瓦片式卫星有效载荷系统及其相关方法技术方案

涉及瓦片式卫星有效载荷系统及其相关方法。提供了用于卫星有效载荷的方法和系统。第一系统基于使用具有反射器的焦平面阵列瓦片。第二系统使用有源透镜瓦片、焦平面阵列瓦片和反射器。第三系统包括有源反射器瓦片、焦平面阵列瓦片和反射器。又一系统通过选择性地向卫星有效载荷中使用的固态功率放大器提供电力来实现波束功率共享。另一系统使用多个微型卫星来提供区域的卫星覆盖范围。

Satellite payload system of tile type and its related methods

【技术实现步骤摘要】
瓦片式卫星有效载荷系统及其相关方法相关申请的交叉引用根据35USC119(e)，本专利申请要求于2018年11月21日提交的序列号为第62/770485的题为“TileBasedSatelliteCommunicationsPayloadsandSatelliteDynamicPowerSharingUsingSSPAs”的美国临时专利申请和于2018年12月11日提交的序列号为第62/778199的题为“ASystemofMicroHighThroughputSatellitesforMobilityServices”的美国临时专利申请的优选权，上述申请的公开内容通过引用全部合并于本文。
本公开内容涉及卫星有效载荷，并且更具体地，涉及模块化卫星有效载荷系统及其相关方法。
技术介绍
卫星通信通常被运输交通工具——包括飞机——使用以发送和接收信息。卫星通常使用发送和接收信号的通信“有效载荷”。当前的技术——尤其是用于流送音频/视频的技术——要求针对卫星有效载荷具有较高的带宽。高吞吐量卫星(HighThroughputSatellite，HTS)用于满足较高的带宽需求。基于HTS的系统使用多个点波束来覆盖地理区域。点波束使得分配给卫星通信的频谱能够由相同的有效载荷多次重复使用。较小的点波束使得卫星功率能够集中，并且使得有效载荷上的各个应答器能够支持更多带宽。典型的HTS系统可能使用40至80个点波束以及大约80至100个应答器。应答器是卫星有效载荷的基本单位。应答器包括用于接收和发送波束的各种部件。针对有效载荷构建应答器链的成本可能为数百万美元。应答器成本高的一个原因是有效载荷复杂、独特且通常是手工制造的。例如，KaSat的HTS有效载荷内部波导布局可以具有多个(例如2500个)定制的、连接各种点波束(例如80个)和多个(例如65个)行波管放大器(TravelingWaveTubeAmplifier，TWTA)的波导部。TWTA用于支持高射频(RF)功率(例如，大于100W)。通常，每个波导部都是定制的，并手动放置在有效载荷内。TWTA使用需要特殊制造技术和设备的高功率真空管。其他部件，例如用于通道滤波的腔过滤器，也可以通过手动调节腔侧面中的螺钉进行手动调整。因此，构建常规的HTS有效载荷是耗时且成本过高的。此外，常规的HTS部件又大又重，这在满足增加带宽的需求方面提出了设计挑战。因此，HTS系统需要更好的架构解决方案。在常规卫星系统中，卫星波束之间的功率共享是通过TWTA、腔过滤器输出多路复用器(OutputMultiplexer，OMUX)和多端口放大器(Multi-PortAmplifier，“MPA”)实现的。这些部件又复杂又重，并且仅允许在有限数量的波束之间功率共享。用户业务的分布会随着时间在地球表面发生变化。对于固定应用会发生这种情况，因为不同的时区具有不同的昼夜，并且对于移动应用，用户终端在一天当中移动。用户业务分布随时间的变化在航空业务模式中尤为明显，在航空业务模式中飞机机队在二十四小时内从一个地区(例如北美)移动到另一地区(例如欧洲)然后再次返回。如果整个区域都被单个宽波束覆盖，则区域内的业务移动不会成为问题。然而，常规的HTS将地区划分到较小的点波束，以试图改善卫星的性能和经济性。将地区分到较小的波束导致移动业务针对每个波束在时间上创造独立的峰值的情况。在每个波束中提供峰值的容量会导致一天当中的容量浪费。需要一种更好的解决方案用于卫星波束之间功率共享。使用多波束的HTS系统已经稳步取代了用于移动服务的宽波束卫星。通常，如上所述，基于HTS的有效载荷使用多个点波束来增加从同一轨位(orbitalslot)获得的容量。HTS有效载荷的缺点是它们的尺寸、复杂性、上市时间、成本和缺乏灵活性。例如，典型的HTS系统的质量的范围为3000公斤至6000公斤，具有上千个手工制作的部件。构建和部署HTS系统通常需要3到4年。此外，大多数HTS系统是针对特定的轨位、覆盖区域和地面站定制和定做的。典型的常规HTS系统可能花费3亿至6亿美元之间，这使它们称为风险和昂贵的投资。需要一种可以有效地使用点波束的常规HTS系统的更好的解决方案。
技术实现思路
提供了用于卫星有效载荷的方法和系统。在一个方面，提供了一种有效载荷系统，其包括被布置成阵列的多个焦平面阵列瓦片(tile)，所述焦平面阵列瓦片与反射器对接(interfaced)，用于接收和发送信号。所述多个焦平面阵列瓦片的焦平面阵列瓦片包括接收部、发送部和切换模块。接收部包括：第一过滤器，其将接收信号与发送信号隔离；低噪声放大器，其将接收信号放大；以及第一频率转换模块，其将接收信号的频率转换为中频。发送部包括第二频率转换模块，第二频率转换模块将发送信号的频率转换为射频。切换模块接收来自接收部的输出以及将输出切换到另外的焦平面阵列瓦片。在另一方面，一种卫星有效载荷系统包括多个有源透镜瓦片，所述多个有源透镜瓦片与多个焦平面瓦片对接，所述多个焦平面瓦片与反射器对接，用于接收和发送信号。所述多个有源透镜瓦片的有源透镜瓦片包括接收部和发送部。有源透镜瓦片的接收部包括：第一过滤器，其将发送部处的发送信号与接收信号隔离；以及低噪声放大器，其将接收信号放大。有源透镜瓦片的发送部包括高功率放大器，其将接收发送信号的移相器的输出放大。多个焦平面瓦片的焦平面瓦片包括接收部、发送部和切换模块。焦平面瓦片的接收部包括第一频率转换模块，以将接收信号的频率转换为中频。焦平面瓦片的发送部包括第二频率转换模块，以将发送信号的频率转换为射频。切换模块接收来自焦平面瓦片的接收部的输出以及将输出切换到另外的焦平面瓦片。在又一方面，一种卫星有效载荷系统包括多个有源反射器瓦片，所述多个有源反射器瓦片与多个焦平面瓦片对接，所述焦平面瓦片与反射器对接，用于接收和发送信号。所述多个有源透镜瓦片的有源反射器瓦片包括接收部和发送部。有源透镜瓦片的接收部包括：第一环行器，其将发送部的发送信号与接收信号隔离；以及低噪声放大器，其将接收信号放大。有源反射器瓦片的发送部包括：第二环行器，其将发送信号与接收信号隔离；以及高功率放大器，其将接收发送信号的移相器的输出放大。所述多个焦平面瓦片的焦平面瓦片包括接收部、发送部和切换模块。焦平面瓦片的接收部包括第一频率转换模块，以将接收信号的频率转换为中频。焦平面瓦片的发送部包括第二频率转换模块，以将发送信号的频率转换为射频。切换模块接收来自焦平面瓦片的接收部的输出以及将输出切换到另外的焦平面瓦片。附图说明现在将参照本文公开的各个方面的附图来描述本公开内容的各个特征。在附图中，相同的部件可以具有相同的附图标记。所说明的方面意在说明而非限制本公开内容。附图包括以下图：图1A示出了根据本公开内容的一方面的多个卫星有效载荷系统的示例；图1B示出了根据本公开内容的一方面的焦平面阵列瓦片的示例；图1C示出了根据本公开内容的一方面的焦平面阵列瓦片的另一示例；图1D示出了根据本公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星有效载荷系统，包括：/n多个焦平面阵列瓦片，所述多个焦平面阵列瓦片与反射器对接，用于接收和发送信号；/n其中，所述多个焦平面阵列瓦片的焦平面阵列瓦片包括接收部、发送部和切换模块；/n其中，所述接收部包括：第一过滤器，其将接收信号与发送信号隔离；低噪声放大器，其将所述接收信号放大；以及第一频率转换模块，其将所述接收信号的频率转换为中频；/n其中，所述发送部包括第二频率转换模块，所述第二频率转换模块将所述发送信号的频率转换为射频；以及/n其中，所述切换模块接收来自所述接收部的输出以及将所述输出切换到另外的焦平面阵列瓦片。/n

