CN113615033A - 具有无线可旋转互连件的可旋转天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可旋转天线，该可旋转天线可包括无线可旋转互连件，该无线可旋转互连件具有：定子线圈垫，该定子线圈垫耦合到电源端口以用于接收功率并且耦合到数据端口以用于传达数据；以及转子线圈垫，该转子线圈垫与定子线圈垫双向通信。该转子线圈垫与该定子线圈垫叠置，并且该转子线圈垫与该转子线圈垫间隔开，并且该转子线圈垫能够绕轴线旋转。辐射元件耦合到该转子线圈垫，并且该转子线圈垫绕该轴线的旋转的变化改变辐射元件的指向方向。在该定子线圈垫与该转子线圈垫之间建立多个无线通道，并且该多个无线通道中的第一通道从该定子线圈垫向该转子线圈垫传送功率。

Description

具有无线可旋转互连件的可旋转天线系统
相关申请
本申请要求2019年4月3日提交的名称为“具有无线可旋转互连件的天线系统(Antenna System With Wireless Rotatable Interconnect)”的美国临时申请号62/828612的优先权权益，该临时申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及可旋转天线系统。更具体地，本公开描述了一种具有无线可旋转互连件的天线系统。
背景技术
卫星天线(例如，定向天线)可被实现为用于可移动站(诸如飞机、船舶或陆地车辆)的碟形卫星天线。在一些此类示例中，卫星天线包括抛物面反射器和馈电天线。另选地，卫星天线可被实现为波导阵列。此外，用于卫星天线的支撑结构可包括基座，卫星天线安装在该基座上。另外，支撑结构可包括可移动接头或多个枢转点，以允许卫星天线改变方位角、仰角和/或倾斜，从而调节卫星天线的指向。
自动跟踪卫星天线是在车辆(诸如飞机、陆地车辆或船舶)开动时使用的卫星天线。碟形自动跟踪卫星天线利用陀螺仪、全球定位系统(GPS)位置传感器、唯一卫星识别数据以及集成数据解码器来帮助识别卫星天线指向的特定卫星。自动跟踪卫星天线包括用于驱动和瞄准卫星天线的电机和用于在车辆开动时检测位置变化的速率传感器。
发明内容
在一个示例中，一种可旋转天线可包括无线可旋转互连件，该无线可旋转互连件具有：定子线圈垫，该定子线圈垫耦合到电源端口以用于接收功率并且耦合到数据端口以用于传达数据；以及转子线圈垫，该转子线圈垫与定子线圈垫双向通信。转子线圈垫与定子线圈垫叠置，并且转子线圈垫与转子线圈垫间隔开。此外，转子线圈垫能够绕轴线旋转。可旋转天线可包括耦合到转子线圈垫的辐射元件。转子线圈垫绕轴线的旋转的变化改变辐射元件的指向方向。在定子线圈垫与转子线圈垫之间建立多个无线通道，并且多个无线通道中的第一通道从定子线圈垫向转子线圈垫传送功率，并且多个无线通道中的第二通道在定子线圈垫与转子线圈垫之间传送数据。
附图说明
图1示出了具有无线可旋转互连件的可旋转天线系统的框图。
图2示出了具有两个无线可旋转互连件的可旋转天线系统的框图。
图3示出了具有安装在飞机上的移动可旋转天线系统的卫星通信系统的示意图。
图4A示出了具有无线可旋转互连件的可旋转天线系统的分解图。
图4B示出了图4A的可旋转天线系统的局部装配分解图。
图4C示出了图4A的可旋转天线系统的装配图。
图5A示出了另一个具有无线可旋转互连件的可旋转天线系统的分解图。
图5B示出了图5A的可旋转天线系统的装配图。
具体实施方式
本公开描述了一种可旋转天线系统，诸如用于与卫星通信的天线系统。可旋转天线系统可安装在车辆上，诸如飞机、陆地车辆或船舶。可旋转天线系统可包括无线可旋转互连件。无线可旋转互连件为可旋转天线系统的旋转提供低摩擦(或无摩擦)接口。
更具体地，无线可旋转互连件可包括定子线圈垫，该定子线圈垫耦合到电源端口以用于接收功率并且耦合到数据端口以用于传达数据。无线可旋转互连件还可包括与定子线圈垫双向通信的转子线圈垫。转子线圈垫与定子线圈垫叠置，并且转子线圈垫与转子线圈垫间隔开。定子线圈垫形成变压器的初级绕组，并且转子线圈垫形成变压器的次级绕组。使定子线圈垫通电会引起定子线圈垫与转子线圈垫之间的互感。互感允许通过磁共振耦合进行双向通信。
另外，转子线圈垫可绕轴线旋转。更具体地，转子线圈垫可在与轴线成直角相交的平面上沿顺时针或逆时针方向连续旋转。辐射元件可(直接地或间接地)耦合到转子线圈垫，使得转子线圈垫绕轴线的旋转的变化改变辐射元件的指向方向。在一些示例中，转子线圈垫的旋转可改变辐射元件的方位角。在其他示例中，转子线圈垫的旋转可改变辐射元件的仰角或倾斜。
无线可旋转互连件使得能够在定子线圈垫与转子线圈垫之间建立多个无线通道(例如，通信通道)。此外，多个通道中的功率通道从定子线圈垫向转子线圈垫传送功率，并且多个通道中的一个数据通道在定子线圈垫与转子线圈垫之间传送数据。供应给转子线圈垫的功率可用来致动电机，以使可旋转的无线可旋转互连件旋转。
如所指出，转子线圈垫和定子线圈垫间隔开并且通过磁共振耦合进行无线通信。这样，避免了需要机械接头和/或接触件(例如，电刷)来使得辐射元件能够旋转。相反，无线可旋转互连件提供了转子线圈垫与定子线圈垫之间的低摩擦接口以允许转子线圈垫的旋转，这继而引起辐射元件的旋转而不会引发对接头和/或机械接触件的物理磨损，从而延长可旋转天线系统的使用寿命。另外，通过避免在定子线圈垫与转子线圈垫之间需要有线连接，转子线圈垫可连续旋转而不会引发绕线。
