有宽带天线的通信系统的制作方法
【专利摘要】一种包括可以安装在运载工具之上和之中的天线阵和电子组件的通信系统。该通信系统通常可能包括安装在运载工具的外表面上的外部部件和位于运载工具之内的内部部件，外部部件和内部部件靠通信联络彼此耦合。外部部件可能包括天线阵以及按方位角、仰角和极化移动天线阵(举例来说，跟踪人造卫星或其它信号来源)的安装设备和转向装置。内部部件可能包括与该通信系统相关联的大部分电子设备。
【专利说明】有宽带天线的通信系统
[0001] 本申请是2008年9月12日递交的申请号为200880113615. 8,发明名称为"有宽 带天线的通信系统"的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 这份申请要求给在此通过引证被全部并入的2007年9月13日以"Communication System with Broadband Antenna"为题申请的美国专利临时申请第60/971，958号、2007 年9 月 17 日以"Communication System with Broadband Antenna"为题申请的美国专利 临时申请第60/973, 112 号和 2008年9月 8 日以"Communication System with Broadband Antenna"为题申请的美国专利临时申请第61/095, 167号的优先权。 发明领域
[0004] 本发明涉及无线通信系统，具体地说，涉及可以在乘客运载工具上使用的天线和 通信子系统。
【背景技术】
[0005] 许多通信系统涉及接收来自人造卫星的数据信号。传统的系统已经使用许多类型 的天线接收来自人造卫星的信号，例如，Rotman透镜、Luneberg透镜、盘形天线或相控阵。 然而，这些系统可能因视野有限或效率低遭受损害，限制它们接收人造卫星信号的能力。具 体地说，这些传统的系统可能缺乏接收人造卫星信号必需的性能，要么是信号强度低，要么 是噪声高，举例来说，来自低仰角人造卫星的信号。
[0006] 除此之外，许多传统的系统不包括任何或充份的极化校正，并因此交替极化的信 号噪声可能干扰所需的信号，阻止该系统适当地接收所需信号。此外，使这样的系统在飞机 的机身上定位以便发射或接收信号提出若干能提交给这样的系统的问题。
[0007] 所以，需要改良的通信系统，包括改良的可能能够接收不利环境中的弱信号或通 信信号而且能至少部分地位于飞机机身上的天线系统。
【发明内容】
[0008] 一些方面和实施方案指向包括可以安装在运载工具之上和之中的天线阵和电子 组件的通信系统。该通信系统通常可能包括安装在运载工具的外表面上的外部部件和位于 运载工具内的内部部件，外部部件和内部部件靠通信联络彼此耦合。依照下面的讨论，外部 部件可能包括天线阵以及按方位、仰角和极化移动天线阵（举例来说，跟踪人造卫星或其 它信号来源）的安装设备和转向装置。内部部件可能包括大部分与通信系统相关联的电子 设备。使内部部件位于运载工具里面可能有利于接近电子设备而且可以保护电子设备使之 免受运载工具外部环境的影响，下面将进一步详细讨论。该通信系统的实施方案提供很多 超越现有技术系统的利益，包括尺寸和重量相对较小（这可能对安装在飞机上的系统是特 别有利的），而且有优异的宽带射频性能，下面将进一步讨论。
[0009] 依照一个实施方案，天线阵包括众多喇叭天线元件、众多对应的电介质透镜，众多 电介质透镜之中的每个电介质透镜分别与众多喇叭天线元件之中相应的喇叭天线元件耦 合，以及将众多喇叭天线元件与共用馈送点联结起来的波导馈送网络，其中众多喇叭天线 元件和众多对应的电介质透镜具有这样的形状和尺寸以致天线阵在天线阵的任一末端逐 渐变小。
