專利名稱：用于異步衛(wèi)星群的終端－天線設(shè)備的制作方法
發(fā)明涉及一種向在低地軌道上移動(dòng)的衛(wèi)星發(fā)射/接收數(shù)據(jù)的終端-天線設(shè)備。
終端-天線設(shè)備用于被置于從或朝向衛(wèi)星群傳輸高比特率數(shù)據(jù)設(shè)備組的中間，它可以公用或私用，民用或軍用。
該衛(wèi)星群包括大量位于圍繞地球低或中軌道上移動(dòng)的衛(wèi)星。在一傳統(tǒng)的配置中，高度是800到1500公里，衛(wèi)星在一系列的軌道平面上具有均勻的角度間隔，以及例如8個(gè)衛(wèi)星在每一個(gè)軌道上彼此間隔開45°，和8個(gè)非常傾斜的環(huán)繞地球軌道平面，以使得全球所有點(diǎn)總是能夠看到至少兩個(gè)甚至是三個(gè)衛(wèi)星。對(duì)于衛(wèi)星低軌道的選擇主要是由相互作用的需要和高數(shù)據(jù)通量以及由接收機(jī)所接收的功率決定的，不是由通過同步軌道朝向網(wǎng)絡(luò)接入中心站的傳播時(shí)間決定。相反，該選擇導(dǎo)致了衛(wèi)星的快速移動(dòng)，一顆位于1500公里軌道上的衛(wèi)星在地面的一點(diǎn)上只能被看到10分鐘左右。
在減少衛(wèi)星數(shù)量并能保證地面終端通訊連續(xù)的目標(biāo)下，對(duì)于所述終端需要能夠在盡可能長的時(shí)間內(nèi)跟蹤衛(wèi)星，所以最好是直到地平線。對(duì)于這些終端的第二種情況是能夠非?？焖俚貙⑼ㄓ嶆溌窂囊粋€(gè)達(dá)到地平線的衛(wèi)星擺向另一個(gè)可視的衛(wèi)星。最后，對(duì)于發(fā)射和接收的波束，天線的增益必須是30分貝的量級(jí)。
對(duì)于該問題有多種解決方案。第一種解決方案是使用電子掃描天線，但角度覆蓋區(qū)太大(方位從0到360°，俯仰10到90°)，該解決方案需要一系列昂貴的有效部件移相器，用于彌補(bǔ)損失的、位于發(fā)射部件和移相器之間的、接收和發(fā)射功率的低噪聲放大器，以及分路器/合路器的放大器。它們的成本是非常高的。
另一個(gè)來自于軍事領(lǐng)域的、能夠進(jìn)行多個(gè)穿越地平線的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤的解決方案在專利US3755815中被披露，它同樣發(fā)表于微波雜志(75年10月第31-34頁)。它是使用發(fā)射機(jī)有效部件陣列與一個(gè)介電材料穹形透鏡相結(jié)合，能夠偏轉(zhuǎn)波束直到地平線及之外。該解決方案的主要缺陷是由于幾百個(gè)有效部件的陣列需要而使得制造成本太高。
其他的通過介電透鏡或波導(dǎo)透鏡的應(yīng)用而得到的無線電波束偏轉(zhuǎn)裝置是公知的，例如在《羅和李(Lo and lee)-天線手冊(cè)》中所披露的，但其技術(shù)上的限制是其偏折角較小，大約在透鏡軸周圍10°左右，而且不能跟蹤目標(biāo)。
我們還知道，在微波天線領(lǐng)域(見申請(qǐng)PCT WO 8809066)，天線包括一個(gè)平面陣列天線，它與一個(gè)微波聚焦透鏡相連，并且與位于焦球面部分的定位天線源相連，以便獲得波束希望的方向。該天線具有這樣的缺陷，由于其輻射表面是平面陣列，天線的方向性對(duì)于較小的俯仰角有劇烈的減小(對(duì)于10°的俯仰角大約是-7.6分貝)，而我們這里尋求的是恒定的方向性。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、緊湊和制造便宜的設(shè)備，它能夠保持從和朝向異步衛(wèi)星群的高比特率通訊。
因而本發(fā)明提供了一種向和從至少一個(gè)遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)發(fā)射和接收無線電信號(hào)的天線設(shè)備，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)在空間中運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于所述天線設(shè)備是可見的，該天線設(shè)備包括一個(gè)透鏡，用于聚焦準(zhǔn)平面波，該波束為所述遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)所發(fā)射，所述裝置具有一個(gè)焦球面S，至少一個(gè)準(zhǔn)球面波束信號(hào)的發(fā)射/接收初級(jí)源，該源在球面部分S上運(yùn)動(dòng)；其特征在于它包括a)偏轉(zhuǎn)透鏡，用于偏轉(zhuǎn)由遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)發(fā)射或接收的準(zhǔn)平面波；b)伺服裝置，用于伺服每一發(fā)射/接收初級(jí)源到遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的已知位置。
該聚焦和偏轉(zhuǎn)透鏡的組合能夠產(chǎn)生平面波束以及使該波束向地平線的偏折，所述波束由位于聚焦透鏡焦球面上一點(diǎn)的發(fā)射/接收初級(jí)源所發(fā)射或接收，該焦球面對(duì)應(yīng)于每一時(shí)刻衛(wèi)星的位置。
本發(fā)明特別地提供一種向和從至少兩個(gè)遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)發(fā)射和接收無線電信號(hào)的終端-天線設(shè)備，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)在空間中兩個(gè)不同的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于所述終端-天線設(shè)備是可見的，其特征在于它包括a)用于確定所述遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)在給定時(shí)刻的視覺位置的裝置；b)用于選擇遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的裝置；c)一個(gè)前述的天線，包括至少兩個(gè)發(fā)射/接收初級(jí)源；d)導(dǎo)引裝置，用于導(dǎo)引發(fā)射/接收初級(jí)源在焦球面S上的移動(dòng)，以避免初級(jí)源相撞；e)用于在初級(jí)源之間進(jìn)行切換的裝置。
因此我們能夠達(dá)到維持與異步衛(wèi)星群的數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸。發(fā)射/接收初級(jí)源的數(shù)量減小到僅有兩個(gè)，帶來了天線總成本的大量減小。另外，在該配置中設(shè)備的尺度小于兩個(gè)卡賽格林(Cassegrain)天線的解決方案。所以我們的到了一種要比以前設(shè)備簡單多的工具，它可以以傳統(tǒng)方式布置在屋頂上，其制造成本也很低，因此該類型天線可以用于特殊的用途。
根據(jù)發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例，準(zhǔn)球面波束形信號(hào)的發(fā)射/接收初級(jí)源在聚焦透鏡的焦球面的一部分上構(gòu)成一個(gè)可移動(dòng)的喇叭天線。
根據(jù)一最佳實(shí)施例，發(fā)射/接收初級(jí)源通過一對(duì)方位/傾斜馬達(dá)的作用，其每一個(gè)都能移動(dòng)。
該設(shè)備通過傳統(tǒng)部件的應(yīng)用既簡單的機(jī)械布置可以獲得較小的制造成本。
