有宽带天线的通信系统的制作方法

专利名称：有宽带天线的通信系统的制作方法
技术领域：
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：
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。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。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
—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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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 。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。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。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。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。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。


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；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；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；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；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；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；图7是图6的外部子系统的分解图；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；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；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；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；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；图13是图12的天线阵的局部分解图；图14是喇叭天线的一个实施例的截面图；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；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；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；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；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；图20是图19的内部电介质透镜的透视图；图21是图19的电介质透镜的平面表面的平面图；图22k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；图22B是图22k的第三电介质透镜的平面表面的平面图；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；图23B是图23A的第二电介质透镜的平面表面的平面图；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；图24B是图24A的末端电介质透镜的平面表面的平面图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；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；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；图27B是图27A的销钉的径向截面图；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；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；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；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；图31B是图31A的喇叭形插入物的末端视图；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；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；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；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；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；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；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；图38是图37的直接式收发转换器的另一个视图；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；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；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；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；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；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；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；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；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；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；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；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；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。
具体实施例方式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。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。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。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。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。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。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。表 1 仍然参照图3，该通信系统可能包括或者可能连接众多乘客接口，例如，为每位乘 客提供个别的频道选择、英特网访问能力的座位后背显示器单元136、相关联的耳机和选择 面板，等等。作为替代，举例来说，实况转播视频也可能通过周期性地放在飞机的乘客区域 中的众多荧屏分配给所有的乘客供他们分享观看。信号在内部子系统104和乘客接口之间 可能是靠无线电或使用电缆提供的。此外，该通信系统也可能包括系统控制/显示站138， 举例来说，该系统控制/显示站可能位于供商业航线上的机组乘务员用来控制整个系统的 机舱区域中，以致除了修护和修理之外不需要人与外部部件的直接互动。在一个实施例中， 该通信系统可能是作为人造卫星视频接收系统的前端在移动的运载工具(例如，图3的飞 机)上使用的。人造卫星视频接收系统能用来把实况转播节目(例如，新闻、天气、体育运 动、网络节目、电影，等等)提供给运载工具里面的一些乘客。参照图4，以透视图举例说明外部子系统102的一个实施方案。依照前面的讨论， 外部子系统102包括适合接收来自信息来源(图1中的110)的信号和发射信号的天线阵 106。依照下面的进一步讨论，天线阵106可能包括与馈送网络202耦合的众多天线元件 (未展示)。在一个实施例中，这些天线元件是喇叭天线，而馈送网络202是波导馈送网络。 每天线元件可能与配置成提高相应的天线元件的增益的相应的透镜204耦合，下面将进一 步讨论。固定夹206a、206b和206c可能用来把透镜204紧固到相应的天线元件上，也将在 下面讨论。依照一个实施方案，由于馈送网络202和天线元件和透镜204的构造和安排，天 线阵106形成实质上刚性的结构，只有基础模态结构的固有频率。从结构振动方面考虑，天 线阵106可能因此充当单一的单元，而不是多个个别单元的阵列。天线阵106的这种实质 上刚性的结构的利益可能包括天线阵的振动最小，否则可能对天线阵的性能和瞄准的准确性产生不利的影响。在一个实施例中，天线阵106的基础模态结构固有频率是大约20赫兹 (Hz)。天线阵106可能使用天线安装支架208安装在万向节组件108上。如图4所示， 在一个实施方案中，天线安装支架208不是在天线阵106的末端而是在接近天线阵中心的 几个点抓紧天线阵。天线安装支架的这些抓紧点可能与天线阵106的长度方向中心实质上 对称性隔开。沿着其长度在内部的点而不是在末端抓紧天线阵106可能进一步促进减少不 受欢迎的天线阵结构振动。仍然参照图4，在至少一些实施方案中，外部子系统102的实质性部分可能被盖子 210覆盖着。盖子210可能至少为外部部件102的一些组成部分提供环境保护。电缆212a、 212b和212c可能用来在内部子系统104和外部子系统102之间传送数据、功率和控制信 号。人们将领会到该通信系统不局限于使用图4所示的三组电缆212a、212b和如212c，而 是可能使用任何适当数目的电缆。外部子系统102可以使用能紧固到运载工具的本体(例 如，飞机的机身132)上的安装支架214安装到运载工具上。依照一个实施方案，外部子系统可能被可能用来减少外部部件在运载工具132移 动时产生的迎面阻力的天线罩覆盖。天线罩270的实施例展示在图5中。在一个实施例 中，天线罩有大约9. 5英寸的最大高度和大约64. 4英寸的长度272 ；然而，人们将领会到在 任何给定的实施方案中天线罩270的大小可能取决于外部子系统106的天线阵106和其它 组成部分的大小。依照一个实施例，天线罩270对天线阵106发射和/或接收的射频(RF) 信号是能传送的。天线罩270可能是用熟悉这项技术的人已知的材料制成的，包括但是不 限于纤维(例如，石英或玻璃)和树脂(例如，环氧树脂、聚酯、氰酸酯或bismaleamide)的 层压板。这些或其它材料可能与蜂巢或泡沫材料组合用来形成透射性高、重量轻的天线罩 构造。参照图6，举例说明拿掉盖子210展示的外部子系统102的实施例。外部子系统的 各种不同的组成部分将在下面继续参照图6更详细地讨论。参照图7，举例说明图6所示外部子系统102的实施例的部分分解图。在一个实 施例中，盖子210包括几个部分，例如，上面部分210a、后面部分210b和两个侧面部分210c 和210d，这些部分可能被紧固在一起形成盖子210。然而，人们将领会到本发明不受这样的 限制，盖子210可能包括不止或不足四个部分而且盖子的各个部分可能有不同于图7举例 说明的配置。在一个实施例中，盖子的各个部分是仅仅使用紧固件(例如，螺钉或螺栓)固 定在一起的。紧固件的数目可能是固定盖子需要的最小数目，以便在必需接近外部子系统 102(例如，为了升级或修理组成部分)的时候避免除去盖子时不必要的延迟和复杂化。在 另一个实施例中，可能单独地或连同紧固件使用粘接剂把盖子部分210a-d固定在一起。然 而，在一些应用中，举例来说，在外部子系统102被安装在飞机132上的情况下，使用粘接剂 可能是不受欢迎的，因为这可能使拆除盖子210进一步复杂化。依照前面的讨论，外部子系统102可能是使用安装支架214安装到运载工具(或 其它平台)上的。安装支架214的实施例展示在图8中。在列举的实施例中，安装支架包括 中央部分216和在从中央部分216向外延伸部分220的末端的四个脚218。安装支架214 可能被穿过脚218的紧固件(例如，螺钉或螺栓)固定到运载工具上。