[发明专利]一种宽窄波束结合的低轨卫星接入天线系统

说明书

本申请涉及一种宽窄波束结合的低轨卫星接入天线系统，其包括一半球拱形收发一体天线和一多波束相控阵发射天线。

技术领域

本申请涉及一种低轨互联网卫星星座天线系统，尤其涉及一种宽窄波束结合的低轨卫星接入天线系统。

背景技术

2014年来，随着卫星技术、电子技术和新材料技术的迅猛发展，欧美发达国家商业卫星公司纷纷提出卫星全球互联网计划，拟发射数百颗甚至数千颗低轨卫星构建天基互联网星座，以提供覆盖全球的用户接入。基于微波链路的用户高速数据通信要求星载天线具有较高增益，而天线波束宽度与天线的增益成反比。因此，接入天线是所有低轨全球互联网星座计划面临的共性难题。

目前国际上互联网低轨卫星的用户下行天线一般采用以下方式：

1)反射面点波束天线

采用反射面点波束天线实现地面固定和低速移动用户的高速接入，系统优点在于天线增益高、用户通信速率快。

2)固定喇叭天线阵列

采用固定喇叭天线阵列实现宽波束覆盖，地面固定用户和车载、舰载、机载用户通过高定向天线接入。系统优点在于支持的用户数量大，固定天线有利于卫星姿态控制。

反射面点波束天线主要具有以下缺点：

(一)天线支持的接入用户少

反射面天线机械结构跟踪速度慢，单天线只能服务于单个用户，对于低轨星座系统支持的用户总数太少，且反射面天线包络尺寸比较大，单星能够配备的天线数量有限，造成整个系统容量受限，服务费用高昂。

(二)天线转动过程中带来扰动

采用反射面天线方案的卫星，每个天线需要实时跟踪地面用户，天线转动机构在跟踪过程中会带来大量的扰动，不利于小卫星平台的姿态稳定和控制。

因此反射面点波束天线主要应用于中高轨道的通信卫星。

固定喇叭阵列天线主要具有以下缺点：

采用喇叭天线阵列方案，喇叭天线的增益与波束角成反比，为了实现高增益星上喇叭天线的波束张角较小，需要庞大数量的低轨卫星才能实现全球覆盖。举例分析，若卫星喇叭天线法向增益为23dBi，喇叭天线波束张角12.5°，单星覆盖地面±25°的范围，需700颗左右卫星才能覆盖全球；如星上采用法向增益为19dBi喇叭天线，天线波束张角20°，单星覆盖±40°的范围，仍需约300颗卫星才能达到全球覆盖的效果。因此，采用固定喇叭天线阵列的方案，将带来低轨星座系统建设复杂度高、周期过长的缺点，不适合商业航天应用。

目前低轨全球互联网星座针对该问题存在两种解决思路，一种是提高星座卫星数量，提出上千颗卫星组成的通信星座，解决天线高增益和全球覆盖问题；另一种是采用点波束高增益扫描覆盖的方案，缺点是系统同时服务的用户数目相对较小。

为此，本领域迫切需要开发一种新颖的宽窄波束结合的低轨卫星接入天线系统来解决1)天线的低轨宽波束覆盖问题，从而能够减少星座卫星数量，降低星座建设成本；2)天线的高增益问题，从而能够提高落地信号功率，为全球用户提供高速通信；和/或3)解决点波束天线覆盖下用户广域分布和接入用户数量相对较小的问题。

发明内容

本申请之目的在于提供一种宽窄波束结合的低轨卫星接入天线系统。

为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。

本申请提供一种宽窄波束结合的低轨卫星接入天线系统，其包括一半球拱形收发一体天线和一多波束相控阵发射天线。

其中所述半球拱形收发一体天线由均匀布置在半球面上喇叭天线阵列组；

其中1个喇叭天线位于半球面中心，其余喇叭天线在半球面上对称均匀分布；