素子（３００）のサブアレイを選択すること（６０４）
のうちの１つを含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記無指向性ビームは、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）で受信した信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項13】

前記選択された信号源（１０２）を追跡することは、ユーザー端末（１０４）の現在の地上位置又は空中位置に対する前記選択された信号源（１０２）のエフェメリスデータに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、並びに、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）のための飛行経路からなる初期追跡ベクトルを決定することを含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の装置。

【請求項14】

前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野の選択に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、前記固定視野が選択されると、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は回転されない、請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項15】

前記ユーザー端末（１０４）は、前記衛星（１０２）のエフェメリスデータを使用して、使用する次の衛星を選択するために衛星（１０２）間のハンドオフを実行するように更に構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は衛星通信ネットワークに関し、具体的には衛星対応ユーザー端末のための急速（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）衛星捕捉スキームに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、無線通信サービスの需要が高まってきている。静止軌道又は対地同期軌道（ＧＥＯ）に加えて、低軌道（ＬＥＯ）及び中軌道（ＭＥＯ）で動作する衛星の利用を含む、様々な機能及びサービスがモバイルデバイスに組み込まれている。

【0003】

ＬＥＯは最も単純で最も安価な衛星配置で、通信サービスに高帯域幅と低遅延をもたらす。同様に、ＭＥＯにある衛星の最も一般的な利用法は通信サービスであるが、ナビゲーション及び測地／空間環境科学応用でもＭＥＯを利用する。

【0004】

ＬＥＯ及びＭＥＯにある衛星は、ＧＥＯ衛星と異なり、地球上の任意の地点から常に見えるわけではない、という点に問題がある。このようなＬＥＯ軌道及びＭＥＯ軌道は静止軌道ではないため、衛星のネットワーク又は構成（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）は連続的な通信サービスカバレージを提供することが必要となる。

【0005】

ＬＥＯ衛星及びＭＥＯ衛星の双方に関して、現在の衛星信号捕捉技術は、ユーザー端末の全方向性アンテナ（ｏｍｎｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｔｅｎｎａ）の使用に基づいており、ユーザー端末は固定視野（ＦｏＲ）又は動眼視野（ＦｏＶ）内にほとんどの衛星を捉えることができる。固定視野とは、アンテナによって捕捉することができる全領域のことで、一方、動眼視野とは、特定の時点にアンテナで感知可能な円錐（ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｅ）のことである。固定視野は典型的には動眼視野よりも大幅に大きいが、静止アンテナでは固定視野と動眼視野は一致する。

【0006】

ユーザー端末がオンになっているときには、固定視野又は動眼視野内の多数の信号の中で最も強い衛星信号を捕捉することが必要となる。

【0007】

しかしながら、衛星広帯域通信の到来と共に、ユーザー端末のアンテナはより高いゲインを求めて指向性が必要となっている。特に、この機能は、通常の通信チャネル速度に利点をもたらすが、衛星信号の捕捉時には求められていない。

【0008】

必要とされていることは、信号捕捉時に使用される全方向性アンテナと、通常通信時の指向性アンテナである。本発明はこのニーズを満たす。

【発明の概要】

【0009】

上述の先行技術における制限を克服するため、また、本明細書を読み理解することで明らかになるその他の制限を克服するため、本発明は、複数のアンテナ素子を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナを含むユーザー端末を提供することによって、衛星との通信を確立するための方法及び装置を開示する。ユーザー端末は、再構成可能なフェーズドアレイアンテナの固定視野を広げるように、再構成可能なフェーズドアレイアンテナを使用して、固定視野内の複数の衛星から信号を受信するように、衛星の各々に対して受信信号の一又は複数の属性を決定するように、また、受信信号の属性に基づいて通信するため、複数の衛星から１つを選択するように、動作可能である。

【0010】

固定視野の選択に先立って、再構成可能なフェーズドアレイアンテナは静止している。別の態様では、再構成可能なフェーズドアレイアンテナは、固定視野の選択に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、固定視野が選択されると、再構成可能なフェーズドアレイアンテナは回転されない。