使用有与图8举例 的配置类似的配置的安装支架214在一些应用中可能是有利的，因为可能只需要四个紧固件就能把安装支架并因此把外部子系统102牢固地安装到运载工具上，从而使外部子系统 在运载工具上的安装变得更容易。在一个实施例中，脚218可能被放置在天线阵106的旋 转扫掠范围之外，以致不管天线阵的位置随时可以接近紧固件。这种配置可能有利于安装 支架214和外部子系统102在多种条件和天线阵106的取向之下的安装和拆除。电缆可能 穿过中央部分216在外部子系统102和内部子系统104之间传送功率、数据和/或控制信 号。垫片或其它密封装置可能用来密封安装支架214(或从那里穿过的电缆载体)的中央 部分216和运载工具本身之间的连结，因为在运载工具本体上必须提供允许电缆穿过到达 内部子系统104的孔依照一个实施方案，为了促进从运载工具的众多位置和方位与信号来源110通 信，至少外部子系统102的某些部分(例如，天线阵106和至少万向节组件108的一些部 分)是可按照仰角、方位和极化之中的任何一项或全部移动的。因此，万向节组件108可能 被设计成适应这样的运动。在一个实施方案中，安装支架214的中央部分216可能适应定 义方位旋转中心的方位组件222。方位组件222可能包括，举例来说，可能穿透运载工具壳 体(例如，飞机132的壳体)允许电缆穿过内部子系统104和外部子系统102之间的运载 工具壳体的旋转接头。在一个实施例中，方位组件可能包括旋转接头和滑环，作为分立零件 或作为集成组件，允许射频(RF)通信、功率和控制信号经由电缆212a-c在外部子系统102 的活动部分和飞机132的静止主平台之间传送。旋转接头和滑环组合，或熟悉这项技术的 人已知的其它装置，可能使天线阵106能够相对于主飞机132在任一方向连续地按方位旋 转，借此使可安装的子系统在与方位马达组合使用的时候提供连续的半球形的或更大的覆 盖范围。不采用旋转接头或相似的装置，天线阵106将必须转到它的停止点，然后再一次往 回转动以阻止电缆彼此卷绕。再一次参照图6和图7，在一个实施方案中，万向节组件108 包括按方位和仰角移动天线阵106的马达和传动组件。为了按方位移动天线阵106，万向节 组件108可能包括与方位毂226耦合的方位传动组件224。在一个实施例中，方位毂226经 由牵线228与环绕安装支架214的中央部分216的方位滑轮230耦合。方位传动组件224 可能包括控制电路和收容在方位马达外壳232之内的方位马达。该方位传动组件可能接收 来自天线控制单元112 (见图1)的控制信号并且启动方位马达使天线阵106按方位旋转。依照一个实施方案，万向节组件108包括经由柔性连轴器236与仰角马达238耦 合的仰角控制组件234。仰角马达238安装在仰角马达支撑物240上而且可能被收容在壳 体242里面。在列举的实施例中，仰角驱动器244a和244b与天线安装支架208耦合并且 被安装在方位毂226上，借此将天线阵106与方位传动系统机械地联结起来。如图7所示， 在一个实施方案中，天线安装支架208有部分呈圆筒形的形状，而仰角驱动器244a、244b包 括支撑着弯曲的天线安装支架208的弧形侧面支撑物。参照图9，举例说明右边的仰角驱 动器244a的部分分解图。人们将领会到左边的仰角驱动器244b可能是右边的仰角驱动器 244a的真实的镜像。如图9所示，仰角驱动器244a包括带允许天线安装支架208并因此允 许天线阵106沿着弯曲的轨道移动的滚筒248的弧形侧面支撑物246，借此允许天线阵106 按仰角旋转。在一个实施例中，使用像柔性连轴器236这样的 柔性连轴器把各种不同的零部件 互相连接起来可以通过吸收连接中的倾斜和/或角度公差和去除或减少连接上的应变增 加制造外部子系统102的容易程度。
依照一个实施方案，仰角传动系统可能使用滑轮系统按仰角移动天线阵106。推 拉式滑轮系统的实施例是用图10示意地举例说明的。推拉式滑轮系统包括经由连续的环 形牵线254与天线阵106耦合的传动链齿轮250和惰轮252。参照图6和图8，举例说明包 括仰角传动组件234 (见图7)的传动链齿轮250和与仰角驱动器244耦合的惰轮252的推 拉式滑轮系统的实施例。如图9所示，惰轮252可能包括轴256、滚筒258和支架260。壳 体232中的仰角马达可能提供功率驱动滑轮系统使天线安装支架208沿着侧面支撑246所 形成的弧形轨道滚筒248上旋转。推拉式滑轮系统可能因此产生天线阵106响应控制信 号改变仰角的运动，下面将进一步讨论。在一个实施例中，天线阵可能可以在大约-10°到 90° (顶点)的仰角范围内移动。将滑轮系统配置成推拉式系统的优势在于它可能允许使 用低扭矩的仰角马达。除此之外，天线安装支架208可能包括相对宽的镶边为天线阵106 提供宽的支撑和把天线阵的负荷分配在大部分天线安装支架的上。这个特征可能进一步有 利于使用相对较小的低扭矩仰角马达。依照一个实施方案，天线安装支架208可能包括弹簧加载的凸轮262，如同图11示 意地举例说明的那样。这些弹簧加载的凸轮262可以用来消除天线阵106的高频振动。在 一个实施例中，弹簧加载的凸轮262是弹簧加载的楔形凸轮。在另一个实施例中，在天线安 装支架208的弧上天线阵的定位可能是用楔形和标准凸轮264维持的。除此之外，可能在 天线安装支架208上提供阻止天线阵106摇摆的减震轮(未展示)。天线阵106可能容易 由于它的结构固有频率来回摇动。减震轮可能阻止这种摇摆，把摇动变成纯粹的平移运动 (即，上下移动)，后者不影响天线阵的定向角度。在一个实施方案中，再一次参照图6和图7，万向节组件108包括万向节连接卡 266，后者提供外部子系统102中的各种不同的电缆和零部件之间的和对天线控制单元112 和/或内部子系统104的其它零部件的连结。这个万向节连接卡266可能接受接插式电缆 而且可能代替在许多配线情形中使用的传统电缆配线装置，借此大大简化外部子系统102 内部和/或对内部子系统104的连接成份。采用万向节连接卡266，外部子系统102的每个 成份可能都包括接插式电缆，以致它能很容易地插进万向节连接卡。因此，每个成份都可以 与万向节连接卡266连接或分离，并因此与系统的其它成份连接或分离，没有任何改变或 干扰其它成份的配线的需求。依照前面的讨论，依照一个实施方案，天线阵106包括众多与在至少一些实施方 案中是波导网络的馈送网络202耦合的像喇叭天线268那样的天线元件(见图6)。另外， 每个天线元件268都可能与对应的电介质透镜204耦合。电介质透镜204可能用来集中天 线元件268接收和发射的辐射和提高天线元件的增益，下面将被更详细地讨论。馈送网络 202可能是基于在天线阵106使用的天线元件268的类型和配置适配的。在图4、图6和图 7举例说明的实施例中，馈送网络202是按客户规定的尺寸和形状制作的波导馈送网络。波 导的优势在于它的耗损通常比其它传输媒体(例如，电缆或微波传输带)少。所以，在希望 减少或最大限度地减少与天线阵106相关联的损失的应用中，使用波导作为馈送网络202 可能是有利的。然而，人们将领会到馈送网络202可能全部或部分地使用波导之外的传输 媒体构成。馈送网络202将在下面更详细地描述。参照图12和图13，举例说明一个实施例天线阵106的前视图(图12)和部分分解 图(图13)。在列举的实施例中，天线阵106包括按平行的两行(S卩，按2X32配置)安排的64个矩形喇叭天线268的阵列。然而，人们将领会到天线阵106可能包括如何数目的天 线元件，每个天线元件可能是任何类型的适当的天线。举例来说，替代的天线阵可能包括按 2X4或1X8配置的八个圆形的或矩形的喇叭天线。虽然在一些应用中天线元件是有宽的 带宽的天线(例如，喇叭天线)可能是有利的，但是本发明不局限于喇叭天线而是可以使用 任何适当的天线。因此，虽然下面的讨论将主要地提及矩形喇叭天线的2X32阵列的列举 实施例，但是人们将理解该讨论通过对于熟悉这项技术的人可能显而易见的修正同样适用 于其它类型和大小的阵列。一般的说，每个喇叭天线元件268都可能接受通过天线元件的侧面304定义的孔 302进入的电磁辐射，如图14所示。天线元件268可能把收到的辐射聚焦到该天线元件与 馈送网络202 (在图14中未展示)耦合的馈送点306。人们将领会到虽然在此将主要按照 接收从信息来源引入的辐射进一步讨论天线阵106，但是天线阵也可能按照发射模式操作， 其中馈送网络202把信号经由对应的馈送点306提供给每个天线元件268，而且该天线阵把 该信号发射出去。依照前面的讨论，依照一个实施方案，外部子系统102可能被安装在运载工具(例 如，图3所示的飞机132)上。在这样的和相似的应用中，减少天线阵106的高度(和整个外 部子系统102的高度)将飞机移动时的阻力减到最少可能是令人想要的。因此，低横断面 的天线元件268目前在这样的应用中可能是优选的。所以，在一个实施例中，喇叭天线元件 268被构造成有相对宽的内角308，从而导致相对宽的孔宽310，以便在保持喇叭天线元件 268的高度312相对较小的同时提供大的孔面积。在一个实施例中，喇叭天线元件288有这 样的尺寸，以致在同一排上喇叭之间的方位角间隔是在最高传送频率的大约一个波长。这 样定尺寸可能有助于把第一栅瓣保持在操作频带的可视空间的外面，下面将进一步讨论。使用高度低、孔宽的喇叭天线作为天线元件268的一个结果是天线元件可能有比 可能更可取的增益低的增益。产生这个较低的增益是因为，如图14所示，在垂直入射在喇 叭孔302上的第一信号314和沿着天线元件268的侧面304入射的第二信号316之间可能 存在重要的路径长度差异。这个路径长度差异可能在第一和第二信号314、316之间造成重 要的相位差，从而造成信号干扰和较低的总增益。因此，依照一个实施方案，电介质透镜204 与每个喇叭天线元件268耦合以提高喇叭天线元件的增益。电介质透镜204可能安装在喇 叭天线元件268的孔310上把射频能量集中在喇叭天线元件的馈送点306。电介质透镜204 可能用来使以不同的角度入射在喇叭天线元件268上的信号的相位和路径长度匹配，借此 增加天线阵106的增益。依照一个实施方案，天线阵106呈锥形以进一步促进减少天线阵波束方向图中的 旁瓣。在一个实施例中，在每排天线元件的每个末端远离中心的三个喇叭天线元件268比 其余的天线元件小，后者可能在大小和形状方面实质上是同一的。与这些逐渐变小的天线 元件268相关联的电介质透镜204可能对应地比与其余的天线元件相关联的透镜小。天线 阵106的这种逐渐变小参照图12和图13能看到。如图12和图13所示，在一个实施例中， 来自每排天线阵106的每个末端的第三电介质透镜318略微小于每排的26个内部电介质 透镜320。在一个实施例中，所有的内部电介质透镜320和对应的内部喇叭天线元件322在 大小方面实质上是同一的。内部喇叭天线元件322的实施例展示在图15中。与第三喇 叭 天线元件324相关联的第三电介质透镜318可能略微小于内部喇叭天线元件322。第三喇叭天线元件324的实施例展示在图16中。类似地，来自每排的每个末端的第二喇叭天线元 件326和它相关联的第二电介质透镜328可能分别略微小于第三喇叭天线元件324和第三 电介质透镜318。第二喇叭天线元件326的实施例展示在图17中。同样，在每排的每个末 端上的末端喇叭天线元件330和它相关联的末端电介质透镜332可能分别略微小于第二喇 叭天线元件326和第二电介质透镜328。末端喇叭天线元件330的实施例展示在图18中。 以这种方式，通过朝天线阵106的边缘逐渐减少喇叭天线元件268和相关联的电介质透镜 204的尺寸，天线阵被逐渐变小。仔细的锥形设计可能促进天线阵106的波束方向图中旁瓣 的减小，下面将进一步讨论。依照一个实施方案，电介质透镜204是平凸透镜，它可能装在喇叭天线孔302上面 和/或部分地装在喇叭天线孔302里面。就这份说明书的目的而言，平凸透镜被定义为有 实质上平坦的表面和相对的中凸表面的透镜。电介质透镜204可能是依照已知的光学原理 (包括，举例来说，依照斯涅尔定律的绕射)成形的，所以透镜可以把引入的辐射聚焦到喇 叭天线元件268的馈送点306。参照图19，举例说明内部电介质透镜320的一个实施例的侧视图。在列举的实施 例中，电介质透镜320是有平面表面336和相对的中凸表面338的平凸透镜。人们可以看 到电介质透镜302的中凸形状导致与透镜的边缘相比存在于中央334的电介质材料有较大 的垂直深度(该材料可能被放置在对应的喇叭孔302的中心上方)。因此，垂直入射的信号 (例如第一信号314)(见图14)与沿着喇叭天线元件268的边缘304入射的第二信号316 相比可以穿过更多的电介质材料。因为电磁波信号传播经过电介质比经过空气缓慢得多， 所以电介质透镜320的形状可能因此用来使第一和第二入射信号314、316的电学路径长度 相等。通过减少从不同的角度入射到喇叭天线元件268上的信号之间的相位失配，电介质 透镜320可能用来增加喇叭天线元件的增益。在电介质透镜320的中凸表面338上入射的信号的反射通常可能起因于空气介质 和透镜介质之间的阻抗失配。自由空间(或干燥空气)的特性阻抗是已知的，大约为377 欧姆。对于电介质透镜204，该特性阻抗与透镜材料的介电常数的平方根呈反比。因此，一 般的说，透镜材料的介电常数越高，透镜和空气之间的阻抗失配越大。透镜材料的介电常数 是给定的电介质的特征量，有时叫作相对电容率。一般的说，介电常数是复数，包括代表材 料的反射表面特性的实部(也被称为Fresnel反射系数)和代表材料的无线电波吸收特性 的虚部。透镜材料的电容率越接近空气的电容率，收到的通信信号被反射的百分比越低。透镜204的电介质材料可能是至少部分地基于已知的材料的介电常数和损耗因 数数值选定的。举例来说，在许多应用中，减少或最大限度地减少天线阵106的损耗可能是 令人想要的，因此为有低损耗因数的的透镜选择材料可能是令人想要的。关于天线阵106 的尺寸和重量限制至少部分地决定材料的介电常数的范围，因为，一般的说，材料的介电常 数越低，透镜可能越大。在一些应用中，为了减少透镜的尺寸和重量利用介电常数相对较高 的材料制造电介质透镜204可能是令人想要的。然而，起因于透镜和空气之间的阻抗失配 的反射可能是不受欢迎的。因此，在一个实施方案中，电介质透镜204有在中 凸表面338和平面表面336之 一或两者上形成的阻抗匹配特征。再一次参照图19，电介质透镜320包括恰好在中凸表面 338的内表面下形成的阻抗匹配孔340。这些孔340可能沿着电介质透镜320的深度延伸为“管”，如图20所示。孔340可以通过降低透镜在中凸表面338和中凸表面附近的有效介 电常数改善电介质透镜320与周围空气的阻抗匹配。改善电介质透镜320和周围空气之间 的阻抗匹配可以减少射频能量在透镜/空气界面的反射，借此最大限度地提高或至少改善 天线的效率。类似地，阻抗匹配凹槽342可能是在电介质透镜320的平面表面336上提供 的，为的是减少喇叭天线元件268中透镜和空气之间的阻抗失配。在电介质透镜320的平 面表面336中可能提供的凹槽342的图案实施例是用图21举例说明的。增添阻抗匹配孔 340和/或凹槽342可能有减少电介质透镜320的重量的附加利益，因为使用的材料比较少 (为了形成孔和/或凹槽将材料除去)。反射信号的大小可能由于阻抗匹配特征在透镜表面出现被大大减少。采用阻抗匹 配孔340，在中凸表面338反射的信号可能作为每个边界的折射指数ηη的函数依照下面的 方程1减少
