用于高空平台的相控阵天线制造技术

本申请涉及用于高空平台的相控阵天线，公开了一种飞行器，其包括机身、耦合到机身的机翼和收发器。该飞行器进一步包括耦合到收发器并且固定附着到机身或至少一个机翼的多个平面相控阵天线。多个平面相控阵天线包括具有第一法向量第一平面相控阵天线和具有第二法向量的第二平面相控阵天线。第一法向量与第二法向量不平行。

【技术实现步骤摘要】
用于高空平台的相控阵天线
本公开总体上涉及相控阵天线和高空平台(highaltitudeplatform)。
技术介绍
高空平台(HAP)在平流层(例如地球表面以上13公里(km)至50km)操作。HAP可用于无线通信。例如，HAP可包括相控阵天线。在这个示例中，相控阵天线可具有最大扫描角度并且当以最大扫描角度或靠近最大扫描角度操作时可导致干扰或失真。由HAP支持的无线通信的覆盖区域与HAP的天线的最大扫描角度和距离(例如，海拔高度)相关。用于增大覆盖区域的常规技术包括将HAP的相控阵天线安装到机械系统(如万向节)。但是这种机械系统是沉重且庞大的。
技术实现思路
在一个特定实施方式中，一种飞行器包括机身、耦合到机身的机翼和收发器。飞行器进一步包括耦合到收发器并且固定附着到机身或至少一个机翼的多个平面相控阵天线。多个平面相控阵天线包括具有第一法向量的第一平面相控阵天线和具有第二法向量的第二平面相控阵天线。第一法向量与第二法向量不平行。在一些实施方式中，一种经由相控阵天线系统通信的方法包括经由固定附着到飞行器的第一平面相控阵天线接收对应于通信链路的第一信号。方法进一步包括经由固定附着到飞行器的第二平面相控阵天线发送对应于通信链路的第二信号，其中第一平面相控阵天线的第一法向量与第二平面相控阵天线的第二法向量不平行。在另一个特定实施方式中，一种交通工具包括多个外表面和收发器。交通工具进一步包括耦合到收发器并且固定附着到多个外表面中的至少一个的多个相控阵天线。多个相控阵天线包括具有第一法向量的第一相控阵天线和具有第二法向量的平面相控阵天线。第一法向量与第二法向量不平行。附图说明图1是说明用于经由多个相控阵天线通信的系统的一个示例的框图；图2是说明包括多个相控阵天线的交通工具的顶视图、侧视图和正视图的图；图3是说明无线通信系统的一个示例的图；图4是说明由多个相控阵天线的特定配置产生的波束的地面覆盖图的一个示例的图；图5是说明用于相控阵天线的频率复用的一个示例的图；图6是说明用于多个相控阵天线的波束覆盖和波束形状的一个示例的图；图7是经由多个相控阵天线通信的方法的一个示例的流程图；图8是经由多个相控阵天线通信的方法的另一个示例的流程图；图9是经由多个相控阵天线通信的示例方法的流程图；图10是经由多个相控阵天线通信的示例方法的流程图；图11是操作用于经由多个相控阵天线通信的系统的方法的一个示例的流程图；以及图12是包括用于经由多个相控阵天线通信的系统的交通工具的说明性实施方式的框图。具体实施方式本文中公开的实施方式使得能够经由高空平台(HAP)进行无线通信。特别地，本文中公开的一个或更多个系统包括作为HAP操作的交通工具，交通工具包括收发器、多个相控阵天线和通信控制器。在一个特定实施方式中，多个相控阵天线可包括或对应于固定附着到交通工具的平面相控阵天线。多个相控阵天线可包括动态相控阵天线。例如，相控阵天线(或其波束)可独立于机械系统进行瞄准或调整。为了说明，相控阵天线的每个阵列元件(例如，辐射元件或元件组)可以是独立可控的并且可相对于相控阵天线的面形成和引导对应波束。如一个说明性示例，每个阵列元件可具有可调节的移相器，其可用于形成和引导对应波束。在另一个特定说明性实施方式中，多个相控阵天线可以是共形(例如，非平面)相控阵天线。亦即，相控阵天线的第一形状可以基本上对应于飞行器外表面的部分的第二形状。收发器可包括一个或更多个发送器和一个或更多个接收器。收发器可被配置以接收和发送对应于多个不同通信链路的信号。收发器可经由多个相控阵天线接收对应于特定通信链路的第一信号并且可被配置以发送对应于该特定通信链路的第二信号。