CN110754016A - 卫星阵列架构 - Google Patents

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Abstract

卫星系统可以包括绕地球以轨道运行的一个或多个卫星。该一个或多个卫星可以具有支撑天线阵列的卫星总线。该天线阵列可以包括空间馈送阵列。每个空间馈送阵列可以具有天线馈送阵列和耦接到直接辐射阵列的内部阵列。该直接辐射阵列可以在与该空间馈送阵列相同的卫星频带中操作，或者可以使用上变频和下变频电路将在不同卫星频带中操作的直接辐射阵列通信地耦接到该空间馈送阵列。该卫星可以具有带角配件的周边壁，可以选择这些角配件以便为该卫星总线提供特定支腿强度。这可以减少有效载荷整流罩中的卫星的总体质量，同时容纳不同类型的天线阵列。

Description

卫星阵列架构
本申请要求于2017年8月8日提交的专利申请号15/672,122的优先权，该专利申请要求于2017年4月24日提交的临时专利申请号62/489,369的权益，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及通信，包括涉及用于通信网络的卫星系统和架构。
背景技术
通信系统通常使用卫星来传送数据。基于卫星的系统允许跨远距离(诸如海洋)无线传送信息。例如，基于卫星的系统可以用于将信息传送到基于陆地设备，诸如手持装置以及家庭或办公装置。另外，卫星通信系统可以用于在物理基础设施尚未安装的情况下提供覆盖和/或向未保持与基础设施资源进行附接的移动设备提供覆盖。
实现有效的基于卫星的通信系统可能是具有挑战性的。如果不注意，可能会使卫星部署效率低下，从而导致成本升高和地面覆盖欠佳。另外，如果将基于卫星的通信系统设计为服务于最高需求的时段或区域，则资源可能在较低需求的时段期间和/或具有较低需求的区域上保持空闲。此外，针对特定需求水平设计的常规的基于卫星的通信系统可能无法响应于更高的需求而动态地增加容量。
发明内容
卫星系统(或星群)可具有绕地球以轨道运行并与地面装置(诸如移动设备和/或位于家庭或办公室中的装置)通信的卫星。卫星可以包括卫星总线，该卫星总线尤其支撑一个或多个天线阵列。一个或多个天线阵列可包括一个或多个空间馈送阵列。空间馈送阵列可以具有天线馈送阵列和内部阵列。
空间馈送阵列的内部阵列可以(直接或间接)耦接到直接辐射阵列。直接辐射阵列可以在与空间馈送阵列相同的卫星频带中操作，或者可以在不同的卫星(或其他)频带中操作。在其中卫星被设置有在与空间馈送阵列不同的频带中操作的直接辐射阵列的配置中，上变频和下变频电路可以耦接在直接辐射阵列和空间馈送阵列之间。
波束形成和/或信号路由电路可以(直接或间接地)耦接到空间馈送阵列中的馈送阵列。波束形成和/或信号路由电路以及天线馈源阵列可以被容纳在卫星总线内，该卫星总线具有附接到角配件的周边壁。可以定制角配件以便为卫星总线提供定制的支腿长度、形状和强度。这可能有助于在有效载荷整流罩中形成嵌套卫星堆叠，并且有助于容纳具有不同类型的天线阵列的堆叠卫星。
附图说明
图1呈现了根据一些实施方案的具有卫星的示意性通信系统的图示。
图2呈现了根据一些实施方案的具有直接辐射阵列和内部阵列的示意性卫星的侧视图，该直接辐射阵列和内部阵列具有不同的尺寸并且可以使用不同的频带来进行操作。
图3呈现了根据一些实施方案的具有直接辐射阵列和内部阵列的示意性卫星的侧视图，该直接辐射阵列和内部阵列可以处理公共卫星频带中的卫星信号。
图4呈现了根据一些实施方案的示意性卫星总线的侧视图，该示意性卫星总线具有短支腿以容纳下面卫星总线上的短有效载荷。
图5呈现了根据一些实施方案的示意性卫星总线的侧视图，该示意性卫星总线具有高支腿以容纳下面卫星总线上的高有效载荷。
图6呈现了根据一些实施方案的具有支撑结构的卫星总线的堆叠的一部分的侧视图，这些支撑结构诸如支腿，其形状、尺寸和/或强度根据堆叠内的位置而变化。
图7呈现了示出根据一些实施方案的可用于形成卫星总线的结构的图示。
图8呈现了根据一些实施方案的具有处于收起配置的天线阵列的示意性卫星的侧视图。
图9呈现了根据一些实施方案的具有处于展开配置的天线阵列的图8的示意性卫星的侧视图。
图10呈现了根据一些实施方案的具有可比较尺寸的直接辐射阵列和内部阵列的示意性卫星的透视图。
图11呈现了根据一些实施方案的具有处于收起配置的其天线阵列的图10的示意性卫星的侧视图。
