多波束天线系统的制作方法

本公开涉及一种多波束天线系统。

背景技术：

通信网络是用于接收信息(信号)并且将该信息发送到目的地的大型分布式系统。在过去的几十年中，对通信接入的需求已经急剧增加。尽管传统的有线和光纤路上通信线、蜂窝网络、和对地静止卫星系统在不断地增加以适应需求的增长，但是现有的通信基础设施仍然不够大，不足以适应需求的增加。另外，世界上的一些地区尚未连接到通信网络，因此不能成为一切都连接到互联网的全球社区的一部分。

卫星可以用于向有线电缆无法到达的地区提供通信服务。卫星可以是对地静止的或者非对地静止的。从地球上的特定位置来看，对地静止卫星永远保持在天空的相同区域，因为卫星以恰好一天的轨道周期环绕赤道运行。非对地静止卫星通常在低地球或者中地球轨道运行，并且不会相对于地球上的固定点保持静止；卫星的轨道路径可以部分地由与地球中心相交并且包含轨道的平面描述。每颗卫星可以配备有称为卫星间链路(或者，更普遍地，装置间链路)以与在相同平面上或者在其它平面上的其它卫星通信的通信装置。该通信装置使得卫星能够与其它卫星通信。这些通信装置是昂贵的且重量重。另外，通信装置显著增加了建造、发射和运行每颗卫星的成本；它们还使卫星通信系统以及相关联的天线和机构的设计和开发大大复杂化，以使得每颗卫星都能够获取并且追踪相对位置正在改变的其它卫星。每个天线都有机械的或者电子的转向机构，该转向机构增加了卫星的重量、成本、振动、和复杂度，并且增加了故障的风险。相较于仅与在相同平面上的邻近卫星通信的链路，因为在相对位置上的变化更少，这些追踪机构的要求对于旨在与在不同平面上的卫星通信的卫星间链路更具挑战性。类似的考虑和附加成本适用于具有气球间链路的高空通信气球系统。

技术实现要素：

本公开的一个方面提供了一种天线阵列。该天线阵列包括第一天线、第二天线、第三天线、和第四天线。第一天线设置在微带上并且在第一方向上沿着第一轴线定向。第二天线设置在微带上并且在第一方向上沿着第二轴线定向。第三天线设置在微带上并且在与第一方向相反的第二方向上沿着第一轴线定向。第四天线设置在微带上并且在第二方向上沿着第二轴线定向。天线阵列进一步包括移相器，该移相器连接至天线中的至少一个。

本公开的实施方式可以包括以下可选特征中的一个或者多个。每个天线的定向可以指示和/或对应该天线的波束定向或者其波束赋形形式的定向。而且，天线的定向可以用于使对应的发射波束转向或者作为用于使对应的发射波束转向的参考方向。在一些实施方式中，天线阵列包括与在第一方向上定向在第一轴线上的第一天线连接的第一馈线和与在第一方向上定向在第二轴线上的第二天线连接的第二馈线。天线阵列可以进一步包括与在第二方向上定向在第一轴线上的第三天线连接的第三馈线和与在第二方向上定向在第二轴线上的第四天线连接的第四馈线。天线阵列可以包括与第一馈线和第二馈线连接的第一阵列馈线和与第三馈线和第四馈线连接的第二阵列馈线。

在一些示例中，第一天线、第二天线、第三天线、和第四天线发送可转向波束。天线阵列可以包括与第一天线、第二天线、第三天线、和第四天线连接的巴特勒矩阵。可转向波束可以通过改变至第一馈线和第二阵列馈线的电力来转向。巴特勒矩阵可以与移相器连接以提供波束赋形网络。

天线阵列可以进一步包括与第一馈线连接的第一输入端口和与第二馈线连接的第二输入端口。天线阵列可以进一步包括与信号从第一输入端口到第一天线必须行进的距离有关的第一信号长度和与信号从第二输入端口到第三天线必须行进的距离有关的第二信号长度。第一信号长度和第二信号长度可以是不同的长度。波束可以通过调整移相器以使可转向波束来转向，其中，可转向波束发送和/或接收数据。

