[发明专利]用于异步卫星群的终端－天线设备

说明书

发明涉及一种向在低地轨道上移动的卫星发射/接收数据的终端-天线设备。

终端-天线设备用于被置于从或朝向卫星群传输高比特率数据设备组的中间，它可以公用或私用，民用或军用。

该卫星群包括大量位于围绕地球低或中轨道上移动的卫星。在一传统的配置中，高度是800到1500公里，卫星在一系列的轨道平面上具有均匀的角度间隔，以及例如8个卫星在每一个轨道上彼此间隔开45°，和8个非常倾斜的环绕地球轨道平面，以使得全球所有点总是能够看到至少两个甚至是三个卫星。对于卫星低轨道的选择主要是由相互作用的需要和高数据通量以及由接收机所接收的功率决定的，不是由通过同步轨道朝向网络接入中心站的传播时间决定。相反，该选择导致了卫星的快速移动，一颗位于1500公里轨道上的卫星在地面的一点上只能被看到10分钟左右。

在减少卫星数量并能保证地面终端通讯连续的目标下，对于所述终端需要能够在尽可能长的时间内跟踪卫星，所以最好是直到地平线。对于这些终端的第二种情况是能够非常快速地将通讯链路从一个达到地平线的卫星摆向另一个可视的卫星。最后，对于发射和接收的波束，天线的增益必须是30分贝的量级。

对于该问题有多种解决方案。第一种解决方案是使用电子扫描天线，但角度覆盖区太大(方位从0到360°，俯仰10到90°)，该解决方案需要一系列昂贵的有效部件：移相器，用于弥补损失的、位于发射部件和移相器之间的、接收和发射功率的低噪声放大器，以及分路器/合路器的放大器。它们的成本是非常高的。

另一个来自于军事领域的、能够进行多个穿越地平线的移动目标跟踪的解决方案在专利US3755815中被披露，它同样发表于微波杂志(75年10月第31-34页)。它是使用发射机有效部件阵列与一个介电材料穹形透镜相结合，能够偏转波束直到地平线及之外。该解决方案的主要缺陷是由于几百个有效部件的阵列需要而使得制造成本太高。

其他的通过介电透镜或波导透镜的应用而得到的无线电波束偏转装置是公知的，例如在《罗和李(Lo and lee)-天线手册》中所披露的，但其技术上的限制是其偏折角较小，大约在透镜轴周围10°左右，而且不能跟踪目标。

我们还知道，在微波天线领域(见申请PCT WO 8809066)，天线包括一个平面阵列天线，它与一个微波聚焦透镜相连，并且与位于焦球面部分的定位天线源相连，以便获得波束希望的方向。该天线具有这样的缺陷，由于其辐射表面是平面阵列，天线的方向性对于较小的俯仰角有剧烈的减小(对于10°的俯仰角大约是-7.6分贝)，而我们这里寻求的是恒定的方向性。

因此本发明的目的在于提供一种简单、紧凑和制造便宜的设备，它能够保持从和朝向异步卫星群的高比特率通讯。

因而本发明提供了一种向和从至少一个远距发射机/接收机系统发射和接收无线电信号的天线设备，该发射机/接收机系统在空间中运动并且对于所述天线设备是可见的，该天线设备包括一个透镜，用于聚焦准平面波，该波束为所述远距发射机/接收机所发射，所述装置具有一个焦球面S，至少一个准球面波束信号的发射/接收初级源，该源在球面部分S上运动；

其特征在于它包括：

a)偏转透镜，用于偏转由远距发射机/接收机发射或接收的准平面波；

b)伺服装置，用于伺服每一发射/接收初级源到远距发射机/接收机的已知位置。

该聚焦和偏转透镜的组合能够产生平面波束以及使该波束向地平线的偏折，所述波束由位于聚焦透镜焦球面上一点的发射/接收初级源所发射或接收，该焦球面对应于每一时刻卫星的位置。

本发明特别地提供一种向和从至少两个远距发射机/接收机系统发射和接收无线电信号的终端-天线设备，该发射机/接收机系统在空间中两个不同的点运动并且对于所述终端-天线设备是可见的，其特征在于它包括：

a)用于确定所述远距发射机/接收机在给定时刻的视觉位置的装置；

b)用于选择远距发射机/接收机的装置；

c)一个前述的天线，包括至少两个发射/接收初级源；

d)导引装置，用于导引发射/接收初级源在焦球面S上的移动，以避免初级源相撞；

e)用于在初级源之间进行切换的装置。