CN105594060A - 用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线 - Google Patents

用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线 Download PDF

Info

Publication number
CN105594060A
CN105594060A CN201480054673.3A CN201480054673A CN105594060A CN 105594060 A CN105594060 A CN 105594060A CN 201480054673 A CN201480054673 A CN 201480054673A CN 105594060 A CN105594060 A CN 105594060A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
station antenna
earth station
reflector
satellite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480054673.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105594060B (zh
Inventor
E·T·小崎
W·G·埃姆斯
A·贾拉利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qualcomm Inc
Original Assignee
Qualcomm Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qualcomm Inc filed Critical Qualcomm Inc
Publication of CN105594060A publication Critical patent/CN105594060A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105594060B publication Critical patent/CN105594060B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/16—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
    • H01Q3/18—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is movable and the reflecting device is fixed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)

Abstract

一种地面站天线，其包括环面形反射器，所述环面形反射器沿着在反射器前方的聚焦弧具有多个馈点。所述地面站天线包括收发机馈源，所述收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上并且由旋转馈送平台支撑。所述收发机馈源被配置为当所述平台旋转时同时追踪上升卫星以及下落卫星。所述地面站天线还包括无线功率接收机，其耦合到所述收发机馈源，以向所述收发机馈源供电。所述地面站天线还包括无线信号接口，其耦合到所述收发机馈源，以与基本单元传输信号，来执行后续处理。

Description

用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年10月4日申请的题目为“LOWCOSTCABLELESSGROUNDSTATIONANTENNAFORMEDIUMEARTHORBITSATELLITECOMMUNICATIONSYSTEMS(用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线)”的美国专利申请No.14/046,662的权益，该申请已经转让给本申请的受让人，据此通过引用方式将其明确地并入本文。
技术领域
概括地说，本公开内容涉及卫星通信系统。更具体地，本公开内容涉及用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线。
背景技术
被设计为追踪在中地球轨道(或中等地球轨道)(MEO)中的非对地静止卫星的地面站天线往往是高增益抛物面反射器类型的天线。抛物面反射器提供窄的波束宽度和更高的增益，并且被定向(point)为维持与卫星的通信。对反射器的移动可以利用用来移动大型重型天线碟形结构的昂贵而复杂的万向机械驱动系统来执行。
由于MEO卫星的轨道动力学，与两颗卫星同时通信提供不间断的服务。随着一颗卫星离开视地面站的视域，另一颗卫星进入该视域。这通常导致使用两个复杂而昂贵的万向反射器系统的系统。类似的方法使用固定的相控阵天线；然而，波束成形电子器件用于导引波束的成本和复杂性是昂贵和复杂的。另外，对于固定相控阵天线的解决方案，随着波束从瞄准(boresight)方向扫描离开，波束图案(pattern)形状失真或变宽，使得很难满足由诸如联邦通信委员会(FCC)或国际电信联盟(ITU)等各种管理机构征集的卫星通信(SATCOM)地面站天线的图案规范。
发明内容
根据本公开内容的一个方面，一种地面站天线包括环面形(torusshaped)反射器，所述环面形反射器沿着在反射器前方的聚焦弧(focalarc)具有多个馈点。在这种方面中的地面站天线还包括收发机馈源，所述收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上并由旋转馈源平台支撑。所述收发机馈源被配置为当所述平台旋转时同时地追踪上升卫星以及下落卫星。在这种方面中的地面站天线还包括无线功率接收机，其耦合到所述收发机馈源，以向所述收发机馈源供电。在这种方面中的地面站天线还包括无线信号接口，其耦合到所述收发机馈源，以与基本单元传输信号，来执行后续处理。