本公开的另一方面提供了一种通信系统。该通信系统可以包括：无人机系统；至少一个天线阵列，该至少一个天线阵列设置在无人机系统上；以及地面站，该地面站配置为与至少一个天线阵列通信。至少一个天线阵列可以包括第一天线、第二天线、第三天线、和第四天线。第一天线设置在微带上并且配置为发送第一信号。第二天线设置在微带上并且配置为发送第二信号。第三天线设置在微带上并且配置为发送第三信号。第四天线设置在微带上并且配置为发送第四信号。天线阵列进一步包括与天线中的至少一个连接的移相器，其中，第一信号、第二信号、第三信号、和第四信号组合以形成可转向波束。

该方面可以包括以下可选特征中的一个或者多个。在一些示例中，无人机系统基于无人机系统相对于地面站的位置使可转向波束转向。至少一个天线阵列可以包括具有第一可转向波束的第一天线阵列和具有第二可转向波束的第二天线阵列，其中，第二可转向波束与第一可转向波束组合以形成第三可转向波束。响应于通过地面站传送的数据量，第二可转向波束与第一可转向波束组合以形成第三可转向波束。响应于通过第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号长度，第二可转向波束可以进一步与第一可转向波束组合以形成第三可转向波束。在一些实施方式中，第三可转向波束传送数据到地面站。第二可转向波束传送数据到第一地面站并且第三可转向波束传送数据到第二地面站。第二可转向波束可以进一步传送数据到用户装置。

在一些示例中，第一天线设置在微带上并且在第一方向上沿着第一轴线定向，并且第二天线设置在微带上并且在第一方向上沿着第二轴线定向。第三天线设置在微带上并且在与第一方向相反的第二方向上沿着第一轴线定向，并且第四天线设置在微带上并且在第二方向上沿着第二轴线定向。每个天线的定向可以指示和/或对应天线的波束定向或者其波束赋形形式的定向。而且，天线的定向可以用于使对应的发射波束转向或者作为用于使对应的发射波束转向的参考方向。天线阵列可以进一步包括与在第一方向上定向在第一轴线上的第一天线连接的第一馈线和与在第一方向上定向在第二轴线上的第二天线连接的第二馈线。天线阵列可以进一步包括与在第二方向上定向在第一轴线上的第三天线连接的第三馈线和与在第二方向上定向在第二轴线上的第四天线连接的第四馈线。天线阵列还可以包括与第一馈线和第二馈线连接的第一阵列馈线和与第三馈线和第四馈线连接的第二阵列馈线。

在下面的附图和说明中陈述本公开的一个或者多个实施方式的细节。其它方面、特征、和优点将通过说明书、附图和权利要求书而变得显而易见。

附图说明

图1a是示例性通信系统的示意图。

图1b是具有卫星和通信气球的示例性全球规模通信系统的示意图，在该通信系统中卫星形成极轨星座。

图1c是形成walker星座的图1a的示例性卫星组的示意图。

图2a和2b是示例高空平台的透视图。

图3是示例卫星的透视图。

图4a是包括高空平台和地面终端的示例性通信系统的示意图。

图4b是包括相控天线阵列和终端用户的示例性通信系统的示意图。

图5a是示例性相控天线阵列的俯视图。

图5b是包括巴特勒矩阵的示例性相控天线阵列的示意图。

图5c是包括移相器的示例性相控天线阵列的示意图。

图5d是包括巴特勒矩阵和移相器的示例性相控天线阵列的示意图。

图6是多个示例性相控天线阵列的示意图。

在各个附图中，类似的附图标记指示类似的元素。

具体实施方式

参照图1a至1c，在一些实施方式中，全球规模通信系统100包括地面站110(例如，源地面站110a和目的地地面站110b)、高空平台(hap)200、和卫星300。源地面站110a可以与卫星300通信，卫星300可以与hap200通信，并且hap200可以与目的地地面站110b通信。在一些示例中，源地面站110a还可以作为卫星300之间的链接地面站运行。源地面站110a可以与一个或多个服务提供商连接并且目的地地面站110b可以是用户终端(例如，移动装置、住宅wifi装置、家庭网络等)。在一些实施方式中，hap200是在高空(例如，17至22千米)运行的空中通信装置。hap可以被释放到地球大气层中，例如，通过飞行器，或者被空运到预期的高度。而且，hap200可以作为准静止飞行器运行。在一些示例中，hap200是飞行器200b(诸如，无人机(uav))；而在其它示例中，hap200是通信气球200b。卫星300可以在低地球轨道(leo)、中地球轨道(meo)、或者高地球轨道(heo)，包括地球同步轨道(geo)上。