[0010] 在一个实施例中，众多喇叭天线元件被安排成平行的两行，而且那平行的两行沿 着天线阵的长度彼此错开众多喇叭天线元件之一的一半宽度。在另一个实施例中，众多喇 叭天线元件包括内部喇叭天线元件、第三喇叭天线元件、第二喇叭天线元件和末端喇叭天 线元件，其中第三喇叭天线元件比内部喇叭天线元件小而且位置比内部喇叭天线元件更靠 近天线阵的末端，第二喇叭天线元件比第三喇叭天线元件小而且位置比第三喇叭天线元件 更靠近天线阵的末端，末端喇叭天线元件比第二喇叭天线元件小而且位于天线阵的末端。 在另一个实施例中，众多电介质透镜元件包括内部电介质透镜、第三电介质透镜、第二电介 质透镜和末端电介质透镜，其中内部电介质透镜与内部喇叭天线元件耦合，第三电介质透 镜比内部电介质透镜小而且与第三喇叭天线元件耦合，第二电介质透镜比第三电介质透镜 小而且与第二喇叭天线元件耦合，而末端电介质透镜比第二电介质透镜小而且与末端喇叭 天线元件耦合。该天线阵可能进一步包括众多喇叭形插入物，众多喇叭形插入物之中的每 个喇叭形插入物分别位于众多喇叭天线元件之中相应的喇叭天线元件之内。在一个实施例 中，位于末端喇叭天线元件和第二喇叭天线元件内的喇叭形插入物是用雷达电磁波吸收材 料制成的。在另一个实施例中，每个电介质透镜用玻璃纤维销钉紧固到各自的喇叭天线元 件上。
[0011] 另一个方面指向校正安装在运载工具上的天线阵的方法。在一个实施方案中，该 方法包括相对于安装在天线阵上的位置编码器的位置确定天线波束方向图的射频中心，计 算天线阵相对于位置编码器的位置的第一俯仰偏移量和第一滚转偏移量，以及把计算的第 一俯仰偏移量和第一滚转偏移量储存在本地存储器装置中。在另一个实施方案中，该方法 进一步包括接受代表安装天线阵的主运载工具的运载工具俯仰和运载工具滚转的数据，用 位置编码器测知天线俯仰和天线滚转，计算运载工具俯仰和天线俯仰之间的第二俯仰偏移 量，计算运载工具滚转和天线滚转之间的第二滚转偏移量，以及把计算的第二俯仰偏移量 和第二滚转偏移量储存在本地存储器装置中。在一个实施例中，该方法进一步包括把计算 的第二俯仰偏移量和第二滚转偏移量储存在远程存储器装置中。在另一个实施例中，该方 法进一步包括以第一俯仰偏移量和第一滚转偏移量为基础校正第二俯仰和滚转偏移量，以 及把校正后的第二俯仰偏移量和第二滚转偏移量储存在本地存储器装置中。该方法可能进 一步包括把校正后的第二俯仰偏移量和第二滚转偏移量储存在远程存储器装置中。在一个 实施例中，该方法进一步包括接受代表主运载工具的运载工具航向的数据，将天线阵瞄准 选定的人造卫星信号来源，以锁定选定的人造卫星信号来源的信号为基础确定天线航向， 计算运载工具航向和天线航向之间的航向偏移量，而且把航向偏移量储存在本地存储器装 置中。该方法可能进一步包括把航向偏移量储存在远程存储器装置中。在一个实施例中， 接受代表主运载工具的运载工具俯仰和运载工具滚转的数据包括接受来自主运载工具的 导航系统的日期。
[0012] 依照另一个实施方案，通信系统包括由配置成接收和发射信号的天线阵、配置成 把天线阵装到主平台上并且按方位和仰角移动天线阵的万向节组件、第一存储器装置和至 少一个安装在天线阵上的位置编码器组成的第一子系统，以及靠通信联络与第一子系统耦 合并且包括第二存储器装置和配置成按方位和仰角控制天线阵的运动的控制单元的第二 子系统，其中至少一个位置编码器被配置成检测相对于工厂校准水平的天线阵位置该天线 阵的俯仰和滚转和提供代表检测到的天线阵的俯仰和滚转的第一天线数据信号，第一和第 二存储器装置靠通信联络联结在一起而且被配置成接受和储存天线数据信号。在一个实施 例中，第一和第二存储器装置被进一步配置成储存关于第一和第二子系统的识别信息。
[0013] 依照另一个实施方案，安装在运载工具上的通信系统包括安装在运载工具的外表 面上的外部子系统，该外部子系统包括配置成接收和发射信号的天线阵、配置成把天线阵 安装到运载工具上并且按方位和仰角移动天线阵的万向节组件、本地存储器装置以及至少 一个安装在天线阵上的位置编码器，以及靠通信联络与第一子系统耦合并且包括控制存储 器装置和配置成按方位和仰角控制天线阵的运动的控制单元的内部子系统，其中控制单元 被配置成接受代表安装了天线阵的运载工具的俯仰和滚转的数据，位置编码器被配置成测 知天线阵的俯仰和滚转，控制单元被配置成计算运载工具的俯仰和天线的俯仰之间的俯仰 偏移量和运载工具的滚转和天线的滚转之间的滚转偏移量，而控制存储器装置被配置成储 存计算的俯仰偏移量和滚转偏移量。