⑴反射信号的进一步减少可以通过优化孔340的直径获得，以致直接的和内部的反 射信号建设性地增加。在一个实施例中，孔340实质上是按同样的尺寸制作的而且有大约 0. 129英寸的直径。人们将领会到虽然关于电介质透镜的阻抗匹配特征的上述讨论主要提及内部电 介质透镜320，但是该讨论同样适用于逐渐变小的电介质透镜318、328和330。在每个逐渐 变小的透镜318、328和332中形成的阻抗匹配孔340和/或阻抗匹配凹槽342的数目由于 逐渐变小的透镜318、328和332的较小的尺寸和有所改变的形状可能相对于内部透镜320 有所改变。除此之外，平面表面336中形成阻抗匹配凹槽342的“凹槽区”或区域对较小的 透镜来说可能比较小，下面将进一步讨论。参照图19，在一个实施例中，电介质透镜320有 大约3. 000英寸的凹槽区长度350和大约0. 650英寸的凹槽区宽度352。参照图22A，举例说明第三电介质透镜318的一个实施例的侧视图。图22B举例说 明第三电介质透镜318的平面表面336的实施例，展示阻抗匹配凹槽342。因为第三电介质 透镜318略微小于内部电介质透镜320，所以凹槽区长度350可能是大约2. 750英寸，略微 小于内部电介质透镜320的那个长度。在一个实施例中，各种不同的喇叭天线元件268的宽 度可能保持恒定不变，虽然它们的长度有所改变以实现逐渐变小。因此，凹槽区宽度352可 能对于所有的电介质透镜318、320、328和332近似地保持相同。图23A和图23B分别举例 说明第二电介质透镜328的一个实施例的侧视图和第二电介质透镜的平面表面336对应的 平面图。在一个实施例中，第二电介质透镜328可能有大约2. 200英寸的凹槽区长度350。 同样地，图24A和24B分别举例说明末端电介质透镜332的一个实施例的侧视图和末端电 介质透镜332的平面表面336对应的平面图。在一个实施例中，末端电介质透镜332有大 约1. 650英寸的凹槽区长度350。再一次参照图21，在一个实施例中，平面表面 336上的凹槽342有大约0.750英寸 的中心到中心“水平”间隔344和大约0. 325英寸的中心到中心“垂直”间隔346。凹槽342 可能有大约0. 125英寸的“水平”宽度348和大约0. 135英寸的“垂直”宽度354。在一个实施例中，凹槽342有大约0. 087英寸的深度。这些尺寸对于在每个不同的透镜318、320、 328和332上形成的凹槽342可能是近似相同的。然而，人们将领会到凹槽342的尺寸和间 隔可能随着电介质透镜204的尺寸和用来制造透镜的材料的介电常数改变。透镜可能是通过，举例来说，研磨一块坚硬的透镜材料并借此形成平凸透镜产生的。阻抗匹配孔340和/或凹槽342可能是通过研磨、蚀刻或其它熟悉这项技术的人已知 的工艺形成的。人们将领会到术语“孔”和“凹槽”只是可仿效的而且不倾向于作为对特征 的形状或尺寸方面的限制。人们将领会到就电介质透镜204的尺寸、形状和结构特征而言有很多变化，而且 本发明不局限于使用有前面讨论的实施例的尺寸、形状和结构特征的电介质透镜。举例来 说，参照图25，举例说明可以供一些或所有的电介质透镜204使用的电介质透镜356的替 代实施方案的侧视图。电介质透镜356依照前面的讨论是有中凸表面338和平面表面336 的平凸透镜。在一个实施例中，电介质透镜356有在中凸的外表面338上形成的阻抗匹配 凹槽358。凹槽358可能减少电介质材料在透镜表面的百分比，有效地减少介电常数，使它 更接近空气的介电常数。在一个实施例中，介电常数可能从大约2. 53减少到1.59。凹槽壁 (在一个实施例中厚度大约为四分之一波长)起减少信号在透镜/空气边界的反射和优化 效率的作用。因此，形成凹槽的区域在介电常数方面提供空气和剩余透镜材料之间的较小 的“阶梯”变化，从而有利于阻抗匹配。凹槽358可能是按照许多不同的配置形成的，包括但不限于(水平或垂直的)平 行线、不连续的压痕阵列、连续的折线、一系列规则地隔开的孔或隔开的压痕，举例来说，每 隔二分之一波长，等等。凹槽的数目可能是偶数或奇数，而且这些凹槽可能被规则地或不规 则地隔开。在一个实施例中，凹槽358是被均勻地隔开的，而且可以很容易使用标准的研磨 技术和技巧在透镜材料上机械加工出来。在一个实施例中，凹槽可能是机械加工出来的， 所以为了易于机械加工它们有实质上同一的宽度。在另一个实施例中，每个凹槽358都在 凹槽的最大深度处有凹的表面特征，在这种情况下凹槽可能向透镜结构里面的钝点逐渐变 小。依照前面的讨论，在透镜356是平凸透镜的实施方案中，透镜在透镜中心附近有比透镜 边缘大的透镜材料深度。因此，在至少一个实施方案中，凹槽358的深度随着在透镜表面上 的位置改变。举例来说，每个凹槽的研磨深度可能随着凹槽位置离开中凸透镜表面的顶点 或中心360越远越有所增加。在一个实施例中，凹槽可能在深度方面在中心轴线附近刺入 表面大约四分之一波长而且可能被规则地隔开，以维持直接反射的和内反射的信号的相干 求和，当凹槽接近透镜周边的时候连续地变得更深。凹槽358的宽度可能是恒定不变的，也可能随着在透镜表面上的位置改变。在一 个实施例中，凹槽358可能通常有大约十分之一波长(在工作频率范围的中心)或更小的 宽度368。透镜356和在透镜表面形成的凹槽358的尺寸可能取决于天线阵106的预期工 作频率。在一个特定的实施例中，电介质透镜204是为在Ku频带(10. 70-12. 75GHz)使用 设计的，有适合这个频带的高度和长度。仍然参照图25，在一个实施方案中，电介质透镜356有分别在中凸透镜表面338和 平面表面336上形成的阻抗匹配凹槽358和362。在一个实施例中，凹槽362是作为一系列 平行线或压痕阵列在平面表面336中磨削出来的，类似于在透镜356的中凸表面338中磨 削的凹槽358。在一个实施例中，凹槽362是统一的有恒定不变的宽度364。然而，人们将理解凹槽不需要是统一的而且可能有不同的宽度和深度，取决于透镜356的预期特性。不 同于中凸表面338上的外部凹槽358，平面表面336上的凹槽362在深度方面可能不随着每 个凹槽离开透镜356的中央360远近改变，而是改为所有凹槽362可能有实质上相似的深 度366和宽度364。在图25举例说明的实施例中，在电介质透镜356的中凸表面338上的凹槽358不 与在该透镜的平面表面336上的凹槽362完美地对齐，而改为可能是偏移的。举例来说，在 透镜356的中凸外表面338上的上的每个峰可能对准平面表面336上的槽或谷。相反，透 镜356的平面表面336上的每个峰可能被偏移在透镜338的中凸外表面中磨削出来的一个 槽。在一个实施例中，凹槽362可能有大约0.090英寸的宽度364。列举的在平面表面336 上有凹槽362而在透镜356的中凸表面338上有凹槽358的的实施例可能把反射的射频能 量减少大约0. 23分贝，大约为以相同的材料制成的按同样的尺寸制作的没有凹槽的透镜 反射的0. 46分贝的一半。在图25举例说明的实施例中，每个凹槽358都是沿着电介质透镜356的中凸表面 338的垂直方向(垂线)引进的。图26举例说明替代实施例，在该实施例中凹槽358是彼此 平行地形成的，因此至少一些凹槽358是以不同于垂线的其它角度引进电介质透镜356的 中凸表面338的。人们将领会到图26举例说明的实施方案的优势在于平行地提供凹槽358 比较容易，因为所有的凹槽都是在平行的平面中切削的。具体地说，制造有平行凹槽358的 电介质透镜356比较容易，因为所有的机械加工都是垂直的而且不需要旋转被机械加工的 零件。在许多应用中，包括天线阵106在内的外部子系统102暴露在环境条件(例如，降 水和不同的湿度)中。在这样的环境中，在透镜的外表面上磨削(或加工)凹槽的那些实施 方案中，湿气聚集在电介质透镜204的中凸表面338上的凹槽358里面是可能的。湿气在 凹槽358的这种集聚可能是非常不受欢迎的，因为它可能降低透镜的射频性能，举例来说， 通过改变透镜的有效介电常数，而且对透镜和周围空气之间的阻抗匹配产生不利的影响。 举例来说，由于在电介质透镜的凹槽358里面冷凝形成水可能使信号功率减少大约2分贝。 除此之外，尤其是在天线阵106经受大范围的温度变化的情况下，任何聚集在凹槽358中的 水都可能冻结并且由于当水变成冰的时候膨胀而引起诸如透镜破碎之类的结构问题。通过 用天线罩覆盖天线阵106和在一些实施例中在天线罩的内表面上涂上一层适当的不沾水 的材料减少湿气在外部凹槽358中聚集可能是可能的。可能使用的涂层材料的一个实施例 是氟烷。然而，人们将领会到本发明不局限于使用氟烷，而是可能改为使用其它的不沾水材 料。然而，即使在天线阵被涂上一层不沾湿气的材料的天线罩覆盖的时候，完全阻止湿气在 凹槽358中聚集可能是不可能的。除此之外，尘粒和其它物质也可能聚集在凹槽358中，进 一步影响透镜的射频性能和增加对透镜的环境磨损和划伤。因此，至少在一些实施方案中， 在电介质透镜204的内表面而不是外表面上提供阻抗匹配特征是目前优选的。举例来说， 依照前面的讨论和举例说明，阻抗匹配孔340是在电介质透镜204的内部提供的，以致中凸 的外表面338可以保持平滑。依照另一个实施方案，电介质透镜204和周围空气之间的阻抗匹配能通过用两种 或多种有不同介电常数的电介质材料形成电介质透镜来实现。举例来说，电介质透镜204 的内部部分可能是利用一种材料制作的，而另一种介电常数比较低的材料可能沿着中凸表面338和平面表面336被用于某些带状区域。以这种方式，从空气到透镜的外部部分然后到 透镜的内部部分而后再一次倒退有效介电常数的变化可能变得更加循序渐进，借此减少不 必要的反射。通过使用一些介电常数逐渐减少的材料，有逐渐改变的有效介电常数的电介 质透镜204能形成。在一个实施例中，粘接剂能用来把不同材料的各层粘结在一起。在这 个实施例中，应该小心地确保不同层之间的良好粘结，以避免可能作为粘结质量差或微小 空间的结果在不同层之间发生的反射。除此之外，尤其是对于电介质透镜204有可能遇到 各式各样的温度的应用，小心地选择不同的电介质材料使之有相似的热膨胀系数以避免在 不同材料之间的边界上产生可能缩短电介质透镜204的寿命和引起透镜的结构完整性和/ 或射频性能下降的应力或将该应力减到最小可能是重要的。依照前面的讨论，电介质透镜204可能被设计成有在宽广的温度范围内稳定的最 佳的重量、介电常数、损耗因数和折射指数的组合。电介质透镜204不因为暴露在宽广的温 度范围之中或在加工期间变形或弯曲可能也是令人想要的。电介质透镜204暴露在潮湿条 件下的时候只吸收非常少量(例如，少于0. 1%)的湿气或水以致吸收的任何湿气将不对透 镜的介电常数、损耗因数和折射索引的组合产生不利的影响可能也是优选的。此外，就可购 性而言，电介质透镜204容易制造可能是令人想要的。除此之外，它可能是令人想要的透镜 应该能够维持它的介电常数、损耗因数和折射指数而且化学上能够耐碱、醇、脂肪烃和无机 酸。依照一个实施方案，电介质透镜204是使用经得起加工、耐得住物理冲击而且能 在天线阵106安装在飞机上时有可能经历的各式各样的温度条件下操作的特定形式的聚 苯乙烯构成的。在一个实施例中，这种材料是被称为交联聚苯乙烯的刚性形式的聚苯乙烯。 在高度交联(举例来说)20%以上交联的情况下形成的聚苯乙烯可能形成非常刚性的结 构，其形状可能不受溶剂影响而且该结构可能也有低的介电常数、低的损耗因数和低的折 射指数。在一个实施例中，交联聚合物聚苯乙烯可能有如下特性大约2. 5的介电常数、小 于0. 0007的损耗因数、小于0. 的湿气吸收和低的塑性变形特性。聚合物(例如，聚苯乙 烯)能形成低的电介质损失而且可能有非极性或实质上非极性的成份和有热塑性聚合物 成份和弹性体聚合物成份的热塑性弹性体。术语“非极性的”指的是没有偶极子或其中偶 极子实质上矢量平衡的单体单元。在这些聚合物材料中，介电性质主要是电子极化效应的 结果。举例来说，或2%二乙烯基苯和苯乙烯的混合物可以通过自由基反应聚合得到交 联聚合物，该交联聚合物可以提供低损耗的介电材料形成热塑性聚合物成份。聚苯乙烯可 能由，举例来说，下列极性的或非极性的单体单元组成苯乙烯、α -甲基苯乙烯、链烯烃、 卤代链烯烃、砜、氨基甲酸乙酯、酯、酰胺、碳酸酯、酰亚胺、丙烯腈及其共聚物和混合物。非 极性单体单元(例如，苯乙烯和α -甲基苯乙烯)和链烯烃(例如，丙烯和乙烯)及其共聚 物和混合物也可能使用。热塑性聚合物成份可能选自聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)和聚 烯烃。由交联聚合物聚苯乙烯(例如前面描述的那种)构成的电介质透镜204可能很容 易地使用传统的机械加工操作制成，而且可以被研磨到小于大约0. 0002英寸的表面精度。 交联聚合物聚苯乙烯降至超过-7F的温度可以将它的介电常数维持在2 %之内，而且可以 有化学耐物质性质，即耐碱、耐醇、耐脂肪烃和耐无机酸。在一个实施例中，这样形成的电介质透镜204包括上面讨论过 的阻抗匹配特征实施例。