整体双万向节设备的制作方法

本公开涉及卫星通信领域，并且更具体地涉及能够实现跟踪卫星的移动的设备。

背景技术：

对于较高通信吞吐量（throughput）以及同时对于较低通信带宽成本的要求日益增长。在近些年，更多中地球轨道（“MEO”）和低地球轨道（“LEO”）通信卫星正被发射或在计划中。LEO是围绕地球的轨道，其中海拔高度在具有大约88分钟的轨道周期的160千米与具有大约127分钟的轨道周期的2000千米之间，而MEO卫星是具有在对地同步轨道（35786千米的海拔高度）下方的在地球的表面上方从几百英里到几千英里的范围内的轨道的卫星。

所使用的另一个类型的平台是作为准静止飞行器的高空平台（“HAP”），其在保持处于10-14英里的海拔高度处的空中达长的时间段的同时提供递送服务到大区域的装置。

不幸的是，在工业中使用的仅最快和最昂贵的方位-仰角基座能够连续跟踪在高仰角通道（pass）上的卫星。问题通常在卫星接近或离开其最高仰角时出现。此时，基座必须在高加速度力下执行高速方位移动以便跟踪卫星，同时不充足的方位速度导致地球站不能连续地针对超过特定最大值仰角的通道跟踪卫星。过去已经建议了若干方法以便克服此问题，包括轨迹优化，其中天线轨迹被修改成将在天顶通道上或附近的天线指向损耗最小化：

1. 仰角对方位基座——（图1中所示）在此类情况下，方位速度通常是防止LEO卫星的过顶跟踪的限制因素，因此它不适合与LEO卫星通信；以及

2. 仰角对方位对倾斜基座——（图2中所示），在此类情况下，第三轴提供过顶跟踪的能力，但是因为此解决方案支配三个电动机的使用，所以它增加了与这样的站相关联的质量、体积和成本。

技术实现要素：

本公开的目的是提供用于跟踪卫星的设备。

本公开的另一个目的是提供一种设备，其在卫星接近它们的最高仰角或离开它们的最高仰角时克服与跟踪卫星相关联的问题。

本公开的又一个目的是提供一种设备，其适合于在没有显著增加质量、体积和与这样的设备相关联的成本的情况下的空间以及非常高的海拔高度运载平台（诸如LEO、MEO和HAP）的过顶跟踪。

本发明的其它目的将随着本发明的描述继续进行而变得显而易见。

本发明提供了一种包括单个元件的设备，所述单个元件包括两个整体地连接的万向节，其中，设备能够执行两个同时旋转移动，每个围绕不同的轴，并且其中两个轴互相正交。这样的单个元件的示例在呈现垂直对水平基座（即，具有两个正交连接的万向节的基座）的图3中被图示出。此配置允许基座在使用仅2个相对低速电动机的情况下提供天顶通道跟踪。

根据另一实施例，提供了一种用于在卫星通信中使用的设备，其包括：

支持装置；

第一万向节，其被可旋转地安装在支持装置上，以用于绕着第一轴的旋转；

第二万向节，其被可旋转地安装在支持装置上，以用于绕着基本上与第一轴垂直的第二轴旋转；以及

两个电动机，每个与第一和第二万向节中的另一个相关联，并且被配置成向与其相关联的万向节提供旋转移动；

其中第一和第二万向节是整体地连接的万向节，并且其中所述设备的特征在于能够执行围绕互相正交的两个轴的两个旋转独立移动。

本文中遍及说明书和权利要求所使用的术语“万向节”被用来表示允许对象绕着单个轴旋转的转动的支持物。本文中遍及说明书和权利要求所使用的术语“整体地连接的万向节”被用来表示包括转动的支持物（例如，球体）的布置，围绕所述转动的支持物，天线和外壳在两个轴上移动，即，两个轴所共有的转动的支持物。

优选地，设备进一步包括电动机，至少一个PCB和轴承，并且被安装在密封的外壳中。因此，此外壳可以被用作提供在互相正交的轴上的两个旋转移动的装置。这些旋转的移动可以在不同跟踪和扫描系统处被实现。

根据本发明的另一实施例，所提供的设备进一步适于执行小于360°的旋转移动的围绕两个正交轴中的至少一个的旋转移动，所述设备包括一个或多个扭转弹簧，其被配置成消除电动机的齿轮中的可能的空转，所述电动机操作用于能够实现围绕两个正交轴中的至少一个的小于360°旋转移动。

附图说明

为了更加完全地理解本发明，现在参考结合附图进行的下面的详细描述，其中：

图1图示出仰角对方位基座的现有技术解决方案；

图2图示出仰角对方位对倾斜基座的另一个现有技术解决方案；

图3展示根据本公开的实施例的同时操作垂直对水平基座，其具有两个未连接的正交轴，所述正交轴提供高达±45°旋转跟踪的最佳跟踪能力；

图4A至图4C图示出单个元件的本公开的另一个实施例，所述单个元件能够提供在垂直和水平连接的万向节两者中的同时旋转移动。图4A图示出从密封的外壳的底部取得的向上视图，而图4B图示出该设备的密封外壳的向下视图。图4C图示出被包括在根据本发明的实施例中公开的设备中的RF部件；