根據(jù)一最佳實(shí)現(xiàn)形式，將準(zhǔn)平面波聚焦為準(zhǔn)球面波的透鏡是一種具有大范圍掃描的多焦點(diǎn)聚焦透鏡。
更特別地，通過波束發(fā)射/接收初級(jí)源在其焦球面上的移動(dòng)，使得掃描范圍相對(duì)于聚焦透鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸大于30°。
該設(shè)備能夠使用簡單的技術(shù)達(dá)到大范圍的掃描。
根據(jù)一最佳變化，聚焦透鏡以一種介電凸透鏡的方式被實(shí)現(xiàn)。在另一種變化中，聚焦透鏡以一種波導(dǎo)凹透鏡的形式被實(shí)現(xiàn)。
這些基于比較便宜的常用材料制成的聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)模式與以前某些解決方案中所應(yīng)用的有源部件陣列相比，還能夠減小設(shè)備的成本。
根據(jù)一最佳實(shí)施例，準(zhǔn)平面波偏折透鏡采用介電穹形透鏡的形式。更精確地說，該穹形透鏡一般具有半圓形平均剖面。
該實(shí)施例同時(shí)產(chǎn)生了一種直到水平面的波束偏折能力，另外還能具有一個(gè)天線罩保護(hù)裝置。
根據(jù)最佳實(shí)施例，透鏡的至少一個(gè)包括一個(gè)匹配層(對(duì)應(yīng)于波長的四分之一)。該匹配層最好由折射率等于透鏡介電折射率平方根的介電材料構(gòu)成。根據(jù)另一個(gè)變化，匹配層具有一個(gè)等于所應(yīng)用波長四分之一的厚度，并且具有多個(gè)盲孔。
該匹配層用于減小損失及由介電透鏡表面反射現(xiàn)象產(chǎn)生的耦合。
后面給出的發(fā)明最佳實(shí)施例的描述和附圖將是我們能夠更好地理解發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。該描述很明顯地是一種例子，但并不局限于此。在附圖中-

圖1簡要地示出了根據(jù)本發(fā)明的終端-天線，以及其中所布置的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)部件；-圖2更加精確地示出了根據(jù)本發(fā)明的天線的主要構(gòu)成部件；-圖3簡要的示出了發(fā)射/接收初級(jí)源在聚焦透鏡的焦球面部分S上通過一對(duì)方位/俯仰馬達(dá)移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)施例；-圖4示出了發(fā)射/接收初級(jí)源的信號(hào)的轉(zhuǎn)換的電路的最好布置；-圖5示出了該布置的一種變化；-圖6是發(fā)射/接收初級(jí)源在聚焦透鏡的焦球面部分上通過一對(duì)方位/俯仰馬達(dá)移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的第二實(shí)施例的簡圖；-圖7是通過馬達(dá)對(duì)X/Y，發(fā)射/接收初級(jí)源在聚焦透鏡聚焦球面部分移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的簡圖；-圖8是發(fā)射/接收初級(jí)源的實(shí)施例的透視(圖10a)和剖面(圖10b)簡-圖9是圖6的機(jī)械裝置的圖示，在其上布置有適于圖8實(shí)施例的發(fā)射/接收初級(jí)源；-圖10是發(fā)射/接收初級(jí)源在聚焦透鏡的焦球面部分上通過方位/俯仰和X/Y馬達(dá)對(duì)移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)施例的簡圖；-圖11是發(fā)射/接收初級(jí)源在聚焦透鏡的焦球面部分上通過擺動(dòng)軸馬達(dá)對(duì)移動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)施例的簡圖，僅有一個(gè)源是活動(dòng)的(active)；-圖12是圖11實(shí)施例的圖示，其中兩個(gè)源是活動(dòng)的。
-圖13到15示出了聚焦透鏡的三個(gè)變化的剖視圖；-圖16簡要的示出了偏轉(zhuǎn)透鏡的雙曲線形的變化；并且圖1示出了對(duì)于兩個(gè)在圍繞地球5的軌道4上運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星2，3的天線1。衛(wèi)星軌道是確定的并且很早就知道的。盡管由于殘余大氣阻力，太陽輻射壓力或姿態(tài)控制的原因會(huì)出現(xiàn)一定的變化(限于大約+-0.5°)，這些可以通過衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行規(guī)律性階段矯正。這些衛(wèi)星配備有接收天線以及發(fā)射天線6，7，它在直接波束8，9中發(fā)射強(qiáng)功率信號(hào)。
一個(gè)使用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的個(gè)人或企業(yè)配備一個(gè)終端-天線，它一方面包括如同傳統(tǒng)電視衛(wèi)星天線一樣固定地布置例如屋頂上的天線1。該終端-天線還包括保證衛(wèi)星跟蹤，無線電信號(hào)發(fā)射和接收以及用戶擁有授權(quán)(預(yù)定)的加密信息編碼的電子控制器10。終端-天線還同一個(gè)微機(jī)PC類型的運(yùn)算器11相連，它包括一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備，一個(gè)鍵盤12和屏幕13。微機(jī)存儲(chǔ)器設(shè)備包括一個(gè)構(gòu)成衛(wèi)星軌道信息(星歷表)的紀(jì)錄裝置，和一個(gè)在給定時(shí)刻根據(jù)這些軌道信息和終端-天線地理位置(經(jīng)度，緯度)，計(jì)算那些衛(wèi)星在視野中并且是什么樣的本地地理角(方位，俯仰)的軟件。
在該實(shí)施例中，終端-天線1，10還與一個(gè)電視14相連以控制發(fā)射的接收，所述電視能夠配備一個(gè)攝像機(jī)15以便視頻會(huì)議的應(yīng)用，天線還連接到一個(gè)電話16和一個(gè)未示出的傳真機(jī)上。通過終端-天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送所必需的不同儀器被連接到連接器盒17上，連接器可以被連接到容納有終端-天線電子控制裝置的盒10上。
更詳細(xì)地，根據(jù)發(fā)明的天線1在圖2中被示出，并且在其最佳實(shí)施例中包括一個(gè)一個(gè)穹形透鏡21，它能夠?qū)碜孕l(wèi)星的無線電波束偏折，衛(wèi)星可能位于本地可見的空間中任意的方向上，從天頂直到地平線，波束被偏折向一聚焦透鏡22，該透鏡將接收自衛(wèi)星的平面波轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛎娌?反之亦然)。天線1同樣包括兩個(gè)球面波束發(fā)射/接收初級(jí)源23，24，一個(gè)在該圖上未示出的該發(fā)射/接收初級(jí)源的定位機(jī)械裝置，以及一個(gè)支撐這些部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)25。位于初級(jí)源和透鏡下面的設(shè)備被布置到圓柱形金屬保護(hù)裝置26中。
偏折穹形透鏡21是公知的類型。它首先近似于特高頻領(lǐng)域中的光學(xué)透鏡。其作用是將傾斜角Θ2在0°和80°到85°之間準(zhǔn)平面波束偏折到傾斜角Θ1在0°和30°到45°之間準(zhǔn)平面波束。