[0014] 在一个实施例中，本地存储器装置被配置成储存计算的俯仰偏移量和滚转偏移 量。在另一个实施例中，本地和控制存储器装置被进一步配置成储存关于内部和外部子系 统的识别信息。
[0015] 另一个方面指向包含天线阵的通信系统，包括众多天线元件，每个天线元件都适 合接收来自信号来源的数据信号，以及与共用馈送点耦合的极化转换器单元，该极化转换 器单元被配置成补偿天线阵和信号来源之间的极化扭曲（polarization skew)。在一个实 施方案中，极化转换器单元包括配置成接受组成数据信号的两个正交极化分量信号并提供 经极化校正的输出信号的旋转型直接式收发转换器、与旋转型直接式收发转换器耦合配置 成接受代表预期的旋转型直接式收发转换器旋转程度的控制信号的传动系统以及配置成 把功率提供给传动系统使旋转型直接式收发转换器旋转到预期的旋转程度的马达。
[0016] 在一个实施例中，极化转换单元安装在天线阵上。在另一个实施例中，众多天线元 件和馈送网络被安排成在馈送网络和众多天线元件之间提供空腔，其中极化转换器单元被 至少部分地安装在空腔里面。在另一个实施例中，众多天线元件是喇叭天线元件，而馈送网 络是波导馈送网络。
[0017] 依照一个实施方案，天线阵包括众多喇叭天线元件、众多对应的电介质透镜、众多 电介质透镜之中的每个电介质透镜与众多喇叭天线元件之中相应的喇叭天线元件耦合，而 波导馈送网络将众多喇叭天线元件与共用馈送点联结，其中每个电介质透镜是有平面边和 对面的中凸边的平凸透镜，每个电介质透镜包括靠近中凸边的内表面形成的众多阻抗匹配 特征，而中凸边的外表面是平滑的。
[0018] 在一个实施例中，众多阻抗匹配特征包括众多空心管。在另一个实施例中，每个电 介质透镜进一步包括从平面边的表面延伸到电介质透镜内部的众多阻抗匹配凹槽。众多电 介质透镜可能包含，举例来说，交联的聚苯乙烯材料或，举例来说，Rexolite?。
[0019] 在另一个实施方案中，天线阵包括配置成接收数据信号的众多喇叭天线元件；众 多对应的直接式收发转换器，每个相应的直接式收发转换器与相应的喇叭天线元件耦合而 且被配置把数据信号分成第一分量信号和第二分量信号，第一和第二分量信号是正交极化 的；以及将众多直接式收发转换器与共用馈送点联结起来的波导馈送网络，该波导馈送网 络配置成在E-平面和H-平面中计算来自每个直接式收发转换器的分量信号的总和。
[0020] 在一个实施例中，波导馈送网络包括引导第一分量信号的第一路径和引导第二分 量信号的第二路径，其中第一路径在E-平面中计算从每个直接式收发转换器收到的第一 分量信号的总和，第二路径在H-平面中计算从每个直接式收发转换器收到的第二分量信 号的总和，波导馈送网络被配置成在共用馈送点提供第一总计分量信号和第二总计分量信 号。在另一个实施例中，众多直接式收发转换器包括与第一喇叭天线元件耦合的第一直接 式收发转换器和与第二喇叭天线元件耦合的直接式收发转换器，其中波导馈送网络包括有 配置成接收来自第一直接式收发转换器的第一分量信号的第一输入、配置成接收来自第二 直接式收发转换器的第一分量信号的第二输入和配置成提供与两个第一分量信号的加权 和相对应的输出信号的输出的波导T字形结合部，该波导T字形结合部包括配置成使该波 导T字形结合部偏置产生两个第一分量信号加权和的调谐元件。
[0021] 另一个方面指向可装在运载工具上的通信系统。在一个实施方案中，该通信系统 包括可装在运载工具的外表面上包括配置成接收和发射数据信号的天线阵和配置成把天 线阵安装在运载工具的外表面上并且按方位和仰角移动该天线阵的万向节组件的外部子 系统和可装在运载工具里面并且包括控制单元和无线电收发机的内部子系统，该内部子系 统靠通信联络与外部子系统耦合并且被配置成把功率和控制信号提供给外部子系统，其中 控制单元被配置成把控制信号提供给万向节组件按方位和仰角控制天线阵的运动，其中万 向节组件包括配置成把外部子系统装到运载工具外表面上的安装支架和配置成把天线阵 安装到万向节组件上的天线安装支架。
