CN105210233A - 用于接收及/或发送极化通信信号的天线 - Google Patents

用于接收及/或发送极化通信信号的天线 Download PDF

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Abstract

用于与远程通信系统进行通信的天线。该天线包括主反射面及副反射面，面对副反射面且具有多个反馈点的波束成形元件，多个正交模变换器(OMT)，以及各自具有被连接到多个OMT中的其他OMT的近端和被连接到多个反馈点中的一个馈送点的远端的多个波导。波束成形元件的尺寸和形状被设计成通过组合多个极化中间传输信号来形成在副反射面上产生第一椭圆形斑的椭圆波束；极化中间传输信号中的每一个极化中间传输信号源自多个OMT中的另一OMT。

Description

用于接收及/或发送极化通信信号的天线
发明领域和背景
本发明，在其一些实施例中，涉及一种装置和卫星天线，并且更具体地，但不排他地，涉及一种用于针对卫星通信的车载天线的装置和方法。
在各种形式的移动平台上，例如，在海上船只上和在陆地车辆上，实现宽带通信系统，受到了越来越多的关注。使用具有安装在车辆上的天线的宽带卫星通信系统，天线被用于帮助形成与地球同步轨道中的天基卫星的通信链路。天线形成由车辆运载的通信终端的一部分。
需要具有从诸如飞机，轮船以及陆地车辆等移动平台以高精度跟踪通信卫星的能力的天线，特别是，用于优化数据速率，以改进下行链路传输的效率以及上行链路传输的效率，且/或防止干扰围绕邻近目标卫星的卫星。这种天线允许具有相对高层次的加速度的移动卫星通信平台(诸如飞机以及陆地车辆)从诸如地球同步卫星的卫星接收信号且/或将信号发送到诸如地球同步卫星的卫星。
为了从远程源收集信号且/或为了向其发送信号，有必要在考虑车辆的运动的同时保持天线指向卫星。为了允许天线指向卫星，车载天线被制造成跟踪侧到侧的(方位)以及上和下(高度)。然而，应该注意的是，为了避免干扰车辆上方平稳的气流或不利地影响车辆的美观，车载天线的轮廓必须保持低位。
例如，公布于2008年9月25日的国际专利申请公布号WO2008/114246，描述了一种用于与来自移动的车辆的卫星进行通信的天线。该天线包括用于产生传输信号的发射机、主反射面和副反射面以及与用于引导传输信号朝向副反射面的发射机相关联的波导。副反射面被配置用于重定向传输信号朝向主反射面；主反射面被配置用于朝向卫星投影被重定向的传输信号作为天线波束。
发明内容
根据本发明的一些实施方案，提供了一种用于使用圆极化传输信号与远程通信系统进行通信的天线。该天线包括主反射面和副反射面，面对副反射面且具有多个反馈点的波束成形元件，多个正交模变换器(OMT)，各自分别被连接到多个OMT中的一个的多个线性到圆极化元件，以及各自具有被连接到多个线性到圆极化元件中的另一线性到圆极化元件的近端和被连接到多个反馈点中的一个反馈点的远端的多个波导。波束成形元件的尺寸和形状被设计成通过组合多个圆极化中间传输信号来形成在副反射面上产生第一椭圆形斑的椭圆波束，每一个圆极化中间传输信号源自多个波导中的另一波导且具有由多个线性到圆极化元件中的另一线性到圆极化元件转换的极化。可选地，该组合信号是KA波段信号。
可选地，由椭圆波束的电场矢量和圆极化中间传输信号限定的轴的幅度的比率至少大于1：3，例如约1：1。
可选地，天线还包括产生辐射能量的发射机，多个圆极化中间传输信号都源自该辐射能量，发射机位于主反射面的后面。
根据本发明的一些实施方案，提供了一种用于使用线性极化传输信号与远程通信系统进行通信的天线。该天线包括主反射面和副反射面，面对副反射面且具有多个反馈点的波束成形元件，多个正交模变换器(OMT)，以及各自具有被连接到多个OMT中的另一OMT的近端和被连接到多个反馈点中的一个反馈点的远端的多个波导。波束成形元件的尺寸和形状被设计成通过组合多个线性中间传输信号来形成在副反射面上产生第一椭圆形斑的椭圆波束，每一个线性极化中间传输信号源自多个波导中的另一波导且具有多个OMT中的另一OMT的极化。可选地，该组合信号是KU波段信号。
可选地，波束成形元件包括公共馈电喇叭。
可选地，波束成形元件包括多个单独的馈电喇叭。
可选地，波束成形元件具有带有环绕多个反馈点的波状轮廓的波束成形部分。
更可选地，波状轮廓是圆的且连续的。
可选地，该天线是车载天线。
可选地，椭圆波束具有至少2.5：1的宽度长度比。
可选地，多个波导被安装成遍历位于主反射面的较下部分中适当位置处的主反射面。
可选地，多个波导被安装成在垂直于主反射面的共同轴上一个波导在另一个波导上面。
可选地，该天线还包括分束元件，其接收由发射机产生的基带信号并将多个信号输出到多个OMT。
可选地，该天线还包括组合元件，该组合元件具有被连接到接收机的输出端和各自分别被连接到多个OMT中的另一OMT的多个输入端。
更可选地，组合元件接收来自多个OMT的多个中间接收信号，将它们组合成单个接收通信信号，并且将单个接收信号转发到接收机。
可选地，该天线还包括分束元件，其具有被连接到发射机的输入端和各自分别被连接到多个OMT中的另一OMT的多个输出端。
可选地，多个波导中的至少一个波导具有弯曲通道，该弯曲通道具有相对于相应的波导的中心轴成至少5度的弯曲角度。
可选地，多个圆极化中间传输信号具有共同的圆极化和共同的相位。
