ホーム > 特許ランキング > ソフトバンク株式会社
特表2023-534386メタマテリアルの縁部を有する球面反射器を含むアンテナシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-09
(54)【発明の名称】メタマテリアルの縁部を有する球面反射器を含むアンテナシステム
(51)【国際特許分類】
G08G 5/00 20060101AFI20230802BHJP
H01Q 1/28 20060101ALI20230802BHJP
H01Q 15/14 20060101ALI20230802BHJP
H01Q 19/17 20060101ALI20230802BHJP
【ＦＩ】
G08G5/00 A
H01Q1/28
H01Q15/14 Z
H01Q19/17
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022576897
(86)(22)【出願日】2021-08-06
(85)【翻訳文提出日】2023-01-20
(86)【国際出願番号】 JP2021029290
(87)【国際公開番号】W WO2022030618
(87)【国際公開日】2022-02-10
(31)【優先権主張番号】16/986,527
(32)【優先日】2020-08-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/029,904
(32)【優先日】2020-09-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】501440684
【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】アナント シャラス
(72)【発明者】
【氏名】ヘニウルフ ポール
(72)【発明者】
【氏名】プラットー ジーン－ロレント
【テーマコード（参考）】
5H181
5J020
5J046
【Ｆターム（参考）】
5H181AA26
5H181BB02
5H181BB04
5H181BB05
5H181FF13
5J020AA03
5J020BA13
5J020BA16
5J020BC03
5J046KA01
(57)【要約】
無線通信用のアンテナは、球面反射器と１又は複数のフィードとを含む。球面反射器は、無線周波数（ＲＦ）ビームを反射する材料で作られている内側部分と、内側部分の縁部に位置する外側部分であって、ＲＦビームを反射する又は透過するように制御できるメタマテリアルで作られている、外側部分とを含む。１又は複数のフィードは、球面反射器に反射される１又は複数のＲＦビームを形成するように構成されている。幾つかの実装において、アンテナは、１又は複数のフィードを用いて１又は複数のＲＦビームを形成し、１又は複数のＲＦビームに基づいて、１又は複数のＲＦビームのうちのＲＦビームを反射する又はＲＦビームを透過するように、球面反射器の外側部分の少なくとも一部を制御するように構成されている１又は複数のプロセッサを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線通信用のアンテナであって、球面反射器であって、
無線周波数（ＲＦ）ビームを反射する材料で作られている内側部分と、
前記内側部分の縁部に位置する外側部分であって、ＲＦビームを反射する又は透過するように制御できるメタマテリアルで作られている、外側部分と
を含む、球面反射器と、
前記球面反射器に反射される１又は複数のＲＦビームを形成するように構成されている１又は複数のフィードと、
１又は複数のプロセッサであって、
前記１又は複数のフィードを用いて１又は複数のＲＦビームを形成し、
前記１又は複数のＲＦビームに基づいて、前記１又は複数のＲＦビームのうちのＲＦビームを反射する又は前記ＲＦビームを透過するように、前記球面反射器の前記外側部分の少なくとも一部を制御する
ように構成されている、１又は複数のプロセッサと
を備え、
前記球面反射器の前記外側部分は、複数のメタマテリアルセクションを含み、
前記球面反射器の前記外側部分の前記少なくとも一部は、前記アンテナの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいて制御される、
アンテナ。
【請求項2】
前記球面反射器は、半球体未満である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項3】
前記アンテナは、高高度プラットフォームの一部である、請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項4】
前記球面反射器の前記外側部分は、前記外側部分の少なくとも一部に適用される電気信号を用いて制御される、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項5】
前記複数のメタマテリアルセクションの各メタマテリアルセクションは、独立して制御可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項6】
前記１又は複数のプロセッサは、前記１又は複数のＲＦビームの各ＲＦビーム用の、前記複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の反射セクション、又は、前記複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の透過セクションを決定するようにさらに構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項7】
前記１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項8】
複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を有するアンテナシステムを制御するための方法であって、前記方法は、１又は複数のプロセッサが、ターミナルの前記アンテナシステムの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、方法。
【請求項9】
前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションを前記決定する段階は、前記アンテナシステムの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいている、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、前記方法は、
前記１又は複数のプロセッサが、前記第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階
をさらに備える、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記１又は複数のプロセッサが、第２ＲＦビームに対応する、前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、前記１又は複数のプロセッサが、前記第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で前記第２ＲＦビームを送信することを決定する段階と
をさらに備える、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記球面反射器は、半球体未満である、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記球面反射器は、全球体である、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
命令が格納されている非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ノード内の１又は複数のプロセッサによって実行されるとき、前記１又は複数のプロセッサに、アンテナシステムを制御するための方法を実行させ、前記方法は、前記ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、前記アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、
前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項16】
前記電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、前記方法は、
前記第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階