图12呈现了根据一些实施方案的装载有图10和图11所示类型的卫星的示意性航天器有效载荷整流罩的横截面侧视图。
图13呈现了根据一些实施方案的具有大于内部阵列的直接辐射阵列的示意性卫星的透视图。
图14呈现了根据一些实施方案的具有处于收起配置的其天线阵列的图13的卫星的侧视图。
图15呈现了根据一些实施方案的装载有图13和图14所示类型的卫星的航天器有效载荷整流罩的横截面侧视图。
图16呈现了根据一些实施方案的具有大于内部阵列的平铺直接辐射阵列的示意性卫星的透视图。
图17呈现了根据一些实施方案的具有处于收起配置的其天线阵列的图16的卫星的侧视图。
图18呈现了根据一些实施方案的装载有图16和图17所示类型的卫星的航天器有效载荷整流罩的横截面侧视图。
具体实施方式
通过示例而非限制的方式示出了包括附图的本公开。
通信网络可以包括一个或多个通信卫星和其他装置，包括基于地面的通信装置和用户终端(或用户装置(UE))。一个或多个卫星可以用于例如向便携式电子设备、家庭和/或办公装置、以及其他装置递送无线服务。例如，可以将无线服务提供给手持设备，可穿戴设备，机顶盒，媒体设备，移动终端，计算设备，传感器等。在图1中示出了具有卫星的示意性通信系统。如图1所示，系统10可以包括通信卫星22的一个或多个一个或多个星群。卫星22可以放置在围绕地球12的低地球轨道(LEO)(例如，在500-1500km的高度或其他合适高度)、地球同步轨道和/或中地球轨道(MEO)中的任何/全部中。卫星22可以形成具有一个或多个卫星组的卫星星群，这些卫星组具有不同类型的轨道，例如彼此同步以向用户群体(或地理区域)提供期望的覆盖量。在系统10的一个或多个卫星星群中可以存在任何合适数量的卫星22(例如，10-100个、1,000-10,000个、大于100个、大于1000个、小于10,000个等)。
卫星22可以向诸如电子设备18的设备递送无线服务。电子设备18可以包括手持设备和/或其他移动设备，诸如蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、手表和其他可穿戴设备、移动终端、无人机、机器人和其他便携式电子设备。电子设备18可以包括一个或多个相对较小的天线(例如，参见天线20A，其可以被包括在电子设备18中或者可以(直接或间接地)耦接到电子设备18)。另外，电子设备18可包括便携性较差的设备，诸如机顶盒、路由器、家庭基站或其他此类设备，并且可以具有一个或多个较大的天线(例如，参见天线20B，其可以包括在电子设备中或与之相关联，例如在家庭或办公中)。电子设备18可以位于地球上或上方的任何地方，例如，在陆地上、海上、或空中。由卫星22提供的服务可包括电话(语音)服务、宽带互联网访问、媒体分配服务(诸如卫星音频(卫星无线电和/或流音频服务)和卫星电视(视频))、数据通信、定位和/或其他服务。
系统10可以包括一个或多个网络操作中心(NOC)(诸如NOC 16)，其可以耦接到一个或多个网关(例如，网关14)。在系统10中可以存在任何合适数量的网关14(例如1-100个、大于10个、大于100个、小于1000个等)。网关14可以具有收发器，这些收发器允许网关通过无线链路20向卫星22发射无线信号并允许网关通过无线链路20从卫星22接收无线信号。无线链路20还可用于支持卫星22与电子设备18之间的通信。例如，在媒体分配操作期间，网关14可以通过上行链路(链路20中的一个)向给定卫星22发送流量，然后经由下行链路(链路20中的一个)将其路由到一个或多个电子设备18。网关14可以执行各种服务，包括为电子设备18供应媒体，在电子设备18和/或其他设备之间路由电话呼叫(例如，语音和/或视频呼叫)，为电子设备18提供互联网访问，和/或向电子设备18递送其他通信和/或数据服务。网关14可以经由卫星22和/或使用基于地面的通信网络彼此通信。
NOC 16可用于管理一个或多个网关14的操作和/或一个或多个卫星22的操作。例如，NOC 16可以监测网络性能并在必要时采取适当的纠正措施。在这些操作期间，NOC 16可以更新一个或多个卫星22和/或电子设备18的软件，可以调整卫星22的高度和/或其他轨道参数，可以指示一个或多个卫星22执行操作已调整卫星太阳能电池板和/或其他卫星部件，和/或可以其他方式控制和维护环绕地球12的卫星星群中的一个或多个卫星22。另外，在一些实施方案中，NOC 16还可以被配置为在一个或多个网关14上执行维护操作。
