專(zhuān)利名稱(chēng)：有寬帶天線的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電訊系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及可能在載客運(yùn)載工具上使用的天線和通信子系統(tǒng)。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)許多通信系統(tǒng)包括接收來(lái)自衛(wèi)星的信息信號(hào)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)已經(jīng)用許多類(lèi)型的接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)的天線，例如，Rotman透鏡、Luneberg透鏡、碟形天線或相控陣。然而，這些系統(tǒng)之中每個(gè)都可能蒙受有限的視場(chǎng)或低效率的損害，從而限制它們接收衛(wèi)星信號(hào)的能力。具體地說(shuō)，這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)可能在信號(hào)強(qiáng)度低或噪聲高的場(chǎng)合缺乏接收衛(wèi)星信號(hào)(例如，來(lái)自高度低的衛(wèi)星的信號(hào))必需的性能。
通信或天線子系統(tǒng)的性能的一種度量可能是它的增益與噪聲溫度之比，即G/T。傳統(tǒng)的系統(tǒng)傾向于具有大約9或10的G/T，這往往可能不足以接收低高度衛(wèi)星信號(hào)或其它弱的/有噪聲的信號(hào)。除此之外，許多傳統(tǒng)的系統(tǒng)不包括任何的或充份的偏振校正，所以交叉極化的信號(hào)噪聲可能干擾需要的信號(hào)，從而阻礙系統(tǒng)適當(dāng)?shù)亟邮招枰男盘?hào)。
所以，需要能夠在不利的環(huán)境中接收弱信號(hào)或通信信號(hào)的包括改進(jìn)的天線系統(tǒng)的改進(jìn)的通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的概述依照一個(gè)實(shí)施方案，通信子系統(tǒng)包括眾多天線(每個(gè)都適合接收信息信號(hào))和眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器都與眾多天線之中對(duì)應(yīng)的天線耦合，每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器都有第一端口和第二端口，每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器都適合接收來(lái)自對(duì)應(yīng)的天線的信息信號(hào)并且在第一端口提供有第一偏振狀態(tài)的第一分量信號(hào)并且在第二端口提供有第二偏振狀態(tài)的第二分量信號(hào)。通信子系統(tǒng)還包括經(jīng)由眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器與眾多天線耦合的饋送網(wǎng)絡(luò)，饋送網(wǎng)絡(luò)適合接收來(lái)自每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第一分量信號(hào)和第二分量信號(hào)并且在第一饋送端口提供第一總計(jì)分量信號(hào)和在第二饋送端口提供第二總計(jì)分量信號(hào)，以及與第一饋送端口和第二饋送端口耦合而且適合接收來(lái)自饋送網(wǎng)絡(luò)的第一總計(jì)分量信號(hào)和第二總計(jì)分量信號(hào)的相位改正裝置，其中相位改正裝置適合使第一總計(jì)分量信號(hào)與第二總計(jì)分量信號(hào)相位匹配。
在一個(gè)實(shí)例中，相位改正裝置包括適合依據(jù)第一總計(jì)分量信號(hào)和第二總計(jì)分量信號(hào)用圓偏振和線性偏振之一重建信息信號(hào)的偏振變頻單元。
在另一個(gè)實(shí)例中，天線是號(hào)角天線而通信子系統(tǒng)進(jìn)一步包括眾多介質(zhì)透鏡，眾多介質(zhì)透鏡之中每一個(gè)都與對(duì)應(yīng)的號(hào)角天線耦合，把信號(hào)聚焦到對(duì)應(yīng)的號(hào)角天線的饋送點(diǎn)。介質(zhì)透鏡可能有在一個(gè)或多個(gè)表面上形成的阻抗匹配溝槽而且還可能包括內(nèi)部的單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征。
依照另一個(gè)實(shí)例，相位改正裝置包括形成部分饋送網(wǎng)絡(luò)的饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器，饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器有第三端口和第四端口，饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)上與眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器之中的每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器完全相同，其中饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第三端口與第二饋送端口耦合，接收第二總計(jì)分量信號(hào)，而饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第四端口與第一饋送端口耦合，接收第一總計(jì)分量信號(hào)，以致眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器、饋送網(wǎng)絡(luò)和饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的組合補(bǔ)償在第一和第二分量信號(hào)之間的任何相位不平衡。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，位于載客運(yùn)載工具之上的通信系統(tǒng)包括天線單元(該天線單元包括眾多接收有第一中心頻率而且包括有第一偏振狀態(tài)的第一分量信號(hào)和有第二偏振狀態(tài)的第二分量信號(hào)的信息信號(hào)的天線)、用來(lái)補(bǔ)償?shù)谝环至啃盘?hào)和第二分量信號(hào)之間的任何相位不平衡并提供第一信號(hào)和第二信號(hào)的裝置，和與補(bǔ)償裝置耦合接收第一信號(hào)和第二信號(hào)而且將第一信號(hào)和第二個(gè)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成第三信號(hào)和第四信號(hào)的第一向下變頻單元，第三信號(hào)和第四信號(hào)具有低于第一中心頻率的第二中心頻率，第一向下變頻單元以第一和第二輸出提供第三和第四信號(hào)，其中天線單元和偏振單元被安裝到適合在某個(gè)仰角和方位范圍內(nèi)移動(dòng)天線單元的萬(wàn)向節(jié)組件上。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，內(nèi)階梯菲涅爾介質(zhì)透鏡包括有至少一個(gè)外部溝槽在其中形成的第一外表面，有至少一個(gè)溝槽在其中形成的第二對(duì)置表面和在介質(zhì)透鏡內(nèi)部形成的單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征，單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征有與第二表面相鄰的第一邊界和對(duì)置的第二邊界，其中第二邊界有在其中形成的至少一個(gè)溝槽。
在一個(gè)實(shí)例中，內(nèi)階梯菲涅爾介質(zhì)透鏡包括交聯(lián)聚合物聚苯乙烯材料。在另一個(gè)實(shí)例中，材料是Rexolite。
在另一個(gè)實(shí)例中，介質(zhì)透鏡的第一表面在形狀方面是凸面的，而透鏡的第二表面是平面的。單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征在外形上可能是梯形的，其第一邊界實(shí)質(zhì)上平行于透鏡的第二表面。那至少一個(gè)溝槽可能是在透鏡的第一表面、透鏡的第二表面和單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征的第二邊界之中的任何位置上形成的，包括作為同心環(huán)形成的眾多溝槽。
依照又一個(gè)實(shí)施方案，天線組件包括適合接收來(lái)自來(lái)源的信號(hào)的第一號(hào)角天線、實(shí)質(zhì)上與第一天線完全相同而且適合接收信號(hào)的第二號(hào)角天線、與第一號(hào)角天線耦合把信號(hào)聚焦到第一號(hào)角天線的饋送點(diǎn)的第一介質(zhì)透鏡(第一介質(zhì)透鏡有在其表面中形成的至少一個(gè)溝槽)、與第二號(hào)角天線耦合把信號(hào)到聚焦到第二號(hào)角天線的饋送點(diǎn)的第二介質(zhì)透鏡(第二介質(zhì)透鏡有在其表面中形成的至少一個(gè)溝槽)和與第一和第二號(hào)角天線的饋送點(diǎn)耦合而且包括第一饋送端口和第二饋送端口的波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)，波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)是為了接收來(lái)自號(hào)角天線的信號(hào)并且在第一饋送端口提供有第一偏振狀態(tài)的第一分量信號(hào)和在第二饋送端口提供有第二偏振狀態(tài)的第二分量信號(hào)而構(gòu)成的。天線組件進(jìn)一步包括與第一饋送端口和第二饋送端口耦合而且包括用來(lái)補(bǔ)償信號(hào)和來(lái)源之間的任何偏振歪斜的裝置的偏振變頻單元。
在一個(gè)實(shí)例中，介質(zhì)透鏡是內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡。
依照又一個(gè)實(shí)施方案，天線組件包括適合接收信息信號(hào)的天線、與天線的饋送點(diǎn)耦合而且有第一端口和第二端口的直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器(直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器是為了接收來(lái)自天線的信息信號(hào)并且拆分該信息信號(hào)以便在第一端口提供第一分量信號(hào)和在第二端口提供第二分量信號(hào)而構(gòu)成的，第二分量信號(hào)是與第一分量信號(hào)正交地極化的)、和與直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第一和第二端口耦合而且適合接收第一和第二分量信號(hào)的相位補(bǔ)償裝置，相位補(bǔ)償裝置是為了補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙至啃盘?hào)之間的任何相位不平衡使第一分量信號(hào)與第二分量信號(hào)相位匹配而構(gòu)成的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明系統(tǒng)的上述的和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)從下面關(guān)于各種可仿效的實(shí)施方案的非限制性的描述和從用相似的參考字符在不同的視圖中處處表示相似的要素的附圖將變得明顯。


圖1A和1B是包括安裝在運(yùn)載工具上的子系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖2是依照本發(fā)明的某些方面的通信子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖；圖3是包括依照本發(fā)明的天線陣的可安裝的子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖4是依照本發(fā)明的天線陣和饋送網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施方案的俯視圖。
圖5是形成圖4的天線陣的部分號(hào)角天線的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；圖6A是依照本發(fā)明的介質(zhì)透鏡的一個(gè)實(shí)施方案的等角圖；圖6B是圖6A的介質(zhì)透鏡的俯視圖；圖6C是圖6B的介質(zhì)透鏡的側(cè)視圖；圖6D是圖6C的介質(zhì)透鏡沿著圖6C中的直線D-D截取的截面圖7是依照本發(fā)明包括似準(zhǔn)菲涅爾特征的介質(zhì)透鏡的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖；圖8是依照本發(fā)明包括內(nèi)階梯準(zhǔn)菲涅爾特征的帶溝槽的介質(zhì)透鏡的另一個(gè)實(shí)施方案的截面圖；圖9是傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡的示意圖；圖10是依照本發(fā)明的內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡的示意圖；圖11舉例說(shuō)明依照本發(fā)明的介質(zhì)透鏡的另一個(gè)實(shí)施方案；圖12是依照本發(fā)明的天線陣的一個(gè)實(shí)施方案的正視圖；圖13是依照本發(fā)明在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓之內(nèi)展示的天線陣的另一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)視圖；圖14舉例說(shuō)明依照本發(fā)明的介質(zhì)透鏡的一部分；圖15是舉例說(shuō)明依照本發(fā)明的波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)實(shí)例的天線陣的一個(gè)實(shí)施方案的后視圖；圖16是依照本發(fā)明的直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施方案的描寫(xiě)；圖17是依照本發(fā)明可能與饋送網(wǎng)絡(luò)一起使用的介質(zhì)插入物的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖18是依照本發(fā)明把兩個(gè)OMT合并的饋送結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案的圖解表達(dá)；
圖19是依照本發(fā)明舉例說(shuō)明排泄孔位置的一個(gè)實(shí)例的饋送網(wǎng)絡(luò)的描寫(xiě)；圖20是依照本發(fā)明的萬(wàn)向節(jié)組件的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖；圖21是依照本發(fā)明的偏振變頻單元的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖；圖22是依照本發(fā)明的向下變頻單元的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖；而圖23是依照本發(fā)明的向下變頻單元的第二實(shí)施方案的功能方框圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述在此描述的通信系統(tǒng)包括用來(lái)發(fā)射和接收能與運(yùn)載工具相關(guān)聯(lián)的信息信號(hào)的子系統(tǒng)，以致眾多這樣配置的運(yùn)載工具形成信息網(wǎng)絡(luò)，例如，在信息來(lái)源和目的地之間。每個(gè)子系統(tǒng)可以但不必與運(yùn)載工具耦合，而且每個(gè)運(yùn)載工具可以接收感興趣的信號(hào)。在一些實(shí)例中，運(yùn)載工具可以是載客運(yùn)載工具而且可以將收到的信號(hào)呈現(xiàn)給與運(yùn)載工具相關(guān)聯(lián)的乘客。在某些情況下，這些運(yùn)載工具可以在路上(即，運(yùn)載工具可以沿著它移動(dòng)的預(yù)定的、現(xiàn)有的和強(qiáng)制的路線，例如，道路，飛行軌跡或船舶航線)而且可以在相似的或不同的方向上移動(dòng)。運(yùn)載工具可以是能夠在陸地上、在空中、在太空中、或在水上或水下移動(dòng)的任何類(lèi)型的運(yùn)載工具。這樣的運(yùn)載工具的一些特定實(shí)例包括但不限于火車(chē)、機(jī)動(dòng)軌道車(chē)、船只、航空器、汽車(chē)、摩托車(chē)、卡車(chē)、牽引拖車(chē)、公共汽車(chē)、警用運(yùn)載工具、應(yīng)急運(yùn)載工具、火警運(yùn)載工具、工程運(yùn)載工具、船舶、潛水艇、駁船，等等。