をさらに備える、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項17】
前記方法は、第２ＲＦビームに対応する、前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、
前記第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で前記第２ＲＦビームを送信することを決定する段階と
をさらに備える、請求項１５又は１６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項18】
命令を備えるプログラムであって、前記プログラムがコンピュータによって実行されるとき、前記命令は、前記コンピュータに方法を実行させ、前記方法は、ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいてアンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、前記アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、
前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０２０年８月６日に米国で出願された米国特許出願第１６／９８６５２７号、及び、２０２０年９月２３日に米国で出願された米国特許出願第１７／０２９９０４号に対する優先権及びその利益を主張し、それらの全ての内容は、全ての目的で参照によって本明細書に組み込まれている。本願は、２０２０年８月６日に米国で出願された米国特許出願第１６／９８６５２７号、及び、２０２０年９月２３日に米国で出願された米国特許出願第１７／０２９９０４号の継続である。
本願は、２０２０年８月６日に米国で出願された米国特許出願第１６／９８６５２７号、及び、２０２０年９月２３日に米国で出願された米国特許出願第１７／０２９９０４号に対する優先権及びその利益を主張し、それらの全ての内容は、全ての目的で参照によって本明細書に組み込まれている。本願は、２０２０年８月６日に米国で出願された米国特許出願第１６／９８６５２７号、及び、２０２０年９月２３日に米国で出願された米国特許出願第１７／０２９９０４号の継続である。
【0002】
実施形態は、概して、アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
バルーンノード等の高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ノード内のアンテナシステムは、ＨＡＰノードとユーザ機器との間の多重アクセスリンクを用いて地上の広いエリアにカバレッジを提供し得る。これらのリンクは、ＨＡＰノードから、個別のユーザ端末若しくはノードに向かって、又は、幾つかの離散点に向かって通信ビームを送信することによって形成され得、一般的な地理的エリアをカバーし得る。加えて、バックホールリンクが、ＨＡＰノードと他のＨＡＰノードとの間、及び、ＨＡＰノードと地上局との間に形成され得る。これらのリンクは、各ノードペアの通信ビームを互いに向かって向けることによって、形成され得る。複数のリンクが、異なる方向へ進むＨＡＰノードで形成され得る。
【発明の概要】
【0004】
本開示の態様は、無線通信用のアンテナを提供する。アンテナは、球面反射器と、１又は複数のフィードとを含む。球面反射器は、無線周波数（ＲＦ）ビームを反射する材料で作られている内側部分と、内側部分の縁部に位置する外側部分であって、ＲＦビームを反射する又は透過するように制御できるメタマテリアルで作られている、外側部分とを含む。１又は複数のフィードは、球面反射器に反射される１又は複数のＲＦビームを形成するように構成されている。
【0005】
１つの例において、球面反射器は、半球体未満である。他の例において、アンテナは、高高度プラットフォームの一部である。さらなる例において、球面反射器の外側部分は、外側部分の少なくとも一部に適用される電気信号を用いて制御される。
【0006】
さらなる他の例において、球面反射器の外側部分は、複数のメタマテリアルセクションを含む。この例において、複数のメタマテリアルセクションの各メタマテリアルセクションは、任意に、独立して制御可能である。また、この例において、アンテナはまた、任意に、１又は複数のフィードを用いて１又は複数のＲＦビームを形成し、１又は複数のＲＦビームに基づいて、１又は複数のＲＦビームのうちのＲＦビームを反射する又はＲＦビームを透過するように、球面反射器の外側部分の少なくとも一部を制御するように構成されている、１又は複数のプロセッサを含む。このオプションにおいて、１又は複数のプロセッサはまた、任意に、１又は複数のＲＦビームの各ＲＦビーム用の、複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の反射セクション、又は、複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の透過セクションを決定するように構成される。また、このオプションにおいて、球面反射器の外側部分の少なくとも一部は、任意に、アンテナの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいて制御される。この追加のオプションにおいて、１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む。
【0007】
本開示の他の態様は、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を有するアンテナシステムを制御するための方法を提供する。方法は、１又は複数のプロセッサが、ターミナルのアンテナシステムの位置及びターゲット位置に基づいてアンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階と、１又は複数のプロセッサが、１又は複数のＲＦビーム用の複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、１又は複数のプロセッサが、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに、１又は複数の反射セクション及び１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、１又は複数のプロセッサが、アンテナシステムに１又は複数のＲＦビームを送信させる段階とを含む。
【0008】
１つの例において、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階は、アンテナシステムの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいている。この例において、１又は複数のターゲット位置は、任意に、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む。他の例において、電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、方法はまた、１又は複数のプロセッサが、第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階を含む。
【0009】
さらなる例において、方法はまた、１又は複数のプロセッサが、第２ＲＦビームに対応する、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、１又は複数のプロセッサが、第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で第２ＲＦビームを送信することを決定する段階とを含む。さらなる他の例において、球面反射器は、半球体未満である。さらにさらなる例において、球面反射器は、全球体である。
【0010】
本開示のさらなる態様は、命令が格納されている非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。命令は、高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ノード内の１又は複数のプロセッサによって実行されるとき、１又は複数のプロセッサに、アンテナシステムを制御するための方法を実行させる。方法は、ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいてアンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、１又は複数のＲＦビーム用の複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに、１又は複数の反射セクション及び１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、アンテナシステムに１又は複数のＲＦビームを送信させる段階とを含む。１つの例において、電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、方法はまた、第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階を含む。他の例において、方法はまた、第２ＲＦビームに対応する、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で第２ＲＦビームを送信することを決定する段階とを含む。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