hap200可以沿着路径、轨线、或者轨道202(也被称为平面，因为其轨道或者轨线大致可以形成几何平面)围绕地球5移动。而且，多个hap200可以在相同或者不同轨道202中运行。例如，一些hap200可以在第一轨道202a中大致沿着地球5的纬度(或者在部分地由盛行风确定的轨线中)移动，而其它hap200可以在第二轨道202b中沿着不同的纬度或者轨线移动。hap200可以在围绕地球5的多个不同轨道202中被分组和/或它们可以沿着其它路径202(例如，单独的路径)移动。同样，卫星300可以沿着不同轨道302、302a-n移动。协同工作的多个卫星300形成卫星星座。卫星星座内的卫星300可以按照协调的方式运行以在地面覆盖范围内重叠。在图1b所示的示例中，卫星300通过使卫星300环绕地球5的极点运行来在极轨星座中运行；然而，在图1c所示的示例中，卫星300在walker星座中运行，该walker星座鉴于在地面上的地面站110覆盖在一定纬度下的区域并且同时提供大量卫星300(使得可用性更高，连接丢失更少)。

参照图2a和2b，在一些实施方式中，hap200包括天线510，该天线510从卫星300接收通信20并且将通信20重新路由到目的地地面站110b，反之亦然。hap200可以包括数据处理装置220，该数据处理装置220处理接收到的通信20并且确定通信20到达目的地地面站110b(例如，用户终端)的路径。在一些实施方式中，在地面上的用户终端110b具有将通信信号发送到hap200的专用天线。接收通信20的hap200将通信20发送到另一个hap200、卫星300、或者地面站110(例如，用户终端110b)。

图2b图示了包括气球(例如，约宽49英尺和高39英尺并且充满氦气或氢气)、设备箱206、和太阳能板208的示例通信气球200b。设备箱206包括数据处理装置310，该数据处理装置310执行算法以确定通信气球200b需要去往的地方，然后每个通信气球200b移动进入朝着会将其带到其应该去往的地方的方向上吹的风层。设备箱206还包括存储电力的电池和与其它装置(例如，其它hap200、卫星300、地面站110(诸如，用户终端110b、在地面上的网络天线等))通信的收发器(例如，天线510)。太阳能板208可以为设备箱206供电。

通信气球200a通常被释放到地球平流层中以到达11至23英里之间的高度并且以相当于地面无线数据服务(诸如，3g或者4g)的速度为直径为25英里的地面区域提供连接。通信气球200a浮在平流层中，高度高达飞行器和气象的两倍(例如，在地球表面上方20千米)。通信气球200b被风带到地球5周围并且可以随着风在预期方向上的移动通过上升或者下降到一个高度来使通信气球200b转向。在平流层中的风通常是稳定的并且以每小时大约5和20英里的速度缓慢移动，并且每一层的风在方向和大小方面有差异。

参照图3，卫星300是放置在围绕地球5的轨道302中的物体并且可以满足不同目的(诸如，军用或民用观测卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、和研究卫星)。卫星300的轨道302部分地取决于卫星300的目的而改变。可以基于它们离地球5的表面的高度来将卫星轨道302分类为低地球轨道(leo)、中地球轨道(meo)、和高地球轨道(heo)。leo是高度范围为0到1240英里的地心轨道(即，环绕地球5运行)。meo也是高度范围为1200英里到22236英里的地心轨道。heo也是地心轨道并且具有22236英里以上的高度。地球同步轨道(geo)是heo的特殊情况。地球静止轨道(gso，虽然有时也称为geo)是地球同步轨道的特殊情况。

在一些实施方式中，卫星300包括具有数据处理装置310(例如，类似于hap200的数据处理装置310)的卫星主体304。数据处理装置310执行算法以确定卫星300所前往的地方。卫星300还包括接收和发送通信20的天线320。卫星300包括安装在卫星主体204上为卫星300供电的太阳能板308。在一些示例中，卫星300包括当阳光不能照到太阳能板308并且不能为太阳能板308充电时使用的充电电池。