网关14、卫星22、NOC 16和电子设备18可以被配置为支持加密通信。例如，NOC 16和网关14可以使用加密通信来进行通信。类似地，网关14、卫星22和电子设备18可以使用加密通信来进行通信。当与网关14、卫星22和/或电子设备18通信时，这允许NOC 16发出安全命令并接收安全信息。在系统10内使用加密通信还允许电子设备18彼此安全地通信以及与网关14安全地通信，并且还允许网关14例如根据数字保护要求将媒体和/或其他信息安全地分配到电子设备18。
在系统10的操作期间，卫星22可以用作轨道中继站。例如，当网关14发射无线上行链路信号时，一个或多个卫星22可以将这些信号作为下行链路信号转发到一个或多个电子设备18。在一些实施方案中，一些电子设备18可以是仅接收设备，而其他电子设备18可以支持与卫星的双向通信。在电子设备18支持双向通信的情况下，电子设备18可以将无线信号发射到一个或多个卫星22，使得一个或多个卫星22可以将此信息中继到一个或多个适当目的地(例如，网关14、其他电子设备18等)。
卫星22可以支持任何合适的卫星通信频带(例如，IEEE频带)，诸如L频带(1-2GHz)、S频带(2-4GHz)、C频带(4-8GHz)、Ka频带(27-40GHz)、V频带(40-75GHz)、W频带(75-110GHz)、和/或适合于空间通信的其他频带(例如，高于1GHz、低于110GHz的频率和/或其他合适的频率)。其中卫星22支持C频带和/或V频带的示意性配置有时在本文中可以作为示例进行描述，但可以根据需要使用其他频带。
一些频率(例如，C频带频率和其他低频，诸如L频带和S频带频率)可穿透建筑物，并且因此可至少在某些时候适合与位于室内的电子设备进行通信，例如，手持式电子设备18(例如，移动并且有时可能在室内以及有时可能在室外的设备)和/或没有外部天线/接收器的电子设备18。其他频率(例如，V频带频率和其他高频，诸如Ka频带和W频带频率)无法轻易(或有效地)穿透建筑物，并且因此可适合于与具有外部天线/接收器(例如，天线20B)的电子设备18通信，这些外部天线/接收器安装在室外和/或另外具有到卫星22的视线路径。为了适应各种场景(例如，移动设备场景和家庭/办公场景)，卫星22可以例如包括C频带卫星(或其他低频带卫星，诸如L频带或S频带卫星)、V频带卫星(或其他高频带卫星，诸如Ka频带或W频带卫星)和/或双频带卫星(例如，支持C频带和V频带通信或其他低频带和高频带通信的卫星)。
卫星22可以使用任何合适类型的天线(例如，相控天线阵列、固定直接辐射阵列、可展开的直接辐射天线阵列、空间馈送阵列、反射器馈送阵列等)。基于空间馈送阵列的天线阵列有时在本文中被描述为示例，这些空间馈送阵列在被递送到空间时可以折叠成平坦收起轮廓。
在至少一些实施方案中，可折叠空间馈送阵列(有时称为空间馈送透镜阵列)用于馈送直接辐射阵列。直接辐射阵列可以在与空间馈送阵列相同的卫星频带中操作(例如，在V频带频率下)，或者可以在不同的卫星频带(例如，C频带频率)下操作。在其中直接辐射阵列以C频带频率操作的配置中，上变频和下变频电路可用于在空间馈送阵列的操作频率(在此示例中为V频带)和直接辐射阵列的操作频率(在此示例中为C频带)之间转换。通过为了空间馈送阵列将C频带信号转换为V频带，可以减小空间馈送阵列的尺寸(因为V频带空间馈送阵列可以比C频带空间馈送阵列占用更少的空间)。
图2呈现了具有可折叠(例如，可合拢)空间馈送阵列的示意性卫星的侧视图。如图2所示，卫星22可以具有诸如总线52的壳体结构。总线52可以具有主部分54，该主部分可包括固定的或可拆卸的向下延伸支腿56。总线52的形状可以是相对平坦的(例如，从侧面观察时是平面的并且是相对薄的)，具有多边形轮廓或其他合适的轮廓(例如，从上方观察时是六边形或八边形的占有区域)。总线52的平坦形状可以有助于堆叠。太阳能电池板58可以从总线52的侧面延伸并且可以用于给总线52供电。总线52可以被设置有化学推进系统、电气推进系统(例如，一组4-8个推进器，每个推进器具有相关联的离子化流体箱)、混合推进系统和/或一个或多个其他合适的推进系统中的任何/全部。
直接辐射天线阵列(直接辐射阵列)30可具有天线元件32的阵列(例如，数10个元件、数100个元件、或其他合适数量的元件)。电路34可以用于将阵列30耦接(通信地)到内部阵列42。内部阵列42可具有天线元件44的阵列(例如，数10个元件、数100个元件、或其他合适数量的元件)。元件44中的每一个可以使用电路34耦接(通信地)到元件32中的相应一个。