（概論）
本技術は、電気信号に応じてＲＦビームを反射すること又はＲＦビームが通過することを可能することをスイッチするように構成されているメタマテリアルを含むアンテナシステムに関する。特に、アンテナシステムの反射器の一部は、メタマテリアルで構成され得る。このタイプのメタマテリアルを用いることによって、より広い角度エリアをカバーする球面反射器を構成することを可能にし得る。例えば、メタマテリアルを含む球面反射器が、アンテナシステムのボアサイトから５０度の仰角（ｅｌｅｖａｔｉｏｎａｌ ｄｅｇｒｅｅ）より離れて、例えば、７０－８０度の仰角離れて、ビームを生成するために用いられ得る。球面反射器は、地理的エリアへのアクセス又はバックホールカバレッジを提供する高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ターミナルの一部であり得る。
本技術は、電気信号に応じてＲＦビームを反射すること又はＲＦビームが通過することを可能することをスイッチするように構成されているメタマテリアルを含むアンテナシステムに関する。特に、アンテナシステムの反射器の一部は、メタマテリアルで構成され得る。このタイプのメタマテリアルを用いることによって、より広い角度エリアをカバーする球面反射器を構成することを可能にし得る。例えば、メタマテリアルを含む球面反射器が、アンテナシステムのボアサイトから５０度の仰角（ｅｌｅｖａｔｉｏｎａｌ ｄｅｇｒｅｅ）より離れて、例えば、７０－８０度の仰角離れて、ビームを生成するために用いられ得る。球面反射器は、地理的エリアへのアクセス又はバックホールカバレッジを提供する高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ターミナルの一部であり得る。
【0013】
アンテナシステムは、球面反射器と１又は複数のフィードとを含み得る。球面反射器の内側部分はＲＦビームを反射する材料で作られている反射部分であり得、内側部分の縁部に位置する外側部分は、ＲＦビームを反射又は透過し得るメタマテリアルで作られ得る。外側部分は、互いに独立して制御され得る複数のセクションを備え得る。１又は複数のフィードは、球面反射器に反射される１又は複数のＲＦビームを放射するように構成され得る。１又は複数のフィードは、１又は複数のＲＦビームを電子的に及び／又は物理的にステアリングし得る。
【0014】
１又は複数のプロセッサは、アンテナシステムの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいてＲＦビームを形成すべく、１又は複数のフィードを管理するように構成され得る。１又は複数のターゲット位置は、地理的エリアの位置又は空中の位置を含み得る。特に、１又は複数のターゲット位置は、地理的エリアのユーザ機器若しくは陸上のターミナルの位置、又は空中のターミナルの位置を含み得る。１又は複数のプロセッサはまた、１又は複数のフィードによって形成されるＲＦビームに基づいて、メタマテリアルの外側部分の少なくともセクションに電気信号を適用するように構成され得る。すなわち、１又は複数のプロセッサは、形成されるＲＦビーム毎に、１又は複数の反射セクション及び／又は１又は複数の透過セクションを決定し得る。対応するＲＦビームが送信されるときに外側部分のセクション内のメタマテリアルに透過させるべく、電気信号が外側部分の少なくともセクションに適用され得る。その後、外側部分のセクションが反射セクションであると想定されるとき、セクション内のメタマテリアルに反射させるべく、電気信号が適用され得る。
【0015】
本明細書で説明される技術は、より広い範囲のカバレッジ、例えば、１００度の仰角より大きい角度カバレッジエリア（＞±５０度の仰角）、を有するＲＦアンテナシステムを創出し得る。より少ない可動部品がＲＦアンテナシステムに用いられ得、これは、ＲＦビームの起こり得る指示誤差を少なくし得る。加えて、電子的なステアリングのより大きい容量は、反射器を再配置する必要性がより少ないことを意味し、これは、より継続的な高ゲインを提供することを可能にする。したがって、より広い地理的エリアは、そのようなＲＦアンテナシステムを搭載している単一のＨＡＰターミナルによって提供され得る。
【0016】
（例示的なネットワーク）
図１は、前述のバルーン又は他の高高度プラットフォームの集団が用いられ得る例示的なシステム１００を示す。この例は、本開示の範囲又は本明細書で説明される特徴の有用性を限定するものと見なされるべきではない。システム１００はバルーンネットワークと見なされ得る。この例において、バルーンネットワーク１００は、バルーン１０２Ａ－Ｆ等の複数のデバイス、並びに、地上の基地局１０６及び地上の基地局１１２を含む。バルーンネットワーク１００はまた、以下でより詳細に論述されるような、遠隔通信サービスをサポートする様々なデバイス等の複数の追加のデバイス（不図示）、又は、ネットワークに参加し得る他のシステムを含み得る。
図１は、前述のバルーン又は他の高高度プラットフォームの集団が用いられ得る例示的なシステム１００を示す。この例は、本開示の範囲又は本明細書で説明される特徴の有用性を限定するものと見なされるべきではない。システム１００はバルーンネットワークと見なされ得る。この例において、バルーンネットワーク１００は、バルーン１０２Ａ－Ｆ等の複数のデバイス、並びに、地上の基地局１０６及び地上の基地局１１２を含む。バルーンネットワーク１００はまた、以下でより詳細に論述されるような、遠隔通信サービスをサポートする様々なデバイス等の複数の追加のデバイス（不図示）、又は、ネットワークに参加し得る他のシステムを含み得る。
【0017】
システム１００内のデバイスは、互いに通信するように構成されている。一例として、バルーンは、バルーン間通信を促進すべく、通信リンク１０４及び／又は１１４を含み得る。例として、リンク１１４は、無線周波数（ＲＦ）信号（例えば、ミリメートル波伝送）を利用し得る一方、リンク１０４は自由空間光伝送を利用する。代替的に、全てのリンクは、ＲＦ、光、又は、ＲＦ及び光伝送の両方を利用するハイブリッドであり得る。このように、バルーン１０２Ａ－Ｆは、データ通信用のメッシュネットワークとして集合的に機能し得る。少なくとも幾つかのバルーンは、ＲＦ及び／又は光リンクであり得る、各リンク１０８及び１１０を介して、地上の基地局１０６及び１１２と通信するように構成され得る。
【0018】
１つのシナリオにおいて、所与のバルーン１０２は、光リンク１０４を介して光信号を送信するように構成され得る。ここで、所与のバルーン１０２は、１又は複数の高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて光信号を送信し得る。代替的に、バルーン１０２のうちの一部又は全部は、光リンク１０４を介した自由空間光通信用のレーザシステムを含み得る。他のタイプの自由空間通信が可能である。さらに、光リンク１０４を介して他のバルーンから光信号を受信すべく、バルーンは、１又は複数の光受信機を含み得る。
【0019】
バルーンはまた、各通信リンクを介した地上の基地局との通信のために、様々なＲＦ空中インタフェースプロトコルのうちの１又は複数を利用し得る。例えば、バルーン１０２Ａ－Ｆのうちの一部又は全部は、他の可能性の中で、ＩＥＥＥ ８０２．１１（ＩＥＥＥ ８０２．１１改訂のいずれも含む）に記載される様々なプロトコル、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ、ＥＶ－ＤＯ、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、及び／又は、ＬＴＥ、５Ｇ等のセルラプロトコル、及び／又は、長距離通信用に開発された１又は複数の専用プロトコルを用いて、ＲＦリンク１０８を介して地上の基地局１０６及び１１２と通信するように構成され得る。ＬＴＥ通信を用いる一例において、基地局は進化型ＮｏｄｅＢ（ｅＮｏｄｅＢ）基地局であり得る。他の例において、それらはベーストランシーバステーション（ＢＴＳ）基地局であり得る。これらの例は限定するものではない。