人們將領(lǐng)會(huì)到本發(fā)明在其應(yīng)用方面不局限于在下面的描述中陳述的或用附圖舉例說(shuō)明的部件的構(gòu)造和安排的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠有其它的實(shí)施方案和以各種不同的方式實(shí)踐或?qū)崿F(xiàn)。另外，在此使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，不應(yīng)該被認(rèn)作是限制?！鞍ā?、“組成”或“有”、“包含”、“涉及”以及它們?cè)诖说淖兓氖褂靡馕吨依ㄆ浜罅谐龅捻斈亢推渫任镆约案郊拥捻?xiàng)目。除此之外，就這份說(shuō)明書(shū)的目的而言，術(shù)語(yǔ)“天線”指的是單一的天線要素，例如，單一的號(hào)角天線、臨時(shí)天線(patchantenna)、偶極天線，碟形天線或其它類(lèi)型的天線，而術(shù)語(yǔ)“天線陣”指的是耦合在一起而且包括為把電磁波信號(hào)提供給天線并且接收來(lái)自天線的電磁波信號(hào)而設(shè)計(jì)的饋送網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)天線。
參照?qǐng)D1A和1B，舉例說(shuō)明依照兩個(gè)包括可以安裝在運(yùn)載工具52上的可安裝的子系統(tǒng)50的相應(yīng)的實(shí)施方案的通信系統(tǒng)的可仿效部分。人們將領(lǐng)會(huì)到雖然運(yùn)載工具52是作為圖1A中的汽車(chē)和圖1B中的航空器舉例說(shuō)明的，但是運(yùn)載工具如同在上面討論的那樣可以是任何類(lèi)型的運(yùn)載工具。此外，運(yùn)載工具52可以沿著路53移動(dòng)?？砂惭b的子系統(tǒng)50如同下面更詳細(xì)地討論的那樣可以包括適合接收來(lái)自信息來(lái)源56的感興趣的信息信號(hào)54的天線。信息來(lái)源56可以是像這樣的另一個(gè)運(yùn)載工具、衛(wèi)星、固定不動(dòng)的平臺(tái)(例如，基站、塔或廣播電臺(tái))、或任何其它類(lèi)型的信息來(lái)源。信息信號(hào)54可以是任何的通信信號(hào)，包括但不限于電視信號(hào)、(數(shù)字地或以別的方式)編碼的維護(hù)信號(hào)、位置信息或其它信息、語(yǔ)音或聲音的傳輸，等等?？砂惭b的子系統(tǒng)50可以被放置在運(yùn)載工具52上任何方便的地方。例如，可安裝的子系統(tǒng)50可以被安裝在汽車(chē)的車(chē)頂(如圖1A所示)或航空器的表面上，例如，在機(jī)身的上表面或下表面上(如圖1B所示)或在機(jī)頭或機(jī)翼上。作為替代，可安裝的子系統(tǒng)50可以被放置在或部份地放置在運(yùn)載工具52之內(nèi)，例如，在汽車(chē)的車(chē)箱之內(nèi)，或在航空器的機(jī)尾或尾翼之上、之內(nèi)或部分地在航空器的機(jī)尾或尾翼之內(nèi)。
可安裝的子系統(tǒng)50可以包括有利于把可安裝的單元50安裝到運(yùn)載工具52上的安裝托架58。依照一個(gè)實(shí)施方案，可安裝的單元可以是可按仰角和方位之一或兩者移動(dòng)的，以利于從眾多位置和取向與信息來(lái)源56通信。例如，在這個(gè)實(shí)施方案中，安裝托架58可以包括作為分立的零配件或整體組件的旋轉(zhuǎn)接頭和滑環(huán)57，以允許射頻(RF)信號(hào)、功率信號(hào)和控制信號(hào)經(jīng)由電纜在運(yùn)載工具52的活動(dòng)的可安裝子系統(tǒng)50和靜止的主機(jī)平臺(tái)之間傳播。旋轉(zhuǎn)接頭和滑環(huán)的組合57或熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人已知的其它裝置可以使可安裝的子系統(tǒng)50能夠在方位方面相對(duì)于主機(jī)運(yùn)載工具52按方向60或62(見(jiàn)圖1A)連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，借此使可安裝的子系統(tǒng)能夠在與方位馬達(dá)結(jié)合起來(lái)使用的時(shí)候提供連續(xù)的半球形的或比較大的覆蓋范圍。沒(méi)有旋轉(zhuǎn)接頭或類(lèi)似的裝置，可安裝的子系統(tǒng)50將不得不一直移動(dòng)直到它到達(dá)停止位置，然后再一次往回移動(dòng)以使電纜不相互纏繞。
安裝托架58可以考慮到在也刺穿運(yùn)載工具的表面的時(shí)候容易安裝和拆卸可安裝的子系統(tǒng)50以允許電纜在天線系統(tǒng)和運(yùn)載工具內(nèi)部之間移動(dòng)。因此，諸如信息、控制和功率信號(hào)之類(lèi)的信號(hào)可以在可安裝的子系統(tǒng)50和諸如顯示器或揚(yáng)聲器之類(lèi)位于運(yùn)載工具之內(nèi)供乘客訪問(wèn)的裝置之間來(lái)回提供。
參照?qǐng)D1B，可安裝的子系統(tǒng)50可以與諸如座椅靠背顯示單元64、連帶的耳機(jī)和為每位乘客提供信道選擇能力的選擇面板之類(lèi)的眾多乘客接口耦合。作為替代，視頻也可以通過(guò)定期地放置在航空器的乘客區(qū)域中的眾多熒屏分配給所有的乘客供他們共享。進(jìn)而，系統(tǒng)也可以包括可以位于例如供例如在商業(yè)定期航線上控制全部系統(tǒng)的空中侍者使用的座艙區(qū)域中的系統(tǒng)控制/顯示站66，以致除了維護(hù)和修理之外不需要人類(lèi)與可安裝的子系統(tǒng)50直接相互作用。通信系統(tǒng)也可以包括可以位于例如航空器的貨艙區(qū)域中的衛(wèi)星接收器(未示出)。因此，可安裝的子系統(tǒng)50可以作為在諸如圖1A的汽車(chē)和圖IB的航空器之類(lèi)移動(dòng)的運(yùn)載工具上的衛(wèi)星視頻接收系統(tǒng)的前端使用。衛(wèi)星視頻接收系統(tǒng)能用來(lái)把諸如新聞、天氣、體育、網(wǎng)絡(luò)節(jié)目、電影之類(lèi)實(shí)況轉(zhuǎn)播提供給在運(yùn)載工具之內(nèi)的若干乘客。
依照在圖2的功能方框圖中舉例說(shuō)明的一個(gè)實(shí)施方案中，通信系統(tǒng)可以包括與第二單元68耦合的可安裝的子系統(tǒng)50。在一個(gè)實(shí)例中，可安裝的子系統(tǒng)50可以安裝在運(yùn)載工具外面而且可以被天線罩(未示出)覆蓋，或部份地覆蓋。天線罩可以為可安裝的子系統(tǒng)50提供環(huán)境保護(hù)，和/或可以在運(yùn)載工具移動(dòng)的時(shí)候用來(lái)減少可安裝的子系統(tǒng)50所產(chǎn)生的拖曳力。對(duì)于可安裝的子系統(tǒng)50發(fā)射和/或接收的射頻(RF)信號(hào)，天線罩是可傳送的。依照一個(gè)實(shí)例，天線罩可以用熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人已知的材料制成，包括但不限于諸如石英或玻璃之類(lèi)的層壓纖維板和諸如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、氰酸酯或雙馬來(lái)酰胺(bismaleamide)之類(lèi)的樹(shù)脂。這些或其它的材料可以與蜂巢結(jié)構(gòu)或泡沫材料結(jié)合起來(lái)使用以形成高度可傳送的重量輕的天線罩構(gòu)造。
再一次參照?qǐng)D2，在一個(gè)實(shí)施方案中，可安裝的子系統(tǒng)50可以包括天線組件100，后者可以包括天線陣102和偏振變頻單元(PCU)200。在通信系統(tǒng)的接收模式中，天線陣102可以適合接收從信息來(lái)源56(圖1A和1B)入射的輻射，而且可以把收到的入射電磁輻射轉(zhuǎn)換成兩個(gè)正交的電磁波分量。從這兩個(gè)正交的電磁波分量，PCU可以無(wú)論信號(hào)的偏振狀態(tài)是垂直偏振、水平偏振、右旋圓偏振(RHC)、左旋圓偏振還是從0°到360°的斜偏振都再生從來(lái)源發(fā)射的信息，而且在線路106上提供射頻信號(hào)。部分的或完全的PCU 200可以是天線陣的饋送網(wǎng)絡(luò)的一部分，或可以包括天線陣的饋送網(wǎng)絡(luò)，或可以附著到天線陣的饋送網(wǎng)絡(luò)上。PCU 200可以接收線路106上的信號(hào)，而且在線路106上提供一組不是線性偏振(垂直和水平)的就是圓偏振(右旋和左旋)的信號(hào)。因此，天線陣102和PCU 200為子系統(tǒng)提供射頻接口，而且可以為該系統(tǒng)提供至少一些增益和相位匹配。在一個(gè)實(shí)施方案中，PCU可以取消對(duì)系統(tǒng)的其它射頻電子器件的相位匹配的需要。包括天線陣102和PCU 200的天線組件100將在下文中予以更詳細(xì)的討論。
如圖2所示，可安裝的子系統(tǒng)50還可以包括與PCU 200耦合的萬(wàn)向節(jié)組件300。萬(wàn)向節(jié)組件300可以把控制信號(hào)(例如，在線路322上)提供給PCU 200以完成偏振和/或歪斜控制。萬(wàn)向節(jié)組件300還可以在方位和仰角方面提供在某個(gè)角度范圍內(nèi)移動(dòng)天線陣102的控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)波束控制和信號(hào)跟蹤。萬(wàn)向節(jié)組件300將在下文中予以更詳細(xì)的描述。
依照實(shí)施方案，可安裝的子系統(tǒng)50可以進(jìn)一步包括向下變頻單元(DCU)400，后者可以接收在線路74上來(lái)自萬(wàn)向節(jié)組件300的功率。DCU 400，可以接收在線路106上來(lái)自天線組件100的輸入信號(hào)(例如，線性偏振或圓偏振的信號(hào))，而且可以在線路76上以比在線路106上收到輸入信號(hào)頻率低的頻率提供輸出信號(hào)，例如，線性偏振或圓偏振的信號(hào)。DCU 400將在下文中予以更詳細(xì)的描述。
依照一個(gè)實(shí)施方案，可安裝的子系統(tǒng)50可以與可能位于運(yùn)載工具52之內(nèi)的第二單元68耦合，例如，借助通過(guò)安裝托架(58，圖1A和1B)伸出電纜。在一個(gè)實(shí)例中，第二單元68可以適合把天線組件100收到的信號(hào)提供給與運(yùn)載工具相關(guān)聯(lián)的乘客。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二單元68可以包括第二向下變頻單元(DCU-2)500。DCU-2 500可以接收在線路76上來(lái)自DCU 400的輸入信號(hào)而且可以將這些信號(hào)向下變頻以便在線路78上提供較低頻率的輸出信號(hào)。如同下面將更詳細(xì)地描述的那樣，DCU-2 500可以包括控制器502。第二單元68可以進(jìn)一步包括可以把控制信號(hào)(例如，在RS-422或RS-232線路82上)提供給萬(wàn)向節(jié)組件300并且可以把操作功率(例如，在線路34上)提供給萬(wàn)向節(jié)組件300的附加的控制和功率電子電路80。第二單元68也可以包括任何必要的顯示或輸出設(shè)備(見(jiàn)圖1b)以便把來(lái)自DCU-2 500的輸出信號(hào)呈現(xiàn)給與運(yùn)載工具相關(guān)聯(lián)的乘客。例如，運(yùn)載工具52(圖1B)可以是航空器，而且第二單元68可以包括或與座椅靠背顯示器64耦合(見(jiàn)圖1B)以便把諸如數(shù)據(jù)信號(hào)、視頻信號(hào)、移動(dòng)電話信號(hào)或衛(wèi)星電視信號(hào)之類(lèi)的信號(hào)提供給乘客，以及可以包括耳機(jī)插座或其它的聲音輸出以便把聲頻信號(hào)提供給乘客。包括DCU-2500的第二單元68將在下文中予以更詳細(xì)的描述。
參照?qǐng)D3，用透視圖舉例說(shuō)明包括天線陣102的一個(gè)實(shí)例的可安裝的子系統(tǒng)50的一個(gè)實(shí)施方案。在舉例說(shuō)明的實(shí)例中，天線陣102包括與饋送網(wǎng)絡(luò)112耦合的四個(gè)圓形號(hào)角天線110的陣列。然而，人們將領(lǐng)會(huì)到天線102可以包括若干天線要素，每個(gè)都可以是任何適當(dāng)類(lèi)型的天線。例如，替代天線陣可能包括有適當(dāng)?shù)酿佀徒Y(jié)構(gòu)的2×4或1×8配置的八個(gè)矩形號(hào)角天線。雖然在一些應(yīng)用中天線要素是有寬的帶寬的天線(例如，號(hào)角天線)可能是有利的，但是，本發(fā)明不局限于號(hào)角天線而且任何適當(dāng)?shù)奶炀€都可以使用。人們將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，雖然舉例說(shuō)明的實(shí)例是線性，圓形號(hào)角天線110的1×4陣列，但是本發(fā)明不局限于此，而且天線陣102可以改為包括天線要素的二維陣列，例如，形成2×8陣列的兩列八個(gè)天線。雖然下面的討論將主要涉及圓形號(hào)角天線110的1×4陣列的實(shí)例，但是人們將會(huì)理解討論同樣適用于其它類(lèi)型和尺寸的陣列，其修改對(duì)于熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人可能是顯而易見(jiàn)的。
參照?qǐng)D4，用側(cè)視圖舉例說(shuō)明圖3的天線陣102，它包括四個(gè)圓形號(hào)角天線100，每個(gè)都與饋送網(wǎng)絡(luò)112耦合。圓形號(hào)角天線的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是具有與對(duì)應(yīng)的矩形號(hào)角天線相同的孔面積的圓形號(hào)角天線占用比矩形號(hào)角天線少的空間。所以，在關(guān)鍵是空間需求的應(yīng)用中使用圓形號(hào)角天線可能是有利的。在舉例說(shuō)明的實(shí)施方案中，饋送網(wǎng)絡(luò)112是波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)。波導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)是其耗損通常小于其它的傳輸介質(zhì)，例如，電纜或微波傳輸帶。所以，在希望減少或使與天線陣102相關(guān)聯(lián)的損耗最小的應(yīng)用中使用波導(dǎo)作為饋送網(wǎng)絡(luò)112可能是有利的。饋送網(wǎng)絡(luò)112將在下文中予以更詳細(xì)的描述。此外，在舉例說(shuō)明的實(shí)例中，每個(gè)天線110都與對(duì)應(yīng)的介質(zhì)透鏡114耦合。介質(zhì)透鏡可以用來(lái)聚焦入射到天線110上或從天線110發(fā)射的輻射和提高天線110的增益，在下文中將更詳細(xì)地討論。
一般地說(shuō)，每個(gè)號(hào)角天線110可以接收通過(guò)天線110的側(cè)面定義的孔116入射的電磁輻射，如圖5所示。天線110可以把收到的輻射聚焦到使天線110與饋送網(wǎng)絡(luò)112耦合的饋送點(diǎn)120。人們將領(lǐng)會(huì)到盡管在本文中天線陣將是主要根據(jù)接收來(lái)自信息來(lái)源的入射輻射進(jìn)一步討論的，但是天線陣也可以按發(fā)射模式操作，在該模式中饋送網(wǎng)絡(luò)112經(jīng)由對(duì)應(yīng)的饋送點(diǎn)120把信號(hào)提供給每個(gè)天線110，而且天線110發(fā)射信號(hào)。