电路34可包括一个或多个衬底(诸如一个或多个印刷电路板)上的集成电路、分立部件、传输线结构和/或其他电路中的任何/全部。散热器结构可用于辐射过多的热量。电路34的电路部件可以包括放大器(诸如放大器36)、上变频电路(诸如上变频器38(例如，C频带到V频带上变频器))、以及下变频电路(诸如下变频器41(例如，V频带到C频带下变频器))。每个下变频器41可以嵌入放大器(例如，功率放大器)链中，该放大器链将信号从内部阵列42中的元件44中的给定元件提供给直接辐射阵列30中的对应元件32。由下变频器41提供的信号是由内部阵列42接收的信号的下变频版本。每个上变频器38可以嵌入放大器36(例如，低噪声放大器)链中，该放大器链将信号从直接辐射阵列30中的元件32中的给定元件提供给内部阵列42中的对应元件44。由上变频器38提供的信号是由阵列30接收的信号的上变频版本。
空间馈送阵列40可以包括内部阵列42和馈送阵列46。馈送阵列46可包括天线元件48的阵列(例如，数10个元件、数100个元件、或其他合适数量的元件)。馈送阵列46可以耦接到相控天线阵列馈送电路，诸如波束成形和信号路由电路50。电路50可用于对馈送阵列46中的一个或多个天线元件48进行馈送。在操作期间，数字和模拟波束成形操作可以由电路50执行。空间馈送阵列40和直接辐射阵列30用作射频透镜，其将来自馈送阵列46的传出无线信号投射到地球上的期望位置，并将来自地球的传入信号路由到馈送阵列46的适当天线元件48上。电路50中的信号路由电路可以包括例如1000×1000开关或其他合适的开关电路以用于将上行链路路由到下行链路。可以使用电路50来支持频带管理(信道化器)功能。电路50和卫星22的天线阵列可以用于处理多达数千或数万个单独无线卫星信号波束(例如，与单独电子设备18和/或成组的电子设备18、网关14等相关联的波束)。
展开致动器60可以形成支柱，并且可以包括电控致动器、电力传输电缆、屏蔽件和其他结构。如图2所示进行扩展时，展开结构60将内部阵列42与馈送阵列46分开。内部阵列42和馈送阵列46之间的分离可以是例如约2米。然而，可以基于内部阵列42和馈送阵列46的配置选择适当(有效)的分离距离。在将卫星22运输到轨道时，结构60可以缩回(例如，沿-Z方向)到总线52中以便以紧凑布置收起天线阵列30和42。
通过使用电路34在频带之间转换信号，可以减小卫星22和/或其相关天线空间馈送阵列的尺寸。C频带阵列(直接辐射阵列30)的宽度(直径)W可以相当大(例如，8-11米、大于6m、大于8m、小于10m、小于15m等)。为了向直接辐射阵列30馈送以C频带频率操作的空间馈送阵列，馈送阵列46和内部阵列42的宽度(直径)将需要相应地增大。然而，利用图2的上变频/下变频布置，空间馈送阵列40可能以V频带频率操作并且可以相对紧凑(例如，直径为1-5m、直径小于5m、直径小于3m、直径大于0.5m等)。也可以使用其中卫星22的直接辐射阵列30仅支持V频带操作的配置。
如图3所示，例如，直接辐射阵列30可以被实现为具有相对紧凑宽度(直径)W(例如，与V频带空间馈送阵列40的内部阵列42的宽度相当的宽度)的V频带阵列。在这种类型的布置中，可以省略上变频器38和下变频器41。如果需要，系统10(图1)中的一些卫星22可以是图2所示类型的C/V频带卫星，并且系统10中的其他卫星22可以是例如如图3所示的V频带卫星。可以在两种类型的卫星中都使用相同类型的空间馈送阵列(例如，参见图2和图3的阵列40)，由此减小系统复杂性。
形成卫星22的天线阵列的天线元件可以是喇叭形天线、缝隙天线、贴片天线、单极子、偶极子、使用其他类型的天线谐振元件和/或使用这些天线元件的组合的天线中的任何/全部。在涉及相对较大阵列的布置中，可能期望由一组互锁天线阵列面板(瓦)形成阵列。仅在较高频带(例如，该示例中的V频带)中操作的卫星(诸如图3的卫星22)可以使用具有宽度W的天线结构(例如，阵列30)，该宽度W小于具有以C频带频率操作的直接辐射阵列30的卫星(诸如图2的卫星22)的宽度。因此，图3的卫星22的直接辐射阵列30可以具有由单个面板或相对少量面板形成的天线阵列面板堆叠，并且该堆叠将比由用于图2的卫星22的对应直接辐射阵列30的大量面板形成的天线阵列面板堆叠更短。