图1示出了包括无线可旋转互连件102的示例可旋转天线系统100的框图。无线可旋转互连件102可用来改变辐射元件104的指向方向。可旋转天线系统100可在移动卫星天线中使用，该移动卫星天线可动态地改变辐射元件104的指向方向。在一些示例中，可旋转天线系统100可安装在飞机上以与卫星通信。在其他示例中，可旋转天线系统100可安装在船舶(例如，船)或陆地车辆上以与卫星通信。在任一此种情形中，飞机、船舶或陆地车辆的移动都会引起需要改变辐射元件104的指向方向。
在一些示例中，辐射元件104可表示碟形卫星天线(例如，馈电元件和反射器)。在其他示例中，辐射元件104可表示波导阵列。
无线可旋转互连件102可包括定子线圈垫110和转子线圈垫112。转子线圈垫112可与定子线圈垫110叠置。定子线圈垫110可被构造为相对于转子线圈垫112和其上安装有可旋转天线系统100的飞机、船舶或陆地车辆保持固定。转子线圈垫112可相对于定子线圈垫110的位置绕轴线114旋转。更具体地，转子线圈垫112可在垂直于轴线114的平面上旋转，由箭头116指示。也就是说，转子线圈垫112可在与轴线114成直角相交的平面中顺时针或逆时针旋转。
出于简化解释的目的，本公开通篇采用术语“叠置”来指示在选定取向上的两个近端表面的相对位置。本公开通篇所用的示例指示一个选定取向。然而，在所描述的示例中，选定取向是任意的，并且在本公开的范围内其他取向(例如，倒置、旋转90度等)是可能的。
定子线圈垫110可包括变压器的初级绕组113(例如，第一感应线圈)，并且转子线圈垫112可包括变压器的次级绕组115(例如，第二感应线圈)。这样，定子线圈垫110和转子线圈垫112彼此间隔开，并且如果定子线圈垫110通电，则定子线圈垫110和转子线圈垫112彼此互感。在一些示例中，定子线圈垫110和转子线圈垫112被气隙隔开。在其他示例中，定子线圈垫110和转子线圈垫112被相应的定子线圈垫110的壳体和转子线圈垫112的壳体(例如，定子壳体和转子壳体)隔开。在此情形中，定子壳体和转子壳体可由非导电材料(诸如塑料)形成，并且定子壳体邻接转子壳体。
在一些示例中，定子线圈垫110安装在天线基座120上。类似地，定子线圈垫110可安装在转子基座122上。天线基座120可包括定子电子电路124，并且转子基座122可包括转子电子电路126。
定子电子电路124可耦合到定子线圈垫110，并且可使定子线圈垫110通电。转子电子电路126可耦合到转子线圈垫112。定子电子电路124可与转子电子电路126协同操作，以使得能够在定子线圈垫110与转子线圈垫112之间进行无线双向通信。在一些示例中，定子线圈垫110与转子线圈垫112之间可存在多个无线通道。
更具体地，定子电子电路124也可耦合到电源端口130和数据端口132。电源端口130可耦合到电源134，该电源可向定子电子电路124提供功率信号，诸如直流电(DC)功率信号或交流电(AC)信号。在此情形中，定子电子电路124可包括功率控制模块136，该功率控制模块可将功率信号转换和/或调节为用于在定子线圈垫110与转子线圈垫112之间的多个无线通道中的功率通道上传达的信号。多个无线通道可通过定子线圈垫110与转子线圈垫112之间的磁共振耦合来建立。换句话说，由定子线圈垫110与转子线圈垫112之间的互感建立的磁场可允许在定子线圈垫110与转子线圈垫112之间进行双向通信。
另外，数据端口132可耦合到网络节点140。网络节点140可被实现为例如计算平台(例如，处理器和存储器)或位于一个计算平台或多个计算平台上游的网络路由器。网络节点140可在数据端口132与网络节点140之间(例如，双向地)传达数据。定子电子电路124可包括数据编码器/解码器模块142，该数据编码器/解码器模块用于将从数据端口132提供的数据编码(例如，调制)到定子线圈垫110与转子线圈垫112之间的多个无线通道中的数据通道上。在一些示例中，数据编码器/解码器模块142可用调制解调器实现。
更进一步地，定子电子电路124可耦合到控制端口150。控制端口150可耦合到控制器152。控制器152可向定子电子电路124提供用于控制辐射元件104的位置的命令。定子电子电路124可包括命令编码器154，该命令编码器可将提供在控制端口150上的命令编码(例如，调制)到多个无线通道中的控制通道上。此外，在一些示例中，命令可由网络节点140提供在数据端口132上。
转子线圈垫112可接收通过定子线圈垫110与转子线圈垫112之间的多个无线通道传输的信号。此外，转子电子电路126可处理通过定子线圈垫110与转子线圈垫112之间的多个无线通道传输的信号。
转子电子电路126可包括数据编码器/解码器168，该数据编码器/解码器可将在数据通道上提供的数据编码(例如，调制)到射频(RF)信号上，并且向辐射元件104提供经调制的RF信号以便向卫星传输。另外，数据编码器/解码器168可对接收到的RF信号进行解调，并且重新调制所得的信号以便通过多个通道中的数据通道从转子线圈垫112向定子线圈垫110传输。数据编码器/解码器168可被实现为调制解调器。