依照一個(gè)實(shí)施方案，天線組件100可以安裝在運(yùn)載工具52上(如圖1A和1B所示)。在這種應(yīng)用中，當(dāng)，減少天線組件100的高度使在運(yùn)載工具移動(dòng)的時(shí)候拖曳最小并因此使用低輪廓的天線可能是符合要求的。所以，在一個(gè)實(shí)例中，號(hào)角天線110可以是為了在保持號(hào)角天線110的高度124比較小的同時(shí)具有比較寬的內(nèi)角122提供大的孔面積而構(gòu)成的。例如，依照一個(gè)實(shí)施方案，天線陣可以包括四個(gè)號(hào)角天線110(如圖5所示)的陣列，每個(gè)號(hào)角天線110有直徑126大約為7英寸的孔116和大約3.6英寸的高度124。在另一個(gè)實(shí)例中，天線組件100可以安裝在，例如，航空器的尾部。在這種情況下，天線有增加的高度(例如，達(dá)到大約12英寸)是可能的。在這種情況下，較大的天線可以有值得注目地比較高的增益，所以使用要素?cái)?shù)目少于短號(hào)角天線陣列的天線陣是可能的。
如上所述，因?yàn)殛P(guān)于天線陣的高度和/或空間限制，在一些應(yīng)用中使用低高度、寬孔徑的號(hào)角天線110可能是符合要求的。然而，這樣的號(hào)角天線可以具有比預(yù)想的低的增益，因?yàn)?，如圖5所示，在號(hào)角孔116上垂直入射的第一信號(hào)128和沿著天線的邊緣入射的第二信號(hào)130之間可能存在明顯的路徑長(zhǎng)度差異。這個(gè)路徑長(zhǎng)度差異可能導(dǎo)致第一和第二信號(hào)128、130之間明顯的相差。所以，依照一個(gè)實(shí)施方案，為了使相位和路徑長(zhǎng)度相匹配，借此提高天線陣102的增益，使介質(zhì)透鏡114與號(hào)角天線110耦合(如圖4所示)可能是符合要求的。
依照一個(gè)實(shí)施方案，介質(zhì)透鏡114可以平凸透鏡，它們可以安裝在號(hào)角天線孔的上方和/或部份地安裝在號(hào)角天線孔之內(nèi)，如圖4所示。就這份說(shuō)明書(shū)的目的而言，平凸透鏡被定義為有一個(gè)實(shí)質(zhì)上平坦的表面和對(duì)置的凸面表面的透鏡。介質(zhì)透鏡114可以依照已知的光學(xué)原理(包括，例如，依照Snell定律的繞射)成形，所以透鏡可以把入射的輻射聚焦到號(hào)角天線100的饋送點(diǎn)120。參照?qǐng)D4和5，人們能看到介質(zhì)透鏡114的凸面形狀導(dǎo)致與號(hào)角的邊緣相比介電材料在號(hào)角孔中心上方呈現(xiàn)比較大的垂直深度。因此，諸如第一信號(hào)128(圖5)之類(lèi)垂直入射的信號(hào)與沿著號(hào)角天線110的邊緣118入射的第二信號(hào)130相比可能穿過(guò)更多的介電材料。因?yàn)殡姶挪ㄐ盘?hào)通過(guò)介電材料傳播比通過(guò)空氣傳播更慢，因此介質(zhì)透鏡114的形狀可以用來(lái)使第一和第二信號(hào)128、130的電路徑長(zhǎng)度相等。通過(guò)減少?gòu)牟煌慕嵌热肷涞教?hào)角天線110上的信號(hào)之間的相位失配，介質(zhì)透鏡114可以用來(lái)增加號(hào)角天線110的增益。
參照?qǐng)D6A-D，用不同的視圖舉例說(shuō)明依照本發(fā)明的介質(zhì)透鏡114的一個(gè)實(shí)施方案。在舉例說(shuō)明的實(shí)例中，介質(zhì)透鏡114是平凸透鏡。透鏡簡(jiǎn)單的平凸形狀可以提供焦點(diǎn)，同時(shí)也提供緊湊的透鏡天線組合。然而，人們將領(lǐng)會(huì)到介質(zhì)透鏡114可以具有需要的任何形狀，而不局限于平凸透鏡。
依照一個(gè)實(shí)施方案，透鏡可以是用介電材料構(gòu)成的而且可以有在其中形成的阻抗匹配同心溝槽，如圖6A-D所示。透鏡的介電材料可以至少部份地根據(jù)材料的已知的介電常數(shù)和損耗因數(shù)值選定。例如，在許多應(yīng)用中減少或使可安裝的子系統(tǒng)中的損耗最小可能是符合要求的，并因此選擇損耗因數(shù)低的透鏡材料可能是符合要求的。關(guān)于天線陣的尺寸和重量限制可以至少部份地確定材料的介電常數(shù)的范圍，因?yàn)椋话愕卣f(shuō)，材料的介電常數(shù)越低，透鏡就可能越大。
例如，透鏡的外表面可能是通過(guò)銑削一塊實(shí)心的透鏡材料并借此形成平凸透鏡形成的。如同前面的討論，依照一個(gè)實(shí)例，透鏡的外表面可以包括圍繞著透鏡的中心線形成眾多同心環(huán)的眾多溝槽132。溝槽有助于改善透鏡對(duì)周?chē)諝獾淖杩蛊ヅ洌⒔璐藴p少接收信號(hào)的反射成份，從而進(jìn)一步提高天線-透鏡效率。在一個(gè)實(shí)例中，總數(shù)可能要么是偶數(shù)要么是奇數(shù)的同心溝槽132可能是等間隔的，而且可能很容易使用標(biāo)準(zhǔn)的銑削技術(shù)和實(shí)踐在透鏡材料上機(jī)械加工。在一個(gè)實(shí)例中，溝槽可以是這樣機(jī)械加工的，以致它們有便于機(jī)械加工的實(shí)質(zhì)上同一的寬度。
同心溝槽132可能有利于介質(zhì)透鏡114對(duì)周?chē)諝獾淖杩蛊ヅ?。這可以減少入射輻射不必要的從透鏡表面反射。反射通常可能起因于空氣介質(zhì)和透鏡介質(zhì)之間的阻抗失配。在干燥的空氣中，自由空間(或干燥空氣)的特性阻抗是已知的，大約為377歐姆。對(duì)于透鏡材料，特性阻抗與透鏡材料的介電常數(shù)的平方根成反比。因此，一般地說(shuō)，透鏡材料的介電常數(shù)越高，透鏡和空氣之間的阻抗失配就越大。在一些應(yīng)用中，為了減少透鏡的尺寸和重量，用介電常數(shù)較高的材料制作透鏡可能是符合要求的。然而，起因于透鏡和空氣之間的阻抗失配的反射可能是不受歡迎的。
透鏡材料的介電常數(shù)是給定介電材料的特征量，有時(shí)被稱(chēng)為相對(duì)介電常數(shù)。一般地說(shuō)，介電常數(shù)是復(fù)數(shù)，包含代表材料的反射表面特性的實(shí)部，也被稱(chēng)為菲涅爾反射系數(shù)，和代表材料的無(wú)線電吸收特性的虛部。比較靠近透鏡材料的介電常數(shù)相對(duì)于空氣越接近，收到的通信信號(hào)中被反射部分的百分比就越低。
反射信號(hào)的大小可以借助諸如在透鏡材料上機(jī)械加工的同心環(huán)之類(lèi)的阻抗匹配特征的出現(xiàn)被大幅度減少。在有溝槽132的情況下，在透鏡材料表面反射的信號(hào)可以依照下面的公式1作為ηn(在每個(gè)邊界的折射率)的函數(shù)被減少(η2-η1)/(η2+η1) (1)反射信號(hào)的進(jìn)一步減少可以這樣獲得，即通過(guò)優(yōu)化溝槽的深度使直接信號(hào)和內(nèi)部反射信號(hào)建設(shè)性地相加。
參照?qǐng)D6D，每個(gè)同心溝槽132可以在溝槽的最大深度有凹表面特征，在那里溝槽可以向透鏡結(jié)構(gòu)內(nèi)部的暗點(diǎn)134逐漸變小。同心溝槽可以使用通常的銑削或車(chē)削操作在透鏡上形成，例如，為了便于機(jī)械加工，每個(gè)溝槽都平行于透鏡的中心線。換句話說(shuō)，每個(gè)溝槽都可以被制成在透鏡面上彼此平行的溝槽。因此，當(dāng)同心溝槽的寬度和角度可以保持恒定不變的時(shí)候，每個(gè)同心溝槽的銑削深度可以如圖6D所示逐漸增加，同心溝槽位置離凸面透鏡的頂點(diǎn)或中心越遠(yuǎn)就越深。在一個(gè)實(shí)例中，溝槽通?？梢杂写蠹s十分之一波長(zhǎng)(在工作頻率范圍的中心)或更少的寬度138。就溝槽材料的介電常數(shù)而言，溝槽深度可以是大約四分之一波長(zhǎng)。溝槽材料的百分比是用下面的公式2確定的(η-η1/2)/(η-1)(2)其中η是透鏡介電材料的折射率。
透鏡和在透鏡表面中形成的溝槽的尺寸可以取決于介質(zhì)透鏡114的預(yù)期工作頻率。在一個(gè)特定的實(shí)例中，為在Ku頻帶(10.70-12.75GHz)中使用設(shè)計(jì)的介質(zhì)透鏡114可以有大約2.575英寸的高度136和有大約7.020英寸的直徑138。在這個(gè)實(shí)例中，溝槽132可以有大約0.094英寸的寬度138而在每個(gè)溝槽的底部形成的凹陷134可以有大約0.047英寸的半徑。如圖6D所示，在這個(gè)實(shí)例中，透鏡114可以擁有總共十九個(gè)同心溝槽。在一個(gè)實(shí)例中，溝槽可以在中心線附近刺入表面大約四分之一波長(zhǎng)深而且可以被有規(guī)則地隔開(kāi)以維持直接信號(hào)和內(nèi)部反射信號(hào)的相干求和，從而隨著溝槽接近透鏡的周線連續(xù)地變得更深。依照一個(gè)特定的實(shí)例，最靠近中心的同心溝槽可以有，例如，0.200英寸的深度，而最外面的溝槽可以有，例如，0.248英寸的深度。溝槽可以從透鏡中心開(kāi)始以大約0.168英寸的間隙被等間隔地隔開(kāi)。當(dāng)然，人們將領(lǐng)會(huì)到前面討論的特定尺寸是為了舉例說(shuō)明和解釋給出的一個(gè)實(shí)例，而本發(fā)明在溝槽的尺寸和數(shù)目方面不受限制。雖然舉例說(shuō)明的實(shí)例包括十九個(gè)溝槽，但是介質(zhì)透鏡114可以形成比19個(gè)多或少的溝槽，而溝槽的深度也可以與透鏡的直徑成比例，而且可以以介質(zhì)透鏡的工作頻率為基礎(chǔ)。
介質(zhì)透鏡上傳統(tǒng)的阻抗匹配特征可能需要插入大量的有規(guī)則地隔開(kāi)的孔，例如，每個(gè)間隔二分之一波長(zhǎng)。例如，對(duì)于7英寸直徑的透鏡，沿著半徑用的0.34英寸的孔間距隔開(kāi)0.34英寸的孔的數(shù)量是337，然而依照本發(fā)明帶溝槽的介質(zhì)透鏡可能只包括19個(gè)溝槽。因此，本發(fā)明可以消除形成數(shù)百個(gè)孔的需要，而且可以減少透鏡的設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性。
人們將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，盡管溝槽132已被舉例為同心的，然而作為替代它們也可以以數(shù)列平行溝槽的形式或作為像螺旋線那樣的連續(xù)溝槽來(lái)體現(xiàn)。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，依照本發(fā)明某些方面的平凸透鏡可以包括在透鏡的凸面表面和平面表面兩者上形成的阻抗匹配溝槽132、140，如圖6D所示。參照?qǐng)D6C，依照一個(gè)實(shí)例，平面一側(cè)142可以在透鏡凸面一側(cè)的對(duì)面形成。平面一側(cè)142的寬度可以相對(duì)于透鏡的總直徑被減少，例如，通過(guò)銑削。減少平面一側(cè)142的寬度是為了把透鏡部份地插入號(hào)角天線。依照一個(gè)特定的實(shí)例，介質(zhì)透鏡114可以有大約3.500英寸的半徑。在透鏡結(jié)構(gòu)的非凸面一側(cè)上距其中心大約3.100英寸的半徑外面，形成平面一側(cè)142，以便把透鏡的總寬度減少大約0.100英寸，如圖6C所示。因此，透鏡平面一側(cè)最外面的大約0.400英寸長(zhǎng)、0.100英寸寬的邊緣部分被除去。例如，同心溝槽140可以是在透鏡的平面表面142之中從平面一側(cè)最靠近中心的點(diǎn)到3.100英寸的半徑銑削出來(lái)的，類(lèi)似于在透鏡結(jié)構(gòu)的凸面的或?qū)χ玫囊粋?cè)上銑削的溝槽132。
在圖6D舉例說(shuō)明的一個(gè)實(shí)例中，內(nèi)部的同心溝槽140可以是均勻一致的，有恒定不變的寬度144，例如0.094英寸，和恒定不變的深度146，例如0.200英寸。然而，人們將會(huì)理解溝槽不需要是均勻一致的而且可以有變化的寬度和深度，取決于預(yù)期的透鏡特性。不同于外部溝槽132，內(nèi)部溝槽140的每個(gè)溝槽的深度方面可以不根據(jù)離透鏡中心的遠(yuǎn)近改變。在一個(gè)實(shí)例中，內(nèi)部溝槽140的半尖峰高度延伸超過(guò)透鏡平面底部的外部0.400英寸，而每個(gè)銑削溝槽的半槽谷或凹槽較遠(yuǎn)地延伸進(jìn)透鏡超過(guò)透鏡平面底部的最外部0.400英寸。人們將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，本發(fā)明不局限于本文討論的實(shí)例的特定尺寸，這些實(shí)例僅僅是為了舉例說(shuō)明和解釋?zhuān)也粌A向于作為限制。
再一次參照?qǐng)D6D，當(dāng)同心溝槽132在透鏡114的凸面一側(cè)形成的時(shí)候，原本平滑的透鏡表面變成高度不同的同心立體環(huán)。這些環(huán)有峰和谷。峰可以是鋸齒形的，給出凸面形狀的整體曲線，而谷可以有終結(jié)它們的圓形的谷底或底部134，如同前面討論的那樣。如圖6D所示，從透鏡中心移開(kāi)的每個(gè)圓的同心溝槽由于透鏡外表面的一般曲線擁有比早先的(更居中的)溝槽更像三角形的尖峰。然而，透鏡平面一側(cè)上的內(nèi)部溝槽140可以有更規(guī)則的峰和谷。
依照舉例說(shuō)明的實(shí)施方案，透鏡凸面一側(cè)的同心溝槽132可能不完美地與透鏡平面一側(cè)的同心溝槽140對(duì)齊，而是可能如圖6D所示被偏移。例如，在透鏡的外部凸面上的每個(gè)尖峰可以與內(nèi)部平面一側(cè)的凹槽或谷對(duì)齊。反之，在透鏡的內(nèi)部上的每個(gè)尖峰可以被銑削到透鏡的外部之中的凹槽偏移。舉例說(shuō)明的在透鏡的平面一側(cè)和凸面一側(cè)上都有溝槽的實(shí)例可以把反射的射頻能量減少大約0.23分貝，大約為被同樣尺寸和材料的無(wú)溝槽透鏡反射的0.46分貝的一半。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，平凸介質(zhì)透鏡可以包括沿著凸面透鏡內(nèi)部面形成的單一區(qū)域菲涅爾表面特征。在與(前面討論的)平凸透鏡的外部和內(nèi)部表面上的溝槽組合中，準(zhǔn)菲涅爾特征可以有助于大大減少透鏡材料的體積，借此降低透鏡的總重量。如同前面討論的那樣，透鏡的一種應(yīng)用是與安裝在飛機(jī)之類(lèi)的載客運(yùn)載工具上的天線組合，接受廣播衛(wèi)星服務(wù)。在這樣的應(yīng)用中，透鏡和天線的總重量可能是重要的設(shè)計(jì)考慮，較輕的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。透鏡的總重量可以通過(guò)把單一的準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域并入平凸透鏡的內(nèi)部平面表面被大幅度減少。
參照?qǐng)D7，平凸透鏡可以是這樣設(shè)計(jì)的，從在透鏡邊緣有小的(接近零)厚度開(kāi)始，厚度如同相位條件要求的那樣向透鏡中心線逐漸增加，即，以致所有的以不同的入射角通過(guò)透鏡的信號(hào)將近似同相位地到達(dá)天線的饋送點(diǎn)。為了滿足相位條件，透鏡邊緣的信號(hào)和透鏡內(nèi)部的信號(hào)之間的路徑長(zhǎng)度差可以等于工作頻率下的一個(gè)波長(zhǎng)。在這個(gè)點(diǎn)，介電材料厚度能被減少到最小的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，或幾乎為零，無(wú)需改變通過(guò)透鏡傳播的波前。然后，這個(gè)點(diǎn)可以形成與最初的平面表面142平行的另一個(gè)平面區(qū)域的外部邊界148，通過(guò)它光程長(zhǎng)度是一個(gè)波長(zhǎng)，少于通過(guò)最外面的區(qū)域的那些，如圖7所示。多重準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域的使用可以限制接收或發(fā)射信號(hào)的頻帶寬度，例如在10.7到12.75GHz頻帶中，因此只有一個(gè)大的準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域可能是優(yōu)選的。然而，人們將領(lǐng)會(huì)到在大的帶寬不重要的應(yīng)用中，依照本發(fā)明的介質(zhì)透鏡可以形成不止一個(gè)準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域，而且本發(fā)明不局限于只包括單一的準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域的透鏡。