当使用hap200来构造全球规模通信系统100时，有时可取的是通过将hap200链接到卫星300和/或将一个hap200链接到另一个hap200来在较长的距离上路由业务。例如，两个卫星300可以经由装置间链路通信并且两个hap200可以经由装置间链路通信。装置间链路(idl)消除或者减少了hap200或者卫星300到地面站110的跳数，这减少了延迟并且提高了整体网络能力。装置间链路使得来自一个hap200或者覆盖特定区域的卫星300的业务能够被无缝切换到另一个hap200或者覆盖相同区域的卫星300，其中，第一hap200或者卫星300正离开第一区域并且第二hap200或者卫星300正进入该区域。这种装置间链路idl用于为远离源地面站110a和目的地地面站110b的区域提供通信服务并且还可以减少延迟并且增强安全性(光纤电缆12可以被截获并且通过电缆的数据可以检索到)。这种类型的装置间通信不同于“弯管”模型，在“弯管”模型中，所有信号业务从源地面站110a流到卫星300，然后直接向下到达目的地地面站110b(例如，用户终端)或者反之亦然。“弯管”模型不包括任何装置间通信。相反，卫星300充当中继器。在“弯管”模型的一些示例中，由卫星300接收到的信号在再被重新发送之前被放大；然而，不进行信号处理。在“弯管”模型的其它示例中，可以处理并且解码部分或者所有信号以实现至不同波束的路由、误差校正、或者服务质量控制中的一个或多个；然而，不进行装置间通信。

在一些实施方式中，从若干轨道202、302、和每个轨道202、302的hap200或者卫星300的数量描述了大规模通信星座。在相同轨道202、302内的hap200或者卫星300相对于其轨道内hap200或者卫星300近邻保持相同位置。然而，hap200或者卫星300相对于在相邻轨道202、302中的近邻的位置可能会随着时间变化。例如，在具有近极轨道的大规模卫星星座中，在相同轨道202内的卫星300(其大致对应于在给定时间点的具体纬度)相对于其轨道内近邻(即，前方的卫星300和后方的卫星300)保持大致不变的位置，但是其相对于在相邻轨道302中的近邻的位置随着时间变化。类似的概念适用于hap200；然而，hap200沿着纬度平面围绕地球5移动并且相对于邻近的hap200大致保持不变的位置。

源地面站110a可以用作卫星300和互联网之间、或者hap200和用户终端110b之间的连接器。在一些示例中，通信系统100将源地面站110a用作将通信20从一个hap200或者卫星300中继到另一个hap200或者卫星300的链接地面站110a，其中，每个hap200或者卫星300在不同的轨道202、302中。例如，链接地面站110a可以接收来自轨道卫星300的通信20，处理该通信20，并且将该通信20切换到在不同轨道302中的另一个卫星300。因此，卫星300和链接地面站110a的组合提供了全连接系统100。为了进一步示例，地面站110(例如，源地面站110a和目的地地面站110b)应该被称为地面站110。

图4a提供了建立hap200和地面站110之间的通信链路的通信系统400的示例性架构的示意图。在一些示例中，hap是无人机系统(uas)。这两个术语在本申请中可以交换使用。在所示的示例中，hap200包括支撑天线阵列500的主体210，该天线阵列500可以通过通信20(例如，无线电信号或者电磁能)与地面站110通信。地面站110包括旨在与hap200通信的地面天线122。hap200可以将各种数据和信息(诸如，但不限于，空速、朝向、姿态位置、温度、gps(全球定位系统)坐标、风况、飞行计划信息、燃料量、电池电量、从其它源接收的数据、从其它天线接收的数据、传感器数据等)传送到地面站110。地面站110可以将各种数据和信息(诸如，但不限于，飞行方向、飞行状况警告、控制输入、信息请求、传感器数据请求、将经由其它天线或者系统被重新发送的数据等)传送到hap200。hap200可以是飞行器的各种实施方式，包括以下的组合，诸如，但不限于，飞机、飞艇、直升机、旋翼机、软式飞艇、多旋翼机、滑翔机、气球、定翼机、螺旋桨机、旋翼航空器、升力体、比空气重的飞行器、比空气轻的飞行器等。