【0011】

再構成可能なフェーズドアレイアンテナの複数のアンテナ素子の総数よりも少ない数を使用することによって、固定視野は広げられる。これは、再構成可能なフェーズドアレイアンテナの複数のアンテナ素子から１つのアンテナ素子を選択すること、又は、再構成可能なフェーズドアレイアンテナの複数のアンテナ素子から２つ以上のアンテナ素子のサブアレイを選択することを含む。

【0012】

固定視野はまた、ビーム幅を広げるため再構成可能なフェーズドアレイアンテナの複数のアンテナ素子の一又は複数に対して、位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変化させることで、無指向性ビーム（ｓｐｏｉｌｅｄ ｂｅａｍ）を使用することによって、広げられる。無指向性ビームは、再構成可能なフェーズドアレイアンテナで受信信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される。

【0013】

衛星の選択に使用される属性には、信号強度、信号品質、又は他の信号との近接性が含まれる。

【0014】

衛星が選択された後、ユーザー端末は、再構成可能なフェーズドアレイアンテナの指向性モードに切り換えるように、再構成可能なフェーズドアレイアンテナを使用して選択された衛星との通信を確立するように、また、選択された衛星を追跡するように動作可能である。

【0015】

選択された衛星を追跡するとき、ユーザー端末の現在の地上位置又は空中位置に対する前記衛星のエフェメリスデータに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、並びに、飛行経路からなる初期追跡ベクトルが決定される。

【0016】

ここで、図面を参照する。各図面を通じて、類似の参照番号は対応する部品を表す。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施例による、例示的な通信システムを示す概略図。

【図2】一実施例による衛星対応ユーザー端末のコンポーネントを示す。

【図3A】一実施例により、ユーザー端末によって使用されるアンテナの代替的な実施例を示す。

【図3B】一実施例により、ユーザー端末によって使用されるアンテナの代替的な実施例を示す。

【図4A】一実施例により、アンテナのビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示す、シータ（度）対振幅（ｄＢ）のグラフである。

【図4B】一実施例により、アンテナのビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示す、シータ（度）対振幅（ｄＢ）のグラフである。

【図4C】一実施例により、アンテナのビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示す、シータ（度）対振幅（ｄＢ）のグラフである。

【図5A】一実施例により、アンテナのビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示すダイアグラム（度）である。

【図5B】一実施例により、アンテナのビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示すダイアグラム（度）である。

【図5C】一実施例により、アンテナのビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示すダイアグラム（度）である。

【図6】一実施例により、ネットワーク、衛星及びユーザー端末で実行されるステップを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

望ましい実施例の以下の説明では、本願の一部である添付図面を参照する。これらの添付図面は、本発明が実施されうる具体的な実施例を例示する目的で示されている。他の実施例も利用可能であること、及び、本発明の範囲を逸脱することなく構造的な変更が加えられてよいことを理解されたい。

【0019】

システムの概要
図１は、一実施例による、例示的な通信システムを示すダイアグラムである。通信システムは、一又は複数の衛星１０２を含む衛星ネットワークを含み、一又は複数の衛星対応ユーザー端末１０４が提供され、衛星１０２との通信のため、これらのユーザー端末はまた、図１では地上ユーザー端末１０４及び空中ユーザー端末１０４と標識されている。

【0020】

また、図１の実施例では、衛星ネットワーク１００は、衛星１０２との間でデータを送受信するための地上局１０６を含む。衛星ネットワーク１００はまた、一又は複数の他の衛星、地上ネットワーク及び／又は空中ネットワーク（図示せず）、例えば、セルラ又はパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、或いは他のネットワークとインターフェース接続されうる。ユーザー端末１０４はまた、他の衛星、地上ネットワーク及び／又は空中ネットワークと共に動作しうる。