[0022] 在该通信系统的一个实施例中，安装支架包括中央部分和借助四个对应的支撑臂 部分与中央部分连接的四个脚；而且四个脚都被放置在天线阵的回转扫掠范围之外。在另 一个实施例中，外部子系统进一步包括放置在安装支架的中央部分里面的旋转接头，该旋 转接头使外部子系统与内部子系统耦合。在另一个实施例中，天线安装支架沿着天线阵的 长度在两个位置抓紧天线阵，两个点都不在天线阵的末端。在另一个实施例中，万向节组件 包括配置成接收来自控制单元的控制信号并按仰角旋转对控制信号敏感的天线阵的仰角 控制组件。仰角控制组件可能包括推挽式滑轮系统。在另一个实施例中，万向节组件进一 步包括安装在天线阵上并且配置成按极化移动对极化敏感的天线阵的极化转换器单元。
[0023] 这些可仿效的方面和实施方案的另外一些方面、实施方案和利益将在下面详细地 讨论。此外，人们将理解前面的信息和下面的详细描述都仅仅是各种不同的方面和实施方 案的说明性实施例，目的是提供用来理解有权利要求的方面和实施方案的特性和特征的综 述或架构。在此揭示的任何实施方案都可能以与在此揭示的对象、目标和需要一致的任何 方式与任何其它实施方案组合，而且关于"实施方案"、"一些实施方案"、"替代实施方案"、 "各种不同的实施方案"、"一个实施方案"或类似的说法不必是相互排斥的而是倾向于指出 结合该实施方案描述的特定的特征、结构或特性可能被包括在至少一个实施方案之中。这 样的词语的出现在此未必全部提及同一实施方案。为了提供例证和进一步理解各种不同的 方面和实施方案，附图被包括在内，而且被并入这份说明书，构成这份说明书的一部分。附 图连同说明书的其余部分一起用来解释所描述的并提出权利要求的方面和实施方案的原 则和操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 至少一个实施方案的各种不同的方面将在下面参照不打算依比例绘制的附图讨 论。在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征后面有参考符号的场合，这些参考符号 已被包括在内，仅仅是为了增加附图、详细描述和权力要求的可理解性。因此，无论有无参 考符号都不倾向于对任何要求元件的范围产生任何限制。在这些附图中，在各种不同的附 图中举例说明的每个同一的或几乎同一的成份都用相似数字表示。为了清楚起见，可能并 非在每张附图中将每个成份都标注出来。这些附图是为了举例说明和解释提供的，不倾向 于作为本发明的极度定义。在这些附图中：
[0025] 图1是依照本发明的某些方面的通信系统的一个实施例的功能方框图；
[0026] 图2是依照本发明的某些方面举例说明外部子系统的一个实施例的功能方框图；
[0027] 图3是展示依照本发明的某些方面安装在飞机之中和之上的通信系统部分的飞 机的例证；
[0028] 图4是依照本发明的某些方面的外部子系统的一个实施例的透视图；
[0029] 图5是依照本发明的某些方面的天线罩的一个实施例的平面图；
[0030]图6是依照本发明的某些方面的没有盖子的外部子系统的一个实施例的透视图；
[0031] 图7是图6的外部子系统的分解图；
[0032] 图8是依照本发明的某些方面用来把外部子系统固定到主平台上的安装支架的 一个实施例的平面图；
[0033] 图9是依照本发明的某些方面的仰角传动装置的一个实施例的局部分解图；
[0034] 图10是依照本发明的某些方面可能用来按仰角移动天线阵的滑轮系统的一个实 施例的功能图；
[0035] 图11是依照本发明的某些方面举例说明使用弹簧加载的凸轮调节天线阵震动的 示意图；
[0036] 图12是依照本发明的某些方面的天线阵的一个实施例的前视图；
[0037] 图13是图12的天线阵的局部分解图；
[0038] 图14是喇叭天线的一个实施例的截面图；
[0039] 图15是依照本发明的某些方面的内部喇叭天线元件的一个实施例的侧视图；