卫星22可以在装载到运载火箭的有效载荷整流罩中时被垂直堆叠。为了在包括具有不同类型天线阵列的卫星22的嵌套堆叠中容纳不同高度的天线阵列面板堆叠，卫星22可以具有个性化总线。每个总线52可以取决于其在整流罩中的总线堆叠中的位置和/或基于该总线下方的总线的有效载荷类型而被个性化。
例如，考虑图4的布置。在图4的示例中，卫星22具有带主部分54和支腿56的总线52。下面的卫星22'的总线52'具有相对较短的天线阵列面板堆叠64。短面板堆叠64可以具有高度T1，并且可以例如与图3所示类型的卫星(例如，V频带卫星)相关联。为了容纳相对较短的高度T1，卫星22的总线52可以具有高度为H1的短支腿56。在一些实施方案中，总线52还可以包括收起的太阳能电池板的阵列，在确定支腿56的长度和分离高度H1时也可以考虑该阵列的因素。
作为另一个示例，考虑图5的布置。在图5的示例中，卫星22的总线(诸如总线52)具有高度为H2的相对较高的支腿56，使得卫星22下方有足够的空间来容纳卫星22'的卫星总线52'上的高天线阵列面板堆叠64。图5的高堆叠64具有大于T1的高度T2(例如，图5的堆叠64可以包含更多的天线阵列面板以支持C频带操作)。因为高度T2小于H2，所以堆叠64可以容纳在卫星22下方的空间中。
如果需要，每个总线52上的支腿56可以基于该总线52在有效载荷整流罩中的嵌套总线52的堆叠内的位置来定制(例如，基于图6的垂直位置Z)。如图6所示，例如，取决于垂直位置Z，支腿56可以具有不同的形状、不同的尺寸和/或不同的强度。可以选择支腿56的不同配置，使得支腿56在较低位置(较小Z值)处更坚固(例如，更大或由更坚固材料制成)，并且在较高位置(较大Z值)处逐渐变弱(例如，更小或由更轻质材料制成)。这有助于确保卫星堆叠的下部处的卫星不会由于上方堆叠的卫星的过重而被损坏。与较低水平的卫星相比，堆叠顶部处的卫星可以被形成有更轻质和更小的支腿，因为上方堆叠更少的卫星，由此节省总体有效载荷重量。可以基于支腿56在发射期间需要经受的负荷来选择用于堆叠中的每个总线的支腿56的组成。例如，在发射期间，在堆叠的底部处或附近的总线(例如，总线52-1)所经受的负荷将大于在堆叠的顶部处或附近的总线(例如，总线52-4)所经受的负荷。由于在发射期间的负荷大于发射之前所经受的负荷，因此可以根据支腿在发射期间将经受的负荷(例如，最大负荷)来选择每个支腿56。支腿56的尺寸，形状，厚度，密度，成分，高度等可以变化，以便在靠近堆叠底部的总线52上提供更坚固的支腿56，并且在靠近堆叠顶部的总线上提供较轻质(且可能更便宜)的支腿56。另外，支腿56的高度还可以基于与紧接在下面的总线的必要分离来进行选择，例如基于收起的天线和/或太阳能电池阵列。在至少一些实施方案中，有限数量的支腿56将可用作选择以适应不同的高度和强度需求，同时仍满足规模化的经济性(例如，并非每个支腿56都需要被定制)。
图7示出了主总线部分54如何可以由内部面板72的网络所支撑的周边壁面板70形成。环形平面上面板76可以附接到面板70和72的顶部，并且平面下面板74可以附接到面板70和72的底部以形成总线52。支腿56可以由附接到周边面板70的可变长度的角配件(例如，使用焊接、螺钉或其他紧固件、粘合剂或其他附接机构来附接到面板70的角配件)形成。图7的结构可以由金属、聚合物(例如，纤维复合材料)、和/或其他合适材料中的任何/全部形成。在图7的示例中，总线52具有八边形轮廓(即，从上方看时是八边形占有区域)。如果需要，总线52可以被配置为具有六边形轮廓、其他多边形轮廓或其他形状。图7的示例仅为例示性的。
如图8的侧视图所示，在空间中展开之前，可以将一个或多个面板(诸如太阳能电池板58)堆叠在总线52下方。天线阵列78(例如，直接辐射阵列30的面板)可以被存储在总线52的顶部上(例如，通过缩回展开致动器60)。展开臂80可以用于使太阳能电池板58从图8的收起配置移动到其中太阳能电池板58从总线52的侧面延伸的展开配置(例如，参见图2和图3)。弹簧、铰链、止动结构和其他机构可以用于帮助以期望形状(例如，以从总线52的相对侧延伸的两个长臂或其他合适的太阳能电池板阵列形状)展开面板58。面板58可以是多边形的(六边形、八边形、矩形等)或可以具有其他合适的形状。
在图8的示例中，天线阵列78处于收起配置。图9示出了图8的天线阵列78处于展开配置。例如，可以使展开致动器60延伸以便使天线阵列78(以及任何其他相关联的硬件)远离总线52移动。