与在hap200和地面站110之间建立通信系统相关联的挑战之一是hap200的移动。该问题的一个解决方案是对hap200和地面站110使用全向天线系统。这产生的不利之处是，全向天线的增益低因此范围窄，以换取其从所有方向进行接收的能力。定向天线可以用于改善系统的增益和范围，但是这呈现其自身的挑战，因为取决于天线的定向程度，飞行器可能会移出天线的发送或者接收区域。当使用定向天线时，系统需要移动两个天线(即，hap天线和地面终端天线)以使天线在飞行器和地面之间保持对齐。天线的定向性越强，越有挑战性。另外，各种情况(诸如，但不限于，风、上升暖气流、其它飞行器、湍流等)都可能会使hap200无意地移动位置，因而，如果需要连续通信，系统强制移动天线以迅速校正。高度定向天线可以产生窄的圆锥发送形状，该窄的圆锥发送形状需要在两个轴线上移动天线以保持对齐。本公开呈现了具有可转向波束的天线阵列500，该天线阵列500实现至固定地面站110的链路的连续覆盖。

在无线电发送系统中，天线阵列可以用于提高在更大范围内通信的能力和/或相较于单个元件增加在某个方向上的天线增益。在相控阵列天线中，可以调整单独的元件的相位以形成不用物理移动阵列就能产生更长的发送或者使发送方向转向的覆盖区域。可以通过在阵列中更改单独的元件的发送相位和增益来调整覆盖的形状。

图4b提供了包括建立hap200和终端用户420之间的通信链路的天线阵列500的通信系统400的示例性架构的示意图。数据402被发送至控制器410，该控制器410将各种数据402转换为适合被发送至天线阵列500的形式。调制解调器412和收发器模块414被包含在控制器410内。调制解调器412将数据402转换为收发器模块414的信号以经由电磁能或者无线电信号发送。然后经由由多个天线510组成的天线阵列500来发送或者接收电磁能。天线510的信号的组合形成发射波束540。数据402以电磁能的形式通过空气被发送以被终端用户420接收。终端用户420可以包括独立装置424或者个人装置422。系统也可以按照相反的顺序操作，其中终端用户420向天线阵列500发送然后通过控制器410转换的数据。

图5a提供了天线阵列500的示例性架构的俯视图。4个天线510-510a...510d被安装在微带530上。微带530是一种由通过基板从地面平面分离出来的电带组成的输电线路。微带530可以用于形成传输线或者天线510。每个天线510都具有可以指示和/或对应天线510的波束定向的定向或者其波束赋形形式的定向。天线510的定向可以用于使对应的发射波束540转向或者作为使对应的发射波束540转向的参考方向。在一些实施方式中，沿着第一轴线520定向第一天线510a和第三天线510c，该第一轴线520大体上平分第一天线510a和第三天线510c。第二轴线522与第一轴线520平行。可以在第二轴线522上定向第二天线510b和第四天线510d。在至少一个示例中，第一天线510a、第二天线510b、第三天线510c和第四天线510d形成网格。可以在第一方向d1上平行于第一轴线520和第二轴线522定向第一天线510a和第二天线510b。可以在与第一方向d1相反的第二方向上大体上平行于第一轴线520和第二轴线522定向第三天线510c和第四天线510d。

可以通过使用馈线512将电磁能或者无线电信号馈送到每个天线510，510a...510d。第一馈线512a连接至第一天线510a并且沿着第一轴线520被定向。第二馈线512b连接至第二天线510b并且沿着第二轴线522被定向。第三馈线512c连接至第三天线510c并且沿着第一轴线520被定向。第四馈线512d连接至第四天线510d并且沿着第二轴线522被定向。馈线512，512a...512d的定向和长度可以贡献于发射波束540的波束赋形电位。输入端口514为将被馈送到馈线512和多个天线510的电磁信号516提供位置。在至少一个示例中，第一馈线512a和第二馈线512b与第一输入端口514a连接。第一天线510a和第二天线510b都在发射正被输入到第一输入端口514a的公共电磁信号516。

