甚小口径终端和用于其中的天线制造技术

一个用于发射至地球同步卫星和从地球同步卫星接收的数据发射／接收卫星终端，由下述部件组成： 一个天线，该天线在其天线接收方向图中第一频率上具有一系列零值点，所述之零值点对应于与该卫星按规则间距在空间分布的卫星；和 一个相位和幅值补偿网络，用于调整发射信号的相位和幅值以补偿在第二频率与第一频率不同时的发射信号。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请是同一专利技术者在1995年10月10日申请的美国专利申请No.——(代理文书No.1227/46005)的后续申请部分，该专利申请又是申请日在1994年6月19日美国专利申请No.08/259,980的后续申请部分，这后一专利申请在这里结合作为整个专利技术的背景参考。本专利技术一般涉及甚小口径终端(VSATs)，且具体地说涉及用来发射信号至一个序列卫星和接收该序列卫星的信号的一种VSAT，并且涉及用于这类VSAT的天线。VSAT是双向数据发射/接收终端，它以9.6千比特/秒至100千比特/秒的速率接收寻址数据流，并以类似的数据速率发送突发数据。VSAT的价格对于每秒4.8、9.6和56千比特的双向数据服务大于10,000美元。VSAT用户每年付给服务提供者的年费为6,000美元。VSAT可在国家特别部门看到，如在美国的标准石油气站，以收集帐单数据。VSAT在全世界用于缺少电话和数据网络的地区。目前，售出的VSAT在卫星频率的C波段和Ku波段。Ku波段使用6英尺和3英尺天线，小天线具有较好的市场，因为小天线比6英尺的天线更易于在办公地点安置。6英尺的天线通常需要室外的院子或独立地块以安装天线，而3英尺天线可安装在墙上或屋顶。在Ku波段的降雨损失增加卫星段的成本较之C波段大约为10倍，因降雨损失导致数据速率降低或需更高的每比特能量。在Ku波段选择3英尺天线较之6英尺天线增加空间段成本约为4倍。然而，对许多应用来说小尺寸在用户眼中意味着增加其价值。相应的，大量3英尺Ku波段天线售出。C波段VSAT不能与3英尺天线一同售出，因为3英尺天线的波束宽度太宽以至于不能将赤道同步轨道上的C波段卫星相互区分开。在C波段，服务于美国的卫星在空间以2度相邻。通常，在C波段频率上需要至少直径6英尺的天线将一个卫星同其它卫星区分开。因此，本专利技术专注于开发一种天线的问题，该天线具有与3英尺天线相同的面积，但可在现有C波段卫星2度空间距限制下工作。由此可实现顾客方便的小尺寸天线和通过小的降雨损失敏感性获得与Ku波段相比小于10倍的空间段成本。同一专利技术者申请日为1994年6月19日美国专利申请No.08/259,980，解决了关于从C波段卫星接收信号的问题。具有与3英尺天线相同面积的3个反射器阵列用来综合成一个方向图，该方向图在目标卫星方向具有增益而在与该目标卫星相隔±2度，±4度，±6度等卫星方向的接收方向图为零。本专利技术扩展上述概念以在向卫星发射信号中创造一种类似的方向图。而同时保持接收天线的零方向图而不管频率的变化。这个问题的复杂性在于接收信号位于第一频率，例如4GHz，而发射信号位于不同的频率，例如6GHz。然而，相同的天线反射器必须用于相位和幅值的不同分布以获得传送波束形状与维持接收波束形状相同。本专利技术解决这个问题通过(1)为VSAT提供一种天线，该天线将天线面积分为3个小孔径并控制每一个区域的功率以在接收机天线方向图中产生零值点来避免接收信号受到地球同步轨道上±2度空间卫星所发射信号的干扰；并且(2)调整关于3个小孔径上的发射信号的相位和幅度以补偿由于从接收至发射时的频率变化。用于C波段的VSAT天线接收部分将使用在美国专利No.08/259,980中专利技术的接收天线以形成一个3英尺等效天线用来接收在空间以近达±2度放置的卫星的4GHz信号。此外，本专利技术的天线包括在6GHz频率发射的能力，通过控制天线的3个部分的功率以利用±2度空间相隔的卫星。