根据本公开内容的另一个方面，一种地面站天线包括用于在沿着聚焦弧的多个馈点上反射信号的单元。在这种方面中的地面站天线还包括用于同时地追踪上升卫星以及下落卫星的单元。在这种方面中的地面站天线还包括用于沿着所述聚焦弧来旋转所述追踪单元的单元。所述旋转单元耦合到所述追踪单元。所述地面站天线还包括用于向所述追踪单元无线供电的单元。所述地面站天线还包括用于将来自所述追踪单元的信号无线传输到基本单元以执行后续处理的单元。
根据本公开内容的另一个方面，一种使用具有环面形反射器的地面站天线进行无线通信的方法，所述环面形反射器沿着在所述反射器前方的聚焦弧具有多个馈点，所述方法包括通过沿着所述聚焦弧来旋转收发机馈源，同时地追踪上升卫星以及下落卫星。所述收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上。所述方法还包括向所述收发机馈源无线供电。所述方法还包括在所述收发机馈源与基本单元之间无线地传输信号，以执行后续处理。
根据本公开内容的另一个方面，一种被配置为使用具有环面形反射器的地面站天线来进行无线通信的计算机程序产品，所述环面形反射器沿着在所述反射器前方的聚焦弧具有多个馈点，所述计算机程序产品包括具有记录于其上的程序代码的非临时性计算机可读介质。所述程序代码包括用于通过沿着所述聚焦弧来旋转收发机馈源来同时追踪上升卫星和下落卫星的程序代码。所述收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上。所述程序代码还包括用于向所述收发机馈源无线供电的代码。所述程序代码还包括用于在所述收发机馈源与基本单元之间无线地传输信号，以执行后续处理的代码。
这已经相当广泛地概括了本公开内容的特征和技术优点，以便可以更好地理解接下来的详细描述。以下将描述本公开内容的额外特征和优点。本领域技术人员应当理解的是，本公开内容可以容易地被用作用于修改或设计用于执行本公开内容相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等同的构造没有脱离如所附权利要求书中阐述的本公开内容的教导。当结合附图来考虑时，根据以下的描述，将更好地理解被认为是本公开内容的特性的新颖性特征(关于其组织和操作方法二者)以及进一步的目的和优点。然而，将要明确地理解的是，附图中的每个附图仅是出于说明和描述的目的而被提供的，并且不旨在作为对本公开内容的限制的限定。
附图说明
为了更完整地理解本公开内容，现在结合所附附图来引入以下描述。
图1是示出了赋形反射器天线的示图。
图2是示出了根据本公开的方面的赋形反射器天线的示图。
图3是示出了示例性无线通信系统的示图，在所述示例性无线通信系统中，可以有利地采用本公开内容的方面。
图4是示出了根据本公开的一个方面的过程图的框图。
具体实施方式
下面结合附图所阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不旨在表示可以实践本文描述的概念的唯一配置。出于提供对各种概念的透彻理解的目的，详细描述包括特定细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不具有这些特定细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，以框图的形式显示公知的结构和组件，以避免模糊这些概念。如本文中所描述的，对术语“和/或”的使用旨在表示“包容性的或”，而对术语“或”的使用旨在表示“排他性的或”。
抛物面反射器提供窄的波束宽度和更高的增益，并且被定向为维持与卫星的通信。对反射器的移动可以利用用来移动大型重型的天线碟形结构的昂贵而复杂的万向机械驱动系统来执行。另外，对于固定的相控阵天线的解决方案，随着波束从瞄准方向扫描离开，波束图案形状失真或变宽，使得很难满足由诸如联邦通信委员会(FCC)或国际电信联盟(ITU)等各种管理机构征集的卫星通信(SATCOM)地面站天线的图案规范。
根据本公开内容的方面，提供了一种特殊形状的固定反射器天线或赋形反射器天线。所述赋形反射器天线允许高品质的可双重同时扫描天线波束。在一种配置中，所述赋形反射器天线的性能独立于波束扫描角度。另外，赋形反射器天线的这种构造是以与诸如复杂万向机械驱动系统和/或固定的相控阵天线解决方案等其他系统相比而言较低的成本和复杂性来实现的。
图1是示出了赋形反射器天线的示图。在这种配置中，天线100包括反射器102、元件104和结构106，其可以用于与卫星108通信。反射器102可以是抛物面的，从而元件104可以放置在或接近反射器102(例如，抛物面反射器)的焦点，以创建聚焦的波束图案110。如果卫星108是对地同步的(或对地静止)，则结构106仅仅支撑该天线100。然而，如果卫星108沿路径112移动，则天线100移动以保持聚焦的波束图案110方向与卫星108的路径112大致匹配。
结构106可以包含将聚焦的波束图案110移动到第一位置114和第二位置116，以维持天线100与卫星108之间的通信的机械/电气设备。随着天线100的增益和定向规范(pointingspecification)增加，结构106变得极其昂贵。随着在系统中追踪多颗卫星，通信成本变得更加昂贵。
图2示出了根据本公开内容的方面的天线200，所述天线200包括赋形天线反射器202。在这种配置中，赋形天线反射器202选择性地由馈源喇叭(feedhorn)204和馈源喇叭206来照射，所述馈源喇叭204和馈源喇叭206耦合到可动馈源板208。所述馈源喇叭204和206可以是收发机、接收机、或发射机，或通过双工器或其他信号分离/组合装置耦合到收发机、接收机和发射机。可动馈源板208可以由电机驱动器210来移动。电机驱动器210可以耦合到电源230，或耦合到另一个电源(未示出)。可动馈源板208可以绕轴线212旋转。
