CN1283316A - 用于通信***的终端天线 - Google Patents

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Abstract

一种不昂贵的高增益天线(11),用于与低轨道(LEO)卫星(31,33,34和35)通信的终端,该天线包括安装在方位转台(12)上用于围绕横轴(Xt)弧线移动的俯仰台(19),而方位转台被安装用于围绕中心轴(Zg)旋转运动。形成相控阵天线的多个天线单元(21)安装在俯仰台(19)顶部并具有扫描平面(30),该平面与俯仰台(19)的横轴(Xt)平行并穿过横轴展开。该天线(11)可以被机械或电扫描并用于通过定位该天线(11)的俯仰台(19)使其瞄准线在两个卫星(34,35)中间方向上并使该天线(11)的扫描平面(30)穿过两个卫星(34,35)来执行从一个(LEO)卫星(31,33,34和35)到另一个的切换。在切换瞬间,该天线波束(32)从一个卫星(31)电扫描到另一个卫星(33)而在此过程中没有任何数据通信丢失。

Description

用于通信***的终端天线
本发明背景
本发明领域
本发明涉及在电信***中使用的终端天线，更具体地涉及适合于与低地球轨道(LEO)卫星***通信的一种天线。
相关技术的说明
卫星无线电通信现在已经存在多年了。这种卫星最初设计从地面上一点到另一点按规定路线发送通信，主要用于长途电话呼叫和电视信号。例如，“晨鸟”卫星连接了大西洋两侧的两个站并对大西洋另一侧事件进行了第一次实用实况电视报道。这些早期卫星位于地同步轨道上和它们的通信连接是比较低的频率(和因此是长波长)和在每个地面站上需要相对大直径碟型接收天线。
通常，通信卫星归入三类。第一类是公知的同步地球轨道(GEO)卫星，该类卫星定位在地面上大约22000英里的一点上的轨道中以便它们呈现对地面上的相同点保持“静止”。所有最早的卫星都是这一类。第二类通信卫星称为中间地球轨道(MEO)卫星，这类卫星计划在距离地面上大约8000英里轨道上。从地面到卫星的较短距离减少了信号传输延迟以便这种卫星的实时通信更实用。例如GEO卫星从地面站到卫星并返回的往返需要大约0．25秒，而MEO卫星需要少于0．1秒来完成相同循环。当前计划的第三类卫星称为低地球轨道(LEO)卫星。这些LEO卫星将在地面上大约500到1000英里的轨道上，提供地面终端与卫星之间无线电信号传播的相对短距离，因此将传输延迟减少到了0．05秒数量级，使实时语音和数据通信更实用。另外，地面站与卫星之间的短距离减少了对接收设备的敏感性和体积方面的要求。例如目前由多个公司组成的美国合伙公司所提出并称为“Teledesic”的现代卫星星座***体现了这种LEO卫星。
所选择的LEO通信卫星星座本身为蜂窝***并往往处理大量包括高速移动因特网接入和高速商业数据通信的数据。这些大数据容量需要在通信链路中的非常大量的带宽。为获得该带宽，这些***需要工作在相对高频上，例如在Kn和Ka频带，并使用12-30GHz数量级的频率。众所周知卫星***的工作频率越高由该卫星天线有效使用的波束越窄。因此，在这种***中精确控制接收／发射天线是非常重要的。
利用较低频率的卫星通信，例如几个千兆赫兹，与卫星通信的移动站可以使用简单的线性天线结构并以足够高的效率进行通信达到所需的目标。可是，对于非常高频率通信在每个移动站上需要扫描天线，以便能够捕获快速移动的卫星并实现有效通信。将这种天线并入到移动站中涉及大量技术障碍。
LEO卫星***的一个特点是由于通过天空的每个卫星明显运动，使移动站能够与每个特定卫星进行通信期间的时间周期相对较短并需要特殊条件。例如，当卫星在地平线上过来并对于移动站为电可见时，移动站必须能够马上建立与卫星的通信链路和然后在卫星过顶并消失在另一个地平线时跟踪该卫星。在“离开”的卫星消失前，移动站天线必须能够建立与“来到”卫星的通信以便通信链路从离开卫星有效地切换到来到卫星，而与两个卫星的通信链路仍良好。对该问题的一个解决方案是为每个移动站提供两个天线。一个天线跟踪通过上空离开的卫星直到其消失而第二天线准备用于到来卫星的出现以便当从一个卫星到另一个卫星发生切换时没有任何通信链路中断。不用说，每个终端多个天线即笨又贵。
LEO卫星通信问题的另一个解决方案是1997年7月22日发布的Jha转让给Teledesic公司标题为“用于卫星通信***的地上天线”的美国专利第5650788号所示的天线。该天线是一个电扫描的半球相控阵天线。可是，为实现高增益该天线必须处理所建议的大数据速率，该天线必须具有大量相控单元和因此相对昂贵。
对LEO卫星切换问题的另一个解决方案是在较少单元的天线上提供非常高速的机械扫描装置，以便在离开卫星消失前该天线马上能够转动并锁定到到来卫星的波束上而没有任何数据流中断。可是，由于非常高频率和快速移动的LEO卫星，这需要天线***快速并准确地机械运动，这远远超出了当前技术控制下机械调节装置的能力。
