CN102576925B - 车载天线及用于发射和/或接收信号的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从运动的交通工具与卫星通信的天线。该天线包括用于生成发射信号的发射器、主反射器和副反射器以及与所述发射器相关联以便朝着所述副反射器传导所述发射信号的波导。所述副反射器被配置为用于使发射信号朝着主反射器重定向，所述主反射器被配置为用于将经重定向的发射信号作为天线射束朝着卫星投射。

Description

车载天线及用于发射和/或接收信号的方法
技术领域
本发明在其某些实施例中涉及用于车载天线的装置和方法，更具体但非排他性地，涉及用于卫星通信的车载天线的装置和方法。
背景技术
对实施例如海船和陆地交通工具的各种形式的移动平台上的宽带通信系统的兴趣日益增加。对于具有安装在交通工具上的天线的宽带卫星通信系统，天线用于帮助形成与对地同步轨道中的空基卫星的通信链路。所述天线构成由交通工具承载的通信终端的一部分。
需要具有从诸如飞机、船和陆地交通工具等的移动平台以高精度跟踪通信卫星的能力的天线，尤其是用于优化数据速率、改善下行链路和上行链路传输的效率和/或防止与轨道邻近于目标卫星的卫星相干扰。此类天线允许诸如飞机和陆地交通工具等的具有相对高的层态(attitude)加速度的移动卫星通信平台从诸如对地同步卫星之类的卫星接收信号和/或向该卫星发射信号。
为了从远程源收集信号和/或为了向其发射信号，必须在考虑交通工具的运动的同时保持天线指向卫星。为了允许天线指向卫星，使车载天线左右(方位角)和上下(仰角(elevation))地进行跟踪。然而，应注意的是为了避免干扰交通工具上方的平稳气流或负面影响交通工具的美观，车载天线的轮廓必须被保持得较低。
例如，于2008年2月7日公布的国际专利申请公开号WO/2008/015647描述了一种尤其是在甚至高速的交通工具上使用的双反射器偏移机械定向低轮廓电信天线。相对于已知解决方案，其缩小的物理尺寸有利于其使用，因为这允许其虽然安装在火车上或飞机上但仍可连接到诸如卫星的通信系统。本发明属于电信技术领域以及尺寸缩小的固定、移动式天线的可适用领域，并因此一般属于电信领域。原始双反射器天线是从在笛卡尔空间XYZ中对其进行配置的二次多项式获得的。
发明内容
根据本发明的某些实施例的一方面，提供了一种用于从运动的交通工具与卫星进行通信的天线。该天线包括用于生成发射信号(transmission signal)的发射器、主反射器和副反射器、以及与所述发射器相关联的用于朝着副反射器传导发射信号的波导。所述副反射器被配置为用于将发射信号朝向所述主反射器重定向(redirect)，所述主反射器被配置为用于将经重定向的发射信号作为天线射束朝着卫星投射。
可选地，所述波导具有弯曲通道。
更可选地，所述弯曲通道具有至少5度的弯曲角。
可选地，所述波导具有连接到其端部的馈电喇叭(feed horn)，所述波导被配置为用于经由所述馈电喇叭朝着所述副反射器传导发射信号。
更可选地，所述主反射器被设置在所述发射器与所述馈电喇叭之间。
可选地，所述发射器被连接到偏振元件，所述波导被用于导引所述偏振元件与所述馈电喇叭之间的发射信号。
可选地，所述天线还包括校准轨道，该校准轨道被配置为用于允许相对于所述副反射器来调整所述波导的位置以校准天线射束。
更可选地，所述偏振元件是被配置为用于使所述发射器、接收器与所述波导之间相关联的旋转正交模转换器(OMT)，所述OMT被配置为用于围绕所述波导的中心轴旋转以便使发射信号偏振。
更可选地，所述旋转OMT允许发射信号与经由所述波导接收到的卫星信号的非正交组合。
更可选地，在旋转期间固定所述波导相对于所述主反射器和副反射器的定位。
更可选地，所述天线还包括第一和第二旋转接头(rotary joint)，所述第一旋转接头被设置在OMT与所述波导之间，且所述第二旋转接头被设置在OMT与下变频器、所述发射器和低噪声块(LNB)下变频器中的至少一个之间。
更可选地，所述第一和第二旋转接头中的至少一个长度小于1厘米。
更可选地，所述第一和第二旋转接头允许通过在保持波导相对于所述主反射器和副反射器牢固地固定的同时促进所述偏振元件围绕所述波导的中心轴的转动来调整发射信号的偏振。
可选地，所述天线还包括致动单元，其被配置为用于调整所述主反射器的倾角以保持运动的交通工具与卫星之间的瞄准线(line of sight)。
可选地，所述致动单元被配置为用于在运动的交通工具的运动期间调整所述倾角。
更可选地，所述天线还包括用于在运动的交通工具上支撑所述主反射器和副反射器及所述波导的旋转底座，所述致动单元被配置为用于调整所述旋转底座的旋转角以保持运动的交通工具与卫星之间的瞄准线。
根据本发明的某些实施例的一方面，提供了一种用于从运动的交通工具与卫星通信的天线。该天线包括被配置为用于安装在运动的交通工具上的旋转底座、被配置为被围绕位于所述主反射器的下部附近的倾斜轴倾斜的主反射器、用于发射发射信号的给送器(feed)以及被配置为将发射信号朝着所述主反射器重定向的副反射器，所述主反射器被配置为用于将经重定向的发射信号作为天线射束朝着卫星投射。所述倾斜允许在运动的交通工具的运动期间保持所述主反射器与卫星之间的瞄准线。
可选地，所述给送器和所述副反射器在倾斜期间相对于所述旋转底座基本保持固定不动。
可选地，所述天线射束具有主波瓣，所述倾斜允许该主波瓣的中心在没有超过2分贝的增益降低的情况下相对于所述旋转底座在至少50度的范围内倾斜。
更可选地，所述倾斜允许所述主波瓣的中心在至少60度的范围内倾斜。
可选地，由至少一个支撑元件来执行所述倾斜，所述主反射器和所述至少一个支撑元件被可拆卸地耦合。