依照?qǐng)D7舉例說(shuō)明的一個(gè)實(shí)施方案，準(zhǔn)菲涅爾特征150可以是在透鏡材料中“切割出來(lái)的”，在外形上近似為梯形而且從透鏡的平面表面142向透鏡的外部凸面表面152延伸。準(zhǔn)菲涅爾特征150可以提供大幅度的重量減少。例如，與聚苯乙烯材料制成的類(lèi)似大小的實(shí)心透鏡相比較，圖7舉例說(shuō)明的透鏡由于準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域中的材料被除去可以節(jié)約44％重量。吸收射頻能量的介電材料的減少還可以導(dǎo)致透鏡有較高的效率，因?yàn)檩^少的射頻能量可以在信號(hào)通過(guò)透鏡傳播的時(shí)候被吸收。例如，在與沒(méi)有單一的準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域的平凸透鏡相比較的時(shí)候，圖7描繪的透鏡可以吸收不足大約0.05分貝的能量。經(jīng)過(guò)透鏡信號(hào)的衰減可以依照下面的公式3計(jì)算α(dB/inch)=(losst)8.686π∈/λ---(3)]]>其中，α是以分貝/英寸為單位的衰減，“l(fā)osst”是材料的損耗因數(shù)，ε是材料的介電常數(shù)，而λ是信號(hào)的自由空間波長(zhǎng)。
參照?qǐng)D8，舉例說(shuō)明包括從透鏡相鄰的內(nèi)部平面表面156向里延伸形成的單一區(qū)域準(zhǔn)菲涅爾特征154的介質(zhì)透鏡的另一個(gè)實(shí)例。依照前面的討論，準(zhǔn)菲涅爾區(qū)域可以大大減少透鏡材料的體積，借此降低透鏡的總重量。這種用圖8舉例說(shuō)明的結(jié)構(gòu)也可以叫做內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡160。在一個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡160可以如圖所示有在其中形成的阻抗匹配溝槽。在一個(gè)實(shí)例中，透鏡160的外部凸面表面162可以如同前面討論的那樣有作為同心環(huán)形成的一個(gè)或多個(gè)阻抗匹配溝槽164。內(nèi)部的平面表面156同樣可以如同前面討論的那樣有在其中作為同心環(huán)形成的一個(gè)或多個(gè)溝槽166。依照一個(gè)實(shí)施方案，形成準(zhǔn)菲涅爾特征154的上邊界的上面的平面表面158也可以有在其中形成的一個(gè)或多個(gè)溝槽166，如圖8所示。這些溝槽可能有助于改善透鏡160的阻抗匹配和減少在凸面表面162、在準(zhǔn)菲涅爾表面158和再一次在其余的平面表面156的反射損耗，從而進(jìn)一步提高天線-透鏡效率。
傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡170是在圖9中舉例說(shuō)明的。如圖9所示，傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡把階梯部分172放在透鏡的外表面上(遠(yuǎn)離耦合的號(hào)角天線)，有固有的無(wú)效性。具體地說(shuō)，在傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡170的用區(qū)域174表示的某些部分上入射的輻射不指向透鏡的焦點(diǎn)176。相反，本發(fā)明的內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡160如圖10所示將在透鏡外表面的任何部分上入射的輻射178聚焦到透鏡的焦點(diǎn)。因此，本發(fā)明的內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡在與錐形的號(hào)角天線結(jié)合起來(lái)使用的時(shí)候可以是適合傳統(tǒng)的反射式碟形天線的比傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡有效的替代品。依照前面的討論，內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡與普通的平凸透鏡相比可以節(jié)約相當(dāng)多的重量。此外，內(nèi)階梯式菲涅爾透鏡就旋轉(zhuǎn)天線應(yīng)用而言與標(biāo)準(zhǔn)的菲涅爾透鏡相比不增加號(hào)角透鏡組合的“掃掠體積”。
參照?qǐng)D11，舉例說(shuō)明依照本發(fā)明的介質(zhì)透鏡161的另一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，介質(zhì)透鏡161把平凸形狀用于外圍的透鏡表面163，把雙凸透鏡形狀用于內(nèi)部的透鏡表面165。外圍表面163和內(nèi)部表面165每個(gè)都可以如同前面討論的那樣有在其中形成的一個(gè)或多個(gè)溝槽167。除此之外，介質(zhì)透鏡161可以如同前面討論的那樣為了減少透鏡161的重量有在其中形成的準(zhǔn)菲涅爾特征167。最適宜的折射平凸或雙凸結(jié)構(gòu)可以通過(guò)把決定性表面(例如，平面的、球面的、拋物面的或雙曲面的表面)用于透鏡161的一個(gè)側(cè)面和求解適合對(duì)置表面的點(diǎn)的軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)。在舉例說(shuō)明的實(shí)施方案中，雙凸部分165被設(shè)計(jì)成在透鏡的一側(cè)有球形表面，在另一側(cè)有優(yōu)化的軌跡。
依照前面的討論，介質(zhì)透鏡可以被設(shè)計(jì)成有重量、介電常數(shù)、損耗因數(shù)和橫跨大溫度范圍穩(wěn)定的折射率的最佳組合。透鏡將不會(huì)由于暴露在大的溫度范圍之中或在制造期間發(fā)生變形或翹曲，而且在暴露在潮濕環(huán)境之中的時(shí)候?qū)H僅吸收非常少量(例如，不足1％)的水分或水，以致任何吸收的水分將不會(huì)對(duì)透鏡的介電常數(shù)、損耗因數(shù)和折射率的組合產(chǎn)生不利的影響可能是符合要求的。此外，就供應(yīng)能力而言，透鏡容易制造可能是符合要求。除此之外，透鏡應(yīng)該能夠維持它的介電常數(shù)、損耗因數(shù)和折射率而且在化學(xué)上耐堿、醇、脂族烴和無(wú)機(jī)酸可能是符合要求的。
依照一個(gè)實(shí)施方案，介質(zhì)透鏡可以是使用某種形式的可加工的抗物理沖擊的聚苯乙烯構(gòu)成的，而且能在諸如-70°F的溫度條件下操作。在一個(gè)實(shí)例中，這種材料可以是叫做交聯(lián)聚苯乙烯的剛性形式的聚苯乙烯。高度交聯(lián)(例如，交聯(lián)20％以上)的聚苯乙烯可以被制成形狀不受溶劑影響而且有低的介電常數(shù)、低的損耗因數(shù)和低的折射率的高度剛性的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)例中，交聯(lián)聚合物聚苯乙烯可以有下述特性大約2.5的介電常數(shù)、小于0.0007的損耗因數(shù)、小于0.1％的水分吸收和低的塑性變形性質(zhì)。聚苯乙烯之類(lèi)的聚合物能在低介電耗損的情況下形成而且可以有非極性的或?qū)嵸|(zhì)上非極性的成份和有熱塑性聚合物成份和彈性體聚合物成份的熱塑彈性體。術(shù)語(yǔ)“非極性的”指的是沒(méi)有偶極的或其中偶極實(shí)質(zhì)上矢量平衡的單體單元。在這些聚合物材料中，介電性主要是電子偏振效應(yīng)的結(jié)果。例如，1％或2％二乙烯基苯和苯乙烯的混合物可以通過(guò)自由基反應(yīng)聚合，從而給出可以提供形成熱塑性聚合物成份的低損耗介質(zhì)材料的交聯(lián)聚合物。例如，聚苯乙烯可以由下述的極性的或非極性的單體單元組成苯乙烯，α-甲基苯乙烯、烯烴、鹵化烯烴、砜、聚氨酯、酯、酰胺、碳酸鹽、酰亞胺、丙烯腈以及它們的共聚物和混合物。諸如苯乙烯和α-甲基苯乙烯之類(lèi)的非極性單體單元、諸如丙烯和乙烯之類(lèi)的烯烴以及它們的共聚物和混合物也可以使用。熱塑性聚合物成份可以選自聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)和聚烯烴。
由交聯(lián)聚合物聚苯乙烯(例如，前面描述的那種)構(gòu)成的透鏡使用傳統(tǒng)的機(jī)械加工操作可以很容易制成，而且可以被磨到小于大約0.0002英寸的表面精度。交聯(lián)聚合物聚苯乙烯可以在溫度下降到-70°F以下之時(shí)維持它的介電常數(shù)在2％范圍內(nèi)，以及可以有耐堿、醇、脂族烴和無(wú)機(jī)酸的耐化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)例中，這樣形成的介質(zhì)透鏡可以包括前面討論過(guò)的帶溝槽的表面和內(nèi)階梯式準(zhǔn)菲涅爾特征。
在一個(gè)實(shí)例中，介質(zhì)透鏡可以是用低損耗的透鏡材料(它可以是交聯(lián)的聚苯乙烯)和熱固性樹(shù)脂(例如，用單體澆鑄的片材&棒材)的組合制成的。這樣的材料的一個(gè)實(shí)例被稱(chēng)為Rexolite。Rexolite是C-Lec Plastics，Inc.制造的獨(dú)特的交聯(lián)聚苯乙烯微波塑料。Rexolite用極低的耗散因數(shù)維持2.53到500GHz的介電常數(shù)。Rexolite在正常負(fù)載下不呈現(xiàn)永久變形或塑性流動(dòng)。所有的鑄件都可以是無(wú)應(yīng)力的，而且可以不需要在機(jī)械加工之前、之中或之后消除應(yīng)力。在一項(xiàng)測(cè)試期間，業(yè)已發(fā)現(xiàn)Rexolite在沸水中浸沒(méi)1000小時(shí)之后吸收少于0.08％的水分而且在介電常數(shù)方面沒(méi)有重大變化。用來(lái)機(jī)械加工Rexolite的工具配置可以類(lèi)似于用在丙烯酸樹(shù)脂上的那些。因此，Rexolite可以使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)機(jī)械加工。由于高度的耐冷塑加工性和固有的無(wú)應(yīng)力，Rexolite可以很容易被機(jī)械加工或激光束切割到非常精密的公差，例如，大約0.0001的精度能通過(guò)銑削獲得。通過(guò)使用銳利工具和在拋光期間避免過(guò)熱可以避免細(xì)裂紋。Rexolite在化學(xué)上是耐堿、醇、脂族烴和無(wú)機(jī)酸的。除此之外，Rexolite按體積計(jì)比丙烯酸樹(shù)脂輕大約5％而且比TFE(特氟隆)的一半重量少。
再一次參照?qǐng)D3和4，介質(zhì)透鏡114可以如同舉例說(shuō)明的那樣安裝到號(hào)角天線110上。依照?qǐng)D6A和6B舉例說(shuō)明的一個(gè)實(shí)施方案，透鏡114可以包括一個(gè)或多個(gè)可以從透鏡114的邊上突出而且可以用來(lái)使透鏡附著到另一個(gè)表面(例如，號(hào)角天線110(見(jiàn)圖3))上的聯(lián)接凸緣180。在一個(gè)實(shí)例中，透鏡可以包括三個(gè)凸緣180，它們可以按彼此相差90°角從透鏡邊緣伸出，以致在如圖6B所示從上到下透視看透鏡的時(shí)候一個(gè)凸緣位于四個(gè)象限中的三個(gè)象限之中。依照一個(gè)特定的實(shí)例，凸緣180可以從透鏡114的邊緣伸出大約0.413英寸而且可以有大約0.60英寸的寬度。如上所述，透鏡114可以有大約7.020英寸的直徑和大約3.510英寸的半徑。然而，當(dāng)按它從透鏡中心向外延伸的最大長(zhǎng)度測(cè)量每個(gè)凸緣時(shí)候，有凸緣180，透鏡114完整的半徑可以是大約3.9025英寸。因此，在一個(gè)實(shí)例中，凸緣180在它們的最大點(diǎn)可以從透鏡的邊緣伸出0.4025英寸。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，凸緣180可以均勻地逐漸變小，以致在凸緣180之間的中點(diǎn)182，沒(méi)有材料突出到透鏡的大約7.020英寸直徑之外，如圖6B所示。在一個(gè)實(shí)例中，一個(gè)或多個(gè)孔184可以在凸緣180中形成?？?84可以用來(lái)使透鏡114附著到諸如在圖12中展示的板186之類(lèi)的外表面上。在一個(gè)實(shí)例中，每個(gè)孔都可以有大約0.22英寸的直徑。此外，孔可以被這樣隔開(kāi)，以致它們?cè)诿總€(gè)凸緣的中心兩側(cè)是等距離的。
依照一個(gè)實(shí)例，介質(zhì)透鏡114可以是為了如圖13所示至少部份地裝配到號(hào)角天線110內(nèi)部而設(shè)計(jì)的。透鏡114可以是這樣設(shè)計(jì)的，以致當(dāng)安裝到號(hào)角天線110上的時(shí)候，號(hào)角天線100和透鏡114的組合仍然可以安裝諸如旋轉(zhuǎn)圓188之類(lèi)在受限制的體積之內(nèi)。在一個(gè)實(shí)例中，透鏡114的直徑可以近似地等于號(hào)角天線110的直徑，而且透鏡114的高度可以大約是號(hào)角天線110的直徑的一半。依照另一個(gè)實(shí)例，透鏡114可以是相對(duì)于號(hào)角天線100自動(dòng)定心的。例如，透鏡114的形狀可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心功能，例如透鏡114可以有用來(lái)相對(duì)于號(hào)角天線110使透鏡114對(duì)準(zhǔn)中心的傾斜的邊緣部分115(見(jiàn)圖7)。在一個(gè)實(shí)例中，透鏡的傾斜邊緣部分115可以與號(hào)角天線110的傾斜角相匹配。例如，如果號(hào)角天線110的側(cè)面相對(duì)于垂線在呈45°角，那么透鏡的傾斜邊緣部分115也可以相對(duì)于垂線呈45°角。
再一次參照?qǐng)D13，波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)112也可以是為了裝配在旋轉(zhuǎn)圓188之內(nèi)設(shè)計(jì)的。在圖3舉例說(shuō)明的另一個(gè)實(shí)例中，可安裝的子系統(tǒng)50(它還可以包括可以把號(hào)角天線110和透鏡114附著到它上面的萬(wàn)向節(jié)組件60)和覆蓋天線罩(未展示)可以是為裝配在前面討論過(guò)的受限制的體積(例如，圖13的旋轉(zhuǎn)圓188)之內(nèi)的設(shè)計(jì)。在一個(gè)實(shí)例中，饋送網(wǎng)絡(luò)112可以是為了如圖所示毗鄰號(hào)角天線110的彎曲安裝從而使饋送網(wǎng)絡(luò)所需空間最小而設(shè)計(jì)的。
依照另一個(gè)實(shí)例，為了促使結(jié)構(gòu)借助萬(wàn)向節(jié)組件60轉(zhuǎn)動(dòng)，透鏡114可以是這樣設(shè)計(jì)的，以致透鏡114的質(zhì)量中心作為對(duì)應(yīng)的安裝透鏡的號(hào)角天線110的質(zhì)量中心的平衡力移動(dòng)透鏡和號(hào)角的復(fù)合中心使之更接近整個(gè)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心。
參照?qǐng)D3和13，依照又一個(gè)實(shí)施方案，號(hào)角天線110之中的某些天線(例如，位于天線陣102末端的那些)可以包括在號(hào)角天線100的表面上形成的環(huán)190以有利于號(hào)角天線110對(duì)萬(wàn)向節(jié)組件60的安裝。如圖14所示，為了把天線陣102安裝到萬(wàn)向節(jié)組件300上和使萬(wàn)向節(jié)組件能夠移動(dòng)天線陣102，環(huán)190適合與和從萬(wàn)向節(jié)組件300伸出的臂194耦合的柱192配對(duì)(見(jiàn)圖3)。環(huán)190可以是在號(hào)角天線100的外表面上形成的，在號(hào)角天線的孔徑附近，即在天線陣的旋轉(zhuǎn)中心附近，如圖13所示。在一個(gè)實(shí)例中，環(huán)190可以與號(hào)角天線110一起整體成形。
