[发明专利]在轨道中具有成形反射镜和高可重配置性的阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及具有反射镜、飞船装载(on board)的卫星以及旨在发送和/或接收电磁波束的阵列天线。

背景技术

术语“具有反射镜的阵列天线”在这里应当理解为包括一套定义阵列的馈体(feeds)(或辐射元件)，以及一个或多个反射镜的天线。

上述具有反射镜的阵列天线由于可以形成和定位一个或多个辐射到一个或多个给定的覆盖(coverage)的束，因而具有特别的意义。该束的形成是通过在该馈体上控制振幅和/或相位而进行的。

修改轨道上的覆盖的位置和形状的性能(双重可重配置性)具有特别的意义，特别是考虑到通信量(traffic)的变化，接管故障卫星，或者改变具有跨越给定区域的链接预算(link budget)的保留(retention)的轨道弧上的位置。为了允许双重可重配置性，通常使用下面描述的三种方案。

第一种方案包括使用具有直接辐射(或称DRA)的主动阵列天线，换言之是一种没有反射镜的天线。该类型的阵列天线提供很好的双重可重配置性的性能，但是需要大量的控制器(control)，这通常使其在造价和重量上过高。此外，与每个DRA控制器相关联的放大器的低效率，通常在传输中导致很高的浪费。

第二种方案包括使用非成形抛物面反射镜的焦平面或者焦平面附近的馈体阵列(或称FAFR)。该方案特别在第4,965,587号美国专利文件中描述。为了覆盖给定区域，以馈体阵列的每一个馈体贡献给全部覆盖的一部分的方式，馈体阵列形成所需尺寸。馈体的定位直接链接到待覆盖的区域。通过采用反射镜的反射定律用几何方法来确定。必须优化不同控制器的振幅/相位定律，用于使通过该馈体传输的束组合及给出适合每个待覆盖的区域的辐射模式。如果一开始仅有一个区域待覆盖，则仅使用相关阵列的一部分。应用于辐射元件的放大范围是大的，这样在传输时有必要在放大器之间使用功率平衡装置(称为MPA)。

每一个馈体直接地链接到覆盖的一部分，一方面利用了放大器的冗余以在发生局部损耗时避免该区域的损耗，另一方面，导致许多的馈体(通常是控制器)直接链接到覆盖的尺寸。这样，该束形成结构特别复杂，导致与MPA的存在相关联(link)的额外损耗，并导致相当大的体积和重量。

第三种方案，是第二种方案的变体，在第2004/0222932号美国专利文件中公开。其包括在反射镜焦平面上放置馈体阵列，该反射镜的反射表面被成形，从而展开每一个束覆盖的区域，该束在由独立馈体传输的主波瓣(lobe)中具有“平”(flat)的辐射模式。该原理与上面描述的相同，每一个馈体仅贡献覆盖的一部分。由于反射镜形状产生的独立束的传播，可以减少采样覆盖的馈体的数量，这就使得可以减少天线控制器的数量。

发明内容

由于没有一个已知方案可以提供在成本和/或重量和/或控制器的简化和/或轨道上可重配置性的性能几个方面全部令人满意的表现，本发明的目的就是改善这种情况。

为了这个目的，本发明提出具有反射镜的阵列天线，包括：i)至少两个馈体的阵列，包括所谓的中心馈体，被安排和定位用以在选定方向发送(或接收)电磁波束，ii)束形成装置，被安排用以通过应用于馈体端口的振幅/相位定律的方式，用以控制每个所述馈体的振幅和相位，并提供适当的放大等级，从而使每一个馈体传输用于覆盖选定区域的辐射模式(形成束并包括主波瓣)，以及iii)一个或多个反射镜，用于反射由馈体传输的(或者向馈体发射的)束。

所述具有反射镜的阵列天线，其特征在于：

三维(3D)成形至少一个反射镜的表面，从而反射每一个馈体传输的束并传播馈体的能量，用以覆盖选定的相关区域，与中央馈体相关联的辐射模式的主波瓣确定所谓的主要覆盖，该主要覆盖完全包括天线的、选定形式和尺寸的每个主动的覆盖区域，以及与每一个非中央馈体相关联的辐射模式的主波瓣至少与主要覆盖部分地重叠，以及

所述束形成装置应用于馈体阵列的端口，选择振幅和/或相位的定律，从而所述阵列的馈体发出的束的组合确定所述天线的每一个主动的覆盖区域。

根据本发明的具有反射镜的阵列天线，包括其它可以单独或者组合使用的特征，特别是：

将所述馈体定位于反射镜的的焦平面上，或反射镜中的焦平面外，以各种形式置于反射镜前面；

所述馈体包括任何形式的辐射元件(例如是环形或矩形的角(horn)，打印的元件(或“片”)，槽或螺旋)，以发送和/或接收模式和任何偏振中运行；

优选地反射镜的其中一个的表面通常具有三维成形的抛物面的外形；