在这些实施例中，电介质透镜204可能是由低损耗透镜材料的组合形成的，这些材料 可能是交联聚苯乙烯和热固性树脂，举例来说，来自单体片料和棒料的铸件。这种材料的一 个实施例被称为Rexolite 。Rexolite 是C-Lec塑料公司制作的独特的交联聚苯乙烯微 波塑料。Rexolite 以极低的耗损因数通过500GH维持大约2. 53的介电常数。Rexolite 在正常负荷下不呈现永久变形或塑性流动。所有的铸件可能都是无应力的，而且可能不需 要在机械加工之前、之中或之后消除应力。在一项测试期间，人们发现Rexolite 在沸水 中浸没1000小时之后吸收不足0.08%的湿气，而且介电常数没有重大改变。用来机械加 工Rexolite 的工具配置可能与用于丙烯酸树脂的那些类似。因此，Rexolite 可以使用 标准技术机械加工。由于耐冷塑加工性高和本身没有应力，Rexolite 可能很容易被机械 加工或激光束切削到非常小的公差，举例来说，大约0.0001的精度能通过研磨获得。通过 使用锐利的工具在抛光期间避免过热，破裂可以得以避免。Rexolite 化学上能耐受碱、醇、脂肪烃和无机酸。除此之外，Rexolite 比丙烯酸树脂轻大约5%而且按体积计不足 TFE(特氟隆)的重量的一半。依照前面的讨论，电介质透镜204可以装到喇叭天线元件268上而且被设计成装 配在各自的喇叭天线元件之上而且至少部分地装配在各自的喇叭天线元件之内。再一次参 照图19，在一个实施方案中，电介质透镜320有逐渐变小的侧面370以利于透镜稳固地安装 到对应的喇叭天线元件322上。在一个实施例中，电介质透镜320的逐渐变小的侧面370的 倾斜度近似地等同于喇叭天线元件322的侧面304的倾斜度。这样的逐渐变小的侧面370 可能有利于电介质透镜320相对喇叭天线元件322自动确定中心。销钉372可以用来把电 介质透镜320固定到喇叭天线元件322上。可以用来把电介质透镜204固定到它们各自的 天线元件268上的销钉372的实施例展示在图27A和图27B中。参照图27A，在一个实施 例中，销钉372有大约0. 320英寸的长度374，公差为大约0. 030英寸。参照图27B，在一个 实施例中，销钉372有大约0. 098英寸的直径376，公差为大约0. 001英寸。在一个实施例 中，销钉372是用玻璃纤维制作的。然而，人们将领会到多种其它材料可能是适当的。再一次参照图22A、23A和24A，在一个实施方案中，为了便于把逐渐变小的透镜 318,328和332安装到它们各自的喇叭天线元件324、326和330上，平面表面336的长度 350 (即，前面讨论的凹槽区的长度可能相对于透镜的整个长度有所减少，举例来说，通过磨 肖IJ。削减后平面表面336的底部可能允许透镜318、328和332部分地插进入各自的喇叭天 线元件324、326和330。销钉372可能用来把电介质透镜318、328和332紧固到各自的喇 叭天线元件324、326的和330上。依照一个实施方案，固定夹206a、206b和206c (见图4和图13)用来把锥形电介 质透镜318、328和332紧固到它们各自的喇叭天线元件324、326和330上。在一个实施例 中，这些固定夹用来连同销钉372 —起把电介质透镜318、328和332更稳固地紧固到喇叭 天线元件324、326和330上。作为替代，固定夹206a、206b和206c可能用来代替销钉372。 这种安排在透镜318、328和332很小而且可能没有足够的空间使用销钉372的情况下可能 是优选的，不包括透镜的结构完整性或透镜的射频性能。除此之外，人们将领会到各种不同 的其它的紧固机制可能适合把电介质透镜204装到喇叭天线元件268上。图28A-C分别举 例说明能用来把电介质透镜318、328和332紧固到各自的喇叭天线元件324、326和330上 的固定夹206a、206b和206c的实施例。参照图29，在一个实施例中，电介质透镜328包括接受固定夹206b的狭长孔378。相似的狭长孔可能是在电介质透镜318和332上提供的。 再一次参照图13，在一个实施方案中，另外的固定夹380用来进一步固定锥形的透镜318、 328和332。在列举的实施例中，使用四个这样的固定夹380，在天线阵106的两排天线元件 之中每排的每个末端一个。固定夹380的实施例在图30中举例说明。在另一个实施例中，电介质透镜204使用粘接剂粘到各自的喇叭天线元件之中。 粘接剂固定可能被单独使用或者与上面讨论的销钉372和固定夹206a、206b、206c和380 之中任何一种或全部组合起来使用。在一个实施例中，销钉372和/或固定夹206a、206b、 206c和380作为二次附着装置连同粘接剂一起用来把电介质透镜204更稳固地紧固到各自 的天线元件268上。这种安排可能是优选的，举例来说，在天线阵106被安装在飞机上并且 必须符合可适用的安全标准的情况下。仍然参照图13，在一个实施方案中，喇叭形插入物382被放进至少一些喇叭天线 元件268，在电介质透镜204之下。依照前面的讨论，在一些应用中，例如，在通信系统安装 在飞机132上的情况下，天线阵106可能经历大的环境条件变化，例如，大的温度、湿度和压 力条件变化。这些变化条件能导致湿气聚集在天线阵106的各种不同的零部件之上和之 中，对天线阵的性能可能有不利的影响。因此，在一个实施方案中，喇叭形插入物382被放 进喇叭天线元件268防止湿气在喇叭天线元件里面聚集。在一个实施方案中，喇叭形插入 物382是利用挤出的聚苯乙烯绝缘材料制成的。在另一个实施例中，喇叭形插入物是用聚 苯乙烯泡沫塑料制成的。然而，熟悉这项技术的人将领会到多种其它材料可能是适用的。参照图31A，举例说明为插进内部喇叭天线元件322按规定尺寸制作的喇叭形插 入物382a的一个实施例。在一个实施例中，喇叭形插入物382a有大约2. 899英寸的长度 384。如图31A和图31B所示，在一个实施例中，喇叭形插入物382a有略微呈锥形的边缘， 以致喇叭形插入物382a的宽度386a是大约0. 745英寸，其公差为大约0. 005英寸，然而包 括锥形边缘的宽度386b是大约0. 790英寸。在一个实施例中，喇叭形插入物382a的锥形 边缘有大约45度的角度。人们将领会到用于较小的喇叭天线元件324、326和330的喇叭 形插入物382可能适当地小于用于内部喇叭天线元件322的喇叭形插入物382a，而且可能 有经过修正的形状以便更好地与对应的喇叭天线元件的形状配合。举例来说，参照图32A， 举例说明为放在第三喇叭天线元件324里面按规定尺寸制作和成形的喇叭形插入物382b 的实施例。在一个实施例中，喇叭形插入物382b有大约2. 850英寸的长度384。图32B举 例说明为适应第二喇叭天线元件326按规定尺寸制作和成形的喇叭形插入物382c的实施 例。在一个实施例中，喇叭形插入物382c有大约2. 300英寸的长度384。图32C举例说明 为适应末端喇叭天线元件330按规定尺寸制作和成形的喇叭形插入物382d的实施例。在 一个实施例中，喇叭形插入物382d有大约1. 750英寸的长度384。在图32B和图32C列举 的实施例中，喇叭形插入物382c和382d有部分的直边388，而不是如同喇叭形插入物382a 和392b的列举实施例有连续的弯曲表面。然而，人们将领会到在喇叭形插入物382的形状 和大小方面有很多变化是可能的而且本发明不局限于列举的实施例。除此之外，喇叭形插 入物382的形状和尺寸可能改变，取决于用于天线阵106的各种不同的天线元件268的形 状和尺寸。依照前面的讨论，在一个实施方案中，天线阵106是逐渐变 小的，在该阵列的边缘 附近有较小的天线元件268，为的是减少该阵列的波束方向图中的旁瓣。较小的天线元件324,326和330有较低的信号幅度而且对该阵列收到或发射的全部信号的贡献比内部天线 元件322少。通过适当地确定这些天线元件324、326和330和它们相关联的电介质透镜 318,328和332的尺寸，能调整来自这些元件的信号贡献并因此调整天线阵的波束方向图 以减少旁瓣。除此之外，依照下面的进一步讨论，馈送网络202可以设计成以不同的方式给 来自不同的天线元件268的信号贡献加权，借此进一步控制天线阵106的波束方向图和减 少旁瓣。在一个实施例中，喇叭形插入物382也可能有帮助抑制旁瓣的构造。举例来说，用 于一些或全部外部喇叭天线元件324、326和330的喇叭形插入物382可能是利用能吸收雷 达波的材料(RAM)制成的，以进一步衰减这些天线元件的信号贡献。在内部喇叭天线元件 322的喇叭形插入物382之中选定的一些喇叭形插入物也可能是用RAM制成的以便进一步 控制波束方向图。 旁瓣减少可能是有利的，有几点理由，包括，举例来说，提高天线阵的增益(有较 小的旁瓣意味着较多的能量被天线辐射图中有用的主波瓣捕获)以及符合特定的性能目 标和/或规则(例如，联邦飞航管理局可能为诸如人造卫星电视或收音机之类的应用设定 抑制旁瓣的规范)。对于天线阵106安装在运载工具(例如，飞机)上的应用，运载工具的 运动对天线波束方向图的影响也可能被考虑到。举例来说，当天线阵106安装在飞机132上 的时候，波束方向图应该是这样的，以致它不仅在直接对准信号来源110的时候而且在天 线阵和信号来源之间由于飞机的运动有极化补偿的时候都符合旁瓣规范(举例来说，由联 邦飞航管理局或者其它国际主管当局或规则设定的)。因此，天线元件268、相关联的电介 质透镜204和喇叭形插入物382的尺寸、形状和安排(包括锥度和间隔)以及馈送网络(在 下面讨论)的安排之中的任何一项或全部都可以受到控制，以利于产生就天线阵相对于信 号来源或目的地的各种不同的方位(极化补偿)而言符合旁瓣抑制标准的波束方向图。再一次参照图12，在另一个实施方案中，组成天线阵106的两排天线元件268沿着 阵列的长度彼此略微偏移，而不是完美地对齐。在列举的实施例中，人们能被看最上面的那 排天线元件268 (从天线阵的正面看)被略微向底部的那排天线元件268的左边放置。这 个位置偏移量可能也有利于减少天线阵106的辐射图中的旁瓣。在一个实施例中，该偏移 量大约等于天线阵106的天线元件268的宽度的一半，如图12所示，以便就零度仰角平面 而言将看得见的空间的旁瓣减到最小。参照图33A，举例说明波束方向图，就天线阵的实施方案而言模拟天线增益随着方 位角变化的曲线图，其中天线阵有大约半个波长的天线元件间隔而且包括前面和下面讨论 的锥体、排偏移量、RAM喇叭形插入物和馈送网络偏置。图33A举例说明的波束方向图适用 于14. 3GHz的操作频率和信号来源110和天线阵106之间有零度“滚转”或极化补偿。线 390代表对天线阵的旁瓣抑制要求的实施例，而线392代表共极化要求。图33B举例说明就 图33A来说一样的但是有15度极化补偿的天线阵的模拟波束方向图。人们能看到图33B 中的波束方向图仍然符合旁瓣抑制和共极化要求。在一个实施例中，通过适当地设计馈送 网络、天线元件间隔、天线阵排间偏移量和锥度以及在接近阵列边缘的天线元件中使用RAM 喇叭形插入物，天线阵能变成有就高达大约25度极化补偿而言符合可适用的旁瓣抑制要 求的波束方向图。依照前面的讨论，天线阵106包括与每个天线元件268耦合的馈送网络202，而且 在一个实施方案中，馈送网络202是波导馈送网络，如图4、图6、图7和图13所示。当天线阵处于接收模式的时候，馈送网络200工作，接收来自每个喇叭天线元件的信号并且在与 通信系统电子装置耦合的馈送端口提供一个或多个输出信号。同样，当天线阵106按发射 模式工作的时候，馈送网络202把在馈送端口提供的信号引向每个天线元件268用于发射。 因此，人们将领会到虽然下面的讨论将主要提及接收模式的操作，但是当天线阵106按反 射模式操作的时候，那些元器件能通过颠倒信号流以相似的方式工作。人们还将领会到虽 然馈送网络202被举例为波导馈送网络，而且在目前优选的实施方案中可能是波导馈送网 络，但是该馈送网络可以使用熟悉这项技术的人认识到的任何适当的技术(例如，印刷线 路，同轴电缆，等等)来实现。依照一个实施方案，波导馈送网络202是压缩的、非一致的(即，按客户规定尺寸 制作和成形的)有低的轮廓和为适合在限定的体积里面设计的波导管馈送。依照前面的讨 论，在一些应用中，天线阵106将安装在移动的运载工具(例如，汽车或飞机)上，所以，为 了给运载工具的空气动力学带来最小的影响和易于安装在运载工具上，天线阵占据尽可能 小的体积可能是令人想要的。因此，馈送网络202可能具有占据较少的体积的形状和安排。 在一个实施方案中，馈送网络202在E-平面和H-平面中完成信号加和/分离，对能力的因 素提供压缩的低轮廓的馈送网络有贡献的特征，下面将进一步讨论。在一个实施方案中，馈 送网络202可能被设计成装配在图13所示的两排天线元件268的后面，以致下面将讨论的 极化转换器单元可以装配在天线阵106 “内部”。作为替代，馈送网络202可能被设计成装 配在两排天线元件268之间，如图34所示。在任一种安排中或在可能对熟悉这项技术的人 显而易见的各种不同的其它安排中，馈送网络202可能都有压缩的低轮廓的设计。参照图35，在一个实施方案中，每个天线元件268在它的馈送点306与直接式收发 转换器(0MT) 402耦合。0MT 402可以提供天线元件268和馈送网络202之间耦合接口，而 且可以隔离两个正交的线性极化的射频信号，下面将进一步讨论。当天线阵106接收信号 的时候，0MT 402以第一端口接收来自天线元件268的输入信号并且将该信号分离成在第 二和第三端口 404、406提供的两个正交的分量信号。当天线阵发射信号的时候，0MT 402以 第二和第三端口 404、406接收那两个正交极化的分量信号并且把它们结合起来在第一端 口把用于发射的信号提供给天线元件268。在列举的实施例中，0MT 402是与天线元件268 整体成形的。然而，人们将领会到0MT 402可以作为与天线元件268分开的部件成形而后 与天线元件耦合。依照前面的讨论，在一个实施方案中，0MT 402将在第一端口收到的射频信号分离 成两个正交的射频分量信号。一个射频分量信号有其平行于喇叭长轴(在这里指定为垂直 的，V)的E-场，而另一个射频分量信号有其电子平行于喇叭短轴(在这里指定为水平的， H)的E-场。