可选地，波束成形元件包括多个部分成锥形结构，所述多个部分成锥形结构具有形成共同轮廓的共同基座。
根据本发明的一些实施方案，提供了一种将信号以椭圆波束发送到远程通信系统的方法。该方法包括将传输能量分成多个传输信号，将每个传输信号的线性极化分别转换为圆极化以形成多个圆极化传输信号，分别在多个波导中的一个波导中引导每个圆极化传输信号，组合圆极化传输信号，以便产生椭圆波束，并将椭圆波束作为椭圆天线波束朝向远程通信系统定向。
可选地，由椭圆波束的第一电场矢量限定的第一比率轴向比和由多个圆极化中间传输信号的第二电场矢量限定的第二比率轴向为至少1：3，例如约1：1。
根据本发明的一些实施方案，提供了一种将线性极化信号以椭圆波束发送到远程通信系统的方法。该方法包括将传输能量分成多个传输信号，分别线性极化每个传输信号以形成多个极化传输信号，分别在多个波导中的一个波导中引导每个线性极化传输信号，组合线性极化传输信号以便产生椭圆波束，并将椭圆波束作为椭圆天线波束朝向远程通信系统定向。
可选地，该组合通过公共馈电喇叭来进行，其中多个波导被机械地连接到该公共馈电喇叭。
可选地，定向包括辐射第一椭圆形斑在副反射面上，且将椭圆波束重定向朝向主反射面，以便在主反射面上产生第二椭圆形斑。
更可选地，第一椭圆形斑具有至少2.5：1的宽度高度比。
更可选地，第二椭圆形斑具有至少3.5：1的宽度高度比。
根据本发明的一些实施方案，提供了一种用于从移动的车辆与远程通信系统进行通信的天线。该天线包括主反射面和副反射面，每一个被分别连接成从单独的极化元件接收来自多个极化信号的单独信号的多个波导，具有各自被连接到多个波导中的另一波导的多个反馈点的波束成形元件，波束成形元件具有波束成形段，其尺寸和形状被设计成同时辐射多个极化信号，以便形成在副反射面上产生第一椭圆形斑的椭圆波束。副反射面被放置成重定向椭圆波束朝向主反射面，以便于其上产生第二椭圆形斑。
根据本发明的一些实施方案，提供了从远程通信系统接收信号的方法。该方法包括：经由天线的多个波导中的一个波导引导多个中间通信信号中的每一个，多个中间通信信号经由天线的反射面被反射到多个波导，分别将每一个中间通信信号的圆极化转换为线性极化，从在线性极化中的每一个中间通信信号分离至少一个垂直极化信号和水平极化信号以产生多个彼此平行排列的线性极化信号的组，以及将组中的成员的总和的结果转发到接收机。
根据本发明的一些实施方案，提供了一种用于将多个极化信号组合为椭圆波束的波束成形元件。波束成形元件包括多个反馈点，如孔，每一个反馈点被设置成连接到多个波导中的另一波导以及具有波状轮廓的信号成形元件，该波状轮廓用于使从多个反馈点(诸如孔)发射的多个通信信号成形为椭圆波束。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语及/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。虽然以下描述了示例性的方法和/或材料，然而类似于或等同于本文描述的内容的方法和材料也可以被用于本发明的实施例的实践或测试中。在冲突的情况下，以本专利说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和实施例仅是说明性的，并不一定旨在限定。
本发明的实施例的方法及/或系统的实现可以涉及手动地，自动地，或它们的组合来执行或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法及/或系统的实施方案的实际仪器和设备，若干所选择的任务可以由硬件、由软件或由固件或由使用操作系统的它们的组合来实现。
例如，用于根据本发明的实施方案执行所选择的任务的硬件可以被实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的实施例的所选任务可以被实现为由计算机使用任何适当的操作系统执行的多个软件指令。在本发明示范性实施例中，根据如本文描述的方法及/或系统的示例性实施方案的一个或多个任务由诸如用于执行多个指令的计算平台的数据处理器来执行。可选地，数据处理器包括用于存储指令及/或数据的易失性存储器，及/或非易失性存储器，例如，用于存储指令及/或数据的磁性硬盘及/或可移动介质。可选地，也提供了一种网络连接。可选地，也提供了显示器及/或诸如键盘或鼠标的用户输入设备。
附图简述
本文仅通过示例的方式，参考附图，描述了本发明的一些实施方案。现在具体参照附图详细地说，其强调的是所示的细节是通过举例的方式并且出于本发明的实施方案的说明性讨论的目的。在这点上，结合附图所进行的描述使得对于本领域技术人员来说如何实施本发明实施方案变得明显。
在附图中：
图1A是根据本发明的一些实施例的、用于通过使用多个波导的阵列发送圆极化椭圆波束来与诸如卫星(未示出)的远程通信系统进行通信的天线的示意图；
图1B是根据本发明的一些实施例的、用于通过使用多个波导的阵列发送线极化椭圆波束来与诸如卫星(未示出)的远程通信系统进行通信的天线的示意图；
图2A是根据本发明的一些实施例的、包括被设计成用作诸如图1A所示的天线的一部分的多个波导的阵列的示例性传输及/或接收布置的示意图；
图2B是根据本发明的一些实施例的示例性馈电喇叭的示意图；