随着可动馈源板208绕轴线212旋转或以另一种方式移动，馈源喇叭204和馈源喇叭206选择性地定向在赋形天线反射器202。馈源喇叭204和馈源喇叭206的电气中心或瞄准线或另一对准形式可以定向在(例如，“照射”或“照亮”)赋形天线反射器202。可替代地，由于它们在可动馈源板208上的位置，馈源喇叭204或206中的一个或多个可以被定向为远离赋形天线反射器202。通过设计赋形天线反射器202的形状，馈源喇叭204和馈源喇叭206可以各自创建用于通信的天线波束。由于可动馈源板208移动馈源喇叭204和馈源喇叭206，并从而移动馈源喇叭204和206的电气中心或瞄准线，因此由馈源喇叭创建的天线波束也移动。在本公开内容中的天线波束的移动类似于图1中所描述的聚焦的波束图案110的移动，而不具有用来移动赋形天线反射器202的昂贵的结构(例如，结构106)。与天线100中的多个天线相比，天线200的成本可以降低。
反射器202可以是偏置馈源反射器或主焦点反射器。主焦点反射器具有直接在反射器202前面的馈源喇叭204和206。主焦点反射器可能导致波束图案的一定程度的劣化。在可动馈源板208旋转以照射反射器202的情况下，如果反射器202是主焦点反射器，则可能存在更多的可能在使用天线200的系统中不可接受的图案失真。为了减少图案失真，本公开内容的一个方面可以使用偏置馈源反射器202，其中，馈源喇叭204和206从反射器202的轴线偏置。这减少了馈源喇叭204和206对反射器孔径的阻挡，增加了天线200在各个角度获得高质量波束的能力。
通过使用例如中地球轨道(MEO)卫星的基本上可预测的轨道，赋形天线反射器202可以成形为使得赋形天线反射器202的焦点(例如，聚焦线、或多个焦点)大致与正在与其进行通信的MEO卫星的路径相匹配。在本公开内容的一个方面，赋形天线反射器202根据环形来设置，为天线200提供连续的通信。在一种配置中，赋形天线反射器202(例如，环面形)被设计为具有足够量的长度214，以允许馈源喇叭204和馈源喇叭206在天线200的位置的可见的地平线上追踪卫星。
本公开内容一个方面的赋形天线反射器202提供了沿着赋形天线反射器202的圆弧设置的多个焦点202。赋形天线反射器202的形状也可以被设计为使得馈源喇叭204和馈源喇叭206在圆弧中行进。此外，赋形天线反射器202可以是偏置的，这意味着天线波束被指向天线200的聚焦点平面之外。这使得馈源喇叭204和馈源喇叭206能够避免阻挡赋形天线反射器202的孔径，得到改善的增益和图案旁瓣特性。由于赋形天线反射器202是环面形的，因此无论馈源喇叭204和馈源喇叭206在弧形上的位置如何，天线200的波束形状可以保持相同。
随着馈源喇叭204的照射经由可动馈源板208的转动而横贯(traverse)赋形天线反射器202的长度214，馈源喇叭204与之进行通信的卫星开始接近地平线。通过在可动馈源板208上将馈源喇叭204和馈源喇叭206适当地间隔开，随着另一颗卫星出现在天线200的视域中，馈源喇叭206可以通过照射赋形天线反射器202而开始与该卫星通信。由馈源喇叭206提供的照射可能与由馈源喇叭204提供的照射相重叠；然而，由于赋形天线反射器202的长度214，馈源喇叭204和馈源喇叭206可以照射赋形天线反射器202的不同部分。
随着馈源喇叭206和卫星之间的通信链路变的可用，可以开始从由馈源喇叭204支持的通信链路至现在从馈源喇叭206可用的通信链路的切换。其结果是，由天线200支持的通信链路本质上可以是连续的。随着馈源喇叭204与之进行通信的卫星开始离开视天线200的视域(例如，开始接近地平线、或由馈源喇叭204支持的通信链路开始降级)，馈源喇叭206可以处理天线200的通信链路。随后馈源喇叭206照射赋形天线反射器202的长度214，并且可动馈源板208旋转以维持馈源喇叭206的通信链路。这允许馈源喇叭206跟随(例如，“追踪”)卫星以保持卫星通信。
以类似的方式，随着馈源喇叭206与之进行通信的卫星开始离开天线200的视域，馈源喇叭204旋转回来。馈源喇叭204的旋转可以通过调节可动馈源板208来执行，以启动向即将进入视域的卫星的另一个切换程序，从而保持天线200的连续通信。可动馈源板208可以以穿过可动馈源板208的中心的轴线来转动。馈源喇叭204和206中的每个可以在距离该板的中心相同半径的固定位置处。馈源喇叭204和206在与反射器202的聚焦弧相同的弧上旋转，以确保适当的聚焦。馈源喇叭可以在圆弧上旋转。馈源喇叭204和206可以以距可动馈源板208的中心一定的半径而位于可动馈源板208上，该半径与所述圆弧吻合。
馈源喇叭204和馈源喇叭206可以在可动馈源板208上的固定位置处，或可以是在位置和照射角度方面是相对于赋形天线反射器202可调节的。馈源喇叭204和馈源喇叭206的可调节性可以允许与天线200通信的卫星的轨道动力学(orbitdynamic)中的轻微不同。该可调节性还可以允许适应额外的卫星通信系统。此外，向可动馈源板208添加更多的馈源喇叭可以允许额外的通信链路，和/或可以减少由天线200规定的视场。还可以存在可以以不同速度旋转的多个可动馈源板208。所述多个可动馈源板208可以用于与不同的卫星108或不同的卫星通信系统进行通信，以支持天线200的额外的通信链路。
为了给馈源喇叭204和馈源喇叭206提供功率，以及提供馈源喇叭204和206与其他电子设备之间的信号交互，可动馈源板208可以包括充电回路216和功率接口218。充电回路216是存在于固定板220和可动馈源板208上的回路。充电回路216可以用于为向可动馈源板208上的设备供电的电池充电。该电池可以位于功率接口218中。
功率接口218可以直接向可动馈源板208上的设备供电。可动馈源板208上的充电回路216从电源230和功率接口218接收功率。充电回路216还可以通过调制充电功率来传递信号。这些信号将处于低数据速率，例如，使用具有<100KHz的带宽的6.78MHz载波。经过充电回路216和/或功率接口218的这些信号可以用于低数据速率通信，例如健康状态监测、内置测试、喇叭对准、或控制信号。