【0021】

衛星ネットワーク１００の利用には多数の利点がある。利点の１つは、地上ネットワークに対する代替的なネットワークオプションとしての、衛星ネットワーク１００の遍在的なカバレージである。衛星ネットワーク１００のもう１つの利点は、地上ネットワークの輻輳を克服するサージ容量（ｓｕｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）である。衛星ネットワーク１００はまた、地上ネットワークの停電を乗り越える。

【0022】

ユーザー端末
図２は、一実施例による、例示的なユーザー端末１０４のコンポーネントを示す。ユーザー端末１０４は、端末１０４の動作を制御するためのマイクロプロセッサ２００、マイクロプロセッサ２００に連結された一又は複数の入出力コンポーネント、マイクロプロセッサ２００によって指示されたようにデータを入出力するためのオーディオ２０４及びキーパッド２０６、マイクロプロセッサ２００によって指示されたように複数の通信ネットワークと通信するためのマイクロプロセッサ２００に連結された複数の送受信コンポーネントを含み、送受信コンポーネントは、衛星ネットワーク１００と通信するための衛星送受信機２０８、セルラ／ＰＣＳネットワークとの通信のためのセルラ／ＰＣＳ送受信機２１０、他のＷＬＡＮ／ＰＡＮエレメントと通信するためのＷＬＡＮ／ＰＡＮ送受信機２１２に加えて、他のネットワークと通信するための送受信コンポーネント（図示せず）、並びに、様々な通信ネットワークと通信するための送受信機２０８、２１０及び２１２などの送受信コンポーネントに連結された一体型アンテナ２１８を含む。

【0023】

フェーズドアレイアンテナ
図３Ａ及び図３Ｂは、一実施例による、ユーザー端末１０４によって使用されるアンテナ２１８の例示的な代替実施例を示している。両実施例において、アンテナ２１８は、信号捕捉時の使用では全方向性で、通常の通信時の使用では指向性のある、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８を備える。特に、フェーズドアレイアンテナ２１８は、固定視野内の信号の中から最も強い衛星１０２の信号を捕捉するため、全方向性になるように構成されるが、フェーズドアレイアンテナ２１８は通常の通信時には、最高のゲインを提供するため指向性になるように構成されている。このように、ユーザー端末１０４は衛星１０２の信号捕捉プロセスを最適化する。

【0024】

図３Ａ及び図３Ｂに示したように、フェーズドアレイアンテナ２１８は、基板３０２上に形成された放射素子３００のアレイからなる。各素子３００は正方形の外観で示されているが、パッチ、双極子、スロット、又は他の種類のアンテナ素子３００を含みうる。基板３０２は円形の外観で示されているが、任意の形状を含みうる。

【0025】

素子３００に供給される位相及び／又は振幅を変更して、アンテナ２１８に所望の放射パターンを生成するため、素子３００はユーザー端末１０４によって個別に選択可能である。所望の信号を構築する、及び／又は干渉をなくすため、各素子３００に供給される信号の位相及び／又は振幅を順次シフトすることによって、所望の放射パターンの結果として得られるビームは形成され、誘導される。

【0026】

衛星１０２の信号の捕捉中には、固定視野を広げるため、また、高められた信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対して受信エリアを広げるため、素子３００を１つだけ使用することによって、或いは、広げられた固定視野に素子３００の一部又はすべてで「無指向性ビーム」を使用することによって、フェーズドアレイアンテナ２１８は再構成される。図３Ａは１つの実施例を示す。網掛けパターンで示したように、フェーズドアレイアンテナ２１８の素子３００の１つだけが受信のためオンにされており、この１つの素子３００は、可能な限り多くの衛星１０２を見ることができるように、広げられた固定視野を望む更に幅の広いビームを有する。図３Ｂは別の実施例を示している。固定視野を広げるため、網掛けパターンで示したように、無指向性ビームは素子３００の一部又はすべてを使用して形成されている。但し、信号対ノイズ比を高めるため、高いアンテナ２１８指向性を有する。

