利用介质透镜的可操纵天线组件制造技术

本发明专利技术涉及利用介质透镜的可操纵天线组件。本发明专利技术公开了一种用于以多种入射角度接收多个入射射频(“RF”)信号的可操纵天线组件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介质透镜(“SDL”)、波导孔块(“WAB”)、开关孔矩阵(“SAM”)和径向孔组合器(“RAC”)。SDL接收和聚焦多个入射RF信号，从而在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。WAB邻近SDL的后表面定位并且接收多个聚焦的RF信号。SAM电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束，并且基于电子地操纵波束在多个聚焦的RF信号之间切换。RAC从多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。

【技术实现步骤摘要】
利用介质透镜的可操纵天线组件
本公开总体涉及天线，并且更具体地，涉及利用球面透镜的天线系统和电子地扫描天线系统的天线阵列。
技术介绍
通常被称为无人机的无人驾驶飞机(“UAV”)的使用在这十年中已经经历爆炸式增长。大多数UAV利用无线技术控制数据并在UAV与用户终端(“UT”)之间通信数据。该无线链路的控制和数据性能显著地限制UAV的范围、机动性和整体功能。随着UAV使用的扩大，无线链路能力已经成为UAV系统应用领域中的限制因素。UAV无线链路由用户终端处和飞机中的无线电和天线组成。链路中的主要无线“弱点”是UT天线。UT天线有效地跟踪飞行中的飞行器的能力是显著的覆盖范围和范围限制。解决这个问题的尝试包括使用多个地面UT位置、卫星和机械铰接天线。多站点地面系统的成本、复杂性和物流(logistics)限制了其应用。卫星系统复杂性和数据延迟使UAV的实时控制和观察非常复杂和昂贵。机械铰接天线具有显著的响应时间和跟踪飞行器的指向精度问题。在UAV的操作领域中，期望具有单个UT系统，其可在足够的范围内有效地跟踪飞行器，以完成可操作目标。目前，解决跟踪延迟问题的解决方案之一是利用相控阵天线，相控阵天线在天线视野上提供高天线增益和电子地受控的可操纵性。相控阵天线的设置和操作复杂，消耗大量的电力，并且价格昂贵，因此其实际应用仅限于高端系统。因此，需要一种解决UAV跟踪问题的具有成本效益的高级天线设计。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于以多种入射角度接收多个入射射频(“RF”)信号的可操纵(steerable)天线组件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介质透镜(“SDL”)、波导孔块(“WAB”)、开关孔矩阵(“SAM”)和径向孔组合器(“RAC”)。SDL包括前表面和后表面，其中SDL被配置为接收和聚焦多个入射RF信号，以在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。多个焦点具有沿SDL的后表面的对应于多个入射RF信号的多个入射角的位置。WAB邻近SDL的后表面定位，其中WAB与SDL的后表面进行信号通信，并且WAB被配置为接收多个聚焦的RF信号。SAM与WAB进行信号通信并且被配置为电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束，并且基于电子地操纵所述波束在多个聚焦的RF信号之间切换。RAC与SAM进行信号通信并且被配置为从多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。SAA可以为包括与SAA进行信号通信的RF调制解调器和与SAA和RF调制解调器进行信号通信的控制器的用户终端的一部分，其中RF调制解调器被配置为接收RF信号并且解调接收的RF信号，以产生接收的基带信号。控制器被配置为控制RF调制解调器和SAM，以电子地操纵波束。在操作示例中，SAA执行一种方法，该方法包括：在SDL的前表面处接收多个入射RF信号，并且聚焦接收的多个入射RF信号以在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。多个焦点具有沿SDL的后表面的对应于多个入射RF信号的多个入射角的位置。该方法进一步包括：在邻近SDL的后表面定位的WAB处接收多个聚焦的RF信号，基于电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束在多个聚焦的RF信号之间切换，以及使用RAC组合切换的多个聚焦的RF信号以产生接收的RF信号。