图2C-2E是根据本发明的一些实施例的、根据图1A的不同视点所绘的示例性传输及/或接收布置的示意图；
图2F-2H是根据本发明的一些实施例的、根据图1B的不同的视点所绘的示例性传输及/或接收布置的示意图；
图3是根据本发明的一些实施例的、绘制为在笛卡尔坐标系中的方位角的函数的水平辐射图案以及绘制为在笛卡尔坐标系中的高度的函数的垂直辐射图案；
图4是根据本发明的一些实施例的、具有主反射面及副反射面以及在图3中所描述的发送及/或接收布置的天线的示意图；
图5A是根据本发明的一些实施例的、用于通过组合被分别经由圆极化的不同的波导引导的多个中间接收信号来接收一接收通信信号的方法的流程图；
图5B是根据本发明的一些实施例的、用于通过组合被分别经由线极化的不同的波导引导的多个中间接收信号来接收一接收通信信号的方法的流程图；
图6A是根据本发明的一些实施例的、用于通过将传输通信信号分成分别经由圆极化的不同的波导引导的多个中间传输信号来发送传输通信信号的方法的流程图；以及
图6B是根据本发明的一些实施例的、用于通过将传输通信信号分成分别经由线极化的不同的波导引导的多个中间传输信号来发送传输通信信号的方法的流程图。
具体实施方式
本发明，在其一些实施例中，涉及一种装置以及卫星天线，并且更具体地，但不排他地，涉及一种用于针对卫星通信的车载天线的装置以及方法。
根据本发明的一些实施例，提供了形成在波导中被引导以被组合为被反射朝向诸如卫星的远程通信系统的椭圆波束的多个圆极化通信信号或线极化通信信号的方法以及天线。该组合允许形成具有限定约1：1的轴向比(相似于或相同于圆极化通信信号的轴向比)的电场矢量的椭圆波束。可选地，极化通信信号形成于被引导在多个平行传输路径中的通信信号，其中，多个平行传输路径中的每一个传输路径的极化是被分别执行的。然后，极化通信信号被组合以形成被定向朝向远程通信系统的椭圆波束。
方法以及天线也可选地用于接收、引导从在用于极化的波导中的天线反射面被反射的多个极化通信信号以及用于形成彼此平行排列的一组极化信号的信号分离。该组被求和并转发到天线的接收机。
根据本发明的一些实施例，提供了具有多个接收路径的方法以及天线，其中，多个中间通信信号中的每一个中间通信信号的极化分别被转换以产生极化信号。极化信号被分离以产生彼此平行排列的极化信号的组。在该组中的信号被组合以形成被转发到接收机的接收信号。
根据本发明的一些实施例，天线包括主反射面及副反射面以及诸如馈电喇叭的面向副反射面的波束成形元件。波束成形元件包括多个馈电喇叭，每个馈电喇叭都被连接到另一个波导。可选地，当信号被圆极化时，例如在KA波段，每个波导还被连接到线性到圆极化元件，该线性到圆极化元件也被连接到正交模变换器(OMT)。在使用中，多个中间接收通信信号分别被引导，每个中间接收通信信号经由波导到极化转换元件，并从极化转换元件到提取线性极化信号的OMT。以这样的方式，彼此平行排列的线性极化信号被求和而没有任何其他的转换。可选地，当信号被线性极化时，例如在KU波段，每个波导直接被连接到另一个旋转OMT。在使用中，多个中间接收通信信号被分别引导，每一个中间接收通信信号经由波导引导到另一个OMT并从OMT引导到提取线性极化信号的总和元件。
根据本发明的一些实施例，提供了一种波束成形元件，如馈电喇叭，用于将多个圆极化信号或线性极化信号组合为被重定向到远程通信系统的椭圆波束。波束成形元件包括多个反馈点，如孔，每个反馈点设置为被连接到另一个波导。可选地，波束成形元件是波状的，例如包括一套锥形结构，每一个锥形结构包括对于沿着波束成形元件的均匀波状轮廓的多个同心圆以及部分同心圆。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，要理解的是，本发明不必限制其应用于在以下描述中所阐述的和/或在附图和/或示例中所示出的构造和组件的布置及/或方法。本发明能够是其他实施例或以各种方式被实践或执行。
现在参考图1A及图1B制成，它们是根据本发明的一些实施例的天线100、120的示意图，其可选地为车载的，用于通过发送椭圆波束，例如以至少约2：1的宽度长度比(例如使用多个波导103的阵列在1.3：1和5.0：1之间)来与诸如卫星(未示出)的远程通信系统进行通信。天线100被设置用于发送以及接收圆极化信号，例如在KA波段，而天线120被设置用于发送以及接收线性极化信号，例如在KU波段。
天线100，如天线120，可选地是包括彼此面对的主反射面101以及副反射面102的双反射面天线。反射面101，102中的每一个具有反射表面轮廓，可选地基本上是椭圆的。天线100，120还包括用于产生稍后被分割为被引导以作为椭圆波束经由多个波导103的阵列而被发送的多个中间传输通信信号的通信传输信号的发送及/或接收单元(未示出)。另外或可替代地，天线100、120被设置用于通过对经由多个波导103的阵列并行被接收的多个中间接收信号求和来拦截通信接收信号。如本文所用的，发送及/或接收通信信号是，由包括射频(RF)发射器及/或RF接收机及/或RF收发机的发送及/或接收单元来发送及/或接收的远程通信系统信号。为了清楚起见，副反射面及主反射面101、102的反射表面轮廓在过程中成形，例如成形针对天线的反射面的几何光学(GO)的过程(几何光学)及/或用于成形针对天线的反射面的物理光学(PO)过程，见Brown,K.W.等人的针对具有最佳的电气性能的经典双偏置反射面天线的系统设计过程，天线与传播学会国际研讨会，1993年AP-S文摘卷，1993年6月28日-7月2日，页码：772–775，卷2，其作为参考并入本文。
