[發明專利]低成本衛星用戶終端天線

有效

• 申請號: 201680054522.7
• 申請日: 2016-09-15
• 公開（公告）號: CN108140943B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: A·M-T·德蘭
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01Q3/00
• 分類號: H01Q3/00;H01Q3/08;H01Q3/24;H01Q19/06;H01Q21/20;H04B7/185
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張揚;王英

提供了在用戶終端中用于衛星通信的波束操縱天線。波束操縱天線包括：具有多個饋電元件的天線饋電結構，所述多個饋電元件被配置為開啟或關閉以形成初始波束；以及與天線饋電結構相鄰以形成聚焦波束的聚焦透鏡。天線饋電結構可以包括多個有源波導饋電元件以生成圓極化的初始波束。聚焦透鏡可以是用于形成圓極化的聚焦波束的球面透鏡。

技術領域

概括地說，本文所描述的各個方面涉及衛星通信，具體地說，本文所描述的各個方面涉及非對地同步衛星通信系統中的衛星用戶終端。

背景技術

傳統的基于衛星的通信系統包括網關和用于在網關與一個或多個用戶終端之間對通信信號進行中繼的一個或多個衛星。網關是具有用于向通信衛星發送信號和從通信衛星接收信號的天線的地面站。網關提供使用衛星的通信鏈路，用于將用戶終端連接到其它用戶終端或者其它通信系統(例如公用交換電話網、互聯網和各種公共網絡和/或專用網絡)的用戶。衛星是軌道接收機和用于對信息進行中繼的中繼器。

假如用戶終端在衛星的“覆蓋區(footprint)”內，衛星可以從該用戶終端接收信號和向該用戶終端發送信號。衛星的覆蓋區是在地球的表面上位于該衛星的信號范圍之內的地理區域。通常，通過波束成形天線的使用，將覆蓋區在地理上劃分為“波束”。每一個波束覆蓋在覆蓋區中的特定地理區域。波束可以是定向的，以便來自同一衛星的一個以上波束覆蓋相同的地理區域。

對地同步衛星已經長期以來用于通信。對地同步衛星相對于地球上的給定位置而言是靜止的，以及因此在地球上的通信收發機和對地同步衛星之間的無線信號傳播中，存在很小的時序偏移和多普勒頻率偏移。但是，由于對地同步衛星受限于對地同步軌道(GSO)，其中GSO是在地球赤道的正上方與地球中心具有大約42,164公里的半徑的圓，因此可以放置在GSO中的衛星的數量是有限的。作為對地同步衛星的替代方案，使用非對地同步軌道(例如，低地球軌道(LEO))中的衛星的星座的通信系統，已被設計為向整個地球或者地球的至少大部分提供通信覆蓋。

因為衛星并不位于相對于UT的固定位置，所以與基于GSO衛星的通信系統和地面通信系統相比，基于非對地同步衛星的系統(例如，基于LEO衛星的系統)可能呈現出用戶終端(UT)與衛星相通信的挑戰。非對地同步軌道中的通信衛星可能以相對于地球上的UT，在方位角和仰角上以顯著地角速度進行移動。為了保持與給定衛星的通信或者與非對地同步衛星通信系統中的不同衛星切換通信，UT可能要求在方位角和/或仰角上在廣泛發散的角度之間執行快速波束操縱。

期望為UT提供低成本、低復雜度、高性能和可靠的天線，以用于衛星通信系統中的語音、數據、視頻或者其它類型的通信。期望的是，針對用戶終端的無線電天線具有波束操縱能力，使得波束可以指向給定視場范圍內的角度位置。已經設計出各種方案來為衛星地面站提供具有波束操縱能力的天線。

例如，已經設計具有機械馬達的碟形或者透鏡天線，以機械地操縱固定天線波束以朝向服務衛星的角度來指向。但是，機械波束掃描通常比電子波束掃描要慢得多。此外，衛星用戶終端中的機械波束掃描通常要求兩個獨立的天線單元或者具有兩個獨立的機械地可移動饋電的一個天線，以在兩個衛星之間實現足夠的切換時間，而不會丟失服務或者降低在用戶終端處的吞吐量。

已經還設計了針對衛星用戶終端的電子可操縱的相控陣天線，以便實現更快的掃描，但是相控陣天線通常要比機械地操縱的天線更昂貴。此外，當將由典型的相控陣天線產生的波束電子地操縱為較大的偏離瞄準線角度時，相控陣天線的有效孔徑尺寸更大，從而導致更寬的波束寬度和更低的有效天線增益。因此，電子地可操縱相位陣天線可能不能滿足針對用戶終端的低成本、快速波束操縱和足夠的天線增益的要求。

發明內容

本公開內容的方面針對用于在衛星通信系統中由用戶終端進行波束操縱的系統和方法。