这些射频分量信号在此称为垂直极化的射频分量信号，或垂直分量信号(V)和 水平极化的射频分量信号或水平分量信号(H)。利于这两个正交的分量信号，任何被传输的 输入信号都可以通过两个分量信号的矢量组合被重建。参照图36，举例说明紧凑的宽带直接式收发转换器(0MT)402的一个实施例的等 角视图。在一个实施例中，0MT 402是为传输正交的电磁波准备的多小面波导0MT。依照前 面的讨论，0MT 402包括两个在相互垂直的平面中的矩形波导端口 404、406以及第一矩形 波导端口 408。在波导0MT 402里面体现的是形成下面将更详细地描述的众多倾斜的、水平 的和垂直的表面的多小面表面。对于按接收模式工作的天线阵106，端口 408可以被视为OMT 402的输入端，而端口 404和406可以被视为OMT 402的输出端。在一个实施方案中， OMT 402的多小面表面的组合是放置和定向的以致在端口 408的区域中同时传播水平极化 的电波H和垂直极化的电波V，同时产生非常微不足道的信号反射。图37举例说明OMT 402的另一个实施例。在图37列举的实施例中，多小面表面包 括且不限于对称地放置在OMT 402的垂直中心线左边和右边的斜面410和412和在正方形 横截面末端附近描绘的彼此对称的斜面414和416。倾斜的平面410和414都偏移45度， 在它们相交处彼此形成九十度夹角。同样，斜面412和416都偏移45度，在它们相交处彼 此形成九十度夹角。斜面410和412与斜面414和416 —样是共面的，而且被对称地放置 在OMT 402之内。在一个实施例中，斜面共有的交线也形成对由对应的天线元件268产生 的电磁波有效的低损耗转移。该共有的交线还可能与天线元件268的馈送点306相符。 参照图37和图38，在一个实施例中，水平的和垂直的电磁波可能进入波导OMT 81 的终端408。垂直极化的电磁波V通过端口 408、通过用波导OMT 402左边和右边的侧壁和 波导OMT 402的形成为使用的频带设计的空间的水平表面418、420、422、424、426和428限 定的空间传播而后传送到端口 404。在一个实施例中，由于金属壁430、432、434和436引起 的频率截止效应，几乎没有或全然没有垂直极化的电波V传送到OMT 402的端口 406。OMT 402的多小面特征可以形成有效的波导。在一个实施例中，该有效波导的尺寸是大约0. 600 英寸宽和0. 270英寸高而且为10. 7GHz到14. 5GHz的频带提供损耗非常低的传输。仍然参照图37，在一个实施例中，水平极化的电波H通过OMT 402的上下内壁限定 的并且形成限定在波导OMT 81的表面430、432、434、436、438和440之间的空间的终端408 进入波导OMT 402。由于在壁面418、420、422、424、426和428之间形成的空间引起的频率 截止效应，几乎没有或全然没有水平极化的电波H能传送到OMT 402的端口 404。人们将领 会到波导型的OMT 402可以提供一些好处，包括微小的波形因数和低损耗的宽带传播。熟 悉这项技术的人将进一步领会到关于OMT402的变化是可能的，而且本发明不仅限于列举的实施例。在一个实施例中，基本模态(例如，TE01)的垂直极化电磁波V从OMT 402的端 口 408，经过波导0ΜΤ，绕过矩形分支波导406然后按基本模态(例如，TE01)被传播到端口 404。在垂直极化的电磁波V经过期间，在OMT 402中的矩形分支波导的上下壁面之间定义 的每个空间可能是为等于或小于在用频带的自由空间波长的一半而设计的。因此，由于那 些反射特性非常低的空间的截止效应，垂直极化的电磁波V不可能传播到端口 406之中。因 此，提供给端口 408的垂直极化的电磁波V可以有效地传送到端口 404并且在那个端口作 为垂直分量信号提供，同时OMT 402抑制向端口 408的反射并消除向端口 406的传播。同 样，水平极化的电磁波H是按基本模态TElO从端口 408，经过OMT 402，绕过用于端口 404 的波导分支传播的，然后作为水平分量信号提供给端口 406。人们将领会到，如同前面已经讨论的那样，虽然OMT 402的操作是就信号流以端 口 408作为输入端、以端口 404和406作为输出端的情况描述的，但是OMT 402也可以这样 操作，以致端口 404和406是用于将被组合起来然后在输出端(端口 408)提供的正交的分 量信号的输入端。此外，人们将领会到OMT 402也可能包含实质上圆形或椭圆形的波导和终端。依照一个实施方案，馈送网络202包括与OMT 402的第二端口 404耦合引导垂直极化分量信号的第一路径和与0MT 402的第三端口 406耦合引导水平极化分量信号的第 二路径。每条路径都与天线阵106中所有的天线元件268耦合。因此，两个正交极化的分 量信号每个都可以沿着分开的孤立路径从0MT 402的相应端口 404、406传送到馈送端口， 在那里信号被馈送给下面讨论的系统电子设备。就天线阵106的接收模式而言，馈送网络 202接受来自每个天线元件的垂直极化和水平极化的分量信号而且沿着两条馈送路径计算 它们的总和，以便在馈送端口提供一个垂直极化的信号和一个水平极化的信号。就天线阵 106的发射模态而言，馈送网络202在馈送端口接收垂直极化的信号并且把那个信号分离 成在每个0MT 402的端口 404提供的垂直分量信号。同样，馈送网络202在馈送端口接收 水平极化的信号并且把它分离成在每个0MT 402的端口 406提供的水平分量信号。在一个 实施例中，那两条路径实质上是对称的，包括同样数目的弯曲、T字形结合部和其它波导路 径元件，以致该馈送网络202不把相位不平衡给予垂直的和水平的分量信号。依照前面的讨论，在一个实施方案中，馈送网络202包括在在E-平面中计算信号 总和的路径和在H-平面中计算信号总和的路径。在E-平面和H-平面中计算总和允许该 馈送网络实质上比相似的只在一个平面中计算总和的馈送网络更紧凑。具体地说，由于两 条路径的大小和形状不同，使用E-平面和H-平面允许馈送网络的两条路径440、442交织， 如图39所示。因此，与在同一平面中对两条路径求和的情况相比，整个馈送网络202可以 装配在更小的体积里面。在一个实施例中，垂直分量信号是用E-平面路径馈送和引导的， 而水平分量信号是用H-平面路径馈送和引导的。然而，人们将领会到相反的安排(即，水 平分量信号用E-平面路径引导，而垂直分量信号用H-平面路径引导)也能实现。垂直分 量信号和水平分量信号是由E-平面的场和H-平面的场组成的；所以，任一分量信号可以在 任一平面中求和。因此，馈送网络202的两条馈送路径在此将被称为水平馈送路径和垂直 馈送路径，而且人们将理解任一路径都可以在H-平面或E-平面中计算信号总和/分离信 号。依照一个实施方案，馈送网络202包括在E-平面路径中把所有的天线元件268联 结在一起的众多E-平面的T字形结合部和弯曲部和在H-平面路径中把所有的天线元件 268联结在一起的众多H-平面的T字形结合部和弯曲部。当天线阵106按接收模式操作 的时候，T字形结合部操作，把从每个天线元件268收到的分量信号(垂直的或水平的)相 加，在馈送端口提供单一的输出信号(每个都是正交极化的)。当天线阵106按发射模式操 作的时候，T字形结合部充当功率分配器，(对于每个正交的分量信号)把来自单一馈送端 口的信号分离以便馈送给天线阵106的每个天线元件268。参照图40A，举例说明水平馈送路径部分的一个实施例，展示一些波导T字形结合 部和弯曲部。图40B是水平馈送路径部分沿着图40A中的线A-A截取的截面图。参照图40A 和图40B，在一个实施例中，波导的T字形结合部444包括实现阻抗匹配功能的(与其余区 段的宽度相比)变窄的区段446。变窄的区段可能有比较宽的区段高的阻抗而且可能在长 度方面通常是大约四分之一波长。在另一个实施例中，波导馈送网络202有圆弧形弯曲部 448，而不是锐利的90度弯曲部，这可能进一步允许馈送网络202占据比使用直角弯曲部时 小的空间，而且可以用来减少信号经过弯曲部时的相位畸变。在一个实施例中，各个垂直分 量信号是在通过都是为最小的VSWR设计的波导分级升降压变压器和90度倒角弯曲部448 之后相加的。同样，各个水平分量信号可能是在通过都是为最小的VSWR设计的波导分级升降压变压器和90度倒角弯曲部448之后相加的。依照前面的讨论，在一个实施方案中，在馈送网络202中每条水平的和垂直的馈送路径在每个方向有相同数目的弯曲部，所以两个 分量信号接受相等的来自经过馈送网络202传播的相位滞后。依照一个实施方案，波导T字形结合部包括在T的交叉点的刻痕450，该刻痕可以 用来减少信号经过T-接头444时的相位畸变。在另一个实施方案中，在H-平面波导T-接 头444的中心有阶梯式隔膜。在另一个实施方案中，在E-平面波导T-接头444的中心有 “V”形的隔膜。就阻抗匹配而言，与E-平面T-接头的两个输入有关的波导短壁尺寸可能大 约为波导输出区段的短壁尺寸的一半。在另一个实施例中，短的传导性调谐圆筒452是在 隔膜的顶端提供的，如图41所示。调谐圆筒452突出到该波导之中，垂直于波导的宽壁之 一，而且在列举的实施例中止于小“球” 454。在一个实施例中，调谐圆筒452有大约0. 214 英寸的长度456，而“球” 454有大约0. 082英寸的直径458。然而，人们将领会到这些尺寸 只是可仿效的，因为波导馈送网络202的所有特征的尺寸(包括调谐圆筒452和“球” 454 的那些)可能改变，取决于天线阵106需要的工作频带。这些波导区段的一些实施例弯曲 角度也是在图41中举例说明的而且也只是可仿效的，不打算作为限制。在一个实施方案中，E和H-平面波导T字形结合部隔膜的位置是这样定位的，以 致它们朝T-接头的两个输入端口之一偏置，以便产生振幅平衡或不平衡。参照图42，从求 和的角度来看，T字形结合部以两个输入端460和462接收信号并且以输出端464提供相 加后的信号。通过偏移T字形结合部支持一个输入端(例如，输入端460)，在那个输入端 460收到的信号在输出端464的总信号中的贡献可能大于来自另一个输入端462的信号的 贡献。这个关系可以用下面的方程给出Sout = AS1+BS2 (2)其中S1和S2是在输入端460和462收到的信号，A和B是T字形结合部的偏置决 定的比例因数。T字形结合部444的偏置可能也是使用调谐元件466实现的。如果调谐元 件466位于T字形结合部444的中心，如图42所示，比例因数A和B可能是相等的，以致在 两个输入端460和462的信号被等同地相加。然而，通过改变调谐元件466的形状和/或 位置，一个比例因数能变得大于另一个，以致总输出信号S。ut包括来自比例因数较大的输入 的信号的较大的贡献。举例来说，参照图43，举例说明部分的馈送网络202，展示几种有偏置的调谐元件 466的T字形结合部444。在列举的实施例中，调谐圆筒452被偏移到T字形结合部中心的 右边，而且“球”454从调谐圆筒452偏移，以致它在调谐圆筒452的左边的部分大于在调谐 圆筒452的右边的部分。因此，T字形结合部444的两个臂468a、468b的比例因数是不同 的。通过控制调谐圆筒452的偏移量和“球”454的形状和偏移量，经过每个臂468a、468b 的信号对在输出端464的总信号的贡献能得到控制。以这种方式，来自天线阵106的每个天 线元件268的分量信号的贡献能得到控制，借此除了前面讨论的阵列有形的逐渐变小(即， 较小的喇叭天线元件和相关联的电介质透镜)之外还形成信号振幅逐渐变小。这种信号振 幅逐渐变小能受到控制，依照上面的讨论，有利于实现预期水平的旁瓣抑制。人们将领会到 在发射模式中，当信号流颠倒过来的时候，调谐元件466的偏移量和形状控制提供给天线 阵106的每种天线元件268的分量信号的振幅，并借此在天线阵发射波束方向图中促成旁 瓣抑制。因此，图33A和图33B举例说明的旁瓣抑制/减少都很高的波束方向图可以借助天线元件的尺寸、数目和间隔、天线阵有形的逐渐变小以及馈送网络202的包括信号振幅 逐渐变小的设计的组合来实现。设计对旁瓣抑制有贡献的馈送网络202的好处包括如下事 实较远的喇叭天线元件268不需要变得较小并因此较大的旁瓣抑制可以以小的天线成本 效率实现。依照一个实施方案，电介质插入物可能按各种不同的位置放置在馈送网络202 里面，举例来说，放置在E-平面和/或H-平面的T字形结合部里面。电介质插入物的尺 寸和用来形成电介质插入物的材料的介电常数可能是为改善波导T字形结合部的输入和 输出之间的射频阻抗匹配和传输特性而选定的。在一个实施例中，电介质插入物可能用 Rexolite 制成的。电介质插入物的长度和宽度可能是这样选定的，以致电介质插入物按 预期的位置牢固地装配在波导里面。在一个实施例中，电介质插入物可能有众多在其中形 成的孔。这些孔可能用来降低电介质插入物的有效介电常数，以致好的阻抗匹配可以实现。依照前面的讨论，在一个实施方案中，馈送网络202在接收模式中计算来自天线 阵106的每个天线元件268的垂直和水平分量信号的总和并且在馈送端口提供总垂直极化 信号和总水平极化信号。在一个实施方案中，两个总信号被系统电子设备重新组合。作为 替代，在另一个实施方案中，馈送网络202包括在馈送端口的馈送直接式收发转换器(未展 示)，该馈送直接式收发转换器以前面就0MT 402讨论过的同样方式组合两个正交的总信 号。在一个实施例中，天线0MT 402和馈送0MT可能是正交地馈送的。因此，垂直分量信号 可能接受来自天线0MT 402的第一相位滞后(^、路径滞后和来自馈送0MT的第二相位 滞后62。同样，水平分量信号可能接受来自天线0MT 402的第一相位滞后ct2，路径滞后
和来自馈送0MT的第二相位滞后(^。因此，两个正交馈送的0MT的组合可能使每个垂 直的和水平的分量信号接受实质上相等的总相位滞后，如同下面的方程3展示的那样