[0040] 图16是依照本发明的某些方面的第三喇叭天线元件的一个实施例的侧视图； [0041] 图17是依照本发明的某些方面的第二喇叭天线元件的一个实施例的侧视图；
[0042] 图18是依照本发明的某些方面的末端喇叭天线元件的一个实施例的侧视图；
[0043] 图19是依照本发明的某些方面的内部电介质透镜的一个实施例的侧视图；
[0044] 图20是图19的内部电介质透镜的透视图；
[0045] 图21是图19的电介质透镜的平面表面的平面图；
[0046] 图22A是依照本发明的某些方面的第三电介质透镜的一个实施例的侧视图；
[0047] 图22B是图22A的第三电介质透镜的平面表面的平面图；
[0048] 图23A是依照本发明的某些方面的第二电介质透镜的一个实施例的侧视图；
[0049] 图23B是图23A的第二电介质透镜的平面表面的平面图；
[0050] 图24A是依照本发明的某些方面的末端电介质透镜的一个实施例的侧视图；
[0051] 图24B是图24A的末端电介质透镜的平面表面的平面图；
[0052] 图25是依照本发明的某些方面的电介质透镜的另一个实施例的侧视图；
[0053] 图26是依照本发明的某些方面的电介质透镜的另一个实施例的侧视图；
[0054] 图27A是依照本发明的某些方面能用来把电介质透镜紧固到天线元件上的销钉 的一个实施例的侧视图；
[0055] 图27B是图27A的销钉的径向截面图；
[0056] 图28A-C是依照本发明的某些方面能用来把电介质透镜紧固到天线元件上的固 定夹的透视图；
[0057] 图29是依照本发明的某些方面展示用来收容固定夹的狭槽的电介质透镜的一个 实施例的透视图；
[0058] 图30是依照本发明的某些方面用来至少把一些电介质透镜固定在天线阵中的固 定夹的另一个实施例的侧视图；
[0059] 图31A是依照本发明的某些方面的喇叭形插入物的一个实施例的等角视图；
[0060] 图31B是图31A的喇叭形插入物的末端视图；
[0061] 图32A-C是依照本发明的某些方面的喇叭形插入物的进一步的实施例的等角视 图；
[0062] 图33A是依照本发明的某些方面的一个天线阵实施方案的波束方向图的零度滚 转例证，该阵列有大约1/2波长的元件间隔；
[0063] 图33B是同一天线阵实施方案的波束方向图的15度滚转例证；
[0064] 图34是依照本发明的某些方面举例说明天线阵的另一个实施例的图表；
[0065] 图35是依照本发明的某些方面有集成的直接式收发转换器的喇叭天线元件的一 个实施例的例证；
[0066] 图36是依照本发明的某些方面的直接式收发转换器的一个实施例的透视图；
[0067] 图37是依照本发明的某些方面的直接式收发转换器的另一个实施例的透视图；
[0068] 图38是图37的直接式收发转换器的另一个视图；
[0069] 图39是依照本发明的某些方面的波导馈送网络的一个实施例的透视图；
[0070] 图40A是依照本发明的某些方面的馈送网络的一个实施例的一部分的例证；
[0071] 图40B是图40A的馈送网络沿着图40A中的线A-A截取的部分的截面图；
[0072] 图41是依照本发明的某些方面的馈送网络部分的另一个实施例的图表；
[0073] 图42是依照本发明的某些方面的波导T字形结合部的一个实施例的透视图；
[0074] 图43是依照本发明的某些方面的馈送网络的另一个实施例的一部分的图表；
[0075] 图44是依照本发明的某些方面包括极化转换器单元的天线阵的一个实施例的局 部分解图；
[0076] 图45是依照本发明的某些方面的极化转换器单元的一个实施例的局部分解图；
[0077] 图46是依照本发明的某些方面的低噪声放大器的一个实施例的透视图；
[0078] 图47是依照本发明的某些方面的内部子系统的一个实施例的功能方框图；
[0079] 图48是依照本发明的某些方面的降频转换器单元的一个实施例的功能方框图；
[0080] 图49是依照本发明的某些方面用于内部的子系统的壳体的一个实施例的透视 图；