該透鏡是準(zhǔn)半球形的。該種穹形透鏡的原理在1975年10月的《微波雜志》中有描述。它通過特高頻介電材料，例如熱強(qiáng)無線電反射能力的硬化材料(介電常數(shù)ξ為10左右)模壓而成。該種材料包括羅致(Rogers Corp)公司生產(chǎn)的《DuroidsTM(杜好意的)》TMM10類型(《熱固性微波材料》，熱固性材料)，或者愛么聲和卡明(Emerson&Cumming)公司的K10。這些基于例如包含有特細(xì)陶瓷的PTFE(聚四氟乙烯，更加出名的是其商業(yè)名稱TeflonTM(特氟隆))對(duì)于雨和惡劣的天氣幾乎是不敏感的，并且它具有足夠的強(qiáng)度而不使風(fēng)吹變形。因此它可以滿足天線布置組件的天線罩保護(hù)器的作用。
由于所選擇的波長(幾個(gè)厘米)的原因，對(duì)于所獲得形狀的必要精度必須要達(dá)到毫米級(jí)，由于對(duì)于精度的要求不高(要比攝影儀器的透鏡低的多)這就使得制造簡單。
所選擇高能偏折器能將掃描角放大2到2.7倍，因此能夠?qū)H為30到40°內(nèi)波束角實(shí)際掃描到地平線。上面的能量偏折器將會(huì)在表面上產(chǎn)生信號(hào)的部分反射現(xiàn)象，這會(huì)降低天線整體的性能。半球型透境內(nèi)半徑為25厘米，其可變的厚度根據(jù)所選者的材料折射率，在頂部約為3到5厘米，在邊緣為3到7厘米。穹形透鏡的外部剖面基本上接近于球形帽子。因此在所考慮的實(shí)施例中，天線罩外部直徑大約為60厘米，這是一個(gè)與衛(wèi)星電視接收天線相當(dāng)?shù)某叽纭?br> 聚焦透鏡22也具有一個(gè)介電材料構(gòu)成的超高頻透鏡。它如同準(zhǔn)光學(xué)透鏡一樣的方式工作，具有大于1的折射率(在介電質(zhì)中的波長小于在真空中的波長)。因此該透鏡的幾何形狀是凸的，它在《羅和李(Lo and lee)-天線手冊(cè)》中被描述，例如在16-19到16-59頁上。該透鏡的作用是將傾斜角為0到35°的準(zhǔn)平面波束轉(zhuǎn)變?yōu)榕R近傾斜軸的準(zhǔn)球面波束。
多焦點(diǎn)透鏡能夠通過初級(jí)源(發(fā)射和接收)的移動(dòng)來獲得較大的掃描(透鏡軸周圍30到40°)。對(duì)于非常細(xì)的波束的10°的掃描，該類型透鏡在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，而外推到30到40°也不會(huì)帶來特殊的問題，在這里也不需要特別注重聚焦天線的增益，因?yàn)槠洳ㄊ欠浅４蟮模瑢?duì)于所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，聚焦系統(tǒng)可能的掃描廣度表現(xiàn)在波束寬度數(shù)量上。在這里，該透鏡通過強(qiáng)介電常數(shù)(ξ接近10)的復(fù)合型材料可以很容易地模壓制得?；谒褂玫膸讉€(gè)厘米波長的同樣理由，所要求的模壓精度僅是毫米的量級(jí)(相對(duì)于波長的比例，這要比在可見光譜中工作的透鏡比例高的多)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)穹形透鏡21的前述復(fù)合材料同樣可以用于實(shí)現(xiàn)該聚焦透鏡22。介電透鏡的選擇能夠得到寬大的通過波段，以及通向天線的大量數(shù)據(jù)比特率。
對(duì)于內(nèi)直徑為50厘米的穹形透鏡而言，聚焦透鏡的直徑大約為35厘米。聚焦透鏡被水平安置，其光學(xué)中心與半球型穹形透鏡的光學(xué)中心重合。根據(jù)所選擇材料精度的特點(diǎn)，該透鏡的聚焦球面半徑約為30到50厘米。
在該聚焦球面部分(典型地是在聚焦透鏡軸周圍35°)可移動(dòng)地布置有兩個(gè)球面波發(fā)射/接收初級(jí)源23，24。它們可以是例如衛(wèi)星電視接收中典型的喇叭天線，在該接收中使用了拋物面反射器來照射的喇叭。
這里所使用的喇叭的特殊特點(diǎn)一方面與角度相關(guān)聯(lián)，在該角度下可以看到聚焦透鏡，另一方面與所使用的波長有關(guān)。當(dāng)涉及到數(shù)據(jù)流量時(shí)，對(duì)于各種應(yīng)用，從互動(dòng)游戲，遠(yuǎn)程工作，遠(yuǎn)程紀(jì)錄，互動(dòng)視頻，因特網(wǎng)類型的數(shù)據(jù)傳輸，必須要考慮到1到5兆級(jí)別的最大發(fā)送量以及更大級(jí)別的最大接收量，也就是說10到50兆。另外在該應(yīng)用中喇叭的位置也會(huì)導(dǎo)致波束±30°的發(fā)散。在波束邊緣接收會(huì)有-10到-15分貝的減弱，我們以傳統(tǒng)的方法計(jì)算喇叭口的致敬，對(duì)于所使用的頻段(Ku波段是11到14.3Ghz)是50到60毫米的直徑。
圖3示出了能夠滿足兩個(gè)喇叭在球面部分移動(dòng)的簡單的機(jī)械布置，兩喇叭的移動(dòng)是獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)的。該布置主要包括一個(gè)雙同心圓環(huán)32，33，及支撐喇叭23，24的吊架30，31。為保證在該構(gòu)型中喇叭的自由軸所確定的球面部分正好對(duì)應(yīng)于聚焦透鏡22的焦點(diǎn)球，它通過一個(gè)這里未示出但是傳統(tǒng)的機(jī)械支撐裝置被置于雙圓環(huán)的中心。
在該配置中，第一喇叭23通過一支撐喇叭24的布置“內(nèi)部”的布置被移動(dòng)。該第一喇叭23通過其上部與擺動(dòng)裝置30的由硬塑料制成的支撐結(jié)構(gòu)相連，其兩臂在其基部被制成圓弧狀，以避免障礙支撐第二喇叭24的另一擺動(dòng)裝置31的通過。擺動(dòng)裝置30在軸A處與內(nèi)圓環(huán)32相連。
擺動(dòng)裝置圍繞垂直方向的移動(dòng)通過安置在圓環(huán)內(nèi)部軸A傾斜馬達(dá)36，例如步進(jìn)電動(dòng)馬達(dá)，來實(shí)現(xiàn)。該移動(dòng)能夠達(dá)到-35°到+35°的傾斜角β1。該傾斜角是衛(wèi)星高度的函數(shù)對(duì)于衛(wèi)星位于當(dāng)?shù)氐奶祉敃r(shí)它為零，當(dāng)衛(wèi)星位于當(dāng)?shù)氐仄骄€上10°時(shí)它是+-35°。
內(nèi)圓環(huán)32通過另一個(gè)同樣的步進(jìn)型電動(dòng)馬達(dá)34作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)能夠確定一個(gè)0°到360°的方位角α1。該馬達(dá)例如被安置在兩圓環(huán)的外部，并且通過一個(gè)帶齒圓環(huán)驅(qū)動(dòng)內(nèi)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)。
因此我們可以理解，兩方位馬達(dá)34，傾斜馬達(dá)36的聯(lián)合動(dòng)作能夠?qū)⒌谝焕?3移動(dòng)到開角+-35°的聚焦球面帽狀頂上所選擇的任意一點(diǎn)上，剩下的喇叭總是指向聚焦透鏡的中心。兩馬達(dá)34，36的控制能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的跟蹤，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度對(duì)應(yīng)于例如在大約10分鐘內(nèi)喇叭從-35°的俯仰角位置移動(dòng)到+35°俯仰角的位置。