存在对用于与LEO卫星通信的移动站相对便宜的高增益天线***的需要，当从离开LEO卫星切换到到来LEO卫星时，该天线具有补偿移动站移动和卫星运动的能力并能够以足够高的速度扫描以避免数据通信的任何丢失。本发明的***满足这种需要。
本发明概述
一方面，本发明包括用于与至少两个通信节点通信的一种天线，该天线具有一个安装用于绕中心轴任何方向上转动的方位转台。一个俯仰台被安装在方位转台上用于绕与中心轴垂直的横轴弧线运动。该台的上表面包括多个天线单元用于形成一个相控阵天线，其中相控阵的扫描平面处于与横轴平行和最好穿过横轴的平面内。方位转台围绕中心轴转动和俯仰台围绕横轴孤线移动，直到安装在俯仰台上的相控阵天线单元被定位，以便天线与其通信的两个节点位于天线单元的扫描平面内。安装到俯仰台上的相控阵天线单元的波束被电扫描并有选择地指向两个节点中的一个或另一个。
在这方面的一个实施例中，至少两个节点中的一个是星座中的离开卫星而另一个节点是星座中的到来卫星，该天线用于执行从离开到到来卫星的通信信道切换。在该实施例中，天线方位转台围绕中心轴转动而俯仰台围绕横轴孤形地转动，直到安装在俯仰台上的相控阵天线单元定位以便切换瞬间离开和到来卫星的位置处于天线单元的扫描平面内，和天线单元的瞄准线对准两个卫星中间位置的方向。安装在俯仰台上的相控阵天线单元的波束在切换瞬间从离开卫星电扫描到到来卫星上。
另一方面，本发明涉及利用天线在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二低地球轨道(LEO)卫星之间执行通信信号的切换，其中天线的波束可以是通过移动天线物理扫描或通过改变天线单元之间相位关系电扫描。该天线具有从其表面指向外方的扫描平面，在该扫描平面内天线波束能够电扫描。当卫星在轨道上运动时，利用天线的机械运动或波束电扫描或它们的结合建立与第一LEO卫星的通信并利用天线波束跟踪该卫星。预计第二卫星在切换时出现的位置和在切换之前将该天线物理定位以便第一卫星和预计的第二卫星两个位置处于该天线扫描平面内。在切换瞬间该天线波束从第一卫星电扫描到第二卫星以断开与第一卫星的通信而建立与第二卫星的通信。
在另一个方面，本发明包括由天线执行终端从一个卫星到另一个卫星的切换，该天线能够机械或电扫描。通过天线的机械和／或电扫描利用该天线瞄准线指向跟踪第一卫星以跟随该卫星。接收来自该卫星关于下一次切换时间和在该切换时间第二卫星位置的信息。计算和预测在切换时间第一卫星的位置。根据切换时刻天线到第一卫星计算出第一矢量而根据切换时刻天线到第二卫星计算出第二矢量。该天线被机械定位以便恰好在切换之前所计算出的两个矢量落在天线电扫描平面内和然后该天线波束在切换时刻从所述第一卫星电扫描到第二卫星，以建立与第二卫星的通信。此后，利用使用该天线机械和／或电扫描的瞄准线指向跟踪第二卫星。
附图简介
为理解本发明和本发明的进一步目的及优点，参照下列说明并结合附图其中：
图1是一种终端天线的透视图，该天线是机械和电扫描用于与根据本发明的卫星***通信；
图2是说明图1天线的定位以建立与“到来”LEO卫星通信的示意图；
图3是说明本发明天线与接近地平线“离开”LEO卫星通信的示意图；
图4是本发明天线的示意图，说明通过电扫描从离开卫星向到来卫星切换的数据通信流；
图5是用另一个方式工作的本发明天线的示意图，以实现同时与两个分开卫星的数据通信；
图6是方框图，说明本发明***的某些元件；
图7是流程图，说明本发明所体现方法的某些方面。
优选实施例的详细说明
实际上，所有天线都是有方向性的，和在某些方向上比在其它方向上发射或接收更多功率。最大发射或接收方向称为该天线的“RF瞄准线方向”。天线的方向性特性用该天线的辐射方向图表示，该图是相对辐射功率与方向的示意图。辐射方向图也呈现一种波瓣结构，其中在三维空间的最大波瓣构成“波束”，通过波束该天线辐射和／或接收其大部分功率。
电磁波是矢量，即它们是极化的。由天线辐射出的优选(所需要)极化称为共极化，而正交极化称为交叉极化。
跟随卫星窄波束的一种技术是物理扫描天线，也就是机械地指向天线以便其波束保持对准来自卫星的信号。另一个方式的方案是采用许多占用大面积的小天线所形成的天线，并将它们以接收或发射信号有正确电关系的方式彼此连接以形成一个“相控阵”。该阵列中的每个单独天线称为一个“单元”。在特定方向上移动天线波束称为“扫描”。尽管扫描天线的一种方式是机械地移动天线，而相控阵天线能够通过改变其单元的相位来电扫描。本发明的天线能够通过两个技术扫描。当不应用电扫描时的波束方向称为“机械瞄准线”或简称“瞄准线”。另一个方式的原理是使用相控阵作为反射器天线的馈源。
如上所述，LEO卫星具有某些特性，这使与这些卫星的通信不同于传统的GEO卫星，甚至不同于已经提出的MEO卫星。例如，它们通过空中的明显移动非常快而因此需要陆基终端上的天线非常快速地工作以跟上卫星以便保持与其可靠通信。在移动站自身在地面上移动的情况下，将使天线控制问题更困难。