(3)其中(cot+c^)和(《t+(t2)是垂直极化和水平极化的分量信号，而且是在馈送 0MT的输出端口相位匹配的。人们将领会到虽然0MT和馈送网络202的操作已经按照两个 正交的线性极化分量信号讨论过了，但是本发明不受这样的限制而且作为替代0MT可能被 设计成把引入的信号分成两个正交的圆极化(例如，左旋极化和右旋极化)信号(而且重 组这些分量信号)。在这种情况下，馈送网络202可能被设计成引导那两个正交的圆极化信 号。依照另一个实施方案，来自馈送网络的两个正交的极化总分量信号(V和H)被送 到有圆形双模式端口的第一馈送0MT。圆形旋转波导区段可能与第一馈送0MT的圆形双重 模式端口连接。也有圆形双重模式端口的第二馈送0MT可能与圆形旋转波导连接，以致第 二馈送0MT可以在圆形双重模式端口的轴上旋转。因此，在至少一个实施例中，通过第一馈 送0MT的圆形双重模式端口来自馈送网络202的V信号和H信号的相位长度是有效地相等 的。旋转第二馈送0MT在第二馈送0MT的输出端有效地产生适合任何倾斜角度的两个线性 的正交极化信号。在一个实施例中，馈送0MT和圆形旋转波导的位置可能脱离天线阵。在 这个实施例中，柔性的波导可能用来把馈送网络202的最后的T字形结合部接到第一馈送 0MT上。以便适应天线阵的运动。依照一个实施方案，馈送网络202可能是分块制造的，然后被机械地联结在一起。 依照前面的讨论，馈送网络202可能包括众多对称的区段，形成“树状”结构使天线阵106中的每一个天线元件268都与单一馈送点耦合。因此，馈送网络202的结构可能有益于分成可 以个别地制造然后联结在一起的元件。在一个实施例中，馈送网络202是通过把金属铸造 成需要的区段然后铜焊该金属将它完工制造的。铸造和铜焊步骤可能是在馈送网络的区段 (例如，包括四个天线元件的区段)上同时完成的。然后，这些完成的工件可能被联结在一 起，形成完整的馈送网络202。在另一个实施例，包括馈送网络202和喇叭天线元件268的 天线阵是这样安排的，以致它沿着沿着它的长度取得的中心线是对称的。因此，在这个实施 例中，该天线阵能沿着这条中心线分成两个对称的区段，每个区段能被个别地制造(例如， 通过铸造和铜焊)然后联结在一起耦合。把天线阵106 “纵向”分开可以大大缩短制造时 间，即使两个区段之中的每个区段都可能显著地比当该阵列依照前面的讨论分开的时候出 现的较小的四个元件的或相似的区段更复杂。 人造卫星(或其它通信)信号可能是在两个正交的波前上传输的。这允许人造卫 星(或者其它的信息来源)在相同的频率上传输较多的信息和依靠极化分集使信号避开干 扰。如果天线阵106直接在与人造卫星(或者其它信号来源110)上的发射天线相同的子 午线的下面或上面，那么接收天线阵和发射源天线的极化可能是对齐的。然而，依照前面的 讨论，在一些例证中，可能有由信号来源110和天线阵106的主平台的相对位置引起的天线 阵106和信号来源110之间的极化扭曲。举例来说，就天线阵106安装在飞机132上的应 用而言，飞机的俯仰、滚转、偏航和空间位置(例如，子午线或经度)可能造成信号来源110 和天线阵106之间的极化扭曲β。因此，在一个实施方案中，外部子系统102包括适合补偿 信息来源和天线阵之间的极化扭曲的极化转换器单元。参照图44，举例说明包括与其耦合的极化转换器单元(P⑶)502的天线阵106的一 个实施例。依照前面的讨论，在列举的实施例中，天线阵106是这样安排的，以致PCU 502 装配在阵列“里面”。这种安排在维持外部子系统102的相对小的足迹和体积方面可能是有 利的；然而，人们将领会到本发明不仅限于图44举例说明的安排，而且PCU 502可以位于外 部子系统102上的任何适当位置。除此之外，在其它的实施方案中，极化扭曲补偿可能是纯 粹地用电子学的方法完成的。因此，内部子系统104可能包括适合补偿天线阵106和信号 来源110之间的极化扭曲β而且非必选地适合补偿垂直和水平分量信号之间的任何极化 扭曲的电子设备(电路和/或软件)。在一个实施例中，极化转换器单元502或其它的信号 处理电子设备可能适合适应线性极化的信号和圆极化的信号之一或两者。依照一个实施方案，P⑶502可能把极化校正信号提供给低噪声放大器504，后者 放大该信号并且把它馈送给内部子系统104。依照前面的讨论，通信系统的大部分信号处理 和控制电子设备可能被包括在内部子系统104之中并且被收容在主平台里面，以保护它使 之免受环境条件损害。然而，如同熟悉这项技术的人知道的那样，在许多应用中，考虑到信 噪比，有尽可能接近天线馈线的低噪声放大器504信号是令人想要的。因此，在一个实施方 案中，低噪声放大器504是外部子系统102的部件。在图44列举的实施例中，低噪声放大 器安装到P⑶502上，以致它可以直接地或在非常短的路径上接收来自P⑶502的极化校 正信号。然后，来自低噪声放大器504的放大信号可能被馈送给内部子系统104，下面将进 一步讨论。参照图45，举例说明极化转换器单元(PCU) 502的一个实施例的分解图。依照前面 的讨论，低噪声放大器(LNA) 504可能被装到P⑶502上。因此，P⑶502可能包括用于低噪声放大器504的底座506。在列举的实施例中，LNA 504是基于波导的LNA，而LNA底座 506是接收来自P⑶502的极化校正信号并且把它馈送给基于波导的LNA的波导区段。依照一个实施方案，P⑶502包括负责极化扭曲校正的旋转型直接式收发转换器 (OMT) 508，下面将进一步讨论。旋转OMT 508被装到沿着它铺设用于P⑶驱动的缆索512 的脊柱510上。在缆索512的一端514与旋转OMT 508耦合，另一端516与主滑轮518耦 合。马达520提供功率驱动主滑轮518和滑轮522用缆索512使旋转OMT 508旋转。马达 520可能是用马达底座524支撑的。在一个实施方案中，来自天线阵106的馈送点的两个总 分量信号(垂直的和水平的)被馈送到旋转OMT 508的第一和第二波导端口 526、528。这 两个波导端口 526、538与旋转OMT 508的可旋转区段530耦合。该可旋转区段530旋转收 到的电磁场补偿信号来源110和天线阵106之间的极化扭曲β。极化编码器532可能用来 确定与预期的极化校正因子相对应的旋转OMT 508的旋转程度。在一个实施例中，PCU 502 接收来自天线控制单元112(见图1)的控制信号，确定校正实测的/检测到的极化扭曲所 需的必要的旋转程度。最后经极化校正的信号经由波导区段534馈送到低噪声放大器504。 在一个实施例中，PCU 502可沿着任一方向(顺时针方向或逆时针方向)旋转大约270度。 依照前面的讨论，在一个实施例中，极化扭曲补偿能用电子方法完成。然而，使用 前面讨论的PCU 502的实施方案用机械方法补偿极化扭曲β可能有一些好处。举例来说， 机械的极化扭曲补偿不蒙受与先把射频信号变成(为了补偿极化扭曲要处理的)电子信号 然后再变回射频信号相关联的效率损失。除此之外，机械式PCU 502可能能够处理功率非 常大的信号，对于当天线阵106正在传输的时候补偿极化扭曲特别有用，反之，可以实现电 子极化扭曲补偿的电子设备可能要求信号有相对低的功率。仍然参照图45，在一个实施方案中，对于天线阵106的接收操作，旋转OMT 508的 输出与低噪声放大器504耦合。来自低噪声放大器508的放大信号可能经由电缆536被馈 送给旋转接头538，后者使外部子系统102与内部子系统104耦合。就天线阵106的发射操 作而言，要用天线阵发射的信号可能经由另一个旋转接头538和电缆540被直接馈送给旋 转OMT 508。在一个实施例中，旋转接头538是单一频道的旋转接头。旋转接头538可能与 内部子系统104旁边的射频同轴电缆和/或柔性波导耦合。旋转接头538可能适应天线阵 106按方位旋转。参照图46，举例说明低噪声放大器504的实施例。低噪声放大器504包括可以与 旋转OMT 508耦合的波导端口 542。依照前面的讨论，输出端口 544可以与把放大的信号传 送给内部子系统104的电缆536耦合。在一个实施例中，输出端口 544是为与同轴电缆配 对设计的同轴端口。功率可以通过功率连接器546供应给低噪声放大器504 (例如，经由内 部子系统104)。再一次参照图1，在接收模式中，外部子系统102收到并做过处理的(例如，通过 波导馈送网络202的、用P⑶502调整对极化扭曲β做了补偿的和用低噪声放大器504放 大的)信号被馈送到内部子系统104。下面关于内部子系统104的操作的讨论可能主要提 及接收来自信号来源110的信号的天线阵106 ；然而，熟悉这项技术的人将认识到当天线阵 106发射信号的时候任何组成部分都可以对相反的信号流操作。参照图47，举例说明内部子系统104的一个实施例的方框图。依照前面的讨论，内 部子系统可能包括把控制信号分别提供给内部和外部子系统104、102的一些或全部组成部分的天线控制单元112。大功率无线电收发机114可能接收来自低噪声放大器504的放 大信号(那个信号在此被称为“接受信号”)，并且处理该接受信号，下面将进一步讨论。大 功率无线电收发机也可能收到来自调制解调器116的要用天线阵106发射的信号，处理那 个信号，然后输出“发送信号”。接受信号和发送信号经由连接器140在内部子系统104和 外部子系统104之间传送。人们将领会到连接器140可能包括旋转接头538以及在旋转接 头538和内部子系统电子设备之间的居间电缆和其他元器件。如图47所示，除了分别在线 路142a和142b上的接受信号和发送信号之外，连接器140也可能把来自电源118的功率 (在线路144上)和来自天线控制单元112的控制信号(在线路146上)传送给外部子系 统102的元器件。
依照一个实施方案，内部子系统104包括可以经由连接器140接收输入信号(例 如，线性极化或圆极化的信号)而且可以在线路150上以比收到的输入信号的频率低的频 率提供输出信号(例如，线性极化或圆极化的信号)的降频转换器单元(DCU) 148。DCU 148 将在下面被更详细地描述。线路150上的信号可以用信号处理电子设备152处理。同样， 在发射路径中，内部子系统104可能包括增频转换器单元154。发送信号可能是内部子系 统104经由连接器156从信号来源(例如，乘客或用户界面)收到的，用信号处理电子设备 152处理过的和用增频转换器单元154增频到发送频率的。如同熟悉这项技术的人将认识 到的那样，增频转换器单元154可以以与降频转换器单元148类似的方式操作，举例来说， 通过把发送信号与本地振荡器信号混合，改变数据信号的频率，下面将进一步讨论。依照前面的讨论，信号可能是用天线阵106在宽广的延伸到若干千兆赫的 频率范围内发射和/或接收的。举例来说，垂直的和水平的分量信号可能在大约 10. 7GHZ-12. 75GHz的频率范围内。所以，在一些应用中，尤其是天线阵106可以以非常高的 频率接收和/或发射的情况下，使用两个本地振荡器完成降频转换或增频转换可能是优选 的。因此，在至少一个实施方案中，内部子系统104可能非必选地包括第二本地振荡器把感 兴趣的信号转换到调制解调器116可使用的频率。人们将领会到信号处理可能发生在任何 降频或增频转换之前，不同的降频/增频转换阶段之间，或所有的降频/增频转换已经完成 之后。在接收模式中，经过降频转换和处理的信号可以经由调制解调器116和连接器156 提供给乘客接口(例如，座椅背显示器)供与主运载工具相关的乘客存取。同样，在发射模 式中，要处理、增频转换和发射的信号可能是经由连接器156从乘客接口收到的。参照图48，举例说明降频转换器单元(DCU) 148的一个实施方案的功能方框图。人 们将领会到图48只倾向于表现DCU 148的功能落实，未必是实际的落实。此外，如同熟悉 这项技术的人领会到那样增频转换器单元154和降频转换器单元158可以用相似的结构 实现。在一个实施例中，DCU 148是为了获取射频信号(举例来说，频率范围在10. 7GHz到 12. 75GHz的信号)并且把该频带的10. 7GHz到11. 7GHz部分降频转换成中频信号(举例来 说，频率范围在0. 95GHz到1. 95GHz的信号)而构成的。第二本地振荡器158用来将该频 带的11. 7GHz到12. 75GHz部分转换成1. IGHz到2. 15GHz的中频(IF)。仍然参照图48，依照一个实施方案，D⑶148经由线路162接受来自电源118(见 图1)的功率。依照一个实施方案，D⑶148接收线路142a上的射频信号而且可以在线路 166上提供输出的中频信号。依照前面的讨论，射频信号可能是由外部子系统102(例如，低 噪声放大器)经由连接器140供应的。在一个实施例中，定向耦合器168用来注入来自本地振荡器170的内建测试信号。可以经由控制接口 174受天线控制单元112 (它在线路176 上把控制信号提供给控制接口 174)控制的开关172用来控制何时注入内建测试信号。功 率分配器178可以用来分离来自本地振荡器70的单一信号并且把它提供给两条路径。定 向耦合器168的直通端口可能与带通滤波器180耦合，后者可能用来过滤收到的信号除去 任何不想要的信号谐波。依照前面的讨论，收到的信号可能被分成使用两个本地振荡器降 频转换的两个频带；所以，如图48所示，DCU 148可能包括把收到的信号分成两个频带的两 个带通滤波器180。然后，经过滤的信号可能被馈送给混频器182a、182b。混频器182a可 能把该信号与在线路183上来自本地振荡器184的本地振荡器谐频混合将该频带的第一部 分降频转换成中频频率。同样，第二混频器182b可能把该信号与在线路160上来自第二本 地振荡器158的本地振荡器谐频混合将该频带的第二部分降频转换成中频频率。在一个实 施例中，第二本地振荡器184可能能够在从7GHz到8GHz的频率中调谐，因此允许各类型的 操作和中频频率。放大器188和/或衰减器189可以用来平衡中频信号。滤波器190可以 用来将在把中频信号提供给输出线166之前可能存在于该中频信号中的不想要的混频器 产品减到最少。