[0081] 图50是依照本发明的某些方面举例说明校准程序的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0082] 至少一些方面和实施方案指向包括可以安装在运载工具之上和之中天线阵和电 子设备部件的通信系统。该通信系统通常可能包括安装在运载工具外表面上的外部部件和 位于运载工具内的内部部件，外部部件和内部部件靠通信联络相互耦合。依照下面的讨论， 外部部件可能包括天线阵以及按方位、仰角和极化移动天线阵（举例来说，跟踪人造卫星 或其它信号来源）的安装设备和转向装置。内部部件可能包括大部分与通信系统相关联的 电子设备。使内部部件位于运载工具里面可能有利于接近电子设备，而且可以保护电子设 备使之免受运载工具的外部环境影响，下面将进一步详细讨论。该通信系统的实施方案提 供许多超越现有技术系统的利益，包括尺寸和重量相对地较小（这对于安装在飞机上的系 统可能是特别有利的），而且有优良的宽带射频性能，下面将进一步讨论。
[0083] 人们将领会到在此讨论的方法和装置的实施方案在应用方面不局限于在下列的 描述中陈述的或在附图中举例说明的零部件组合的构造和安排的细节。这些方法和装置能 够在其它的实施方案中落实而且能够以各种不同的方式实践或实施。特定落实的实施例在 此只是为了举例说明提供的而且不倾向于作为限制。具体地说，结合任何一个或多个实施 方案讨论的行为、元件和特征都不倾向于在任何其它的实施方案中被排除在相似的功能之 夕卜。另外，在此使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被视为限制。在此以单数提及 的系统和方法的实施方案或元件或行为也可能包含包括众多这些元件的实施方案，而在此 以复数提及的任何实施方案或元件或行为也可能包含只包括单一元件的实施方案。关于正 面和背面、左边和右边、顶端和底部以及上面部分和下面部分的任何基准是为了描述方便 有意而为的，不倾向于将本发明的系统和方法或其组成部分局限于任何一个位置或空间取 向。
[0084] 参照图1，举例说明包括外部子系统102和内部子系统104的通信系统的一个实施 例的方框图。外部子系统102包括天线阵106和万向节组件108,下面将逐个详细地讨论。 天线阵106接收来自信号来源110的通信信号以及把信号传送到一个或多个目的地，下面 将进一步讨论。内部子系统102可能经由电缆和传送功率、数据和控制信号的其它的传输 媒体（例如波导）与外部子系统104耦合。内部子系统104可能包括该通信系统的大部分 电子设备，处理将由天线阵106发射和接收的信号。在一个实施例中，内部子系统104包括 与万向节组件108通信控制天线阵106的天线控制单元112。举例来说，天线控制单元112 可能把控制信号提供给万向节组件108以便将天线阵正确地指向接收来自信号来源110的 预期信号的方位和仰角。天线控制单元112也可能与内部子系统104的各种不同的其它零 部件通信，下面将进一步讨论。大功率无线电收发机114接受并处理天线阵106收到的信 号而且可能经由调制解调器116输出这些信号。调制解调器116可能以熟悉这项技术的人 已知的方式操作。大功率无线电收发机114也处理天线阵106要发射的信号。
[0085] 依照一个实施方案，内部子系统104还包括给内部子系统104的各种不同的元器 件以及外部子系统102提供功率的电源118。人们将领会到电源118可能包括作为内部子 系统的一部分的专用电源，或可能包括任何必需的元器件把来自主运载工具的电源的功率 转换后供应给需要功率的内部子系统的元器件。内部子系统可能进一步包括网络管理服务 器120。可能作为内部子系统104的一部分或与其分开并与其通信的导航参考系统122可 能提供来自其中安装了该通信系统的运载工具的导航数据，下面将进一步讨论。