依照前面的討論，天線陣102包括饋送網(wǎng)絡(luò)112，后者依照一個(gè)實(shí)施方案可以是波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)112，如圖15所示。饋送網(wǎng)絡(luò)112可以在天線陣102處于接收模式的時(shí)候操作，以便接收來(lái)自每個(gè)號(hào)角天線110的信號(hào)并且在饋送端口600、602提供一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)。作為替代，當(dāng)天線陣102在發(fā)射模式中工作的時(shí)候，饋送網(wǎng)絡(luò)112可以把在饋送端口600、602提供的信號(hào)引導(dǎo)到每個(gè)天線110。因此，人們將領(lǐng)會(huì)到，雖然下面的討論將主要涉及接收模式中的操作，但是天線陣(天線和饋送網(wǎng)絡(luò))也可以在發(fā)射模式中操作。人們還將領(lǐng)會(huì)到，雖然饋送網(wǎng)絡(luò)是作為波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)舉例說(shuō)明的，但是饋送網(wǎng)絡(luò)可以使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(例如，印刷電路、同軸電纜，等等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
依照一個(gè)實(shí)施方案，每個(gè)天線110可以在它的饋送點(diǎn)(圖5，120)與直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器(OMT)604耦合，如圖4和15所示。OMT604可以提供號(hào)角天線110和饋送網(wǎng)絡(luò)112之間的耦合接口。參照?qǐng)D16，更詳細(xì)地舉例說(shuō)明依照本發(fā)明的OMT 604的一個(gè)實(shí)施方案。OMT 604可以在第一端口606接收來(lái)自天線要素的輸入信號(hào)而且可以在端口608和610提供兩個(gè)正交的分量信號(hào)。因此，OMT 604可以把入射信號(hào)分成可以例如在端口608提供的第一分量信號(hào)和可以例如在端口610提供的正交的第二分量信號(hào)。依據(jù)這兩個(gè)正交的分量信號(hào)，任何發(fā)射的輸入信號(hào)都可以使用例如下面將更詳細(xì)地討論的PCU 200(圖2)通過(guò)兩個(gè)分量信號(hào)的矢量合并得以重建。
在圖16舉例說(shuō)明的實(shí)例中，OMT 604的端口608，610位于OMT 605的側(cè)面612、614，與輸入端口606垂直。這種安排與通常有一個(gè)位于OMT下面與輸入端口同軸的輸出端口的傳統(tǒng)的OMT相比可以減少OMT 604的高度。減少OMT 604的高度可以幫助減少在一些應(yīng)用中可能符合要求的天線陣102的總高度。依照?qǐng)D16所示的實(shí)例，OMT 604包括圓形的頂端部分616，以致OMT 604可以毗鄰號(hào)角天線要素的側(cè)面安裝，從而進(jìn)一步有利于減少天線陣的高度。在一個(gè)實(shí)例中，OMT 604可以與號(hào)角天線110一起整體成形。人們將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，雖然OMT 604已經(jīng)根據(jù)接收輻射的天線予以描述，即，OMT 604在端口606接收來(lái)自天線的輸入而且在端口608、610提供兩個(gè)正交的輸出信號(hào)，但是OMT 604也可以完成相反的操作。因此，OMT 604可以在端口608、610接收兩個(gè)正交的輸入信號(hào)而且可以在與可以輻射信號(hào)的天線耦合的端口606提供組合輸出信號(hào)。
OMT 604的端口608、610可以不必是非常相位匹配的，并因此在端口608提供的第一分量信號(hào)相對(duì)于在端口610提供的第二分量信號(hào)可以是略微地異相的。在一個(gè)實(shí)施方案中，PCU可以適合糾正這種相位不平衡，下面將更詳細(xì)地討論。
再一次參照?qǐng)D15，饋送網(wǎng)絡(luò)112包括與OMT 604的每個(gè)端口608、610連接的眾多路徑要素。饋送網(wǎng)絡(luò)112可以包括沿著它(來(lái)自每個(gè)天線的)第一分量信號(hào)可以移動(dòng)到第一饋送端口600的與OMT 604的端口608耦合的第一路徑618(畫(huà)陰影展示)。饋送網(wǎng)絡(luò)12還可以包括沿著它(來(lái)自每個(gè)天線的)第二分量信號(hào)可以移動(dòng)到第二饋送端口602的與OMT 604的端口610耦合的第二路徑620。因此，每個(gè)正交偏振的分量信號(hào)可以沿著分開(kāi)的路徑從OMT端口608、610的連接點(diǎn)移動(dòng)到饋送網(wǎng)絡(luò)112中對(duì)應(yīng)的饋送端口600、602。依照一個(gè)實(shí)施方案，第一和第二路徑618，620可以是對(duì)稱(chēng)的，包括相同數(shù)目的彎管和T型接頭，以致饋送網(wǎng)絡(luò)112不把任何相位不平衡賦予第一和第二分量信號(hào)。
如圖15所示，饋送網(wǎng)絡(luò)112可以包括眾多E-平面T型接頭622和彎管624。當(dāng)天線陣在接收模式中操作的時(shí)候，E-平面T型接頭可以操作以便把從每個(gè)天線收到的信號(hào)相加提供單一的輸出向信號(hào)。當(dāng)天線陣在發(fā)射模式中操作的時(shí)候，E平面T型接頭充當(dāng)功率分配器，把來(lái)自單一饋送點(diǎn)的信號(hào)分開(kāi)饋送給陣列中的每個(gè)天線。在舉例說(shuō)明的實(shí)例中，波導(dǎo)T型接頭622包括實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的功能的相對(duì)于其余區(qū)段628的寬度變窄的區(qū)段626。變窄的區(qū)段626有高于較寬的區(qū)段628的阻抗而且在長(zhǎng)度方面通常可以是大約四分之一波長(zhǎng)。在舉例說(shuō)明的一個(gè)實(shí)例中，波導(dǎo)T型接頭622可以包括在信號(hào)通過(guò)T型接頭622的時(shí)候可以用來(lái)減少信號(hào)相位失真的凹口630。提供所示的圓形彎管624與使用直角彎管之時(shí)相比允許饋送網(wǎng)絡(luò)112占據(jù)較小的空間，而且可以用來(lái)減少信號(hào)通過(guò)曲管624之時(shí)的相位失真。饋送網(wǎng)絡(luò)112之中的每個(gè)第一和第二路徑618、620在每個(gè)方向可以有數(shù)目相同的彎管，以致第一和第二分量信號(hào)接受來(lái)自通過(guò)饋送網(wǎng)絡(luò)112傳播的相等的相位延遲。
依照一個(gè)實(shí)施方案，介質(zhì)插入物可以放置在饋送網(wǎng)絡(luò)112的饋送端口600、602之內(nèi)。圖17舉例說(shuō)明可以插入E平面T型接頭的介質(zhì)插入物632的一個(gè)實(shí)例。介質(zhì)插入物632的尺寸和用來(lái)形成介質(zhì)插入物632的材料的介電常數(shù)可以是為改善在形成饋送端口600、602的波導(dǎo)T型接頭的端口之間的RF阻抗匹配和傳輸特性選擇而選定的。在一個(gè)實(shí)例中，介質(zhì)插入物632可以是用Rexolite構(gòu)成的。介質(zhì)插入物632的長(zhǎng)度634和寬度636可以這樣選定，以致介質(zhì)插入物632在饋送端口600、602內(nèi)滑動(dòng)配合。在一個(gè)實(shí)例中，介質(zhì)插入物632可以有在其中形成的眾多的孔638?？?38可以用來(lái)降低介質(zhì)插入物632的有效介電常數(shù)，以致好的阻抗匹配可以實(shí)現(xiàn)。
再一次參照?qǐng)D15，在一個(gè)實(shí)例中，饋送網(wǎng)絡(luò)112可以包括一個(gè)或多個(gè)支持機(jī)械穩(wěn)定性的托架660。例如，托架660可以接在相鄰的OMT 604之間，為饋送網(wǎng)絡(luò)112提供附加的結(jié)構(gòu)支撐。托架660不傳遞電磁信號(hào)。在一個(gè)實(shí)例中，托架660可以與饋送網(wǎng)絡(luò)112一起整體成形，而且可以包括與饋送網(wǎng)絡(luò)112相同的材料。在另一個(gè)實(shí)例中，托架660可以被焊接或以別的方式附著到饋送網(wǎng)絡(luò)112的各區(qū)段上。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)112可以包括與每個(gè)饋送端口600、602耦合的饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器(未展示)。參照?qǐng)D18，饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器(OMT)640可以包括第一端口642和第二端口644以便接收分別來(lái)自饋送端口600、602的第一和第二正交分量信號(hào)。饋送OMT 640在端口642和644接收正交的第一和第二分量信號(hào)而且在它的輸出端口646提供組合信號(hào)。饋送OMT 640實(shí)質(zhì)上可以與OMT 604完全相同而且可以被正交地饋送到與天線耦合的OMT 604。例如，第一分量信號(hào)可以在OMT604的端口608提供，而且可以沿著饋送網(wǎng)絡(luò)112的第一路徑618移動(dòng)到可以與OMT 640的第二端口644耦合的饋送端口600，如圖18所示。類(lèi)似地，OMT 604的第二端口610可以經(jīng)由饋送網(wǎng)絡(luò)112的第二路徑620和饋送端口602與OMT 640的第一端口642耦合。第一分量信號(hào)接受來(lái)自O(shè)MT 604的第一相位延遲φ1、路徑延遲φp和來(lái)自O(shè)MT 640的第二相位延遲φ2。同樣，第二分量信號(hào)接受來(lái)自O(shè)MT 604的第一相位延遲φ1、路徑延遲φp和來(lái)自O(shè)MT 640的第二相位延遲φ2。因此，兩個(gè)正交饋送的OMT604、640的組合可以使每個(gè)第一和第二分量信號(hào)接受實(shí)質(zhì)上相等的總相位延遲，如同下面在公式4中展示的那樣Φ[(ωt+φ1)+φp+φ2]＝Φ[(ωt+φ2)+φp+φ1](4)其中(ωt+φ1)和(ωt+φ2)是在饋送OMT 640的輸出端口646相位匹配的偏振的第一和第二分量信號(hào)。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，饋送網(wǎng)絡(luò)112的饋送端口600、602可以直接與PCU耦合，沒(méi)有饋送OMT，而且PCU可以適合提供偏振補(bǔ)償和相位匹配以便補(bǔ)償φ1和φ2之間的任何差別，下面將更詳細(xì)地討論。
在一些應(yīng)用中，天線陣可能暴露在各種不同的溫度和濕度下。這可能導(dǎo)致水分在饋送網(wǎng)絡(luò)和天線內(nèi)冷凝。為了允許任何這樣的水分從饋送網(wǎng)絡(luò)中逸出，許多小孔可以是在饋送網(wǎng)絡(luò)的區(qū)段中鉆出的，如圖19中的箭頭650、652所示。在一些位置，例如用箭頭650指出的位置，可以鉆例如直徑大約為0.060英寸的單孔。在其它的位置中，例如用箭頭652指出的位置，可以鉆數(shù)組被隔開(kāi)例如0.335英寸的兩三個(gè)孔。這樣一組孔中的每個(gè)孔也可以有大約0.060英寸的直徑。人們將領(lǐng)會(huì)到在圖19中舉例說(shuō)明的位置和孔的數(shù)目只是可仿效的而且所給出的尺寸和間距也只是一些例子。本發(fā)明不局限于本文舉例說(shuō)明的特定的尺寸和孔位，而且可以使用放置在饋送網(wǎng)絡(luò)112中不同位置的若干個(gè)孔。
參照?qǐng)D20，舉例說(shuō)明萬(wàn)向節(jié)組件300的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖。依照前面的討論，萬(wàn)向節(jié)組件300可以形成可以安裝在載客運(yùn)載工具(例如，航空器)上的部份的可安裝的子系統(tǒng)50。人們將領(lǐng)會(huì)到盡管下面的討論將主要涉及可安裝的子系統(tǒng)50如圖1B所示被外部地定位在航空器52上的系統(tǒng)，但是本發(fā)明不受這樣的限制，而且萬(wàn)向節(jié)組件300可以被內(nèi)部地或外部地定位在任何類(lèi)型的載客運(yùn)載工具上。萬(wàn)向節(jié)組件300可以提供天線組件100(見(jiàn)圖2)和接收器前端之間的接口。依照舉例說(shuō)明的實(shí)例，萬(wàn)向節(jié)組件300可以包括可以為萬(wàn)向節(jié)組件本身供電而且可以在線路304上把功率提供給其它的部件(例如，PCU和DCU)的電源302。萬(wàn)向節(jié)組件300還可以包括中央處理器(CPU)306。CPU 306可以接收線路308、310、312上的輸入信號(hào)，后者可以包括關(guān)于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和/或信息信號(hào)來(lái)源的數(shù)據(jù)，例如，系統(tǒng)坐標(biāo)、系統(tǒng)姿態(tài)、來(lái)源經(jīng)度、來(lái)源偏振歪斜和來(lái)源信號(hào)強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)例中，關(guān)于來(lái)源的數(shù)據(jù)可能是在RS-422接口上收到的，然而，系統(tǒng)不受這樣的限制而且可以使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ沛溌?。萬(wàn)向節(jié)組件300可以把控制信號(hào)提供給PCU 400(見(jiàn)圖2)，以引起PCU 200糾正信息來(lái)源和天線組件之間的偏振歪斜，下面將更詳細(xì)地討論。
萬(wàn)向節(jié)組件300可以進(jìn)一步把操作功率提供給PCU 200。除此之外，經(jīng)由萬(wàn)向節(jié)組件300把控制線路提供給PCU和DCU可以使需要穿過(guò)安裝托架58的線路的數(shù)目和在電纜管束中可以用來(lái)互相連接天線組件100和可以位于運(yùn)載工具里面供乘客訪問(wèn)的裝置(例如，顯示器或揚(yáng)聲器)的金屬線的數(shù)目最小。減少滑環(huán)上的分立金屬線的數(shù)目的優(yōu)點(diǎn)是提高整個(gè)系統(tǒng)可靠性。此外，減少管束中金屬線的數(shù)目和減少總管束直徑(例如，有較小的彎曲半徑)的一些優(yōu)勢(shì)是使電纜安裝更容易和可能減少在傳送控制信息的電纜之間的串?dāng)_。
參照?qǐng)D20，萬(wàn)向節(jié)組件300可以控制天線組件的方位和仰角，并因此可以包括驅(qū)動(dòng)仰角馬達(dá)316改變天線陣仰角的仰角馬達(dá)驅(qū)動(dòng)314和驅(qū)動(dòng)方位馬達(dá)320控制和確定天線陣方位的方位馬達(dá)驅(qū)動(dòng)318。天線陣可以借助參照?qǐng)D14描述的環(huán)、臂和柱的安排安裝到萬(wàn)向節(jié)組件上，而且仰角馬達(dá)316可以相對(duì)于萬(wàn)向節(jié)組件300的柱在大約-10°到90°(或頂點(diǎn))的仰角范圍內(nèi)改變天線陣仰角。CPU 306可以利用在線路308、310、312上收到的輸入數(shù)據(jù)來(lái)控制仰角和方位馬達(dá)驅(qū)動(dòng)使天線正確地指向接收來(lái)自信息來(lái)源的預(yù)期的信號(hào)的方位和仰角。萬(wàn)向節(jié)組件300可以進(jìn)一步包括可以為仰角和方位馬達(dá)移動(dòng)天線陣提供任何必要的機(jī)械結(jié)構(gòu)的仰角和方位機(jī)械組件324、326。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，萬(wàn)向節(jié)組件300的CPU 306可以包括跟蹤回路特征。在這個(gè)實(shí)施方案中，處理器304可以接收在線路322上來(lái)自DCU 400(見(jiàn)圖2)的跟蹤回路電壓。跟蹤回路電壓可以被CPU 306用來(lái)幫助天線陣在運(yùn)載工具移動(dòng)的時(shí)候正確地跟蹤來(lái)自信息來(lái)源的預(yù)期信號(hào)的峰值。跟蹤回路特征將參照DCU予以更詳細(xì)的討論。