因此兩方位馬達(dá)34和傾斜馬達(dá)36構(gòu)成了一對(duì)方位/俯仰馬達(dá)。
第二喇叭的布置非常類似于前面所述的第一喇叭的布置。該喇叭24通過其下部，以不危及到內(nèi)部擺動(dòng)裝置通過而產(chǎn)生障礙的尺度連接到一擺動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)31。該擺動(dòng)裝置被懸掛在外圓環(huán)33上。天線24的方位角α2由方位馬達(dá)37的動(dòng)作來確定，其傾斜角β2通過傾斜馬達(dá)35來獲得，在所有點(diǎn)上它與另一天線的位置馬達(dá)一樣。
喇叭的方位/傾斜步進(jìn)馬達(dá)的伺服和供電電路在這里沒有被示出，但是對(duì)于所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言這是公知的。
對(duì)于能夠在兩喇叭23，24之間轉(zhuǎn)換的電路，它在圖4中被示出。發(fā)射信號(hào)通道42包括一個(gè)放大器46(技術(shù)《SSPASolid StatePower Amplifier(固態(tài)電源放大器)》固態(tài)電源放大器)，而接收信號(hào)通道43包括一放大器47(技術(shù)《LNALow NoiseAmplifier(低噪聲放大器)》低噪聲放大器)，它們被連接到一循環(huán)器41上。該公知循環(huán)器是一個(gè)在其三門之間給定方向上產(chǎn)生信號(hào)循環(huán)并且能夠?qū)Πl(fā)射/接收去偶的被動(dòng)部件。它可以是由鐵氧體制成。該循環(huán)器被連接到喇叭的這個(gè)或那個(gè)的選擇連接交換器40上。交換器40通過軟同軸電纜44，45被連接到喇叭上。它是基于二極管的公知類型，并且以少于一毫秒的時(shí)間內(nèi)在兩喇叭間交換。在該描述中沒有提到的附件，比如供電部分，也是該領(lǐng)域中公知的類型。
設(shè)備的工作模式包括多個(gè)階段。首先是設(shè)備的布置。它包括天線在建筑物頂部的接卸固定，同時(shí)檢驗(yàn)天線的水平軸和北/南朝向。然后天線被連接到它的電源，控制微型計(jì)算機(jī)11，用戶電視14，攝像機(jī)15，電話16上。
在同一個(gè)階段，星群的衛(wèi)星星歷表(位置軌道參數(shù)和給定初始瞬間的速度)被裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存以用于宿主服務(wù)和天線控制。這些數(shù)據(jù)可以以軟盤的形式被提供。
在輸入當(dāng)?shù)貢r(shí)間和終端-天線的地理位置(經(jīng)度，緯度)后，計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)從存儲(chǔ)的軌道參數(shù)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻開始的時(shí)間流逝，計(jì)算星群的衛(wèi)星實(shí)際位置，并與終端-天線的理論可見區(qū)域的位置相比較。通過將兩個(gè)喇叭23，24指向衛(wèi)星理論可見位置，跟蹤一段時(shí)間，校驗(yàn)來自接收和發(fā)射功率電平中、天線的空間指向上和跟蹤質(zhì)量上所獲取的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)過程是可以實(shí)現(xiàn)的。用于布置的校正是根據(jù)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。
在日常使用階段，當(dāng)使用者將系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)(計(jì)算機(jī)工作并且天線供電)，導(dǎo)引軟件計(jì)算此時(shí)衛(wèi)星的位置，由此而來確定那顆衛(wèi)星在全球該位置該時(shí)刻能夠被看到。根據(jù)地平線上最高位置衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)11計(jì)算出與喇叭在聚焦透鏡的聚焦球面上所必需的對(duì)應(yīng)位置，向該喇叭的移動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)發(fā)送移動(dòng)指令，選擇連接該喇叭，對(duì)應(yīng)于最靠近視野的衛(wèi)星，進(jìn)行電子發(fā)射和接收。數(shù)據(jù)的傳輸和接收就可以進(jìn)行了。
接下來，計(jì)算機(jī)計(jì)算用于跟蹤衛(wèi)星的喇叭的位置的正確移動(dòng)，并且將馬達(dá)導(dǎo)向?qū)?yīng)的位置。正常跟蹤衛(wèi)星所獲得的位置精度是由天線主瓣的寬度以及所述天線移動(dòng)帶來的信號(hào)可接受的衰減量所確定的。在該情況下，主瓣5°的開度以及0.3分貝的可接收信號(hào)損失可以由馬達(dá)產(chǎn)生喇叭的0.75°的指向精度，這對(duì)于一個(gè)直徑50厘米的聚焦球面是0.65厘米的位置精度。因此低軌道異步衛(wèi)星的跟蹤再每大約6秒鐘的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致喇叭0.65厘米的移動(dòng)。在衛(wèi)星跟蹤時(shí)，保證通訊通量的喇叭在移動(dòng)上要比另一個(gè)喇叭具有優(yōu)先級(jí)，軟件保證在所有時(shí)刻在滿足第二喇叭在第一喇叭軌道之外移動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生任何碰撞。
根據(jù)衛(wèi)星低于10°的高度準(zhǔn)則(衛(wèi)星接近于地平線)，或者所接收信號(hào)非正常的衰減(考慮到樹木，山丘或其他當(dāng)?shù)氐恼系K，永久的或非永久的，或者在同步衛(wèi)星弧度的臨近段中通過，在這種情況下由同步衛(wèi)星產(chǎn)生的或朝向同衛(wèi)星的干擾導(dǎo)致連接中斷)，計(jì)算機(jī)確定最靠近視野的第二顆衛(wèi)星，并且將第二喇叭定位到該對(duì)應(yīng)的位置。然后實(shí)現(xiàn)該喇叭的選擇連接，并且進(jìn)行該衛(wèi)星的追蹤。在本實(shí)施例中為1毫秒的兩喇叭天線之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，對(duì)于1Mbps到5Mbps最大數(shù)據(jù)傳輸量，會(huì)產(chǎn)生月1到50比特的數(shù)據(jù)丟失。丟失數(shù)據(jù)的恢復(fù)可以通過在信號(hào)傳輸中加入糾錯(cuò)碼來實(shí)現(xiàn)。
星歷表的重置可以通過從容納有新數(shù)據(jù)的軟盤輸入，也可以根據(jù)終端的自動(dòng)請(qǐng)求通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)本身遠(yuǎn)程注入。
如同我們?cè)诿枋鲋兴姷降模谠摬贾弥兴褂玫鸟R達(dá)是與小于1公斤的輕質(zhì)量移動(dòng)的功率相適應(yīng)的，這就可以使用商業(yè)上非常一般的、很便宜的馬達(dá)。它向?qū)τ谑褂脙蓚€(gè)卡賽格倫天線來跟蹤衛(wèi)星的解決方案要更具優(yōu)點(diǎn)，在那個(gè)方案中馬達(dá)必須要適應(yīng)幾公斤質(zhì)量的高精度定位，因此要貴的多。
天線定位上所需要的精度水平以及兩移動(dòng)之間的時(shí)間保證了傳統(tǒng)的機(jī)械布置和簡單的電路就能夠達(dá)到該水平。因此我們看到所選擇的解決方案是制造經(jīng)濟(jì)的。