电磁信号516或者无线电波的相位可以取决于电磁信号516的定时。正弦波或者电磁信号516的相位可以被表示为已经经过任意原点的波的部分。当两个或多个电磁信号516组合时，两个信号的相位差越大，信号的对消就越好直到完全对消的点。当两个电磁信号516彼此异相恰好180度时，发生完全对消。由相位差引起的电磁信号516的部分对消可以用于在使用多个天线510时产生发射波束540。每个电磁信号516的相位的更改可以用于通过更改发生在发射波束540侧的相位对消的量来使发射波束540转向。电磁信号516沿着馈线512从输入端口514行进至天线510的距离可以确定其相位。在至少一个示例中，电磁信号516沿着第一馈线512a从第一输入端口514a行进至第一天线510a的距离不同于电磁信号516沿着第三馈线512c从第二输入端口514b行进至第三天线510c的距离，产生信号到每个相应天线510的相移。电磁信号516的相移可以帮助形成发射波束540。

图5b提供了包括巴特勒矩阵550的天线阵列500的示例性架构的示意图。第一阵列馈线511a将巴特勒矩阵550连接到第一输入端口514a，从而将巴特勒矩阵550连接到第一天线510a和第二天线510a。第二阵列馈线511b将巴特勒矩阵550连接到第二输入端口514b，从而将巴特勒矩阵550连接到第三天线510c和第四天线510d。电磁信号516进入巴特勒矩阵550。在该示例中，两个信号将会被移相，但是不应该理解为限制可能会被移相的电磁信号516的数量。巴特勒矩阵550接纳电磁信号516并且将其划分为第一电磁信号516a和第二电磁信号516b。第一电磁信号516a被移相到不同于第二电磁信号516b的相位。第一电磁信号516a行进至第一输入端口514a、第一馈线512a并且行进至第一天线510a和第三天线510c。第一天线510a和第三天线510c各自发射相移的第一电磁信号516a。第二电磁信号516b行进至第二输入端口514b、第二馈线512b并且行进至第二天线510b和第四天线510d。第二天线510b和第四天线510d各自发射相移的第二电磁信号516b。通过天线510发射相移的第一电磁信号516a和第二电磁信号516b有助于发射发射波束540。使用巴特勒矩阵550是有利的，因为它是需要最小的电力来运行的无源元件并降低天线阵列500的整体电力需求。另外，巴特勒矩阵550具有固定的校准并且不像更传统的相移天线阵列那样需要再校准或者调整。

图5c提供了包括移相器560的天线阵列500的示例性架构的示意图。在该示例中，两个信号将会被移相，但是不应该理解为限制可能会被移相的电磁信号516的数量。电磁信号516进入移相器560。移相器560是可控制的有源装置。移相器560可以主动调整电磁信号516的相位。在至少一个示例中，电磁信号516进入第一移相器560a。第一移相器560a由天线控制器570操纵。天线控制器570操纵第一移相器560a应该赋予第一电磁信号516a的相移量。然后相移的第一电磁信号516a沿着第一输入端口514a、第一馈线512a行进至第一天线510a和第三天线510c。电磁信号516进入第二移相器560b。天线控制器570操纵第二移相器560b以移相第二电磁信号516b。第二电磁信号516b的相移量可以与适用于第一电磁信号516a的相移量相同或者不同。然后相移的第二电磁信号516b通过第二输入端口514b、第二馈线512b行进至第二天线510b和第四天线510d。取决于第一电磁信号516a和第二电磁信号516b之间的相位差，可以使用天线510来形成发射波束540。另外，第一电磁信号516a和第二电磁信号516b的相位的变化可以使得发射波束540能够被转向或者被操纵。

