[發(fā)明專利]利用介質(zhì)透鏡的可操縱天線組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710727256.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107785669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·L·薩維奇;C·M·賽克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號(hào): H01Q19/06
• 分類號(hào): H01Q19/06
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

本發(fā)明涉及利用介質(zhì)透鏡的可操縱天線組件。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于以多種入射角度接收多個(gè)入射射頻(“RF”)信號(hào)的可操縱天線組件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介質(zhì)透鏡(“SDL”)、波導(dǎo)孔塊(“WAB”)、開(kāi)關(guān)孔矩陣(“SAM”)和徑向孔組合器(“RAC”)。SDL接收和聚焦多個(gè)入射RF信號(hào)，從而在大致沿SDL的后表面的多個(gè)焦點(diǎn)處生成多個(gè)聚焦的RF信號(hào)。WAB鄰近SDL的后表面定位并且接收多個(gè)聚焦的RF信號(hào)。SAM電子地操縱由SAA產(chǎn)生的輻射圖案的波束，并且基于電子地操縱波束在多個(gè)聚焦的RF信號(hào)之間切換。RAC從多個(gè)聚焦的RF信號(hào)產(chǎn)生接收的RF信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)總體涉及天線，并且更具體地，涉及利用球面透鏡的天線系統(tǒng)和電子地掃描天線系統(tǒng)的天線陣列。

背景技術(shù)

通常被稱為無(wú)人機(jī)的無(wú)人駕駛飛機(jī)(“UAV”)的使用在這十年中已經(jīng)經(jīng)歷爆炸式增長(zhǎng)。大多數(shù)UAV利用無(wú)線技術(shù)控制數(shù)據(jù)并在UAV與用戶終端(“UT”)之間通信數(shù)據(jù)。該無(wú)線鏈路的控制和數(shù)據(jù)性能顯著地限制UAV的范圍、機(jī)動(dòng)性和整體功能。隨著UAV使用的擴(kuò)大，無(wú)線鏈路能力已經(jīng)成為UAV系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中的限制因素。

UAV無(wú)線鏈路由用戶終端處和飛機(jī)中的無(wú)線電和天線組成。鏈路中的主要無(wú)線“弱點(diǎn)”是UT天線。UT天線有效地跟蹤飛行中的飛行器的能力是顯著的覆蓋范圍和范圍限制。解決這個(gè)問(wèn)題的嘗試包括使用多個(gè)地面UT位置、衛(wèi)星和機(jī)械鉸接天線。多站點(diǎn)地面系統(tǒng)的成本、復(fù)雜性和物流(logistics)限制了其應(yīng)用。衛(wèi)星系統(tǒng)復(fù)雜性和數(shù)據(jù)延遲使UAV的實(shí)時(shí)控制和觀察非常復(fù)雜和昂貴。機(jī)械鉸接天線具有顯著的響應(yīng)時(shí)間和跟蹤飛行器的指向精度問(wèn)題。在UAV的操作領(lǐng)域中，期望具有單個(gè)UT系統(tǒng)，其可在足夠的范圍內(nèi)有效地跟蹤飛行器，以完成可操作目標(biāo)。

目前，解決跟蹤延遲問(wèn)題的解決方案之一是利用相控陣天線，相控陣天線在天線視野上提供高天線增益和電子地受控的可操縱性。相控陣天線的設(shè)置和操作復(fù)雜，消耗大量的電力，并且價(jià)格昂貴，因此其實(shí)際應(yīng)用僅限于高端系統(tǒng)。因此，需要一種解決UAV跟蹤問(wèn)題的具有成本效益的高級(jí)天線設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于以多種入射角度接收多個(gè)入射射頻(“RF”)信號(hào)的可操縱(steerable)天線組件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介質(zhì)透鏡(“SDL”)、波導(dǎo)孔塊(“WAB”)、開(kāi)關(guān)孔矩陣(“SAM”)和徑向孔組合器(“RAC”)。SDL包括前表面和后表面，其中SDL被配置為接收和聚焦多個(gè)入射RF信號(hào)，以在大致沿SDL的后表面的多個(gè)焦點(diǎn)處生成多個(gè)聚焦的RF信號(hào)。多個(gè)焦點(diǎn)具有沿SDL的后表面的對(duì)應(yīng)于多個(gè)入射RF信號(hào)的多個(gè)入射角的位置。WAB鄰近SDL的后表面定位，其中WAB與SDL的后表面進(jìn)行信號(hào)通信，并且WAB被配置為接收多個(gè)聚焦的RF信號(hào)。SAM與WAB進(jìn)行信號(hào)通信并且被配置為電子地操縱由SAA產(chǎn)生的輻射圖案的波束，并且基于電子地操縱所述波束在多個(gè)聚焦的RF信號(hào)之間切換。RAC與SAM進(jìn)行信號(hào)通信并且被配置為從多個(gè)聚焦的RF信號(hào)產(chǎn)生接收的RF信號(hào)。

SAA可以為包括與SAA進(jìn)行信號(hào)通信的RF調(diào)制解調(diào)器和與SAA和RF調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行信號(hào)通信的控制器的用戶終端的一部分，其中RF調(diào)制解調(diào)器被配置為接收RF信號(hào)并且解調(diào)接收的RF信號(hào)，以產(chǎn)生接收的基帶信號(hào)。控制器被配置為控制RF調(diào)制解調(diào)器和SAM，以電子地操縱波束。

在操作示例中，SAA執(zhí)行一種方法，該方法包括：在SDL的前表面處接收多個(gè)入射RF信號(hào)，并且聚焦接收的多個(gè)入射RF信號(hào)以在大致沿SDL的后表面的多個(gè)焦點(diǎn)處生成多個(gè)聚焦的RF信號(hào)。多個(gè)焦點(diǎn)具有沿SDL的后表面的對(duì)應(yīng)于多個(gè)入射RF信號(hào)的多個(gè)入射角的位置。該方法進(jìn)一步包括：在鄰近SDL的后表面定位的WAB處接收多個(gè)聚焦的RF信號(hào)，基于電子地操縱由SAA產(chǎn)生的輻射圖案的波束在多個(gè)聚焦的RF信號(hào)之間切換，以及使用RAC組合切換的多個(gè)聚焦的RF信號(hào)以產(chǎn)生接收的RF信號(hào)。此外，SAA為既能夠接收撞擊在SDL上的入射RF信號(hào)又能夠發(fā)送入射到RAC中的輸入RF信號(hào)的互逆(reciprocal)設(shè)備。在發(fā)送輸入RF信號(hào)的示例中，SAM被配置為電子地操縱發(fā)送的波束。