剛才所描述的實(shí)施例同時(shí)還提供了一個(gè)低成本的設(shè)備，與通常類型不同的或需要特別制造的部件是非常少的，并且設(shè)備是緊湊的。
需要注意的是所描述的設(shè)備在其垂直軸周圍具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，并且具有與風(fēng)向無關(guān)的通風(fēng)裝置，以及由于圓柱和半球形的選擇而具有較小的阻力系數(shù)，這就相對(duì)于傳統(tǒng)的沒有天線罩的天線更具優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于傳統(tǒng)天現(xiàn)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)就會(huì)帶來保持運(yùn)動(dòng)的問題。
在聚焦透鏡22的一個(gè)實(shí)施例的變化中，它可以用硅石英材料來制造。
在另一個(gè)變化中，能夠在兩喇叭23，24之間轉(zhuǎn)換的電路可以由圖5所示的布置所取代。在該按布置中，每一個(gè)喇叭23，24包括一個(gè)循環(huán)器41’，41”，信號(hào)發(fā)射46’，46”和接收47”，47”上的放大模塊直接連接在其上。兩初級(jí)源的發(fā)射信號(hào)通過兩同軸電纜45’，44’被連接到選擇連接設(shè)備40’上，要發(fā)射的信號(hào)通過信道42通到該連接設(shè)備上。同樣，接收信號(hào)的低噪聲放大器通過同軸電纜45”，44”被連接到選擇連接設(shè)備40”上，要接收的信號(hào)通過信道43被連接到該連接設(shè)備上。
該設(shè)置用于減小在軟同軸電纜產(chǎn)生的信號(hào)丟失的沖擊，它大約是每0.5米長度每根電纜1分貝。該變化由于放大器加倍而具有更高的成本，但是對(duì)于同樣的功率放大器能夠改進(jìn)功率各向同性輻射(PIRE)約1分貝，以及約2分貝的接收價(jià)值因數(shù)(G/T)。與同樣性能天線相比，它能夠減小聚焦透鏡和穹形透鏡的尺度，因而能減小整個(gè)天線的尺度。
圖6示出了圖3的方位/俯仰馬達(dá)機(jī)械布置的一個(gè)變化。每一個(gè)源23，24被安裝在支撐臂50，51上，支撐臂包括一與聚焦球面同心的圓弧23，24，它們被分別置于聚焦球面下部的一半上，以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸54，55，它們彼此并行延伸并且與所述的方位馬達(dá)56，57向耦合。因此初級(jí)源23，24根據(jù)方位分別在間隔開的Az1和Az2上運(yùn)動(dòng)。
另一方面，每一初級(jí)源23，24由俯仰馬達(dá)58，59驅(qū)動(dòng)的俯仰運(yùn)動(dòng)El1，El2，在其圓弧52，53的滑槽中被導(dǎo)向。該俯仰運(yùn)動(dòng)El1和El2能夠確定兩可見衛(wèi)星的對(duì)準(zhǔn)軸S1和S2。
在與跟蹤衛(wèi)星方法相關(guān)的一個(gè)變化中，主動(dòng)技術(shù)可以替代所述的被動(dòng)技術(shù)，在該技術(shù)中如同我們記得的那樣，衛(wèi)星位置特性數(shù)據(jù)被預(yù)先簡單地存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，并且我們假設(shè)在好的地點(diǎn)和好的時(shí)刻來定位初級(jí)源，不需要實(shí)時(shí)控制。而在我們所面對(duì)的變化中，每一個(gè)喇叭包括多個(gè)接收器，例如4個(gè)成方形陣列接收器，并且提供對(duì)應(yīng)于總和以及由不同接收器接收的信號(hào)的不同的信號(hào)輸出。在給定衛(wèi)星跟蹤的初始階段，一個(gè)喇叭根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算的數(shù)據(jù)被定位。然后在一段時(shí)間中對(duì)信號(hào)合及其不同進(jìn)行的評(píng)價(jià)分析能夠確定衛(wèi)星處于那個(gè)方向并且進(jìn)行追蹤。根據(jù)實(shí)時(shí)觀測(cè)到的衛(wèi)星的位置，所存儲(chǔ)的星歷表的自動(dòng)更新可以由宿主計(jì)算機(jī)規(guī)律性地進(jìn)行。
在另一個(gè)未示出的變化中，其中用戶沒有微型計(jì)算機(jī)，衛(wèi)星跟蹤軟件和星歷表紀(jì)錄存儲(chǔ)器被集成到一個(gè)帶有存儲(chǔ)器的微處理器中，例如被集成到置于電視機(jī)中的一個(gè)盒子中，其典型尺寸為傳統(tǒng)加密電視解碼器的大小，它也可以與用于加密發(fā)射的調(diào)制器/解調(diào)器混用。因而星歷表遠(yuǎn)程規(guī)律性間隔注入自動(dòng)進(jìn)行，不需要用戶的干預(yù)。在所有前面的變化中要注意到，如果多媒體系統(tǒng)運(yùn)行的波段與衛(wèi)星直播電視的帶寬相同，那么兩源就可以被置于適于指向地球同步衛(wèi)星的位置因此同一個(gè)終端-天線可以被交換地用于由該兩衛(wèi)星發(fā)送的多媒體應(yīng)用和節(jié)目接收，后者可以通過已動(dòng)員來任意改變。
在另一個(gè)變化中，一個(gè)與發(fā)明相同的設(shè)備不僅僅被安置在地面終端上，同樣也被安置在衛(wèi)星上，例如能夠僅向某個(gè)地面站發(fā)送圖像的觀測(cè)衛(wèi)星，其位置可以使任意的。地面站的跟蹤衛(wèi)星的原理與地面終端跟蹤異步衛(wèi)星的原理類似。在該應(yīng)用中，地面站的尺度相對(duì)于用于發(fā)射寬波束衛(wèi)星的傳統(tǒng)接收天線要減小許多(例如如果我們?cè)谔炀€接收的信號(hào)上獲得20分貝的增益就需要10的因數(shù))，因此具有很弱的接收功率。該設(shè)備可一個(gè)改進(jìn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的保密性。最后解決方案的簡便性，低成本(相對(duì)于具有龐大部件的主動(dòng)天線這一特殊情況)以及其低電耗使得非常適于衛(wèi)星上的應(yīng)用。
本發(fā)明的范圍并不限于作為例子而在前面描述的實(shí)現(xiàn)形式，相反它還可以擴(kuò)展到所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠改進(jìn)的范圍之內(nèi)。
在移動(dòng)源支撐的機(jī)械布置的另一個(gè)變化中，在圖7上所示，每一個(gè)初級(jí)源23，24的移動(dòng)可以通過被稱為X/Y的馬達(dá)對(duì)來提供。半圓弧60通過聚焦球面直徑方向上相對(duì)的兩點(diǎn)，例如東和西，被連接在一起。源23由連接在源上的第二電動(dòng)馬達(dá)的作用代替滑槽在該弧的長度上移動(dòng)。第二源24以同樣的方式被安裝在另一湖62上并由第二馬達(dá)63導(dǎo)向。盡管沒有示出，每一半圓弧60和62通過第一馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)圍繞第一軸Ox作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它構(gòu)成了X/Y馬達(dá)對(duì)的第二馬達(dá)，圓弧60的半徑小于圓弧62的半徑。因此第二馬達(dá)61和63能夠使得源能夠圍繞本身由第一馬達(dá)的作用而相對(duì)于第一軸運(yùn)動(dòng)的第二軸Oy運(yùn)動(dòng)，第二軸Oy總是垂直于第一軸Ox。源之一朝向“北”衛(wèi)星發(fā)射和接收，另一個(gè)朝向“南”衛(wèi)星發(fā)射和接收，這是為了避免源的位置沖突。兩臂或弧的相對(duì)重定位也是可能的，如果其中之一在透鏡上面通過的話。
