[发明专利]用于赤道操作的低剖面天线的优化

说明书

公开了用于赤道操作的低剖面天线的优化，包括用于优化被附加到移动的交通工具的低剖面SATCOM天线面板的系统和方法。在SATCOM天线面板保持平行于运载交通工具的运动轨迹的情况下，该长形SATCOM天线面板具有窄方位波束，该窄方位波束可选地具有不多于2度角的典型宽度。致动单元使SATCOM天线面板围绕以下三个正交轴旋转：纵向轴（滚动旋转）、垂直轴（偏航旋转）以及横向轴（俯仰旋转）。致动单元致动天线面板，以便保持该天线面板对准地球赤道平面，并且可选地具有不多于2度角的典型宽度的窄方位波束消除相邻卫星照射。

技术领域

本发明在其一些实施例中涉及移动卫星通信（SATCOM）天线系统和用于卫星通信的优化方法，并且更特别地但非排他地涉及用于对用于地球赤道平面操作的低剖面长形SATCOM天线面板进行优化的系统和方法。

背景技术

当在本文中使用时，术语长形（elongated）指的是以与运载交通工具的纵向轴平行的方式来附加的纵向定向的天线，其中该运载交通工具在限定了使该交通工具在该纵向轴上向前行进的路径的连续轨迹中行进。

对地静止卫星通信技术提供了各种服务，这些服务包括：宽带通信、音频/视频分配网络、海上导航、陆地导航和空中导航以及对民用操作和军用操作的支持。

军用通信天线被武装部队用于静止卫星系统和移动卫星系统二者。除了常规天线之外，军用天线对来自远距离、空中、海上以及环境恶劣位置的战术通信也很关键。军用通信天线的一些特定要求是低剖面、高可靠性、耐用性、抗干扰性、便携性等。军用对地静止卫星系统的突出示例是军用策略和战术中继（MILSTAR）。

当在本文中使用时，术语天线指的是将定向电磁信号转换为在自由空间中传播的电磁波的装置。天线可以被用于接收信号和发送信号二者。

当在本文中使用时，术语对地静止（geostationary）或对地同步（geosynchronous）轨道（GSO）指的是沿着地球赤道并且在地球赤道上方约35,786千米的圆形轨道路径。对地静止轨道位于地球赤道平面上。

以与地球的旋转速度相同的速度进行轨道运动的卫星共享地球赤道平面上的共同纬度，并且在有时被称作为克拉克带（Clark belt）的轨道弧中沿纵向轴均匀地停泊（park）。在这种轨道处，卫星的轨道周期是1天，即与地球的旋转周期相等。

当在本文中使用时，术语通信卫星指的是主要提供数字和/或无线电和/或电视和/或电话覆盖的卫星。这种卫星被用作为在地球上方的轨道中的中继站，以用于接收、放大以及转发在特定电磁无线电频段上携带的信号。当卫星在对地静止轨道中围绕地球旋转时，该卫星保持在特定区域之上，在地球表面上具有特定的覆盖区（footprint）。

SATCOM天线系统（SAS）的设计和开发是通信领域中在过去的几十年中经历了显著增长的领域之一。现在，存在为地面、航天器、超音速、亚音速、海上、直升飞机以及无人驾驶飞行器（UAV）平台设计的一系列SAS模型。

可以将这种SAS附加到交通工具的主体或者机身上的各种位置，从而有利于交通工具与对地静止卫星之间的通信。

图1示出与被附加到飞行器的长形SATCOM天线面板进行通信的对地静止卫星的示例性环境900。图2是示出在采用阿尔塔方位（alta-azimuth）坐标系统的三维空间中的飞行动力学参数和旋转轴的环境902。这些图描述了三维空间中的示例性飞行器300和围绕该飞行器的质心的三个正交旋转轴400：纵向轴402、横向轴404以及垂直轴406。

当在本文中使用时，各轴分别指的是滚动旋转（roll rotation）、俯仰旋转（elevation rotation）以及偏航旋转（yaw rotation）（方位）。利用这种约定，滚动旋转指的是如围绕纵向轴进行动作；俯仰旋转是围绕横向轴进行动作，而偏航旋转是围绕垂直轴进行动作。