【0020】
幾つかの例において、リンクは、ＨＡＰ対地上通信用の所望のリンク容量を提供しない場合がある。例えば、地上のゲートウェイからバックホールリンクを提供すべく、増加した容量が望ましい場合がある。それに応じて、例示的なネットワークはまた、ネットワークの様々なバルーンと地上の基地局との間の大容量空地リンクを提供し得るバルーンを含み得る。例えば、バルーンネットワーク１００において、バルーン１０２Ｆは、局１１２と直接通信するように構成され得る。
【0021】
ネットワーク１００内の他のバルーンのように、バルーン１０２Ｆは、リンク１０４を介した１又は複数の他のバルーンとの通信（例えば、ＲＦ又は光）のために動作可能であり得る。バルーン１０２Ｆはまた、光リンク１１０を介した地上の基地局１１２との自由空間光通信のために構成され得る。したがって、光リンク１１０は、バルーンネットワーク１００と地上の基地局１１２との間の大容量リンク（ＲＦリンク１０８と比較して）として機能し得る。さらに、バルーン１０２Ｆは、地上の基地局１０６とのＲＦ通信のために動作可能であり得る。他の場合において、バルーン１０２Ｆは、バルーン対地上通信用に光リンクのみを使用し得る。
【0022】
バルーン１０２Ｆは、自由空間光通信システムの代わりに又はそれに加えて、バルーン対地上通信用の専用の高帯域幅ＲＦ通信システムを搭載し得る。高帯域幅ＲＦ通信システムは、光リンク１０４のうちの１つと実質的に同じ容量を有するＲＦリンクを提供し得る超広帯域システムの形態を取り得る。
【0023】
さらなる例において、バルーン１０２Ａ－Ｆのうちの一部又は全部は、地上ベースの通信リンクに加えて又はその代替として、宇宙ベースの衛星及び／又は他のタイプのＨＡＰ（例えば、ドローン、飛行機、飛行船等）との通信リンクを確立するように構成され得る。幾つかの実施形態において、バルーンは、光又はＲＦリンクを介して、衛星又は高高度プラットフォームと通信し得る。しかしながら、他のタイプの通信構成が可能である。
【0024】
前述のように、バルーン１０２Ａ－Ｆは、メッシュネットワークとして集合的に機能し得る。より具体的には、バルーン１０２Ａ－Ｆは自由空間光リンク又はＲＦリンクを用いて互いに通信し得るため、バルーンは自由空間光又はＲＦメッシュネットワークとして集合的に機能し得る。メッシュネットワーク構成において、各バルーンは、それに向けられたデータを受信し、且つ、データを他のバルーンにルーティングするように動作可能である、メッシュネットワークのノードとして機能し得る。そのため、送信元バルーンと宛先バルーンとの間のリンクの適切な順序を決定することによって、データが送信元バルーンから宛先バルーンにルーティングされ得る。
【0025】
ネットワークトポロジーは、バルーンが互いに対して、及び／又は、地上に対して移動するにつれて、変化し得る。それに応じて、バルーンネットワーク１００は、ネットワークのトポロジーが変化するにつれて、メッシュプロトコルを適用して、ネットワークの状態を更新し得る。バルーンネットワーク１００はまた、所望のネットワークトポロジーを提供することに役立てるために、風及び高度の制御又は横推力を用いる位置維持（ｓｔａｔｉｏｎ－ｋｅｅｐｉｎｇ）機能を実装し得る。例えば、位置維持は、バルーン１０２Ａ－Ｆのうちの一部又は全部が、ネットワーク内の１又は複数の他のバルーンに対して一定の位置（及び、場合により、地上の基地局又はサービスエリアに対して一定の位置）を維持すること、及び／又は、そこに移動することを含み得る。本処理の一部として、各バルーンは、位置維持機能を実装し、所望のトポロジー内でのその所望の位置を決定し得、必要に応じて、当該所望の位置に移動する及び／又は維持する方法を決定し得る。例えば、バルーンは、それらが関心のある領域の上方で位置維持するように、気流に乗ったことに応答して移動してもよく、円形又は他のパターンで移動してもよい。
【0026】
所望のトポロジーは、特定の実装、及び、バルーンが継続的に移動しているかどうかに応じて異なるものになり得る。幾つかの場合において、バルーンは、実質的に均一なトポロジーを提供すべく、位置維持を実装し得る。ここで、バルーンは、それら自体をバルーンネットワーク１００内の隣接するバルーンから実質的に同じ距離（又は一定の距離範囲内）に配置するように機能する。代替的に、バルーンネットワーク１００は、不均一なトポロジーを有し得る。ここで、バルーンが、様々な理由により、特定のエリア内でより密に又はより疎に分配されている。一例として、より高い帯域幅の需要を満たすことに役立つために、バルーンは、需要がより高いエリア（例えば、都市エリア）の上方でより密にクラスタ化され得、需要がより低いエリアの上方（例えば、大きな水域の上方）でより疎にクラスタ化され得る。加えて、例示的なバルーンネットワークのトポロジーは、バルーンが、ネットワークの所望のトポロジーにおける変更に従ってそれらの各位置決めを調整することを可能にするように適合可能であり得る。
【0027】
バルーン以外には、ドローン等の他の高高度プラットフォームが、自律的な方式でルートを飛行し得、空中写真用にカメラを携行し得、商品をある場所から別の場所へと運搬し得る。用語「無人航空機（ＵＡＶ）」及び用語「飛行ロボット」は、しばしば、ドローンの類義語として用いられる。用途の範囲は広く、工業プラント及び農地の空中監視、並びに、災害時の場合の最初のレスポンダのサポートを含む。幾つかの用途について、単一のドローンよりもドローンのチームが採用されることが有益である。複数のドローンは、所与のエリアをより高速にカバーし得、又は、異なる視点からの写真を同時に撮像し得る。
【0028】
図１のバルーンは、成層圏に配備されている高高度バルーンであり得る。一例として、高高度バルーンネットワークにおいて、バルーンが強風に晒されること及び民間航空機の飛行と干渉することを制限すべく、バルーンは、概して成層圏の高度、例えば、５０，０００ｆｔ（１５，０００ｍ）から７０，０００ｆｔ（２１，０００ｍ）の間で、又はより多い若しくはより少ない間で動作するように構成され得る。バルーンが、風が非対称的な方式で様々なバルーンの位置に影響を与える場合がある成層圏において信頼性のあるメッシュネットワークを提供すべく、バルーンは、それらの各高度を調整することによって互いに対して横方向及び／又は長手方向に移動するように構成され得、その結果、風が各バルーンを各所望の位置に運ぶ。横推力はまた、バルーンの進行路に影響を与えるために利用され得る。
【0029】
例示的な構成において、高高度バルーンプラットフォームは、様々な他のコンポーネントと共に、エンベロープ及びペイロードを含む。図２は、図１のバルーンのいずれかを表し得る高高度バルーン２００の一例である。示されるように、例示的なバルーン２００は、エンベロープ２０２と、ペイロード２０４と、それらの間に結合部材（例えば、ダウンコネクト）２０６とを含む。少なくとも１つのゴアパネルがエンベロープを形成し、これは、その内部に加圧された浮揚用ガスを維持するように構成されている。例えば、バルーンは超圧力バルーンであり得る。上部プレート２０８はエンベロープの上部に沿って配置され得、一方、基部プレート２１０は上部の場所と反対にあるエンベロープの下部に沿って配置され得る。この例において、結合部材２０６は、ペイロード２０４を基部プレート２１０に接続している。
【0030】
エンベロープ２０２は、様々な形状及び形態を取り得る。例えば、エンベロープ２０２は、ポリエチレン、マイラー、ＦＥＰ、ゴム、ラテックス、若しくは他の薄膜材料等の材料、又は、繊維強化材が内側若しくは外側に埋め込まれたこれらの材料の複合積層体で作られ得る。要求される強度特性、ガス障壁特性、ＲＦ特性、及び温度特性を提供すべく、他の材料、又はそれらの組み合わせ、又は他の積層体も利用され得る。さらに、エンベロープ２０２の形状及びサイズは、特定の実装例に応じて異なるものになり得る。さらに、エンベロープ２０２は、空気、ヘリウム、及び／又は水素等の異なるタイプの気体で充填され得る。他のタイプのガス、及びそれらの組み合わせも可能である。形状は、球体及び「かぼちゃ（ｐｕｍｐｋｉｎｓ）」のような典型的なバルーンの形状、又は、対称であり、形状揚力を提供し、若しくは形状を変更可能である空気力学的形状を含み得る。揚力は、揚力ガス（例えば、ヘリウム、水素）、導電面の静電帯電、空気力学的な揚力（翼の形状）、空気移動デバイス（プロペラ、フラップ翼、静電推力等）、又は、揚力技術の任意のハイブリッドの組み合わせからもたらされ得る。
【0031】