与对地球表面具有明显运动的卫星通信，天线必须扫描以便移动其波束并保持与该卫星的良好通信。如上所述，这种扫描可以是机械扫描，其中天线的各个轴沿旋转或弧线路径运动以便保持波束，也就是该天线敏感度中心波瓣对准到和来自卫星的通信波束，也可以是通过改变不同天线单元之间相位关系的电扫描。对于某些高速数据应用例如因特网通信，需要非常高的工作频率以便获得实现通过这些高速数据容量目的的足够带宽。非常高的工作频率例如在Ka频带的20-30GHz数量级限定了一种环境，在此环境中到或来自卫星的通信波束非常窄。也就是，“敏感性区”是非常小的值，例如在2度或更少数量级。这需要天线波束非常精确地连续改变位置对准卫星方向以便具有与卫星通信的高效率。
尽管在用与低地球轨道卫星通信连接的终端天线的优选应用下文中描述了本发明的天线***，应当理解该天线***具有能够应用于大量不同通信应用中的优点。例如，天线***可以用于：(1)固定或移动地面终端和卫星、飞机和UAV上的节点；(2)飞机、UAV上的终端和卫星上的节点；和(3)一个卫星上的终端和其它卫星上的节点。本发明的天线***有利地使终端能够在两个或更多不同节点之间切换或同时与两个或更多节点通信，尤其在终端与节点之间相互运动的情况下。
首先参照图1，表示了本发明***所实现的天线结构类型。天线11包括一个方位转台12，其上安装了一对分开的直立支撑板13和14。每个支撑板13和14分别安装了轴承15和16。安装传动轴17是用于分别在相反端轴承15和16内转动的轴颈，并具有严格固定在中心部分上的直立安装板18。在支撑板18顶部并严格固定到安装18上是俯仰台19。俯仰台19的上表面包括多个安装在栅格型阵列中的天线单元21并电连接成一个相控阵天线。信号耦合器22穿过直立板18和俯仰台19从***的接收和发射电路(未示出)连接到多个单元21，用于从天线阵列21向卫星发射无线电信号，也从卫星接收信号。
由参考坐标Xg／Yg／Zg定义了固定地面坐标***。方位转台12可以在两个方向围绕Xg-Yg平面上的Zg转动。也就是，方位转台12可以弧线24代表的两个方向上转动。俯仰台19定位在方位转台12上并处于坐标***Xt／Yt／Zt内。转动的安装轴17允许俯仰台19围绕轴Xt转动，以便在俯仰台19上表面上的所有点在与由Yt／Zt定义的平面平行的平面内精确运动。天线坐标***Xa／Ya／Za限定为固定到辐射表面上。Za对准机械瞄准线和Xa与Xt平行。
如上简要说明，所有天线具有呈现波瓣结构的辐射方向图，其中三维空间中最大波瓣构成波束，通过该波束天线辐射和／或接收其大部分功率。围绕峰值信号电平的半功率点的轨迹一般用作天线主波束周边。天线移动波束以便例如跟踪卫星的过程称为扫描。相控阵天线波束可以通过移动天线单元21的物理方向机械地移动波束，或通过改变每个天线单元21之间相位关系电扫描波束进行扫描。在本发明的天线中，天线为与LEO卫星通信所处理的无线电信号的频率非常高，在20-30GHz数量级的Ka频带范围内。本发明的天线波束既可以通过机械转动方位转台12和移动俯仰台19来改变天线阵列21对运动卫星的方向而扫描，又可通过改变它们相对相位关系电扫描天线单元21。
下面参照图2，表示了本发明天线11与LEO卫星31的数据通信，该卫星恰好在地面线上进入天线11的视野。恰好进入视野的该卫星称为“到来”卫星。在图2中，说明了方位台12和俯仰台19如何针对卫星31定位和天线11的波束如何电扫描以便将波束指向卫星31。本发明天线11的电扫描平面30(图1)是基本上与俯仰台19上表面成法线并基本上与处于座标轴Za和Xa内的平面相平行的一平面。扫描平面30越接近与安装轴颈17的横轴Xa平行，效果越好。天线波束可以通过在扫描平面30内的某些角度范围电扫描。因此，如图2所示，当卫星31从该天线11上通过时天线波束可以被连续重新定位以便波束连续地指向该卫星。这种扫描可以通过电扫描或机械扫描或通过两者结合实现以便保持波束连续地指向通过其头顶上的卫星31，机械扫描是通过方位转台12的转动和俯仰台19围绕穿过安装杆17的Xt轴有角度运动进行的。优选地，但不是必须的，天线11的瞄准线直接指向大部分时间上与其通信的卫星，以便使它们之间的效率最高。如下面描述的那样，天线11依靠电扫描将天线波束指向卫星的主要时机是正好在从一个卫星到另一个卫星进行通信之前，在其进行通信期间和在其进行通信之后。
下面参照图3，表示了当卫星从“到来”卫星变成“离开”卫星时天线11如何通过机械和电扫描来连续扫描以保持波束32指向卫星31。如图3所示，卫星31在远端地平线上刚刚准备离开天线11的视野，而靠近地平线的另一个“到来”卫星33刚刚进入天线11的视野。该点一般由图3表示，即离开卫星正在从视野中消失而“到来”卫星正进入视野的点，从卫星通信由一个卫星到另一个卫星切换的观点来看是非常重要的。切换必须执行得迅速，以便在从一个卫星到另一个卫星移动天线11波束的转移中基本上没有数据通信丢失。在本发明的***中，这是通过使天线11针对离开卫星31定位以便波束32仍然与该卫星通信，同时天线11的扫描平面定位以便到来卫星33也处于该扫描平面内来完成的。优选地，但不是必须的，天线11的瞄准线物理地扫描到一个定位矢量，该矢量对于在切换瞬间确定离开和到来卫星的各自位置的矢量是中间矢量。在切换之前该天线优选地立即物理对准该位置。重要点在于离开和到来卫星两者在切换时刻应当处于天线11的电扫描平面30内，以便能够单纯使用电扫描实现切换。