圖6和7的布置具有相對(duì)于圖3和5的布置更加緊湊的優(yōu)點(diǎn)。另外它更加適于通過源獲得更大的通經(jīng)照亮角，在球面聚焦透鏡的應(yīng)用中這是必須的。
在初級(jí)源之前安裝放大器連接的另一個(gè)變化中，使用了與圖7和圖9上所示相適應(yīng)的源的機(jī)械布置，每一拱是一個(gè)波導(dǎo)，因此信號(hào)的傳輸是特高頻的，并且傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)連接墊被設(shè)置在拱的鉸接處。該設(shè)備能夠減少信號(hào)的損失并且因此能夠拉開初級(jí)源的放大器之間的間距。
在移動(dòng)源支撐機(jī)械布置的另一個(gè)變化中，在圖10上所示，第一初級(jí)源23由方位/俯仰馬達(dá)對(duì)70，71的動(dòng)作來提供移動(dòng)，第二初級(jí)源24由X/Y馬達(dá)對(duì)72，73的動(dòng)作來提供移動(dòng)，另外第一初級(jí)源的方位馬達(dá)70還驅(qū)動(dòng)整個(gè)天線。
在圖11和12上所示的移動(dòng)源支撐機(jī)械布置的另一個(gè)變化中，初級(jí)源23，24的每一個(gè)又在傾斜旋轉(zhuǎn)軸上的馬達(dá)對(duì)80，81和82，83的動(dòng)作來提供移動(dòng)。
初級(jí)源的每一個(gè)支架包括一臂84，85及一懸臂86，87，初級(jí)源23，24被固定在懸臂86，87的自由端88，89上。第一馬達(dá)80，82驅(qū)動(dòng)臂84，85圍繞相對(duì)與垂直方向叉開第一角度αo1，αo2的第一傾斜軸O1，O2旋轉(zhuǎn)，第二馬達(dá)81，83驅(qū)動(dòng)懸臂86，87圍繞相對(duì)于垂直方向叉開第二角α’o1，α’o2的第二傾斜軸O’1，O’2相對(duì)于臂84，85旋轉(zhuǎn)，該第二角大于第一角αo1，αo2，每一馬達(dá)對(duì)的第一軸和第二軸在彼此相互的垂直方向上伸展。
我們同樣能夠考慮到，終端，其中聚焦透鏡/偏轉(zhuǎn)透鏡的組合體被安置在與初級(jí)源的支架所分離的支架上，它還包括一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)所述透鏡組合體的支架的輔助馬達(dá)90，以使得它能夠基本上與波束平行地伸展。
當(dāng)然，發(fā)明并不僅限于前述的實(shí)施例，當(dāng)然也可以用于例如主動(dòng)掃描天線等其他實(shí)現(xiàn)，更一般而言可以用于所有使用一個(gè)或多個(gè)與所描述裝置類似的裝置，為滿足同樣功能，獲得同樣結(jié)果，例如安裝在支架上的每一個(gè)初級(jí)源由至少一對(duì)馬達(dá)的動(dòng)作來提供移動(dòng)以使每一個(gè)源在至少聚焦球面下部的一半獲得移動(dòng)的應(yīng)用。
另外，在光學(xué)部件的一個(gè)實(shí)現(xiàn)的變化中，聚焦透鏡和偏折透鏡由一個(gè)單一的同一個(gè)透鏡所取代，其形式是介電材料制成的固定圓聚焦透鏡，它朝向與透鏡同心的聚焦球面聚焦平行的特高頻波束。天線源可以根據(jù)前面所述的機(jī)械設(shè)備來安裝，并且在該聚焦球面上移動(dòng)。改源可以是前面所考慮過的那類喇叭，或者是被稱為“轉(zhuǎn)插板(patches)”的印刷電路板。這些電路板從其本身講可以是單一的源(圖8a，8b)，或者是成小網(wǎng)狀的分組(圖7)，這樣可以補(bǔ)償聚焦系統(tǒng)可能的品質(zhì)變差。該種更加緊湊的電路板的變化在球透鏡的情況下特別有用，在這種情況下對(duì)于放置源的空間是更加小的，更何況我們就是要試圖減小終端-天線的整體空間。
也可以考慮使用三源的設(shè)備，其中一個(gè)源固定安裝在穹形透鏡上，用于對(duì)準(zhǔn)地球同步弧上的一顆衛(wèi)星。該裝置使用單一的天線可以根據(jù)用戶的選擇，或者作為向異步衛(wèi)星發(fā)送高信息流量的多媒體應(yīng)用(這需要兩個(gè)移動(dòng)源)，或者從同步衛(wèi)星直接接收電視圖像(盡管它是用于多媒體系統(tǒng)不同的另一個(gè)頻段)，而沒有移動(dòng)源重定位的延遲。
另一個(gè)替換與初級(jí)源連接的電纜的變化在于使用光纖以保證信號(hào)的發(fā)射和/或接收。這些光纖源和放大器整體的移動(dòng)跟蹤是具有柔韌性好的優(yōu)點(diǎn)。支架本身可以作為光導(dǎo)體來使用以便傳送用于移動(dòng)初級(jí)源的馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)信息。
因此設(shè)備包括一個(gè)用于光發(fā)射的發(fā)光二極管(在幾百兆赫的波段上)以及一個(gè)用于接收光學(xué)數(shù)據(jù)的光電二極管。在拱的連接點(diǎn)處安裝有一面反射鏡，以向光導(dǎo)管傳送光。
也可以用管道來為初級(jí)源，放大器和移動(dòng)馬達(dá)的供電提供電流，它包括兩個(gè)分開的導(dǎo)體通路并且在源上有接觸器以接收該電流。
介電材料制成的聚焦透鏡22也可以由滿足同樣功能的其他透鏡來代替。這種變化在圖13到16中被示出。如同我們?cè)趫D13中看到的，第一種變化在于“分區(qū)”介電天線，這就是說去除材料的厚度以使得在區(qū)域前和后的相位延遲保持一個(gè)常數(shù)(接近于360°的一倍)。在該圖中，對(duì)應(yīng)于去除區(qū)域93，94形成兩邊91，92，因此這就可以減小透鏡的體積和質(zhì)量。該區(qū)域技術(shù)帶來了在區(qū)域邊緣上反射性能下降的缺陷，因此透鏡剖面凹處數(shù)目必須要盡可能地減小。
聚焦透鏡的第二種變化，在圖14中所示，在于用波導(dǎo)透鏡22”’替代介電材料，也可以是部分替代(天線22”具有一凹處91，在圖14上示出)。該波導(dǎo)透鏡是公知領(lǐng)域的。其原理是合成一個(gè)折射率小于1的透鏡(因?yàn)樵诓▽?dǎo)中的波長大于在真空中的波長)，因此在相同聚焦情況下與介電透鏡曲線相反的曲線。所以這里我們有一個(gè)凹透鏡。該選擇帶來的缺陷是要比介電透鏡通過的波段窄，但是它制造成本較低，透鏡可以例如根據(jù)希望的凹度通過一塊鋁，并且在該鋁塊上簡單地鉆一系列平行的、成梅花形的孔來成型制造。
對(duì)于介電透鏡，如果我們希望改進(jìn)天線的性能，就必須要減小介電質(zhì)/空氣界面處的反射。因此最好可以設(shè)置一厚度為波長四分之一的匹配層。它最好是以例如襯層的形式來實(shí)現(xiàn)，該襯層的介電折射率等于介電質(zhì)折射率的平方根√n。另一變化在于在厚度方向上鉆多個(gè)波長四分之一的盲孔，其密度使剩余介電系數(shù)與在孔中空氣介電系數(shù)的平均值等于介電質(zhì)系數(shù)的平方根√n。該方法是傳統(tǒng)的，它屬于“模擬”所確定的介電常數(shù)。
在說明書中，提到過一種半球形偏折透鏡，這是最傳統(tǒng)的一種模式。一個(gè)可實(shí)行的變化在于使用雙曲線或短焦距拋物面幾何形狀，如圖16所示。在該圖中，可以見到雙曲線穹形透鏡21，聚焦透鏡22，在這里穹形透鏡是分區(qū)的(在圖上可見到脫離處101)。這就能夠增加大傾斜角(衛(wèi)星在地平線上較低的高度)所能照到的表面，因而能補(bǔ)償在該情況下聚焦透鏡增益的減低。因此一高度為35到40厘米的穹形透鏡能夠得到直徑為30厘米的圓盤的那樣的可用輻射表面。
