[其他]波束成形網絡

無效

• 申請號: 87105577
• 申請日: 1987-08-14
• 公開（公告）號: CN87105577A
• 公開（公告）日: 1988-04-27
• 發明（設計）人: 羅森·哈羅德·A
• 申請（專利權）人: 休斯航空公司
• 主分類號: H04B7/19
• 分類號: H04B7/19
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李強

本發明一般說來涉及用于產生射頻（特別是微波頻率）發射波束的裝置，更具體地說，本發明涉及一個用于在通信衛星中，向地面站發射下行信號的波形成形網絡。此波束成形網絡特別適用于如這樣一個衛星通信系統：它通過多次使用地面區域鄰接地帶的一個固定頻譜，為小孔徑天線的地面站之間提供雙向通信。

在諸如用于通信衛星的微波通信系統中，利用網絡產生用于驅動發射天線陣的天線波束信號，再由發射天線陣形成發射波束，以便將發射通信信號發射到要求的地方。在頻率掃描雷達中，用早期型的波束形成網絡去形成頻率掃描波束。這種早期型的波束形成網絡包括一條采用彎曲傳輸線形式的周期延遲線，而且每個時刻只形成單個波束。該波束以一系列小的角間距拼成一個相當大的掃描角，每個間距相應于雷達發射機的一個頻率間隔。這種系統是時序結構的。

在其它的應用中，則采用諧振電路延遲網絡來獲得天線波束的頻率可尋址能力。采用諧振電路的原因是由于所包含的頻率和帶寬相當低，從而為獲得所需延遲的傳輸線實際上很長。

上述波束形成網絡不適用于高頻通信衛星，因為這些通信衛星需要同時形成多個可控的天線波束，以便在衛星和甚小孔徑天線地面站之間提供下行通信信道。這樣的通信衛星的例子已公開在序列號為№_，提交于_，專利律師的存檔號為№PD-86309的美國專利申請中。在該專利公開的系統中，通信衛星通過使EIRP（各向同性有效輻射功率）和可利用的帶寬最大的方式，將大量甚小孔徑天線地面站互連起來。該系統在下行鏈路上采用高方向性的鄰接的波束，從而本質上增加了EIRP，而使得可多次再用給定的頻譜。結果，使得可提供點-點業務的通信信道最大。多載波發射機的高效率的取得是由于互調產物分布的結果。利用匯集發射機的功率可容易克服降雨的對下行鏈路信道的有害影響。利用將一個濾波器互連矩陣和一個高方向性可尋址下行鏈路波束的聯合，可以獲得許多用戶的互連。

本發明的波束成形網絡是要克服先有技術的各缺陷，它可以用于前面討論的衛星通信系統。

本發明的裝置用于同時形成多個天線波束信號，通過多個分別相應于諸地帶的發射信號由岸線將此信號發送輸到許多地帶，其中每個發射信號包括多個子信號，每個子信號被指定在相應地區的一個相應位置上被接收。該裝置包括用于分別傳送多個發射信號的第一組線，和空間隔開的第二組線路，它和第一組線路在二組線路的交點處相交。第一和第二組線路由十字波導耦合器在交叉點上相耦合，這樣，由每個第一組線路的每條所傳輸的每個發射信號的部分能量被傳輸到第二組線路的每條上，因此第二組線路的每條的輸出是一個天線波束信號，它包括有指定給在相應地區中相關位置上接收的子信號。在相鄰交叉點之間的距離和第一組線路的每條的寬度則是預先選好的，以便使每個子信號產生需要的相移，這樣，子信號被送達到在相應地帶中各自相關的位置上。

因此，本發明的主要目的是提供一個用于同時產生多個天線波束的波束成形網絡。

本發明的另一目的是提供如上所述的類型用于通信衛星的波束形成網絡，此衛星將下行波束發射到各地區中的不同位置，其中波束以相同頻段被發送到每個地區，以有效地在所有地區內重復使用相同頻段。

本發明的另一目的是提供如上所述的類型的波束成形網絡，這種波束形成網絡不需要諧振電路或相似一類的電路便可在天線波束信號中產生時延。

本發明的又一目的是提供如上所述的波束形成網絡，這種網絡的結構特別簡單并易于制造。

本發明的另外的目的和優點，在閱讀了本發明的最佳實施例之后，讀者將會更清楚了。

在附圖中：

圖1是通信衛星的透視圖，所示為天線子系統。

圖2是圖1中天線子系統的俯視圖。

圖3是圖2中沿3-3線的剖視圖。

圖4是圖2中沿4-4線的剖視圖。

圖5是裝備此發明的衛星所覆蓋的美國及鄰近接收地區的視圖。斜線表示所覆蓋的基本區域，由小黑點表示的區域為采用區域。

圖6是通信衛星通信電子系統方塊圖。

圖7是耦合網絡的原理示意圖，此網絡連接點到點的接收饋喇叭和圖6所示通信電子系統的輸入。

圖8是用于連接接收和發射地區點對點系統的互連信道參考圖表。

圖9是衛星覆蓋的描述多個相鄰發射區域的美國圖解表示及橫貫美國各地區的互聯信道的地理分布圖。

圖9A是點對點系統每一地區發射天線波束增益變化曲線圖。此曲線與東西方向上離開波束中心的距離有關。

圖9B是與圖9A類似的曲線，表示南北方向上的增益的變化。

圖10是點對點系統濾波互聯矩陣的詳細原理圖。