第一信号和第二信号可通过由多个相控阵天线生成的多束波束发送和接收。通信控制器可被配置以调节多个相控阵天线和由多个相控阵天线生成的多束波束。通信链路可包括波束形成器，并且波束形成器可确定用于生成多束波束的波束形成权重。例如，波束形成器可为多束波束中的每束生成波束形成权重。波束形成器可被配置以基于交通工具的飞行路径更新或调节每束波束的波束形成权重。例如，特定波束可与服务覆盖区域的特定部分相关联(一段时间)。波束形成器可更新或调节特定波束的波束形成权重以瞄准、对准或成形服务覆盖区域的特定部分上(或其上)的特定波束。这允许特定波束发送和接收对应于服务覆盖区域的特定部分的信号。由此，系统可实现电子调节固定附着到交通工具的相控阵天线并且可支持从HAP发送和接收无线通信。通过提供发送和接收无线通信，无线通信系统的用户可交换数据(例如，语音数据、视频数据、音频数据、文本数据等)。通过利用固定附着的相控阵，交通工具作为HAP操作可独立于单独的机械系统发送和接收对应于通信链路的信号。不需要机械系统(例如，万向节)从HAP发送和接收信号减少了交通工具的尺寸和重量。通过减少交通工具的尺寸和重量，交通工具的制造和操作可以更便宜。另外，与包括用于旋转相控阵天线的机械系统的交通工具相比，该交通工具可具有增强的耐久性。进一步，随着交通工具的重量的减小，交通工具可在更高海拔操作并且具有增大的服务覆盖区域。通过作为HAP操作交通工具，无线通信系统(例如，移动电话系统)可提供(或支持)相比经由卫星提供的通信链路使用更少电力的通信链路。另外，交通工具作为HAP操作可提供比地面设备(如基站)更好的直线对传(lineofsite)，并且可为通信链路提供比地面设备更好的覆盖或服务更大的区域。此外，交通工具作为HAP操作可向偏远区域(例如，没有地基基础设施的区域)、向具有地基基础设施在商业上不可行的地形的区域和/或(如由于天气导致)基础设施遭到破坏的区域提供无线通信服务。图1说明了包括交通工具102的系统100的一个示例。在系统100的一个特定实施方式中，交通工具102可包括或对应于飞行器、飞船(例如，飞艇)、高空气球、直升机、商用飞行器、专用飞机或其他交通工具，作为说明性的非限制性的示例。交通工具102可以是有人操纵的或无人操纵的(例如，无人机或无人驾驶交通工具(UAV))。在一些实施方式中，交通工具102是包括机身和机翼的飞行器。另外地或替换地，交通工具102可包括多个外表面。交通工具102可被配置以在高空(如在地球大气层的平流层)操作。在一些实施方式中，交通工具102可在平流层的特定部分(如高于海平面17千米(km)与22km之间)操作。在一个特定实施方式中，交通工具102可以是氢动力交通工具。例如，交通工具102可以是氢动力飞行器，其可包括用于为电动马达提供动力的氢燃料电池、用于内燃机的液态氢或两者。交通工具102可被配置以发送和接收对应于无线通信的信号。例如，交通工具102可以是无线通信系统的部分，如参考图3的进一步描述。在图1中说明的示例中，交通工具102包括收发器104、多个相控阵天线106和通信控制器108。交通工具102还可包括馈线链路天线110、飞行控制器112、多个传感器114和存储器116。收发器104可包括一个或更多个发送器和一个或更多个接收器。在一个特定示例中，收发器可包括多个发送器和接收器，并且每个发送器和接收器可对应于相控阵天线106中的特定相控阵天线。收发器104可作用于实现多输入和多输出(MIMO)通信。收发器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行器，其包括：机身(230)；机翼(232、234)，其耦合到所述机身；收发器(104)；以及多个平面相控阵天线(106、132、134、210‑218、262)，其耦合到所述收发器并且固定附着到所述机身或至少一个所述机翼，所述多个平面相控阵天线包括具有第一法向量(220‑228、264)的第一平面相控阵天线(132、210‑218)和具有第二法向量(222‑228、264)的第二平面相控阵天线(134、210‑218)，其中所述第一法向量与所述第二法向量不平行。