權(quán)利要求
1.一種向和從至少一個(gè)遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)(2，3)發(fā)射和接收無線電信號(hào)的天線設(shè)備，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)在空間中運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于所述天線設(shè)備是可見的，該天線設(shè)備包括一個(gè)透鏡(22)，用于聚焦準(zhǔn)平面波，該波束為所述遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)所發(fā)射，所述裝置具有一個(gè)焦球面S，至少一個(gè)準(zhǔn)球面波束信號(hào)的發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)，該源在球面部分S上運(yùn)動(dòng)；其特征在于它包括a)偏轉(zhuǎn)透鏡(21)，用于偏轉(zhuǎn)由遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)發(fā)射或接收的準(zhǔn)平面波；b)伺服裝置(10，11)，用于伺服每一發(fā)射/接收初級(jí)源到遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的已知位置。
2.一種向和從至少兩個(gè)遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)(2，3)發(fā)射和接收無線電信號(hào)的終端-天線設(shè)備，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)在空間中兩個(gè)不同的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于所述終端-天線設(shè)備是可見的，其特征在于它包括a)用于確定所述遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)在給定時(shí)刻的視覺位置的裝置；b)用于選擇遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的裝置；c)一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的天線(1)，包括至少兩個(gè)發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)；d)導(dǎo)引裝置(11)，用于導(dǎo)引發(fā)射/接收初級(jí)源在焦球面S上的移動(dòng)，以避免初級(jí)源相撞；e)用于在初級(jí)源之間進(jìn)行切換的裝置(40)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于它還包括一個(gè)恢復(fù)在切換時(shí)所丟失的數(shù)據(jù)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的設(shè)備，其特征在于準(zhǔn)球面波束信號(hào)的發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)采用喇叭形天線，它在將準(zhǔn)球面波轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)平面波的聚焦透鏡(22)的焦球面S的一部分上移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)包括一個(gè)用于放大發(fā)射和接收的信號(hào)的放大模塊(41，46，47)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的設(shè)備，其特征在于將準(zhǔn)平面波會(huì)聚成準(zhǔn)球面波的聚焦透鏡(22)是以一種具有寬掃描區(qū)域的多焦會(huì)聚透鏡的形式被實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于掃描區(qū)域相對(duì)于聚焦透鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸大于30°，這是通過波束發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)在其聚焦球面S上的移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征在于聚焦透鏡(22)是以一種介電凸透鏡的形式被實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征在于聚焦透鏡(22)是以一種波導(dǎo)凹透鏡的形式被實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的設(shè)備，其特征在于聚焦透鏡(22)是“分區(qū)的”。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10之一所述的設(shè)備，其特征在于準(zhǔn)平面波偏折透鏡(21)采用介電穹形透鏡的形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于穹形透鏡(21)具有一般半球形的平均剖面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于穹形透鏡(21)具有內(nèi)部和外部一般為拋物線，橢圓或雙曲線的剖面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13之一所述的設(shè)備，其特征在于它包括一個(gè)相對(duì)于與偏折透鏡(21)相融合的外部環(huán)境條件隔離設(shè)備的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求11到14之一所述的設(shè)備，其特征在于偏折透鏡(21)從其頂部直到基部具有一逐漸增加的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15之一所述的設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)透鏡(21，22)包括一個(gè)四分之一波長的匹配層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于匹配層由折射率等于透鏡的介電質(zhì)的折射率的平方根的介電質(zhì)構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于匹配層具有一所用波長四分之一的厚度，并且鉆有多個(gè)盲孔，其鉆孔密度使之產(chǎn)生與透鏡的介電質(zhì)的折射率的平方根相等的等效折射率。