此外，SAA为既能够接收撞击在SDL上的入射RF信号又能够发送入射到RAC中的输入RF信号的互逆(reciprocal)设备。在发送输入RF信号的示例中，SAM被配置为电子地操纵发送的波束。本专利技术的其他设备、装置、系统、方法、特征和优点将在本领域技术人员通过检查以下附图和详细描述时变得明显。所有此类附加系统、方法、特征和优点旨在包括在本说明书内、包括在本专利技术的范围内，并由所附权利要求加以保护。附图说明通过参考以下附图可以更好地理解本专利技术。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。在附图中，贯穿不同视图，相同的附图标记表示对应部分。图1是根据本公开的经由信号路径与UAV、近地轨道(“LEO”)或地球同步卫星进行信号通信的UAV用户终端的实施方式的示例的系统框图。图2是根据本公开的图1所示的用户终端的实施方式的示例的系统框图。图3A是根据本公开的图2所示的波导孔块(“WAB”)的剖视(cut-away)部分的实施方式的示例的俯视图。图3B是根据本公开的图3A所示的WAB的剖视部分的侧面剖视图。图4是根据本公开的图3A和图3B所示的共形孔阵列天线(“CAA”)的实施方式的示例的透视图。图5是根据本公开的图3A和图3B所示的CAA的实施方式的另一示例的透视图。图6是根据本公开的图2、图3A和图3B所示的近似球面的介质透镜(“SDL”)的实施方式的系统视图。图7A是根据本公开的SDL以第一角度接收入射RF信号的另一示例实施方式的系统视图。图7B是根据本公开的图7A的SDL以第二角度接收入射RF信号的系统视图。图7C是根据本公开的图7A和图7B的SDL以第三角度接收入射RF信号的系统视图。图8是根据本公开的用于与SDL一起使用的天线罩的实施方式的示例的透视图。图9是根据本公开的在图3B、图6、图7A、图7B和图7C中所示的多个波导中的波导的实施方式的示例的框图。图10是根据本公开的图2所示的开关孔矩阵(“SAM”)的实施方式的示例的框图。图11是根据本公开的图2所示的径向孔组合器(“RAC”)的实施方式的示例的框图。图12是根据本公开的用于与WAB和SDL一起使用的步进马达的实施方式的示例的系统框图。图13是根据本公开的由SAA执行的方法的实施方式的示例的流程图。具体实施方式公开了一种用于以多个入射角接收多个入射射频(“RF”)信号的可操纵天线组件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介质透镜(“SDL”)、波导孔块(“WAB”)、开关孔矩阵(“SAM”)和径向孔组合器(“RAC”)。SDL包括前表面和后表面，其中SDL被配置为接收和聚焦多个入射的RF信号，以在大致沿SDL后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。多个焦点沿SDL的后表面具有对应于多个入射RF信号的多个入射角的位置。WAB邻近SDL后表面定位，其中WAB与SDL的后表面进行信号通信，并且WAB被配置为接收多个聚焦的RF信号。SAM与WAB进行信号通信，并且被配置为电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束，并且基于电子地操纵波束在多个聚焦的RF信号之间切换。RAC与SAM进行信号通信，并且被配置为从多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。SAA可以是包括与SAA进行信号通信的RF调制解调器以及与SAA和RF调制解调器进行信号通信的控制器的用户终端的一部分，其中RF调制解调器被配置为接收RF信号并解调接收的RF信号以产生接收的基带信号。控制器被配置为控制RF调制解调器和SAM以电子地操纵波束。在操作的示例中，SAA执行一种方法，该方法包括在SDL的前表面处接收多个入射RF信号，并且聚焦所接收的多个入射RF信号，以在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。多个焦点具有沿SDL的后表面的对应于多个入射RF信号的多个入射角的位置。