CN107785669A - 利用介质透镜的可操纵天线组件 - Google Patents

利用介质透镜的可操纵天线组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用介质透镜的可操纵天线组件。本发明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。

Description

利用介质透镜的可操纵天线组件
技术领域
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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明的其他设备、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、包括在本发明的范围内，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发明。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。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，在多个聚焦的RF信号之间切换；并且使用RAC将切换的多个聚焦的RF信号组合以产生接收的RF信号。此外，SAA是既能够接收撞击在SDL上的入射RF信号又能够发送入射到RAC中的输入RF信号的互逆设备。在接收模式下，调制解调器将解调SAA接收的RF信号以产生基带信号。在发送模式下，调制解调器将调制RF载波以通过SAA进行发送。在发送和接收模式两者下，控制器将被配置为将SAA波束操纵到所需位置。
在本公开中，SAA满足在UAV系统或近地轨道(“LEO”)通信或地球同步卫星中使用的或经由到UAV或卫星的直接通信路径所需的低成本、宽扫描角、快速扫描速率、低重新指向时间、低旁瓣电平、低操作功率和宽带宽。天线系统也可用于通信系统、飞机(包括UAV)、车辆、导弹系统以及许多其他波束形成应用中。另外，SAA可以利用用于SAA的低成本制造的添加和/或消减的大规模生产制造技术。
在图1中，示出根据本公开的经由信号路径104或105与LEO或地球同步卫星102(在本文称为“卫星102”)或UAV 101进行信号通信的用户终端100(其可以是UAV控制和数据系统或卫星终端)的实施方式的示例的系统框图。在该示例中，用户终端100被示出为位于地球表面106上，但是本领域普通技术人员应当理解，用户终端100可以代替地为作为通信系统、车辆、飞机(包括UAV 101)或导弹系统的一部分的通信终端(包括非卫星通信设备)。在该示例中，用户终端100与UAV 101(经由信号路径105)或卫星102(经由信号路径104)进行信号通信，其中卫星102在沿轨道轨迹110的方向108上横跨用户终端100的地平线112行进，并且UAV 101在方向109上横跨地平线112行进。本领域普通技术人员应该理解，如果卫星102为对地静止卫星(具有对地静止轨道的特殊类型的地球同步卫星)，则它不会沿轨道轨迹110移动，因为它将相对于地球表面106静止。还应当理解，代替用户终端100经由信号路径105直接与UAV 101进行信号通信，替代地，用户终端100可以经由组合信号路径与UAV101进行信号通信，该组合信号路径包括到卫星102的信号路径104、卫星102和从卫星102到UAV 101的信号路径113。在该示例中，为了维持沿信号路径105与UAV 101的通信或沿信号路径104与卫星102的通信，用户终端100包括能够产生具有波束114的天线辐射图案的设备、组件、电路等，波束114横跨地平线112可操纵116。由此，用户终端100包括SAA118和与SAA 118进行信号通信的通信调制解调器120。在该示例中，波束114为由SAA118产生的也包括多个旁瓣122的天线辐射图案的波束。
在图2中，示出根据本公开的用户终端100(图1所示)的实施方式的示例的系统框图。在该示例中，通信调制解调器120可包括射频(“RF”)调制解调器200、控制器202和电源204。控制器202可以分别经由信号路径206和208与RF调制解调器200和电源204进行信号通信。电源204还经由信号路径210与RF调制解调器200进行信号通信。RF调制解调器200还经由信号路径212和214与SAA 118进行信号通信，并且控制器202和电源204还分别经由信号路径206和216与SAA 118进行信号通信。
SAA 118包括近似的球面介质透镜(“SDL”)218、波导孔块(“WAB”)220、开关孔矩阵(“SAM”)222和径向孔组合器(“RAC”)224。SDL 218包括前表面226和后表面228。在该示例中，SDL 218被配置为接收和聚焦多个入射RF信号230以在大致沿SDL 218的后表面228的多个焦点(未示出)处生成多个聚焦的RF信号，并且其中多个焦点沿SDL 218的后表面228具有对应于多个入射RF信号230的多个入射角θ232的位置。在该示例中，SAM 222分别经由信号路径206和216与控制器202和电源204进行信号通信。另外，RAC 224包括第一波导输入输出(“IO”)端口234和第二波导输入输出端口236，其中第一波导IO端口234和第二波导IO端口236在SAA 118正在接收(多个入射RF信号230中的)入射RF信号时均被配置为“输出”端口(即它们产生输出信号)，并且在SAA 118正在发送所发送的RF信号时，第一波导IO端口234和第二波导IO端口236被配置为“输入”端口(即它们接收输入信号)并从RF调制解调器200接收输入RF信号。
在该示例中，SDL 218具有近似球面或扁球面形状，其球度变化小于SAA 118的操作RF频率的大约0.01波长，其中SAA 118的操作频率可以在例如大约K波段到W波段(即大约18GHz到110GHz)之间的范围内。本领域普通技术人员应当理解，也可以利用较低的频率，但这将导致SDL 218具有较大的直径。在K波段的情况下，SDL 218可以具有基于SAA 118的设计的操作频率可缩放的例如大约152.4mm的直径。另外，SDL可以具有恒定的介电常数或在大约2和5之间变化的介电常数，以提供小于大约0.001的损耗角正切。本领域普通技术人员应当理解，介电常数是物质的电容率与自由空间的电容率的比，并且其表示材料集中电通量使得电通量密度随着介电常数的增加而增加的程度。
此外，SDL 218可以具有从SDL 218的中心(图6中示为604)向外径向减小的折射率的梯度。由此，SDL可以是例如伦伯(Luneburg)透镜，其中伦伯透镜是通常具有从其中心向外径向地减小的折射率梯度的球面透镜，并且其中可以通过无穷大的折射率解决方案实现聚焦特性。
通常，SDL 218可以由包括例如热固性塑料、聚碳酸酯、交联聚苯乙烯共聚物和聚四氟乙烯(“PTFE”)的材料构成。因此，示例材料包括和1422由美国宾夕法尼亚州费城的C-Lec塑料股份有限公司(C-Lec Plastics,Inc.of Philadelphia,PA)生产，并且可以作为介质透镜购自美国加利福尼亚州纳新诺市的圣地亚哥塑料有限公司(San Diego Plastics,Inc.of NationalCity,CA)或其他地方。可购自德国威尔明顿的科慕公司(The ChemoursCompany of Wilmington,DE)，并且可以作为介质透镜购自美国罗得岛州布里斯托的应用塑料技术有限公司(Applied Plastics Technology,Inc.of Bristol,RI)或其他地方。在该示例中，SDL 218可以通过注塑或一些其他工艺(例如，3-D打印或添加制造)形成。在该示例中，SAA118可以可选地包括邻近SDL 218的前表面226设置的天线罩(在图8中示为800)。
转到WAB 220，WAB 220是包括邻近SDL 218的后表面228定位的凹内表面238和沿凹内表面238的共形孔阵列天线(“CAA”)(在图3A和图3B中示为304)的设备、组件或模块。在该示例中，CAA 304与SDL 218的后表面228进行信号通信，并且包括多个孔元件(在图3A和图3B中示为306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7))。在该示例中，SDL218的后表面228理想地与凹内表面238齐平，以便使SDL 218的后表面228与凹内表面238之间的任何空间最小化，因为后表面228与凹内表面238之间的任何间隔将产生阻抗失配，阻抗失配将导致后表面228与凹内表面238之间的RF反射。该阻抗失配将导致损耗并且将增加SAA 118的辐射图案的旁瓣122，并且从而降低了SAA 118的增益和方向性。然而，应当理解，基于用于SDL 218的一些材料的利用，可以替代性地存在以下情况，即其中设计将包括后表面228与凹内表面238之间的小间隔和SDL 218，以适当地匹配SDL 218和凹内表面238。
在该示例中，WAB 220包括与CAA 304进行信号通信的多个波导(在图3B中示为312)，其中多个波导中的每个波导(在图3B中示为314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7))包括与CAA 304进行信号通信的波导孔(作为孔元件在图3A和图3B中示为306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7))。多个波导中的每个波导的每个波导孔对应于CAA 304的多个孔元件中的孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)。作为示例，WAB由金属或金属化塑料构成。
SAM 222是包括多个选择性激活的开关(在图10中示为1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))的设备、组件、电路或模块，其中多个选择性激活的开关中的每个选择性激活的开关与来自WAB 220的多个波导(在图3B中示为312)的对应波导和RAC 224进行信号通信。在该示例中，如果SAA 118在接收模式下操作，则每个选择性激活的开关被配置为传导或阻断从对应的波导输出端口到RAC 224的波导输出信号。相反，如果SAA 118在发送模式下操作，则每个选择性激活的开关被配置为传导或阻断从RAC 224到每个对应的波导输入端口的输入RF信号。在该示例中，本领域普通技术人员应当理解，如果SAA 118为接收模式并且波导端口产生对应于接收的入射RF信号230的输出RF信号，则这些波导端口被称为“波导输出端口”。替代性地，如果SAA 118处于发送模式并且波导端口正在接收对应于RAC 224的输入RF信号，则相同的波导端口被称为“波导输入端口”。在该示例中，每个选择性激活的开关包括可以是例如PIN二极管、锁式铁氧体开关、液晶阀(“LCV”)、同轴波导开关、等离子体开关和RF隔离器的切换设备(未示出)。
RAC 224是被配置为在接收模式下从SAM 222接收切换输出(未示出)并且将它们组合，将它们路由至IO端口234和236的设备、组件、电路或模块。作为示例，RAC 224可以是利用波导、同轴发送线路或固态技术(例如，带状线或微带)的径向功率组合器和分配器。在发送模式下，RAC 224接收输入RF信号(未示出)并且将其路由至SAM 222中的更多选择性激活的开关中的一个。在该示例中，所示两个IO端口234和236产生或接收分别经由信号路径212和214被路由至或路由自RF调制解调器200的偏振RF信号。例如，所示第一IO端口234在接收模式下产生从RAC 224传递到RF调制解调器200的第一偏振输出信号240，并且在发送模式下接收从RF调制解调器200到RAC 224的第一偏振输入信号242。类似地，所示第二IO端口236在接收模式下产生从RAC 224传递到RF调制解调器200的第二偏振输出信号244，并且在发送模式下接收从RF调制解调器200到RAC 224的第二偏振输入信号246。在该示例中，第一偏振可以是左旋圆偏振(“LHCP”)，并且第二偏振可以是右旋圆偏振(“RHCP”)。本领域普通技术人员应当理解，两个IO端口234和236可包括具有偏振器诸如例如隔板偏振器的单个波导IO端口。
在该示例中，RF调制解调器200是被配置为接收第一偏振输出信号240或第二偏振输出信号244并且然后解调任一个以产生接收的基带信号248的设备、组件、电路或模块，其中接收的基带信号248经由信号路径206传递到控制器202。然后，控制器202可以接收基带信号248以产生从控制器202输出到用户终端100的其他设备、组件、电路或模块的数据250。数据250还可以路由到经由连接诸如例如以太网连接与用户终端100进行信号通信的其他外部设备。在该示例中，RF调制解调器200还被配置为从控制器202接收输入基带信号252，并且然后调制输入基带信号252以产生分别被路由到IO端口234和236的第二偏振输出信号244或第二偏振输入信号246。
控制器202是包括处理器、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)或等同物的设备、组件、电路或模块。控制器202产生从RF调制解调器200和SAM 222传递和接收的控制逻辑信号254。控制逻辑信号254向SAM 222和RF调制解调器200两者提供同步的控制信号，以选择性地接收和解调输入RF信号(诸如例如第一偏振输出信号240或第二偏振输出信号244)或者通过SAA 118选择性地调制和发送RF信号(诸如例如第二偏振输入信号242或第二偏振输入信号246)。在该示例中，通过使用控制逻辑信号254控制SAM 222内的选择性激活的开关，控制器202被配置为使用SAM 222电子地操纵波束114。
电源204是被配置为接收外部电力256并且分别经由信号路径216、208和210产生用于SAM 222、控制器202和RF调制解调器200的适当的功率信号的设备、组件、电路或模块。SAA 118还可包括被配置为基于来自控制器202的控制信号(在图12中示为1204)选择性地旋转WAB 220和SDL 218的步进马达(在图12中示为1200)。
本领域技术人员应当理解，用户终端100、SAA 118和通信调制解调器120的或者与其相关联的电路、组件、模块和/或设备被描述为彼此进行信号通信，其中进行信号通信是指允许电路、组件、模块和/或设备从另一电路、组件、模块和/或设备传递和/或接收信号和/或信息的电路、组件、模块和/或设备之间的任何类型的通信和/或连接。该通信和/或连接可沿电路、组件、模块和/或设备之间的允许信号和/或信息从一个电路、组件、模块和/或设备传递到另一电路、组件、模块和/或设备并且包括无线或有线信号路径的任何信号路径。信号路径可以是物理的，诸如例如导线、电磁波导、电缆、附接和/或电磁或机械耦合的终端、半导体或介质材料或设备，或其他类似的物理连接或耦合。另外，信号路径可以是非物理的诸如通过数字组件的自由空间(在电磁传播的情况下)或信息路径，其中通信信息以变化的数字格式从一个电路、组件、模块和/或设备传递到另一电路、组件、模块和/或设备而不通过直接电磁连接。
在操作的示例中，SAA 118执行一种方法，该方法包括在SDL 218的前表面226处接收多个入射RF信号230并且聚焦接收的多个入射RF信号230以在大致沿SDL的后表面228的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号，其中多个焦点具有沿SDL 218的后表面228对应于多个入射RF信号230的多个入射角232的位置。该方法还包括在邻近SDL 218的后表面228定位的WAB 220处接收多个聚焦的RF信号，并且基于电子地操纵由SAA 118产生的辐射图案的波束114在多个聚焦的RF信号之间切换。此外，该方法包括使用RAC 224组合切换的多个聚焦的RF信号(未示出)以产生接收的RF信号(即LHCP 240和RHCP 244)。在该示例中，切换包括传导或阻断从WAB 220到RAC 224的来自对应的多个波导输出端口的多个输出信号。该方法还可包括基于来自控制器202的控制信号1204使用步进马达1200旋转WAB 220和SDL 218。
在图3A中，示出了根据本公开的WAB 220的剖视部分的实施方式的示例的俯视图。在该示例中，WAB 220包括WAB 220的凹内表面238、外表面300和在凹内表面238与外表面300之间的唇缘(lip)302。唇缘302可具有足够宽的厚度以允许用于SDL 218的安装凸缘(flange)(未示出)。如果利用安装凸缘(未示出)，则唇缘302可包括多个下销孔(未示出)和螺纹孔(未示出)以使安装凸缘(未示出)与唇缘302对齐并且附接到唇缘302。在该示例中，凹内表面238包括CAA 304，其中CAA 304包括多个孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)。在该示例中，每个孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)为波导孔(即，将允许RF信号接收到波导中或从波导发送出来的波导的开口)。通常，CAA 304为由固体金属和/或金属化塑料组成的“碗”形。它是能够在所选择的到达方向(即多个入射角232)内同时发送和接收RF信号的互逆设备，并将使RF插入损耗和极化损耗最小化。
转向图3B，示出了根据本公开的WAB 220的剖视部分308的侧面横截面图。具体地，图3B为沿切割平面A-A'310观察WAB 220的WAB 220的剖视部分308的横截面图。如前所述，WAB 220包括与CAA 304进行信号通信的多个波导312，其中多个波导312中的每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)包括与CAA 304进行信号通信的波导孔(在该示例中对应于孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7))。本领域普通技术人员应当理解，在该示例中，多个波导312的每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)的每个波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)对应于CAA 304的多个孔元件的孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)，因为根据定义每个波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)为辐射元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)。在该示例中，WAB 220和每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)可由金属或金属化塑料构成。
同样如前所述，在该示例中，SDL 218的后表面228理想地与凹内表面238齐平，以便使SDL 218的后表面228与凹内表面238之间的任何空间最小化，因为后表面228与凹内表面238之间的任何间隔将产生阻抗失配，阻抗失配将导致后表面228与凹内表面238之间的RF反射。应当理解，后表面228与凹内表面238之间的任何空间将用作在后表面228处的SDL218的介质材料与每个波导孔的开口之间的介质层(在25℃下介电常数大约为1.00059)，从而基于操作频率内的RF信号的波长在间隔层处引起反射(返回到SDL 218和/或306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7))。另外，基于操作频率内的RF信号的波长，间隔层可允许沿SDL 218的后表面228和凹内表面238两者的表面的功率耗散(从而导致功率损耗)和不同波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)之间的潜在串扰。这些影响将导致阻抗失配，阻抗失配将导致损耗并且将增加SAA 118的辐射图案的旁瓣122并导致SAA 118的增益和方向性降低。
在该示例中，CAA 304的每个孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)可以为椭圆形孔，其中相应地，多个波导312的每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)的每个波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)为椭圆形孔。替代性地，每个孔元件可以是矩形的，但是在椭圆偏振的入射RF信号230或发送的RF信号230的情况下，SDL 218的所得焦点倾向于在形状上为椭圆形或甚至圆形。由于利用椭圆偏振的大多数通信系统实际上利用LHCP或RHCP，所以孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)和对应的波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)可以为圆形。另外，出于便于制造的目的，每个圆形孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)可以是三维打印的或从凹内表面238中钻出。在该示例中，本领域普通技术人员应当理解，圆形波导孔可以以作为TE11模式的主要横向电磁模式操作。
在该示例中，多个波导312中的所有波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)均包括第一端口和第二端口，其中每个第一端口对应于每个波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)，并且第二端口对应于与SAM 222进行信号通信的IO端口316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7)。
在圆形孔元件306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)的情况下，基于WAB 220、SAM 222和RAC 224的设计，每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)将需要部分地或完全地为圆形波导(即圆形形状的)。在该示例中，多个波导312包括多个波导的子集，其包括波导314(1)、314(2)、314(3)、314(5)、314(6)和314(7)，其中多个波导的子集中的每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(5)、314(6)和314(7)包括波导长度(在图9中示为900)、波导方向转换(在图9中示为弯曲904)并且可选地包括从圆形孔306(1)、306(2)、306(3)、306(5)、306(6)和306(7)到矩形波导的波导转换(在图9中示为圆形到矩形转换906)。在该示例中，具有波导孔306(4)的中间波导314(4)包括波导长度并且可选地包括从圆形孔306(4)到矩形波导的波导转换，但不需要波导方向转换，因为它在该示例中被示为直波导。
在该示例中，SAM 222和RAC 224将使用具有作为TE10模式的主要横向电磁模式的矩形波导进行操作。为将RF信号往返于圆形波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)和矩形波导传递，每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7)需要本领域普通技术人员普遍熟知的圆形到矩形的波导转换(通常称为模式转换)。
此外，在该示例中，每个波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)与SDL 218的中心604对准，并且每个波导IO端口316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7)沿WAB 220连接到SAM 222的对准平面318与其他波导输出端口316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7)对准。此外，每个IO端口316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7)与SAM 222进行信号通信。
在该示例中，多个波导的子集312中的每个波导314(1)、314(2)、314(3)、314(5)、314(6)和314(7)具有使波导314(1)、314(2)、314(3)、314(5)、314(6)和314(7)弯曲(即改变方向)的方向转换，使得每个波导孔306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7)与SDL 218的中心604对准(即，指向SDL 218的中心604)，并且IO端口316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7)与对准平面318对准。作为示例，弯曲可以为用于矩形波导的H形弯曲(即扭曲磁场的弯曲)或E形弯曲(即扭曲电场的弯曲)或者用于圆形波导的E形弯曲。
作为替代性实施方式的示例，多个波导312可包括不同类型的发送线路，其包括波导、同轴发送线路、固态波导、波导和固态波导的混合发送线路、同轴和波导的混合发送线路、同轴和固态波导的混合发送线路或能够以操作频率发送RF信号的任何其他组合。在本公开中，固态波导包括微带线或带状线电路。在固态波导的情况下，波导孔可被实现为利用在印刷电路板(“PCB”)上使用微带技术制造的微带天线。作为示例，微带天线可以被实现为贴片天线。
在该示例中，仅示出CAA 304的七(7)个孔元件以及波导314(1)、314(2)、314(3)、314(5)、314(6)和314(7)。这是出于便于说明的目的，并且本领域普通技术人员可以理解，CAA 304可包括可以沿CAA 304的整个凹内表面238以共形方式分布的更多的辐射元件。类似地，多个波导312可以在WAB 220内三维地包括更多的波导，其中每个波导对应于CAA 304的每个辐射元件。
转到图4，示出了根据本公开的CAA 304的实施方式的示例的透视图。该示例类似于图3A和图3B所示的示例，除了出于说明的目的所示CAA 304具有七(7)个孔元件，而在该示例中，所示CAA 304具有八十五(85)个孔元件之外。类似地，在图5中，示出了根据本公开的CAA 304的实施方式的另一示例的透视图，其中CAA 304包括例如1112个孔元件。
在图6中，示出了根据本发明的SDL 218的实施方式的示例的系统视图。在该示例中，入射RF信号230被示为从不同入射角度232到达SDL 218处的多个单独入射RF信号600(1)、600(2)、600(3)、600(4)、600(5)、600(6)和600(7)。再者，出于便于说明的目的，仅示出了七(7)个单独入射的RF信号，但是应当理解，可存在更多撞击在SDL 218的前表面226上的单独入射的RF信号。在操作的示例中，当单独入射RF信号600(1)、600(2)、600(3)、600(4)、600(5)、600(6)和600(7)撞击SDL 218的前表面226时，它们然后穿过SDL 218的介质并且分别聚焦到对应的焦点602(1)、602(2)、602(3)、602(4)、602(5)、602(6)和602(7)上。在该示例中，为了便于说明，所示单独入射的RF信号600(1)、600(2)、600(3)、600(4)、600(5)、600(6)和600(7)行进通过SDL 218的中心604，将行进到对应的焦点602(1)、602(2)、602(3)、602(4)、602(5)、602(6)和602(7)，然而应当理解，说明的目的在于示出撞击SDL 218的前表面226的任何单独入射的RF信号600(1)、600(2)、600(3)、600(4)、600(5)、600(6)和600(7)将聚焦在大致位于SDL 218的后表面228上的焦点处，其中SDL 218的后表面228处于与单独入射的RF信号撞击SDL 218的前表面226上的点的相对侧。在该示例中，焦点602(1)、602(2)和602(3)将对应于分别在撞击点606(1)、606(2)和606(4)处撞击SDL 218的前表面226的单独入射的RF信号600(7)、600(6)和600(5)。焦点602(4)将对应于在撞击点606(4)处撞击SDL218的前表面226的单独入射的RF信号600(4)。此外，焦点602(5)、602(6)和602(7)将对应于分别在撞击点606(5)、606(6)和606(7)处撞击SDL 218的前表面226的单独入射的RF信号600(3)、600(2)和600(1)。在该示例中，焦点602(1)、602(2)、602(3)、602(4)、602(5)、602(6)和602(7)分别对应于波导314(1)、314(2)、314(3)、314(5)、314(6)和314(7)。另外，出于说明的目的，所示SDL 218的前表面226为SDL 218的前半球的表面，并且所示SDL 218的后表面228为SDL 218的后半球的表面，其由半球分割平面608指定。利用该方法，SDL 218能够在方位角和仰角两者中进行宽扫描(高达大约±60度或更多)。
在图7A中，示出了根据本公开的SDL 218以第一角度接收入射RF信号700的另一示例实施方式的系统视图。在该示例中，入射RF信号700为来自入射RF信号230的RF信号，并且SDL 218为具有从中心604向外径向减小的折射率梯度的Lundeberg型透镜。在该示例中，SDL 218在表面处具有为一(1)的折射率，并且在中心604处具有等于二(2)的平方根(即大约1.414)的折射率。
在该示例中，随着距SDL 218的中心604的距离增加，折射率逐渐减小。SDL 218的几何形状和折射特性导致入射的RF信号700行进到在SDL 218在焦点602(6)处的相对侧上的位置，并离开SDL 218到波导314(6)。在该示例中，入射RF信号700的入射平面波可以由撞击在SDL 218的前表面226上的多个平行辐射波702(1)、702(2)、702(3)、702(4)、702(5)、702(6)和702(7)表示。由此，以法线方向撞击前表面226的波702(1)沿SDL 218的中心线穿过SDL 218的中心604，并且在SDL 218的后表面228的相对侧上在焦点602(6)处离开。由线702(2)、702(3)、702(4)、702(5)、702(6)和702(7)表示的其他入射平行辐射波在沿SDL 218的前表面226的各个位置处撞击SDL 218，并且以由SDL 218的几何和折射特性指示的路径行进通过SDL 218以便到达焦点602(6)处的相同出口位置。由此，在该示例中，SDL 218将来自入射RF信号700的大部分能量聚焦到焦点602(6)，并且将其传递到波导314(6)。
类似地，在图7B中，示出了根据本公开的图7A的SDL 218以第二角度接收入射RF信号704的系统视图。在该示例中，入射RF信号704的入射平面波由撞击在SDL 218的前表面226上的多个平行辐射波706(1)、706(2)、706(3)、706(4)、706(5)、706(6)和706(7)表示。由此，以法线方向撞击前表面226的波706(1)沿SDL 218的中心线穿过SDL 218的中心604，并且在SDL 218的后表面228的相对侧上在焦点602(4)处离开。由线706(2)、706(3)、706(4)、706(5)、706(6)和706(7)表示的其他入射的平行辐射波在沿SDL 218的前表面226的各个位置处撞击SDL 218，并且以由SDL 218的几何和折射特性指示的路径行进穿过SDL 218，以便在焦点602(4)处到达相同的出口位置。由此，在该示例中，SDL 218将来自入射RF信号704的大部分能量聚焦到焦点602(4)，并且将其传递到波导314(4)。
转到图7C，示出了根据本公开的图7A和图7B的SDL 218以第三角度接收入射RF信号708的系统视图。类似于图7A和图7B中的示例，在该示例中，入射RF信号708的入射平面波由撞击在SDL 218的前表面226上的多个平行辐射波710(1)、710(2)、710(3)、710(4)、710(5)、710(6)和710(7)表示。由此，以法线方向撞击前表面226的波710(1)沿SDL 218的中心线穿过SDL 218的中心604，并且在SDL 218的后表面228的相对侧上在焦点602(2)处离开。由线710(2)、710(3)、710(4)、710(5)、710(6)和710(7)表示的其他入射的平行辐射波在沿SDL 218的前表面226的各个位置处撞击SDL 218，并且以由SDL 218的几何和折射特性指示的路径行进穿过SDL 218，以便在焦点602(2)处到达相同的出口位置。由此，在该示例中，SDL 218将来自入射RF信号708的大部分能量聚焦到焦点602(2)，并且将其传递到波导314(2)。在这些示例中，在焦点602(6)、602(4)和602(2)处的发送信号分别是对应的入射RF信号700、704和708的聚焦的RF信号。
图8是根据本公开的可选地与SDL 218一起使用的天线罩800的实施方式的示例的透视图。天线罩800可包括天线罩凸缘802，天线罩凸缘802可经由销和螺纹孔804附接到WAB220的唇缘302，销和螺纹孔804将天线罩800与唇缘302或SDL 218的安装凸缘(未示出)对齐，并附接到唇缘302或SDL 218的安装凸缘(未示出)。在该示例中，天线罩800可由电气透明材料构成，并且邻近SDL 218设置以保护SDL 218的前表面226免受损坏和/或环境条件的影响。
在图9中，示出了根据本发明的多个波导312的波导的实施方式的示例的框图。在该示例中，波导为波导314(1)并且具有波导长度900。波导314(1)包括朝向SDL 218的中心604对准的圆形孔306(1)、圆形波导部分902、波导方向转换(即弯曲904)、从圆形孔到矩形波导的波导转换(即圆形到矩形波导转换906)、矩形波导908和IO端口316(1)。如前所述，弯曲904可以是用于矩形波导的H形弯曲(即扭曲磁场的弯曲)或E形弯曲(即扭曲电场的弯曲)。此外，由于波导314(1)包括圆形孔306(1)和圆形波导902部分，所以波导314(1)的该部分通常将以TE11模式操作，TE11模式是圆形波导的主要模式。圆形到矩形的波导转换906将波导314(1)的另一部分变为矩形波导908，矩形波导908通常将以TE10模式操作，TE10模式是矩形波导的主要模式。IO端口316(1)将波导314(1)耦合到SAM 222。
在图10中，示出了根据本公开的SAM 222的实施方式的示例的框图。如前所述，SAM222是包括多个选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N)的设备、组件、电路或模块，其中多个选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N)中的每个选择性激活的开关与来自WAB 220的多个波导312的对应波导和RAC 224进行信号通信。在该示例中，出于便于说明的目的，仅示出四(4)个选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)和1000(N)，然而，可存在多达N个选择性激活的开关，其中N对应于WAB 220的多个波导312中的波导的数量和RAC 224处的IO端口(未示出)的数量。
在该示例中，如果SAA 118在接收模式下操作，则每个选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N)被配置为传导或阻断从多个波导312的对应的波导IO端口(诸如在图3B的示例中的316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7))到RAC 224的波导输出信号1002。相反，如果SAA 118在发送模式下工作，则每个选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N)被配置为传导或阻断从RAC 224到每个对应的波导IO端口的输入RF信号1004。在该示例中，选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N)可以是波导开关。再次，在该示例中，每个选择性激活的开关包括可以是例如PIN二极管、锁式铁氧体开关、LCV、同轴波导开关和RF隔离器的切换设备(未示出)。
转到图11，示出了根据本公开的RAC 224的实施方式的示例的框图。如前所述，RAC224是被配置为在接收模式下从SAM 222接收切换输出1100并将它们组合，将它们路由至IO端口234和246的设备、组件、电路或模块。作为示例，RAC 224可以是利用波导、同轴发送线路或固态技术(例如，带状线或微带)的径向功率组合器和分配器。在发送模式下，RAC 224接收输入RF信号(输入RF信号242或246)并将其路由至SAM 222中的更多选择性激活的开关1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N)中的一个。在该示例中，所示两个IO端口234和236产生或接收分别经由信号路径212和214被路由至或路由自RF调制解调器200的偏振RF信号。例如，所示第一IO端口234在接收模式下产生从RAC 224传递到RF调制解调器200的第一偏振输出信号240，并且在发送模式下接收从RF调制解调器200到RAC 224的第一偏振输入信号242。类似地，所示第二IO端口236在接收模式下产生从RAC 224传递到RF调制解调器200的第二偏振输出信号244，并且在发送模式下接收从RF调制解调器200到RAC 224的第二偏振输入信号246。再次，在该示例中，第一偏振可以是LHCP，并且第二偏振可以是右旋圆偏振RHCP。本领域普通技术人员应当理解，两个IO端口234和236可包括具有偏振器诸如例如隔板偏振器1102的单个波导IO端口。
在图12中，示出了根据本公开的与WAB 220和SDL 218一起使用的步进马达1200的实施方式的示例的系统框图。如前所述，SAA 118还可包括步进马达1200，步进马达1200被配置为基于来自控制器202的控制信号1204选择性地旋转WAB 220和SDL 218。在该示例中，步进马达1200可操作地耦合到WAB 220和/或SDL 218。在SAA 118中包括步进马达1200的原因在于特定收发器相对于SDL 218和WAB 220的组合的取向可能不准确或未正确对准。为解决这种可能的取向问题，步进马达1200可机械联接1206到WAB 220和/或SDL 218，以参考位于远处的点并且以到达方向206和波离(departure)方向218取向的收发器旋转WAB 220或SDL 218。通过旋转WAB 220，可以通过SDL 218获取不同的收发器，SDL 218可能不是基于固定的波束到波束间隔与WAB 220的波导最佳对准。
图13是根据本公开的由SAA 118执行的方法的实施方式的示例的流程图1300。该方法开始于在步骤1302中在SDL 218的前表面226处接收多个入射RF信号230，并且在步骤1304中，聚焦接收的多个入射RF信号230以在大致沿SDL 218的后表面228的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。在该示例中，多个焦点具有沿SDL 218的后表面228的对应于多个入射RF信号230的多个入射角232的位置。该方法还包括在步骤1306中在邻近SDL 218的后表面228定位的WAB 220处接收多个聚焦的RF信号，并且在步骤1308中基于电子地操纵由SAA118产生的辐射图案的波束114在多个聚焦的RF信号之间切换。该方法然后包括在步骤1310中使用RAC 224将切换的多个聚焦的RF信号组合以产生接收的RF信号。然后该方法结束。
本文呈现的公开可根据以下实施例加以考虑。
实施例A，一种用于以多个入射角(232)接收多个入射RF信号(230)的SAA(118)，所述SAA(118)包括具有前表面(226)和后表面(228)的近似的SDL(218)，所述SDL能够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；邻近所述SDL的所述后表面定位的WAB(220)，所述WAB与所述SDL的所述后表面进行信号通信，所述WAB能够操作以接收所述多个聚焦的RF信号；与所述WAB进行信号通信的SAM(222)，所述SAM能够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能够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；以及与所述SAM进行信号通信的RAC(224)，所述RAC能够操作以从所述多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。
实施例B，根据实施例A所述的示例，其中所述SDL具有近似球面或扁球面形状。
实施例C，根据实施例A所述的示例，其中所述SDL具有小于所述SAA的操作RF频率的大约0.01波长的球度变化。
实施例D，根据实施例C所述的示例，其中所述SDL具有大约152.4mm的直径。
实施例E，根据实施例A所述的示例，其中所述SDL具有大约在2和5之间的介电常数。
实施例F，根据实施例E所述的示例，其中所述SDL具有从所述SDL的中心向外径向地减小的折射率的梯度。
实施例G，根据实施例F所述的示例，其中所述SDL为Luneburg透镜。
实施例H，根据实施例B所述的示例，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PTFE。
实施例I，根据实施例B所述的示例，其中所述WAB(220)包括邻近所述SDL(218)的所述后表面(228)定位的凹内表面(238)以及沿所述凹内表面(238)的CAA(304)，其中所述CAA(304)与所述SDL(218)的所述后表面(228)进行信号通信，并且其中所述CAA(304)包括多个孔元件(306(1)、306(2)、306(3)、306(4)、306(5)、306(6)和306(7))。
实施例J，根据实施例I所述的示例，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，并且其中所述多个波导(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))。
实施例K，根据实施例J所述的示例，其中所述CAA的每个孔元件为椭圆形孔，并且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。
实施例L，根据实施例K所述的示例，其中所述CAA的所述每个椭圆形孔元件为圆形孔，并且其中所述多个波导的所述每个波导的每个椭圆形孔为对应的圆形孔。
实施例M，根据实施例L所述的示例，其中所述多个波导(312)包括多个波导的子集，并且其中所述多个波导的子集中的每个波导包括波导长度(900)、波导方向转换(904)和从所述圆形孔到矩形波导的波导转换(906)。
实施例N，根据实施例M所述的示例，其中所述WAB由金属或金属化塑料构成。
实施例O，根据实施例M所述的示例，其中所述SDL具有中心(604)，其中所述多个波导(312)中的每个波导(314(1)至314(7))还包括波导IO端口(316(1)至316(7))，其中每个波导孔与所述SDL的所述中心对准，其中每个波导IO端口与其他波导IO端口对准，并且其中每个波导IO端口与所述SAM进行信号通信。
实施例P，根据实施例O所述的示例，其中每个波导为固态波导。
实施例Q，根据实施例P所述的示例，其中每个波导孔为贴片天线。
实施例R，根据实施例O所述的示例，其中所述SAM包括多个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))，其中所述多个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))中的每个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))与来自所述WAB(220)的所述多个波导(312)的对应波导(314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7))和所述RAC(224)进行信号通信，并且其中每个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))被配置为传导或阻断从所述对应的波导IO端口(316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7))到所述RAC(224)的波导(314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7))的输出信号。
实施例S，根据实施例R所述的示例，其中所述每个选择性激活的开关包括选自由以下各项组成的组的切换设备：PIN二极管、锁式铁氧体开关、LCV、同轴波导开关和RF隔离器。
实施例T，根据实施例S所述的示例，其进一步包括可操作地与所述WAB(220)耦合并且被配置为基于来自控制器(202)的控制信号选择性地旋转所述WAB和所述SDL的步进马达(1200)。
实施例U，根据实施例T所述的示例，其中所述RAC为与每个波导输出端口进行信号通信的径向组合器，并且其中所述RAC被配置为使用LHCP或RHCP产生所述接收的RF信号。
实施例V，根据实施例A所述的示例，其中所述SAA为互逆设备，其中所述SDL从所述RAC处的接收的输入RF信号产生发送的RF信号，其中所述发送的RF信号具有所述辐射图案的发送的波束，并且其中所述SAM被配置为电子地操纵所述发送的波束。
实施例W，根据实施例A所述的示例，其进一步包括邻近所述SDL(218)的所述前表面(226)设置的天线罩(800)。
实施例X，一种用户终端(100)，其包括：用于以多个入射角(232)接收多个入射RF信号(230)的SAA(118)，所述SAA(118)包括近似的SDL(218)，所述近似的SDL(218)具有前表面(226)和后表面(228)，其中所述SDL(218)被配置为接收和聚焦所述多个入射RF信号(230)，以在大致沿所述SDL(218)的所述后表面(228)的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号，并且其中所述多个焦点具有沿所述SDL(218)的所述后表面(228)的对应于所述多个入射RF信号(230)的所述多个入射角(232)的位置；邻近所述SDL(218)的所述后表面(228)定位的WAB(220)，其中所述WAB(220)与所述SDL(218)的所述后表面(228)进行信号通信，并且其中所述WAB(220)被配置为接收所述多个聚焦的RF信号；与所述WAB(220)进行信号通信的SAM(222)，其中所述SAM(222)被配置为电子地操纵由所述SAA(118)产生的辐射图案的波束(114)，其中所述SAM(222)还被配置为基于电子地操纵所述波束(114)在所述多个聚焦的RF信号之间切换；以及与所述SAM(222)进行信号通信的RAC(224)，其中所述RAC(224)被配置为从所述多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号；与所述SAA(118)进行信号通信的RF调制解调器(200)，其中所述RF调制解调器(200)被配置为接收所述RF信号并且解调所述接收的RF信号，以产生接收的基带信号(248)；以及与所述SAA(118)和所述RF调制解调器(200)进行信号通信的控制器(202)，其中所述控制器(202)被配置为控制所述RF调制解调器(200)和所述SAM(222)，以电子地操纵所述波束(114)。
实施例Y，一种用于使用SAA(118)以多个入射角接收多个入射RF信号(230)的方法，所述方法包括：在近似的SDL(218)的前表面(226)处接收(1302)所述多个入射RF信号(230)；聚焦(1304)接收的多个入射RF信号(230)，以在大致沿所述SDL(218)的后表面(228)的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号，其中所述多个焦点具有沿所述SDL(218)的所述后表面(228)的对应于所述多个入射RF信号(230)的所述多个入射角(232)的位置；在邻近所述SDL(218)的所述后表面(228)定位的WAB(220)处接收(1306)所述多个聚焦的RF信号；基于电子地操纵由所述SAA(118)产生的辐射图案的波束(114)在所述多个聚焦的RF信号之间切换(1308)；以及使用RAC(224)组合(1310)所述切换的多个聚焦的RF信号以产生接收的RF信号。
实施例Z，根据实施例Y所述的示例，其中切换包括传导或阻断从所述WAB到所述RAC的来自对应的多个波导输出端口的多个输出信号。
实施例AA，根据实施例Z所述的示例，其进一步包括基于来自控制器的控制信号使用步进马达旋转所述WAB和所述SDL。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。这不是穷尽的，并且不将所要求保护的发明限制到所公开的精确形式。此外，前面的描述仅仅是出于说明的目的，而不是出于限制的目的。修改和变化根据上述描述是可能的，或可以从实践本发明获得。权利要求及其等同物限定了本发明的范围。
实施方式的不同描绘示例中的流程图和框图说明了在说明性示例中的装置和方法的一些可能实施方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段、功能、操作或步骤的一部分、其一些组合。
在说明性示例的一些替代性实施方式中，在块中记录的一种或更多种功能可以不按图中所示的顺序进行。例如，在一些情况下，可以基本上同时执行连续示出的两个块，或者有时可以以相反的顺序执行块，这取决于所涉及的功能。此外，除了所示的块之外，可以在流程图或框图中添加其他块。
不同说明性示例的描述是出于说明和描述的目的而呈现的，并非旨在穷尽或限制于所公开形式的示例。许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言是明显的。此外，与其他期望的示例相比，不同的说明性示例可以提供不同的特征。所选择的和所描述的一个或更多个示例是为以最好地解释示例的原理、实际应用，并且使得本领域的普通技术人员能够理解各种示例的公开内容，其具有适合于预期的特定用途的各种修改。

Claims (15)

1.一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圆形孔为对应的圆形孔。
9.根据权利要求8所述的SAA，
其中所述多个波导(312)包括多个波导的子集，以及
其中所述多个波导的子集中的每个波导包括：
波导长度(900)，
波导方向转换(904)，以及
从所述圆形孔到矩形波导的波导转换(906)。
10.根据权利要求9所述的SAA，
其中所述SDL具有中心(604)，
其中所述多个波导(312)中的每个波导(314(1)至314(7))还包括波导输入输出端口(316(1)至316(7))即波导IO端口(316(1)至316(7))，
其中每个波导孔与所述SDL的所述中心对准，
其中每个波导IO端口与其他波导IO端口对准，以及
其中每个波导IO端口与所述SAM进行信号通信。
11.根据权利要求10所述的SAA，其中每个波导为固态波导。
12.根据权利要求10所述的SAA，
其中所述SAM包括多个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))，
其中所述多个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))中的每个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))与来自所述WAB(220)的所述多个波导(312)的对应波导(314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7))和所述RAC(224)进行信号通信，以及
其中每个选择性激活的开关(1000(1)、1000(2)、1000(3)…、1000(N))被配置为传导或阻断从对应波导IO端口(316(1)、316(2)、316(3)、316(4)、316(5)、316(6)和316(7))到所述RAC(224)的波导(314(1)、314(2)、314(3)、314(4)、314(5)、314(6)和314(7))输出信号。
13.根据权利要求12所述的SAA，其中所述每个选择性激活的开关包括选自由以下各项组成的组的切换设备：PIN二极管、锁式铁氧体开关、液晶阀即LCV、同轴波导开关和RF隔离器。
14.一种用于使用可操纵天线组件(118)即SAA(118)以多个入射角接收多个入射射频信号(230)即多个入射RF信号(230)的方法，所述方法包括：
在近似的球面介质透镜(218)即近似的SDL(218)的前表面(226)处接收(1302)所述多个入射RF信号(230)；
聚焦(1304)接收的多个入射RF信号(230)，以在大致沿所述SDL(218)的后表面(228)的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号，其中所述多个焦点具有沿所述SDL(218)的所述后表面(228)的对应于所述多个入射RF信号(230)的所述多个入射角(232)的位置；
在邻近所述SDL(218)的所述后表面(228)定位的波导孔块(220)即WAB(220)处接收所述多个聚焦的RF信号；
基于电子地操纵由所述SAA(118)产生的辐射图案的波束(114)在所述多个聚焦的RF信号之间切换(1308)；以及
使用径向孔组合器(224)即RAC(224)组合(1310)切换的多个聚焦的RF信号以产生接收的RF信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中切换包括传导或阻断从所述WAB到所述RAC的来自对应的多个波导输出端口的多个输出信号。
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