因此，内部子系统104可能收到要用天线阵106传输的来自，举例来说，主运载工 具里面的乘客接口的数据信号、通信信号或其它信号，可能处理这些信号，并且把发送信号 经由连接器140提供给外部子系统102。在外部子系统102中，极化转换器单元502可能 补偿天线阵106和发送信号的预期目的地之间的极化扭曲β。天线阵106的馈送网络202 可能把发送信号分成两个正交极化的分量信号，这些分量信号都被分到天线阵106的所有 的天线元件268之中。每个天线元件268可能都包括把那两个正交的分量信号重组成用该 天线元件268传输的信号的0ΜΤ402。同样，天线阵106可能收到经由阵列中每个天线元件 268来自信号来源的信息信号。馈送网络202可能把每个天线元件268收到的信号分成两 个正交的分量信号并且按每种极化计算来自所有天线元件的分量信号的总和，产生两个正 交的总信号。这些总信号可能对信号来源110和天线阵106之间的极化扭曲β进行校正， 然后被重组成接受信号，该接受信号经低噪声放大器放大后经由连接器140传送给内部子 系统104。在内部子系统104中，该接受信号可能经过处理(例如，降频转换)经由连接器 156提供给主运载工具中的乘客接口。依照一个实施方案，内部子系统被装在安装在主运载工具内部的壳体里面。这样 的壳体实施例192是用图49举例说明的。依照前面的讨论，在一些应用中，具体地说，在飞 机上使用通信系统的情况下，运载工具的外部可能经受各种各样的温度、压力和湿度的变 化。让电子设备的元器件经受这样的变化条件可能大大缩短电子设备元器件的寿命。通过 把电子设备的元器件放在运载工具里面，这些元器件可以得到保护免受运载工具外面的潜 在恶劣环境的损害。除此之外，实现更有效的元器件温度控制可能是比较容易的。此外，让 电子设备位于运载工具里面可以更容易接近电子设备便于维护、修理和更换。在一个实施 方案中，安装支架214可能考虑到易于安装和拆除外部子系统102。依照前面的讨论可能包 括旋转接头538的连接器140可能穿透主运载工具的表面允许电缆在外部子系统102和主 运载工具内部之间移位。因此，诸如数据信号、控制信号和功率信号之类的信号可以在外部 子系统102和内部子系统104之间来回地提供。参照图49，在一个实施例中，壳体192是小巧的扁平的盒子，该盒子可能被设计成装配在飞机的机身和绝缘之间。壳体可能包括冷却该壳体里面的电子设备元器件的风扇 194。为了有利于电子设备的温度控制，气流可能被引导越过壳体192以便冷却壳体和其中 的电子设备。壳体可能包括接受来自主运载工具的电源的功率的连接器196a和196b和接 收(举例来说，来自主运载工具中的乘客接口的)通信信号的连接器196c(例如，乙太网连 接器)。当有内部子系统104的故障，在一个实施例中，内部子系统包括指出内部子系统 104有故障的故障指示器。举例来说，故障指示器可能包括双色(例如，白色和黑色)旗子， 其中一种颜色是在如何给定的时间通过壳体192看得见的。第一颜色(例如，白色)可能指 出内部子系统104正在正常的参数范围内运行，而第二颜色(例如，黑色)可能指出故障。 在一个实施例中，故障指示器是靠机械(例如，靠磁性)启动的，以致即使在不给内部子系 统104供应功率的时候，它也可以操作。如同图1和图47举例说明的那样，在一个实施方案中，可能包括用于传送链的功 率放大器(未展示)的大功率无线电收发机114在内部子系统104里面。业已发现，当功 率放大器经由电缆(例如，同轴电缆)与天线阵106连接的时候，当功率放大器离天线阵比 较远(即，连接它们的电缆比较长)的时候，重大损失能发生。然而，依照前面的讨论，在许 多应用中，在可能造成功率放大器和天线阵106之间的距离相当大的主运载工具内有包括 功率放大器(即，作为内部子系统104的一部分)的系统电子设备可能是非常优选的。为 了解决功率放大器和天线阵106之间的连接损失问题，在一个实施方案中，连接器140包括 把发送信号从内部子系统104 (例如，从功率放大器)传送到旋转接头538的柔性波导。该 柔性波导可以用来消减连接公差和允许波导和/或内部子系统壳体192的安置更多灵活。 波导是低损耗的传输媒体。业已发现通过使用柔性波导连接，起因于功率放大器离天线阵 106相对较远的系统性能下降是可以忽略的。在一个实施例中，过滤器(例如，带通滤波器) 被并入柔性波导连接元件把不想要的频率成份从发送信号中滤除。因此，可以提供一种容 易更换的单一元件，该元件包括滤波元器件和用来连接大功率无线电收发机114和天线阵 106的传输线。因此，更换这个单一元件可能允许在不需要改变内部子系统104的情况下改 变带通滤波器，并因此改变系统操作频带。除此之外，因为波导是损耗比同轴电缆低的传输 媒体，所以发送信号可以是功率较低的(因为它在通往天线阵的路径上经历较少的损失)， 借此减少通信系统的功耗。除此之外，人们将领会到非必选地包括滤波元器件的相似的柔 性波导连接元件可能被用于接收链使无线电收发机114与连接低噪声放大器504的旋转接 头538耦合。天线阵106的指向精度(即，天线阵能多么精确地瞄准信号来源110或信号目的 地)可能是用于通信系统的关键的性能度量标准。然而，尤其是在通信系统安装在运载工 具(例如，飞机132)上的情况下，存在许多如果没有考虑到能对指向精度产生不利影响的 情况(例如，形状和可用的安装位置，环境因素和机械公差)。因此，在一个实施方案中， 校准程序用来校正天线阵的机械公差和主运载工具的结构公差和自动地调整更换的零部 件，下面将进一步讨论。在一个实施例中，校准程序可以考虑到外部子系统偏离运载工具导 航系统的位置偏移量。下面的讨论将假定运载工具是飞机，而且提及飞机的惯性导航系统 122;然而，人们将领会到该校准程序可能不管安装该系统的运载工具的类型都是适用的。参照图50，举例说明校准程序的一个实施例的 流程图。该校准程序的第一阶段可能包括工厂校准阶段602。这个阶段602可能是在把通信系统安装在在运载工具上之前完 成的。在一个实施例中，天线阵106包括直接安装在天线阵上按方位和仰角测知天线阵的 指向位置的一个或多个位置编码器(也称为“倾斜传感器”)。在一个实施例中，位置编码器 提供代表天线阵106的俯仰和滚转的数据。在系统操作期间，来自位置编码器的信息可能 被反馈给天线控制单元112 (见图1)帮助天线控制单元112把控制信号提供给马达(和相 关联的马达驱动器)把天线阵106瞄准预期的方位和仰角。所以，在一个实施方案中，工厂 校准阶段602包括相对于位置编码器的位置确定天线阵106的射频中心位置的程序(步骤 604)。这个程序可能考虑到天线阵106的射频中心和编码器的位置之间任何位置偏移量， 从而允许编码器位于阵列上的任何方便位置。除此之外，位置编码器数据的温度变化也可 能被校准。经校准的偏移量可能被储存在天线控制单元112在较该通信系统的进一步校准 和/或操作期间可以存取的存储器装置130中(见图1)(步骤606)。在一个实施例中，储 存在存储器装置130中的信息包括位置编码器校准数据(例如，温度变化等等)，前面讨论 过的机械校准和校正数据(例如，天线阵和位置编码器之间的偏移量)，以及正常的操作参 数和限制，和就整体而言或就其个别组成部分而言(例如，就天线阵106或PCU 502而言) 用于外部子系统102的(非必选的)序号和/或零件号数据。机械校准数据可能考虑到天 线阵106的射频中心、安装组件和万向节组件之间的所有的几何变量。序号和/或零件号信 息可能用于零件更换(和零件校正)的自动检测，下面将进一步讨论。存储器装置130中 的数据存储器允许在工厂制造和校准期间确定和储存(步骤602)每个外部子系统102的个别特性。在一个实施方案中，该通信系统包括两个存储器装置，一个存储器装置130位于 外部子系统102中，另一个位于内部子系统104中。外部子系统102的存储器装置130在 此被称为天线存储器130，而内部子系统的存储器装置在此被称为天线控制存储器。人们 将领会到天线控制存储器可能作为当天线控制单元112的一部分被并入，或者可能是靠通 信联络与天线控制单元112耦合的独立装置(在图1中未展示)。存储器可能是任何类型 的适当的电子存储器，包括但不限于熟悉这项技术的人已知的随机存取存储器或闪存存储 器。天线存储器130和天线控制存储器可能是靠通信联络彼此耦合的，允许数据在两个存 储器之间转移。在天线存储器130和天线控制存储器之间的这种数据分享可以为该通信系 统提供完全的数据设定，这可以用来，举例来说，检测和运行最初的安装校准程序(在下面 讨论)，检测通信系统或外部组成部分(例如，飞机的惯性导航系统)的各种不同的组成部 分的更换，和重新计算零件更换所需要的系统数据设定项目，下面将进一步讨论。在一个实施方案中，诸如前面计算的偏移量之类的校准数据可能被储存在天线存 储器130和天线控制存储器中。对校准存储器的任何变化或更新都可以被同样地储存在两 个存储器中。这种双重存储器结构可能提供一些好处，包括数据冗余(即，如果一个存储 器损坏，数据将不会丢失，因为它还储存在第二存储器中)和不必重做工厂校准就“换掉” 外部或内部子系统(或其组成部分)并以新的/更新的零部件代替它们的能力。举例来说， 如果内部子系统是要替换的，新的天线控制存储器可能下载储存在天线存储器130中的校 准数据，借此避免对再次校准该系统的需求。再一次参照图50，在工厂校准602之后，通信系统可以安装到主运载工具上。因 此，校准的第二阶段可能包括安装校准608。依照下面进一步的讨论，安装校准程序608可能考虑到在装好的天线阵106和飞机的惯性导航系统122之间的偏移量和公差并且使外部 子系统的安装变得比传统方法简单得多。通常，运载工具(包括飞机)没有能在其上安装外部子系统102的大的平坦表面， 而是那些表面可能有一些倾斜或弯曲。因此，当外部子系统安装在这样的表面上的时候，天 线阵将偏离水平线某个偏移量。此外，假定非常接近飞机的惯性导航系统的传感器地安装 天线阵可能是不太可能的，那么在天线阵106和惯性导航系统122之间也可能存在偏移量。 安装校准程序608可以考虑到这些偏移量，下面将进一步讨论。传统的安装程序可能允许 将外部子系统102精确地放到对熟知的飞机的惯性导航系统122的偏差来说十分之几度之 内。然而，如果没有补偿，甚至这十分之几度也可能导致天线阵对机载接收器仅仅使用指向 计算锁定信号来说不够精确地瞄准人造卫星，并因此可能对乘客造成信号损失。此外，把外 部子系统102精确地安置在运载工具上可能是困难的和耗时的。所以，使用安装校准程序 608消除把外部子系统精确地安置在运载工具上的需求可能是优选的。依照前面的讨论，外部子系统102可能包括一个或多个位置编码器，这些位置编 码器一旦安装在运载工具上就可以测知天线阵106的俯仰和滚转。在一个实施例中，天线 阵的俯仰和滚转可能是相对于机载惯性导航系统122的俯仰和滚转计算的(步骤610)。在 一个实施例中，步骤610包括使用机载参数测量(用位置编码器实测后使用储存的工厂校 准数据校正的)天线阵参照系和(使用惯性导航系统122实测的)飞机参照系之间的偏移 量。这允许无需耗时的人工校准就确定俯仰和滚转偏移量和消除飞机制造公差。除此之外， 因为所有的俯仰和滚转偏移量都能被校准考虑到，所以不需要把外部子系统102精确地放 在飞机上。然而，天线阵对准和惯性导航系统对准之间的误差简单地储存在存储器装置中 而且是用天线控制单元112在它把指向控制信号提供给天线阵的106的时候补偿的。因此， 安装校准608可以大大提高系统安装的容易程度。传统的天线对准程序通常只是在最初的天线系统安装期间完成的而且是用人工 程序完成的。传统的人工程序通常没有输入滚转数增量、俯仰数增量和偏航数增量的能力， 所以，人工程序需要使用填隙片。这些填隙片是放置在天线的附着底部和飞机之间，举例来 说，迫使天线系统坐标与导航系统坐标一致的小片的填充材料，举例来说，铝制填隙片。然 而，使用填隙片需要拆除天线罩，安置填隙片和重新安装天线罩。这是非常耗时和危险的方 法。只有有限的人被授权在飞机顶上工作而且它需要大量的手脚架。一旦完成调整，天线 罩就必须重新附着而且天线罩密封必须固化好几个小时。这个人工调整程序可能是非常耗 时的和困难的。反之，自动安装校准程序608可以被快速地和容易地完成，不需要移动天线 阵。再一次参照图50，在通过比较来自位置编码器的(经校正的)数据和来自惯性导 航系统122的数据计算和储存俯仰偏移量和滚转偏移量(步骤610)之后，可以使用人造卫 星信号锁计算航向偏移量(步骤612)。在一个实施例中，步骤610可能包括命令天线控制 单元112将天线阵106瞄准已知的人造卫星用导航系统112检查天线阵106的航向对准。 当请求这个对 准检查的时候，天线控制单元112最初可能使用惯性导航数据瞄准选定的人 造卫星。最初，即，当天线阵106尚未对航向偏移量进行调整或校正的时候，系统可能开始 扫描该区域寻找峰值接受信号。当系统已经确定最高的信号强度的时候，该峰值可能被确 定下来。依照前面的讨论，天线指出的航向(举例来说，使用位置编码器确定的)和导航系统指出的航向之间的误差可以被计算出来和记录在存储器装置中。因为俯仰和滚转偏移量 可能已被确定(步骤610)和补偿，所以航向偏移量可以使用单一的人造卫星计算出来。因此，安装校准程序608可以用来容易地和自动地说明天线阵106和飞机的惯性 导航系统122之间的任何偏差或偏移量。这允许天线控制单元112(见图1)接受来自运 载工具的惯性导航系统122的导航信息和使用该导航信息精确地瞄准天线阵106，没有起 因于惯性导航系统122和天线阵106之间的偏移量的误差。依照一个实施方案，安装校准 程序608可能是用在天线控制单元112上或在天线控制单元112的控制下运行的软件实现的。安装校准数据也可以储存在天线存储器130和天线控制存储器中。 依照前面的讨论，在一个实施方案中，通信系统能够自动检测各种不同的系统零 部件的替换和通过天线存储器130和天线控制存储器之间的通信为这种替换进行调整。在 一个实施例中，在通电那一刻，天线存储器130和天线控制存储器可能都质询对方是否确 定任一存储器装置是新的，使用分享的和本地储存的数据。通过把现有的数据与新的存储 器装置提供的任何新的数据进行比较，系统能自动地计算对新存储器装置识别的新组成部 分的有潜在不同的公差和参数的补偿。在每次通电那一刻，该系统可能确定是否存在再次 评估当前的校准偏移量的条件。如果存在这样的条件，那么该系统可能评估当前的偏移量 是否保持有效。这为包括惯性导航系统122的更换在内的任何机身变化的检测和校正作准 备。除此之外，在飞行期间跟踪更新可以处理来自或许是由外壳增压和温度效应引起的惯 性导航系统122和/或机身机械变化的任何缓慢的漂移。在一些应用中，甚至在精确的校准之后，导航数据可能不足以独自地保持与预期 的来源锁定的天线阵在可接受的公差水平内。