用于与低地球轨道卫星通讯的天线制造技术

一种用于与低地球轨道（ＬＥＯ）卫星通讯的小型天线，能在小型地球站高速跟踪ＬＥＯ卫星，天线使用了两个补偿抛物面天线型反射器，且每个主馈送器设在构成反射器的旋转抛物面的焦点上。补偿抛物面天线的补偿量选择为致使在最小仰角处天线的增益最大。每个主馈送器机械地独立于移动反射器，被附着并固定于馈线。同时，反射器基于ＡＺ－ＥＬ台座的方位轴和仰角轴转动。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于与低地球轨道卫星通讯的天线本专利技术涉及用于与低地球轨道卫星通讯的天线，尤其涉及一种卫星通讯系统中的地面站使用的为与低地球轨道卫星通讯用于自动跟踪地球卫星的天线，在该通讯系统中多个低地球轨道(LEO)卫星环绕地球旋转。近来，产生了一种通过多个LEO卫星将几Mbps到几十Mbps的高速数据提供给全球用户的方案，其使用了Ka波段(20-30GHz)的高频信号。在这种使用多个低地球轨道卫星的卫星通讯系统中，从小规模的地球站的角度看，由于每个卫星在一相对短的时间内从可视领域离去，所以需要大范围的跟踪。在此之前，对于跟踪卫星的天线，已知多种技术是被广泛地用于对地静止卫星和移动卫星所用的地球站的天线。例如，对于跟踪方法来说，有一种单脉冲跟踪方法，其连续检测天线是否跟踪在波束的中心并控制使天线的方位等于卫星的方位，一步跟踪方法，其以一固定的时间间隔逐渐的移动天线并将其调整到接收电平最大的方位，以及一程控跟踪方法，其根据已知的卫星轨道的估算信息改变天线的方位。对于支持移动天线已知的方式有，AZ-EL台座装置，其中移动天线的方位角和仰角是可改变的，以及一种XY台座装置，其将移动天线在与卫星轨道方向垂直的方向上改变。目前，AZ-EL台座是最多的方式，一个轴(方位轴)是与地面垂直设置的，另一个轴(仰角轴)是水平设置的。在XY台座中，与地面水平的X轴是与Y轴垂直的，并且Y轴是与X轴一起旋转的。XY台座适于跟踪接近上空以高速移动的LEO卫星，然而，由于两个轴是位于离地较高的位置，所以XY台座存在机械误差。下面，将参照附图描述用于跟踪卫星的常规技术地球站的天线的卫星跟踪技术。-->图13示出了用于跟踪卫星的地球站的常规型天线的结构。图13示出了用于跟踪卫星的地球站的一大尺寸天线的一实例，主反射器是直径为13米的卡塞格伦(Cassegrainian)天线。天线使用AZ-EL台座的驱动机构跟踪卫星，方位轴和仰角轴是由一螺旋千斤顶机构驱动的。为简化结构，驱动机构被允许在方位轴的方向上仅在±10度的范围内连续驱动，以及采用一受限驱动方法，其在天线被要求以一大角度指向另一方向时，一组螺旋被松开且天线慢慢地旋转。对于仰角轴，能够连续地在30度到90度之间驱动。一主馈送器附着在主反射器并随主反射器整体地驱动。图14示出了用于跟踪卫星的地球站的另一常规型天线的结构和一较小尺寸的天线，其中通过用作上述大尺寸天线的一孔径天线实现了小型化和轻型化。图14示出了一抛物面天线，其是用于国际海事卫星组织(INMARSAT)标准A的船载地球站，以及十字形对称振子和一反射器板位于旋转抛物线反射器的焦点上作为主馈送器。在天线中，反射器和辐射器是一体的。为了跟踪一卫星，上述的抛物天线是由上述的AZ-EL台座和XY台座组合的四轴装置驱动的。上述的技术已在Toshio Sato先生所著并由日本电子和通讯工程研究所于1986年7月25日出版的“海事卫星通讯指南”中描述。如上所述，用于卫星通讯的常规型天线的跟踪卫星技术可以有效地用于跟踪范围相对较小的静止卫星，然而，由于下面的原因上述的常规型天线不适于用于跟踪和与LEO卫星通讯，其原因如下：即，在用于卫星通讯的常规型天线中，由于主馈送器和反射器是整体的并在跟踪一卫星中转动天线，所以将要转动的天线是很重的，驱动系统也是大型的，很难高速跟踪，而且用于遮盖天线的天线罩的面积也增加。在使用LEO卫星的卫星通讯系统中，考虑到许多小型地球站是设置在每个家庭里，整个天线的尺寸需要做得尽可能的小和尽可能的轻，所以小型化和轻型化是一个问题。此外，由于主馈送器和反射器是整体的和转动天线，需要使包括馈送系统如低噪声放大器和高频功率放大器的一射频(RF)发射/接收部分靠近主馈送器安装，以便于在转动时也能稳定地馈送到主馈送器，然而，在-->此情况中，由于发射/接收部分的重量使天线的重量也增加。在此情况中，也是可以考虑将RF发射/接收部分与反射器分离并且固定，然而，为了维持不受由旋转馈送部分位移支配的稳定连接，馈送器电缆需要是韧性的，也将需要转动连接和其它机构，因此使卫星通讯天线复杂且成本高。因为LEO卫星在多个轨道旋转，当在从北到南的某一轨道上被跟踪的一卫星消失时，接下来需要跟踪在同一轨道上旋转的另一卫星。在此情况下，使用前一个卫星通讯的信息将需要用下一个卫星通讯，并且为了转换到下一个卫星需要即刻的交接。