横方向の位置又は速度を変更すべく、プラットフォームは横推力システムを含み得る。図３は、図１のバルーンのいずれかを表し得る、プロペラベースの横推力を有するバルーンプラットフォームの１つの例示的な構成３００を示す。示されるように、例３００は、エンベロープ３０２と、ペイロード３０４と、エンベロープ３０２とペイロード３０４との間に配置されたダウンコネクト部材３０６とを含む。ペイロード３０４とエンベロープ３０２との間のケーブル又は他の配線は、ダウンコネクト部材３０６の中を通り得る。１又は複数のソーラーパネルアセンブリ３０８は、ペイロード３０４又はバルーンプラットフォームの他の部分に結合され得る。ペイロード３０４及びソーラーパネルアセンブリ３０８は、例えば、ソーラーパネルアセンブリ３０８を太陽と位置合わせして発電を最大化すべく、ダウンコネクト部材３０６の周りを回転する（例えば、最大で３６０°の回転）ように構成され得る。例３００はまた、横推力システム３１０を示す。横推力システム３１０の本例は１つの可能性である一方、その位置はまた、ペイロードセクション３０４の前方及び／又は後方であってもよく、エンベロープセクション３０２の前方及び／又は後方であってもよく、所望の推力ベクトルを提供する任意の他の位置であってもよい。
【0032】
（例示的なシステム）
図４に示される一例によれば、バルーンプラットフォームのペイロード４００は、１又は複数のプロセッサ４０４と、メモリ４０６の形態のオンボードデータストレージとを有する制御システム４０２を含む。メモリ４０６は、プロセッサにより実行され得る命令を含む、プロセッサ４０４によってアクセス可能な情報を格納する。メモリ４０６はまた、プロセッサによって取得、操作、又は格納され得るデータを含む。メモリは、ハードドライブ、メモリカード（例えば、サムドライブ又はＳＤカード）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、他のタイプの書き込み可能なリードオンリメモリ等の、プロセッサによってアクセス可能な情報を格納可能な任意の非一時的なタイプのものであり得る。命令は、プロセッサによって、マシンコード等の直接的に実行される、又は、スクリプト等の間接的に実行される命令の任意のセットであり得る。その点で、用語「命令」、用語「アプリケーション」、用語「段階」、及び用語「プログラム」は、本明細書において同義で用いられ得る。命令は、プロセッサによる直接的な処理のためにオブジェクトコードフォーマットで、又は、要求に応じて解釈される若しくは前もってコンパイルされる、スクリプト若しくは独立したソースコードモジュールの集合体を含む任意の他のコンピューティングデバイス言語で格納され得る。データは、命令に従って１又は複数のプロセッサ４０４によって取得、格納、又は修正され得る。
図４に示される一例によれば、バルーンプラットフォームのペイロード４００は、１又は複数のプロセッサ４０４と、メモリ４０６の形態のオンボードデータストレージとを有する制御システム４０２を含む。メモリ４０６は、プロセッサにより実行され得る命令を含む、プロセッサ４０４によってアクセス可能な情報を格納する。メモリ４０６はまた、プロセッサによって取得、操作、又は格納され得るデータを含む。メモリは、ハードドライブ、メモリカード（例えば、サムドライブ又はＳＤカード）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、他のタイプの書き込み可能なリードオンリメモリ等の、プロセッサによってアクセス可能な情報を格納可能な任意の非一時的なタイプのものであり得る。命令は、プロセッサによって、マシンコード等の直接的に実行される、又は、スクリプト等の間接的に実行される命令の任意のセットであり得る。その点で、用語「命令」、用語「アプリケーション」、用語「段階」、及び用語「プログラム」は、本明細書において同義で用いられ得る。命令は、プロセッサによる直接的な処理のためにオブジェクトコードフォーマットで、又は、要求に応じて解釈される若しくは前もってコンパイルされる、スクリプト若しくは独立したソースコードモジュールの集合体を含む任意の他のコンピューティングデバイス言語で格納され得る。データは、命令に従って１又は複数のプロセッサ４０４によって取得、格納、又は修正され得る。
【0033】
１又は複数のプロセッサ４０４は、商業的に利用可能なＣＰＵ等の任意の従来のプロセッサを含み得る。代替的に、各プロセッサは、ＡＳＩＣ、コントローラ、又は他のハードウェアベースのプロセッサ等の専用コンポーネントであり得る。図４は、プロセッサ４０４、メモリ４０６、及び制御システム４０２の他の要素を同一ブロック内にあるものとして機能的に図示しているが、システムは、実際には、同一の物理筐体内に格納されてもよく、格納されなくてもよい、複数のプロセッサ、コンピュータ、コンピューティングデバイス、及び／又はメモリを備え得る。例えば、メモリは、制御システム４０２の筐体とは異なる筐体に位置するハードドライブ又は他のストレージ媒体であり得る。それに応じて、プロセッサ、コンピュータ、コンピューティングデバイス、又はメモリへの言及は、並列して動作してもしなくてもよい、プロセッサ、コンピュータ、コンピューティングデバイス、又はメモリの集合体への言及を含むことが理解されるであろう。
【0034】
ペイロード４００はまた、多数の異なる機能を提供すべく、様々な他のタイプの機器及びシステムを含み得る。例えば、示されるように、ペイロード４００は、前述のように、ＲＦ及び／又は光リンクを介して信号を送信し得る、１又は複数の通信システム４０８を含む。ほんの一例として、通信システム４０８は、ＬＴＥ又は他の遠隔通信サービスを提供し得る。通信システム４０８は、１又は複数の送信機及び受信機（又は送受信機４１８）、並びに、１又は複数のアンテナを有するアンテナシステム４２０等の通信コンポーネントを含み得る。１又は複数のプロセッサ４０４は、通信システム４０８全体を制御し得る。
【0035】
図４に戻ると、ペイロード４００は、バルーンの様々なコンポーネントに電力を供給するための電源４１０も含むものとして図示されている。電源４１０は、１又は複数の充電式バッテリ、又は、キャパシタ若しくは再生燃料電池のような他のエネルギー蓄積システムを含み得る。加えて、ペイロード４００は、電源に加えて又はその一部として、発電システム４１２を含み得る。発電システム４１２は、ソーラーパネル、蓄積エネルギー（ホットエア）、関連する風力発電、若しくは、ディファレンシャル大気充電（不図示）、又は、それらの任意の組み合わせを含み得、充電及び／又は電源４１０によって分配される電力を生成するために用いられ得る。
【0036】
ペイロード４００は、さらに、測位システム４１４を含み得る。測位システム４１４は、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）、慣性ナビゲーションシステム、及び／又は、スタートラッキングシステムを含み得る。測位システム４１４は、さらに又は代替的に、様々なモーションセンサ（例えば、加速度計、磁力計、ジャイロスコープ、及び／又は、コンパス）を含み得る。
【0037】
ペイロード４００は、制御システム４０２から分離して、又は、制御システム４０２に部分的若しくは全体的に組み込まれたナビゲーションシステム４１６を含み得る。ナビゲーションシステム４１６は、所望のトポロジー又は他のサービス要件に従って、ある位置内の位置を維持する、及び／又は、ある位置に移動する位置維持機能を実装し得る。特に、ナビゲーションシステム４１６は、バルーンを所望の方向及び／又は所望の位置に運ぶ風をもたらす、高度及び／又は横方向の位置の調整を決定するために、（例えば、オンボード及び／又はリモートセンサからの）風データを用い得る。横方向の位置の調整は、ペイロードから分離している横方向の測位システムによって直接処理されてもよい。代替的に、高度及び／又は横方向の調整は、中央制御位置によって計算され得、地上ベース、空中ベース、又は衛星ベースのシステムによって送信され得、高高度バルーンに通信され得る。他の実施形態において、特定のバルーンは、他のバルーンのために高度及び／又は横方向の調整を計算し、調整コマンドをそれらの他のバルーンに送信するように構成され得る。
【0038】
ナビゲーションシステムは、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）及び／又はディファレンシャルＧＰＳ等のオンボードナビゲーションセンサから取得したデータ、受信したデータ（例えば、天気情報）、及び／又は、健全性及びパフォーマンスセンサ（例えば、力トルクセンサ）等の他のセンサを評価して、バルーンのシステムの動作を管理することができる。例えば、位置維持のために横推力システムを起動する決定が下されたとき、ナビゲーションシステムは、その場合、位置、風の方向、高度、及び電力利用可能性の受信したセンサデータを活用して、特定の期間の間、又は、特定の条件に到達する（例えば、全体的なシステムの健全性、温度、振動、及び他のパフォーマンスパラメータを監視及び報告しながら、特定の速度又は位置に到達する）まで、プロペラを適切に位置付けて、特定の推力状態を提供する。
【0039】
