低成本卫星用户终端天线制造技术

提供了在用户终端中用于卫星通信的波束操纵天线。波束操纵天线包括：具有多个馈电元件的天线馈电结构，所述多个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束；以及与天线馈电结构相邻以形成聚焦波束的聚焦透镜。天线馈电结构可以包括多个有源波导馈电元件以生成圆极化的初始波束。聚焦透镜可以是用于形成圆极化的聚焦波束的球面透镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低成本卫星用户终端天线
概括地说，本文所描述的各个方面涉及卫星通信，具体地说，本文所描述的各个方面涉及非对地同步卫星通信系统中的卫星用户终端。
技术介绍
传统的基于卫星的通信系统包括网关和用于在网关与一个或多个用户终端之间对通信信号进行中继的一个或多个卫星。网关是具有用于向通信卫星发送信号和从通信卫星接收信号的天线的地面站。网关提供使用卫星的通信链路，用于将用户终端连接到其它用户终端或者其它通信系统(例如公用交换电话网、互联网和各种公共网络和/或专用网络)的用户。卫星是轨道接收机和用于对信息进行中继的中继器。假如用户终端在卫星的“覆盖区(footprint)”内，卫星可以从该用户终端接收信号和向该用户终端发送信号。卫星的覆盖区是在地球的表面上位于该卫星的信号范围之内的地理区域。通常，通过波束成形天线的使用，将覆盖区在地理上划分为“波束”。每一个波束覆盖在覆盖区中的特定地理区域。波束可以是定向的，以便来自同一卫星的一个以上波束覆盖相同的地理区域。对地同步卫星已经长期以来用于通信。对地同步卫星相对于地球上的给定位置而言是静止的，以及因此在地球上的通信收发机和对地同步卫星之间的无线信号传播中，存在很小的时序偏移和多普勒频率偏移。但是，由于对地同步卫星受限于对地同步轨道(GSO)，其中GSO是在地球赤道的正上方与地球中心具有大约42,164公里的半径的圆，因此可以放置在GSO中的卫星的数量是有限的。作为对地同步卫星的替代方案，使用非对地同步轨道(例如，低地球轨道(LEO))中的卫星的星座的通信系统，已被设计为向整个地球或者地球的至少大部分提供通信覆盖。因为卫星并不位于相对于UT的固定位置，所以与基于GSO卫星的通信系统和地面通信系统相比，基于非对地同步卫星的系统(例如，基于LEO卫星的系统)可能呈现出用户终端(UT)与卫星相通信的挑战。非对地同步轨道中的通信卫星可能以相对于地球上的UT，在方位角和仰角上以显著地角速度进行移动。为了保持与给定卫星的通信或者与非对地同步卫星通信系统中的不同卫星切换通信，UT可能要求在方位角和/或仰角上在广泛发散的角度之间执行快速波束操纵。期望为UT提供低成本、低复杂度、高性能和可靠的天线，以用于卫星通信系统中的语音、数据、视频或者其它类型的通信。期望的是，针对用户终端的无线电天线具有波束操纵能力，使得波束可以指向给定视场范围内的角度位置。已经设计出各种方案来为卫星地面站提供具有波束操纵能力的天线。例如，已经设计具有机械马达的碟形或者透镜天线，以机械地操纵固定天线波束以朝向服务卫星的角度来指向。但是，机械波束扫描通常比电子波束扫描要慢得多。此外，卫星用户终端中的机械波束扫描通常要求两个独立的天线单元或者具有两个独立的机械地可移动馈电的一个天线，以在两个卫星之间实现足够的切换时间，而不会丢失服务或者降低在用户终端处的吞吐量。已经还设计了针对卫星用户终端的电子可操纵的相控阵天线，以便实现更快的扫描，但是相控阵天线通常要比机械地操纵的天线更昂贵。此外，当将由典型的相控阵天线产生的波束电子地操纵为较大的偏离瞄准线角度时，相控阵天线的有效孔径尺寸更大，从而导致更宽的波束宽度和更低的有效天线增益。因此，电子地可操纵相位阵天线可能不能满足针对用户终端的低成本、快速波束操纵和足够的天线增益的要求。
技术实现思路