可选地，传输通信信号使用带有在下面描述的反射表面轮廓的副反射面及主反射面102、101进行传输，具有在14GHz大于15分贝各向同性(dBi)的增益或具有在11GHz大于10dBi的增益。
如上所述，天线100、120包括多个波导103的阵列，例如2、3、4、5、10个波导或任何中间的或更大数目的波导。包括被设计为被用作诸如现在依然参照的图2A中的100，120等天线的部分的多个波导103的阵列的示例性传输及/或接收布置150。如下面进一步描述的，当天线100被使用时，每个波导103是包括波导103本身的不同的传输及/或接收路径的一部分，波导103分别被连接到被连接的OMT的圆极化元件114，OMT直接被连接到求和/分割元件116且被连接到其从此接收线性极化的传输信号(未示出)的反馈。当天线120被使用时，每个波导103是包括波导103本身的不同的传输及/或接收路径的一部分，波导103被连接到是分别被连接的OMT115的前接头122，OMT115被直接被连接到是分别到分离元件(多个)126的前接头122且被连接到其从此接收线性极化的传输信号(未示出)的反馈。接头122允许旋转用于线性极化的OMT。
在天线120中，OMT是包括极化元件且可以被本文称之为旋转OMT/极化组件的旋转OMT。旋转OMT/极化组件支持在Ku波段的线性极化。极化可选地由旋转OMT/极化组件的旋转来调节。旋转OMT可选地在被连接到此的波导相对于天线的底部保持稳定的同时旋转。此外，可以在车载天线120是在移动的同时被完成极化调节。
可选地，用于向旋转OMT401传送机械动力以便沿着一定的旋转角度(可选地约180度)旋转的极化发动机驱动器(未示出)。该旋转是由编码器来确定的，该编码器被设计为提供极化中的闭环控制以通过增加接收及/或发送过程的精度来改善与通信系统的通信。编码器可选地是光学编码器，如HEDS-5500/5540、HEDS-5600/5640以及AVAGOTechnologiesTM的HEDM-5500/5600，其说明书通过引用并入本文。
波导103可选地是圆波导，例如具有约10毫米(mm)的内径，例如在约6mm到约30mm之间。如图2A所绘，波导103可选地是具有弯曲通道的波导103。该弯曲通道允许将波导的远端连接到波束成形元件111，例如公共馈电喇叭或多个相邻的馈电喇叭。各弯曲通道的弯曲角度可选地是相同的或基本相同的，例如带有约1％、3％、10％及/或任何中间或更低数目的偏差。各弯曲通道的弯曲角度可选地相对于波导的中心轴是5度或更大的度数，例如，在5度、5.5度、6度、7度、8度、9度、10度、11度以及12度。可选地，弯曲通道是由若干被连接以产生期望的角度的弯曲通道的副波导形成，例如2个，5个以及10个副波导或任何中间数目的或更大数目的副波导。弯曲通道可选地被设置以避免不期望的信号扩展。可选地，波导103被定位成一个在另一个的上面，可选地遍历主反射面101的较下部分，例如在其中形成的适当位置中。波导103越低，它们越少吸收及/或重定向被从副反射面102重定向的通信信号，并且因此它们越少减少主反射面101的有效反射表面轮廓。在所有波导103中被引导的中间通信信号可选地具有共同的环状或线性极化以及共同的相位。
在使用中，当传输被执行时，副反射面102重定向从波束成形元件111朝向以天线波束投射辐射朝向远程通信系统的主反射面101发射的辐射，这可选地是远程通信系统，例如地球同步远程通信系统(GEO远程通信系统)。在使用中，当接收被执行时，主反射面101重定向该辐射朝向投射辐射朝向波束成形元件的副反射面102。
每个波导103具有远端以及近端112、113。所有波导103的远端113可选地被连接到共同波束成形元件，例如馈电喇叭111，例如波纹馈电喇叭，其尺寸以及形状被设计成通过组合同时经由波导103被引导的多个中间传输信号来形成共同的椭圆波束。共同波束成形元件111可以是一套协调的馈电喇叭，其在基本上保持在波束中的传输通信信号的轴向比的同时，作为从多个圆或线性极化传输通信信号形成椭圆波束的单个波束成形元件一起起作用。例如，公共波束成形元件111包括多个锥形布置，其中每个锥形布置具有多个同心圆以及可选地具有部分同心圆的。每个锥形布置的中心可选地是波导103中的一个波导的中心纵向轴。一个锥形布置的部分同心圆可选地被连接到一个或多个其他锥形布置的一个或多个部分同心圆，形成均匀波状轮廓，例如当两个波导被使用时的8字形均匀波状轮廓，例如如在图2A所示。应当指出的是，波束成形元件111可选地根据所使用波导的数目进行更改。例如，图4描绘带有4个反馈点的馈电喇叭。馈电喇叭的尺寸以及形状被设计成从该经由4个反馈点被引导的极化中间通信信号形成椭圆波束。公共馈电喇叭111形成带有最小的旁瓣的均匀的主瓣。例如，在图3中的虚线示出绘制为笛卡尔坐标系中的方位角的函数的水平辐射图案。水平辐射图案包括被从具有两个波导连接到的合并的圆形图案的公共馈电喇叭发射的波束的主瓣以及两个旁瓣，例如如图3中所示。此外，图3中的直线示出绘制为笛卡尔坐标系中的高度的函数的垂直辐射图案。垂直辐射图案包括从具有两个波导被连接到的合并的圆形图案的公共馈电喇叭发射的波束的主瓣以及多个旁瓣，例如如图3中所示。
如上所述，每个近端112可选地与另一个OMT相关联。可选地，当天线100用于发送以及接收圆极化信号时，线性到圆极化元件及/或路径114被机械地连接在每个近端112和OMT115之间。线性到圆极化元件及/或路径114(为简便起见在本文中称为线性到圆极化元件114)支持线性到圆极化转换(用于传输信号)以及圆到线性极化转换(用于接收信号)，可选地从两个方向。可选地，该线性到圆极化元件114将具有圆极化的中间接收信号转换为具有线性极化的中间接收信号且具有线性极化的中间传输信号被转换为具有圆极化的中间传输信号。波导103可以被连接到具有其中每个波导是不同的接收及/或传输路径的一部分的多个单独的线性到圆极化路径114的元件。示范性线性到圆极化元件是PatriotE0805A，其说明书通过引用并入本文。可替代地，当天线120用于发送以及接收线性极化信号时，OMT115经由允许线性极化的其旋转的接头122被连接，可选地围绕纵向旋转轴。
在这样的实施例中，天线100具有一些中间发送/接收信号路径，其中，后来被组合成椭圆波束的多个传输信号及/或后来被组合以被分析通信接收信号的多个接收信号同时被引导。
如上所述，每个中间发送/接收信号经由另一个OMT115被引导。OMT115将中间接收通信信号分离为两个正交的RF信号且/或引导RF信号，例如如下面进一步描述的中间传输信号。每个OMT115可以被实现为在还包括作为线性到圆极化元件114起作用的极化转换部分的单一的元件中的信号分离部分，例如根据天线100的体系结构。如上所述，OMT115可以是旋转OMT/极化组件。例如，在图1B中每个OMT115是在将来自发射机126的正交RF传输信号引导到波导103的同时将接收通信信号引导到接收机125的旋转OMT/极化组件。图1B中的OMT/极化组件的旋转是同步的。可选地，当两个旋转OMT/极化组件115被使用时，极化发动机驱动器(未示出)将它们在一起旋转，例如彼此旋转180°，以促进在每个信道中的信号的求和。
可选地，天线100，120还包括用于将其附着到诸如火车、汽车、轨道、公共汽车、船、大型船、飞机、直升机、气垫船、穿梭以及运输人员及/或物体的任何其他运输工具的车辆(未示出)的底座。例如，图4是根据本发明的一些实施例的、具有上述主反射面及副反射面101、102以及发送及/或接收布置150的天线399的示意图。发送及/或接收布置150被安装在被机械地连接到具有旋转基座452的底座的支撑451上，例如如于2008年9月25日公布的国际专利申请公布号WO2008/114246中描述的旋转基座452，其通过引用并入本文。可选地，主反射面101被连接到允许其围绕平行于旋转基座452的倾斜轴的倾斜的一个或多个支撑元件453，例如如图4中所示以及在于2008年9月25日公布的国际专利申请公布号WO2008/114246中描述的，其通过引用并入本文。
此外，如上面进一步所述，主反射面101是被设计以被倾斜以便允许天线波束的主瓣的仰角的调节。该倾斜可选地在将波导103及副反射面102维持在与基座有关的地方的同时被执行。天线100、120的上述结构允许天线波束的倾斜以实现0度到90度之间的有效角度范围。可选地，有效的倾斜角被定义为其中天线波束的主瓣的增益保持在小于2分贝下降的范围内的角度。为清楚起见，增益是以被参考自由空间各向同性辐射(dBi的)的零分贝增益的车载天线100、120的增益的分贝进行表示。例如，当天线增益作为50度范围中的倾斜角的函数时，在主瓣的中心的增益下降不超过1.90分贝。可选地，倾斜角以与天线100、120的基座有关的45度角为中心。
上述发送及/或接收单元位于主反射面101的后面，例如如以454所示。以这种方式，副反射面102和主反射面101之间的空间中不包含发送及/或接收单元454的任何组件或子组件。以这种方式，发送以及接收通信信号的效率增加。
可选地，主反射面101被连接到允许它们围绕平行于旋转基座的倾斜轴的倾斜的一个或多个支撑元件。以这种方式，旋转基座可以用于同时旋转反射面101、102，波导103，以及可选地发送及/或接收单元且支撑元件可以用于只倾斜相对于旋转基座的主反射面101，例如如在于2008年9月25日公布的国际专利申请公布号WO2008/114246中所描述。可选地，旋转基座106以允许继续旋转的方式被设计。以这种方式，旋转基座106可以通过简单的旋转操作来调节反射面101、102、波导107以及发送及/或接收单元的旋转角度。
图2C-2E是根据本发明的一些实施例的、不同视点的图1A中所绘的示例性传输及/或接收布置的示意图。这些图进一步绘出被连接到后加法元件156的示例性接收机131。横向分束元件157被放置以将OMT115连接到发射机。
图2F-2H是根据本发明的一些实施例的、不同视点的图1B中所绘的示例性传输及/或接收布置的示意图。在该示例性布置中后分束元件166被放置以分离来自从发射机的信号。横向总和元件167可选地被安装在被连接到凸缘125的接收机170。总和元件167经由柔性电缆(未示出)被电连接到接收机以及到引导元件168、169。可选地，引导元件168、169包括电缆连接器。引导元件168、169被电连接到OMT115。以这种方式，来自OMT115的接收信号经由总和元件167被引导到接收机170。柔性电缆被设置以允许通过上述极化发动机驱动器(未示出)旋转OMT115中的每一个。极化发动机驱动器可选地同步OMT115的旋转，例如通过协调的机械手臂。可选地，当两个旋转OMT/极化组件115被使用时，极化发动机驱动器(未示出)将它们在一起旋转，例如彼此旋转180°以促进在每个信道中的信号的求和。
现在还参考图5A以及5B制成，这是根据本发明的一些实施例的、用于通过组合分别经由诸如103的以相应的圆极化及线性极化的不同的波导引导的多个中间接收信号来接收一接收通信信号的方法的流程图400、440，。可选地，方法400可以使用如上文参考图1A、图2A、图2B、图2C-2E、图3以及图4所描述的天线100来实现。可选地，方法440可以使用如上文参考图1B以及图2F-2H所描述的天线120来实现。
在方法400中，首先，如在401所示，映射到主反射面101且重定向朝向副反射面102的接收通信信号经由公共馈电喇叭111被引导作为多个独立的中间接收信号。每个中间接收信号经由不同的波导分别被引导。第二，如在402所示，每一个独立的中间接收信号的极化分别被从圆转换到线性，例如使用不同的线性到圆极化元件114。在402中，每个线性到圆极化元件作为来自另一个输入波导103的输入接收具有圆极化的中间接收信号并输出到OMT115中的一个OMT的线性信号或一对正交极化线性信号。如在403所示，每一对正交极化线性信号由OMT分离到彼此平行排列的信号，例如到垂直及水平极化信号。例如，这允许求和分别来自水平极化信号的垂直极化信号且/或反之亦然，使用相同的线性极化来组合彼此平行排列的信号。
现在，如在404所示，来自所有OMT115的水平极化信号以及来自所有OMT115的垂直极化信号分别通过不同的求和/分束元件116来求和。以种方式，水平极化信号与垂直极化信号求和而垂直极化信号与水平极化信号求和。
这允许，如在405所示，将垂直极化信号的求和和/或水平极化信号的求和的结果转发到接收机，例如低噪声块-下变频器(LNB)。
在方法440、401以及403-405中以相同的方式进行；然而，代替参照402中在442所示描述的极化转换，每个独立的中间接收信号被分别极化而无需转换，例如使用OMT115。极化可以通过旋转OMT115来更改，例如使用机械手臂及/或致动器。
现在还参考图6A及图6B制成，这是根据本发明的一些实施例、用于通过分离传输通信信号到分别经由不同的波导引导的多个中间传输信号来发送传输通信信号，例如并行接收如上所述的接收通信信号的方法的流程图500、550。方法500可以使用可选地如上文参考图1A、图2A、图2B、图2C-2E、图3以及图4描述的天线100来实现。方法550可以使用可选地如上文参考图1B以及2F-2H描述的天线120来实现。
在方法500中，首先，如在501所示，传输通信信号通过传输及/或接收单元生成。传输通信信号可选地被转发给将发送信号转换为更高频率的块转换器(BUC)，例如在其被定向或者被反射出天线100朝向远程通信系统之前被放大的Ka波段信号。
现在，如在502所示，传输通信信号可选地被分离到线性极化的多个中间通信信号。例如，每个中间通信信号被从求和/分束元件引导到另一个OMT。可选地，如在503所示，每个中间通信信号的极化被从线性转换为圆，例如，通过不同的线性到圆极化元件114，例如在通过经由不同的OMT115之后。如在504所示，圆到极化中间通信信号每个经由另一个波导而被同时转发到波束成形元件111。上面的转换具有低转换损耗。例如，接收信号在通过波束成形元件、波导、OMT以及分束元件之后具有小于1.2分贝的转换损耗。低的转换损耗保持相对低，因为信号在波导中被引导且没有在诸如带状线或微带的线上被转换通过)。如上述描述以及在505所示，公共馈电喇叭111的尺寸以及形状被设计成从圆极化中间通信信号形成椭圆波束。这允许，如在506所示，定向椭圆波束至远程通信系统，例如卫星。
在方法550、501以及502以及505-506中是以相同的方式进行；然而，参考503-504，描述了极化转换，如在553所示，每个独立的中间通信信号分别被极化而无需转换，例如使用OMT115。极化可以通过旋转OMT115来更改，例如使用机械手臂及/或致动器。
公共馈电喇叭111产生具有至少2.5：1的宽度长度比的椭圆波束。由组合的圆或线性极化中间通信信号的电场矢量限定的轴的大小的比率被维持为约1:1。这个比率也被称为轴向比。传输通信信号的波段宽度可选地是超过35％，例如约40％，约45％，以及约50％或任何中间或更大的波段宽度。
在图5A以及图6A中所绘的方法可选地同时使用天线100被引导，促进了与远程通信系统的双向通信。这些方法以及该天线在椭圆波束中发送圆极化传输通信信号，并使用具有椭圆接收面的反射面来接收圆极化接收通信信号。
在图5B以及图6B中所绘的方法可选地同时使用天线120来进行的，促进了与远程通信系统的双向通信。这些方法以及天线在椭圆波束中发送线性极化传输通信信号，并使用具有椭圆接收面的反射面接收线性极化接收通信信号。
预期的是，在从该申请专利到期的生命周期期间，许多相关的系统以及方法将被开发，并且术语接收机、发射机、波导以及反射镜的范围是指包括所有这种新技术的现有技术。
如本文所用的术语“约(about)”是指±10％。
术语“包括(comprises)”，“包括(comprising)”，“包含(includes)”，“包含(including)”，“具有(having)”以及它们的结合物的意思是“包括但不限于”。该术语包括术语“由......组成(consistingof)”以及“基本上由...组成(consistingessentiallyof)”。
短语“基本组成(consistingessentiallyof)”是指可以包括另外的成分及/或步骤的组合物或方法，但只在当另外的成分及/或步骤不实质上改变所要求保护的组合物或方法的基本特征以及新颖特征时。
如本文所用，单数形式“一(a)”、“一(a)”以及“该(the)”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。例如，术语“组合物(acompound)”或“至少一种化合物(atleastonecompound)”可以包括多种组合物，包括其混合物。
词“示例性(exemplary)”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。任何描述为“示例性”的实施例未必被解释为优选或优于其他实施例及/或排除来自其他实施例的特征结合。
词“可选地(optionally)”在本文中用于表示“在一些实施方案中提供，而不是在其他实施例中提供的”。本发明的任何特定实施例可以包括多个“可选的”特征，除非此类特征冲突。
在整个本申请中，本发明的各种实施例可以以范围的形式表达。但是应当理解，以范围形式描述仅仅是为了方便以及简明，并且不应该被解释为对本发明的范围的硬性限制。因此，范围的描述应当被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及在该范围内的各个数值。例如，诸如从1到6等范围的描述应当考虑为具有诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等具体公开的子范围，以及在该范围内的各个数目，例如，1、2、3、4、5以及6。这不论范围的宽度均适用。
每当数值范围在本文中被指出，其是指包括指示的范围内的任何引用的标号(分数或整数)。短语“测距/范围之间”第一个指示数和第二个指示数和“测距/范围从”第一个指示数“到”第二个指示数在本文中被可交替地使用并且意味着包括第一和第二个被指示的数和在它们之间的所有分数和整数数值。
可以理解，本发明的某些功能，其中为清楚起见，在单独实施例的上下文中描述，也可以组合在单个实施例中提供。相反地，为简明起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征，也可以分别提供或以任何适当的子组合或作为适于在任何其他描述的本发明的实施例中提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例没有这些元素是不可操作的。
虽然本发明已经结合其具体实施方案进行了描述，但要明白的是，许多替换、修改和变形将对于那些本领域技术人员是明显的。因此，其意在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有此类替换、修改和变型。
在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过将其整体引用到本说明书中，以相同的程度，就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指明以被通过引用并入本文。此外，在本申请中的任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可作为相对于本发明的现有技术。到该部分的标题中使用的范围内，它们不应该被解释为必要的限制。

Claims (30)

1.一种用于与远程通信系统通信的天线，包括：
主反射面和副反射面；
波束成形元件，所述波束成形元件面对所述副反射面且具有多个反馈点；
多个正交模变换器(OMT)；以及
多个波导，其中每个波导具有被连接到所述多个OMT中的另一OMT的近端和被连接到所述多个反馈点中的一个反馈点的远端；
其中，所述波束成形元件的尺寸和形状被设计成通过组合多个极化中间传输信号来形成在所述副反射面上产生第一椭圆形斑的椭圆波束；所述极化中间传输信号中的每个极化中间传输信号是源自所述多个OMT中的另一OMT。
2.如权利要求1所述的天线，还包括极化发动机，所述极化发动机旋转并同步地所述多个OMT以单独地并同步地极化所述极化中间传输信号中的每一个极化中间传输信号。
3.如权利要求1所述的天线，还包括多个线性到圆极化元件，每个线性到圆极化元件分别被连接到所述多个OMT中的一个OMT；每个所述极化中间传输信号经由所述多个波导中的另一波导而被引导并具有通过所述多个线性到圆极化元件中的另一线性到圆极化元件转换的极化。
4.如权利要求3所述的天线，其中，所述多个极化中间传输信号具有共同的圆极化和共同的相位。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述波束成形元件包括公共馈电喇叭。