该方法进一步包括：在邻近SDL的后表面定位的WAB处接收多个聚焦的RF信号；基于电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束，在多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于以多个入射角(232)接收多个入射射频信号(230)即多个入射RF信号(230)的可操纵天线组件(118)即SAA(118)，所述SAA(118)包括：近似的球面介质透镜(218)即近似的SDL(218)，其具有：前表面(226)以及后表面(228)，所述SDL可操作以接收和聚焦所述多个入射RF信号，以在大致沿所述SDL的所述后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号，所述多个焦点具有沿所述SDL的所述后表面的对应于所述多个入射RF信号的所述多个入射角的位置；波导孔块(220)即WAB(220)，其邻近所述SDL的所述后表面定位，所述WAB与所述SDL的所述后表面进行信号通信，所述WAB可操作以接收所述多个聚焦的RF信号；开关孔矩阵(222)即SAM(222)，其与所述WAB进行信号通信，所述SAM可操作以电子地操纵由所述SAA产生的辐射图案的波束(114)，所述SAM可操作以基于电子地操纵所述波束在所述多个聚焦的RF信号之间切换；以及径向孔组合器(224)即RAC(224)，其与SAM进行信号通信，所述RAC可操作以从所述多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。

【技术特征摘要】
2016.08.24 US 62/379,031;2016.12.14 US 15/379,2281.一种用于以多个入射角(232)接收多个入射射频信号(230)即多个入射RF信号(230)的可操纵天线组件(118)即SAA(118)，所述SAA(118)包括：近似的球面介质透镜(218)即近似的SDL(218)，其具有：前表面(226)以及后表面(228)，所述SDL可操作以接收和聚焦所述多个入射RF信号，以在大致沿所述SDL的所述后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号，所述多个焦点具有沿所述SDL的所述后表面的对应于所述多个入射RF信号的所述多个入射角的位置；波导孔块(220)即WAB(220)，其邻近所述SDL的所述后表面定位，所述WAB与所述SDL的所述后表面进行信号通信，所述WAB可操作以接收所述多个聚焦的RF信号；开关孔矩阵(222)即SAM(222)，其与所述WAB进行信号通信，所述SAM可操作以电子地操纵由所述SAA产生的辐射图案的波束(114)，所述SAM可操作以基于电子地操纵所述波束在所述多个聚焦的RF信号之间切换；以及径向孔组合器(224)即RAC(224)，其与SAM进行信号通信，所述RAC可操作以从所述多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。2.根据权利要求1所述的SAA，其中所述SDL具有以下各项中的至少一个：近似球面或扁球面的形状；小于所述SAA的操作RF频率的大约0.01波长的球度变化；大约152.4mm的直径；大约在2和5之间的介电常数；以及从所述SDL的中心向外径向地减小的折射率的梯度。3.根据权利要求2所述的SAA，其中所述SDL由选自包含以下各项的组的材料组成：热固性塑料、聚碳酸酯、交联聚苯乙烯共聚物和聚四氟乙烯即PTFE。4.根据权利要求2所述的SAA，其中所述SDL为伦伯透镜。5.根据权利要求1所述的SAA，其中所述WAB(220)包括：凹内表面(238)，其邻近所述SDL(218)的所述后表面(228)定位；以及共形孔阵列天线(304)即CAA(304)，其沿所述凹内表面(238)，其中所述CAA(304)与所述SDL(218)的所述后表面(228)进行信号通信，以及其中所述CAA(304)包括多个孔元件(306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7))。6.根据权利要求5所述的SAA(118)，其中所述WAB(220)包括与所述CAA(304)进行信号通信的多个波导(312)，其中所述多个波导(312)中的每个波导(314(1)至314(7))包括与所述CAA(304)进行信号通信的波导孔，以及其中所述多个波导(312)中的每个波导(314(1)至314(7))的每个波导孔对应于所述CAA(304)的所述多个孔元件的孔元件(306(1)至306(7))。7.根据权利要求6所述的SAA，其中所述CAA的每个孔元件为椭圆形孔，以及其中所述多个波导中的所述每个波导的每个波导孔为对应的椭圆形孔。8.根据权利要求7所述的SAA，其中所述CAA的所述每个椭圆形孔元件为圆形孔，以及其中所述多个波导的所述每个波导的每个椭...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·L·萨维奇，C·M·赛克，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US