アンテナシステムは、球面反射器と１又は複数のフィードとを含み得る。球面反射器の形状は、半球体（又は表面の５０％が球体のものである）であってもよく、表面エリアの２０％が球体のものである等の半球体未満であってもよい。幾つかの実装において、球面反射器は、全球体であり得る。球面反射器の内側部分は、２１００ＭＨｚ、３５００ＭＨｚの周波数又は他の周波数を有するビーム等のＲＦビームを反射する材料で作られている反射部分であり得、内側部分の縁部に位置する外側部分は、ＲＦビームを反射又は透過し得るメタマテリアルで作られ得る。図５に示されるように、球面反射器５０２、内側部分５０４は反射部分であり、外側部分５０６はメタマテリアル部分である。外側部分は、互いに独立して制御され得る複数のセクションを備え得る。例えば、外側部分５０６は、独立して制御され得る複数のメタマテリアルセクションで構築され得る。全てのメタマテリアルセクションは、球面反射器５０２の外側部分に対して球体の一部を形成するように配置される湾曲した長方形のピース等の同一形状であり得る。図５に示される側面図から、各列が１２のセクションを示す、複数のメタマテリアルセクションのうちの２列が見える。反対側の半分は、同一構成を有し得る。幾つかの代替物において、メタマテリアル部分は、１つのユニットとして制御される、メタマテリアルの１又は複数のセクションであり得る。
【0040】
１又は複数のフィードは、第１フィードと第２フィードとを含み得る。第１フィード及び第２フィードは、それぞれ、球面反射器に反射されるＲＦビームを放射するように構成され得る。第１フィード及び第２フィードは、各ＲＦビームを電子的にステアリングするように構成され得る。幾つかの実装において、第１フィード及び第２フィードはまた、他のものから独立して移動するように構成され得る。図６に示されるように、アンテナシステム４２０は、第１ＲＦビーム５１２及び第２ＲＦビーム５１４をそれぞれ放射するように構成されている第１フィード５０８及び第２フィード５１０を有する。例えば、第１フィード５０８は、球面反射器５０２に第１ＲＦビーム５１２を向けるように構成されている。第１ＲＦビーム５１２は球面反射器５０２に反射されて、第１ターゲット位置に向かって出力される。第２フィード５１０は、球面反射器５０２に第２ＲＦビーム５１４を向けるように構成されている。第２ＲＦビーム５１４は球面反射器５０２に反射されて、第２ターゲット位置に向かって出力される。
【0041】
（例示的な方法）
前述及び図に示された動作に加えて、様々な動作がここでは説明される。以下の動作は、以下で説明される正確な順序で実行されなくてもよいことが理解されるべきである。むしろ、様々な段階が異なる順序で又は同時に処理されてもよく、段階が追加又は省略されてもよい。
前述及び図に示された動作に加えて、様々な動作がここでは説明される。以下の動作は、以下で説明される正確な順序で実行されなくてもよいことが理解されるべきである。むしろ、様々な段階が異なる順序で又は同時に処理されてもよく、段階が追加又は省略されてもよい。
【0042】
制御システムの１又は複数のプロセッサ、又は、１又は複数の通信システムの制御専用のペイロード内の１又は複数のプロセッサは、アンテナシステムの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいて、アンテナシステム内の１又は複数のフィードによって形成される１又は複数のＲＦビームを決定し得る。１又は複数のビームは、少なくとも１回、球面反射器に反射されて自由空間に出力されるように構成され得る。各ビームのサイズ、形状、及び方向等のビーム特性はまた、１又は複数のプロセッサによって決定され得る。ビーム特性は、アンテナシステムの位置、１又は複数のターゲット位置、人口密度、要求の履歴、エリア内若しくはその近くにカバレッジを提供する他のターミナル（陸上のタワー、他のＨＡＰ等）の位置若しくは密度、他のターミナルの設定若しくは制約、特定のネットワークの動作の規制、又は、他のネットワーク要素に基づいて決定され得る。１又は複数のターゲット位置は、地理的エリアの位置又は空中の位置を含み得る。特に、１又は複数のターゲット位置は、地理的エリアのユーザ機器若しくは陸上のターミナルの位置、又は空中のターミナルの位置を含み得る。さらに又は代替的に、１又は複数のターゲット位置は、人口密度、要求の履歴、エリア内若しくはその近くにカバレッジを提供する他のターミナル（陸上のタワー、他のＨＡＰ等）の位置若しくは密度、他のターミナルの設定若しくは制約、特定のネットワークの動作の規制、又は、他のネットワーク要素に基づいて定義及び選択される領域を含む。
【0043】
例えば、１又は複数のプロセッサ４０４は、アンテナシステム４２０を保持するペイロードの位置、並びに、各ビームに対する第１ターゲット位置及び第２ターゲット位置に基づいて、第１フィード５０８及び第２フィード５１０が各ＲＦビーム５１２、５１４を形成することを決定し得る。ペイロードの位置は、測位システム４１４を用いて決定され得る。この例において、ペイロードの位置は、図１の、地上の基地局１０６とバルーン１０２Ｅとの間のバルーン１０２Ｂの位置であり得る。この位置から、アンテナシステム４２０は、地上の基地局１０６とのリンク１０８、及び／又は、バルーン１０２Ｅとのリンク１０４を形成し得る。ＨＡＰターミナルから地理的エリアの第１位置に第１フィード５０８によって送信される第１ＲＦビーム５１２が決定され得、空中のターミナルの第２位置に第２フィード５１０によって送信される第２ＲＦビーム５１４が決定され得る。第１位置は地上の基地局１０６の位置であり得、第２位置はバルーン１０２Ｅであり得る。第１ＲＦビームは、ネットワークのアクセスリンクを１又は複数のユーザ機器に提供するように構成され得る。第２ＲＦビームは、ネットワークにバックホールリンクを提供するように構成され得る。幾つかの実装において、第２ＲＦビームは、第１ＲＦビームとは異なる周波数帯域である。
【0044】
１又は複数のプロセッサは、１又は複数のフィードによって形成されるＲＦビーム毎に球面反射器のメタマテリアル部分の１又は複数の反射セクション及び／又は１又は複数の透過セクションを決定し得る。例えば、第１ＲＦビーム５１２について、第１ＲＦビーム５１２が球面反射器５０２の内側部分５０４で反射するように計画されて、且つ、内側部分で反射した後に球面反射器のいかなるセクションとも交差するように計画されていないので、反射セクション及び透過セクションが存在しない場合がある。第２ＲＦビーム５１４について、第２ＲＦビーム５１４が内側部分５０４で反射した後に位置６０２で球面反射器と交差することが決定されている場所に従って複数の透過セクションが存在し得る。第２ＲＦビームのサイズ、形状、及び方向に基づいて、第２ＲＦビーム５１４がメタマテリアル部分５０６と交差するエリアに対応する１又は複数のメタマテリアルセクションが透過セクションであると決定され得る。
【0045】
１又は複数のプロセッサは、１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、１又は複数のメタマテリアルセクションに、１又は複数の反射セクション及び１又は複数の透過セクションに従って反射させる又は透過させるように構成され得る。例えば、第２ＲＦビーム５１４が送信されるときにエリア内のメタマテリアルに透過させるべく、電気信号が球面反射器５０２のメタマテリアル部分５０６のエリアに適用され得る。その後、エリアが反射セクションの一部であると決定されるとき、エリア内のメタマテリアルに反射させるべく、電気信号が適用され得る。
【0046】
幾つかのシナリオにおいて、第２ＲＦビームのメタマテリアルの外側部分の構成は、第１ＲＦビームに対する妨害を引き起こす場合がある。言い換えれば、第２ＲＦビームが第２位置に送信される場合、第１ＲＦビームが第１位置に送信されることができない。例えば、メタマテリアルの少なくともセクションが第２ＲＦビームの透過セクションであるが、第１ＲＦビームの反射セクションであるとき、妨害が引き起こされると予測され得る。１又は複数のプロセッサは、１又は複数のターゲット位置が、所与の時点で、第２位置を含むが第１位置を含まない場合があることを決定し得る。代替的に、１又は複数のプロセッサは、第２位置が、所与の時点で、第１位置よりも優先度が高いことを決定し得る。１又は複数のプロセッサは、所与の時点での第２ＲＦビームの１又は複数の反射セクション及び１又は複数の透過セクションを決定する際に第１ＲＦビームを無視し得る。第１ＲＦビームへの妨害は重要ではない。加えて、１又は複数のプロセッサは、所与の時点の間、第１フィードを停止し得る。
【0047】
１又は複数のプロセッサは、その後、アンテナシステムに、１又は複数のＲＦビームを送信させ得る。第１フィード５０８は、球面反射器５０２の内側部分５０４で反射され、自由空間を通って地上の基地局１０６に出力される第１ＲＦビーム５１２を送信し得る。第２フィード５１０は、球面反射器５０２の内側部分５０４で反射される第２ＲＦビーム５１４を送信し得る。第２ＲＦビーム５１４は、その後、部分的には自由空間を通って、且つ、部分的には球面反射器５０２のメタマテリアル部分５０６の１又は複数の透過セクションを通って、バルーン１０２Ｅに向かって反射される。