充电回路216允许来自固定板220的功率(以及可能的低数据速率信号)无线传送到馈源喇叭204和馈源喇叭206。充电回路216还可以向可动馈源板208上的电子设备222或其它设备提供功率。充电回路216可以利用感应线圈、滑环和/或其他功率/信号互连来实现。功率接口218可以利用电池、功率转换器、或其他电源组件来实现。可动馈源板208和固定板220之间的功率传送的任意方式被设想为在本公开内容的范围之内。
由馈源喇叭204和206接收的和/或发送的电子信号可以被转换成更易于在可动馈源板208和固定板220之间发送的频率。例如，该电子信号可以从较高的频率转换到较低的频率(“下变频”)(其可以是中频(IF))或更低的频率(“基带”)。通过使用个域网(PAN)(例如，蓝牙)、无线局域网(WLAN)(例如，WiFi)、或附接到馈源喇叭204和206的其他收发机、或者可以是可动馈源板208上的其它电子设备222的一部分的其他收发机，这些信号可以在可动馈源板208与固定板220通过无线传输之间传递。电子设备222可以包括诸如PAN或WLAN收发机等无线收发机，其可以以无线方式与位于远离可动馈源板208的一个或多个固定的电子设备228通信。固定的电子设备228可以位于固定板220上，或系统内的其它地方。然后，这些固定的电子设备228可以在固定板220与计算机224之间传送信号，或者可以将信号传送到其他基本单元，以向其他设备提供通信链路。
来自可动馈源板208的信号和功率经由充电回路216、功率接口218、和/或电子设备222和固定的电子设备228无线传送到固定板220，这消除了可动馈源板208与固定板220之间的固定的导线连接。这使得可动馈源板208能够自由地旋转，而不用考虑可能约束可动馈源板208不能在单方向上旋转太多度的、缠结的导线或其他限制性对象。如果例如一定长度的导线用于向馈源喇叭204和馈源喇叭206供电，最终，可动馈源板208的旋转将围绕可动馈源板208的轴线212将导线缠结。这将阻止天线200与卫星保持连续的通信，因为可动馈源板208必须“复位”以将导线解开。此外，如果可动馈源板208与固定板220之间的导线或其他信号/功率运载设备在可动馈源板208的过度旋转时损坏，则这样的限制可能导致天线200不可操作。
在这种配置中，固定板220与可动馈源板208二者的轴线对齐。充电回路216和功率接口218放置在可动馈源板208中/上，并且类似的结构可以放置在固定板220中/上。对固定板220与可动馈源板208之间的间隔进行设计，并往往将其最小化，从而可以高效率(例如，大于90％的效率)地传送来自充电回路216和功率接口218的功率。可以对固定板220与可动馈源板208之间的功率进行纠正、调节，以及将其用于向电子设备222、馈源喇叭204和206供电，或用于给电池充电或向可动馈源板208上的功率接口218供电。
固定板220与可动馈源板208之间的功率传送允许馈源喇叭204和馈源喇叭206照射反射器202，并根据需要与卫星通信。电机驱动器210根据需要来移动该可动馈源板208以追踪卫星。
在一些卫星系统中，馈源喇叭204与馈源喇叭206之间的角距离被固定在一定的角度，该角度可能是八十度。然而，本公开内容并不受限于馈源喇叭204和馈源喇叭206之间的角距离。此外，馈源喇叭204和206可以具有小的调节电机，以在方位角和仰角上调节由天线200生成的波束图案。通过上下移动馈源喇叭204和馈源喇叭206，或将其移动至距离赋形天线反射器202更近或更远，所得到的反射天线波束图案随着天线波束从赋形天线反射器202反射而发生变化。可以采用馈源喇叭204和206相对于彼此的移动来抵消反射器202的偏置、卫星108的轨道变化的影响(或出于其他原因)，以调节天线200与其它卫星108进行通信。
具有存储器226的计算机224，可以连接到电机驱动器210和/或电连接到馈源喇叭204和馈源喇叭206或电子设备222或固定电子设备228。计算机224可以经由来自存储器226的指令或经由其他方式来控制电机驱动器210，以控制可动馈源板208的旋转和/或馈源喇叭204与馈源喇叭206的移动。计算机224可以经由存储器226或其他系统来控制电子设备222和/或固定电子设备228的发射、接收、切换、或其他信号处理功能。计算机224可以从电子设备222和/或228接收数据信号。所述计算机可以以无线方式或通过有线连接到固定电子设备228来从固定电子设备228接收数据信号。
用于多波束环面形反射器天线的传统方法可以使用沿着圆形馈送弧放置在固定位置处的多个馈源喇叭。为了追踪移动的卫星，在多个馈源喇叭之间发生射频(RF)切换。然而，传统方法针对馈源喇叭使用大孔径尺寸以在天线反射器表面上生成适当的照射。波束位置可以由圆形聚焦弧上的给定的馈源喇叭204或206的物理位置来决定。然而，每个馈源喇叭204或206以降低针对馈源喇叭204或206的溢出损失的方式，以有限宽度或直径的波束来照射反射器202。馈源喇叭204和206的物理宽度或尺寸确定馈源喇叭204和206可以相对于彼此放置地多近。因此，物理尺寸影响波束可以在角度上间隔多近。在一般情况下，馈源喇叭204和206及其波束，无法在具有固定的馈源喇叭位置的情况下彼此间隔得足够近来避免当卫星运行在一个馈源喇叭204的波束峰值与来自下一个相邻喇叭206的波束峰值之间时的覆盖漏洞。针对对移动的卫星的持续追踪困难，该相关方法使得实现相邻波束之间的精细角度间隔。
本公开内容通过使用小型的具有齿轮的廉价电机，避免了相关技术中的不足。对于电机驱动器210，本公开内容可以采用直接驱动电机，或者如果需要的话可以使用离轴齿轮驱动电机。例如电机驱动器210或其它小型电机可以用于移动馈源喇叭204和馈源喇叭206，以调节馈源喇叭204和馈源喇叭206的位置。与移动在常规扫描反射器系统中的大得多的天线反射器相比，移动馈源板208的质量和/或馈源喇叭204与馈源喇叭206的质量要小得多并且轻得多。