更可选地，所述范围在相对于旋转底座的大于15度的倾斜角之间。
可选地，所述天线还包括具有用于覆盖所述主反射器和副反射器的基本平坦的顶部的天线罩。
可选地，所述副反射器和主反射器中的至少一个具有基本上呈椭圆形的内反射面轮廓。
可选地，所述给送器被配置为用基本上呈椭圆形的锥形射束辐射所述副反射器以便在所述副反射器上产生椭圆形辐射斑。
更可选地，所述副反射器被配置为用于将所述椭圆形辐射斑朝着所述主反射器重定向以在其上产生附加的椭圆形辐射斑，其中，所述附加的椭圆形辐射斑的宽-高比高于所述椭圆形辐射斑的宽-高比。
可选地，所述椭圆形辐射斑具有至少1.6∶1的宽-高比。
更可选地，所述附加的椭圆形辐射斑至少是4∶1。
可选地，所述给送器具有用于产生基本上呈椭圆形的锥形射束的一对相对端。
更可选地，所述天线波瓣具有选自由以下各项组成的组中的增益：在14GHz下至少30分贝各向同性(dBi)和在11GHz下至少25分贝各向同性(dBi)。
可选地，所述天线还包括被配置用于发射所述发射信号的发射器和用于朝着所述给送器传导发射信号的波导。
根据本发明的某些实施例的一方面，提供了一种用于向卫星传送发射信号的方法。该方法包括提供发射信号、使该发射信号偏振、使用波导以朝着副反射器传导经偏振的发射信号、以及使所传导的偏振发射信号朝着主反射器重定向以允许将其作为天线射束朝着卫星投射。
根据本发明的某些实施例的一方面，提供了一种用于从卫星接收通信信号的方法。该方法包括使安装在交通工具上的天线的主反射器倾斜以允许在交通工具的运动期间接收通信信号、使通信信号朝着副反射器重定向(所述副反射器位于波导前面)、使用波导以引导经重定向的通信信号从所述副反射器朝向偏振元件的反射以及使经引导的反射偏振以允许在运动期间从卫星接收通信信号。
除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的相关技术人员通常所理解的意义相同的意义。虽然在本发明实施例的实现或测试中可以使用类似或等效于本文所述的方法和材料的方法和材料，但在下文描述了示例性方法和/或材料。在发生冲突的情况下，以包括定义在内的专利说明书为准。另外，所述材料、方法、和示例仅仅是说明性的且并不意图一定是限制性的。
本发明实施例的方法和/或系统的实现可以包括手动地、自动地或以这两种方式组合地执行或完成所选任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施例的实际仪器和设备，可以使用操作系统通过硬件、软件或固件或者其组合来实现若干所选任务。
例如，可以将用于执行根据本发明实施例的所选任务的硬件实现为芯片或电路。作为软件，可以将根据本发明实施例的所选任务实现为由使用任何适当操作系统的计算机执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施例中，由诸如用于执行多个指令的计算平台之类的数据处理器来执行根据本文所述的方法和/或系统的示例性实施例的一个或多个任务。可选地，所述数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的例如磁性硬盘和/或可移动介质的非易失性存储器。可选地，还提供网路连接。还可选地提供显示器和/或诸如键盘或鼠标之类的用户输入设备。
附图说明
本文参照附图仅以示例的方式描述了本发明的某些实施例。现在详细地对附图进行具体参考，应强调的是所示的特定细节是示例的方式并出于说明性地讨论本发明实施例的目的。关于这一点，结合附图进行的说明使得本领域的技术人员清楚可以如何实施本发明的实施例。
在所述附图中：
图1是根据本发明的某些实施例的用于与诸如卫星的通信系统通信的车载天线的示意图；
图2是根据本发明的某些实施例的图1的车载天线的示例性反射器组的示意图；
图3是根据本发明的某些实施例的、从波导给送器朝着副反射器发射并朝着主反射器重定向的电磁辐射的示意图；
图4A是根据本发明的某些实施例的车载天线的示意图；
图4B是根据本发明的某些实施例的图4A中所描绘的波纹喇叭的放大的示意图；
图4C是描绘了作为50度范围内的倾斜角的函数的天线增益的图表；
图5是根据本发明的某些实施例的、图4A中描绘的示例性波导给送器的示意图；
图6和7分别是根据本发明某些实施例的、在示例性RF信号处理单元的旋转OMT与图4A的波导给送器之间的连接的示意图以及此连接的截面示意图；
图8是根据本发明的某些实施例的、图4A的波导给送器和示例性RF信号处理单元的组件的示意图；
图9是根据本发明的某些实施例的、用于使车载天线的主反射器倾斜的倾斜支撑机构的示意图；
图10和11是根据本发明某些实施例的、在其上面安装有车载天线100的交通工具的示意图；
图12是根据本发明的某些实施例的、用于向卫星传送发射信号的方法的示意图；以及
图13是根据本发明的某些实施例的、用于从卫星接收通信信号的方法的示意图。
具体实施方式
本发明在其某些实施例中涉及用于车载天线的装置和方法，更具体地但非排他性地，涉及用于卫星通信的车载天线的装置和方法。
根据本发明的某实施例，提供了一种用于从运动的交通工具与卫星通信的诸如双反射器天线的天线。在本文中可以被称为车载天线的天线包括用于生成发射信号的发射器和/或用于接收信号并将其解码的接收器、主反射器和副反射器、馈电喇叭和被设计为用于朝着所述副反射器传导发射信号并返回的波导。所述发射器可选地连接到安装在所述主反射器的后面并允许发射信号的偏振的偏振元件。所述副反射器使发射信号朝着主反射器重定向，所述主反射器将经重定向的发射信号作为天线射束朝着卫星投射。如下文进一步所述，由于使用波导来朝着副反射器而不是诸如同轴传输线之类的其它连接电缆传导发射信号，所以可以将所述发射器和所述偏振元件两者设置在主反射器的后面并增加天线的有效反射空间。