本公开内容的方面针对用于在卫星通信系统中由用户终端进行波束操纵的系统和方法。在一个方面，提供了用户终端，该用户终端包括：收发机；耦合到所述收发机的天线，该天线包括：具有多个馈电元件的天线馈电结构，所述馈电元件中的至少一个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束；以及位于天线馈电结构附近的聚焦透镜，用以基于初始波束来形成聚焦波束。在另一个方面，提供了天线，该天线包括：具有多个馈电元件的天线馈电结构，所述馈电元件中的至少一个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束；以及位于所述天线馈电结构附近的聚焦透镜，用以基于所述初始波束来形成聚焦波束。在另一个方面，提供了控制波束的方法，该方法包括：选择性地开启或关闭天线馈电结构中的多个馈电元件中的至少一个馈电元件以形成初始波束；以及对初始波束进行聚焦以形成聚焦波束。附图说明给出附图以帮助描述本公开内容的方面，以及提供附图仅用于说明这些方面，而不是对其进行限制。图1是通信系统的例子的方块图。图2是图1的网关的例子的方块图。图3是图1的卫星的例子的方块图。图4是图1的用户终端的例子的方块图。图5是图1的用户设备的例子的方块图。图6是示出能够进行波束操纵以在卫星通信系统中在用户终端中使用的天线的例子的图。图7是示出能够卫星通信系统中进行波束操纵的用户终端的例子的图。图8是具有两个天线馈电和球面透镜的天线的一部分用于在卫星通信系统中在用户终端中使用的示例的图。图9是示出由图8的天线中的两个天线馈电生成的天线波束图型的例子的图。图10是示出天线波束操纵的方法的例子的流程图。图11示出表示为一系列相互关联的功能模块的用户终端装置的例子。具体实施方式本公开内容的各个方面涉及由与非同步卫星通信系统(例如，低地球轨道(LEO)卫星通信系统)中的一个或多个卫星相通信的用户终端(UT)进行波束操纵，用于数据、语音或者视频通信的装置和方法。在一个方面，用户终端包括收发机和具有天线馈电结构的天线，其中该天线馈电结构具有多个馈电元件。在一个方面，馈电元件中的至少一个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束，以及聚焦透镜与天线馈电结构相邻以基于初始波束来形成聚焦波束。在一个方面，天线馈电结构是波导馈电，以及所述馈电元件是有源波导馈电元件。在一个方面，初始波束是圆极化的。在一个方面，聚焦透镜是用于形成圆极化的聚焦波束的球面透镜。在另一方面，为卫星通信系统中的用户终端提供用于操纵射频(RF)波束的方法，该方法包括：选择性地开启或者关闭天线馈电结构中的馈电元件中的至少一个馈电元件以形成初始波束，以及对初始波束进行聚焦以形成聚焦波束。下文还将进一步详细地描述本公开内容的各种其它方面。在下文的描述和相关附图中，描述了本公开内容的特定示例。在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，可以设计出替代的例子。此外，为了不使本公开内容的相关细节难以理解，将不详细地描述公知的元件或者将省略公知的元件。本文所使用的“示例性的”一词意味着“用作例子、例证或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必被解释为比其它方面更优选或更具优势。同样，术语“方面”并不要求所有方面都包括所论述的特征、优点或者操作模式。本文使用的术语仅仅用于描述本专利技术的特定方面，而不是旨在对这些方面进行限制。如本文所使用的，单数形式的“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。还将理解的是，当本文使用术语“包括”、“含有”、“包含”或“涵盖”时，其指示存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素或组件，但其不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件或者其组合的存在或者增加。此外，应当理解的是，词语“或”与布尔操作符“OR(或)”具有相同的含义，也就是说，其涵盖“任一”和“二者”的可能性，但并不限于“异或”(“XOR”)，除非另外明确声明。还应当理解的是，在两个相邻词语之间的符号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用户终端，包括：收发机；以及耦合到所述收发机的天线，所述天线包括：具有多个馈电元件的天线馈电结构，所述馈电元件中的至少一个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束；以及位于所述天线馈电结构附近的聚焦透镜，用以基于所述初始波束来形成聚焦波束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.22 US 14/861,9211.一种用户终端，包括：收发机；以及耦合到所述收发机的天线，所述天线包括：具有多个馈电元件的天线馈电结构，所述馈电元件中的至少一个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束；以及位于所述天线馈电结构附近的聚焦透镜，用以基于所述初始波束来形成聚焦波束。2.根据权利要求1所述的用户终端，其中，所述馈电元件中的每一个馈电元件包括波导馈电。3.根据权利要求2所述的用户终端，其中，所述初始波束包括圆极化的波束。4.根据权利要求1所述的用户终端，其中，所述天线馈电结构是相对于所述聚焦透镜来机械可操纵的。5.根据权利要求1所述的用户终端，其中，所述多个馈电元件至少包括彼此间隔开的第一有源馈电元件和第二有源馈电元件，其中，所述第一有源馈电元件被配置为生成以第一方向为中心的第一波束图型，并且其中，所述第二有源馈电元件被配置为生成以与所述第一方向不同的第二方向为中心的第二波束图型。6.根据权利要求1所述的用户终端，其中，所述第一有源馈电元件和所述第二有源馈电元件均被配置为开启和关闭，以在所述第一方向与所述第二方向之间操纵所述聚焦波束。7.根据权利要求1所述的用户终端，其中，所述收发机包括耦合到所述天线的单个发射机。8.根据权利要求1所述的用户终端，其中，所述用户终端包括用于与一个或多个卫星进行通信的卫星用户终端。9.一种天线，包括：包括多个馈电元件的天线馈电结构，所述馈电元件中的至少一个馈电元件被配置为开启或关闭以形成初始波束；以及位于所述天线馈电结构附近的聚焦透镜，用以基于所述初始波束来形成聚焦波束。10.根据权利要求9所述的天线，其中，所述馈电元件中的每一个馈电元件包括波导馈电。11.根据权利要求10所述的天线，其中，所述初始波束包括圆极化的波束。12.根据权利要求9所述的天线，其中，所述天线馈电结构是相对于所述聚焦透镜来机械可操纵的。13.根据权利要求9所述的天线，其中，所述多个馈电元件至少包括彼此间隔开的第一有源馈电元件和第二有源馈电元件，其中，所述第一有源馈电元件被配置为生成以第一方向为中心的第一波束图型，并且其中，所述第二有源馈电元件被配置为生成以与所述第一方向不同的第二方向为中心的第二波束图型。14.根据权利要求13所述的天线，其中，所述第一有源馈电元件和所述第二有源馈电元件均被配置为开启和关闭，以在所述第一方向与所述第二方向之间操纵所述聚焦波束。15.根据权利要求9所述的天线，其中，所述天线包括耦合到用户终端中的单个发射机的天线。16.根据权利要求15所述的天线，其中，所述用户终端包括用于与一个或多个卫星进行通信的卫星用户终端。17.一种控制波束的方法，包括：选择性地开启或关闭天线馈电结构中的多个馈电元件中的至少一个馈电元件以形成初始波束；以及对所述初始波束进行聚焦以形成聚焦波束。18.根据权利要求17所述的方法，其中，选择性地开启或关闭所述天线馈电结构中的所述馈电元件中的至少一个馈电元件以形成所述初始波束，包括：开启所述馈电元件中的第一馈电元件和关闭所述馈电元件中的第二馈电元件，以将所述聚焦波束操纵在第一方向上；以及开启所述第二馈电元件和关闭所述第一馈电元件，以将所述聚焦波束操纵在与所述第一方向不同的第二方向上。19.根据权利要求17所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·MT·德兰，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US