为达此目的，需要一个双频率天线馈源，该馈源为已知的，因而不需进一步的描述。本专利技术的另一个部件是能够选择送往三个反射器中每一个的功率和相位以获得期望的天线方向图，以及在相同的天线上获得它，而该接收天线设计为用于在不同频率(即4GHz)上接收获得期望的天线方向图。这个概念包括通过在3个反射器之后分开4GHz和6GHz的连接网络实现。因此，本专利技术使C波段VSAT具有相当于3英尺反射器表面面积的天线成为可能。具有3英尺反射器表面面积的小天线较之6英尺反射器的美学理由是显著的。因为在C波段降雨吸收的减少，对空间段成本来说小C波段VSAT较之3英尺Ku波段发射机具有10倍的成本优势。如果Ku波段服务价格对于空间段为每年6000美元，则对于完全相同的服务和大致相同的天线表面面积，C波段服务花费600美元/年。附图说明图1描述本专利技术的VSAT系统概貌。图2描述图1所述VSAT系统中使用的本专利技术之天线的一个实施例。图3描述图1所述VSAT系统中使用的本专利技术之天线的第二个实施例。图4描述按照本专利技术的功率与相位控制。图5和6描述在卫星上接收的信号的矢量表示。如图2所示，本专利技术中的天线15包含3个同样的、边靠边相连的抛物面反射器5。三个反射器5通过传输线连向中央反射器1之后的合成盒25(图4)。在这个应用中，一个极化(例如垂直极化)专用于传输而另一个(例如水平极化)专用于接收。卫星17在6GHz利用一种极化接收上行信号而用相反极化在4GHz广播信号。在主反射器之后是一个用于接收的低噪声放大器(LNA)22和一个用于传输的高功率放大器(HPA)24。接收信号将通过电缆从LNA22传向室内单元10(接收机)。传送信号将由同一电缆从室内单元10(发射机)传向HPA24。LNA22、HPA24和发射机/接收机不是本专利技术的一部分，而是已有设备。在中央反射器1和二个边沿反射器2、3之间的功率分配对于在6GHz上的发射功能与在4GHz处的接收功能是不同的。在6GHz发射期间选择每个反射器的信号的相位和幅度的组合以避免空间相隔±2度的相邻卫星的互扰。图1描述本专利技术的双向VSAT系统，用户A发送用户数据至发射机/接收机10A，这是公知设备。然后发射机/接收机10A发送RF信号至功率和相位控制单元23A。功率和相位控制单元23A控制天线15A的3个孔径5(见图2)中每一个的功率和相位以补偿天线15A，该天线设计为在4GHz接收信号，并因此在相同频率发射信号。为补偿频率变化，本专利技术在天线发射方向图中产生增益和零值点以匹配卫星的轨道配置从而目标卫星可成功地接收信号而相邻卫星不能。天线15A发射6GHz RF信号18A到卫星17，该卫星位于围绕地球的地球同步轨道上。随后卫星17转换RF信号18A为4GHz的RF信号19B，然后该信号由一个服务于网络中所有VSAT的大型中心主站所接收。该中心主站使用大型天线，通常为30英尺直径。中心站直接连向光纤网络或其他高容量网络。如果数据准备传向另一个小型VSAT则信号转发回如专利系统的一个站或另一个标准站。发射机和接收机发射机/接收机10是已有设备，这种设备的一个实例是由休斯网络系统设计并由许多供应商制造。因此，为理解本专利技术对其内部工作的附加描述是不需要的。只要认为发射机/接收机10将接收信号转换为用户数据和将用户数据转换为可以由本专利技术之天线15发射的信号即可。天线如图2所示，天线15采用了3个抛物面反射器3，每一个具有一个馈源管13和一个副反射器9。副反射器9具有一些凹槽7，每一个凹槽有一个稍大于1/4接收信号波长的半径。换句话说，凹槽7可以在深度上变化，从而每一个凹槽对应于接收信号带宽内不同的频率。例如如果希望有3个凹槽，则第一凹槽具有半径稍大于1/4*(4GHz+δ/2)，第二个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：B·B·卢斯南，
申请(专利权)人：戴塔舍克公司，
类型：发明
国别省市：