由来自将地平线上出现的下一个到来卫星的卫星***精确位置的信标信号通知给无线电通信***的电路，天线11形成了该***的一个部件。该通知是以包括LEO卫星星座的卫星在地球之上运动的规律为基础的。因此，该天线11能够通过转动方向24和俯仰方向23的机械运动使俯仰台19的扫描平面30包含离开卫星31和到来卫星33两者。在指定的切换时刻，当到来卫星清楚地出现在视野中以提供与该天线的良好通信而离开卫星31对于可靠通信仍然明显可见的瞬间，该天线11在扫描平面30上电扫描以使天线波束32从离开卫星31移动到到来卫星33。在该点的扫描基本上全部为电扫描，因为中断与离开卫星31的通信和建立与到来卫星33的通信的时间段必须很短，以便基本上没有数据通信丢失。
如图4所示，穿过处于天线扫描平面30内弧线40由天线11电扫描波束32进行的转移执行得足够迅速以致没有影响通信。此后，当卫星经过空中运动时波束32可以通过天线11的机械运动和波束32穿过扫描平面的电子移动两者进行扫描以便跟踪卫星33。如上所述，该天线11优选地，但不是必须的，机械重新定位以便该天线的瞄准线对准与其通信的卫星。
在图1所示的天线类型中，假设为圆极化。如果天线阵列以线性极化辐射和／或发射，此阵列必须也能够转动线性极化以便在扫描平面转动期间保持全部线性极化。
利用图2-4所示类型的单一电转动波束，在与两个卫星通信之间的瞬时切换能够实现而实际上没有数据丢失。另外，如果应用沿扫描平面的RF跟踪，通过将扫描平面简单转动90度可以实现在正交平面上的RF跟踪。此外，除了电扫描外可以使用扫描平面30的转动来改善信号干扰比，因为旁瓣与交叉极化方向图和扫描平面一起转动。
在图5中说明了本发明的第二实施例，在该实施例中使用两个独立电控波束32和42同时在两个卫星34和35之间通信。这是通过以两组馈源网络和两组RF电子线路装备该***然后转动天线11的方位转台19，以便该天线扫描平面30与该天线11与两个卫星34和35的覆盖平面重合来实现的。这是在本发明天线11单一扫描平面30内两个独立波束电子扫描的附加特征。
下面参照图6，表示了本发明天线的控制和信令单元两者的方框图。该天线包括一个辐射孔径52，与RF电子线路53电连接。RF电子线路53包括用于本发明所体现的相控阵天线的波束扫描控制，和其它对分配网络54提供RF信号所必须的电子线路。RF分配网络54连接到发射和接收电子线路55。
RF电子线路53也连接到控制单元61，该单元包括所有计算和使用各种定位算法控制本发明天线的机械和电子扫描所必须的处理器和其它元件。例如，控制单元61的一个输出包括参数“C”，该参数表示将立即定位的相控阵扫描角度。
控制单元61也连接到转台控制电子线路62并产生参数“A”和“B”，这两个参数定义了天线定位的物理角度，使控制电子线路62能够转动转台63并按照本发明所需要的位置物理定位天线。来自卫星的RF信号包括一个信标信号，该信号包括周期发送的定义精确切换(HO)时间和在切换瞬间到来卫星(S2)实际位置的信息。该信息被送给控制单元61用于如下所述的处理。
下面参照图7，表示了按照本发明方法工作的天线***一种方式的流程图。在71，该***使用本发明天线的两个转台轴使瞄准线指向一个离开卫星(S1)进行跟踪。在72，接收来自卫星的关于精确切换时间和在切换瞬间到来卫星(S2)位置的信息。该***采用来自卫星S1信标信号上接收的数据并使用该数据计算和预料切换瞬间离开卫星S1的位置。接着，在74，该***计算矢量[G-S1]和[G-S2]，也就是在切换瞬间从该天线11分别到离开和到来卫星(S1和S2)的两个矢量坐标。另外，在74，该***计算作为切换瞬间在卫星S1和S2之间指示的中间位置矢量的一个矢量[G-S1]+[G-S2]，其中两个卫星S1和S2与中间矢量处于该天线11的扫描平面30内。接着，仍然在74，该***计算AHO=A和BHO=B用于刚刚计算出的中间位置矢量。这些参数分别是两个角度，通过这些角度方位转台12和俯仰台19必须从它们各自基准位置运动以便在切换瞬间指向中间矢量的方向。这两个角度C1和C2是根据天线波束必须移动指向两个卫星S1和S2方向的该天线瞄准线方向的角偏移。当该天线定位在中间矢量方向上时，C1=C2。该天线瞄准线指向中间矢量[G-S1]+[G-S2]的方向，使该天线在切换时可以电扫描的可使用扫描角最大。
