[发明专利]具有跟踪基座的有源阵列天线系统

说明书

具有在跟踪基座上有源阵列的混合天线配置为促进与第一和第二卫星同时进行多波束操作。所述混合天线系统包括基座,所述基座具有基座和相对于所述基座绕第一轴枢转地安装的支撑件，一维有源电子扫描阵列(AESA)，其经配置以沿着扫描平面扫描且围绕偏斜轴可旋转地安装在所述支撑件上，以及偏斜定位器，所述偏斜定位器配置为使所述AESA绕所述偏斜轴旋转，以使所述扫描平面与所述第一卫星和所述第二卫星对准以促进与所述第一卫星和所述第二卫星的同时多波束操作。还公开了一种使用具有在跟踪基座上的有源阵列的混合天线的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月7日提交的美国临时专利申请62/639，926的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及具有在跟踪基座上的有源电子扫描阵列(AESA)的天线系统，并且更具体地涉及具有安装在具有偏斜定位的跟踪基座上的一维AESA的天线系统以及其使用方法。

背景技术

越来越依赖于卫星通信。早期的卫星通信依赖于地球静止地球轨道(GEO)卫星。由于GEO卫星具有地球同步赤道轨道，GEO卫星看起来固定在天空中。因此，与GEO卫星通信的地球终端简单地需要指向“固定”GEO卫星的天线来建立和维持与GEO卫星的通信。

随后部署中地球轨道(MEO)卫星的[0004]星座，并且已经部署了较近星座的低地球轨道(LEO)卫星。允许卫星通信的MEO卫星具有显著降低的传输延迟和功率要求，并且允许LEO卫星进一步降低传输延迟和功率需求。

GEO卫星在海拔35，786km(22，236英里)的高度绕地球运行，并且如上所述，看起来似乎固定在天空中。MEO卫星轨道低于GEO卫星，但高于海平面2000km(1，200英里)。因此，MEO卫星具有较短的轨道周期，范围从约2小时到近24小时。LEO卫星在2000km(1200英里)或更小的高度绕地球运行，并且具有从大约90分钟到2小时的甚至更短的轨道周期。

由于MEO和LEO卫星看起来不是固定的，而是沿着跨越天空的轨道路径(如从地球终端观察到的)，所以MEO和LEO卫星仅在有限的时间段内对于地球终端可见。通常，MEO卫星对于特定地球终端可见少于8小时。而且，由于轨道周期明显缩短，特定地球终端可能仅在30到40分钟内就可以看到LEO卫星。

为了维持与卫星星座的连续卫星通信，无论它是MEO还是LEO星座，地球终端必须跟踪和维护。当第一颗卫星在空中移动时与第一颗卫星通信，并且在第一颗卫星降落到地平线之前，地球终端必须跟踪并建立与在地平线以上上升的第二颗卫星的通信。当第一颗卫星和第二颗卫星都是可见的并且被跟踪时，地球终端必须将通信从第一颗卫星“切换”到第二颗卫星。优选地，切换是“软”切换，其中在与下降卫星断开通信之前，与上升卫星建立通信。

可以利用跟踪蝶形天线和/或有源电子扫描阵列(AESA)进行软切换。通常，需要一对碟形天线来执行软切换-一个用于跟踪和维持与第一颗卫星的通信，另一个用于与第二颗卫星建立通信，然后再中断与第一颗的通信。然而，制造和安装两个抛物面天线会大大增加成本和占地面积。并且二维AESA还具有显著的成本和占地面积限制。

已知利用安装在两轴天线底座上的AESA天线的现有系统。例如，Richard等人的美国专利NO.6，151，496公开了一种用一维AESA执行软切换的系统和方法。Richards系统包括两轴天线安装件，其在方位角和滚动中机械地对准AESA。虽然Richards系统可允许两个卫星之间的软切换比上面描述的碟形天线对和二维AESA更有效，但似乎必须在两个卫星在正交扫描计划内通过时(即，当AESA指向天顶时)，或者当两个卫星处于倾斜扫描计划内的相同仰角时(即，当AESA被引导远离天顶)时，必须发生切换。

鉴于前述内容，提供一种克服已知跟踪天线的上述和其它缺点的天线系统将是有用的。

发明内容