根据本公开内容的一个方面，天线200实现馈源喇叭204和馈源喇叭206在方位角取向上的多个360度旋转。即使对可动馈源板208上的馈源喇叭204和206的相对角度位置进行调节，该移动也基本上降低至简单的圆周运动。本公开内容的这个方面还可以降低卫星追踪算法的复杂度。此外，本公开内容的一个方面包括低成本以及小尺寸的机械操纵系统，其也是轻重量的，并且使用廉价的电机驱动器。相比于(如在其他系统)使用两个机械操纵的碟形天线，还提供了针对多个天线波束的单孔径系统。还可以在与切换的馈送抛物面反射器或相控阵方法相比不具有波形失真或增益降低的情况下执行广角扫描。
在一个方面，本公开内容采用在可动馈源板208旋转时位于距反射器202固定距离的馈源喇叭204和206。反射器202的焦点的曲线或圆弧至少大致与距离反射器202固定距离的圆周相匹配。该圆弧是馈源喇叭204和206的电气中心所放置的地方，这允许馈源喇叭204和206适当地照射反射器202。能够沿着圆形聚焦曲线来将馈源喇叭204和206移动少量度数的小型电机可以作为用于改变馈源喇叭204和206之间的相对角度或微调馈源喇叭204和206的焦点(即，电气中心的放置)的“游标”。馈源喇叭204和206也可以在仰角上小量地移动。通过在仰角上移动所述馈源喇叭204和206，主波形可能会失真，但在仰角上的这种移动可以抵消反射器202的任意偏置反射特性。
天线200可以通过使两个收发机模块而不是二十或三十个收发机模块用于切换的波束反射器或有源相控阵，来减少波束成形或操纵射频(RF)电子设备。另外，简单的、精确的扫描技术可以使用简单的连续的圆形(CC)图案而不是必须实现快速追溯模式。另外，使用用于数据和功率的无线接口避免了电缆与电缆缠绕或绑在一起。另外，由于没有移动电气连接，这将导致更好的可靠性。在一种实现方式中，赋形天线反射器202的环面形反射器可以在具有相同增益的情况下，在尺寸上改变为比抛物面碟的尺寸更大或更小。
图3是示出了示例性无线通信系统300的示图，在所述示例性无线通信系统300中，可以有利地使用本公开内容的方面。在本公开的该方面，天线200与沿着轨道304行进的一个或多个卫星302通信。轨道304可以是中地球轨道、低地球轨道，或者使得卫星302移过天线200的视域的任意轨道。卫星302在下行链路(反向链路)304和上行链路(前向链路)306上与天线200通信。
天线200还与接口310通信。接口310可以是蜂窝电话基站、蜂窝电话塔、陆线电话线、或任何其他通信转发器或其它通信系统。接口310经由上行链路312和下行链路320与天线200通信。接口310还经由上行链路318和下行链路320与设备316通信。设备316可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数据助理)、启用GPS的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置的数据单元(诸如仪表读取设备)、或存储或取回数据或计算机指令的其它设备、或其组合。
在这种配置中，设备316可以通过接口310和天线200连接到互联网或通信链路322和324中的其它链路。设备316可以经由链路326和328与天线200直接通信。如图3所示，设备316可以连接到由卫星302提供的任何通信链路322和/或324。由于天线200可以追踪卫星302中的多个卫星(例如，如关于图2所描述的)，因此天线200可以通过天线200处的切换程序持续地连接到通信链路322和/或324。
图4是根据本公开内容的另一个方面，示出了一种使用具有环面形反射器的地面站天线进行无线通信的方法400的流程图，所述环面形反射器沿着在所述反射器前方的聚焦弧具有多个馈点。在框402处，通过沿着所述反射器前方的聚焦弧来旋转多个收发机馈源，来同时追踪上升卫星以及下落卫星。在这种配置中，收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上。在框404处，向所述收发机馈源无线供电。例如，图2示出了可以通过使用功率接口218或充电回路216来执行无线供电。无线功率传送可以以低于15MHz的频率发生。
再次参照图4，在框406处，在收发机馈源与基本单元之间无线地传输信号，以用于后续处理。例如，图2示出了通过无线通信技术，将来自安装在可动馈源板208上的电子设备222的信号经由固定的电子设备228传送到固定板220。功率也可以经由充电回路216和功率接口218来传输。充电回路216和功率接口218可以利用感应线圈、滑环和/或无线连接来实现。
在本公开内容的一种配置中，一种地面站天线包括用于在沿着聚焦弧的多个馈点上反射信号的单元。反射单元可以是馈源喇叭204和馈源喇叭206，或被配置为执行由所述反射单元所引出的功能的其他单元。在这种配置中，地面站天线还包括用于同时地追踪上升卫星以及下落卫星的单元。在本公开的一个方面中，追踪单元可以是赋形天线反射器202，或被配置为执行由追踪单元所引出的功能的其它单元。地面站天线还包括用于沿着聚焦弧来旋转所述追踪单元的单元。旋转单元可以是可动馈源板208和/或电机驱动器210，或被配置为执行由旋转单元所引出的功能的其它单元。
地面站天线还包括用于向追踪单元无线供电的单元。供电单元可以是充电回路216和/或电源接口218，或被配置为执行由所述供电单元所引出的功能的其它单元。地面站天线还包括用于将来自追踪单元的信号无线传输到基本单元的单元。通信单元可以是电子设备222，或被配置为执行由所述无线通信单元所引出的功能的其它单元。在另一个方面，前述单元可以是被配置为执行由前述单元引出的功能的任何模块或任何设备。
针对对本公开内容的一部分的固件和/或软件实现方式，这些方法可以利用执行本文描述的功能的模块(例如，程序、功能单元等等)来实现。有形地体现指令的机器可读介质可以用于实现本文描述的方法。例如，软件代码可以存储在存储器中并可由处理器单元执行。存储器可以在处理器单元内实现或外置于处理器单元。如本文所使用的，术语“存储器”指的是长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器类型，并且不被受限于特定类型的存储器或存储器的数量，或存储器被存储于其上的介质类型。