根据本发明的某实施例，提供了一种用于从运动的交通工具与卫星通信的天线，该天线包括被设计为安装在运动的交通工具上的旋转底座、能够围绕位于所述主反射器的下部附近的倾斜轴倾斜的主反射器。该天线还包括用于发射发射信号的给送器和用于使发射信号朝着所述主反射器重定向的副反射器，所述主反射器将经重定向的发射信号作为天线射束朝着卫星投射。可选地，所述主反射器被设计为在所述给送器和所述反射器相对于所述旋转底座基本上固定不动的时候倾斜。例如，如下文进一步所述，所述主反射器的倾斜允许在运动的交通工具的运动期间保持所述主反射器与卫星之间的瞄准线。所述主反射器的倾斜轴允许产生具有低垂直轮廓(vertical profile)的车载天线。
所述天线的设计允许接收和发射通信信号。因此，为了简便起见，在本说明书的某些部分中，只描述通信信号的接收与发送之间的转换逻辑。
在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应理解的是，本发明在其应用中不一定局限于在以下说明中所阐述和/或附图和/或示例中所举例说明的组件和/或方法的构造和布置的细节。本发明能够有其它实施例或可以以各种方式来实施或执行。
现在对图1进行参考，图1是根据本发明的某些实施例的、用于与诸如卫星(未示出)的远程通信系统通信的车载天线100的示意图。作为双反射器天线的车载天线100包括彼此相对的主反射器101和副反射器102。如下文进一步所述和图2所示，反射器101、102中的每一个具有可选地基本上呈椭圆形的反射面轮廓，图2是根据本发明的某些实施例的示例性反射器101、102的组的示意图。车载天线100还包括用于生成和/或截获通信信号的发射和/或接收单元103。如本文所使用的，通信信号是发射信号、卫星信号、和/或由车载天线100接收的任何通信系统信号，且发射和/或接收单元103是指射频(RF)发射器、RF接收器、偏振元件、收发机和/或它们的任何组合或部分。可选地，如图1所示，发射和/或接收单元103位于主反射器101的后面。以这种方式，副反射器102与主反射器101之间的空间不包含发射和/或接收单元103的任何组件或子组件。以这种方式，如下文进一步所述，发射和接收通信信号的效率被提高。
为清楚起见，以通常所知的工艺来形成副反射器和主反射器101、102的反射面轮廓，所述通常所知的工艺诸如(几何光学)的几何光学(GO)工艺和/或用于形成天线的反射面的形状的物理光学(PO)工艺，参见Brown，K.W.等人在Antennas and Propagation Society InternationalSymposium，1993.AP-S.Digest Volume，Issue，28 Jun-2 Jul 1993Page(s)：772-775 vol.2中所著的a systematic design procedure forclassical offset dual reflector antennas with optimal electrical performance(用于具有最优电性能的精典偏移双反射器天线的系统设计程序)，其通过引用结合于本文。这些工艺通常在本领域中众所周知，因此在本文中不再详细描述。
在本发明的某些实施例中，发射和/或接收单元103包括将两个RF信号路径组合和/或分离的正交模转换器(OMT)。可选地，例如如下文进一步所述，OMT用于可选地通过相同波导107传送的上行链路信号路径和下行链路信号路径之间的组合和/或分离。可被称为OMT/偏振器的OMT支持由/从发射和/或接收单元103接收和/或发射的通信信号的偏振。OMT支持诸如左旋偏振和右旋偏振之类的圆偏振和/或诸如水平偏振和垂直偏振之类的线偏振。
车载天线100还包括在本文中可被称为波导107的波导107。波导107具有后端112和前端113。后端112以允许其经由可选地连接到馈电喇叭108的前端113朝着副反射器102发射由发射和/或接收单元103生成的发射信号的方式与发射和/或接收单元103的组件相关联。
可选地，使用具有如下所述的反射面轮廓的副反射器102和主反射器101来传送发射信号，其中具有在14GHz处的大于30分贝各向同性(dBi)或在11GHz处的大于25dBi的增益。
副反射器102使发射的辐射朝着主反射器101重定向，主反射器101将辐射作为天线射束朝着远程通信系统投射，所述远程通信系统可选地是例如地球同步卫星(GEO卫星)的卫星。
可选地，车载天线100还包括基座105，基座105用于将车载天线100附着于诸如火车、汽车、轨道、公共汽车、小船、船、飞机、直升飞机、气垫船、航天飞机和运输人和/或物体的任何其它运输工具之类的交通工具(未示出)。基座105可选地连接到旋转底座106，旋转底座106允许反射器101、102、波导107和发射和/或接收单元103或其一部分旋转。
可选地，例如，如在110处所示，主反射器101连接到允许其围绕倾斜轴109倾斜的一个或多个支撑元件104，倾斜轴109平行于旋转底座106。以这种方式，旋转底座106可以用于同时使反射器101、102、波导107和发射和/或接收单元103旋转，且支撑元件104可以用于仅仅使主反射器101相对于旋转底座106倾斜。可选地，以允许连续旋转的方式来设计旋转底座106。以这种方式，旋转底座106可以通过最快的旋转操作来调整反射器101、102、波导107和发射和/或接收单元103的旋转角。