【0027】

一又は複数の衛星１０２から受信した信号の属性はユーザー端末１０４によって解析され、次に、信号の属性に基づいて、好ましい衛星１０２がユーザー端末１０４によって選択される。衛星１０２が選択された後、選択された衛星１０２との通常の通信中には、より高いゲインを提供するため、フェーズドアレイアンテナ２１８は選択された衛星に向かって指向性を有するように再構成される。特に、最も強い衛星信号が捕捉されると、フェーズドアレイアンテナ２１８は、衛星１０２に向けられるビームを形成するためのビーム形成モードに再構成される。

【0028】

一実施例では、信号が捕捉された後、選択された衛星１０２の追跡を続けるため、衛星１０２によって一斉送信されるエフェメリスデータは、アンテナ２１８及びそのビームを回転して／向きを変えて、選択された衛星１０２に合わせるために使用される。エフェメリスデータは、特定の時点での配置にある衛星１０２の場所を含み、低データ速度パイロット信号で、各衛星１０２によって一斉送信される。

【0029】

衛星１０２によって一斉送信されるエフェメリスデータはまた、特定の配置にある衛星１０２間でハンドオフを実行するため、ユーザー端末１０４によって使用される。特に、ユーザー端末１０４は、現在の衛星１０２との通信を終了する前に、使用する次の衛星１０２を選択するため、衛星１０２によって一斉送信されたエフェメリスデータを用いて、「メイクビフォアブレーク」のシームレスな衛星間ハンドオーバーを実行する。衛星１０２によって一斉送信されたエフェメリスデータを用いて、ユーザー端末１０４は、特定の配置にある衛星１０２の位置を知り、ワイドビーム（例えば、全方向性ビーム又は無指向性ビーム）或いは、衛星間ハンドオーバーのため次の衛星１０２を指す別の高ゲインビーム（例えば、指向性ビーム）によって、次の衛星１０２からの信号を捕捉する。

【0030】

ビームパターン
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、アンテナ２１８のビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示す、シータ（度）対振幅（ｄＢ）のグラフである。

【0031】

図４Ａは、捕捉モードにあるアンテナ２１８に対するアレイビームパターンを示しており、アンテナ２１８が固定視野内でできる限り多くの衛星１０２の信号を「見る」ことができる、低ゲインの広いビーム幅用のアンテナ２１８の素子３００の１つを使用する。特に、図４Ａは、（ピークから－３ｄＢ～－５ｄＢ低い）±１０度のビーム幅で捕捉に使用される１つの素子３００のビームの断面を示す。

【0032】

図４Ｂは、追跡モードにあるアンテナ２１８に対するアレイビームパターンを示しており、アンテナ２１８が選択された衛星１０２により大きな帯域幅を提供することができる、高ゲインの狭いビーム幅用のアンテナ２１８の素子３００のすべて（又は、大部分）を使用する。特に、図４Ｂは、（ピークから－３ｄＢ低い）±０．５度のビーム幅で、追跡用の全素子３００の狭いビームの断面を示す。

【0033】

図４Ｃは、捕捉モードにあるアンテナ２１８に対するアレイビームパターンを示しており、アンテナ２１８が固定視野内でできる限り多くの衛星１０２信号を「見る」ことができる、低ゲインの広いビーム幅用の「無指向性ビーム」を使用する。特に、図４Ｃは、（ピークから－３ｄＢ低い）±３度のビーム幅で、捕捉用の全素子３００の無指向性ビームの断面を示す。図４Ｃに示した無指向性ビームは、図４Ａに示した単一素子ビームの場合（～１５．９ｄＢｉ）よりも高いエッジ指向性（±１０度のビーム幅内で～１８．０ｄＢｉ）を有することに留意されたい。

【0034】

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、アンテナ２１８のビームパターンの差異を捕捉モードと追跡モードとの対比で示すダイアグラム（度単位）である。

