[發(fā)明專利]天線系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01135939.0
• 申請(qǐng)日: 1995-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN1392634A
• 公開（公告）日: 2003-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薩繆爾·莫農(nóng)－加西亞;野本進(jìn)一;彼德·波斯凱特;丹尼斯·穆林;本·哈琴森;帕特里克·科莫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英馬爾塞特有限公司
• 主分類號(hào): H01Q21/00
• 分類號(hào): H01Q21/00;H01Q5/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 李德山

本申請(qǐng)是發(fā)明名稱為“天線系統(tǒng)：申請(qǐng)日為1995年3月30日，申請(qǐng)?zhí)枮?5193168.7的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種天線系統(tǒng)，具體地但不是排他地說(shuō)，是涉及一種用于衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的多波束形成器。

這種系統(tǒng)在諸如WO93/09029、WO93/09577、WO93/09578、WO93/09613、WO93/09614、WO93/09624、EP-A-0510789、EP-A-035885、EP-A-421722中得到了一般的描述。所提出的Inmarsat(TM)(國(guó)際航海衛(wèi)星(地面站))P21系統(tǒng)由若干個(gè)地面站組成，這些站可以是移動(dòng)站，并具有用于與一組按一定方式布局的通信衛(wèi)星進(jìn)行通信的天線。各個(gè)衛(wèi)星帶有用于發(fā)送和接收多波束陣列的天線系統(tǒng)，每一個(gè)波束都指向地球表面上的一部分，這些波束一起覆蓋了地球的整個(gè)表面。

各個(gè)波束攜帶若干頻分多路信道；例如，各個(gè)束的帶寬可以是5MHz，使得每個(gè)波束能夠承載大量的用戶信道(通常承載語(yǔ)音通信)。衛(wèi)星通常還攜帶有用于與固定的地面站進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的天線，與例如公共通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

為了合成遠(yuǎn)場(chǎng)波束形式中的多個(gè)波束，如果發(fā)送和接收天線是由輻射元件的大型陣列組成的直接輻射天線(即沒(méi)有反射器)，傳統(tǒng)的波束形成網(wǎng)絡(luò)在原理上對(duì)于每一個(gè)輻射元件和每一個(gè)波束位置都要求一個(gè)移相器，且對(duì)于每一個(gè)波束都要求一個(gè)功率分配器。因此，對(duì)于一百個(gè)元件和一百個(gè)波束，需要10,000個(gè)移相器和100個(gè)功率分配器，且對(duì)于大量的波束和元件，部件的數(shù)目大體成指數(shù)增加。

這使RF(射頻)部件的重量很大，且供電系統(tǒng)的功率損失也變高。重量和電力消耗在衛(wèi)星中都是非常重要的。

另一種用于陣列天線的波束形成器，是US?3255450(Butler)中描述的“Butler矩陣”，它由四端口功率分配器與有關(guān)的移相器的碟形級(jí)聯(lián)設(shè)置組成，用于接收N個(gè)輸入RF信號(hào)并向N個(gè)分開的元件組成的線性陣列提供輸入。每一個(gè)分配器都接收兩個(gè)輸入的模擬RF信號(hào)，其中一個(gè)得到移相，并輸出帶有90度相差的三個(gè)RF信號(hào)。該分配器和移相器陣列的效果，是以相移逐步遞增的形式，把提供給每一個(gè)輸入端的RF信號(hào)饋送給陣列的每一個(gè)元件。因此，該陣列起著相陣列的作用，以取決于相移增量(它取決于輻射元件的數(shù)目)和元件間隔，產(chǎn)生出波束。

通過(guò)有選擇地依次激發(fā)各個(gè)輸入端，可以產(chǎn)生增量掃描的波束，該波束可被用于雷達(dá)應(yīng)用。或者，該波束形成器可被用來(lái)從一個(gè)公共孔徑產(chǎn)生多個(gè)固定的網(wǎng)格式波束。通過(guò)提供排列成行和列的若干個(gè)這種線性矩陣，可以沿著兩個(gè)正交方向之一進(jìn)行波束掃描，其中行矩陣的輸出供給列矩陣的輸入端，而列矩陣的輸出供給輻射器的二維陣列。

Butler矩陣幾乎是無(wú)損耗的，這就是一般采用它們的理由。

JP-A-59-44105公開了一種二維波束形成網(wǎng)絡(luò)，它包括Butler矩陣組成的兩個(gè)正交排列，以形成沿著矩形陣列的角對(duì)準(zhǔn)的波束。EP-A-0056205公布了一種大型Butler矩陣，它是由Butler矩陣的兩個(gè)正交組組成的。

WO88/04837公開了用在通信衛(wèi)星上的可調(diào)整波束反射器天線，其中Butler矩陣被用于波束調(diào)整。

EP-A-0468662公開了一種天線(它可以是直接輻射天線)，其中Butler矩陣被用作功率分配器，以在天線陣列元件之間分配功率，以形成單個(gè)的單向復(fù)合波束，矩陣提供的逐步遞增的相移被移相器元件所抵消。

線性Butler矩陣陣列天線的一個(gè)特征，是相鄰波束之間的交叉點(diǎn)被降低了3dB以上，從而使波束之間的功率降低到最大波束電平的一半。對(duì)于正方形陣列，4個(gè)相鄰波束之間的功率最小值低8dB，這本身將使傳統(tǒng)的正方形Butler矩陣不適合于形成多重衛(wèi)星通信波束，因?yàn)樗Ｍ氖翘峁?duì)地球表面的均勻覆蓋。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種天線系統(tǒng)，它利用無(wú)源功率分配矩陣(例如Butler矩陣)作為六角形陣列天線的波束形成器，以產(chǎn)生六角的波束方向陣列。

六角形陣列的采用，給地球表面提供了比相應(yīng)的正方形陣列所能夠提供的更好的覆蓋，因?yàn)槠湎噜彶ㄊg的功率沒(méi)有降低那么多。

陣列周圍的孔徑最好是平滑的，這樣在遠(yuǎn)場(chǎng)分布中減小了相鄰波束之間的功率降低。

矩陣最好是冗余的，且只有某些輸出端口與輻射元件相連；其他的輸出端口是終接的。

本發(fā)明的這一方面使Butler矩陣不再實(shí)現(xiàn)通常的無(wú)損耗的優(yōu)點(diǎn)。然而，我們發(fā)現(xiàn)這種損失對(duì)于交叉點(diǎn)處的功率降低的改進(jìn)來(lái)說(shuō)，是可以允許的。