图10是处于其中天线阵列78包括小直接辐射阵列30(例如，V频带阵列)的配置的卫星22的透视图。图11呈现了图10的卫星22的侧视图，其中例如在将卫星22与其他卫星堆叠在有效载荷整流罩80(图12)中之前，太阳能电池板58和天线阵列78已被收起。可以使用支腿56(以及可能的其他结构)将卫星22嵌套在彼此顶部上以实现分离。支腿56的一个或多个特性(例如，高度、强度、形状、大小、组成等)可以参考卫星52在嵌套堆内的位置来选择。如果需要，每个卫星22可以具有单独选择的支腿，其高度被选择为适应该卫星正下方的卫星总线的有效负荷的厚度，和/或其强度(或承载能力)被选择为适应总线52在发射期间将经受的载荷(取决于其相对堆叠位置)。
图13呈现了处于以下配置中的卫星22的透视图，其中天线阵列78具有平铺阵列面板，诸如由六个梯形面板围绕的中心六边形面板，以形成多边形天线阵列形状(例如，针对支持C频带频率的直接辐射阵列30，诸如图2的直接辐射阵列30)。图14示出了图13的天线阵列78的面板的堆叠如何可以比图11的卫星22的天线阵列78的一个或多个面板更厚(例如，在嵌套时)。因此，在图13的天线阵列78的面板堆叠上方的卫星总线52将需要被装配有较长支腿56以适应添加的高度。图15示出了卫星(诸如图14的卫星22)如何可能以嵌套堆叠加载到有效载荷整流罩80中。
图16是处于以下配置中的卫星22的透视图，其中天线阵列78具有平铺六角形天线阵列面板，其形成相对较大的天线阵列结构(例如，针对支持C频带频率的直接辐射阵列30，诸如图2的直接辐射阵列30)。如果需要，阵列30的面板可以由八边形面板或其他形状的面板形成。图16的示例仅为例示性的。
图17示出了图16的天线阵列78的面板如何可以被收起。如图17所示，天线阵列78的收起面板可以比图11的卫星22的天线阵列78的一个或多个面板更厚。。图18示出了卫星(诸如图18的卫星22)如何可能以嵌套堆叠加载到有效载荷整流罩80中。图12、图15和图18的整流罩80可以仅包括在同质有效载荷中具有一种类型的天线阵列(例如，直接辐射阵列30)的总线52，或者可以包括在异质有效载荷中具有多种类型的天线阵列(例如，具有不同高度)的总线52。
通过省略中心分配机构，可以将卫星22密集地包装到整流罩80中。在太空中，可以使用(例如，被动)分配机构(诸如无线电控释放装置和被动分离弹簧)来连续地分配每个堆叠卫星。卫星22可以通过以下方式来分配：释放围绕堆叠卫星的整流罩，释放最上面堆叠的卫星(例如，通过经由来自地球的无线命令释放堆叠中的最上面卫星和紧接最上面卫星之间的接合部)，等待已释放的卫星偏移远离堆叠，并且然后重复此过程，直到所有卫星都已被释放。可以进一步选择每次释放的时间以便有助于将卫星22定位到其轨道上。
如果需要，可以在不同配置的卫星22中使用相同(或几乎相同)的空间馈送阵列设计。例如，图2的C频带到V频带卫星22的空间馈送阵列40的配置可以与图3的V频带卫星22的空间馈送阵列40的配置相同。当被配置用于图2所示类型的卫星22(有时称为混合卫星或改装天线卫星)时，并且当被配置用于图3所示类型的卫星22时，总线52也可以相同或类似。使用这种方法，可以共享卫星22的部分，诸如公共空间馈送阵列和公共总线。当被配置为以V频带布置操作时，安装在空间馈送阵列40上的直接辐射阵列30将具有与空间馈送阵列40中的内部阵列42类似的尺寸(并且将处理相同的卫星频带)。当被配置为以混合模式操作时，直接辐射阵列30可以大于空间馈送阵列40的内部阵列42(例如，阵列30可以相对较大以处理C频带信号，而空间馈送阵列40可以具有更紧凑并适合于处理V频带信号的天线阵列)。
具有相等尺寸阵列配置的卫星22和具有混合阵列配置的卫星22可以安装在公共有效载荷整流罩中以用于向太空递送，和/或可以使用单独有效载荷整流罩来进行展开。当被加载到相同有效载荷整流罩中时，可以通过调整卫星总线52的支腿56的支腿尺寸来容纳两种类型的卫星。这允许将不同高度的阵列面板堆容纳在嵌套卫星堆中。
根据一个实施方案，提供了一种卫星，其包括：卫星总线；天线阵列，该天线阵列耦接到卫星总线，该天线阵列包括处理第一卫星频带中的信号的直接辐射阵列和处理第二卫星频带中的信号的空间馈送阵列，第二卫星频带处于比第一卫星频带更高的频率；以及上变频和下变频电路，该上变频和下变频电路耦接在直接辐射阵列和空间馈送阵列之间。
根据另一个实施方案，空间馈送阵列包括通过上变频和下变频电路可通信地耦接到直接辐射阵列的内部阵列并且包括馈送阵列。