[0086] 参照图2,在一个实施方案中，万向节组件108包括低噪声放大器124,后者为了考 虑信噪比应该放在尽可能靠近天线阵的位置，因此被包括在外部子系统102之中，而不是 包括在内部子系统104之中。在一个实施例中，万向节组件108进一步包括机械的天线瞄 准组件126,该组件可能包括用来测知外部部件（未被举例说明）的角位置的倾斜传感器和 用来调整天线阵106和信号来源110之间的极化扭曲的极化转换器单元128,下面将进一步 讨论。万向节组件108可能进一步包括能包括对外部子系统102来说特有的数据的存储器 装置130,下面将进一步讨论。
[0087] 依照一个实施方案，该通信系统可以安装在运载工具（例如，飞机或汽车）之上和 之中。参照图3,举例说明依照本发明的某些方面配备了通信系统的飞机132的一个实施 例。人们将领会到虽然下面关于通信系统的某些方面和实施方案的讨论可能主要提及安装 在飞机上的系统，但是本发明不受这样的限制，而且该通信系统的实施方案可能被安装在 多种不同的运载工具上，包括船只、火车、汽车和飞机，以及安装在静止的平台上，例如，商 业或住宅建筑物。外部子系统102可能以任何适当的位置安装到飞机132上。在飞机（或 其它运载工具）上外部部件的安装位置可能是通过考虑各种不同的因素（例如，空气动力 学的考虑、重量平衡、该系统的安装和/或维护的容易程度、FAA的要求、对其它组成部分的 干扰和天线阵的视野）选定的。依照前面的讨论，外部子系统102包括接收来自信号来源 110的感兴趣的数据信号134的天线阵106 (见图1)。信号来源110可能是另一个运载工 具、人造卫星、固定的或静止的平台（例如，基站、塔或广播站）或任何其它类型的数据信号 来源。数据信号134可能是任何通信信号，包括但不限于电视信号、用维护信息、位置信息 或其它信息、语音或声音传输（数字地或以别的方式）编码的信号，等等。在一个实施例中， 该系统构成能用来把关于系统本身或关于飞机132的组成部分的信息（例如，操作信息，必 需的维护信息，等等）发送给远程服务器或控制/维护设施为该系统和/或飞机提供的远 程监控的通信网络的组成部分。
[0088] 如同在世界的许多区域中熟悉人造卫星的操作的那些人所知道的那样，存在 导致宽带频率操作的多种人造卫星工作频率。举例来说，直播人造卫星可能以大约 14. OGHz-14. 5GHz的频率接收信号，而该人造卫星可能在大约10. 7GHZ-12. 75GHz的频率范 围中发送信号。下面的表1举例说明除了频率之外就本发明的天线组件和系统适应的直播 信号的接收而言存在的一些变数。信号来源110可能包括这些或其它类型的人造卫星之中 的任何人造卫星。
[0089] 表 1
[0090]
【权利要求】
1. 一种天线阵，其中包括： 众多喇叭天线元件，这些喇叭天线元件被安排在从天线阵的第一端延伸到天线阵的第 二端的N排喇叭天线中，众多喇叭天线元件之中每个喇叭天线元件都配置成接收信息信号 并且在该喇叭天线元件的馈送点提供该信息信号；以及 使众多喇叭天线元件与公用阵列馈送点耦合的波导馈送网络，该波导馈送网络配置成 计算来自众多喇叭天线元件的信息信号的总和在公用阵列馈送点提供总和信号； 其中在N排喇叭天线的每排中的众多天线元件中相邻天线元件之间中心到中心的喇 叭间隔在该天线阵的实质上最高的传输频率下近似等于〇. 9波长；以及 其中N排喇叭天线元件的每排喇叭天线元件包括至少32个或更多的喇叭天线元件。
2. 根据权利要求1的天线阵，其中所述众多喇叭天线元件被安排在至少两排平行的喇 叭天线元件，并且其中所述两排平行的喇叭天线元件沿着天线阵的长度彼此错开众多喇叭 天线元件之一的一半宽度。
3. 根据权利要求1的天线阵，进一步包括： 众多直接式收发转换器，每个相应的直接式收发转换器都与相应的喇叭天线元件耦合 并且被配置成把信息信号分成第一分量信号和第二分量信号，第一和第二分量信号是正交 极化的； 其中波导馈送网络使众多直接式收发转换器与公用阵列馈送点耦合，该波导馈送网络 配置成计算来自每个直接式收发转换器的分量信号的总和在公用阵列馈送点提供合计信 号。