因此，依照一个实施方案，天线控制单元112 可能实现跟踪算法，该算法可能使用导航数据和信号反馈数据跟踪信号来源。跟踪算法总 是可以找到最强的人造卫星信号，因此如果惯性导航数据慢，跟踪算法可以接管寻找最佳 指向角度。当惯性导航数据是正确的和最新的数据的时候，系统可以使用该惯性数据计算 它的方位角和仰角，因为这个数据将与射束的峰一致。这是因为没有可测量的错误，惯性导 航系统坐标系可以精确地没有可测量的误差地将天线瞄准预期的人造卫星；换句话说，预 测的视角和最最佳的视角将是同一的。当惯性导航数据不正确的时候，跟踪软件可以用来 维持该指向，因为它原本能“校正”在计算视角和最佳视角之间高达大约5度的差异。在一个实施方案中，天线阵可以受到控制，将来自信息来源的预期信号的峰定位。 然后，天线阵可以在该信号峰值附近“抖动”(相对于天线阵的射束宽度)确定来源信号的 射束宽度。如果信号受到了功率，在一个实施例中，天线控制单元112可能监视接受信号的 振幅，可能使用接受信号的振幅确定最佳的方位和俯仰指向角，其办法是不连续地把天线 从它的计算位置重新定位到略微偏移的位置并且确定收到的信号强度是否最佳和是否没 有将天线朝向按最佳方向重新定位，等等。如同技术上体验过的人知道的那样，几何计算可 能很容易用来利用已知的坐标系(包括来自飞机的那些)确定对地球同步卫星的视角。通 过定位和跟踪三颗人造卫星，三角测量数据能用来进一步推敲天线阵朝向和导航系统数据 之间的任何偏差。然后，经过推敲的误差可能被储存在天线控制存储器和天线存储器130 中和用来在系统的操作期间促成精确跟踪预期的信号来源110。再一次参照图48，在实现跟踪算法的一个实施例中，天线控制单元112可能对来 自，举例来说，DCU 148(在线路166上)的接受信号抽样，虽然人们将领会到天线控制单元112可能改为对来自信号处理电子设备152或第二 D⑶158的信号抽样。因此，虽然下面的 讨论提及从DCU 148抽样的信号，但是人们将领会到本发明不受此限制。依照一个实施方 案，D⑶148的控制接口 174可能对线路166上的信号抽样并且经由线路176把信号提供 给天线控制单元112。人们将领会到抽样可能要求诸如成份这样的当做，举例来说，定向耦 合器、射频检波器和模数转换器(未展示)之类的元器件从线路166获取中频信号并将它 转换成供应给天线控制单元112的信息。天线控制单元112可能使用抽样信 号的振幅调整 天线阵的指向角，类似于前面作为连续校准程序的一部分讨论的抖动。跟踪/飞行校准程 序也可能用来更新飞行偏移量，以便处理飞行中的变化和飞机元器件的缓慢漂移。
至此已经描述了至少一个实施方案的几个方面，人们将领会到各种不同的变更、 修正和改进对于熟悉这项技术的人将很容易发生。这样的变更、修正和改进倾向于成为这 份揭示的一部分而且倾向于落在本发明的范围之内。因此，前面的描述和附图仅仅是作为 实施例。
权利要求
一种天线阵，其中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；以及使众多喇叭天线元件与共同的馈送点耦合的波导馈送网络；其中众多喇叭天线元件和众多对应的电介质透镜有这样的形状和尺寸，以致该天线阵是在天线阵的任一末端逐渐变小的。
2.根据权利要求1的天线阵，其中众多喇叭天线元件被安排在平行的两行之中，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。
3.根据权利要求1和2之一的天线阵，其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；其中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 天线阵末端；其中末端喇叭天线元件比第二喇叭天线元件小而且位于在天线阵末端。
4.根据权利要求3的天线阵，其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；其中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； 其中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； 其中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。
5.根据权利要求3和4之一的天线阵，进一步包括众多喇叭形插入物，众多喇叭形插入 物之中每个喇叭形插入物位于众多喇叭天线元件之中相应的一个喇叭天线元件之内。
6.根据权利要求5的天线阵，其中在末端喇叭天线元件和第二喇叭天线元件之内的喇 叭形插入物是用雷达吸收材料制成的。
7.根据权利要求1-5之中任何一项的天线阵，其中每个电介质透镜是用玻璃纤维销钉 紧固在相应的喇叭天线元件上的。
8.一种校正安装在运载工具上的天线阵的方法，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的波束方向图的射频中心； 相对于位置编码器的位置计算天线阵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滚转偏移量储存在本地存储器装置中。
9.根据权利要求8的方法，进一步包括接受代表装上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；计算在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和滚转偏移量储存在本地存储器装置中。
10.根据权利要求9的方法，进一步包括把计算的第二俯仰和滚转偏移量储存在远程存储器装置中。
11.根据权利要求9和10之一的方法，进一步包括以第一俯仰和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和滚转偏移量储存在本地存储器装置中。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括把校正后的第二俯仰和滚转偏移量储存在远 程存储器装置中。
13.根据权利要求10-12之一的方法，进一步包括 接受代表主运载工具的运载工具航向的数据； 把天线阵指向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；以及 把航向偏移量储存在本地存储器装置中。
14.根据权利要求13的方法，进一步包括把航向偏移量储存在远程存储器装置中。
15.根据权利要求9-14之中任何一项的方法，其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人运载工具的导航系统的日期。
16.一种通信系统，其中包括包括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到天线阵上的位置编码器的 第一子系统；与第一子系统靠通信联络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；其中那至少一个位置编码器配置成相对于工厂校准水平的天线阵位置检测天线阵的 俯仰和滚转并且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；其中第一和 第二存储器装置靠通信联络耦合在一起并且配置成接受和储存该天线数据信号。
17.根据权利要求16的通信系统，其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。
18.一种安装在运载工具上的通信系统，其中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、本地存储器装置和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； 其中位置编码器被配置成感知天线阵的俯仰和滚转；其中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；其中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。
19.根据权利要求18的安装在运载工具上的通信系统，其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。
20.根据权利要求19的安装在运载工具上的通信系统，其中本地存储器装置和控制存 储器装置被进一步配置成储存关于内部子系统和外部子系统的识别信息。
21.一种通信系统，其中包括天线阵，该天线阵包括众多天线元件，每个天线元件都适合接收来自信号来源的数据 信号，以及把众多天线元件联结到共用馈送点的馈送网络；以及与共用馈送点耦合的极化转换器单元，该极化转换器单元配置成补偿天线阵和信号来 源之间的极化扭曲；其中极化转换器单元包括配置成接受构成数据信号的两个正交极化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的旋转型直 接式收发转换器耦合的传动系统；以及配置成把功率提供给该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。
22.根据权利要求21的通信系统，其中极化转换单元被安装到天线阵上。
23.根据权利要求22的通信系统，其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；而且极化转换器单元被至少部分地安装在该空腔里面。
24.根据权利要求21-23之中任何一项的通信系统，其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。
25.一种天线阵，其中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 把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； 其中每个电介质透镜是有平面侧面和相对的中凸侧面的平凸透镜； 其中每个电介质透镜包括众多靠近中凸侧面的内表面形成的阻抗匹配特征； 其中中凸侧面的外表面是平滑的。
26.根据权利要求25的天线阵，其中众多阻抗匹配特征包括众多空心管。
27.根据权利要求25和26之一的天线阵，其中每个电介质透镜进一步包括众多从平面 表面延伸到电介质透镜内部的阻抗匹配凹槽。
28.根据权利要求25-27之中任何一项的天线阵，其中众多电介质透镜包括交联的聚 苯乙烯材料。
29.根据权利要求25-27之中任何一项的天线阵，其中众多电介质透镜包括 Rexolite 。
30.一种天线阵，其中包括众多配置成接收数据信号的喇叭天线元件；众多对应的一个直接式收发转换器，每个相应的直接式收发转换器分别与相应的的喇 叭天线元件耦合而且配置成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；使众多直接式收发转换器与共用馈送点联结的波导馈送网络，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。
31.根据权利要求30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；而且其中波导馈送网络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。
32.根据权利要求30和31之一的天线阵，其中众多直接式收发转换器包括与耦合第 一喇叭天线元件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；其中波导T字形结合部包括配置成使波导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。
33.一种可装在运载工具上的通信系统，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天线阵的万向节组件的外部子系 统；可装在运载工具里面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而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安装到运载工具的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。
34.根据权利要求33的通信系统，其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；而且其中四个脚都被放置在天线阵的回转扫掠范围之 外。
35.根据权利要求34的通信系统，进一步包括放置在安装支架的中央部分里面的旋转 接头，该旋转接头将外部子系统与内部子系统联结起来。36.根据权利要求33-35之中任何一项的通信系统，其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。
36.根据权利要求33-36之中任何一项的通信系统，其中万向节组件进一步包括配置 成接收来自控制单元的控制信号并且按对该控制信号敏感的仰角旋转天线阵的仰角控制 组件。
37.根据权利要求36的通信系统，其中仰角控制组件包括推挽式滑轮系统。
38.根据权利要求33-37之中任何一项的的通信系统，其中万向节组件进一步包括安 装到天线阵上配置成按对从控制单元收到的极化控制信号敏感的极化移动天线阵的极化转换 器单元。
全文摘要
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。
文档编号H01Q13/02GK101842938SQ200880113615
公开日2010年9月22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·A·弗莱赖, M·J·乔奥尼瑞, M·J·巴雷特, M·N·兰德尔, R·B·安德森, W·麦克纳瑞 申请人:爱罗莎特股份有限公司