根据另一个实施方案，卫星包括将馈送阵列与内部阵列分离的展开致动器。
根据另一个实施方案，直接辐射阵列包括第一天线元件，内部天线阵列包括第二天线元件，第一天线元件中的每一个被配置为接收来自地球的第一卫星频带中的无线信号，并且被配置为通过上变频和下变频电路中的相应上变频器将第二卫星频带中的这些信号的对应上变频版本提供给第二天线元件中的相应天线元件；以及第二天线元件中的每一个被配置为接收来自馈送阵列的第二卫星频带中的无线信号，并且被配置为通过上变频和下变频电路中的相应下变频器将第一卫星频带中的这些信号的对应下变频版本提供给第一天线元件中的相应天线元件。
根据另一个实施方案，第一卫星频带包括C频带，并且从地球接收的无线信号包括C频带信号。
根据另一个实施方案，第二卫星频带包括V频带，并且从馈送阵列接收的无线信号包括V频带信号。
根据另一个实施方案，卫星包括耦接到馈送阵列的卫星总线中的波束成形和信号路由电路。
根据一个实施方案，提供了一种卫星，其包括卫星总线；天线阵列，该天线阵列耦接到卫星总线，天线阵列具有以下中的选定一者：第一配置，在该第一配置中，天线阵列包括具有馈送阵列和内部阵列的空间馈送阵列，馈送阵列和内部阵列在第一卫星频带中操作并包括第一直接辐射阵列，该第一直接辐射阵列通过上变频和下变频电路耦接到内部阵列并在不同于第一卫星频带的第二卫星频带中操作；以及第二配置，在该第二配置中，天线阵列包括具有馈送阵列和内部阵列的空间馈送阵列，馈送阵列和内部阵列在第一卫星频带中操作并包括第二直接辐射阵列，该第二直接辐射阵列耦接到内部阵列并在第一卫星频带中操作。
根据另一个实施方案，卫星包括将内部阵列与馈送阵列分离的支撑结构。
根据另一个实施方案，卫星总线具有多边形轮廓并具有支腿。
根据另一个实施方案，卫星总线具有周边壁面板，并且具有形成支腿的耦接到周边壁面板的可配置长度的角配件。
根据另一个实施方案，卫星包括耦接到卫星总线的太阳能电池板。
根据另一个实施方案，第一卫星频带包括选自由以下组成的组的卫星频带：Ka频带、V频带和W频带。
根据另一个实施方案，第二卫星频带包括选自由以下组成的组的卫星频带：L频带、S频带和W频带。
根据一个实施方案，提供了可在卫星系统中操作的多个卫星，包括：第一卫星，其各自具有第一卫星总线，具有在第一卫星频带中操作的第一馈送阵列和第一内部阵列的第一空间馈送阵列，以及通过上变频和下变频电路耦接到第一内部阵列并在不同于第一卫星频带的第二卫星频带中操作的第一直接辐射阵列；以及第二卫星，其各自具有第二卫星总线，具有在第一卫星频带中操作的第二馈送阵列和第二内部阵列的第二空间馈送阵列，以及耦接到第二内部阵列并在第一卫星频带中操作的第二直接辐射阵列。
根据另一个实施方案，第一卫星和第二卫星堆叠在共同有效载荷整流罩中的嵌套堆叠中。
根据另一个实施方案，第一卫星中的至少一个与第二卫星中的至少一个相比具有不同长度的支腿。
根据另一个实施方案，第一卫星总线和第二卫星总线包括在嵌套堆叠中的第一位置处的至少一个卫星总线和在嵌套堆叠中的第二位置处的至少另一个卫星总线，嵌套堆叠中的第二位置高于第一位置，处于第一位置的卫星总线具有第一支腿，处于第二位置的卫星总线具有第二支腿，并且第一支腿被配置为经受比第二支腿更高的负荷。
根据另一个实施方案，第一卫星总线和第二卫星总线具有相同的轮廓。
根据另一个实施方案，第一卫星总线和第二卫星总线的共同轮廓是多边形，并且第一支腿和第二支腿包括分别耦接到第一卫星总线和第二卫星总线的相应的第一角配件和第二角配件，第一角配件和第二角配件至少相对于强度特性、高度特性、形状特性、尺寸特性或组成特性不同。
前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种卫星，包括：
卫星总线；
天线阵列，所述天线阵列耦接到所述卫星总线，其中所述天线阵列包括处理第一卫星频带中的信号的直接辐射阵列和处理第二卫星频带中的信号的空间馈送阵列，所述第二卫星频带处于比所述第一卫星频带更高的频率；以及
上变频和下变频电路，所述上变频和下变频电路耦接在所述直接辐射阵列和所述空间馈送阵列之间。
2.根据权利要求1所述的卫星，其中所述空间馈送阵列包括通过所述上变频和下变频电路通信地耦接到所述直接辐射阵列的内部阵列以及包括馈送阵列。
3.根据权利要求2所述的卫星，还包括将所述馈送阵列与所述内部阵列分离的的展开执行器。
4.根据权利要求3所述的卫星，其中：
所述直接辐射阵列包括第一天线元件；
所述内部天线阵列包括第二天线元件；