【技术特征摘要】
2016.12.09 US 15/374,8081.一种飞行器，其包括：机身(230)；机翼(232、234)，其耦合到所述机身；收发器(104)；以及多个平面相控阵天线(106、132、134、210-218、262)，其耦合到所述收发器并且固定附着到所述机身或至少一个所述机翼，所述多个平面相控阵天线包括具有第一法向量(220-228、264)的第一平面相控阵天线(132、210-218)和具有第二法向量(222-228、264)的第二平面相控阵天线(134、210-218)，其中所述第一法向量与所述第二法向量不平行。2.根据权利要求1所述的飞行器，其中所述多个平面相控阵天线固定附着到机身下部(124、248)和下翼部分(250)中的至少一个，其中所述多个平面相控阵天线中的两个或更多个具有相互非平行的法向量，并且其中所述第一平面相控阵天线具有第一纵横比(272)，所述第一纵横比(272)不同于所述第二平面相控阵天线的第二纵横比(274)。3.根据权利要求1或2所述的飞行器，其中所述多个平面相控阵天线进一步包括：第三平面相控阵天线(214)，其固定附着到所述机身的第一部分(240)；第四平面相控阵天线(216)，其固定附着到所述机身的第二部分(242)；以及第五平面相控阵天线(218)，其固定附着到所述飞行器的所述机身的第三部分(244)，其中所述第一平面相控阵天线固定附着到所述机翼的右舷翼(232)并且所述第二平面相控阵天线固定附着到所述机翼的左舷翼(234)。4.根据权利要求1或3所述的飞行器，其中所述机身、所述机翼、所述收发器和所述多个平面相控阵天线构成无人驾驶交通工具，其中所述第一法向量相对于所述无人驾驶交通工具以右舷方向(252)定向，并且其中所述第二法向量相对于所述无人驾驶交通工具以左舷方向(254)定向。5.根据权利要求1或2所述的飞行器，其中所述第一平面相控阵天线具有第一最大扫描角度(256)，所述第一最大扫描角度(256)不同于所述第二平面相控阵天线的第二最大扫描角度(258)，并且其中与所述第一平面相控阵天线相关联的第一潜在地面覆盖区域(612)和与所述第二平面相控阵天线相关联的第二潜在地面覆盖区域(614)部分重叠。6.根据权利要求5所述的飞行器，其中所述第一平面相控阵天线被配置以生成多束第一波束(412)并且所述第二平面相控阵天线被配置以生成多束第二波束(414)，其中所述多束第一波束与所述多束第二波束不重叠。7.根据权利要求1或2所述的飞行器，进一步包括：多个传感器(114)，其经配置以生成传感器数据(1214)，其中所述传感器数据指示海拔高度、姿态、位置或其组合；以及通信控制器(108)，其耦合到所述收发器并且其经配置以基于所述海拔高度、所述姿态和服务覆盖区域相对于所述位置的位置确定和调节波束形成权重(1252)。8.根据权利要求7所述的飞行器，其中所述通信控制器进一步被配置以使所述多个平面相控阵天线中的特定平面相控阵天线生成具有第一频率(532)的第一组波束(522)和具有第二频率的第二组波束(524)，并且其中所述第一组波束的每束波束支持对应于通信链路(332-338)的信号的发送和接收，并且其中所述第一组波束散置在所述第二组波束中，以使得能够对所述第一频率进行频率复用。9.一种经由相控阵天线系统通信的方法(700)，所述方法包括：经由固定附着到飞行器(1202)的第一平面相控阵天线(132)接收(702)对应于通信链路(336)的第一信号；以及经由固定附着到所述飞行器的第二平面相控阵天线(134)发送(704)对应于所述通信链路的第二信号，其中所述第一平面相控阵天线的第一法向量(220)与所述第二平面相控阵天线的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·J·费里亚，D·A·惠兰，P·R·格瑞杰克，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US