參照?qǐng)D21，舉例說(shuō)明偏振變頻單元(PCU)200的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖。PCU 200可以是前面描述的天線組件100(見(jiàn)圖2)的一部分。PCU 200把正交的導(dǎo)波(呈現(xiàn)在前面描述的饋送網(wǎng)絡(luò)的饋送端口600、602的正交的第一和第二分量信號(hào))轉(zhuǎn)換成代表從信號(hào)來(lái)源發(fā)射的波形的線偏振(垂直和水平)或圓偏振(左旋或右旋)的信號(hào)。依照一個(gè)實(shí)例，PCU 200適合補(bǔ)償在信息來(lái)源和天線陣之間的任何偏振歪斜。例如，運(yùn)載工具52(見(jiàn)圖1B)可能是航空器，而PCU 200可以適合補(bǔ)償由信息來(lái)源56和運(yùn)載工具52的相對(duì)位置引起的偏振歪斜β，包括運(yùn)載工具52的任何顛簸、搖擺和側(cè)滑。PCU 200可以受萬(wàn)向節(jié)組件300控制，而且可以經(jīng)由控制接口202在線路322上接收來(lái)自萬(wàn)向節(jié)組件300的準(zhǔn)許它正確地補(bǔ)償偏振歪斜的控制信號(hào)。PCU 200也可以經(jīng)由線路70接收來(lái)自萬(wàn)向節(jié)組件300的功率。
衛(wèi)星(或其它通信)信號(hào)可以是在兩個(gè)正交的波前上傳輸?shù)?。這允許衛(wèi)星(或其它的信息來(lái)源)在相同的頻率上發(fā)射較多的信息和依賴偏振分集使信號(hào)免受干擾。如果天線陣102作為在衛(wèi)星(或其它信息來(lái)源)上的發(fā)射天線直接在相同的子午線之下或之上，那么接收天線陣1-2和發(fā)射來(lái)源天線的偏振狀態(tài)可以對(duì)齊。然而，如果運(yùn)載工具52離開(kāi)信息來(lái)源所在的子午線或經(jīng)度移動(dòng)，那么在發(fā)射天線和接收天線之間引入偏振歪斜。這個(gè)歪斜能通過(guò)物理地或電子地旋轉(zhuǎn)天線陣102得到補(bǔ)償。物理地旋轉(zhuǎn)天線陣102可能是不實(shí)際的，因?yàn)樗赡茉黾犹炀€陣的高度。所以，電子地“旋轉(zhuǎn)”天線陣來(lái)補(bǔ)償任何偏振歪斜可能是優(yōu)選的。這種“旋轉(zhuǎn)”是靠PCU完成的。
再一次參照?qǐng)D21，PCU可以接收在線路208、210上分別來(lái)自饋送網(wǎng)絡(luò)的饋送端口600、602的正交的第一和第二分量信號(hào)。在一個(gè)實(shí)例中，第一和第二分量信號(hào)可以在大約10.7GHz-12.75GHz的頻率范圍中。第一和第二分量信號(hào)可以被通過(guò)波導(dǎo)饋送連接與饋送網(wǎng)絡(luò)的端口600、602耦合的低噪聲放大器224放大。低噪聲放大器是經(jīng)由例如半剛性電纜與定向耦合器226耦合的。定向耦合器226的耦合端口經(jīng)由分配器228接到本機(jī)振蕩器222上。本機(jī)振蕩器222可以通過(guò)控制接口202受(在線路322上與控制接口202通信的)萬(wàn)向節(jié)組件控制，以提供機(jī)內(nèi)測(cè)試特征。在一個(gè)實(shí)例中，本機(jī)振蕩器222可以有大約11.95GHz的中心工作頻率。
如圖21所示，定向耦合器226的直通端口與把相應(yīng)的分量信號(hào)(按能量)對(duì)半分開(kāi)借此提供四個(gè)PCU信號(hào)的功率分配器230耦合。為了清晰，PCU信號(hào)將被歸類(lèi)為第一分量信號(hào)(例如，水平偏振的)被看作是已被分離在線路232上提供第一PCU信號(hào)和在線路234上提供第二PCU信號(hào)；第二分量信號(hào)(例如，垂直偏振的)被看作是已被分離在線路236上提供第三PCU信號(hào)和在線路238上提供第四PCU信號(hào)。因此，每個(gè)分量信號(hào)(垂直的和水平的)的一半被送到圓偏振電子器件上而另一半被送到線偏振電子器件上。
考慮用于圓偏振的路徑，線路234和238把第二和第四PCU信號(hào)提供給90°混合耦合器240。因此，90°混合耦合器240接收垂直偏振的信號(hào)(第四PCU信號(hào))和水平偏振的信號(hào)(第二PCU信號(hào))并且把它們合并，有90°的相差，形成右旋和左旋的圓偏振合成信號(hào)。右旋和左旋的圓偏振合成信號(hào)分別經(jīng)由線路242和244與開(kāi)關(guān)212耦合。所以，PCU能依據(jù)從天線陣收到的垂直和水平偏振的信號(hào)提供右旋和/或左旋的圓形偏振信號(hào)。
來(lái)自分配器230的第一和第三PCU信號(hào)在線路232和236上提供給把每個(gè)第一和第三PCU信號(hào)再一次對(duì)半分開(kāi)的第二分配器246，因此形成四個(gè)信號(hào)路徑。這四個(gè)信號(hào)路徑是同一的并因此被一并描述。分開(kāi)的信號(hào)是從第二分配器246經(jīng)由線路248先被送到衰減器204，再被送到雙相調(diào)制器(BPM)206。就線性偏振而言，偏振傾斜度或歪斜角可以是用在每個(gè)路徑中設(shè)定的衰減量設(shè)定的。零和180度相位設(shè)定可以用來(lái)產(chǎn)生傾斜方向，即，向右傾斜或向左傾斜。衰減量用來(lái)確定在輸出信號(hào)中存在的正交偏振的數(shù)量。衰減器數(shù)值可以依照公式5作為偏振歪斜β的函數(shù)建立起來(lái)A＝5*log((sin(β)2) (5)偏振歪斜β的數(shù)值可以經(jīng)由控制接口202提供。例如，如果輸入的偏振狀態(tài)是垂直的和水平的(從天線陣)，而且垂直的輸出偏振狀態(tài)是需要的(從PCU)，那么零衰減可以應(yīng)用于垂直路徑，而最大衰減(例如，30分貝)可以應(yīng)用于水平路徑。正交的輸出端口可以應(yīng)用倒數(shù)衰減以產(chǎn)生水平輸出信號(hào)。為了產(chǎn)生45度的斜偏振，零衰減可以應(yīng)用于任一路徑而且180度相移可以應(yīng)用于輸入之一以產(chǎn)生正交的45度輸出。不同的斜偏振可以通過(guò)調(diào)節(jié)應(yīng)用于兩個(gè)路徑的衰減數(shù)值和合并信號(hào)產(chǎn)生。BPM 206可以用來(lái)彌補(bǔ)在信號(hào)中作為衰減的結(jié)果可能發(fā)生的任何相位變化。BPM 206也被用來(lái)改變正交信號(hào)的相位，以使信號(hào)同相相加。加法器250用來(lái)把被第二分配器246分開(kāi)的信號(hào)再次合并，以便提供經(jīng)由線路252與開(kāi)關(guān)212耦合的兩個(gè)線偏振合成信號(hào)。
開(kāi)關(guān)經(jīng)由線路214受控制接口202控制，以便在合成信號(hào)的線偏振或圓偏振對(duì)之間進(jìn)行選擇。因此，PCU可以在線路106上以它的輸出提供一對(duì)要么是線偏振的(有任何預(yù)期的傾斜角)要么是圓偏振的PCU_輸出信號(hào)。依照一個(gè)實(shí)例，PCU可以包括或被耦合到均衡器220。均衡器220可以用來(lái)補(bǔ)償在電纜損耗中作為頻率的函數(shù)的變化，即，與許多電纜相關(guān)聯(lián)的RF損耗可能隨頻率變化，因此均衡器可以用來(lái)減少這樣的變化，從而導(dǎo)致在系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)更均勻一致的信號(hào)強(qiáng)度。
PCU 200也可以提供垂直和水平偏振的或左旋和右旋圓偏振的分量信號(hào)之間的相位匹配。相位匹配的目的是優(yōu)化收到的信號(hào)。相位匹配增大收到的信號(hào)的振幅，因?yàn)閺膬蓚€(gè)天線收到的信號(hào)是同相位相加的。相位匹配還通過(guò)引起較大的交叉偏振抑制減少不想要的交叉偏振的傳輸信號(hào)對(duì)需要的信號(hào)的影響。因此，PCU 200可以在線路106上(見(jiàn)圖2)提供相位匹配的輸出分量信號(hào)。相位匹配可以在校準(zhǔn)期間通過(guò)用例如2.8°的最低(有效)位(LSB)設(shè)定相座(phase sits)來(lái)完成。因此，PCU可以充當(dāng)減少或消除兩個(gè)分量信號(hào)之間的任何相位失配的相位校正裝置。
依照一個(gè)實(shí)施方案，PCU 200可以提供系統(tǒng)需要的所有的增益和相位匹配，因此取消了在系統(tǒng)安裝期間對(duì)價(jià)格昂貴的不精確的相位和振幅校準(zhǔn)的需求。如同那些熟悉衛(wèi)星操作的人已知的那樣，在世界上許多區(qū)域中，存在各種各樣導(dǎo)致寬頻帶操作的衛(wèi)星工作頻率。例如，直接廣播衛(wèi)星可以接收頻率為大約14.0GHz-14.5GHz的信號(hào)，而衛(wèi)星可以在從大約10.7GHz到12.75GHz的頻率范圍內(nèi)發(fā)送下行信號(hào)。下面的表I舉例說(shuō)明除了頻率之外就直接廣播信號(hào)的接收而言存在的本發(fā)明天線組件和系統(tǒng)適應(yīng)的一些變量。
在本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方案中，其中第一電極和第二電極兩者都是固體，電極之一可以是可流動(dòng)的，直至將電極和隔膜裝配到電池中之后為止，這時(shí)該可流動(dòng)電極變成了固體。另外，在插進(jìn)電池外筒之前，可將第一電極和第二電極與隔膜裝配一起。在這種實(shí)施方案中，一個(gè)電極的界面應(yīng)與另一電極界面的形狀非常匹配，以構(gòu)成隔膜和兩電極之間的密切接觸，而無(wú)空隙。為將電極和隔膜裝配電池外筒的外面，第一電極可以由圍繞隔膜和第二電極嚙合(mated)一起的兩段或多段組成。在另一種方法中，兩電極的界面可以是縱向逐漸變細(xì)的，以有利于插入一個(gè)電極到另一電極的空腔中。
本發(fā)明電池也可包括一個(gè)或多個(gè)另外的電極，同軸排列電極，只要按照本發(fā)明至少一個(gè)界面有多個(gè)葉瓣，以增多界面面積?？蓪⒏郊与姌O放置于第一電極之外，或第二電極以內(nèi)，或可利用兩個(gè)附加電極，一個(gè)在第一電極之外，一個(gè)在第二電極以內(nèi)。這些電極可具有更迭的極性。這樣類(lèi)型的排列進(jìn)一步增加了陽(yáng)極和陰極之間的總界面面積。
本發(fā)明所用的集流器可以是任何應(yīng)被公認(rèn)適宜的集流器。集流器在電池內(nèi)部環(huán)境中應(yīng)是穩(wěn)定的，應(yīng)有適合的導(dǎo)電率，而且應(yīng)與電極有良好的電接觸。當(dāng)外電極是固體時(shí)，電池外筒通常起它的集流器作用。集流器也可以是不同形狀和數(shù)目的其它結(jié)構(gòu)，這部分地取決于電池中的電極材料、形狀和位置。例如，可以采用一個(gè)或多個(gè)細(xì)桿、釘、條帶、或篩網(wǎng)、或其組合。
下表1歸納了示范LR6/AA號(hào)電池的電極尺寸以及d1∶d2的比、表面積和體積，所述電極為按照?qǐng)D3-9的。
表1
通過(guò)用PCU和天線陣提供所有的增益和相位匹配，有改善的全球性能的更可靠的系統(tǒng)可以產(chǎn)生。通過(guò)把相位匹配和振幅調(diào)節(jié)(增益)限制到PCU和天線的狹小范圍內(nèi)，本發(fā)明的系統(tǒng)可以取消在PCU和安裝托架之間以及在安裝托架和穿過(guò)運(yùn)載工具表面在天線組件100和運(yùn)載工具內(nèi)部之間來(lái)回提供射頻信號(hào)的電纜之間有相位匹配的電纜的需要。相位匹配的電纜即使在系統(tǒng)安裝期間是精確地相位匹配的但隨著時(shí)間推移也可以改變，而且溫度漂移可能降低系統(tǒng)性能，從而引起不良的接收或降低數(shù)據(jù)傳輸率。類(lèi)似地，旋轉(zhuǎn)接頭在作為新接頭的時(shí)候可以是相位匹配的，但是隨著時(shí)間推移作為機(jī)械裝置可能磨損，從而導(dǎo)致相位匹配的降級(jí)。因此，取消對(duì)這些要相位匹配的部件的需求但是在PCU實(shí)質(zhì)上完成信號(hào)的全部相位匹配可能是特別有利的。
依照一個(gè)實(shí)施方案，PCU 200可以對(duì)在大約10.7GHz到大約12.75GHz的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行操作。在一個(gè)實(shí)例中，PCU200可以在這個(gè)頻率范圍內(nèi)提供0.7分貝到0.8分貝的噪聲指數(shù)，這可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許多商用接收器。這個(gè)噪聲指數(shù)是通過(guò)精心選擇零部件和在工作頻帶范圍內(nèi)完成全部或大多數(shù)零部件的阻抗匹配實(shí)現(xiàn)的。
參照?qǐng)D22，舉例說(shuō)明向下變頻單元(DCU)400的一個(gè)實(shí)施方案的功能方框圖。人們將領(lǐng)會(huì)到這張圖只想表達(dá)DCU 400的功能實(shí)現(xiàn)，而且不必表達(dá)物理實(shí)現(xiàn)。DCU是為獲取射頻信號(hào)(例如，在10.7GHz到12.75GHz的頻率范圍內(nèi))并且把它降頻成中頻(IF)信號(hào)(例如，在3.45GHz到5.5GHz的頻率范圍內(nèi))而構(gòu)成的。在另一個(gè)實(shí)例中，線路406上的IF信號(hào)可以在大約950MHz到3000MHz的頻率范圍中。
DCU300可以在PCU 200和可以位于運(yùn)載工具之內(nèi)第二向下變頻單元500(見(jiàn)圖2)之間提供RF接口。在許多應(yīng)用中，分兩步完成降頻操作可能是有利的，有與天線組件100并列的第一降頻器，以致RF信號(hào)從天線組件到第一DCU 400僅僅傳送一個(gè)短距離，因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳輸介質(zhì)(例如電纜)在低的IF頻率比在RF頻率耗損要小得多。降頻到較低的頻率減少對(duì)通常非常龐大而且難以處理的低損耗專(zhuān)用高頻電纜的需求。
依照一個(gè)實(shí)施方案，DCU 400可以接收經(jīng)由線路413來(lái)自萬(wàn)向節(jié)組件300的功率。DCU 400也可以借助控制接口410受萬(wàn)向節(jié)組件300控制。依照一個(gè)實(shí)施方案，DCU 400可以接收在線路106上來(lái)自PCU 200的兩個(gè)RF信號(hào)而且可以在線路76上提供輸出信號(hào)。定向耦合器402可以用來(lái)注入來(lái)自本機(jī)振蕩器404的機(jī)內(nèi)測(cè)試信號(hào)。
可以經(jīng)由控制接口410受(在線路322上把控制信號(hào)提供給控制接口410的)萬(wàn)向節(jié)組件控制的開(kāi)關(guān)406被用來(lái)在注入機(jī)內(nèi)測(cè)試信號(hào)的時(shí)候?qū)嵤┛刂啤９β史峙淦?28可以用來(lái)分離來(lái)自本機(jī)振蕩器406的單一信號(hào)并且把它提供給兩個(gè)路徑。
再一次參照?qǐng)D22，定向耦合器402的直通端口與可用來(lái)過(guò)濾收到的信號(hào)除去任何不想要的信號(hào)諧波的通頻帶濾波器416耦合。然后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的信號(hào)可以被送到混頻器422。混頻器422可以把信號(hào)與在線路424上收到的來(lái)自振蕩器408的本機(jī)振蕩器音調(diào)混合，把信號(hào)降頻成IF信號(hào)。在一個(gè)實(shí)例中，DCU本機(jī)振蕩器408可能能夠在頻率方面從7GHz調(diào)諧到8GHz，因此允許寬廣的工作和IF頻率范圍。放大器430和衰減器432可以用來(lái)平衡IF信號(hào)。濾波器426可以用來(lái)使在輸出線路76上提供IF信號(hào)之前可能出現(xiàn)在IF信號(hào)中的不想要的混頻器產(chǎn)品最小。
依照前面的討論，萬(wàn)向節(jié)組件300可以包括跟蹤特征，其中萬(wàn)向節(jié)CPU 304使用在線路322上收到的來(lái)自DCU 400的信號(hào)把控制信號(hào)提供給天線陣，從而使天線陣跟蹤信息來(lái)源變得容易。依照一個(gè)實(shí)施方案，DCU 400可以包括經(jīng)由線路322與萬(wàn)向節(jié)CPU 304通信的控制接口410?？刂平涌?1可以對(duì)在使用耦合器412和RF檢波器434的任一路徑上的IF信號(hào)的振幅進(jìn)行抽樣，提供可供萬(wàn)向節(jié)的CPU 304使用的振幅信息，以便基于收到的信號(hào)強(qiáng)度跟蹤衛(wèi)星。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器可以用來(lái)將信息在送往萬(wàn)向節(jié)組件之前數(shù)字化。如果DCU位于萬(wàn)向節(jié)CPU附近，這個(gè)數(shù)據(jù)可以是以高速率(例如，100Hz)接收的而且可以是未被破壞的。所以，在天線附近完成將收到的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成IF信號(hào)的第一降頻可以改善系統(tǒng)綜合性能。
萬(wàn)向節(jié)的CPU 304可以包括可利用DCU提供的振幅信息的軟件以瞄準(zhǔn)或跟蹤諸如衛(wèi)星之類(lèi)的信息來(lái)源?？刂平涌诳梢园研盘?hào)提供給萬(wàn)向節(jié)組件以允許萬(wàn)向節(jié)組件正確地控制天線組件跟蹤來(lái)自來(lái)源的預(yù)期信號(hào)。在一個(gè)實(shí)例中，DCU可以包括可用來(lái)選擇究竟是跟蹤從諸如衛(wèi)星之類(lèi)的信息來(lái)源發(fā)射的垂直/RHC信號(hào)還是跟蹤水平/LHC信號(hào)的開(kāi)關(guān)430。一般地說(shuō)，當(dāng)這些信號(hào)是從同一個(gè)衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)候，跟蹤較強(qiáng)的信號(hào)可能是符合要求的。如果信號(hào)是從兩個(gè)接近的衛(wèi)星而不是同一個(gè)衛(wèi)星發(fā)射的，跟蹤較弱的衛(wèi)星可能是優(yōu)選的。
允許天線基于信號(hào)強(qiáng)度和航空器坐標(biāo)瞄準(zhǔn)衛(wèi)星簡(jiǎn)化了系統(tǒng)安裝期間的對(duì)準(zhǔn)要求。人們考慮到?jīng)]有它安裝誤差高達(dá)十分之五度對(duì)十分之一度。系統(tǒng)也可以使用導(dǎo)航和信號(hào)強(qiáng)度組合跟蹤法，其中導(dǎo)航數(shù)據(jù)用來(lái)建立跟蹤算法的極限或邊界。這使雷達(dá)自動(dòng)跟蹤錯(cuò)誤的衛(wèi)星的機(jī)會(huì)最小，因?yàn)樾l(wèi)星至少分開(kāi)兩度以上。通過(guò)使用慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)和跟蹤衛(wèi)星期間發(fā)現(xiàn)的信號(hào)峰值，計(jì)算系統(tǒng)安裝期間引起的對(duì)準(zhǔn)誤差并且在軟件中修正它們是可能的。
依照一個(gè)實(shí)施方案，用來(lái)指向天線陣的方法和系統(tǒng)使用信息來(lái)源(例如，衛(wèi)星)的經(jīng)度和運(yùn)載工具52(例如，航空器)的坐標(biāo)(緯度和經(jīng)度)、運(yùn)載工具姿態(tài)(搖擺、顛簸和側(cè)滑)和安裝誤差(搖擺、顛簸和側(cè)滑的微量變化)計(jì)算天線應(yīng)該指向哪里。如同體驗(yàn)過(guò)這項(xiàng)技術(shù)的那些人已知的那樣，幾何計(jì)算能很容易確定從已知的坐標(biāo)(包括航空器的那些)到同步衛(wèi)星的視角。信號(hào)跟蹤可以以使用收到的衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度為基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)地優(yōu)化天線取向。在跟蹤期間，萬(wàn)向節(jié)CPU可以使用收到的信號(hào)的振幅(從收自DCU的振幅信息確定的)通過(guò)依據(jù)其計(jì)算出來(lái)的位置不連續(xù)地將天線重新定位到輕微偏移的位置和確定收到的信號(hào)強(qiáng)度是否是最佳的、未重新定位的天線取向是否在最佳方向，等等來(lái)確定最適宜的方位和仰角。人們將領(lǐng)會(huì)到指向可以是如此準(zhǔn)確和精密的，例如，如果航空器慣性導(dǎo)航系統(tǒng)稍后被改變，那么天線陣坐標(biāo)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)之間的定位調(diào)整可能不得不重新計(jì)算。
一般地說(shuō)，當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)在航空器或其它運(yùn)載工具中被更換的時(shí)候，它被正確地放在偏離舊的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)十分之幾度的范圍之內(nèi)。然而，這十分之幾度能使天線系統(tǒng)不足以讓機(jī)載接收器僅僅使用定向計(jì)算鎖定信號(hào)準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)衛(wèi)星并因此可能導(dǎo)致丟失給乘客的畫(huà)面。如果慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被更換，天線系統(tǒng)應(yīng)該在使用唯一指射(pointing-only)天線系統(tǒng)的時(shí)候在十分之一或十分之二度范圍內(nèi)之內(nèi)被重新校正。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，這種再次精確校正可能是非常耗費(fèi)時(shí)間的和冗長(zhǎng)乏味的過(guò)程并因此可能被省略，從而損害了天線系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)在的系統(tǒng)有指向和跟蹤兩種能力，因此，安裝時(shí)的校準(zhǔn)由于系統(tǒng)的跟蹤能彌補(bǔ)任何校準(zhǔn)和指向誤差可以被簡(jiǎn)化而且有可能被取消，例如，如果替換的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相對(duì)于先前的慣性導(dǎo)航坐標(biāo)被安裝在0.5度之內(nèi)。
系統(tǒng)可以備有可以實(shí)現(xiàn)的(例如，在萬(wàn)向節(jié)CPU上運(yùn)行的軟件中)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)特征。當(dāng)請(qǐng)求自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的時(shí)候，系統(tǒng)最初可以使用慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)瞄準(zhǔn)選定的衛(wèi)星。維護(hù)人員能從諸如計(jì)算機(jī)之類(lèi)可以與萬(wàn)向節(jié)CPU通信的外部接口請(qǐng)求這個(gè)動(dòng)作。當(dāng)天線陣尚未對(duì)準(zhǔn)的時(shí)候，系統(tǒng)開(kāi)始掃描該區(qū)域?qū)ふ曳逯到邮招盘?hào)。當(dāng)它找到信號(hào)的峰值的時(shí)候，它可以記錄方位、仰角、搖擺、顛簸、側(cè)滑、緯度和經(jīng)度。當(dāng)系統(tǒng)已將最高的信號(hào)強(qiáng)度定位的時(shí)候，峰值可以被確定下來(lái)。然后，運(yùn)載工具可以移動(dòng)，而且一組新的方位、仰角、搖擺、顛簸、側(cè)滑、緯度和經(jīng)度數(shù)字被測(cè)出。系統(tǒng)可以用這第二組數(shù)字計(jì)算安裝誤差(搖擺、顛簸和側(cè)滑的微量變化)和與這些數(shù)字相關(guān)聯(lián)的方位和仰角指向誤差。這個(gè)過(guò)程可以被重復(fù)，直到仰角和方位指向誤差變成可接受的。
傳統(tǒng)的定位調(diào)整過(guò)程通常是僅僅在天線系統(tǒng)初次安裝期間完成的而且是手動(dòng)程序完成的。傳統(tǒng)的手動(dòng)程序通常沒(méi)有能力輸入搖擺、顛簸和側(cè)滑的微量變化數(shù)字，因此，手動(dòng)程序需要使用墊片。例如，這些墊片是放置在天線的連接底座和航空器之間迫使天線系統(tǒng)坐標(biāo)與導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)一致的小片填充材料，例如，鋁墊片。然而，使用墊片需要拆除天線罩、布置墊片和重新安裝天線罩。這是非常耗費(fèi)時(shí)間的危險(xiǎn)的方法。只有有限的人被授權(quán)在航空器的頂上工作而且這項(xiàng)工作需要大量的腳手架。一旦完成定位調(diào)整，天線罩就必須重新附著而且天線罩密封要固化幾個(gè)小時(shí)。這個(gè)手動(dòng)定位調(diào)整過(guò)程要花費(fèi)一整天時(shí)間，然而本文描述的自動(dòng)定位調(diào)整過(guò)程能在不足1小時(shí)的時(shí)間內(nèi)完成。
一旦適當(dāng)?shù)赝瓿啥ㄎ徽{(diào)整，指向計(jì)算通常足以獨(dú)自保持天線瞄準(zhǔn)信息來(lái)源。在某些情況下，僅僅使用慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)不足以使天線陣瞄準(zhǔn)衛(wèi)星。一些慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不為某些高度動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)(例如，航空器的滑行)提供充分的更新率。(傳統(tǒng)的天線系統(tǒng)是為支持在任何軸線上每秒7度(7/sec)的運(yùn)動(dòng)和每秒方7度(7/sec2)的加速度設(shè)計(jì)的)。解決這個(gè)問(wèn)題的一條途徑可以是增加用跟蹤算法計(jì)算的指向方位和仰角。跟蹤算法可以總是尋找最強(qiáng)的衛(wèi)星信號(hào)，因此如果慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)緩慢，跟蹤算法可以接管尋找最佳指向角。當(dāng)慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)是最新的精確數(shù)據(jù)的時(shí)候，系統(tǒng)可以使用慣性數(shù)據(jù)計(jì)算它的方位和仰角，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)將與射束的峰值一致。這是因?yàn)閼T性導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)可以使天線精確地瞄準(zhǔn)預(yù)定的衛(wèi)星，沒(méi)有可測(cè)量的誤差，即預(yù)測(cè)的視角與最佳視角將是同一的。當(dāng)慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)不精確的時(shí)候，跟蹤軟件可以用來(lái)維持指向，因?yàn)樗灸艿啬堋靶Ｕ庇?jì)算視角和最佳視角之間高達(dá)0.5度的差異。
依照另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的通信系統(tǒng)可以包括第二向下變頻單元(DCU-2)500。圖23舉例說(shuō)明可仿效的DCU-2 500的功能方框圖。人們將領(lǐng)會(huì)到圖23打算表現(xiàn)DCU-2 500的功能實(shí)現(xiàn)而且不必表現(xiàn)物理實(shí)現(xiàn)。DCU-2 500可以提供天線陣收到的RF信號(hào)的第二級(jí)降頻，以便提供可以提供給舉例來(lái)說(shuō)在運(yùn)載工具之內(nèi)的乘客接口的IF信號(hào)。DCU-2 500可以接收在線路504上來(lái)自舉例來(lái)說(shuō)萬(wàn)向節(jié)組件300的功率。DCU-2 500可以包括可以接收在線路506上來(lái)自萬(wàn)向節(jié)組件300的控制信號(hào)的控制接口(CPU)502。
依照一個(gè)實(shí)施方案，DCU-2 500可以接收在線路76上來(lái)自DCU 400的輸入信號(hào)。功率分配器508可以用來(lái)把收到的信號(hào)分離，以便能夠產(chǎn)生高頻段(例如，在1150MHz到2150MHz的頻率范圍內(nèi))輸出的IF信號(hào)和低波段(例如，在950MHz到1950MHz的頻率范圍內(nèi))輸出的IF信號(hào)。因此，舉例來(lái)說(shuō)，DCU-2可以在大約950MHz到2150MHz的總頻率范圍內(nèi)在線路78上提供四個(gè)IF輸出信號(hào)。一些衛(wèi)星可以被分為兩個(gè)頻帶10.7GHz到11.7GHz和11.7GHz到12.75GHz。10.7GHz到11.7GHz的頻帶被降頻到0.95GHz到1.95GHz而11.7GHz到12.75GHz的頻帶被降頻到1.1GHz到2.15GHz。這些信號(hào)可以被呈現(xiàn)給接收器(未展示)，例如，供與運(yùn)載工具52相關(guān)聯(lián)的乘客訪問(wèn)的顯示裝置或聲音輸出(見(jiàn)圖1A、1B)。如果輸入接收每?jī)蓚€(gè)衛(wèi)星帶的兩者偏振狀態(tài)，因此，為了在任何頻道上同時(shí)提供全世界的電視接收，視頻接收器可能需要四個(gè)分開(kāi)的IF輸入來(lái)兩個(gè)衛(wèi)星頻帶之中每個(gè)的兩種偏振。這四個(gè)IF信號(hào)的產(chǎn)生可能在天線組件上完成的，但是然后將需要四芯線旋轉(zhuǎn)接頭在安裝托架上把四個(gè)信號(hào)傳送到運(yùn)載工具內(nèi)部。四芯線旋轉(zhuǎn)接頭可能是不實(shí)用的和昂貴的。通過(guò)在萬(wàn)向節(jié)上提供第一級(jí)降頻，穿過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭到運(yùn)載工具內(nèi)部的RF電纜的數(shù)目可以被減到最少，因此簡(jiǎn)化安裝。另外，通過(guò)在可安裝的子系統(tǒng)上提供第一級(jí)降頻，較低的頻率可以從天線陣傳送到視頻接收器，因此考慮到將使用直徑比較細(xì)的更普通的RF電纜，從而使它更容易安裝。因此，本發(fā)明的通信系統(tǒng)使用可安裝的子系統(tǒng)上的DCU 400和可以方便地在運(yùn)載工具內(nèi)定位的DCU-2 500提供兩級(jí)降頻可能是有利的。
依照舉例說(shuō)明的實(shí)例，DCU-2 500可以包括可以用來(lái)濾除來(lái)自信號(hào)的帶外產(chǎn)品的通頻帶濾波器510。收到的信號(hào)使用混頻器512與來(lái)自選定的本機(jī)振蕩器514之一的音調(diào)混合。每個(gè)本機(jī)振蕩器514可以被調(diào)諧到作為系統(tǒng)計(jì)劃接收的衛(wèi)星(或其它的信息信號(hào)來(lái)源)的函數(shù)的特定頻段。在任何給定的時(shí)間哪個(gè)本機(jī)振蕩器在混頻器512混頻可以使用開(kāi)關(guān)516借助控制接口502從萬(wàn)向節(jié)組件收到的控制信號(hào)予以控制。輸出信號(hào)可以被放大器518放大以提高信號(hào)強(qiáng)度。進(jìn)一步的通頻帶濾波器520可以用來(lái)濾除不想要的混頻器產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)例中，DCU-2 500可以包括使用RF檢波器522和耦合器524完成信號(hào)抽樣的機(jī)內(nèi)測(cè)試特征，如同前面關(guān)于DCU和PCU描述的那樣。(經(jīng)由控制接口506受控的)開(kāi)關(guān)526可以用來(lái)選擇四個(gè)輸出中哪個(gè)是為機(jī)內(nèi)測(cè)試抽樣的。