【0048】
幾つかのシナリオにおいて、１又は複数のプロセッサは、形成されるべき１又は複数のＲＦビームのメタマテリアル部分の反射セクション及び透過セクションが存在しないことを決定し得る。例えば、１つのシナリオにおいて、１又は複数のプロセッサは、いずれのＲＦビームの球面反射器のメタマテリアル部分との交差点が存在しないことを決定し得る。結果として、１又は複数のプロセッサは、球面反射器のメタマテリアル部分のいずれの変更も行うことなく、アンテナシステムに１又は複数のＲＦビームを送信させ得る。
【0049】
図７は、本技術の態様に係る、例示的なフロー図を示す。より具体的には、図７は、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を有するアンテナシステムを制御するための例示的な方法７００のフローを示す。ブロック７０２では、１又は複数のプロセッサは、ターミナルの位置及びターゲット位置に基づいて、ターミナルのアンテナシステムによって形成される１又は複数のＲＦビームを決定し得る。ブロック７０４では、１又は複数のプロセッサは、１又は複数のＲＦビーム用のアンテナシステムの複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、及び／又は、１又は複数の透過セクションを決定し得る。ブロック７０６では、１又は複数のプロセッサは、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに、１又は複数の反射セクション及び１又は複数の透過セクションに従って反射又は透過させ得る。ブロック７０８では、１又は複数のプロセッサは、アンテナシステムに１又は複数のＲＦビームを送信させ得る。
【0050】
本明細書で説明される技術は、より広い範囲のカバレッジ、例えば、１００度の仰角より大きい角度カバレッジエリア（＞±５０度の仰角）、を有するＲＦアンテナシステムを創出し得る。より少ない可動部品がＲＦアンテナシステムに用いられ得、これは、ＲＦビームの起こり得る指示誤差を少なくし得る。加えて、電子的なステアリングのより大きい容量は、反射器を再配置する必要性がより少ないことを意味し、これは、より継続的な高ゲインを提供することを可能にする。したがって、より広い地理的エリアは、そのようなＲＦアンテナシステムを搭載している単一のＨＡＰターミナルによって提供され得る。
【0051】
特に明記しない限り、前述の代替例は、相互に排他的ではないが、独自の利点を実現するために様々な組み合わせにおいて実装され得る。前述の機能のこれらの変形及び組み合わせ、並びに、その他の変形及び組み合わせは、特許請求の範囲によって定義される主題から逸脱することなく利用され得るので、実施形態の前述の説明は、特許請求の範囲によって定義される主題の限定としてではなく例示として解釈されるべきである。加えて、本明細書に記載された例の提供、並びに、「例えば」、「含む」、及び同様のものとして表現される節は、特許請求の範囲の主題を具体例に限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、例は、多くの可能な実施形態のうちの１つのみを例示することを意図している。さらに、異なる図面における同一の参照番号は、同一又は類似の要素を識別し得る。
［その他の可能な項目］
［項目１］
無線通信用のアンテナであって、
球面反射器であって、
無線周波数（ＲＦ）ビームを反射する材料で作られている内側部分と、
前記内側部分の縁部に位置する外側部分であって、ＲＦビームを反射する又は透過するように制御できるメタマテリアルで作られている、外側部分と
を含む、球面反射器と、
前記球面反射器に反射される１又は複数のＲＦビームを形成するように構成されている１又は複数のフィードと
を備える、アンテナ。
［項目２］
前記球面反射器は、半球体未満である、項目１に記載のアンテナ。
［項目３］
前記アンテナは、高高度プラットフォームの一部である、項目１又は２に記載のアンテナ。
［項目４］
前記球面反射器の前記外側部分は、前記外側部分の少なくとも一部に適用される電気信号を用いて制御される、項目１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
［項目５］
前記球面反射器の前記外側部分は、複数のメタマテリアルセクションを含む、項目１から４のいずれか一項に記載のアンテナ。
［項目６］
前記複数のメタマテリアルセクションの各メタマテリアルセクションは、独立して制御可能である、項目５に記載のアンテナ。
［項目７］
前記１又は複数のフィードを用いて１又は複数のＲＦビームを形成し、
前記１又は複数のＲＦビームに基づいて、前記１又は複数のＲＦビームのうちのＲＦビームを反射する又は前記ＲＦビームを透過するように、前記球面反射器の前記外側部分の少なくとも一部を制御する
ように構成されている、１又は複数のプロセッサ
をさらに備える、項目５又は６に記載のアンテナ。
［項目８］
前記１又は複数のプロセッサは、前記１又は複数のＲＦビームの各ＲＦビーム用の、前記複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の反射セクション、又は、前記複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の透過セクションを決定するようにさらに構成されている、項目７に記載のアンテナ。
［項目９］
前記球面反射器の前記外側部分の前記少なくとも一部は、前記アンテナの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいて制御される、項目７又は８に記載のアンテナ。
［項目１０］
前記１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む、項目９に記載のアンテナ。
［項目１１］
複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を有するアンテナシステムを制御するための方法であって、前記方法は、
１又は複数のプロセッサが、ターミナルの前記アンテナシステムの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、方法。
［項目１２］
前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションを前記決定する段階は、前記アンテナシステムの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいている、項目１１に記載の方法。
［項目１３］
前記１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む、項目１２に記載の方法。
［項目１４］
前記電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、
前記方法は、
前記１又は複数のプロセッサが、前記第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階
をさらに備える、項目１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
［項目１５］
前記１又は複数のプロセッサが、第２ＲＦビームに対応する、前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で前記第２ＲＦビームを送信することを決定する段階と
をさらに備える、項目１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
［項目１６］
前記球面反射器は、半球体未満である、項目１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
［項目１７］
前記球面反射器は、全球体である、項目１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
［項目１８］
命令が格納されている非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ノード内の１又は複数のプロセッサによって実行されるとき、前記１又は複数のプロセッサに、アンテナシステムを制御するための方法を実行させ、前記方法は、
前記ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、前記アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、
前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、非一時的コンピュータ可読媒体。