转子电子电路126可耦合到电机160。转子电子电路126可包括功率控制模块162，该功率控制模块可向电机160提供通过多个通道中的功率通道提供的功率，以使电机160通电。在一些示例中，转子电子电路126可包括天线控制单元164，该天线控制单元可对提供在多个通道中的控制通道和/或数据通道上的命令进行解码，以控制电机160的致动和解除致动。功率控制模块162可被配置为对从天线控制单元164向功率控制提供的命令作出反应。更具体地，功率控制模块162可向电机160提供命令以致动或解除致动电机160。
电机160在致动时驱动机械地联接到电机160的旋转体170进行转动。旋转体170可被实现为例如齿轮(例如，蜗轮)、皮带和滑轮等。旋转体170的转动致使转子线圈垫112绕轴线114旋转，即，沿箭头116所指示的顺时针或逆时针方向旋转。此外，包括辐射元件104和转子基座122的某些部件可耦合到转子线圈垫112(例如，安装在该转子线圈垫上)。因此，转子线圈垫112的旋转可引起辐射元件104的对应旋转，以改变辐射元件104的指向方向。
作为一个示例，转子线圈垫112的旋转可改变辐射元件104的方位角。在其他示例中，转子线圈垫112的旋转可改变辐射元件104的仰角。在又一些示例中，转子线圈垫112的旋转可改变辐射元件104的倾斜角。
此外，压紧件172可耦合到转子线圈垫112，以将转子线圈垫112的旋转限制到与旋转轴线114成直角相交的平面。换句话说，压紧件172防止转子线圈垫112的摇晃并且将转子线圈垫112限制到单个旋转轴线。压紧件172可例如用轴承或导轨来实现。在一些示例中，可存在多个压紧件172。
如所指出，转子线圈垫112和定子线圈垫110间隔开并且通过互感进行无线通信。这样，避免了需要机械接头来使得辐射元件104能够旋转。相反，转子线圈垫112与定子线圈垫110之间的低摩擦接口允许转子线圈垫112的旋转，从而引起辐射元件104的旋转而不会引发对接头或接触件的物理磨损，从而延长可旋转天线系统100的使用寿命。进一步地，因为定子线圈垫110与转子线圈垫112之间不存在有线连接，所以转子线圈垫112可沿顺时针或逆时针方向连续旋转而不会引发绕线。另外，因为功率和数据在转子线圈垫112与定子线圈垫110之间无线传送，所以避免了需要因耦合到转子电子电路126容易出故障的机械接触件(例如，电刷)。
图2示出了另一个示例可旋转天线系统200的框图，该可旋转天线系统包括两(2)个无线可旋转互连件，即，第一无线可旋转互连件202和第二无线可旋转互连件204。可旋转天线系统200可安装在飞机、船舶或陆地车辆上。第一无线可旋转互连件202和第二无线可旋转互连件204可协同操作以改变辐射元件104的指向方向。出于简化解释的目的，相同参考标号用在图1和图2中以代表相同结构。此外，不重新介绍一些结构。
第一无线可旋转互连件202可用图1的无线可旋转互连件102来实现。第一无线可旋转互连件202可包括第一定子线圈垫210和第一转子线圈垫212。第一定子线圈垫210可用图1的定子线圈垫110来实现，并且第一转子线圈垫212可用图1的定子线圈垫110来实现。因此，第一定子线圈垫210可被构造为相对于第一转子线圈垫212和其上安装有可旋转天线系统200的飞机、船舶或陆地车辆保持固定。第一转子线圈垫212可相对于第一定子线圈垫210的位置绕第一轴线214旋转。更具体地，第一转子线圈垫212可在垂直于第一轴线214的平面上旋转，由箭头216指示。也就是说，第一转子线圈垫212可在与第一轴线214成直角相交的平面上顺时针或逆时针旋转。
在一些示例中，第一定子线圈垫210安装在天线基座220上。第一转子线圈垫212可安装在第一转子基座222上。天线基座220可包括图1的定子电子电路124，并且第一转子基座222可包括图1的转子电子电路126。
第二无线可旋转互连件204可包括第二定子线圈垫230和第二转子线圈垫232。第二定子线圈垫230可用图1的定子线圈垫110来实现，并且第二转子线圈垫232可用图1的转子线圈垫112来实现。因此，第二定子线圈垫230可被构造为相对于第二转子线圈垫232和其上安装有可旋转天线系统200的飞机、船舶或陆地车辆保持固定。第二转子线圈垫232可相对于第二定子线圈垫230的位置绕第二轴线234旋转。更具体地，第二转子线圈垫232可在垂直于第二轴线234的平面上旋转，由箭头236指示。也就是说，第二转子线圈垫232可在垂直于第二轴线234的平面上顺时针或逆时针旋转。
在一些示例中，第二定子线圈垫230安装在天线基座220上。第二转子线圈垫232可安装在第二转子基座240上。第二转子基座240可包括图1的转子电子电路126的另一个实例。
在一些示例中，定子电子电路124可耦合到第一定子线圈垫210和第二定子线圈垫230。在此情形中，定子电子电路124可使第一定子线圈垫210和第二定子线圈垫230通电。第一无线可旋转互连件202的转子电子电路126可耦合到第一转子线圈垫212。定子电子电路224可与第一无线可旋转互连件202的转子电子电路126协同操作，以使得能够在第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间进行无线双向通信。在一些示例中，在第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间可存在多个无线通道。类似地，定子电子电路224可与第二无线可旋转互连件204的转子电子电路126协同操作，以使得能够在第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间进行无线双向通信。在一些示例中，在第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间可存在多个无线通道。在其他示例中，定子电子电路124的多个实例可被实现为与第一定子线圈垫210和第二定子线圈垫230中的一者通信。
