[其他]具有频率可寻址的高增益下行波束的卫星通讯系统

说明书

本发明广泛地涉及卫星通讯系统，特别是那种采用位于几何同步轨道上的卫星来提供卫星与地面上众多小孔径终端之间进行双向通讯的系统。更确切地说，本发明所涉及的通讯卫星能够同时发出上万条窄带，增益高，且可频率寻址的下行天线波束而不减少卫星的总的信道容量。

过去，通讯卫星采用多个天线波束，可使高的天线增益直接导向那些区域并可重复使用在该区域的工作频率。邻近区域的覆盖范围是通过改变邻近区域之间的极化来实现的，从而可用每种极化使波束空间隔开足够宽的间隙。因此，得到较少的频率复用，较之一个系统仅用一种极化在每个区域复用频率以提供邻近的覆盖区。在这一系统中，可类似地应用第二种极化，两次的频率复用或诸如为广播服务等其他有用的目的。一个系统，它允许在邻近区域中频率复用，且只有一种极化，并可用窄带的高增益的频率可寻址的波束。这一系统便是本发明的中心主题。

本发明的卫星通讯系统包括一个地球轨道卫星和分布于地面一个区域上多个地面站之间的通讯联系，按照本发明的一个宗旨，该系统包括卫星与多个上行链路地面站之间形成射频上行波束的第一装置，第二个装置用来形成多个射频下行波束，其中每一下行波束仅覆盖区域的一部分。下行波束相对于卫星所服务的区域来讲是非常窄的，因此具有很高的增益，每一下行波束都可用上行波束所载的信号频率来频率寻址。因此由上行信号的频率确定上行信号指定的下行地面站。卫星服务的区域可安排在使用同一指定频率范围的区域内，借此可多次复用指定频谱并相应地增加系统的信道的容量。

依据本发明的另一方面，为提出一种方法利用地球轨道通讯卫星在地面的一个区域内的众多地面站之间进行通讯联系。该方法包括的步骤有：在卫星和该区域内的多个上行地面站中的一个站之间形成一般上行射频波束;在卫星和该区域的分别对应的地点之间形成多个单独的下行波束，其中每一下行波束都载有代表该区域中来自上行地面站的通讯信息的频率可寻址信号;通过选择上行波束信号的频率来选择要接收特定上行终端站信息的特定下行地面站，该上行波束信号和这一特定下行地面站有关，此站为接收通信的站;用在上行波束中选出的频率将下行波束的频率可寻址的信号发射出去。

因此，本发明的主要目的是提出一种卫星通讯系统，该系统可同时发出上万个窄带，高增益，频率可寻址的下行波束，而不降低卫星的整个信道容量。

本发明再一目的是提出一种如上所述的系版，可用于地面上那些可重复使用设定频谱的多个区域。

本发明另一个目的是提出利用一种新颖的网络来形成窄带、高增益天线波束的如上所述的系统。

本发明进一步的目的和实质可从下面的实施方案的描述中看清楚。

在附图中：

图1是通信卫星的透视图，所示为天线子系统。

图2是图1中天线子系统的俯视图。

图3是图2中沿3-3线的剖视图。

图4是图2中沿4-4线的剖视图。

图5是装备此发明的卫星所覆盖的美国及邻近接收地区的视图。斜线表示所覆盖的基本区域，由小黑点表示的区域为采用区域。

图6是通信卫星通信电子系统方块图。

图7是耦合网络的原理示意图，此网络连接点到点的接收馈喇叭和图6所示通信电子系统的输入。

图8是用于连接接收和发射地区点对点系统的互连信道参考图表。

图9是卫星覆盖的描述多个相邻发射区域的美国图解表示及横贯美国各地区的互联信道的地理分布图。

图9A是点对点系统每一地区发射天线波束增益变化曲线图。此曲线与东西方向上离开波束中心的距离有关。

图9B是与图9A类似的曲线，表示南北方向上的增益的变化。

图10是点对点系统滤波互联矩阵的详细原理图。

图11是点对点系统的波束成形网络的平面详图。

图12为图11所示波束成形网络的局部放大图示。

图13为点对点系统中发射阵列的正视图，为清晰起见，每一发射单元中的水平槽缝未画出。

图14为图13所示发射阵列的侧视图，并画出了单元的共馈网络。

图15为图13所示的发射陈列中发射单元的正面透视图。

图16为点对点系统中接收馈送喇叭的正视图。

图17为表示点到点系统中发射波和部分发射馈源陈列间关系的简图。

先参看图1-4，通信卫星10位于地球表面上方的同步轨道中。卫星天线系统（在下面将详细介绍）安装在面向地球的平台上。这样天线系统可以和地球保持固定的方向。