[发明专利]一种用于从/向便携无线电终端和便携无线电单元发射和接收信号的天线单元

说明书

发明的技术领域

本发明涉及用于从卫星系统中的便携无线单元上发射和接收信号的一种天线单元。

相关技术说明

便携无线单元的名称包括了所有打算用于无线通信的便携设备，就象移动电话、寻呼机、电传、电子笔记本和通信装置。这些设备能够用于任何类型的无线通信系统，例如蜂窝网络、卫星或小型局域网。

无线通信的一个类型是蜂窝移动通信，其中便携无线单元相互通信或通过地面移动基站与固定单元通信。一般在大约900兆赫或1800-1900兆赫(MHz)频率发射和接收信号的便携无线单元例如移动电话是公知的。

现在第二种类型的无线通信即卫星通信变得重要了。

在不久的将来，可预计到通过卫星与便携无线单元直接通信。卫星能够使便携无线单元达到因缺少必要的蜂窝天线杆、基站或兼容标准使蜂窝通信不能使用的地区。这种卫星通信可能指定2吉赫(GHz)频带和20/30GHz频带。几个带有高数据速率(64kbps和2Mbps)的系统正在规划中。

由于蜂窝天线经常使用线性极化而卫星天线经常使用圆极化因此认为分开的天线对于蜂窝和卫星方式通信是必要的。另一个区别是卫星通信方式涉及方向性元件，其中当便携无线单元的卫星天线指向卫星时链路余量增加，而蜂窝通信方式不涉及方向性元件。这样，作为卫星天线结构的移动单元上卫星天线位置就非常重要。

便携无线单元的一个例子是便携电话。用于便携电话的翻盖通常被用来保护小键盘或显示器并且它们只在电话机的一部分上扩展。在某些应用中，翻盖已经被用于容纳天线(例如美国专利5337061、美国专利5542106、美国专利5451965)。

在美国专利5337061中描述了翻盖内的一个天线单元，包括一个接地板和一个有源单极天线。该翻盖枢轴连接到手机外壳的主部分。当不使用时该翻盖对着主部分折叠下来。

美国专利5542106描述了无线电话中的一个天线，其中天线被集成到移动外壳元件(一个翻盖)内。该天线是半波对称振子，可是，其它天线如环型天线、贴片天线或单极天线可以作替代。

美国专利5451965描述了一种多方向天线设计。该天线包括两个或更多的朝向不同方向的天线面，用于在各种角度或方向上接收电磁波。天线是一环型天线。

如同在此所见，在这些专利中所公开的每个天线是与本发明的卫星天线不同的结构。

概述

本发明解决了有关卫星通信系统中便携无线单元天线的大量问题。

当卫星通信系统是基于低飞行卫星即带有大约100分钟轨道周期的LEO(在700-1500km高度的低地球轨道)时，产生一个问题。通常，在2到10分钟的时间段期间用户(和天线)在一个或更多卫星可达范围内。这需要天线在工作期间必须能够跟踪并在不同卫星之间切换。

当由于来自卫星或便携无线单元的低输出功率或在卫星与无线单元天线之间的无线电波传播路径中的衰减使卫星与便携无线单元之间的无线电波减弱时，另一个问题产生。这需要较高的带额外余量的无线单元天线增益。

如果阵列天线移动或转动使得指向卫星的波束方向与天线阵列孔径的正常矢量之间的扫描角度变大，会产生另一个问题。这需要必须将天线设计得在这些大角度上保持适当的接收和发射质量。

如果必须增加链路预算中的余量以便获得足够的接收信号质量或系统效益，还产生另一个问题。在链路预算中只有少数变量可以改变而不在其它方面引起任何不良后果。

如果天线孔面积径必须大于便携无线单元的几何尺寸所允许的范围，也会产生另一个问题。

还有一个问题是避免天线单元的波束被便携无线单元的用户分散。

考虑到上述问题，本发明的主要目的是提供用于能够在卫星通信方式下工作的便携无线单元的一种天线。

本发明的另一个目的是提供带有天性波束可控的一种天线。

本发明的又一个目的是增加天线孔径区域以在大扫描角度保持适当的接收和发射质量。

本发明的再一个目的是提供一种高方向性的天线。

本发明的进一步目的是使用高方向性将波束转移离开便携无线单元的用户，以减少功率损耗和避免散射。

本发明的再一目的是在便携无线单元的几何尺寸限制内获得最高可能的天线增益(天线方向性)以减小链路预算中的余量。

本发明的另一个目的是甚至在当天线孔径的正常矢量指向另一个方向而非卫星位置的情况下获得高天线增益。

本发明的另一个目的是建立足够尖锐的波束以选择几个卫星中的一个，这些卫星从便携无线单元的位置都能够看到。