电源端口130可耦合到电源134，该电源可向定子电子电路124提供功率信号，诸如DC功率信号或AC信号。在此情形中，定子电子电路124可将功率信号转换和/或调节为用于在第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间的多个无线通道中的功率通道上传达的信号。另外，定子电子电路124可将功率信号转换和/或调节为用于在第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间的多个无线通道中的功率通道上传达的信号。
另外，数据端口132可耦合到网络节点140。网络节点140可在数据端口132与网络节点140之间(例如，双向地)传达数据。定子电子电路124可将从数据端口132提供的数据编码(例如，调制)到第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间的多个无线通道中的数据通道上。
更进一步地，控制端口150可耦合到控制器152。控制器152可向定子电子电路124提供用于使辐射元件104旋转的命令。定子电子电路124可将提供在控制端口150上的命令编码(例如，调制)到第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间的多个无线通道中的控制通道上，以及第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间的多个无线通道中的控制通道上。此外，在一些示例中，命令可由网络节点140提供在数据端口132上。
第一转子线圈垫212可接收通过第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间的多个无线通道传输的信号。类似地，第二转子线圈垫232可接收通过第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间的多个无线通道传输的信号。此外，第一无线可旋转互连件202的转子电子电路126可处理通过第一定子线圈垫210与第一转子线圈垫212之间的多个无线通道传输的信号。类似地，第二无线可旋转互连件204的转子电子电路126可处理通过第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间的多个无线通道传输的信号。
第一无线可旋转互连件202的转子电子电路126可对在辐射元件104与多个无线通道中的数据通道之间传达的数据进行编码和解码(例如，调制和解调)。这种编码和解码使得能够在卫星与网络节点140之间进行通信。
第一无线可旋转互连件202的转子电子电路126可耦合到第一电机260，并且第二无线可旋转互连件204的转子电子电路126可耦合到第二电机262。第一无线可旋转互连件202的转子电子电路126可向第一电机260提供通过多个无线通道中的功率通道提供的功率，以使第一电机260通电。类似地，第二无线可旋转互连件204的转子电子电路126可向第二电机262提供通过多个无线通道中的功率通道提供的功率，以使第二电机262通电。第一电机260和第二电机262可用图1的电机160来实现。
在一些示例中，第一无线可旋转互连件202和第二无线可旋转互连件204的转子电子电路126可对提供在多个通道中的控制通道和/或数据通道上的命令进行解码，以控制相应的第一电机260和第二电机262的致动和解除致动。因此，第一无线可旋转互连件202和第二无线可旋转互连件204的转子电子电路126可选择性地致动或解除致动相应的第一电机260和第二电机262。
第一电机260在致动时驱动机械地联接到第一电机260的第一旋转体270，从而使第一旋转体270转动。类似地，第二马达262在启动时驱动机械地联接到第二马达262的第二旋转体272，从而使第二旋转体272转动。第一旋转体270和第二旋转体272可用图1的旋转体170来实现。第一旋转体270的转动使第一转子线圈垫212绕第一轴线214旋转，并且第二旋转体272的转动使第二转子线圈垫232绕第二轴线234转动。此外，包括辐射元件104和第一转子基座222的某些部件可耦合到第一转子线圈垫212(例如，安装在该第一转子线圈垫上)。另外，包括辐射元件104和第二转子基座240的部件可耦合到第二转子线圈垫232(例如，安装在该第二转子线圈垫上)。因此，第一转子线圈垫212的旋转可引起辐射元件104的对应旋转，以改变辐射元件104的指向方向。另外，第二转子线圈垫232的旋转也可引起辐射元件104的对应旋转，以改变辐射元件104的指向方向。
在一些示例中，第一轴线214和第二轴线234相对于彼此垂直。因此，在一些示例中，第一转子线圈垫212的旋转可改变辐射元件104的方位角，并且第二转子线圈垫232的旋转可改变辐射元件104的仰角。在其他示例中，第一轴线214和第二轴线234相对于彼此成一定倾斜角度布置，使得第一转子线圈垫212和/或第二转子线圈垫232的旋转可附加地或另选地改变辐射元件104的倾斜。
