用于空中交通工具的机械操纵且水平极化天线以及相关系统和方法技术方案

一种用于空中交通工具(诸如UAV)的机械操纵水平极化定向天线。该天线系统可以包括具有被嵌入其中的水平极化天线的平面基板。在一端的旋转构件可以被附接到平面基板，并且可以从空中交通工具的外表面延伸。致动器可以被耦合到旋转构件以转动该旋转构件。空中交通工具的通信控制器可以控制致动器向目标接收器发射水平偏振的射频(RF)波或接受来自目标发射器的波前。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术的至少一个实施例总体涉及射频通信系统，并且特别涉及无人空中交通工具(UAV)通信系统。
技术介绍
UAV是不运载人类操作员并且使用空气动力提供交通工具升力的空中交通工具。UAV可以具有种类广泛的形状、尺寸、配置和特性。UAV可以自动飞行或可以被遥控驾驶。例如，使用已知的通信系统，UAV可以从远程方位被控制，或使用动态自动化系统基于预编程飞行计划自动飞行，或两者组合。自动化系统可以通过使用机载智能系统或人工智能允许空中交通工具在预编程飞行计划之外飞行，以适应交通工具的航线中未计划的变化或处理广泛的指令(例如，由A点飞行到B点，其中燃料经济性最大并且无碰撞)。UAV的一个应用是军事或非军事操作侦查。侦查UAV可以发射数据(例如视频数据)到远程方位和/或相互发射数据。这些侦查UAV可以相当小以避免检测以及为了成本效益。UAV可以具有固定的机翼或一个或多个旋翼。现代UAV可以经过大距离行进。因此，用于UAV的通信系统需要有能力支持超出小局部区域的长距离通信，该通信包括航空电子控制通信和监视数据发送。
技术实现思路
本专利技术可以涉及空中交通工具天线系统，该空中交通工具天线系统可以包括具有水平极化天线嵌入在其中的旋转对称平面基板、通信控制器、电耦合到水平极化天线和通信控制器以与通信控制器通信的电互连件、耦合到旋转对称平面基板的旋转构件、以及伺服机构，其电耦合到通信控制器并耦合到旋转构件以根据来自通信控制器的命令转动旋转构件和旋转对称平面基板。该水平极化天线可以是八木天线、对数周期天线、缝隙天线、单偶极子天线或这些天线的任意结合。空中交通工具天线系统也可以包括通信接口，通信接口电耦合到通信控制器，其中通信接口包括接收器、发射器或收发器中的至少一个并且由旋转对称平面基板携带。通信控制器可以被配置为通过致动伺服机构将水平极化天线的增益廓线峰值大致对准通信目标来提供空对空通信或空对地通信中的至少一个。通信控制器可以耦合到飞行控制器并且被配置为当通过伺服机构进行的旋转对称平面基板的旋转没有将通信目标放在水平极化天线的增益廓线峰值范围内时，请求飞行控制器将携带空中交通工具天线系统的空中交通工具朝着通信目标倾侧或倾斜。通信控制器可以被配置为命令伺服机构转动旋转构件和水平极化天线；当伺服机构转动旋转构件时，监测在水平极化天线上接收到的信号强度；识别具有最高信号强度的方位角；以及基于方位角和空中交通工具天线系统的高度计算地面站的方位。本专利技术可以涉及空中交通工具天线系统，该空中交通工具天线系统可以包括其中具有水平极化天线的平面基板；旋转构件，其中旋转构件携带平面基板，其中旋转构件的旋转轴线和水平极化天线的主平面之间具有非垂直角，并且旋转构件被配置为被耦合到携带空中交通工具天线系统的空中交通工具；以及耦合到旋转构件以转动旋转构件的致动器。旋转构件可以是圆形或椭圆形的杆。平面基板可以包括散热片(heat sink fin)。旋转构件可以是可伸缩的。水平极化天线可以包括在平面基板内具有渐进厚度轮廓的一个或多个导电元件。水平极化天线可以包括嵌入在平面基板内的相对于平面基板的平面表面非零倾侧的一个或多个导电元件。