[其他]上行线路和下行线路合用的卫星天线馈电网络

说明书

本发明涉及微波传输网络，具体地说，涉及卫星天线馈电网络。卫星天线馈电网络控制着用来激励天线馈电阵列的各辐射基元的振幅及相位分布，从而控制天线的辐射方向图。

通信卫星用来提供在地面站之间的通信链路。在大多数应用中，卫星充作为一个通信中继站，它从一个地面站接收“上行线路”信号，然后把信号作为“下行线路”信号传送给组成该链路的另一地面站。

通信卫星通常包括一个接收机和一个发射机，接收机与一个用于接收上行线路信号的天线系统相耦合，而发射机则与用于发射下行线路信号的天线相耦合。为使在上行和下行线路信号相互间的干扰最小，采用了互相分隔开的不同的上行线路和下行线路频带。卫星也包括变频装置，用来将从来自在上行线路频带内的某一频率的上行线路信号变换成在下行线路频带内的某一频率上的下行线路信号。

人所共知，在先有的通信卫星的设计中，总是为上行线路和下行线路覆盖的波束采用分开的馈电网络。于是，通常，用一个单独的上行线路网络将接收机与天线系统相耦合，同时用一个单独的下行线路网络将发射机与天线系统相耦合。当这些分开的馈电网络与公用天线馈电阵列相接合时，必需在每个馈电单元的输入端配置一个对频率敏感的天线共用器，以便将上行和下行线路信号送至各自的馈电网络。

采用分开的上行和下行线路馈电网络使成本高而占据空间大，並使宇宙飞行器重量增加。然而宇宙飞行器的体积和重量是受到其发射条件的限制的。

因此，提供一种重量相对较轻、节省空间和低成本的通信卫星用的馈电网络应是有其优越之处的。

这里公开了一种用于将一个卫星天线系统与卫星接收机和发射机相耦合的卫星天线系统的改进了的微波馈电网络。本发明采用一个单个的宽带上行和下行线路馈电网络。该馈电网络在其输入端只有一个频率敏感的天线共用器，此共用器用以分离发射和接收信号，並将上述信号耦合到接收机和发射机。馈电网络还有单个宽带合用馈电网络，此合用馈电网络用来耦合作为天线系统的组成部份的各天线的辐射基元。该天线共用器和合用馈电网络的诸单元以及天线辐射基元，均可在上行和下行线路的频带内宽频带工作。本发明特别适用于卫星的接收和发射波束相重合的那些应用场合，並具有成本低、重量轻和占用空间小的优点。

本发明的上述和其他的优点，在阅读了如示于附图的示范性实施例的详细介绍之后，读者将会更加清楚地了解到。其中：

图1为本发明的上行和下行线路的合用馈电网络的简化示意图。

图2为适用于组成图1馈电网络的宽带耦合器的端视图。

图3为沿图2的3-3线剖取的图2的耦合器的平面视图。

图4为沿图2的4-4线切取的耦合器的纵向剖面图。

图5为沿图2的5-5线切取的耦合器的纵向剖面图。

图6为图2耦合器的两个移相段中每一个的相移与频率的关系图。

图7为典型的喇叭天线的顶视示意图。

图8为两个不同孔径尺寸的喇叭天线，在选定的高和低的频率下，以喇叭的长度为函数的喇叭相位延迟图。

图9为两个不同孔径尺寸的喇叭的以其长度为函数的相位延迟图。

图10A示出了总长为12英吋、孔径为2英吋的一个基准喇叭天线的简图。

图10B和10C示出了长为12英吋、孔径为4英吋的一个喇叭天线的简图，其中的虚线分别表示该喇叭在一感兴趣的频带内的两个不同频率上进行最佳化后的尺寸。

图1示出了采用本发明的上行和下行线路合用的馈电网络的简化示意图。卫星天线系统包括多个宽带、非频率色散的用于接收和发送的喇叭60-67。一个合用馈电网络20将这些天线60-67与一个天线共用器5相耦合，该馈电网络20包括若干个宽带的、非频率色散的耦合器21、25、30、32、34、36和38。

天线共用器5是一个频率敏感器件，它可将在上行线路频带上的信号功率基本上全部耦合到接收机10，而实际上不会将在下行线路频带上的信号功率耦合到接收机中去。于是，天线共用器5的功用是将上行线路信号与下行线路信号相分离。天线共用器可以为在接收和发射信号之间提供很好的隔离，而又可以传送由发射机15所供给的相当高的信号功率。

应该注意到，在图1中公开的网络采用了一个单个天线共用器5。与此相反，在先有的技术设计中，则上行线路和下行线路采用了各自单独的馈电网络。当诸喇叭天线被上行和下行线路信号共享时，通常每个喇叭天线采用单独的天线共用器去分离上行和下行信号，以便将它们馈送给各自的上行和下行线路网络。