此外，第一压紧件274可耦合到第一转子线圈垫212，以将第一转子线圈垫212的旋转限制到与第一旋转轴线214(例如，单个旋转轴线)相交的平面。另外，第二压紧件276可耦合到第二转子线圈垫232，以将第二转子线圈垫232的旋转限制到与第二旋转轴线234(例如，单个旋转轴线)相交的平面。换句话说，第一压紧件274将第一转子线圈垫212限制到第一单个旋转轴线，并且第二压紧件276将第二转子线圈垫232限制到第二单个旋转轴线。第一压紧件274和第二压紧件276可用图1的压紧件172来实现。
第一转子线圈垫212和第一定子线圈垫210间隔开并且通过互感进行无线通信。另外，第二转子线圈垫232和第二定子线圈垫230间隔开并且通过互感进行无线通信。这样，避免了需要机械接头或机械接触件来使得辐射元件104能够旋转。相反，第一转子线圈垫212与第一定子线圈垫210之间的低摩擦接口以及第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间的低摩擦接口允许相应的第一转子线圈垫212和第二转子线圈垫232的旋转，从而引起辐射元件104的旋转而不会引发对接头的物理磨损，从而延长可旋转天线系统200的使用寿命。另外，因为第一转子线圈垫212与第一定子线圈垫210之间的接口和第二定子线圈垫230与第二转子线圈垫232之间的接口各自都是无线的，所以第一转子线圈垫212和第二转子线圈垫232可连续旋转而不会引发绕线。
图3示出了卫星通信系统300的示意图。卫星通信系统300包括第一卫星304、第一网关306、第一网关天线系统308以及飞机320。第一网关306与至少第一网络322通信。在操作中，卫星通信系统300可通过至少第一卫星304和第一网关306来提供飞机320与第一网络322之间的单向或双向通信。
在一些示例中，卫星通信系统300包括第二卫星330、第二网关332以及第二网关天线系统334。第二网关332可与至少第二网络336通信。在操作中，卫星通信系统300可通过至少第二卫星330和第二网关332来提供飞机320与第二网络336之间的单向或双向通信。
第一卫星304和第二卫星330可为任何合适类型的通信卫星。在一些示例中，第一卫星304和/或第二卫星330可位于对地静止轨道中。在其他示例中，第一卫星304和/或第二卫星330可位于适当的轨道中(例如，低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)等)。第一卫星304和/或第二卫星330可为多波束卫星，其被配置为给预定义地理服务区域中的多个服务波束覆盖区域提供服务。在一些示例中，第一卫星304和第二卫星330可在非重叠覆盖区域、部分重叠覆盖区域或完全重叠覆盖区域中提供服务。在一些示例中，卫星通信系统300可包括附加的卫星。
第一网关天线系统308可在卫星地面站上实现，并且可使得能够在第一卫星304与第一网关天线系统308之间进行具有单向或双向功能的通信。更具体地，第一网关天线系统308可被设计成具有足够的发射功率和接收灵敏度而能与第一卫星304可靠地通信。第一卫星304可通过经一个或多个波束309发送和接收信号来与第一网关天线系统308通信。第一网关306使用第一网关天线系统308向第一卫星304发送信号并且从该第一卫星接收信号。第一网关306连接到第一网络322。第一网络322可包括局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)和/或任何其他合适的公用或专用网络，并且第一网络322可连接到其他通信网络，诸如互联网、电话网络(例如，公用交换电话网(PSTN)等。
卫星通信系统300的示例可包括第二卫星330以及唯一的或共享的相关联系统部件。例如，第二网关天线系统334也可具有单向或双向功能并且被设计成具有足够的发射功率和接收灵敏度而能与卫星330可靠地通信。第二卫星330可通过经一个或多个波束335发送和接收信号来与第二网关天线系统334通信。第二网关332使用第二网关天线系统334向第二卫星330发送信号并且从该第二卫星接收信号。第二网关332连接到第二网络336。第二网络336可包括LAN、MAN、WAN和/或任何其他合适的公用或专用网络，并且可连接到其他通信网络，诸如互联网、电话网络(例如，PSTN)等。
在各种示例中，第一网络322和第二网络336可为相同或不同的网络。另外，第一网关306和第二网关332可为不同的网关或相同的网关。在各种示例中，第一网关天线系统308和第二网关天线系统334可为不同的网关天线系统或相同的网关天线系统。
飞机320可采用包括安装在飞机320上的移动可旋转天线系统340的通信系统。移动可旋转天线系统340可例如用图1的可旋转天线系统100或图2的可旋转天线系统200来实现。移动可旋转天线系统340可包括用于与第一卫星304和第二卫星330通信的辐射元件342。移动可旋转天线系统340可安装在飞机320的机身的外侧上。移动可旋转天线系统340可包括至少一个无线可旋转互连件344，以允许辐射元件342的指向方向在操作期间改变。在一些示例中，可包括多个无线可旋转互连件344，以允许辐射元件342的方位角、仰角和/或倾斜的变化。
辐射元件342可在例如从约17千兆赫至31千兆赫(GHz)的国际电信联盟(ITU)Ku、K或Ka波段中操作。另选地，辐射元件342可在其他频段诸如C波段、X波段、S波段、L波段等中操作。在各种示例中，辐射元件342可被配置为在多个频段上或在单个频段上操作。
在操作中，飞机320可具有在第一卫星304的覆盖区域内和/或在第二卫星330的覆盖区域内的位置，并且移动可旋转天线系统340可被控制以使辐射元件342选择性地指向第一卫星304或第二卫星330。另外，如本文所解释，采用至少一个无线可旋转互连件344使得辐射元件342的指向方向能够被改变，而不会引发对接头或机械接触件的机械磨损。换句话说，至少一个无线可旋转互连件344使得辐射元件342能够旋转，而机械接头或接触件(例如，旋转接头)在重复使用之后不容易出故障。
例如，在第一操作模式下，当飞机320位于第一卫星304的覆盖区域内时，飞机320可使用移动可旋转天线系统340的辐射元件342通过一个或多个第一波束350与第一卫星304通信。在第二操作模式下，当飞机320位于第二卫星330的覆盖区域内时，飞机320可使用移动可旋转天线系统340的辐射元件342通过一个或多个第二波束352与第二卫星330通信。例如，响应于飞机320进入第二卫星330的覆盖区域和/或离开第一卫星304的覆盖区域，可选择第二模式，使得辐射元件342的指向方向改变为指向第二卫星330。在飞机位于第一卫星304和第二卫星330两者的重叠覆盖区域内的示例中，可基于其他因素(诸如网络可用性、通信容量、通信成本、信号强度、信号质量等)而选择第二模式。
飞机320的通信系统可经由编码器/解码器(诸如图1的数据编码器/解码器模块142)为飞机320内的通信设备提供通信服务。通信设备可为例如便携式通信设备，诸如膝上型电脑、平板计算机、智能电话等。通信设备可利用移动可旋转天线系统340来连接到并接入第一网络322和/或第二网络336。例如，通信设备可经由到路由器的网络连接来与第一网络322和/或第二网络336通信，该网络连接可为有线或无线的。无线连接可为例如无线局域网(WLAN)技术(诸如IEEE 802.21(Wi-Fi))或其他无线通信技术。
图4A示出了包括无线可旋转互连件402的可旋转天线系统400的分解图。图4B示出了可旋转天线系统400的局部装配分解图。图4C示出了呈装配形式的可旋转天线系统400。无线可旋转互连件402可包括定子线圈垫404和转子线圈垫406。无线可旋转互连件402可用图1的无线可旋转互连件402来实现。
转子线圈垫406可与定子线圈垫404叠置，并且转子线圈垫406可与定子线圈垫404间隔开。转子线圈垫406可用图1的转子线圈垫112来实现，并且定子线圈垫404可用图1的定子线圈垫110来实现。定子线圈垫404可安装在天线基座408上，并且转子线圈垫406可安装在转子基座410上。天线基座408可按类似于图1的天线基座120的方式实现。另外，转子基座410可用图1的转子基座122来实现。
天线基座408可包括耦合到电源(未示出)的电源端口(不可见)。天线基座408还可包括从网络节点接收数据的数据端口412。天线基座408可包括定子电子电路420，该定子电子电路可用图1的定子电子电路124来实现。另外，转子基座410可包括转子电子电路423，该转子电子电路可用图1的转子电子电路126来实现。
定子电子电路420和转子电子电路423可通过多个无线通道(诸如功率通道、数据通道和命令通道)来建立定子线圈垫404与转子线圈垫406之间的双向通信。具体地，定子电子电路420可包括数据编码器/解码器422，该数据编码器/解码器可对与网络节点传达的数据进行编码(例如，调制)和/或解码(例如，解调)，以经定子线圈垫404与转子线圈垫406之间的数据通道进行传达。另外，在一些示例中，可通过数据端口412来提供用于控制转子线圈垫406的位置的命令。在此情形中，可通过多个无线通道中的命令通道来提供命令。在其他示例中，可通过控制端口(未示出，诸如图1的控制端口150)来提供命令。
天线基座408可包括电源端口(不可见)。定子电子电路420可包括功率控制模块(例如，图1的功率控制模块136)，该功率控制模块用于通过定子线圈垫404与转子线圈垫406之间的多个无线通道中的功率通道来提供功率信号。
辐射元件440可安装在转子基座410上。辐射元件440可用图1的辐射元件104来实现。在所示出的示例中，辐射元件440被实现为安装在凹形反射器442的焦点上的喇叭天线(feedhorn)。在本示例中，反射器442的指向方向限定了辐射元件440的指向方向，因为RF信号在反射器442的指向方向上与辐射元件440通信。
转子基座410可包括转子电子电路444(例如，图1的转子电子电路126)，该转子电子电路可耦合到辐射元件和转子线圈垫406。因此，转子电子电路444可用来促进定子电子电路420与辐射元件440之间的通信。
另外，电机450可耦合到转子电子电路423。转子电子电路423可选择性地向电机450提供通过功率通道接收到的功率信号。电机450在致动时可驱动旋转体(不可见)，从而使转子线圈垫406绕轴线460旋转。机械压紧件(不可见)可将转子线圈垫406的旋转限制到与轴线460成直角相交的平面。
转子线圈垫406可绕轴线460沿连续顺时针或逆时针方向旋转，如箭头462所指示。转子线圈垫406的旋转可使辐射元件440改变指向方向。在所示出的示例中，转子线圈垫406的旋转引起辐射元件440的方位角的变化。然而，在其他示例中，转子线圈垫406的旋转可使辐射元件440改变仰角和/或倾斜。
无线可旋转互连件402使得辐射元件440能够旋转，而不会引起对机械接头和/或机械接触件(例如，电刷)的磨损。此外，因为定子线圈垫404和转子线圈垫406以无线方式通信，所以转子线圈垫406可连续旋转而没有电缆缠绕。
图5A示出了包括无线可旋转互连件502的可旋转天线系统500的分解图。图5B示出了呈装配形式的可旋转天线系统500。无线可旋转互连件502可包括定子线圈垫504和转子线圈垫506。无线可旋转互连件502可用图1的无线可旋转互连件502来实现。
转子线圈垫506可与定子线圈垫504叠置，并且转子线圈垫506可与定子线圈垫504间隔开。转子线圈垫506可用图1的转子线圈垫112来实现，并且定子线圈垫504可用图1的定子线圈垫110来实现。定子线圈垫504可安装在天线基座508上，并且转子线圈垫506可安装在转子基座510上。天线基座508可用图1的天线基座120来实现。另外，转子基座510可用图1的天线基座122来实现。
天线基座508可包括耦合到电源(未示出)的电源端口(不可见)。天线基座508还可包括从网络节点接收数据的数据端口512。天线基座508可包括定子电子电路520，该定子电子电路可用图1的定子电子电路124来实现。另外，转子基座510可包括转子电子电路522，该转子电子电路可用图1的转子电子电路126来实现。
定子电子电路520和转子电子电路522可通过多个无线通道(诸如功率通道、数据通道和命令通道)来建立定子线圈垫504与转子线圈垫506之间的双向通信。具体地，定子电子电路520可包括数据编码器/解码器，该数据编码器/解码器可对与网络节点传达的数据进行编码(例如，调制)和/或解码(例如，解调)，以经定子线圈垫504与转子线圈垫506之间的数据通道进行传达。另外，在一些示例中，可通过数据端口512来提供用于控制转子线圈垫506的位置的命令。在此情形中，可通过多个无线通道中的命令通道来提供命令。在其他示例中，可通过控制端口(未示出，诸如图1的控制端口150)来提供命令。
天线基座508可包括电源端口526(不可见)。定子电子电路520可包括功率控制模块(例如，图1的功率控制模块136)，该功率控制模块用于通过定子线圈垫504与转子线圈垫506之间的多个无线通道中的功率通道来提供功率信号。
第一辐射元件540和第二辐射元件542可安装在转子基座510上。第一辐射元件540和第二辐射元件542可用图1的辐射元件104来实现。在所示出的示例中，第一辐射元件540和第二辐射元件542中的每一者都被实现为波导阵列。在本示例中，第一辐射元件540和第二辐射元件542指向不同的方向。在此情形中，第一辐射元件540和第二辐射元件542可被定向成与不同的卫星(诸如图3的第一卫星304和第二卫星330)通信。另外，在所示出的示例中，第一辐射元件540和第二辐射元件542具有相隔180度的方位角。
转子基座510可包括转子电子电路544(例如，转子电子电路126)，该转子电子电路可耦合到辐射元件和转子线圈垫506。因此，转子电子电路544可用来促进定子电子电路520与第一辐射元件540之间的通信。
另外，电机550可耦合到转子电子电路522。转子电子电路522可选择性地向电机550提供通过功率通道接收到的功率信号。电机550在致动时可驱动旋转体(不可见)，从而使转子线圈垫506绕轴线560旋转。机械压紧件(不可见)可将转子线圈垫506的旋转限制到与轴线560成直角相交的平面。
转子线圈垫506可绕轴线560沿顺时针或逆时针方向连续旋转，如箭头562所指示。转子线圈垫506的旋转可使第一辐射元件540和第二辐射元件542改变指向方向。在所示出的示例中，转子线圈垫506的旋转引起第一辐射元件540和第二辐射元件542的方位角的变化。然而，在其他示例中，转子线圈垫406的旋转可使第一辐射元件540和第二辐射元件542改变仰角和/或倾斜。
无线可旋转互连件502使得第一辐射元件540和第二辐射元件542能够旋转，而不会引起对机械接头和/或机械接触件(例如，电刷)的磨损。此外，因为定子线圈垫504和转子线圈垫506以无线方式通信，所以转子线圈垫506可连续旋转而没有电缆缠绕。
上文已描述的内容是示例。当然，不可能描述部件或方法的每种可设想组合，但本领域的普通技术人员将认识到，许多另外的组合和排列是可能的。因此，本公开旨在涵盖落入本申请(包括所附权利要求书)的范围内的所有此类改变、修改和变型。如本文所用，术语“包括”意指包括但不限于，术语“包含”意指包含但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。另外，在本公开或权利要求陈述“一个”、“一种”、“第一”或“另一个”元件或其等同形式的情况下，其应被解释为包括一个或多于一个此类元件，既不需要也不排除两个或更多个此类元件。

Claims (16)

1.一种可旋转天线，所述可旋转天线包括：
无线可旋转互连件，所述无线可旋转互连件包括：
定子线圈垫，所述定子线圈垫耦合到电源端口以用于接收功率并且耦合到数据端口以用于传达数据；
转子线圈垫，所述转子线圈垫与所述定子线圈垫双向连通，其中所述转子线圈与所述定子线圈垫叠置，并且所述转子线圈垫与所述转子线圈垫间隔开，并且所述转子线圈垫能够绕轴线旋转；和
辐射元件，所述辐射元件耦合到所述转子线圈垫，其中所述转子线圈垫绕所述轴线的旋转的变化改变所述辐射元件的指向方向；
其中在所述定子线圈垫与所述转子线圈垫之间建立多个无线通道，并且所述多个无线通道中的第一通道从所述定子线圈垫向所述转子线圈垫传送功率，并且所述多个无线通道中的第二通道在所述定子线圈垫与所述转子线圈垫之间传送数据。
2.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述多个无线通道中的第三通道传送用于控制所述转子线圈垫的位置的命令。
3.根据权利要求2所述的可旋转天线，所述可旋转天线还包括：
天线控制单元，所述天线控制单元耦合到所述转子线圈垫，其中所述天线控制单元接收所述多个无线通道中的所述第三通道上的所述命令；和
电机，所述电机用于使所述转子线圈垫旋转，其中所述天线控制单元响应于接收到所述多个无线通道中的所述第三通道上的所述命令而提供用于控制所述电机的命令。
4.根据权利要求3所述的可旋转天线，其中所述电机从所述转子线圈垫接收响应于经由所述第一通道传送到所述转子线圈垫的功率而提供的功率信号。
5.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述转子线圈垫的旋转改变所述辐射元件的方位角。
6.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述无线可旋转互连件是第一无线可旋转互连件，并且所述轴线是第一轴线，所述可旋转天线还包括：
第二无线可旋转互连件，所述第二无线可旋转互连件包括：
定子线圈垫，所述定子线圈垫耦合到所述电源端口以用于接收功率；
转子线圈垫，所述转子线圈垫与所述第二无线可旋转互连件的所述定子线圈垫双向通信，其中所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫与所述第二无线可旋转互连件的所述定子线圈垫叠置，并且所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫与所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫间隔开，并且所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫能够绕第二轴线旋转；并且
其中所述辐射元件耦合到所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫，其中所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫绕所述第二轴线的旋转的变化改变所述辐射元件的指向方向。
7.根据权利要求6所述的可旋转天线，其中所述第一无线可旋转互连件的所述转子线圈垫的旋转改变所述辐射元件的方位角，并且所述第二无线可旋转互连件的所述转子线圈垫的旋转改变所述辐射元件的仰角。
8.根据权利要求1所述的可旋转天线，所述可旋转天线还包括耦合到所述转子线圈垫的数据编码器，所述数据编码器将从所述定子线圈垫传输的数据调制到射频(RF)信号上。
9.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述定子线圈垫构成变压器的初级绕组，并且所述转子线圈垫构成所述变压器的次级绕组，其中所述初级绕组与所述次级绕组建立互感。
10.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述定子线圈垫构成变压器的初级绕组，并且所述转子线圈垫构成所述变压器的次级绕组，其中所述初级绕组与所述次级绕组建立磁共振耦合。
11.根据权利要求1所述的可旋转天线，所述可旋转天线还包括机械压紧件，以将所述转子线圈垫的所述旋转限制到与所述轴线成直角相交的平面。
12.根据权利要求11所述的可旋转天线，所述可旋转天线还包括：
由非导电材料形成的第一壳体，所述第一壳体容纳所述定子线圈垫；以及
由非导电材料形成的第二壳体，所述第二壳体容纳所述转子线圈垫，其中所述第二壳体邻接所述第一壳体。
13.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述辐射元件安装在蝶形卫星天线中。
14.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述辐射元件是波导阵列。
15.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述辐射元件是指向第一方向的第一辐射元件，所述可旋转天线包括指向第二方向的第二辐射元件，其中所述第二方向与所述第一方向相反。
16.根据权利要求1所述的可旋转天线，其中所述旋转体线圈垫能够沿顺时针或逆时针方向连续旋转。
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