［項目１９］
前記電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、
前記方法は、
前記第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階
をさらに備える、項目１８に記載の媒体。
［項目２０］
前記方法は、
第２ＲＦビームに対応する、前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、
前記第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で前記第２ＲＦビームを送信することを決定する段階と
をさらに備える、項目１８又は１９に記載の媒体。
［項目２１］
命令を備えるプログラムであって、前記プログラムがコンピュータによって実行されるとき、前記命令は、前記コンピュータに方法を実行させ、前記方法は、
前記ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、前記アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、
前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、プログラム。
［その他の可能な項目］
［項目１］
無線通信用のアンテナであって、
球面反射器であって、
無線周波数（ＲＦ）ビームを反射する材料で作られている内側部分と、
前記内側部分の縁部に位置する外側部分であって、ＲＦビームを反射する又は透過するように制御できるメタマテリアルで作られている、外側部分と
を含む、球面反射器と、
前記球面反射器に反射される１又は複数のＲＦビームを形成するように構成されている１又は複数のフィードと
を備える、アンテナ。
［項目２］
前記球面反射器は、半球体未満である、項目１に記載のアンテナ。
［項目３］
前記アンテナは、高高度プラットフォームの一部である、項目１又は２に記載のアンテナ。
［項目４］
前記球面反射器の前記外側部分は、前記外側部分の少なくとも一部に適用される電気信号を用いて制御される、項目１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
［項目５］
前記球面反射器の前記外側部分は、複数のメタマテリアルセクションを含む、項目１から４のいずれか一項に記載のアンテナ。
［項目６］
前記複数のメタマテリアルセクションの各メタマテリアルセクションは、独立して制御可能である、項目５に記載のアンテナ。
［項目７］
前記１又は複数のフィードを用いて１又は複数のＲＦビームを形成し、
前記１又は複数のＲＦビームに基づいて、前記１又は複数のＲＦビームのうちのＲＦビームを反射する又は前記ＲＦビームを透過するように、前記球面反射器の前記外側部分の少なくとも一部を制御する
ように構成されている、１又は複数のプロセッサ
をさらに備える、項目５又は６に記載のアンテナ。
［項目８］
前記１又は複数のプロセッサは、前記１又は複数のＲＦビームの各ＲＦビーム用の、前記複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の反射セクション、又は、前記複数のメタマテリアルセクションの１又は複数の透過セクションを決定するようにさらに構成されている、項目７に記載のアンテナ。
［項目９］
前記球面反射器の前記外側部分の前記少なくとも一部は、前記アンテナの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいて制御される、項目７又は８に記載のアンテナ。
［項目１０］
前記１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む、項目９に記載のアンテナ。
［項目１１］
複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を有するアンテナシステムを制御するための方法であって、前記方法は、
１又は複数のプロセッサが、ターミナルの前記アンテナシステムの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、方法。
［項目１２］
前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションを前記決定する段階は、前記アンテナシステムの位置及び１又は複数のターゲット位置に基づいている、項目１１に記載の方法。
［項目１３］
前記１又は複数のターゲット位置は、地上のターミナル及び空中のターミナルを含む、項目１２に記載の方法。
［項目１４］
前記電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、
前記方法は、
前記１又は複数のプロセッサが、前記第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階
をさらに備える、項目１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
［項目１５］
前記１又は複数のプロセッサが、第２ＲＦビームに対応する、前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、
前記１又は複数のプロセッサが、前記第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で前記第２ＲＦビームを送信することを決定する段階と
をさらに備える、項目１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
［項目１６］
前記球面反射器は、半球体未満である、項目１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
［項目１７］
前記球面反射器は、全球体である、項目１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
［項目１８］
命令が格納されている非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）ノード内の１又は複数のプロセッサによって実行されるとき、前記１又は複数のプロセッサに、アンテナシステムを制御するための方法を実行させ、前記方法は、
前記ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、前記アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、
前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、非一時的コンピュータ可読媒体。
［項目１９］
前記電気信号は、第１時点で適用される第１電気信号であり、
前記方法は、
前記第１時点の後の第２時点で第２電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションを反射から透過に又は透過から反射にスイッチする段階
をさらに備える、項目１８に記載の媒体。
［項目２０］
前記方法は、
第２ＲＦビームに対応する、前記１又は複数の反射セクション、又は、前記１又は複数の透過セクションの位置に基づいて、第１ＲＦビームへの妨害を予測する段階と、
前記第１ＲＦビームが送信されない所与の時点で前記第２ＲＦビームを送信することを決定する段階と
をさらに備える、項目１８又は１９に記載の媒体。
［項目２１］
命令を備えるプログラムであって、前記プログラムがコンピュータによって実行されるとき、前記命令は、前記コンピュータに方法を実行させ、前記方法は、
前記ＨＡＰの位置及びターゲット位置に基づいて前記アンテナシステムによって形成される、１又は複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを決定する段階であって、前記アンテナシステムは、複数のメタマテリアルセクションを含む球面反射器を含む、決定する段階と、
前記１又は複数のＲＦビーム用の前記複数のメタマテリアルセクションにおける、１又は複数の反射セクション、又は、１又は複数の透過セクションを決定する段階と、
前記複数のメタマテリアルセクションのうちの１又は複数のメタマテリアルセクションに電気信号を適用し、前記複数のメタマテリアルセクションのうちの前記１又は複数のメタマテリアルセクションに、前記１又は複数の反射セクション及び前記１又は複数の透過セクションに従ってＲＦビームを反射させる又は透過させる段階と、
前記アンテナシステムに前記１又は複数のＲＦビームを送信させる段階と
を備える、プログラム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】