本专利技术可以涉及操作空中交通工具通信系统的方法，该方法可以包括转动由第一空中交通工具携带的并具有嵌入其中的水平极化天线的平面基板，使得水平极化天线的增益廓线峰值被大致对准到第二空中交通工具，其中平面基板暴露在第一空中交通工具外部；以及通过水平极化天线在第一和第二空中交通工具之间建立空对空链接。平面基板可以是第一平面基板，水平极化天线可以是第一水平极化天线，并且增益廓线峰值可以是第一增益廓线峰值。该方法也可以包括转动由第一空中交通工具携带的并携带第二水平极化天线的第二平面基板，使得第二水平极化天线的第二增益廓线峰值被大致对准到地面站，其中第二平面基板暴露在空中交通工具外部；通过第二水平极化天线在第一空中交通工具和地面站之间建立空对地链接。该方法也可以包括通过作为通信中继的第一空中交通工具在第二空中交通工具和地面站之间建立超视距(BLOS)通信链接。该方法还可以包括请求空中交通工具的飞行控制器倾斜空中交通工具使得第二水平极化天线的第二增益廓线峰值被大致对准地面站。本专利技术可以涉及空中交通工具系统，该空中交通工具系统可以包括空中交通工具；以及由空中交通工具携带的天线系统，并且天线系统包括具有嵌入其中的水平极化天线的旋转对称平面基板；以固定角携带平面基板的旋转构件；以及耦合到旋转构件以转动旋转构件的致动器。空中交通工具可以具有翼尖部分或小翼部分；并且其中旋转构件被附连到翼尖部分或小翼部分的上面或下面。空中交通工具可以具有机身部分、前部部分和后部部分；并且其中旋转构件被附着到前部部分、机身部分或后部部分的上面或下面。空中交通工具也可以包括第二天线系统，该第二天线系统可以包括具有嵌入其中的第二水平极化天线的第二平面基板；以不同于第一固定角的第二固定角携带第二平面基板的第二旋转构件；以及耦合到第二旋转构件以转动第二旋转构件的第二致动器。天线系统可以被配置为控制数据上行链路，并且第二天线系统被配置为控制数据下行链路。天线系统可以被配置为控制数据上行链路或控制数据下行链路，并且第二天线系统被配置为监视数据上行链路。常规的高增益天线(例如，电子扫描天线)要求大的竖直横截面以便实现360°覆盖。这种大竖直横截面可以通过创造不需要的阻力不利地影响UAV的空气动力性能。附加地，这些天线可能重、复杂和昂贵。这对像Tier2 UAV的小型机载平台提出了尺寸、重量和功率(SWAP)问题。因此，改善UAV通信仍然是本领域的需求。附图说明图1是根据本公开技术的一些实施例说明空中交通工具通信系统的示意图。图2A是根据本公开技术的各种实施例的用于空中交通工具的天线系统的代表性天线构件的俯视图。图2B是根据本公开技术的实施例的图2A的代表性天线构件以及相应的增益值的示意俯视图。图2C是根据本公开技术的实施例的图2A的代表性天线构件以及相应的增益值的示意侧视图。图3是根据本公开技术的实施例的空中交通工具的天线系统的部分示意侧视图。图4是根据本公开技术的实施例说明导向空中交通工具的天线系统的过程的部分示意俯视透视图。图5A是根据本公开技术的实施例说明用于安装一个或多个天线系统的可能位置的空中交通工具的第一示例的部分示意俯视透视图。图5B是根据本公开技术的实施例说明用于安装一个或多个天线系统的可能位置的空中交通工具的第二示例的部分示意俯视透视图。图6是根据实施例操作空中交通工具的通信系统的方法的流程图。这些附图描绘本技术的各种实施例目的仅在于说明。本领域的技术人员可以从以下讨论中将准备意识到，本文说明的结构和方法的其他实施例可以被采用并不违背本公开技术的原则。具体实施方式本技术的实施例针对具有小竖直横截面的机械操纵的水平极化的定向天线。该定向天线可以是空中交通工具(诸如无人空中交通工具(UAV))天线系统的一部分。在其他实施例中，本公开技术可以根据其他实施例实施。描述了已知的并且与UAV天线有关的但是不必要地使本技术的一些方面模糊的结构或工序的一些细节处于清楚的目的没有在以下描述中陈述。