【技术特征摘要】
20181121 US 62/770,485;20181211 US 62/778,199;20191.一种卫星有效载荷系统，包括：
多个焦平面阵列瓦片，所述多个焦平面阵列瓦片与反射器对接，用于接收和发送信号；
其中，所述多个焦平面阵列瓦片的焦平面阵列瓦片包括接收部、发送部和切换模块；
其中，所述接收部包括：第一过滤器，其将接收信号与发送信号隔离；低噪声放大器，其将所述接收信号放大；以及第一频率转换模块，其将所述接收信号的频率转换为中频；
其中，所述发送部包括第二频率转换模块，所述第二频率转换模块将所述发送信号的频率转换为射频；以及
其中，所述切换模块接收来自所述接收部的输出以及将所述输出切换到另外的焦平面阵列瓦片。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述接收部处的接收元件与所述发送部处的发送元件之间使用正交极化来将所述接收信号与所述发送信号隔离。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，来自所述接收部的输出通过所述切换模块被路由至所述发送部。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收部包括用于所述接收信号的相位控制的第一移相器，并且所述发送部包括用于所述发送信号的相位控制的第二移相器。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个焦平面阵列瓦片的多个发送元件被分组在一起以形成用于发送信号的发送链。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个焦平面阵列瓦片的多个接收元件被分组在一起以形成用于接收信号的接收链。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发送部包括放大器，以将所述第二频率转换模块的输出放大。


8.一种卫星有效载荷系统，包括：
多个有源透镜瓦片，所述多个有源透镜瓦片与多个焦平面瓦片对接，所述多个焦平面瓦片与反射器对接，用于接收和发送信号；
其中，所述多个有源透镜瓦片的有源透镜瓦片包括接收部和发送部；
其中，所述有源透镜瓦片的所述接收部包括：第一过滤器，其将所述发送部的发送信号与接收信号隔离；以及低噪声放大器，其将所述接收信号放大；以及
其中，所述有源透镜瓦片的所述发送部包括高功率放大器，以将接收所述发送信号的移相器的输出放大；
其中，所述多个焦平面瓦片的焦平面瓦片包括接收部、发送部和切换模块，
其中，所述焦平面瓦片的所述接收部包括第一频率转换模块，以将所述接收信号的频率转换为中频；
其中，所述发送部包括第二频率转换模块，所述第二频率转换模块将所述发送信号的频率转换为射频；以及
其中，所述切换模块接收来自所述焦平面瓦片的所述接收部的输出以及将所述输出切换到另外的焦平面瓦片。


9.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多佛·麦克莱恩，
申请(专利权)人：松下航空电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US