如果在固件和/或软件中实现，则功能可以存储为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。例子包括利用数据结构来编码的计算机可读介质，以及利用计算机程序来编码的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是计算机能够访问的可用介质。通过举例而非限制的方式，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的其它介质；如本文中所使用的，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。
除了计算机可读介质上的存储器，可以将指令和/或数据存储提供为在通信装置中包括的传输介质上的信号。例如，通信装置可以包括具有用于指示指令和数据的信号的收发机。指令和数据被配置为使得一个或多个处理器实现权利要求书中概括的功能。
虽然已经详细描述了本公开内容及其优点，但应当理解的是，可以在不脱离由所附权利要求限定的、本公开内容的方法的情况下，在本文中做出各种变化、替换和更改。例如，相对于基底或电子设备使用的关系术语，诸如“上方”和“下方”。当然，如果基底或电子设备被翻转，则上方变为下方，反之亦然。另外，如果是面向侧向的，则上方和下方可以指的是基底或电子设备的两侧。此外，本申请的范围并不旨在限于对本说明书中描述过程、机器、产品、物质的组合物、单元、方法和步骤的特定配置。如本领域的普通技术人员将易于从本公开内容理解的，可以根据本公开内容，使用当前存在或以后要开发的、执行与本文中描述的相应配置基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的过程、机器、产品、物质的组合物、单元、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这种过程、机器、产品、物质的组成、单元、方法或步骤。

Claims (19)

1.一种地面站天线，包括：
环面形反射器，沿着在所述反射器前方的聚焦弧具有多个馈点；
多个收发机馈源，所述多个收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上并且由旋转馈送平台支撑，所述多个收发机馈源被配置为当所述平台旋转时同时追踪上升卫星以及下落卫星；
无线功率接收机，耦合到所述多个收发机馈源，以向所述收发机馈源供电；以及
无线信号接口，耦合到所述多个收发机馈源，以与基本单元传输信号，来执行后续处理。
2.根据权利要求1所述的地面站天线，还包括：转换器，耦合到所述多个收发机馈源，以在与所述基本单元通信之前将接收到的信号转换为较低频率的信号。
3.根据权利要求2所述的地面站天线，其中，所述较低频率的信号是中频信号。
4.根据权利要求2所述的地面站天线，其中，所述较低频率的信号是基带信号。
5.根据权利要求1所述的地面站天线，其中，所述多个收发机馈源同时追踪在大约80度上的上升卫星以及下落卫星。
6.根据权利要求1所述的地面站天线，其中，所述无线信号接口使用无线局域网(WLAN)、个域网(PAN)、局域网和/或广域网设备来进行通信。
7.根据权利要求1所述的地面站天线，其中，所述无线功率接收机经由具有充电回路的固定板来耦合到所述多个收发机馈源。
8.一种地面站天线，包括：
用于在沿着聚焦弧的多个馈点上反射信号的单元；
用于同时追踪上升卫星以及下落卫星的单元；
用于沿着所述聚焦弧来旋转所述追踪单元的单元，所述旋转单元耦合到所述追踪单元；
用于向所述追踪单元无线供电的单元；以及
用于将来自所述追踪单元的信号无线传输到基本单元以执行后续处理的单元。
9.根据权利要求8所述的地面站天线，还包括用于在与所述基本单元通信之前将接收到的信号转换为较低频率的信号的单元。
10.根据权利要求9所述的地面站天线，其中，所述较低频率的信号是中频信号。
11.根据权利要求9所述的地面站天线，其中，所述较低频率的信号是基带信号。
12.根据权利要求8所述的地面站天线，其中，所述追踪单元覆盖大约80度。
13.根据权利要求8所述的地面站天线，其中，所述通信单元包括无线局域网(WLAN)、个域网(PAN)、局域网和/或广域网设备。
14.一种使用具有环面形反射器的地面站天线进行无线通信的方法，所述环面形反射器沿着在所述反射器前方的聚焦弧具有多个馈点，所述方法包括：
通过沿着所述聚焦弧来旋转多个收发机馈源，来同时追踪上升卫星以及下落卫星，所述多个收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上；
向所述多个收发机馈源无线供电；以及
在所述多个收发机馈源与基本单元之间无线地传输信号，以执行后续处理。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在与所述基本单元通信之前将在所述多个收发机馈源处接收到的信号转换为较低频率的信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述较低频率的信号是中频信号或基带信号。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，追踪所述上升卫星以及下落卫星覆盖大约80度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，无线通信信号传输是使用无线局域网(WLAN)、个域网(PAN)、局域网和/或广域网协议来执行的。
19.一种使用具有环面形反射器的地面站天线来提供无线通信的计算机程序产品，所述环面形反射器沿着在所述反射器前方的聚焦弧具有多个馈点，所述计算机程序产品包括：
非临时性计算机可读介质，其上记录有程序代码，所述程序代码包括：
用于通过沿着所述聚焦弧来旋转多个收发机馈源来同时追踪上升卫星以及下落卫星的程序代码，所述多个收发机馈源的电气相位中心位于所述聚焦弧上；