可选地，例如，如图1所示，主反射器101的边缘部分被设置在其倾斜轴附近。以这种方式，车载天线100的垂直轮廓(profile)111在主反射器101的倾斜期间保持相对较低。应注意的是，垂直轮廓111可以保持相对较低，因为波导107可选地不随主反射器101倾斜。此外，以这种方式，主反射器101可以旋转以便在波导107和/或副反射器102相对于旋转底座106保持基本或完全稳定的时候改变天线射束的主波瓣的倾斜角。图3是从给送器108朝着副反射器102发射并朝着主反射器101重定向的电磁辐射的示意图。该图描绘了主反射器的三种状态，其举例说明可以如何通过在不改变和/或基本不改变波导107和给送器108和/或副反射器102相对于旋转底座106的定位的情况下使主反射器围绕位于其下边缘部分附近的倾斜轴109倾斜来改变天线射束的主波瓣的倾斜角。
应注意的是由于车载天线100使用波导107，所以其与具有同轴传输线的常用车载天线相比可以具有若干优点。例如，波导107具有基本减少的介电损失。此外，使用波导107而不是同轴传输线允许将偏振元件定位于主反射器后面的发射和/或接收单元103内部。在常用天线中，必须在朝着副反射器发射在同轴传输线上转送的上行链路信号之前使其偏振。同样地，必须在通过同轴传输线传送所截获的下行链路信号之前使其偏振。因此，在这些天线中，必须将偏振元件定位于主反射器的前面。被设计为用于在没有显著功率损失的情况下传导偏振波的波导107允许将偏振元件定位于主反射器101后面并减少使偏振元件位于主反射器与副反射器之间的空间中的需要。此类移位可以增大反射器的有效反射面轮廓且可以减少介电损失。
现在对图4A进行参考，图4A是根据本发明的某些实施例的车载天线100的示意图。车载天线100的组件如图1所示；然而，图4A更详细地描绘了示例性反射器、示例性波导、给送器和示例性发射和/或接收单元103。
如上文所概述及图2和4所示，主反射器101和/或副反射器102是椭圆形的。椭圆形形状允许产生具有相对较低轮廓的车载天线。可选地，主反射器的垂直尺寸小于240毫米，且图4A所示的没有可选天线罩的车载天线100的垂直尺寸小于250毫米。如下文进一步所述，反射器的可选椭圆形形状及波导107的可选结构和可选操作允许组装给车载天线100的总垂直尺寸增加小于5毫米的平坦天线罩。应注意的是反射器101、102的垂直尺寸允许产生具有大于3.5∶1的直径：高度比的车载天线100。
在此类实施例中，波导107可选地被设计为经由馈电喇叭108朝着副反射器102发射基本上呈椭圆形的锥形射束。该基本上呈椭圆形的锥形射束在副反射器102上产生椭圆形斑。副反射器102使射束朝着主反射器101重定向，主反射器101因此朝着诸如GEO卫星之类的通信系统发射具有上行链路数据的椭圆形天线射束。应注意的是车载天线100可以用于与陆地通信系统通信。在此类实施例中，车载天线100被安装在诸如飞机或航天飞机之类的飞行器的底部上。可选地如下文所进一步描述，其上安装有天线的交通工具的运动期间对准通信系统的主反射器可以允许从卫星接收信号。接收到的信号被朝着副反射器102重定向，副反射器将该所接收到的信号集中到馈电喇叭108，馈电喇叭108可选地经由波导107将其传导到发射和/或接收单元103的接收器。
可选地，在副反射器102上产生的椭圆形斑的宽度和高度之间的比大约为1.5∶1、1.6∶1、1.7∶1、1.8∶1或以上。呈椭圆形的锥形射束被副反射器102朝着主反射器101重定向以产生具有较大面积和/或较高椭圆形比的椭圆形斑。可选地，在主反射器101上产生的椭圆形斑的宽度和高度之间的比大约为3.5∶1、3.6∶1、3.7∶1、3.8∶1、3.9∶1、4∶1、4.2∶1、4.3∶1、4.4∶1、4.5∶1、5∶1、6∶1和8∶1。以这种方式，更好地利用了反射器101、102的反射面且在传输期间损耗较少功率。如上文进一步所述，车载天线100可以用于从通信系统接收信号。
在给送器和副反射器两者上、在两阶段内对所发射的发射信号进行整形，其允许以更高效的成形处理来形成天线射束的形状。副反射器102和主反射器101的椭圆形反射面的形状和尺寸以及副反射器102和主反射器101上的椭圆形斑的形状和尺寸允许在没有损耗和/或基本没有损耗辐射功率的情况下利用反射器101、102的椭圆形反射面的全部和/或大部分。
此外，如上文进一步所述，主反射器101被设计为倾斜以允许调整天线射束的主波瓣的仰角。可选地在保持波导107和副反射器102相对于旋转底座106处于适当位置时执行所述倾斜。车载天线100的上述结构允许主反射器在大于50、55和60度的有效角度内倾斜。可选地，有效倾斜角被定义为天线射束的主波瓣的增益保持在小于2分贝降低的范围内的角度。为清楚起见，参考自由空间各向同性辐射体(dBi)的零dB增益用车载天线100的增益分贝来表示增益。例如，如图4C所示，图4C是描绘了作为在50度范围内的倾斜角的函数的天线增益的图表，主波瓣的中心处的增益降低不大于1.90db。可选地，图4C中所描绘的倾斜角相对于旋转底座106以45度角为中心。
如上所述，可选地，波导107在一端连接到波纹馈电喇叭108。可选地，如图4B所示，喇叭包括可选地如图4A所示、相对于波导107的中心轴115对角地安装的一对波纹板。波纹板451、452以其波纹侧面彼此相对的方式安装。由于波纹板451、452仅仅限定发射周界的顶部和底部，所以发射信号被发送以产生具有高的宽度∶高度比的斑。波纹馈电喇叭108的波纹图案以所有偏振都可以退出/进入给送器的方式引导所发射的信号。