盡管至此已描述了系統(tǒng)的若干可仿效的實(shí)施方案及其某些方面，但是各種不同的修改和變更對(duì)于熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人可能是明顯的。這樣的修改和變更傾向于被包括在這份僅僅用于舉例說(shuō)明的目的而不傾向于作為限制的揭示之中。本發(fā)明的范圍應(yīng)該從權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)文件的適當(dāng)?shù)慕忉屩写_定。
權(quán)利要求
1.一種天線組件，其中包括適合接收信息信號(hào)的天線；與天線的饋送點(diǎn)耦合而且有第一端口和第二端口的直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器，直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器是為接收來(lái)自天線的信息信號(hào)并且把該信息信號(hào)分離以便在第一端口提供第一分量信號(hào)和在第二個(gè)端口提供第二分量信號(hào)而構(gòu)成的，第二個(gè)分量信號(hào)是與第一分量信號(hào)正交偏振的；以及與直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第一和第二端口耦合而且適合接收第一和第二分量信號(hào)的相位補(bǔ)償裝置，相位補(bǔ)償裝置是為補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙至啃盘?hào)之間的任何不平衡使第一分量信號(hào)與第二個(gè)分量信號(hào)相位匹配而構(gòu)建的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線組件，其中天線是號(hào)角天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的天線組件，其中號(hào)角天線的高度小于大約12英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的天線組件，其中天線包括眾多天線，每個(gè)都適合接收信息信號(hào)；直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器包括眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器都與眾多天線之中對(duì)應(yīng)的天線耦合，每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器都有第一端口和第二端口，每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器都適合接收來(lái)自對(duì)應(yīng)的天線的信息信號(hào)并且在第一端口提供有第一偏振狀態(tài)的第一分量信號(hào)和在第二端口提供有第二偏振狀態(tài)的第二分量信號(hào)；以及其中天線組件進(jìn)一步包括經(jīng)由眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器與眾多天線耦合的饋送網(wǎng)絡(luò)，饋送網(wǎng)絡(luò)適合接收來(lái)自每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第一分量信號(hào)和第二分量信號(hào)并且在第一饋送端口提供第一總計(jì)分量信號(hào)和在第二饋送端口提供第二總計(jì)分量信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的天線組件，其中相位補(bǔ)償裝置包括為補(bǔ)償天線和信息信號(hào)來(lái)源之間的偏振歪斜并且從第一和第二分量信號(hào)重建有任何偏振的信息信號(hào)而進(jìn)一步構(gòu)成的偏振變頻單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的天線組件，其中偏振變頻單元包括眾多的衰減器而且是為了提供在每個(gè)第一總計(jì)分量信號(hào)和第二總計(jì)分量信號(hào)的路徑中的衰減數(shù)值以補(bǔ)償任何偏振歪斜而配置的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的天線組件，其中眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器是與饋送網(wǎng)絡(luò)和眾多天線一起整體成形的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的天線組件，其中饋送網(wǎng)絡(luò)包括實(shí)質(zhì)上對(duì)稱(chēng)的路徑，以致從每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器到第一饋送端口的第一分量信號(hào)路徑和從每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器到第二饋送端口的第二分量信號(hào)路徑實(shí)質(zhì)上是對(duì)稱(chēng)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的天線組件，其中饋送網(wǎng)絡(luò)是波導(dǎo)饋送網(wǎng)絡(luò)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的天線組件，進(jìn)一步包括至少一個(gè)與饋送網(wǎng)絡(luò)整體成形的支撐托架，以便為饋送網(wǎng)絡(luò)提供結(jié)構(gòu)剛性。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的天線組件，其中饋送網(wǎng)絡(luò)包括眾多在其中形成的流體排泄孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的天線組件，進(jìn)一步包括至少放置在第一饋送端口和第二饋送端口之一內(nèi)部的介質(zhì)插入物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的天線組件，其中介質(zhì)插入物有眾多在其中形成的孔以控制介質(zhì)插入物的介電常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的天線組件，其中眾多天線都是號(hào)角天線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的天線組件，進(jìn)一步包括與眾多天線耦合并且適合按方位和仰角移動(dòng)眾多天線的萬(wàn)向節(jié)組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的天線組件，其中至少號(hào)角天線之一包括用來(lái)把號(hào)角天線安裝到萬(wàn)向節(jié)組件上的環(huán)，而且環(huán)是在號(hào)角天線的外表面上形成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的天線組件，其中環(huán)是最靠近號(hào)角天線的孔徑形成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的天線組件，其中環(huán)包括適合與萬(wàn)向節(jié)組件的柱配對(duì)的溝槽。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的天線組件，其中環(huán)是與號(hào)角天線一起整體成形的。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的天線組件，進(jìn)一步包括至少部份地封閉眾多號(hào)角天線和饋送網(wǎng)絡(luò)的天線罩。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的天線組件，進(jìn)一步包括眾多介質(zhì)透鏡，眾多介質(zhì)透鏡之中每個(gè)透鏡都與對(duì)應(yīng)的號(hào)角天線耦合，把信號(hào)聚焦到對(duì)應(yīng)的號(hào)角天線的饋送點(diǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的天線組件，其中每個(gè)介質(zhì)透鏡都是為了至少部份地安裝在對(duì)應(yīng)的號(hào)角天線的孔徑之內(nèi)這樣構(gòu)成和安排的，以致介質(zhì)透鏡是自動(dòng)定心透鏡。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的天線組件，其中每個(gè)介質(zhì)透鏡包括傾斜的邊緣部分，該傾斜的邊緣部分的角度與號(hào)角天線側(cè)面的角度相匹配，以致傾斜的邊緣部分安裝在號(hào)角天線內(nèi)部。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的天線組件，其中眾多的介質(zhì)透鏡每個(gè)都是內(nèi)階梯式的菲涅爾透鏡。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的天線組件，其中眾多介質(zhì)透鏡每個(gè)都有平凸形狀。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的天線組件，其中眾多介質(zhì)透鏡每個(gè)都包括實(shí)質(zhì)上呈梯形的單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征，而且單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征的第一邊界是毗鄰和實(shí)質(zhì)上平行于介質(zhì)透鏡的平面表面形成的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的天線組件，其中每個(gè)介質(zhì)透鏡進(jìn)一步包括至少在透鏡的平面表面、透鏡的凸面表面和單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征至少一個(gè)邊界之一上形成的至少一個(gè)溝槽。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的天線組件，其中至少一個(gè)溝槽包括作為同心環(huán)形成的眾多溝槽。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的天線組件，其中眾多介質(zhì)透鏡每個(gè)都包括在透鏡的每個(gè)平面表面、透鏡的凸面表面和單一階梯準(zhǔn)菲涅爾特征的至少一個(gè)邊界上形成的至少一個(gè)溝槽。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的天線組件，其中眾多介質(zhì)透鏡每個(gè)都由交聯(lián)的聚苯乙烯材料組成。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的天線組件，其中每個(gè)介質(zhì)透鏡都由Rexolite組成。
32.根據(jù)權(quán)利要求21的天線組件，其中眾多介質(zhì)透鏡每個(gè)都包括在介質(zhì)透鏡的表面中形成的至少一個(gè)溝槽。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的天線組件，其中那至少一個(gè)溝槽包括作為同心環(huán)形成的眾多溝槽。
34.根據(jù)權(quán)利要求21的天線組件，其中每個(gè)介質(zhì)透鏡都包括從介質(zhì)透鏡的外圓周凸起的而且適合把介質(zhì)透鏡安裝到號(hào)角天線上的凸緣。
35.根據(jù)權(quán)利要求4的天線組件，其中相位補(bǔ)償裝置包括形成饋送網(wǎng)絡(luò)部分的饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器，饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器有第三端口和第四端口，饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)上與眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器之中每一個(gè)都完全相同；而且饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第三端口與第二饋送端口耦合并且接收第二總計(jì)分量信號(hào)，而饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第四端口與第一饋送端口耦合而且接收第一總計(jì)分量信號(hào)，以致眾多直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器、饋送網(wǎng)絡(luò)和饋送直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的組合補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙至啃盘?hào)之間的任何相位不平衡。
36.根據(jù)權(quán)利要求4的天線組件，其中第一總計(jì)分量信號(hào)和第二總計(jì)信號(hào)有第一中心頻率；而且進(jìn)一步包括與相位補(bǔ)償裝置耦合的第一向下變頻單元，它接收第一總計(jì)分量信號(hào)和第二總計(jì)分量信號(hào)，而且把第一總計(jì)分量信號(hào)和第二總計(jì)分量信號(hào)分別變換成第三信號(hào)和第四信號(hào)，第三和第四信號(hào)有低于第一中心頻率的第二中心頻率，第一向下變頻單元以第一和第二輸出提供第三和第四信號(hào)。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的天線組件，其中天線組件被安裝在運(yùn)載工具上，而且第一向下變頻單元的第一和第二輸出是通過(guò)運(yùn)載工具的表面饋送的并且與運(yùn)載工具內(nèi)部的附加部件耦合。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的天線組件，其中附加部件包括接收第三和第四信號(hào)并且將第三和第四信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成第五信號(hào)和第六信號(hào)的第二向下變頻單元，而且第五和第六信號(hào)有低于第二中心頻率的第三中心頻率。
39.根據(jù)權(quán)利要求1的天線組件，其中相位補(bǔ)償裝置為天線組件提供實(shí)質(zhì)上所有的相位匹配。
全文摘要
一種包括用饋送網(wǎng)絡(luò)與通信電子設(shè)備耦合的天線陣的通信系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)例中，通信子系統(tǒng)包含眾多個(gè)個(gè)都適合接收信息信號(hào)的天線，和眾多與眾多天線之中對(duì)應(yīng)的天線耦合的直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)OMT都適合提供有第一偏振狀態(tài)的第一分量信號(hào)和有第二偏振狀態(tài)的第二分量信號(hào)。通信子系統(tǒng)還包含接收來(lái)自每個(gè)直接收發(fā)轉(zhuǎn)換器的第一分量信號(hào)和第二分量信號(hào)并且在第一饋送端口提供第一總計(jì)分量信號(hào)和在第二饋送端口提供第二總計(jì)分量信號(hào)的饋送網(wǎng)絡(luò)，以及與第一和第二饋送端口耦合適合使第一總計(jì)分量信號(hào)與第二總計(jì)分量信號(hào)相位匹配的相位校正裝置。
文檔編號(hào)H01Q13/02GK1682402SQ03822370
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者理查德·克萊默, 邁克爾·巴雷特, 弗蘭克·布蘭達(dá), 羅伯特·E·克維西奇, 理查德·安德森, 馬修·弗萊賴 申請(qǐng)人:愛(ài)羅莎特股份有限公司