【0035】

図５Ａは、捕捉モードで使用される単一素子３００のビームの輪郭プロットである。この実施例では、捕捉モードのアンテナ２１８は、（図５Ｂと比較して）低ゲインで広いビームによる、単一素子３００の放射パターンを使用する。図５Ａに示した３つの輪郭は、ビームピークから－２ｄＢ下（５００）、ビームピークから－４ｄＢ下（５０２）、及びビームピークから－６ｄＢ下（５０４）にある。また、直径２０度の円も示している。

【0036】

図５Ｂは、追跡モードで使用される全素子３００のビームの輪郭プロットである。この実施例では、追跡モードのアンテナ２１８は、１０度のスキャン角に対して（図５Ａ及び図５Ｂと比較して）高ゲインで狭いビームによる、１０１５の素子３００の放射パターンを使用する。３つのビームは、０度でスキャンされる第１のビーム５０６、約９度の仰角でスキャンされる第２のビーム５０８、及び約９度の方位角でスキャンされる第３のビーム５１０である。輪郭はビームピークから－３ｄＢ及び－１０ｄＢ下にある。

【0037】

図５Ｃは、捕捉モードに対して使用された全素子３００の無指向性ビームの輪郭プロットである。この実施例では、捕捉モードのアンテナ２１８は、（図５Ｂと比較して）低ゲインで幅広い「無指向性ビーム」による、１０１５個の素子３００の放射パターンを使用し、無指向性ビームに対しては１７ｄＢｉ及び１６．０ｄＢｉの輪郭を伴う。

【0038】

処理フロー図
図６は、一実施例による、衛星１０２との通信を確立する方法で、ネットワーク１００、衛星１０２及びユーザー端末１０４によって実行されるステップのフロー図である。

【0039】

ブロック６００は、衛星エフェメリスデータを衛星１０２に送信するネットワーク１００を表わす。

【0040】

ブロック６０２は、衛星エフェメリスデータをユーザー端末１０４に一斉送信する衛星１０２を表わす。

【0041】

ブロック６０４は、電源投入後、捕捉モードにあって、複数のアンテナ素子３００を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の固定視野を広げるユーザー端末を表わす。広げられた固定視野は、より低いゲインのより広いビーム幅をもたらし、これにより、アンテナ２１８は可能な限り多数の信号源、例えば、衛星１０２を「見る」ことができる。

【0042】

一実施例では、ユーザー端末１０４が捕捉モードにあるとき、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８は静止している（回転しない）。別の実施例では、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８は、固定視野内の複数の衛星１０２からのパイロット信号の捕捉に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、固定視野が選択されると、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８は回転されない。

【0043】

一実施例では、ユーザー端末１０４は、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の複数のアンテナ素子３００の総数よりも少ない数を使用することによって、固定視野を広げる。これは更に、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の複数のアンテナ素子３００から１つのアンテナ素子３００を選択することを含み（例えば、アンテナ素子３００の任意の１つは冗長性及び耐障害性を提供するために選択されうる）、或いは、これは更に、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の複数のアンテナ素子３００から２つ以上のアンテナ素子３００のサブアレイを選択することを含む。

【0044】

別の実施例では、ユーザー端末１０４は、ビーム幅を広げるために再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の複数のアンテナ素子３００の（各々又は隣接する）素子に対して位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変更することにより、無指向性ビームを使用して固定視野を広げる。無指向性ビームは、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８で受信した信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される。

【0045】

ブロック６０６は、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８を使用して、固定視野内の複数の衛星１０２からパイロット信号を受信するユーザー端末１０４を表わす。

【0046】

ブロック６０８は、衛星１０２の各々から受信したパイロット信号の一又は複数の属性を決定し、受信した信号の属性に基づいて再構成可能なフェーズドアレイアンテナとの通信のために複数の衛星１０２のうちの１つを選択するユーザー端末１０４を表わす。一実施例では、一又は複数の属性は、信号強度、信号品質、他の信号との近接性を含む。