可选地，在副反射器上产生的斑的高度不超过或基本不超过副反射器102的长度。由于板之间的间隙由馈电喇叭108限定，所以从波导107发出的发射的宽度比其高度长。此类馈电喇叭108以产生基本上呈椭圆形的锥形射束的方式引导发射信号并允许在副反射器102上产生可选地具有所需的高度-宽度比的椭圆形斑。
现在对图5进行参考，图5是根据本发明的某些实施例的、在一侧连接到波纹馈电喇叭108并在另一侧连接到发射和/接收单元103的波导107的示意图。可选地，例如，如图4A所示，波导107被以垂直于主反射器101的倾斜轴的方式安装，可选地接近于主反射器101的下部中间部分。在本发明的某些实施例中，波导107以允许缩小车载天线100的高度和/或增大主反射器的有效反射面轮廓的方式被弯曲。该弯曲允许馈电喇叭108与副反射器相对地进行安装，同时保持波导107的主要部分301基本上平行于旋转底座106。
可选地，波导107被设计为位于和/或基本位于主反射器101的下面。此类弯曲波导107基本上不增加车载天线100的高度。此外，波导107的轮廓不吸收被从副反射器102重定向和/或被引导至副反射器102的通信信号和/或使该通信信号重定向，并因此不减小副反射器和主反射器101、102的有效反射面轮廓。波导107越低，其越少地吸收被从副反射器102重定向的通信信号和/或使该通信信号重定向，并因此越少地减小主反射器101的有效反射面轮廓。可选地，波导相对于所述波导的中心轴以5度或更大的角度弯曲，例如以5、5.5、6、7、8、9、10、11和12度。可选地，使用连接两个波导元件301、302以产生期望角度的连接器303来产生弯曲。
可选地，可选地如图2和4的250处所示，主反射器在其下部中具有凹部(niche)。凹部250允许将波导107定位于主反射器的下部中间中，垂直于其主平面。
在本发明的某些实施例中，如图4A所示，发射和/或接收单元103的组件被安装在主反射器101的后面。以这种方式，如上所述，发射和/或接收单元103的组件不吸收被副反射器102朝着主反射器101重定向的通信信号和/或不使该通信信号重定向。可选地，发射和/或接收单元103包括接收器、发射器和/或偏振元件。在这样的实施例中，发射和/或接收单元103可以包括波道组件，诸如将两个波信号路径组合和/或分离的OMT。所述路径之一如上所述允许经由波导107来发射通信信号并可选地形成被传送给通信系统的上行链路，且另一路径被设计为作为接收信号路径、例如作为下行链路经由波导107被接收。可选地为OMT/偏振器的OMT保证路径被相对于彼此正交地偏振。OMT可以允许两个信号路径之间的正交移位并提供Ku波段和Ka波段射频波段中的约30dB的隔离。
现在对图4及图6和7进行参考，其分别是根据本发明的某些实施例的、旋转OMT 401与车载天线100的其它组件之间的连接的示意图和截面示意图。所描绘的连接之一是在旋转OMT 401与示例性发射和/或接收单元103之间。所描绘的另一个连接是在波导107之间。OMT 401具有后连接器410、横向连接器411和前连接器412。如图6和7所示，旋转OMT 410使用前旋转接头和后旋转接头402、403连接到波导107。前旋转接头402提供可选地固定不动的波导107与旋转OMT 401之间的机械密封以允许向波导107中传输偏振发射信号和/或从波导107传输截获的信号。后旋转接头403提供可选地相对于旋转底座106固定不动的连接器404与旋转OMT 401之间的机械密封以允许经由旋转OMT401向波导107中和/或从波导107向外传输通信信号。可选地，由可选地使用弹簧和/或螺钉被安装和压紧在旋转OMT 401的末端周围以及连接到旋转OMT 401的元件周围的环形聚合物元件415、416来保持由旋转接头402、403中的每一个形成的机械密封。例如，如图7所示，前旋转接头402包括环绕波导107和前连接器412并被压紧以密封它们之间的空间的环形塑料元件。
如上所述，旋转OMT 401是偏振元件且在本文中可以被称为旋转OMT/偏振器组件401。如上所述，旋转OMT/偏振器组件401可以可选地在Ku波段和Ka波段支持圆和/或线偏振。可选地通过旋转OMT/偏振器组件401的旋转来调整所述偏振。如上所述，旋转OMT 401可选地在波导107和连接器404相对于旋转底座106保持稳定的同时旋转。此外，例如，如下文所述，可以在车载天线100运动的同时进行偏振调整。
可选地，连接器404连接到发射器，诸如用于经由波导107发射上行链路卫星信号的块上变频器(BUC)。BUC将频段从较低频转换到较高频，例如从L波段到Ku波段、C波段和/或Ka波段。可选地，BUC的功率高达1600瓦特。
现在对图8进行参考，图8是根据本发明的某些实施例的波导107、旋转OMT 401、LNB转换器501和用于使旋转OMT 401和LNB转换器501旋转的运动机构502的示意图。可选地，例如在501处所示，横向连接器411优选地经由下变频器和/或低噪声块(LNB)下变频器连接到接收单元。LNB下变频器501被设计为从旋转OMT 401接收相对高频的波段以将其放大、将其转换为在也称为中频(IF)的较低频率上载送的类似信号，并将IF信号转送到诸如卫星接收器的接收器。可选地，例如在图8处所示，LNB下变频器501经由横向连接器411与可选的滤波器505之间的连接附着于旋转OMT 401，所述连接被弯曲以形成L形连接419。连接器419的弯曲缩小了LNB下变频器501的旋转轮廓并允许产生具有较小旋转体积的车载天线。在此类实施例中，LNB下变频器501被设计为在上述偏振调整期间随着旋转OMT 401一起旋转。可选地如在411处所示，当LNB下变频器501可选地直接和/或经由相对短的连接器连接到旋转OMT 401时，基本不降低由旋转OMT 401转送的通信信号的功率。
可选地，运动机构502包括偏振电动机驱动器503、编码器504和杆506或诸如齿轮等的任何其它机械组件，所述杆506或任何其它机械组件用于将来自偏振电动机驱动器503的机械功率传输给旋转OMT 401以便使其沿着可选地约为180度的某旋转角度旋转。编码器504可选地连接到中央控制器(未示出)，所述中央控制器被设计为提供对偏振的闭环控制以通过提高接收和/或发射过程的精度来改善与通信系统的通信。编码器504可选地是光学编码器，诸如AVAGO TechnologiesTM的HEDS-5500/5540、HEDS-5600/5640和HEDM-5500/5600，其说明书通过引用结合于本文。
如上所述，波导107可选地经由旋转OMT 401连接到发射和/或接收单元103。这些部件的组合在本文中可以称为发射和/或接收组件。
可选地，例如在图中415所示，发射和/或接收组件连接到校准轨道。校准轨道415允许技术员校准车载天线100与通信系统之间的通信。技术员可以通过调整馈电喇叭108与副反射器102之间的距离来校准通信。通过移动发射和/或接收组件在校准轨道415上的位置来执行该调整。可选地，校准轨道415允许沿着波导的中心轴来回地移动发射和/或接收组件。如上所述，波导107可选地被弯曲。在此类实施例中，校准轨道415允许以使得馈电喇叭108对准副反射器102的方式例如沿着位于连接器303与馈电喇叭108之间的波导元件的轴移动发射和/或接收组件。在校准过程之后，技术员将发射和/或接收组件固定于校准轨道415中的允许最优地或基本最优地与通信系统通信的位置上。
现在对图1和图9进行参考，其为根据本发明的某些实施例的、用于使主反射器101围绕倾斜轴109倾斜的倾斜支撑机构600的示意图。如本文所使用的倾斜意指调整主反射器101相对于旋转底座106的角度。倾斜支撑机构600包括被设计为可选地以可拆卸的方式连接到主反射器101的两个支撑杆601、602。
可选地，支撑杆601、602中的每一个被设计为连接到主反射器101的不同侧。例如，如上所述，支撑杆601、602中的至少一个连接到被设计为围绕平行于旋转底座106的倾斜轴109移动主反射器101的倾斜运动驱动器603。可选地，主反射器101的角度在相对于旋转底座106的15与80度之间。如上所述，波导107被设计为在调整主反射器101角度期间相对于旋转底座106保持稳定和/或基本稳定。以这种方式，虽然车载天线100可以发射具有主波瓣中心的天线射束，所述天线射束被以相对于旋转底座106的约15度至约80度之间的任何角度引导；可选地如上所述，其保持低轮廓。
可选地，由诸如光学编码器的编码器604来监控支撑杆601、602中的至少一个的角度，所述光学编码器例如为QPhaseTM的QD787 20mm(0.787″)直径绝对光学编码器，其说明书通过引用结合于本文。可选地如上文概述和下文描述，编码器604可选地连接到中央控制器，所述中央控制器被设计为控制倾斜运动驱动器603以便根据通信系统相对于车载天线100的位置来调整主反射器101的倾斜角。该中央控制器使用来自编码器604的数据来保持主反射器101的反射面与可选地是GEO卫星的通信系统之间的瞄准线。此外，可选地如下所述，在车载天线100运动的同时进行主反射器101的倾斜角的调整。
可选地，主反射器101和支撑杆601、602中的每一个通过诸如拧紧的螺丝和/或螺母的快速释放机构连接。以这种方式，可以在组装车载天线100和/或维修车载天线100期间容易地去除和/或组装主反射器。可选地，可以根据车载天线100即将发射和/或接收通信信号的地理位置来替换主反射器101。在此类实施例中，当将车载天线100从一个地理位置转移到另一地理位置时，主反射器可以被容易地替换为不同的反射器形状并可选地例如在30度与90度之间执行不同的倾斜范围的射束扫描。
可选地，如在960处所示，车载天线100包括天线罩，该天线罩允许车载天线100与通信系统之间的相对非衰减的电磁信号。可选地，例如，如图11所示，天线罩结构具有平坦顶部。该平坦顶部减少了车载天线100对交通工具950上的平滑气流的干扰和/或车载天线100对交通工具950的美观的影响。
现在再一次对图1进行参考。根据本发明的某些实施例，由中央控制器来控制上述电动机驱动器。中央控制器被设计为以允许朝着可选地是GEO卫星的通信系统倾斜主反射器101且旋转所述旋转底座106的方式来致动上述电动机驱动器。可选地，中央控制器被设计为致动上述电动机驱动器之一以调谐通信信号的偏振以便改善与通信系统的通信。可选地，根据来自上述编码器的输入和/或来自一个或多个测量单元的输入来执行上述电动机驱动器的致动，所述一个或多个测量单元用于测量与车载天线100和/或其任何部件相对于通信系统的位置和/或角度有关的位置数据。如本文所使用的，测量单元意指用于测量旋转底座106和/或其上安装有车载天线100的上述交通工具的角度的加速度计、用于确定车载天线100和/或上述交通工具的当前纬度和/或经度坐标的全球定位系统(GPS)、和/或用于测量相对于车载天线100和/或上述交通工具的当前方位的磁北的指南针。
主反射器101的对准允许向通信系统发射通信信号和/或从通信系统接收通信信号。如通常所知，GEO卫星具有对地同步轨道，从而使得该轨道中的位置相对于地球是固定的。当将车载天线100安装在运动的交通工具上时，中央控制器连续地使主反射器102的反射面对准GEO同步卫星。为了补偿交通工具的运动，中央控制器可选地通过使用上述测量单元中的一个或多个来连续地测量车载天线100的当前角度和平移位置。此当前角度和平移位置信息以及可选地由上述编码器中的一个或多个获得的可选的当前旋转、倾斜和/或偏振状态可以被中央控制器用来计算角度修正命令，该角度修正命令保持主反射器的反射面在其上安装有车载天线100的交通工具的运动期间面朝卫星。所述角度修正命令是用于调整主反射器的当前倾斜、车载天线100的旋转底座106的旋转和/或所发射的通信信号的偏振中的一个或多个。
在本发明的一个实施例中，车载天线100使用信标解码器来测量经由波导107接收到的信标信号的强度以及可选地测量其质量。此类信标解码器的示例是Satellite Systems CorporationTM的Ku波段信标跟踪接收器P/N 3430-KuAZ000，其说明书通过引用结合于本文。所述信标解码器检测接收到的信标信号的强度且所述中央控制器因此计算用于调整主反射器的倾斜、车载天线100的旋转底座106的旋转和/或所发射的通信信号和/或接收的信号的偏振的修正命令。特别地，所述信标解码器将卫星信标信号解码并连续地测量其强度以及可选地测量其质量。可选地，所述中央控制器以例如螺旋式扫描模式或光栅扫描模式的扫描模式来移动车载天线100并在扫描期间测量卫星信标信号的强度。此类测量允许中央控制器使主反射器101的当前倾斜、车载天线100的旋转底座106的旋转对准信标信号的强度和/或质量为高的位置和方位。此外，此类测量允许中央控制器调谐所发射的通信信号的偏振以实现相同的目的。以这种方式，从通信系统接收信号和/或向其发射发射信号得到改善。
现在对图12进行参考，图12是根据本发明的某些实施例的、用于向卫星发射发射信号的方法910的示意图。首先，如在911处所示，可选地如上所述，可选地由诸如用于经由波导发射上行链路卫星信号的块上变频器(BUC)之类的发射器提供发射信号。然后，如在912处所示，可选地使用OMT/偏振器使发射信号偏振。现在，如在913处所示，使用波导来可选地经由馈电喇叭朝着副反射器传导经偏振的发射信号，例如在图3中所示。如在914处所示，可选地由副反射器使所发射的偏振发射信号朝着主反射器重定向以允许将所发射的偏振发射作为天线射束朝着卫星投射。可选地如上所述，可以使用上述车载天线来实现方法910。
现在对图13进行参考，图13是根据本发明的某些实施例的、用于从卫星接收通信信号的方法920的示意图。首先，如在921处所示，可选地如上所述，调谐车载天线的主反射器的倾斜角以允许在其上安装有天线的交通工具运动期间从卫星接收通信信号。然后，如在922处所示，使通信信号朝着副反射器重定向。现在，如上所述且如在923处所示，使用波导以用于使经重定向的通信信号从副反射器的反射对准偏振元件。如在924处所示，这允许定向反射的偏振。例如，如上所述，所述偏振允许从卫星接收通信信号并可选地经由LNB将其转送到接收器。可选地如上所述，可以使用上述车载天线来实现方法920。
本文所使用的术语“约”指的是±10。
术语“包括”、“包含”、“具有”及其同根变形词意指“包括但不限于”。
术语“由...组成”意指“包括但不限于”。
术语“本质上由...组成”意指该组成、方法或结构可以包括附加成分、步骤和/或部分，但唯一的条件是所述附加成分、步骤和/或部分不在实质上改变所要求保护的组成、方法或结构的基本和新颖的特性。
如本文所使用的，除非上下文清楚地指明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数引用。例如，术语“化合物”或“至少一个化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
贯穿本申请，可以以范围的格式提出本发明的各种实施例。应理解的是，以范围格式的说明仅仅是为了方便和简洁起见，而不应将其理解为对本发明的范围的固定限制。因此，应将范围的描述视为具有具体地公开的所有可能子范围以及在该范围内的各个数值。例如，应将诸如从1至6的范围的描述视为具有诸如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等的具体公开的子范围，以及在该范围内的各个数字，例如1、2、3、4、5、和6。无论范围的宽度如何，此原理均适用。
每当在本文中指示数值范围时，意味着其包括所指示范围内的任何引用数字(分数或整数)。短语在第一指示数字和第二指示数字之间的“延伸/范围”和“从”第一指示数字“到”第二指示数字的“延伸/范围”在本文中可互换地使用，且其意味着包括第一和第二指示数字及其之间的所有分数和整数数字。
如本文所使用的，术语“处理”包括取消、基本上禁止、减慢或倒转条件的前进，基本上改善条件的客观的或审美的表征或基本上防止条件的客观的或审美的表征的出现。
应认识到为了清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征还可以在单个实施例中以组合的方式提供。相反，为了简便起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征还可以单独地提供或以任何适当的子组合或在本发明的任何其它所述实施例中适当地提供。不应将在各种实施例的上下文中描述的某些特征视为那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些元素的情况下无效。
虽然已结合本发明的具体实施例描述了本发明，但是很明显，许多替换、修改和变更对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，其旨在涵盖落入随附权利要求的精神和广泛范围内的所有此类替换、修改和变更。
本说明中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用整体地结合于本文中，引用的程度如同具体且特别地指示每个单独的出版物、专利或专利申请以通过引用被结合于本文一样。另外，不应将本申请中的任何参考的引用或识别理解为允许此类参考作为现有技术可用于本发明。在使用分段标题的情况下，不应将其理解为一定是限制性的。

Claims (1)

1.一种用于从运动的交通工具与卫星通信的天线，包括：
旋转底座；
主反射器和副反射器；
旋转正交模转换器（OMT），其位于所述主反射器后面并被配置为用于使发射信号偏振；
波导，其与所述旋转OMT相关联以便朝着所述主反射器和副反射器之间的馈电喇叭传导所述偏振发射信号；以及
致动单元，其被配置为用于在所述馈电喇叭与所述副反射器相对于所述旋转底座保持基本上固定不动的同时调整所述主反射器的倾斜角；
其中，所述馈电喇叭被配置为用由所述偏振发射信号生成的射束辐射所述副反射器，所述副反射器被配置为用于使所述射束朝着所述主反射器重定向，所述主反射器被配置为用于将所述经重定向的发射信号作为天线射束朝着卫星投射;
其中在所述波导相对于所述旋转底座保持稳定的同时，通过所述旋转OMT的旋转来调整所述偏振发射信号的偏振;
其中所述旋转底座支撑所述主反射器和副反射器以及所述波导。
2. 权利要求1的天线，其中，所述波导具有弯曲的通道。
3. 权利要求2的天线，其中，所述弯曲的通道具有至少5度的弯曲角。
4. 根据权利要求1～3中任何一项所述的天线，其中，所述旋转OMT被配置为使发射器、接收器和所述波导之间相关联，所述旋转OMT被配置为围绕所述波导的中心轴旋转以便使所述发射信号偏振。
5. 权利要求4的天线，还包括第一旋转接头和第二旋转接头，所述第一旋转接头被设置在所述旋转OMT与所述波导之间，而所述第二旋转接头被设置在所述旋转OMT与上变频器、发射器和低噪声块（LNB）下变频器中的至少一个之间。
6. 权利要求5的天线，其中，所述第一和第二旋转接头中的至少一个的长度小于1厘米。
7. 权利要求6的天线，其中，所述致动单元被配置为用于调整所述倾斜角以便在运动的交通工具的运动期间保持所述主反射器与卫星之间的瞄准线。
8. 根据权利要求1～3和5～7中任何一项所述的天线，其中，所述旋转底座被配置为用于在运动的交通工具上支撑所述主反射器和副反射器及所述波导，所述致动单元被配置为用于调整所述旋转底座的旋转角以保持所述主反射器与卫星之间的瞄准线。
9. 一种用于从运动的交通工具与卫星通信的天线，包括：
旋转底座，其被配置为安装在运动的交通工具上；
主反射器，其被安装在所述旋转底座上并被配置为围绕位于所述主反射器的下部附近的倾斜轴倾斜；
馈电喇叭，其用于发出发射信号作为椭圆形射束；
旋转正交模转换器（OMT），其位于所述主反射器后面并被配置为用于使所述发射信号偏振；以及
副反射器，其被安装在所述旋转底座上并被配置为用于使源自与所述旋转OMT相关联的波导的所述椭圆形射束朝着所述主反射器重定向，所述主反射器被配置为用于朝着卫星投射所述椭圆形射束；
其中，所述旋转底座被配置为用于使所述主反射器和副反射器旋转，所述倾斜和旋转允许在所述运动的交通工具的运动期间保持所述主反射器与卫星之间的瞄准线，所述馈电喇叭和所述副反射器在所述倾斜期间相对于所述旋转底座保持基本上固定不动；
其中在所述波导相对于所述旋转底座保持稳定的同时，通过所述旋转OMT的旋转来调整所述偏振发射信号的偏振。
10. 权利要求9的天线，其中，所述椭圆形射束具有主波瓣，所述倾斜允许所述主波瓣的中心在没有超过2分贝的增益降低的情况下相对于所述旋转底座在至少50度的范围内倾斜。
11. 权利要求9的天线，其中，由至少一个支撑元件来执行所述倾斜，所述主反射器与所述至少一个支撑元件被可拆卸地耦合。
12. 权利要求9的天线，其中，所述射束是呈椭圆形的锥形射束，其具有椭圆形斑，所述椭圆形斑在所述主反射器上具有至少3.5:1的宽度-高度比；其中所述副反射器和主反射器中的至少一个的尺寸和形状被确定以用于反射所述呈椭圆形的锥形射束。
13. 根据权利要求9～11中任何一项所述的天线，其中所述射束是呈椭圆形的锥形射束；其中，所述馈电喇叭被配置为用所述呈椭圆形的锥形射束辐射所述副反射器以便在所述副反射器上产生椭圆形辐射斑。
14. 权利要求13的天线，其中，所述呈椭圆形的锥形射束被相应地偏振为所述偏振发射信号。
15. 权利要求13的天线，其中，所述副反射器被配置为用于使所述呈椭圆形的锥形射束朝着所述主反射器重定向以便在其上产生附加的椭圆形辐射斑；其中，所述附加的椭圆形辐射斑的宽度-高度比高于所述椭圆形辐射斑的宽度-高度比。
16. 权利要求13的天线，其中，在所述副反射器上所述椭圆形辐射斑具有至少1.6:1的宽度-高度比。
17. 权利要求15的天线，其中，在所述主反射器上所述附加的椭圆形辐射斑具有至少4:1的宽度-高度比。
18.    一种用于向卫星发射信号的方法，包括：
提供具有彼此相对的主反射器和副反射器、旋转正交模转换器（OMT）以及旋转底座的天线，所述主反射器被设置在所述旋转OMT与所述副反射器之间；
向所述旋转OMT提供发射信号；
通过所述旋转OMT使所述发射信号偏振；
使用波导以用于朝着馈电喇叭传导所述偏振发射信号；
将所述偏振发射信号作为椭圆形射束朝着副反射器辐射；
在所述副反射器与所述馈电喇叭相对于旋转底座保持基本上固定不动的同时使所述主反射器倾斜；以及
使所述椭圆形射束朝着所述主反射器重定向以允许将其朝着卫星投射；
其中在所述波导相对于所述旋转底座保持稳定的同时，通过所述旋转OMT的旋转来调整所述偏振发射信号的偏振。
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