接着，在75，该***在角度方向A以对AHO最近的方向开始步进方位转台12。在76，该***在角度方向B步进俯仰台19以便S1保持在扫描平面内。在77，该***移动天线波束以便扫描角度C保持波束连续地指向卫星S1。在该天线的机械运动期间，这三个步骤75-77反复进行以便天线波束保持连续对准来自卫星的信号。在78，该***询问A是否等于AHO和B是否等于BHO和时间是否等于THO(切换时间)。如果不等于，该***重复返回到75并通过步骤系列75-77移动，直到在78该天线被适当定位以便该天线物理指向中间矢量[G-S1]+[G-S2]的方向和答案为相等。此时该天线指向中间矢量，而矢量[G-S1]和[G-S2]定义了在切换瞬间两个卫星的位置，并且这些矢量也处于该天线11的电子扫描平面30内。此后，在79，该***在从S1(离开卫星)到S2(到来卫星)的切换瞬间电扫描天线波束。接着，在81，该***在角度方向A以对S2最接近方向步进方位转台12；进行到82，其中该***在角度方向B上步进俯仰台19以便S2保持在扫描平面30内；和进行到83，其中该***通过角度C扫描天线波束以便继续指向S2。这三个步骤81-83也是反复进行以便该天线11的波束保持对准来自卫星S2的信号。在84，该***询问是否该天线瞄准线指向S2。如果不，该***返回到81并连续重复循环步骤81-83系列，直到答案在84为是。此后，该卫星S2变成卫星S1并完成了切换。
应当注意，本发明的***优选地但不是必须地保持天线11瞄准线对准卫星，在该瞄准线内可以优选地尽可能长时间通信。这使到和来自卫星的通信效率最高。在图7的流程图中所阐述的切换过程优选地在切换瞬间之前的最后时刻执行，该时刻由将该天线定位到离开和到来卫星之间的中间位置所需要时间确定，然后在切换瞬间从一个卫星电扫描到另一个。尽管不是必须的，优选此技术以便在尽可能长期与卫星数据通信中保证最大的精确度。
尽管已经结合附图在上面的说明中解释了本发明方法和设备的优选实施例，应当理解本发明不限于所公开的这些实施例，不脱离本发明精神能够进行大量重新设计、修改和替换，本发明精神由下列权利要求书阐述并限定。

Claims (31)

1．一种天线，用于与至少两个节点通信，包括：
一个方位转台，安装用于在围绕中心轴的方向上旋转运动；
一个俯仰台，安装在所述方位转台上用于围绕横轴弧线运动，该横轴与所述中心轴垂直，所述台上表面包括多个天线单元以形成一个相控阵天线，在该相控阵天线中所述相控阵的扫描平面处于基本上与所述横轴平行的一个平面内；
装置，用于使所述方位转台围绕所述中心轴转动和使所述俯仰台围绕所述横轴弧线运动，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位以便所述天线与之通信的两个节点位于所述天线单元的扫描平面内；和
装置，用于电扫描安装在所述俯仰台上相控阵天线单元的波束，该俯仰台被选择性地指向所述两个节点中的一个或另一个。
2．如同权利要求1中所阐述的用于与至少两个节点通信的一种天线，其中所述至少两个节点之一是星座中的一个离开卫星而所述节点的另一个是所述星座中的到来卫星和所述天线用于执行从所述离开到所述到来卫星的通信信道切换，所述天线进一步包括：
装置，用于围绕所述中心轴旋转所述方位转台并围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位以便在切换瞬间所述离开和到来卫星的各自位置处于所述天线单元的扫描平面内和所述天线单元的瞄准线指向所述两个卫星中间位置的方向；和
装置，用于在切换瞬间将安装在所述俯仰台上的相控阵天线单元波束从所述离开卫星电扫描到所述到来卫星。
3．如同权利要求1中所阐述的用于与至少两个节点通信的一种天线，其中所述天线包括两套馈源网络和控制两个独立天线波束的两套电子线路，所述天线进一步包括：
装置，用于电扫描安装在所述俯仰台上相控阵天线单元所述两个独立波束中的每个以跟随分开的所述两个节点。
4．如同权利要求1中所阐述的用于与至少两个节点通信的一种天线，其中所述至少两个节点之一是星座中的离开卫星而所述节点的另一个是所述星座的到来卫星，和所述天线用于执行从所述离开卫星到所述到来卫星的通信信道切换，所述天线进一步包括：
一个控制单元，用于从所述离开卫星接收表示将执行的切换时间和在切换瞬间到来卫星位置的切换信息；
处理器装置，用于根据所述切换信息计算在切换瞬间从所述天线到所述离开卫星的矢量方向和在切换瞬间所述到来卫星的矢量方向；
装置，用于围绕所述中心轴转动所述方位转台并围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位以便在切换瞬间所述离开和到来卫星两者的矢量方向处于所述天线单元扫描平面内和所述天线单元的瞄准线指向所述两个卫星中间位置的方向；和
装置，用于在切换瞬间将安装在所述俯仰台上的相控阵天线单元的波束从所述离开卫星电扫描到所述到来卫星。
5．如同权利要求4中所阐述的用于与至少两个卫星通信的一种天线，其中所述至少两个卫星之一是星座中的离开卫星而所述卫星的另一个是所述星座中的到来卫星，和所述天线用于执行从所述离开到所述到来卫星通信信道的切换，和其中：
所述处理器装置根据在切换瞬间从所述天线到所述离开卫星的矢量方向和在切换瞬间到所述到来卫星的矢量方向计算出作为两个所述矢量方向和的一个中间矢量方向；
所述装置用于围绕所述中心轴转动所述方位转台并围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到所述安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位，以便恰好在将所述天线波束从所述离开卫星电扫描到所述到来卫星之前将所述天线单元的瞄准线指向所述计算出的中间矢量的方向。
6．如同权利要求4中所阐述的用于与至少两个卫星通信的一种天线，还包括：
装置，用于在切换之后马上围绕所述中心轴转动所述方位转台并围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，以便所述天线单元的瞄准线指向对准所述到来卫星的方向，刚刚对该卫星切换了通信信道。
7．一种天线用于与两个低地球轨道卫星通信，包括：
一个方位转台，安装用于围绕中心轴在任意两个方向上转动；
一个俯仰台，安装在所述方位转台上用于围绕与所述中心轴垂直的横轴弧线运动，所述台的上表面包含多个天线单元以形成相控阵天线，其中所述相控阵的扫描平面处于基本上与所述横轴平行的平面内；
对所述天线单元两套馈源网络和两套扫描电子线路连接到所述天线单元以限定用于所述天线的两个独立波束；
装置，用于围绕所述中心轴转动所述方位转台并围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位，以便与所述天线通信的所述两个卫星处于所述天线单元的扫描平面内；和
装置，用于独立地电扫描安装在对准所述两个卫星的每个的所述俯仰台上的相控阵天线单元所述两个独立波束的每个。
8．利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种方法，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，所述天线具有从天线表面指向外的扫描平面，在该平面内所述天线波束可以电扫描，所述方法包括：
与第一LEO卫星建立通信和当卫星在其轨道上运动时利用该天线的机械运动或波束的电扫描或它们的组合以所述天线的波束跟踪所述卫星；
预料在切换瞬间所述第二卫星的位置；
在所述切换之前物理地定位该天线，以便所述第一卫星和第二卫星所预料的位置两者处于该天线的扫描平面内，和
在所述切换瞬间将该天线波束从所述第一卫星电扫描到所述第二卫星，以切断与第一卫星的通信而建立与第二卫星的通信。
9．如同在权利要求8中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种方法，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之问相位关系而电扫描，包括附加步骤：
从指定将出现第一到第二卫星切换时间和在切换时间所述第二卫星位置的所述第一卫星接收切换信息；
计算在切换瞬间所述第一卫星的位置；和
在所述切换之前物理地定位该天线的所述步骤包括定位该天线以便所述第一卫星的所述计算出的位置与在切换瞬间第二卫星的位置两者处于该天线的扫描平面内。
10．如同在权利要求9中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种方法，其中天线波束既可以通过移动该天线被物理地扫描又可以通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，该方法包括附加步骤：
根据所接收的切换信息计算在切换瞬间从该天线到第一卫星的矢量方向和在切换瞬问到第二卫星的矢量方向；和
在所述切换之前物理地定位该天线的所述步骤包括定位该天线以便在切换瞬间所述第一和第二卫星的两个所述矢量方向处于该天线的扫描平面内。
11．如同在权利要求10中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种方法，其中天线波束的可以通过移动该天线被物理地扫描又可以通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，该方法包括附加步骤：
根据在切换瞬间从该天线到第一卫星的矢量方向和在切换瞬间到第二卫星的矢量方向计算出包括其它两个矢量方向和的中间矢量方向；和
在所述切换之前物理地定位该天线的所述步骤包括定位该天线以便在切换瞬间所述第一和第二卫星的两个所述矢量方向处于该天线的扫描平面内和该天线瞄准线指向所述中问矢量的方向。
12．如同在权利要求11中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种方法，其中天线波束既可以通过移动该天线被物理地扫描又可以通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，包括附加步骤：
恰好在切换到第二卫星后物理地定位该天线，以便该天线瞄准线直接对准第二卫星。
13．如同在权利要求11中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种方法，其中天线波束既可以通过移动该天线被物理地扫描又可以通过改变天线单元之问相位关系而电扫描，其中：
在所述切换之前物理地定位该天线的所述步骤包括该天线围绕每个中心转动轴和横向俯仰轴递增和反复运动并天线波束的电扫描。
14．利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种***，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，所述天线具有从天线表面指向外的扫描平面，在该平面内所述天线波束可以电扫描，所述***包括：
装置，用于建立与第一LEO卫星的通信和当卫星在其轨道上运动时利用该天线的机械运动或波束的电扫描或它们的组合以所述天线的波束跟踪所述卫星；
装置，用于预料在切换瞬间所述第二卫星的位置；
装置，用于在所述切换之前物理地定位该天线，以便所述第一卫星和所述第二卫星所预料的位置两者处于该天线的扫描平面内，和
装置，用于在所述切换瞬问将该天线波束从所述第一卫星电扫描到所述第二卫星，以切断与第一卫星的通信从而建立与第二卫星的通信。
15．如同权利要求14中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种***，其中天线波束既可以通过移动该天线被物理地扫描又可以通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，该***进一步包括：
装置，用于从指定将出现第一到第二卫星切换时间和在切换瞬间所述第二卫星位置的所述第一卫星接收切换信息；
装置，用于计算在切换瞬间所述第一卫星的位置；和
用于在所述切换之前物理地定位该天线的所述装置包括定位该天线的装置，以便所述第一卫星的所述计算出的位置与在切换瞬间所述第二卫星的位置两者处于该天线的扫描平面内。
16．如同权利要求15中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种***，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，该***进一步包括：
装置，用于根据所接收的切换信息计算在切换瞬间从该天线到第一卫星的矢量方向和在切换瞬间到第二卫星的矢量方向；和
用于在所述切换之前物理地定位该天线的所述装置包括定位该天线的装置以便在切换瞬间所述第一和第二卫星的两个所述矢量方向处于该天线的扫描平面内。
17．如同权利要求10中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种***，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，该***进一步包括：
装置，用于根据在切换瞬间从该天线到第一卫星的矢量方向和在切换瞬间到第二卫星的矢量方向计算出包括其它两个矢量方向和的中间矢量方向；和
用于在所述切换之前物理地定位该天线的所述装置包括用于定位该天线的装置以便在切换瞬间所述第一和第二卫星的两个所述矢量方向处于该天线的扫描平面内和该天线瞄准线指向所述中间矢量的方向。
18．如同权利要求17中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LE0)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种***，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，该***进一步包括：
装置，用于恰好在切换到第二卫星后物理地定位该天线，以便该天线瞄准线直接对准第二卫星。
19．如同权利要求17中所阐述的利用天线执行在第一低地球轨道(LEO)卫星与第二LEO卫星之间通信信号切换的一种***，其中天线波束可以通过移动该天线被物理地扫描和通过改变天线单元之间相位关系而电扫描，其中：
用于在所述切换之前物理地定位该天线的所述装置包括用于该天线围绕每个中心转动轴和横向俯仰轴递增和反复运动以及天线波束的电扫描的装置。
20．由天线执行将终端从一个卫星到另一个卫星切换的一种方法，该天线能够机械或电扫描，所述方法包括：
通过该天线的机械或电扫描利用该天线瞄准线指向来跟踪第一卫星以跟随该卫星；
在切换瞬间从该卫星接收关于下次切换时间和第二卫星的位置的信息；
计算并预测在所述切换时间第一卫星的位置；
计算在所述切换时间从该天线到第一卫星的第一矢量；
计算在所述切换时间从所述天线到所述第二卫星的第二矢量；
机械地定位所述天线以便所述计算出的两个矢量处于所述天线的电子扫描平面上；
在切换时间从所述第一卫星电扫描到所述第二卫星以建立与所述第二卫星的通信；和
使用所述天线的机械扫描利用瞄准线指向开始跟踪所述第二卫星。
21．如同权利要求20所阐述的一种方法，该方法包括附加步骤：
计算定义所述第一和第二矢量之间中间位置的第三矢量；
计算所述天线必须转动以便指向所述第三矢量方向的机械角度；和
反复移动所述天线，同时调整所述波束扫描角度以保持与所述第一卫星的通信，同时在从第一卫星电扫描到第二卫星之前将所述天线机械定位在所述第三矢量方向上。