【0047】

ブロック６１０は、衛星エフェメリスデータに加えて、他の一斉送信システム情報を選択された衛星１０２から取得するユーザー端末１０４を表わす。

【0048】

ブロック６１２は、追跡モードにあって、選択された衛星１０２に向けられた狭いビームを形成し、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８を使用して、選択された衛星１０２との通信を確立するアンテナ２１８の素子３００によって、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の指向性（高ゲイン、ビーム形成）モードに切り換えるユーザー端末１０４を表わす。その後、ユーザー端末１０４は、再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８によって形成されたビームを配置するため、エフェメリスデータを使用して選択された衛星１０２を追跡し、ユーザー端末１０４及び再構成可能なフェーズドアレイアンテナ２１８の現在の地上位置又は空中位置に対する衛星１０２のエフェメリスデータに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、及び飛行経路からなる初期追跡ベクトルが決定される。

【0049】

ブロック６１４は、通常の通信、すなわち、消費者通信、商業通信、軍事通信、衛星テレビ、衛星ラジオ、及びインターネットアクセスを含む、選択された衛星１０２との送信及び／又は受信を実行するユーザー端末１０４を表わす。

【0050】

ブロック６１６は、ユーザー端末１０４との通常のやりとりを送信及び／又は受信する衛星１０２を表わす。

【0051】

ブロック６１８は、衛星１０２との通常のやりとりを送信及び／又は受信するネットワーク１００を表わす。

【0052】

更に、本開示は以下の条項による実施例を含む。

【0053】

条項１． 衛星との通信を確立する方法であって、前記方法は、
複数のアンテナ素子（３００）を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を含むユーザー端末（１０４）を提供することを含み、前記ユーザー端末（１０４）は、
前期再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の固定視野を広げる（６０４）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、前記固定視野内の複数の衛星（１０２）から信号を受信する（６０６）ように、
前記衛星（１０２）の各々に対して前記受信信号の一又は複数の属性を決定する（６０８）ように、また、
前記受信信号の前記属性に基づいて通信するため、前記複数の衛星（１０２）から１つを選択する（６０８）ように動作可能な、方法。

【0054】

条項２． 前記属性は、信号強度、信号品質、又は他の信号との近接性を含む、条項１に記載の方法。

【0055】

条項３． 前記固定視野を広げること（６０４）は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）、及び
ビーム幅を広げるため、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）の一又は複数に対して、位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変化させることによって、無指向性ビームを使用すること（６０４）
のうちの少なくとも１つを含む、条項１に記載の方法。

【0056】

条項４． 前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）は更に、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から１つのアンテナ素子（３００）を選択すること（６０４）、及び、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から２つ以上のアンテナ素子（３００）のサブアレイを選択すること（６０４）
のうちの１つを含む、条項３に記載の方法。

【0057】

条項５． 前記無指向性ビームは、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）での前記受信信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される、条項３に記載の方法。

【0058】

条項６． 前記衛星（１０２）が選択された後、前記ユーザー端末（１０４）は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の指向性モードに切り換える（６１２）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、前記選択された衛星（１０２）との通信を確立する（６１２）ように、また、
前記選択された衛星（１０２）を追跡する（６１４）ように
動作可能な、条項１に記載の方法。

【0059】

条項７． 前記選択された衛星（１０２）を追跡すること（６１４）は、前記ユーザー端末（１０４）の現在の地上位置又は空中位置に対する前記衛星（１０２）のエフェメリス（ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）データに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、並びに、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）のための飛行経路からなる初期追跡ベクトルを決定すること（６１４）を含む、条項６に記載の方法。

【0060】

条項８． 前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野を選択する前には静止している、条項１に記載の方法。

【0061】

条項９． 前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野の選択に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、前記固定視野が選択されると、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は回転されない、条項１に記載の方法。

【0062】

条項１０． 衛星との通信を確立する装置であって、前記装置は、
複数のアンテナ素子（３００）を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を含むユーザー端末（１０４）を備え、前記ユーザー端末（１０４）は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の固定視野を広げる（６０４）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、前記固定視野内の複数の衛星（１０２）から信号を受信する（６０６）ように、
前記衛星（１０２）の各々に対して前記受信信号の一又は複数の属性を決定する（６０８）ように、また、
前記受信信号の前記属性に基づいて通信するため、前記複数の衛星（１０２）から１つを選択する（６０８）ように動作可能な、装置。