此外，尽管以下公开展示本技术的不同方面的一些实施例，本技术的一些其他实施例可以具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空中交通工具天线系统，其包含：旋转对称平面基板，其具有被嵌入其中的水平极化天线；通信控制器；电互连件，其被电耦合到所述水平极化天线和所述通信控制器以与所述通信控制器通信；旋转构件，其被耦合到所述旋转对称平面基板；以及伺服机构，其被电耦合到所述通信控制器，并被耦合到所述旋转构件以根据来自所述通信控制器的命令转动所述旋转构件和所述旋转对称平面基板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.19 US 61/955,613;2015.03.17 US 14/660,2151.一种空中交通工具天线系统，其包含：旋转对称平面基板，其具有被嵌入其中的水平极化天线；通信控制器；电互连件，其被电耦合到所述水平极化天线和所述通信控制器以与所述通信控制器通信；旋转构件，其被耦合到所述旋转对称平面基板；以及伺服机构，其被电耦合到所述通信控制器，并被耦合到所述旋转构件以根据来自所述通信控制器的命令转动所述旋转构件和所述旋转对称平面基板。2.根据权利要求1所述的空中交通工具天线系统，其中所述水平极化天线是八木天线、对数周期天线、缝隙天线、单偶极子天线或这些天线的任意组合。3.根据权利要求1所述的空中交通工具天线系统，进一步包含通信接口，其被电耦合到所述通信控制器，其中所述通信接口包括接收器、发射器或收发器中的至少一个并且由所述旋转对称平面基板携带。4.根据权利要求1所述的空中交通工具天线系统，其中所述通信控制器被配置为通过致动所述伺服机构以将所述水平极化天线的增益轮廓峰值大致对准通信目标以提供空对空通信或空对地通信中的至少一个。5.根据权利要求4所述的空中交通工具天线系统，其中所述通信控制器被耦合到飞行控制器，并且其被配置为当经由所述伺服机构转动所述旋转对称平面基板没有将所述通信目标放置在所述水平极化天线的增益轮廓峰值范围内时，请求所述飞行控制器将携带所述空中交通工具天线系统的空中交通工具倾侧或倾斜向所述通信目标。6.根据权利要求1所述的空中交通工具天线系统，其中所述通信控制器被配置为：命令所述伺服机构转动所述旋转构件和所述水平极化天线；当所述伺服机构转动所述旋转构件时监测在所述水平极化天线处接收的信号强度；识别具有最高信号强度的方位角；以及基于所述方位角和所述空中交通工具天线系统的仰角计算地面站的方位。7.一种空中交通工具天线系统，其包含：在其中具有水平极化天线的平面基板；旋转构件，其中所述旋转构件携带所述平面基板，其中所述旋转构件的旋转轴线与所述水平极化天线的主平面之间具有非垂直的角，并且所述旋转构件被配置为被耦合到携带所述空中交通工具天线系统的空中交通工具；以及耦合到所述旋转构件以转动所述旋转构件的致动器。8.根据权利要求7所述的空中交通工具天线系统，其中所述旋转构件是圆形的或椭圆形的杆。9.根据权利要求7所述的空中交通工具天线系统，其中所述平面基板包括散热片。10.根据权利要求7所述的空中交通工具天线系统，其中所述旋转构件是可伸缩的。11.根据权利要求7所述的空中交通工具天线系统，其中所述水平极化天线包含具有在所述平面基板内的渐进厚度轮廓的一个或多个导电元件。12.根据权利要求7所述的空中交通工具天线系统，其中所述水平极化天线包含相对于所述平面基板的平面表面非零倾侧地嵌入在所述平面基板内的一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·麦克，P·孔兹，
申请(专利权)人：英西图公司，
类型：发明
国别省市：美国;US