图 5图示出诸如在图4中呈现的设备的设备的分解图；

图6展示其中图5中呈现的设备被用于卫星通信的实施例；

图7图示出本公开的实施例，其中例示性设备的有源元件被包括在设备的包封内；以及

图8A和图8B展示在根据现有技术解决方案构造的天线与包括由本发明提供的单个元件的天线之间的比较。

具体实施方式

在本公开中，术语“包括”旨在具有无限度的含义，使得当第一元件被声明为包括第二元件时，第一元件还可以包括本文中不一定被标识或描述或权利要求中不一定记载的一个或多个其它元件。为了说明的目的，阐述了大量的特定细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，应当显而易见的是，本发明可以在没有这些特定细节的情况下被实施。

本发明提供一种整体万向节设备，其包括单个元件，所述单个元件能够执行在互相垂直的轴上的两个旋转。整体万向节设备易于制造、节省体积并且能够为了室外使用而被完全密封。

而且，整体万向节设备在安装期间具有相当多的优点，因为它要求简单的安装（仅要求一个安装螺钉），这继而节省安装时间和金钱。

此外，整体万向节设备是容易按比例缩放的，并且因此可以容易被安装到不同系统——大小和移动。

根据本发明的实施例，提供了一种具有两个未连接的正交轴的图3中举例说明的设备，所述两个未连接的正交轴提供高达±45°旋转跟踪的最佳跟踪能力。

图4A和图4B图示出单个元件的本公开的另一个实施例，所述单个元件能够提供在垂直和水平连接的万向节两者中的同时旋转移动。图4A图示出从密封外壳的底部取得的向上视图，而图4B图示出从密封外壳上方取得的向下视图。图4A和图4B中示出的配置当合起来时具有带有两个蜗轮的完全密封的盒子。此配置可以被用于实现在两个轴（垂直和水平）上的高达±45°的旋转移动，并且再一次地，两个扭转弹簧可以被用来消除不想要的空转现象。图4C图示出被包括在根据本实施例公开的设备中的RF部件。

图4C包括图4A中所示的外壳的三个顶视图。第一个视图展示包括支持天线的反射器的肋（rib）的外壳的外部包封。第二视图具有外壳的内侧，图示出诸如连接器和内罩的内部件，并且第三视图稍微类似于前面的视图。

图5图示出图4A和4B中举例说明的设备的分解图。此示例中示出的设备包括以下的部件：主元件（500）、两个万向节（510、510’）、两个电动机（520和520’）、印刷电路板，PCB（530）、下罩（540）、上罩（550）、封条（560）、球形罩（570）、连接器（580）和两个扭转弹簧（590和590’）。

图6展示其中图5中呈现的设备（被配置成同时执行两个旋转移动的整体万向节设备）被用于卫星通信的实施例。

如可以在图3至6中看到的，本发明依赖于单个元件的使用，所述单个元件可以同时在两个垂直的轴上旋转。当与电动机、PCB、轴承和轴合起来时，此主元件优选地被包含在被配置成提供两个垂直旋转移动的密封的盒子中。这些移动可以在不同的跟踪和扫描系统中被使用。简单的扭转弹簧可以可选地被用来消除电动机的齿轮中出现的空转。通过遵循本发明的概念，不存在对在任何方向上具有连续旋转的需要。因此，电动机在密封的盒子中可以是静态的，并且因此不存在对用于连接的滑动环和/或旋转接头的需要。

在图7中呈现的示例中图示出的有源元件（RF放大器、LNB等等）（元件710）可以被包括在设备的包封内（例如，在密封的盒子内），在该情况下，存在且不需要任何电缆、旋转接头和波导。此设备为本发明寻求解决的问题提供了简单、便宜、和非常可靠的解决方案。而且，在图中示出的是单个连接器，其被用来将设备连接到天线（720）。

图8A 和8B展示在根据现有技术解决方案（图8A）构造的天线之间的比较，所述现有技术解决方案（图8A）包括三个电动机装置、波导旋转接头、滑动环、能够实现给三个电动机装置供电的大量的电缆。另一个方面，图8B图示出包括由本发明的实施例提供的单个元件的天线，其具有允许通过以太网向天线提供功率的单个进入电缆。

在本申请的说明书和权利要求中，动词“包括”、“包含”和“具有”中的每个以及其同源词被用来指示该动词的一个或多个宾语不一定是该动词的一个或多个主语的构件、部件、元件或部分的完整列表。

已经使用本发明的实施例的详细描述来描述了本发明，所述实施例作为示例被提供且不旨在以任何方式限制本发明的范围。所描述的实施例包括不同的特征，本发明的所有实施例中并未要求其中的全部。本发明的一些实施例仅利用特征中的一些特征或特征的可能组合。所描述的本发明的实施例的变化和包括在所描述的实施例中记录的特征的不同组合的本发明的实施例将被本领域人员想到。本发明的范围仅由下面的权利要求限制。