【0063】

条項１１． 前記属性は、信号強度、信号品質、又は他の信号との近接性を含む、条項１０に記載の装置。

【0064】

条項１２． 前記固定視野を広げること（６０４）は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）、及び
ビーム幅を広げるため、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）の一又は複数に対して、位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変化させることによって、無指向性ビームを使用すること（６０４）
のうちの少なくとも１つを含む、条項１０に記載の装置。

【0065】

条項１３． 前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）は更に、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から１つのアンテナ素子（３００）を選択すること（６０４）、及び、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から２つ以上のアンテナ素子（３００）のサブアレイを選択すること（６０４）
のうちの１つを含む、条項１２に記載の装置。

【0066】

条項１４． 前記無指向性ビームは、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）での前記受信信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される、条項１２に記載の装置。

【0067】

条項１５． 前記衛星（１０２）が選択された後、前記ユーザー端末（１０４）は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の指向性モードに切り換える（６１２）ように、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を使用して、前記選択された衛星（１０２）との通信を確立する（６１２）ように、また、
前記選択された衛星（１０２）を追跡する（６１２）ように
動作可能な、条項１０に記載の装置。

【0068】

条項１６． 前記選択された衛星（１０２）を追跡することは、前記ユーザー端末（１０４）の現在の地上位置又は空中位置に対する前記衛星（１０２）のエフェメリスデータに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、並びに、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）のための飛行経路からなる初期追跡ベクトルを決定することを含む、条項１５に記載の装置。

【0069】

条項１７． 前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野を選択する前には静止している、条項１０に記載の装置。

【0070】

条項１８． 前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野の選択に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、前記固定視野が選択されると、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は回転されない、条項１０に記載の装置。

【0071】

条項１９． 信号源（１０２）との通信を確立するための装置であって、前記装置は、
複数のアンテナ素子（３００）を有する再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）を備え、
前記信号源（１０２）からの信号の受信（６０６）に先立って、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の固定視野は広げられ（６０４）、
前記信号源（１０２）との通信を確立（６１２）し、前記信号源（１０２）の追跡（６１２）を行う際に、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は指向性モードに切り換え（６１２）られる、装置。

【0072】

条項２０． 前記固定視野は、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）、及び、
ビーム幅を広げるため、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００））の一又は複数に対して、位相及び振幅のうちの少なくとも１つを変化させることによって、無指向性ビームを使用すること（６０４）
のうちの少なくとも１つによって広げられる（６０４）、条項１９に記載の装置。

【0073】

条項２１． 前記複数のアンテナ素子（３００）の総数よりも少ない数を使用すること（６０４）は更に、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から１つのアンテナ素子（３００）を選択すること（６０４）、及び、
前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）の前記複数のアンテナ素子（３００）から２つ以上のアンテナ素子（３００）のサブアレイを選択すること（６０４）
のうちの１つを含む、条項２０に記載の装置。

【0074】

条項２２． 前記無指向性ビームは、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）での前記受信信号のコヒーレンスを変える位相差を導入することによって生成される、条項２０に記載の装置。

【0075】

条項２３． 前記信号源（１０２）を追跡することは、ユーザー端末（１０４）の現在の地上位置又は空中位置に対する前記信号源（１０２）のエフェメリスデータに基づいて、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトル、並びに、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）のための飛行経路からなる初期追跡ベクトルを決定することを含む、条項１９に記載の装置。

【0076】

条項２４． 前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野を選択する前には静止している、条項１９に記載の装置。

【0077】

条項２５． 前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は、前記固定視野の選択に先立って、方位角及び仰角からなる初期ポインティングベクトルを確立するために回転されるが、前記固定視野が選択されると、前記再構成可能なフェーズドアレイアンテナ（２１４）は回転されない、条項１９に記載の装置。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】