所述第一天线元件中的每个第一天线元件被配置为接收来自地球的所述第一卫星频带中的无线信号，并且被配置为通过所述上变频和下变频电路中的相应上变频器将所述第二卫星频带中的这些信号的对应上变频版本提供给所述第二天线元件中的相应天线元件；并且
所述第二天线元件中的每个第二天线元件被配置为接收来自所述馈送阵列的所述第二卫星频带中的无线信号，并且被配置为通过所述上变频和下变频电路中的相应下变频器将所述第一卫星频带中的这些信号的对应下变频版本提供给所述第一天线元件中的相应天线元件。
5.根据权利要求4所述的卫星，其中所述第一卫星频带包括C频带，并且其中从地球接收的所述无线信号包括C频带信号。
6.根据权利要求5所述的卫星，其中所述第二卫星频带包括V频带，并且其中从所述馈送阵列接收的所述无线信号包括V频带信号。
7.根据权利要求6所述的卫星，还包括耦接到所述馈送阵列的所述卫星总线中的波束成形和信号路由电路。
8.一种卫星，包括：
卫星总线，所述卫星总线被配置为能够互换地耦接到处于第一配置的天线阵列和处于第二配置的天线阵列，其中在所述第一配置中，所述天线阵列包括具有馈送阵列和内部阵列的空间馈送阵列，所述馈送阵列和内部阵列在第一卫星频带中操作并包括第一直接辐射阵列，所述第一直接辐射阵列通过上变频和下变频电路耦接到所述内部阵列并在不同于所述第一卫星频带的第二卫星频带中操作，并且其中在所述第二配置中，所述天线阵列包括具有所述馈送阵列和所述内部阵列的所述空间馈送阵列，所述馈送阵列和所述内部阵列在所述第一卫星频带中操作并包括第二直接辐射阵列，所述第二直接辐射阵列耦接到所述内部阵列并在所述第一卫星频带中操作；以及
天线阵列，所述天线阵列耦接到所述卫星总线，其中耦接到所述卫星总线的所述天线阵列包括以下中的选定一个：处于所述第一配置的天线阵列和处于所述第二配置的天线阵列。
9.根据权利要求8所述的卫星，其中耦接到所述卫星总线的所述天线阵列还包括将所述内部阵列与所述馈送阵列分离的支撑结构。
10.根据权利要求9所述的卫星，其中所述卫星总线具有多边形轮廓并具有支腿。
11.根据权利要求10所述的卫星，其中所述卫星总线具有周边壁面板，并且具有形成所述支腿的耦接到所述周边壁面板的可配置强度的角配件。
12.根据权利要求11所述的卫星，还包括耦接到所述卫星总线的太阳能电池板。
13.根据权利要求9所述的卫星，其中所述第一卫星频带包括选自由以下组成的组的卫星频带：V频带和W频带。
14.根据权利要求13所述的卫星，其中所述第二卫星频带包括选自由以下组成的组的卫星频带：C频带。
15.能够在卫星系统中操作的多个卫星，包括：
第一卫星，所述第一卫星各自具有给定类型的第一卫星总线，具有在第一卫星频带中操作的第一馈送阵列和第一内部阵列的第一空间馈送阵列，以及通过上变频和下变频电路耦接到所述第一内部阵列并在不同于所述第一卫星频带的第二卫星频带中操作的第一直接辐射阵列，以及
第二卫星，所述第二卫星各自具有所述给定类型的第二卫星总线，具有在所述第一卫星频带中操作的第二馈送阵列和第二内部阵列的第二空间馈送阵列，以及耦接到所述第二内部阵列并在所述第一卫星频带中操作的第二直接辐射阵列。
16.根据权利要求15所述的多个卫星，其中所述第一卫星和所述第二卫星堆叠在共同有效载荷整流罩中的嵌套堆叠中。
17.根据权利要求16所述的多个卫星，其中所述第一卫星中的至少一个第一卫星与所述第二卫星中的至少一个第二卫星相比具有不同强度的支腿。
18.根据权利要求16所述的多个卫星，其中所述第一卫星总线和所述第二卫星总线包括在所述嵌套堆叠中的第一位置处的至少一个卫星总线和在所述嵌套堆叠中的第二位置处的至少另一个卫星总线，其中所述嵌套堆叠中的所述第二位置高于所述第一位置，其中处于所述第一位置的所述卫星总线具有第一支腿，其中处于所述第二位置的所述卫星总线具有第二支腿，并且其中所述第一支腿被配置为经受比所述第二支腿更高的负荷。
19.根据权利要求18所述的多个卫星，其中所述第一卫星总线和所述第二卫星总线具有共同轮廓。
20.根据权利要求19所述的多个卫星，其中所述第一卫星总线和所述第二卫星总线的所述共同轮廓是多边形，并且其中所述第一支腿和所述第二支腿包括分别耦接到所述第一卫星总线和所述第二卫星总线的相应的第一角配件和第二角配件，其中所述第一角配件和所述第二角配件至少相对于强度特性不同。
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