19.根據(jù)權(quán)利要求2到18之一所述的設(shè)備，其特征在于遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)是衛(wèi)星群，并且確定衛(wèi)星在視野內(nèi)給定時(shí)刻位置的裝置包括-每一衛(wèi)星在給定時(shí)刻的軌道參數(shù)數(shù)據(jù)庫；-終端-天線地理位置參數(shù)存儲(chǔ)裝置；-從初始軌道參數(shù)和自初始時(shí)刻流逝的時(shí)間來計(jì)算每一衛(wèi)星確切位置的軟件；-將軌道位置與從終端-天線位置可見的角區(qū)域相比較的軟件；-定期更新遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)軌道參數(shù)數(shù)據(jù)庫的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到19之一所述的設(shè)備，其特征在于發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)包括用于探測(cè)相對(duì)于從移動(dòng)的遠(yuǎn)距接收機(jī)/發(fā)射機(jī)接收的波束的指向偏差的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1到20之一所述的設(shè)備，其特征在于每一初級(jí)源(23，24)安裝在一支架上，并通過至少一對(duì)馬達(dá)的動(dòng)作來提供移動(dòng)，以使得每一源至少在焦球面的下半部分運(yùn)動(dòng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1到21之一所述的設(shè)備，在其中聚焦透鏡/穹形透鏡組合體被安裝在與初級(jí)源支架相分離的支架上，其特征在于它還包括一驅(qū)動(dòng)所述組合體的支架的輔助馬達(dá)(90)，以使得它基本上與波束平行地伸展。
23.根據(jù)權(quán)利要求1到22之一所述的設(shè)備，其特征在于每一初級(jí)源(23，24)通過方位/俯仰馬達(dá)對(duì)(34，35，56，57；36，37，58，59)的動(dòng)作來提供移動(dòng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于初級(jí)源的每一支架包括以一擺動(dòng)裝置(30，31)，初級(jí)源(23，24)被固定地安裝在其上，每一擺動(dòng)裝置一方面由馬達(dá)對(duì)的方位馬達(dá)(34，35)提供軸向移動(dòng)，另一方面由馬達(dá)對(duì)的另外的傾斜馬達(dá)(36，37)來提供相對(duì)于垂直方向的移動(dòng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于初級(jí)源的每一支架裝置包括一構(gòu)成與聚焦球面同心的圓環(huán)的臂(50，51)，它位于聚焦球面下部分的各自的一半，每一臂通過馬達(dá)對(duì)的方位馬達(dá)(56，57)來提供方位上的移動(dòng)，而每一初級(jí)源由馬達(dá)對(duì)的另一馬達(dá)(58，59)來提供沿圓弧方向上的移動(dòng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1到22之一所述的設(shè)備，其特征在于每一初級(jí)源由被稱為X/Y的馬達(dá)對(duì)來提供移動(dòng)，第一馬達(dá)保證每一初級(jí)源圍繞基本上水平的第一軸Ox旋轉(zhuǎn)，而第二馬達(dá)(61，63)保證每一初級(jí)源圍繞本身由第一馬達(dá)的作用而相對(duì)于第一軸運(yùn)動(dòng)的第二軸Oy旋轉(zhuǎn)，第二軸Oy總是垂直于第一軸Ox。
27.根據(jù)權(quán)利要求1到22之一所述的設(shè)備，其特征在于第一初級(jí)源(23)由方位/俯仰馬達(dá)對(duì)(70，71)的動(dòng)作來提供移動(dòng)，而第二初級(jí)源(24)由X/Y馬達(dá)對(duì)(72，73)的動(dòng)作來提供移動(dòng)，第一初級(jí)源(23)的方位馬達(dá)(70)另外還驅(qū)動(dòng)整個(gè)天線(1)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1到22之一所述的設(shè)備，其特征在于每一初級(jí)源(23，24)由有傾斜旋轉(zhuǎn)軸(O1，O2；O’1，O’2)的馬達(dá)對(duì)(80，82；81，83)的動(dòng)作來提供移動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于初級(jí)源(23，24)的每一個(gè)支架包括一臂(84，85)及一懸臂 (86，87)，初級(jí)源被固定在懸臂的自由端(88，89)上，第一馬達(dá)(80，82)驅(qū)動(dòng)臂圍繞相對(duì)于與垂直方向叉開第一角度(αo1，αo2)的第一傾斜軸(O1，O2)旋轉(zhuǎn)，第二馬達(dá)(81，83)驅(qū)動(dòng)懸臂圍繞相對(duì)于垂直方向叉開第二角(α’o1，α’o2)的第二傾斜軸(O’1，O’2)相對(duì)于臂旋轉(zhuǎn)，該第二角大于第一角(αo1，αo2)，每一馬達(dá)對(duì)的第一軸和第二軸在彼此相互垂直的方向上伸展。
30.一種向和從至少一個(gè)遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)(2，3)發(fā)射和接收無線電信號(hào)的天線設(shè)備，該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)在空間中運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于所述天線設(shè)備是可見的，該天線設(shè)備包括一個(gè)固定光學(xué)裝置(22)，用于聚焦遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)所發(fā)射的準(zhǔn)平面波，所述裝置具有一個(gè)焦球面S，其特征在于它以組合的方式包括a)至少一個(gè)準(zhǔn)球面波束信號(hào)的發(fā)射/接收初級(jí)源(23，24)，它在聚焦球面S的一部分上移動(dòng)；b)伺服裝置(10，11)，將每一發(fā)射/接收初級(jí)源相對(duì)于遠(yuǎn)距發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的已知位置定位；c)用于在初級(jí)源之間進(jìn)行切換的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的天線設(shè)備，其特征在于聚焦光學(xué)裝置由穹形透鏡構(gòu)成，并且設(shè)備還包括至少一個(gè)固定在穹形透鏡上的一個(gè)初級(jí)源，以對(duì)準(zhǔn)相對(duì)于所述天線在天空中可見的固定的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種向或從在異步衛(wèi)星群中所選擇出來的衛(wèi)星發(fā)射/接收無線電信號(hào)的終端－天線設(shè)備(1,10),包括:用于確定終端－天線視野中的衛(wèi)星的位置的裝置,將接收自或發(fā)向所選的視野中的衛(wèi)星的準(zhǔn)平面波聚焦向一焦面S的裝置,及準(zhǔn)球面波束信號(hào)的發(fā)射/接收初級(jí)源,它們根據(jù)異步衛(wèi)星所確定的位置控制在聚焦球面上獨(dú)立地移動(dòng)。
文檔編號(hào)H01Q3/08GK1254448SQ9880470
公開日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者杰拉德·凱勒, 比阿特麗斯·品特 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司