图5d提供了包括巴特勒矩阵550和移相器560的天线阵列500的示例性架构的示意图。在该示例中，出于简洁起见，使用了四个电磁信号516和天线510，但是不旨在限制可以应用于该系统的电磁信号516和天线510的数量。电磁信号516进入输入端口514并且行进至巴特勒矩阵550。巴特勒矩阵550将电磁信号516分成第一电磁信号516a、第二电磁信号516b、第三电磁信号516c、和第四电磁信号516d。巴特勒矩阵550移相第一电磁信号516a、第二电磁信号516b、第三电磁信号516c、和第四电磁信号516d中的每一个以得到不同的相位。第一电磁信号516a、第二电磁信号516b、第三电磁信号516c、和第四电磁信号516d的相位差有助于产生无源发射波束540。然后可以通过相应的移相器560对第一电磁信号516a、第二电磁信号516b、第三电磁信号516c、和/或第四电磁信号516d的单独的相位进行进一步调整来使发射波束可转向。在至少一个示例中，第一电磁信号516a从巴特勒矩阵550行进至第一移相器560a并且通过第一移相器560a进一步移相第一电磁信号516a。第一电磁信号516a从第一移相器560a行进至第一天线510，该第一天线510发射第一电磁信号516a。第二电磁信号516b从巴特勒矩阵550行进至第二移相器560b，该第二移相器560b进一步移相第二电磁信号516b。第二电磁信号516b从第二移相器560b行进至第二天线510，该第二天线510发射第二电磁信号516b。第三电磁信号516c行进至第三移相器560c并且第三移相器560c使第三电磁信号516c的相位偏移。然后第三电磁信号516c行进至第三天线510c，该第三天线510c发射第三电磁信号516c。第四电磁信号516d行进至第四移相器560d并且第四移相器560d使第四电磁信号516d的相位偏移。第四电磁信号516d行进至第四天线510d，该第四天线510d发射第四电磁信号516d。从第一天线510a、第二天线510b、第三天线510c、和第四天线510d的发射有助于产生发射波束540。由第一移相器560a、第二移相器560b、第三移相器560c、和第四移相器560d赋予的各种相移有助于更改发射波束540的方向使得发射波束能够被转向。

图6提供了具有单独的发射波束540，540a...540d的多个天线阵列500，500a...500d的示例性架构的示意图。可以按照网格的形式来安装多个天线阵列500。可以按照任何适合的形式(诸如，但不限于，环形、集群、圆形、矩形等)来安装天线阵列500的安装形式。第一天线阵列500a发射第一发射波束540a。第二天线阵列500b发射第二发射波束540b。第三天线阵列500c发射第三发射波束540c。第四天线阵列500d发射第四发射波束540d。取决于系统的需求或者系统所需的接收，例如，如果在接收来自hap200的通信的地面上有两个地面站110，110a...110b，则可以组合与单独的发射波束540通信的天线阵列500以形成更强的链路。当hap200在较近范围内时，第一天线阵列500a可能具有充足的电力以通过第一发射波束540a来保持与第一地面站110a通信，并且第三天线阵列500c可能具有充足的电力以通过第二发射波束540b来保持与第二地面站110b通信。这可能是有利的，因为单个发射波束540比多个发射波束540使用了更少的电力。因为hap200增加了与地面站110的距离或者出现干扰，所以与第一地面站110a和第二地面站110b的通信可能会恶化。为了增加通信范围和/或对抗干扰，第二天线阵列500b可以使到第一地面站110a的第二发射波束540b转向以改善通信。第四天线阵列500d也可以使到第二地面站110b的第四发射波束540d转向以改善通信。如果通信继续恶化，则第一发射波束540a、第二发射波束540b和第三发射波束540c可以通过它们相应的天线阵列500被指向第一地面站110a以改善通信或者信号长度。也可以响应于利用给出更大数据量的更多发射波束540正被发送的数据量来组合发射波束540。可以被产生或者被合并以改善通信的发射波束540的数量不作限制。

每个天线510的发射波束540可以被转向(例如，旋转、成角度、平移、或者以其它方式移动)以实现预期的结果。而且，通过控制彼此分离的波束赋形器(例如，巴特勒矩阵550)和天线阵列500，天线控制器570可以同时使单独的波束540和/或所有波束540转向，从而提供多有源波束相控阵列天线系统。天线控制器570可以移动波束540以填充覆盖范围内的缺口或空穴，以重叠其它波束540的覆盖范围和/或以远离干扰。通常，天线可能需要可靠地发送和接收数据的较好指向性。窄的波束将能量集中到较小的区域，这使得能效更高。在一些示例中，每个天线510可以生成多个窄的波束540(例如，来自单个孔径的多个波束)并且天线控制器570可以使每个波束540单独地转向和/或作为波束540的类集转向。

已经描述了若干实施方式。然而，要理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种修改。因此，其它实施方式在所附权利要求书的范围内。