4. 根据权利要求3的天线阵，其中波导馈送网络包括引导第一分量信号的第一路径和 引导第二分量信号的第二路径； 其中第一路径在E-平面中计算从每个直接式收发转换器收到的第一分量信号的总 和； 其中第二路径在H-平面中计算从每个直接式收发转换器收到的第二分量信号的总 和； 其中波导馈送网络配置成在公用阵列馈送点提供第一合计分量信号和第二合计分量 信号；以及 其中合计信号包括第一合计分量信号和第二合计分量信号。
5. 根据权利要求4的天线阵，其中众多直接式收发转换器包括与第一喇叭天线元件耦 合的第一直接式收发转换器和与第二喇叭天线元件耦合的第二直接式收发转换器； 其中波导馈送网络的第一路径包括有配置成接收来自第一直接式收发转换器的第一 分量信号的第一输入端、配置成接收来自第二直接式收发转换器的第一分量信号的第二输 入端和配置成提供与两个第一分量信号的加权和相对应的输出信号的输出端的E-平面波 导T字形结合部；以及 其中E-平面波导T字形结合部包括配置成将E-平面波导T字形结合部偏置产生两个 第一分量信号的加权和的调谐元件。
6. 根据权利要求5的天线阵，其中波导馈送网络的第二路径包括有配置成接收来自第 一直接式收发转换器的第二分量信号的第一输入端、配置成接收来自第二直接式收发转换 器的第二分量信号的第二输入端和配置成提供与两个第二分量信号的加权和相对应的输 出信号的输出端的H-平面波导T字形结合部。
7. 根据权利要求6的天线阵，其中E-平面波导T字形结合部和H-平面波导T字形结 合部每个都包括在每个相应的第一和第二输入端的阻抗匹配部分。
8. 根据权利要求4的天线阵，其中波导馈送网络的第一和第二路径包含相同数目的弯 曲部。
9. 根据权利要求3的天线阵，其中波导馈送网络包括引导第一分量信号的第一路径和 引导第二分量信号的第二路径； 其中第一路径计算从众多直接式收发转换器收到的众多第一分量信号的总和以便在 公用阵列馈送点提供第一合计分量信号； 其中第二路径计算从众多直接式收发转换器收到的众多第二分量信号的总和以便在 公用阵列馈送点提供第二合计分量信号。
10. 根据权利要求9的天线阵，其中波导馈送网络的第一路径包括至少一个配置成计 算E-平面中的众多第一分量信号的总和的第一 E-平面元件和至少一个配置成计算H-平 面中的众多第一分量信号的总和的第一 H-平面元件； 其中波导馈送网络的第二路径包括至少一个配置成计算E-平面中的众多第二分量信 号的总和的第二E-平面元件和至少一个配置成计算H-平面中的众多第二分量信号的总和 的第二H-平面元件。
11. 根据权利要求1的天线阵，进一步包括与公用阵列馈送点耦合的极化转换器单元， 该极化转换器单元配置成补偿天线阵和信号来源之间的极化扭曲。
12. 根据权利要求11的天线阵，其中极化转换器单元包括： 配置成接收第一和第二合计分量信号并且提供经极化校正的输出信号的旋转型直接 式收发转换器； 与旋转型直接式收发转换器耦合、配置成接受代表旋转型直接式收发转换器的预期旋 转程度的控制信号、提供经极化校正的输出信号的传动系统；以及 配置成把功率提供给该传动系统将旋转型直接式收发转换器旋转到预期的旋转程度 的马达。
13. 根据权利要求1的天线阵，其中N排喇叭天线元件选自1、2、4和8排的其中之一。
14. 根据权利要求1的天线阵，其中波导馈送网络被配置成给来自众多喇叭天线元件 的每一个信息信号对合计信号的信号贡献加权，以便控制天线阵的射束方向图。
15. 根据权利要求1的天线阵，其中众多喇叭天线元件包括配置成提供第一天线输出 信号的第一喇叭天线元件和配置成提供第二天线输出信号的第二喇叭天线元件； 其中波导馈送网络包括有配置成接收第一天线输出信号的第一输入端、配置成接收第 二天线输出信号的第二输入端和配置成提供输出信号的输出端的波导T字形结合部。
【文档编号】H01Q15/02GK104505594SQ201410478564
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2008年9月12日 优先权日:2007年9月13日
【发明者】F·J·布兰达, M·J·巴雷特, M·N·兰德尔, M·A·弗莱赖, M·J·乔奥尼瑞, W·麦克纳瑞, R·B·安德森 申请人:天文电子学爱罗莎特股份有限公司