[发明专利]用于多径卫星通信链路的天线

说明书

本发明一般涉及多径通信系统，特别涉及一种在多径卫星通信系统中使用的天线系统。

在现有技术中已经充分地阐述了卫星通信系统，例如，涉及Robert A.Wiedeman在1994年4月12日公开的美国专利5,303,286，其题目为“无绳电话/卫星漫游系统”。还涉及在美国专利5.303,286中记载的许多美国专利、外国专利和其它出版物。

使人特别感兴趣的发明是Stephen A.Ames于1993年8月3日公开的美国专利5,233,626，题目为“转发器分集扩展频谱通信系统”。该专利教导一种转发器分集扩展频谱通信系统，它在发射机(1)和接收机(7)之间基本上提供无衰落通信。发送信号是通过产生发送信号的复制信号的多个线性通信转发器(3-6)来转发的，该每个复制信号是通过独立衰落信号通路到达的。发射机和/或接收机可安装在移动平面上，而多个转发器可以在地面或者可以在近地球轨道或者同步地球轨道的卫星中设置。接收机处理接收的复制信号，以便它们在延迟、频率和相位方面相互均衡，然后组合多径接收的和均衡的复制信号，以产生具有大大地降低衰落深度的复合信号。

本发明的目的是提供一种用于多径卫星通信系统的天线系统，它给地面站或终端提供向近地球轨道(LEO)通信卫星的星座的多颗近地球轨道(LEO)卫星进行发送、和从LEO通信卫星星座的多颗近地球轨道(LEO)卫星进行接收的能力。

本发明的天线为包括LEO卫星信号的接收机和发射机的用户终端提供高增益。当考虑LEO卫星已采用极限功率时，由天线提供的辅助接收机增益能使卫星(转发器)发射机输出功率相应地减小，这是有益的结果。该卫星功率的减小可以在正向链路(网关到用户)和反向链路(用户到网关)实现。由天线提供的附加增益也能使用户终端发射机输出功率相应减小。

该天线包括具有主平面的第一子结构，主平面是以相对垂直地面的轴线(法线)的第一角度(例如90°)定向的。天线70也包括多个N(例如6个)第二子结构74，其中各单个子结构74具有以相对第一子结构的主平面的第二角度(例如45°)配置的局部主平面。多个子结构的每一个具有一个由局部主平面向外指的法线，该局部主平面是以根据相邻的一个子结构向外指的法线的该轴线的第三角度(例如60°)定向的。然而，N和第三角度可具有不同值，例如8和45°。多个子结构的每个向外指的法线设置成背离轴线的方向。

至少一个天线单元，例如一个喇叭或补片或者一个补片阵，可由第一子结构支承，也可由多个第二子结构的每个子结构支承。在低地球轨道卫星的仰角的宽范围内，第一子结构和至少部分的多个第二子结构的天线单元能在一个终端和至少一颗低地球轨道卫星之间实现扩展频谱通信。

供使用的特定子结构天线单元可根据卫星天文历数据按预测卫星仰角和方位角进行选择，或者通过依次扫描多个子结构的天线单元按测量接收信号强度进行选择。也可使用卫星天文历数据预测和测量信号强度的组合进行选择。

本发明还公开了一种用于操作一个终端以从多颗近地球轨道卫星中的至少一颗卫星接收信息、或发送信息到多颗近地球轨道卫星中的至少一颗卫星的方法。当给定的任一时刻在终端进行观察时，多颗卫星中的每一颗是以特殊仰角定向的。该方法包括步骤为：对于第一仰角范围，选择天线结构的第一部分接收和发送信息，该第一部分是以相对垂直地面的轴线的第一角度设置的。对于第二仰角范围，该方法选择天线结构的第二部分接收或发送信息，该第二部分以相对垂直地面的轴线的第二角度设置。对于可能的第三和随后接着发生的仰角范围，该方法选择天线结构的各另外部分接收或发送信息，各另外部分以相对垂直地面的轴线的第一角度设置。

该方法进一步包括：同时执行接收和跟踪来自多颗卫星中的至少另一卫星的同步信号的步骤。

在本发明优选实施例中，接收信息是扩展频谱的信息，并且，接收和跟踪步骤包括锁定到由至少另一卫星发送的导频信道上的步骤。

本发明的上面陈述和其它特征，在结合附图阅读本发明随后的详细说明时更为显而易见。其中：

图1是根据本发明天线系统的目前优选实施例结构和操作的卫星通信系统的方框图；

图2是图1的一个网关的方框图；

图3A是图1的一个卫星的通信有效负载的方框图；

图3B表示从图1的一个卫星发送的部分波束图；

图4是描绘卫星遥测和控制功能的地面装置支承的方框图；

图5是图2的CDMA子系统的方框图；

图6是本发明目前优选的固定天线结构的顶视图；