22．如同权利要求21所阐述的一种方法，其中：
所述中间矢量是通过将第一和第二矢量相加计算的。
23．用于通过天线执行终端从一个卫星到另一个的切换的一种***，该天线能够机械或电扫描，包括：
装置，用于通过该天线的机械或电扫描利用该天线瞄准线指向来跟踪第一卫星以跟随该卫星；
装置，用于从该卫星接收关于下次切换时间和在切换瞬间第二卫星的位置的信息；
装置，用于计算并预测在所述切换瞬间第一卫星的位置；
装置，用于计算在所述切换瞬间从该天线到第一卫星的第一矢量；
装置，用于计算在所述切换瞬间从所述天线到所述第二卫星的第二矢量；
装置，用于机械地定位所述天线以便所述计算出的两个矢量处于所述天线的电子扫描平面上；
装置，用于在切换瞬间从所述第一卫星电扫描到所述第二卫星以建立与所述第二卫星的通信；和
装置，用于使用所述天线的机械扫描利用瞄准线指向开始跟踪所述第二卫星。
24．如同权利要求23所阐述的一种***还包括：
装置，用于计算定义在所述第一和第二矢量之间的中间位置的第三矢量；
装置，用于计算所述天线必须转动以便指向所述第三矢量方向的机械角度；和
装置，用于反复移动所述天线，同时调整所述波束扫描角度以保持与所述第一卫星的通信，同时在从第一卫星电扫描到第二卫星之前将所述天线机械定位在所述第三矢量方向上。
25．如同权利要求24所阐述的一种***，其中：
所述中间矢量是通过将第一和第二矢量相加计算的。
26．用于与至少两个通信节点通信的一种方法包括：
提供所安装的用于围绕中心轴在任意两个方向上旋转运动的一个方位转台：
提供安装在所述方位转台上用于围绕与所述中心轴垂直的横轴弧线移动的一个俯仰台，所述台的所述上表面包含多个天线单元以形成相控阵天线，其中所述相控阵的扫描平面处于基本上与所述横轴平行的平面内；
围绕所述中心轴转动所述方位转台和围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位，以便所述天线与之通信的两个所述节点处于所述天线单元的扫描平面内；和
电扫描安装在所述俯仰台上的相控阵天线单元的波束以选择性地对准所述两个节点的一个或另一个。
27．如同权利要求26所阐述的一种方法，其中所述至少两个节点中的一个是星座中的离开卫星而所述节点的另一个是所述星座中的到来卫星，和所述天线用于执行从所述离开到所述到来卫星的通信信道切换，所述方法进一步包括：
围绕所述中心轴转动所述方位转台和围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位，以便在切换瞬间所述离开和到来卫星的各个位置处于所述天线单元的扫描平面内，和所述天线单元的瞄准线指向所述两个卫星位置中间的方向；和
将安装在所述俯仰台上的相控阵天线单元的波束在切换瞬间从所述离开卫星电扫描到所述到来卫星。
28．如同权利要求26所阐述的一种方法，其中所述天线包括两套馈源网络和两套电子线路控制两个独立天线波束，所述天线进一步包括：
电扫描安装在所述俯仰台上的相控阵天线单元所述两个独立波束的每个以跟随所述两个分开的节点。
29．如同权利要求26所阐述的一种方法，其中所述至少两个节点中的一个是星座中的离开卫星而所述节点的另一个是所述星座中的到来卫星，和所述天线用于执行从所述离开到所述到来卫星的通信信道切换，所述方法进一步包括：
从表示将被执行切换时间和在切换时间到来卫星位置的所说离开卫星接收切换信息；
根据所述切换信息计算在切换瞬间从所述天线到所述离开卫星的矢量方向和在切换瞬间所述到来卫星的矢量方向；
围绕所述中心轴转动所述方位转台和围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位，以便在切换瞬间所述离开和到来卫星矢量方向两者处于所述天线单元的扫描平面内，和所述天线单元的瞄准线指向所述两个卫星位置中间的方向；和
将安装在所述俯仰台上的相控阵天线单元的波束在切换瞬间从所述离开卫星电扫描到所述到来卫星。
30．如同权利要求29所阐述的一种方法，其中所述至少两个卫星中的一个是星座中的离开卫星而所述卫星的另一个是所述星座中的到来卫星，和所述天线用于执行从所述离开到所述到来卫星的通信信道切换，所述方法包括附加步骤：
根据在切换瞬间从所述天线到所述离开卫星的矢量方向和在切换瞬间到所述到来卫星的矢量方向计算作为两个所述矢量方向和的中间矢量方向；
围绕所述中心轴转动所述方位转台和围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，直到安装在所述俯仰台上的所述相控阵天线单元定位，以便恰好在将所述天线波束从所述离开卫星电扫描到所述到来卫星之前所述天线单元的瞄准线指向所述计算出的中间矢量方向。
31．如同权利要求29所阐述的一种方法，进一步包括：
在切换之后立即围绕所述中心轴转动所述方位转台和围绕所述横轴弧线移动所述俯仰台，以便所述天线单元的瞄准线指向对准所述到来卫星的方向，对该卫星刚刚进行了通信信道切换。
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