6.如权利要求1所述的天线，其中，所述波束成形元件包括多个大量馈电喇叭。
7.如权利要求1所述的天线，其中，通过所述椭圆波束和所述极化中间传输信号的电场矢量限定的轴的幅值的比例大约是1：1。
8.如权利要求1所述的天线，其中，所述波束成形元件具有波束成形部分，该波束成形部分具有环绕所述多个反馈点的波状轮廓。
9.如权利要求8所述的天线，其中，所述波状轮廓是圆的且连续的。
10.如权利要求1所述的天线，其中，所述天线是车载天线。
11.如权利要求1所述的天线，其中，所述椭圆波束具有至少2.5：1的宽度长度比。
12.如权利要求1所述的天线，还包括发射机，所述发射机产生辐射能量，所述多个极化中间传输信号源自所述辐射能量，所述发射机位于所述主反射面的后面。
13.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个波导被安装成遍历位于所述主反射面的较下部分的适当位置中的所述主反射面。
14.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个波导被安装成在垂直于所述主反射面的共同轴上一个波导在另一个波导上面。
15.如权利要求1所述的天线，还包括分束元件，所述分束元件接收由发射机产生的基带信号并将所述多个信号输出到所述多个OMT。
16.如权利要求1所述的天线，还包括组合元件，所述组合元件具有被连接到接收机的输出端和各自分别被连接到所述多个OMT中的另一OMT的多个输入端。
17.如权利要求16所述的天线，其中，所述组合元件接收来自所述多个OMT的多个中间接收信号，将它们组合为单个接收通信信号，并且将所述单个接收信号转发到所述接收机。
18.如权利要求1所述的天线，还包括分束元件，所述分束元件具有被连接到发射机的输入端和各自分别被连接到所述多个OMT中的另一OMT的多个输出端。
19.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个波导中的至少一个波导具有弯曲通道，所述弯曲通道带有相对于相应的所述波导的中心轴成至少5度的弯曲角度。
20.如权利要求1所述的天线，其中，所述波束成形元件包括多个部分成锥形的结构，所述多个部分成锥形的结构具有形成共同轮廓的共同基座。
21.一种将信号以椭圆波束发送到远程通信系统的方法，包括：
将传输能量分离成多个传输信号；
分别极化所述多个传输信号中的每一个传输信号；
分别在多个波导中的一个波导中引导所述多个极化传输信号中的每一个极化传输信号；
组合所述多个极化传输信号，以便产生椭圆波束；以及
将所述椭圆波束作为椭圆天线波束朝向所述远程通信系统定向。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述分别极化包括分别将每个所述传输信号的线性极化变换为圆极化，使得所述多个极化传输信号为多个圆极化传输信号。
23.如权利要求21所述的方法，其中，由所述椭圆波束的第一电场矢量限定的第一比率轴向比和由所述多个极化中间传输信号的第二电场矢量限定的第二比率轴向为约1：1。
24.如权利要求21所述的方法，其中，所述组合是通过公共馈电喇叭进行的，所述多个波导被机械地连接到所述公共馈电喇叭。
25.如权利要求21所述的方法，其中，所述定向包括在副反射面上辐射第一椭圆形斑且将所述椭圆波束朝向主反射面重定向，以便在所述主反射面上产生第二椭圆形斑。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述第一椭圆形斑具有至少2.5：1的宽度高度比。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述第二椭圆形斑具有至少3.5：1的宽度高度比。
28.一种用于从移动车辆与远程通信系统进行通信的天线，包括：
主反射面和副反射面；
多个波导，其中每个波导分别被连接成从单独的极化元件接收来自多个极化信号的单独信号；以及
波束成形元件，所述波束成形元件具有多个反馈点，其中每个反馈点被连接到所述多个波导中的另一波导，所述波束成形元件具有波束成形段，所述波束成形段的尺寸和形状被设计成同时辐射所述多个极化信号，以便形成在所述副反射面上产生第一椭圆形斑的椭圆波束；
其中，所述副反射面被放置成将所述椭圆波束朝向所述主反射面重定向，以便于在其上产生第二椭圆形斑。
29.一种从远程通信系统接收信号的方法，包括：
经由天线的多个波导中的一个波导引导多个中间通信信号中的每一个中间通信信号，所述多个中间通信信号是经由所述天线的反射面被反射到所述多个波导的；
分别将每个所述中间通信信号的圆极化转换为线性极化；
从在所述线性极化中的每个所述中间通信信号分离垂直极化信号和水平极化信号中的至少一个，以产生彼此平行排列的多个线性极化信号的组；以及
将所述组的成员的总和的结果转发到接收机。
30.一种用于将多个极化信号组合为椭圆波束的波束成形元件，包括：
多个反馈点，如孔，每个反馈点设置成被连接到多个波导中的另一波导；以及
信号成形元件，所述信号成形元件具有波状轮廓，所述波状轮廓用于将从如孔的所述多个反馈点发射的多个通信信号成形为椭圆波束。
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