然而，上述的常规技术存在一个问题，即，其很难在同一轨道上提供交换到另一卫星的交接。如上所述，本专利技术的目的是提供一种用于与低地球轨道卫星通讯的天线，其用于在与多个LED卫星通讯的小型地球站，其是小型化和轻型化的并能以高速跟踪LEO卫星，并提供有交接功能。为实现上述目的，根据本专利技术的用于与低地球轨道卫星通讯的天线是基于使用低地球轨道卫星的卫星通讯系统中地面侧的用于与低地球轨道卫星通讯的天线，其特征在于上述的天线用以预定距离分开的两个补偿孔径天线(补偿天线)机械地跟踪上述的低地球轨道卫星。根据本专利技术的上述的天线特征在于通过固定两个孔径天线的各自的主馈送器和根据在低地球轨道卫星的方向的方位角轴和仰角轴仅转动两个天线的各自的反射器。根据本专利技术的上述的天线特征在于还设置了一天线馈线，其用于分别的馈送上述的两个孔径天线，及一个与上述天线馈送部分连接的RF发射/接收部分，其用于通过切换上述的天线馈线发送或接收高频信号。上述的天线馈送部分和RF(射频)发射/接收部分特征在于二者被安装在上述两个孔径天线之间。此外，具体的说，本专利技术的用于与低地球轨道卫星通讯的天线是基于使用低地球轨道卫星的卫星通讯系统中地面侧的用于与低地球轨道卫星通讯的天线，其特征在于两个反射器各自的中心是按预定的距离分开的，并且它们各自具有预定的补偿抛物面，并设置了分别连接到上述反射器用于根据方位轴和仰角轴转动各自的反射器并跟踪低地球轨道卫星的两个-->AZ-EL台座、用于向各个反射器辐射预定的波束的两个主馈送器、用于分别向上述主馈送器馈送并分别支撑主馈送器以便使每个主馈送器独立于反射器的两个馈线，以及连接到上述馈线用于根据选择发射/接收高频信号的RF发射/接收部分。按照本专利技术的上述天线的特征在于上述补偿值被设定为致使在预定的最小工作仰角时天线的增益最大。按照本专利技术的上述天线的特征在于上述预定的最小工作仰角是在上述的低地球轨道卫星仰角方向跟踪的极限，并且是根据上述的低地球轨道卫星的高度和在同一轨道上排列的卫星数确定的。补偿抛物天线、补偿卡塞格伦天线和补偿格雷戈里天线中任一种可以用于上述天线。上述方位角轴是绕连接上述反射器的中心和上述主馈送器的中心的一直线旋转的一轴，仰角轴是与穿过补偿反射器的抛物面的一径向直线垂直的一直线相接的一轴，该径向直线是从在低地球轨道卫星方向上抛物面的轴的交点(中心)穿过该抛物面的。图1是本专利技术第一实施例的用于与低地球轨道卫星通讯的补偿抛物天线结构的等效结构；图2是图1所示的RF发射/接收部分的基本结构的方框图；图3A和3B示出了图1所示补偿天线反射器的基本结构；图4A和4B用于解释图3所示仰角轴的确定；图5是表示一LEO卫星的示意图；图6示出采用LEO卫星的一卫星通讯系统；图7示出了根据本专利技术的跟踪范围；图8示出了一对仰角、天线增益和整个传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于与低地球轨道卫星通讯的天线，其是用在使用低地球轨道卫星的卫星通讯系统中地面站侧的天线，其特征在于其中：采用按预定距离分开的两个补偿孔径天线机械地跟踪所述的低地球轨道卫星。

【技术特征摘要】
JP 1997-12-22 353210/971．一种用于与低地球轨道卫星通讯的天线，其是用在使用低地球轨道卫星的卫星通讯系统中地面站侧的天线，其特征在于其中：采用按预定距离分开的两个补偿孔径天线机械地跟踪所述的低地球轨道卫星。2．根据权利要求1所述的与低地球轨道卫星通讯的天线，其特征在于：所述的机械地跟踪是通过固定所述两个孔径天线的各个主馈送器和根据在所述低地球轨道卫星的方向的方位角轴和仰角轴转动反射器实现的。3．根据权利要求1所述的与低地球轨道卫星通讯的天线，其特征在于还包括：分别给所述的两个孔径天线馈电的天线馈线；及与所述馈线连接用于切换馈线和发送或接收高频信号的射频发射/接收部分。4．根据权利要求1所述的与低地球轨道卫星通讯的天线，其特征在于：所述天线馈线和所述射频发射/接收部分是安装在所述两个孔径天线之间。5．一种用于与低地球轨道卫星通讯的天线，其是用在使用地球轨道卫星的卫星通讯系统中地面站侧的天线，其中包括：两个反射器，它们的中心按预定的距离分开，并具有一预定的抛物面补偿；与所述反射器连接用于基于方位角轴和仰角轴分别转动所述反射器跟踪所述低地球轨道卫星的两个AZ-EL台座；用于将所预定的波束辐射在所述各个反射器的两个主馈送器；两个馈线，它们用于分别向所述主馈送器馈电并支撑所述的主馈送器致使它们可以独立于所述反射器固定；与所述馈线连接用于选择任一馈线并发送或接收高频信号的一射频-->发射/接收部分。6．根据权利要求1所述的与低地球轨道卫星通讯的天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本修，岩田龙一，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]