用于向所述多个收发机馈源无线供电的程序代码；以及
用于在所述多个收发机馈源与基本单元之间无线地传输信号以执行后续处理的程序代码。
CN201480054673.3A 2013-10-04 2014-09-19 用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线 Active CN105594060B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/046,662 2013-10-04
US14/046,662 US9766345B2 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Low cost cableless ground station antenna for medium earth orbit satellite communication systems
PCT/US2014/056672 WO2015084464A2 (en) 2013-10-04 2014-09-19 Low cost cableless ground station antenna for medium earth orbit satellite communication systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105594060A true CN105594060A (zh) 2016-05-18
CN105594060B CN105594060B (zh) 2019-02-15

Family

ID=52776518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480054673.3A Active CN105594060B (zh) 2013-10-04 2014-09-19 用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9766345B2 (zh)
EP (1) EP3053221A2 (zh)
JP (1) JP6297679B2 (zh)
KR (1) KR101864208B1 (zh)
CN (1) CN105594060B (zh)
WO (1) WO2015084464A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115037359A (zh) * 2017-09-29 2022-09-09 星网有限责任公司 无线电通信系统和创建无线电通信路由的方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3171456B1 (en) * 2014-08-14 2021-10-06 Huawei Technologies Co., Ltd. Beam scanning antenna, microwave system and beam alignment method
EP3278397A1 (en) 2015-04-03 2018-02-07 Qualcomm Incorporated Low cost cableless ground station antenna for medium earth orbit satellite communication systems
CN107689480B (zh) * 2017-07-26 2020-09-18 北京空间飞行器总体设计部 高轨遥感卫星测控天线增益凹区在轨有效规避方法
US11115116B2 (en) * 2017-08-22 2021-09-07 eSAT Global, Inc. Low data volume satellite communication system
US11349561B2 (en) 2017-08-22 2022-05-31 eSAT Global, Inc. Low data volume satellite communication system
US11063661B2 (en) * 2018-06-06 2021-07-13 Kymeta Corporation Beam splitting hand off systems architecture
WO2020104652A1 (de) * 2018-11-23 2020-05-28 Technische Universität Wien Verfahren und antennenanordnungen um funkkanäle statisch zu halten
CN109904586B (zh) * 2019-04-03 2021-02-12 北京环境特性研究所 一种波束宽度可变天线及其波束快速调控方法
WO2023017249A1 (en) * 2021-08-07 2023-02-16 Techapp Consultants Limited Antenna systems

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3852763A (en) * 1970-06-08 1974-12-03 Communications Satellite Corp Torus-type antenna having a conical scan capability
CN2150630Y (zh) * 1993-03-15 1993-12-22 易正鸿 多波束、偏馈、三维、多极化卫星电视接收天线
FR2701169A1 (fr) * 1993-02-02 1994-08-05 Telediffusion Fse Réflecteur d'antenne à diffraction pour plusieurs faisceaux de télécommunications.
US6538612B1 (en) * 1997-03-11 2003-03-25 Lael D. King Satellite locator system
EP1536517A1 (en) * 2003-11-28 2005-06-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Lens antenna apparatus
DE102007056329A1 (de) * 2007-11-22 2009-05-28 Robert Bosch Gmbh Winkelauflösender Radarsensor
US20100259447A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 Raytheon Company Wireless power transmission system and method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS576281B1 (zh) * 1970-06-08 1982-02-04
US3993999A (en) * 1975-05-16 1976-11-23 Texas Instruments Incorporated Amplitude modulation scanning antenna system
JPS62154905A (ja) * 1985-12-27 1987-07-09 Nec Corp マルチビ−ムアンテナ
CN1078332A (zh) * 1992-04-30 1993-11-10 韩邦杰 一种同时接收多颗卫星信号的抛物面天线系统
JP2885170B2 (ja) * 1996-02-23 1999-04-19 日本電気株式会社 反射鏡アンテナ
US5990826A (en) * 1997-10-07 1999-11-23 Rockwell Science Center, Inc. Interbuilding and urban canyon extension solution for global positioning systems
JP3845830B2 (ja) * 1998-09-04 2006-11-15 Ｄｘアンテナ株式会社 マルチビームアンテナ
US6678520B1 (en) 1999-01-07 2004-01-13 Hughes Electronics Corporation Method and apparatus for providing wideband services using medium and low earth orbit satellites
US6195037B1 (en) 1999-06-01 2001-02-27 Motorola, Inc. Method and apparatus for increased system capacity using antenna beamforming
DE19945062A1 (de) 1999-09-20 2001-04-12 Daimler Chrysler Ag Reflektor mit geformter Oberfläche und räumlich getrennten Foki zur Ausleuchtung identischer Gebiete, Antennensystem und Verfahren zur Oberflächenermittlung
JP2002280801A (ja) 2001-03-16 2002-09-27 Mitsubishi Electric Corp アンテナ装置及び導波管回転結合器
KR101045809B1 (ko) * 2009-05-25 2011-07-04 (주)하이게인안테나 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치
US8913952B2 (en) 2010-05-18 2014-12-16 University Of South Carolina Wireless power transfer to embedded sensors
EP2408059A1 (en) 2010-07-13 2012-01-18 Gilat Satellite Networks, Ltd. Satellite tracking method and apparatus thereof
EP2747193A1 (en) 2012-12-19 2014-06-25 BlackBerry Limited Method and system for antenna alignment

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3852763A (en) * 1970-06-08 1974-12-03 Communications Satellite Corp Torus-type antenna having a conical scan capability
FR2701169A1 (fr) * 1993-02-02 1994-08-05 Telediffusion Fse Réflecteur d'antenne à diffraction pour plusieurs faisceaux de télécommunications.
CN2150630Y (zh) * 1993-03-15 1993-12-22 易正鸿 多波束、偏馈、三维、多极化卫星电视接收天线
US6538612B1 (en) * 1997-03-11 2003-03-25 Lael D. King Satellite locator system
EP1536517A1 (en) * 2003-11-28 2005-06-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Lens antenna apparatus
DE102007056329A1 (de) * 2007-11-22 2009-05-28 Robert Bosch Gmbh Winkelauflösender Radarsensor
US20100259447A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 Raytheon Company Wireless power transmission system and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115037359A (zh) * 2017-09-29 2022-09-09 星网有限责任公司 无线电通信系统和创建无线电通信路由的方法
CN115037359B (zh) * 2017-09-29 2024-03-29 星网有限责任公司 无线电通信系统和创建无线电通信路由的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015084464A3 (en) 2015-08-06
KR101864208B1 (ko) 2018-06-04
EP3053221A2 (en) 2016-08-10
CN105594060B (zh) 2019-02-15
US9766345B2 (en) 2017-09-19
WO2015084464A2 (en) 2015-06-11
KR20160065156A (ko) 2016-06-08
JP2016535473A (ja) 2016-11-10
JP6297679B2 (ja) 2018-03-20
US20150097727A1 (en) 2015-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105594060A (zh) 用于中地球轨道卫星通信系统的低成本无缆地面站天线
US9991948B2 (en) Low cost cableless ground station antenna for medium earth orbit satellite communication systems
CN108140943B (zh) 低成本卫星用户终端天线
CN106712866B (zh) 一种动中通端站系统及系统的跟踪方法
CN106954223B (zh) 一种动中通端站系统及动中通端站系统的通信方法
WO2014007057A1 (ja) 無線給電システム、送電装置及び受電装置
JP2019520729A (ja) 静止衛星スペクトルの再使用を伴う通信のための地球低軌道衛星コンステレーション
WO2016200454A2 (en) Method and apparatus for satellite user terminal antenna pointing
US20080045146A1 (en) Systems and methods for establishing modular and flexible satellite communications networks
US8713324B2 (en) Systems and methods for tracking mobile terrestrial terminals for satellite communications
JP6811155B2 (ja) Ｏａｍ多重通信システムおよびアンテナ軸ずれ補正方法
CA2925575A1 (en) Ground-based satellite antenna pointing system
US10069339B2 (en) Wireless power feeding method and wireless power feeding device
US10270164B2 (en) Systems and methods for beam direction by switching sources
KR102153441B1 (ko) 다중대역 선택가능 피드를 구비하는 트래킹 안테나 시스템
CA2634338A1 (en) Systems and methods for establishing modular and flexible satellite communications networks
CN102956988A (zh) 一种移动卫星电视接收系统
JP6097488B2 (ja) 人工衛星システム
CN106990516B (zh) 星载激光通信广角指向装置
US11894899B1 (en) System for operating hybrid beamforming device
KR102039921B1 (ko) 위상배열 안테나 및 이를 이용한 무선전력 전송 시스템 및 방법
Srinivas Intersatellite Link Tracking Antenna Pointing Requirements

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant