ES2837375T3

ES2837375T3 - Antenas de arreglo en fase para plataformas de gran altitud

Info

Publication number: ES2837375T3
Application number: ES17200763T
Authority: ES
Inventors: Ying J Feria; David A Whelan; Phillip R Grajek
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: US10249948B2; EP3333974B1; KR102414001B1; KR20180066826A; JP7169743B2; RU2017135841A; RU2017135841A3; CA2981889A1; US20180166779A1; CA2981889C; EP3333974A1; JP2018127201A; CN108232469A; CN108232469B; RU2766133C2

Abstract

Una aeronave que comprende: un fuselaje (230); alas (232, 234) acopladas al fuselaje; un transceptor (104); una antena (110) de enlace de alimentación; un controlador de vuelo; un controlador de comunicaciones acoplado al transceptor, comprendiendo el controlador de comunicaciones un formador de haces; y una pluralidad de antenas (106, 132, 134, 210-218, 262) de arreglo en fase planas acopladas al transceptor y unidas de manera fija al fuselaje o al menos a una de las alas, incluyendo la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas una primera antena (132, 210-218) de arreglo en fase plana que tiene un primer vector (220-228, 264) normal y una segunda antena (134, 210-218) de arreglo en fase plana que tiene un segundo vector (222-228, 264) normal, en donde el primer vector normal no es paralelo al segundo vector normal; en donde la primera antena (132) en fase plana está configurada para recibir (702) una primera señal que corresponde a un primer enlace ascendente de comunicación, y en donde la segunda antena (134) de arreglo en fase plana está configurada para transmitir (704) una segunda señal que corresponde a un primer enlace descendente de comunicación; y el transceptor está acoplado a la antena (110) de enlace de alimentación, la antena de enlace de alimentación configurada para recibir (925) datos de trayectoria de vuelo asociados con una trayectoria de vuelo y datos de cobertura de servicio asociados con los datos de trayectoria de vuelo a través de un segundo enlace ascendente (334) de comunicación, en donde el controlador (112) de vuelo está configurado para recibir los datos de trayectoria de vuelo a través de la antena de enlace de alimentación y para operar la aeronave con base en los datos de trayectoria de vuelo; y en donde el formador de haces está configurado para determinar los pesos de formación de haces para cada elemento de cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase con base al menos en parte en los datos de cobertura de servicio asociados con los datos de trayectoria de vuelo.

Description

DESCRIPCIÓN

Antenas de arreglo en fase para plataformas de gran altitud

Antecedentes

La presente divulgación está relacionada en general con antenas de arreglo en fase y plataformas de gran altitud. Las Plataformas de Gran Altitud (HAPs) operan en la estratosfera (por ejemplo, 13 kilómetros (km) a 50 km sobre la superficie de la Tierra). Las HAPs pueden ser usadas para comunicaciones inalámbricas. Por ejemplo, una HAP puede incluir una antena de arreglo en fase. En este ejemplo, la antena de arreglo en fase puede tener un ángulo de escaneo máximo y puede causar interferencia o distorsión cuando opera en o cerca del ángulo de escaneo máximo. Un área de cobertura de las comunicaciones inalámbricas soportadas por la HAP está relacionada con un ángulo de escaneo máximo y una distancia (por ejemplo, una altitud) de una antena de la HAP. Las técnicas convencionales para aumentar el área de cobertura incluyen el montaje de una antena de arreglo en fase de la HAP en un sistema mecánico, tal como una suspensión cardán. Sin embargo, tales sistemas mecánicos son pesados y voluminosos.

El documento US2012063522 en el resumen dice "La invención se relaciona con un método para transmisión de datos digitales y direccionales entre aeronaves y estaciones de tierra. En esta disposición los datos son intercambiados digital y directamente, en otras palabras, directamente por medio de antenas direccionales, entre la aeronave y las estaciones de tierra. Adicionalmente, los lóbulos de transmisión son adaptados durante el vuelo, y las antenas direccionales en la aeronave solo iluminan las regiones en la tierra que están ubicadas a una distancia mínima a través de la trayectoria de vuelo de la aeronave".

Los aspectos son presentados en las reivindicaciones independientes, con algunas características opcionales presentadas en las reivindicaciones dependientes de las mismas.

Resumen

En un aspecto, una aeronave incluye un fuselaje, alas acopladas al fuselaje, y un transceptor, como se define en la reivindicación 1. La aeronave incluye además una pluralidad de antenas de arreglo en fase planas acopladas al transceptor y unidas de manera fija al fuselaje o al menos a una de las alas. La pluralidad de antenas de arreglo en fase planas incluye una primera antena de arreglo en fase plana que tiene un primer vector normal y una segunda antena de arreglo en fase plana que tiene un segundo vector normal. El primer vector normal no es paralelo al segundo vector normal.

En un aspecto, un método para comunicarse a través de un sistema de antenas de arreglo en fase incluye recibir, a través de una primera antena de arreglo en fase plana unida de manera fija a una aeronave, una primera señal que corresponde a un enlace de comunicación, como se define en la reivindicación 9.

El método incluye además transmitir, a través de una segunda antena de arreglo en fase plana unida de manera fija a la aeronave, una segunda señal que corresponde al enlace de comunicación, donde un primer vector normal de la primera antena de arreglo en fase plana no es paralelo a un segundo vector normal de la segunda antena de arreglo en fase plana.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de un sistema para comunicarse a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 2 es un diagrama que ilustra una vista superior, una vista lateral, y una vista frontal de un vehículo que incluye una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 3 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un sistema de comunicación inalámbrica;

La figura 4 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un patrón de cobertura de tierra de haces producidos por una configuración particular de una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 5 es un diagrama que ilustra un ejemplo de reutilización de frecuencia para una antena de arreglo en fase; La figura 6 es un diagrama que ilustra un ejemplo de cobertura de haz y conformación de haz para una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 7 es un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de comunicación a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 8 es un diagrama de flujo de otro ejemplo de un método de comunicación a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 9 es un diagrama de flujo de métodos de ejemplo de comunicación a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 10 es un diagrama de flujo de métodos de ejemplo de comunicación a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase;

La figura 11 es un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de operación de un sistema para comunicarse a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase; y

La figura 12 es un diagrama de bloques de una implementación ilustrativa de un vehículo que incluye un sistema para comunicarse a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase.

Descripción detallada

Las implementaciones divulgadas en este documento permiten la comunicación inalámbrica a través de una Plataforma de Gran Altitud (HAP). En particular, uno o más sistemas descritos en este documento incluyen un vehículo que opera como una HAP, incluyendo el vehículo un transceptor, una pluralidad de antenas de arreglo en fase, y un controlador de comunicación. En una implementación particular, la pluralidad de antenas de arreglo en fase puede incluir o corresponder a antenas de arreglo en fase planas que están unidas de manera fija al vehículo. La pluralidad de antenas de arreglo en fase puede incluir antenas de arreglo en fase dinámica. Por ejemplo, las antenas de arreglo en fase (o haces de las mismas) pueden estar orientadas o ajustadas independiente de un sistema mecánico. Para ilustrar, cada elemento de arreglo (por ejemplo, un elemento radiante o conjunto de elementos) de una antena de arreglo en fase puede ser controlable independientemente y puede formar y dirigir un haz correspondiente con respecto a una cara de la antena de arreglo en fase. Como un ejemplo ilustrativo, cada elemento de arreglo puede tener un desfasador ajustable que puede ser usado para formar y dirigir un haz correspondiente. En otra implementación ilustrativa particular, la pluralidad de antenas de arreglo en fase puede ser antenas de arreglo en fase conformadas (por ejemplo, no planas). Es decir, una primera conformación de las antenas de arreglo en fase puede corresponder sustancialmente a una segunda conformación de una porción de una superficie exterior de la aeronave.

El transceptor puede incluir uno o más transmisores y uno o más receptores. El transceptor puede estar configurado para recibir y transmitir señales que corresponden a múltiples enlaces de comunicación diferentes. El transceptor puede recibir una primera señal que corresponde a un enlace de comunicación particular a través de la pluralidad de antenas de arreglo en fase y puede estar configurado para transmitir una segunda señal que corresponde al enlace de comunicación particular. La primera señal y la segunda señal pueden ser transmitidas y recibidas por una pluralidad de haces generados por la pluralidad de antenas de arreglo en fase.

El controlador de comunicación puede estar configurado para ajustar la pluralidad de antenas de arreglo en fase y haces generados por la pluralidad de antenas de arreglo en fase. El controlador de comunicación puede incluir un formador de haces, y el formador de haces puede determinar los pesos de formación de haces que son usados para generar la pluralidad de haces. Por ejemplo, el formador de haces puede generar pesos de formación de haces para cada haz de la pluralidad de haces. El formador de haces puede estar configurado para actualizar o ajustar los pesos de formación de haces de cada haz con base en una trayectoria de vuelo del vehículo. Por ejemplo, un haz particular puede estar asociado (durante un período de tiempo) con una porción particular de un área de cobertura de servicio. El formador de haces puede actualizar o ajustar los pesos de formación de haces para que el haz particular se oriente, alinee, o conforme el haz particular en (o sobre) la porción particular del área de cobertura de servicio. Esto permite que el haz particular transmita y reciba señales que corresponden a la porción particular del área de cobertura de servicio. De este modo, el sistema puede permitir el ajuste electrónico de antenas de arreglo en fase que están unidas de manera fija a un vehículo y pueden soportar la transmisión y recepción de comunicaciones inalámbricas desde HAPs. Al proporcionar transmisión y recepción de comunicaciones inalámbricas, los usuarios de un sistema de comunicación inalámbrica pueden intercambiar datos (por ejemplo, datos de voz, datos de vídeo, datos de audio, datos de texto, etc.).

Al utilizar arreglos en fase unidos de manera fija, un vehículo que opera como una HAP puede transmitir y recibir señales que corresponden a enlaces de comunicación independientes de un sistema mecánico separado. La transmisión y recepción de señales de una HAP sin el sistema mecánico (por ejemplo, una suspensión cardán) reduce un tamaño y peso del vehículo. Al reducir el tamaño y peso del vehículo, el vehículo puede ser menos costoso de fabricar y operar. Adicionalmente, el vehículo puede tener una resistencia aumentada en comparación con vehículos que incluyen un sistema mecánico para girar una antena de arreglo en fase. Adicionalmente, como el vehículo pesa menos, el vehículo puede operar a altitudes más altas y tener un área de cobertura de servicio aumentada.

Al operar el vehículo como una HAP, un sistema de comunicación inalámbrica (por ejemplo, un sistema de teléfono móvil) puede proporcionar (o soportar) enlaces de comunicación que usan menos potencia que los enlaces de comunicación que se proporcionan a través de satélites. Adicionalmente, los vehículos que operan como una HAP pueden ofrecer mejor línea de sitio que el equipo terrestre, tales como estaciones base, y pueden proporcionar mejor cobertura o servicio a un área más grande para los enlaces de comunicación que el equipo terrestre. Adicionalmente, los vehículos que operan como una HAP pueden proporcionar servicio de comunicación inalámbrica a áreas remotas (por ejemplo, áreas sin infraestructura basada en tierra), a áreas con topografía donde la infraestructura basada en tierra no es comercialmente factible, y/o a áreas donde la infraestructura se daña, tal como debido al clima.

La figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema 100 que incluye un vehículo 102. En una implementación particular del sistema 100, el vehículo 102 puede incluir o corresponder a una aeronave, un zepelín (por ejemplo, un dirigible), un globo de gran altitud, un helicóptero, una aeronave comercial, un avión privado, u otro vehículo, como ejemplos ilustrativos, no limitantes. El vehículo 102 puede ser tripulado o no tripulado (por ejemplo, un dron o un vehículo aéreo no tripulado (UAV)). En algunas implementaciones, el vehículo 102 es una aeronave que incluye un fuselaje y alas. Adicional o alternativamente, el vehículo 102 puede incluir una pluralidad de superficies exteriores. El vehículo 102 puede estar configurado para operar a grandes altitudes, tal como en la estratosfera de la atmósfera de la Tierra. En algunas implementaciones, el vehículo 102 puede operar en una porción particular de la estratosfera, tal como entre 17 kilómetros (km) a 22 km sobre el nivel del mar. En una implementación particular, el vehículo 102 puede ser un vehículo alimentado por hidrógeno. Por ejemplo, el vehículo 102 puede ser una aeronave alimentada por hidrógeno que puede incluir una celda de combustible de hidrógeno para alimentar un motor eléctrico, hidrógeno líquido para uso en un motor de combustión interna, o ambos. El vehículo 102 puede estar configurado para transmitir y recibir señales que corresponden a comunicaciones inalámbricas. Por ejemplo, el vehículo 102 puede ser parte de un sistema de comunicación inalámbrica, como se describe además con referencia a la figura 3.

En el ejemplo ilustrado en la figura 1, el vehículo 102 incluye un transceptor 104, una pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase, y un controlador 108 de comunicación. El vehículo 102 también puede incluir una antena 110 de enlace de alimentación, un controlador 112 de vuelo, una pluralidad de sensores 114, y una memoria 116. El transceptor 104 puede incluir uno o más transmisores y uno o más receptores. En un ejemplo particular, el transceptor puede incluir una pluralidad de transmisores y receptores, y cada transmisor y receptor puede corresponder a una antena de arreglo en fase particular de las antenas 106 de arreglo en fase. El transceptor 104 puede funcionar para permitir comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO). El transceptor 104 puede estar configurado para transmitir y recibir señales (por ejemplo, señales de comunicación) que corresponden a una pluralidad de enlaces de comunicación a través de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase. Un enlace de comunicación puede incluir o corresponder a señales transmitidas entre dos dispositivos, tales como dispositivos de usuario, dispositivos de punto final, etc. Los enlaces de comunicación pueden ser enrutados a través de uno o más componentes del sistema de comunicación inalámbrica.

En algunas implementaciones, pueden ser soportados simultáneamente múltiples enlaces de comunicación. Por ejemplo, puede ser recibida al menos una porción de una señal que corresponde a un primer enlace de comunicación mientras que está siendo transmitida una señal que corresponde a un segundo enlace de comunicación. Como otro ejemplo, al menos una porción de una señal que corresponde al primer enlace de comunicación puede ser recibida simultáneamente con una señal que corresponde al segundo enlace de comunicación. Como aún otro ejemplo, al menos una porción de una señal que corresponde al primer enlace de comunicación puede ser transmitida simultáneamente con una señal que corresponde al segundo enlace de comunicación.

La pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase incluye una primera antena 132 de arreglo en fase y una segunda antena 134 de arreglo en fase. Aunque se ilustran dos antenas de arreglo en fase en la figura 1, en algunas implementaciones la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase incluye más de dos antenas de arreglo en fase. Cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase incluye una pluralidad de elementos configurados para emitir radiación. La pluralidad de elementos puede incluir o corresponder a elementos radiantes, tales como dipolos, guías de ondas de extremo abierto, guías de ondas ranuradas, antenas de microbanda, hélices, espirales, etc., como ejemplos ilustrativos, no limitantes. Un conjunto particular (por ejemplo, uno o más) de elementos de la pluralidad de elementos puede generar un haz (por ejemplo, un patrón de radiación). Por ejemplo, un elemento radiante y un desfasador correspondiente pueden generar (por ejemplo, formar y dirigir) el haz. El haz puede permitir que el transceptor 104 reciba y transmita señales que corresponden a múltiples enlaces de comunicación.

La pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase puede generar una pluralidad de haces que incluyen primeros haces múltiples generados por la primera antena 132 de arreglo en fase y segundos haces múltiples generados por la segunda antena 134 de arreglo en fase. En algunas implementaciones, un subconjunto de haces de los primeros haces múltiples puede tener una frecuencia diferente de otro subconjunto de haces de los primeros haces múltiples. Por ejemplo, los primeros haces múltiples pueden incluir un primer conjunto de haces que tiene una primera frecuencia y un segundo conjunto de haces que tiene una segunda frecuencia. La primera antena 132 de arreglo en fase puede generar los primeros haces múltiples de tal manera que el primer conjunto de haces se intercala entre el segundo conjunto de haces para permitir la reutilización de frecuencia de la primera frecuencia para soportar múltiples enlaces de comunicación distintos, como se describe además con referencia a la figura 5. Aunque han sido descritas dos frecuencias como reutilizadas, en otras implementaciones pueden ser reutilizadas más de dos frecuencias, tales como 3 frecuencias, 4 frecuencias, 7 frecuencias, 20 frecuencias, etc. Adicionalmente, la segunda antena 134 de arreglo en fase puede generar los segundos haces múltiples de tal manera que un subconjunto de haces de los segundos haces múltiples tiene una frecuencia diferente de otro subconjunto de haces de los segundos haces múltiples. Por ejemplo, los segundos haces múltiples pueden incluir un tercer conjunto de haces que tiene la primera frecuencia y un cuarto conjunto de haces que tiene la segunda frecuencia. En algunas implementaciones, los primeros haces múltiples pueden estar asociados con un primer rango de frecuencias (por ejemplo, una banda de frecuencia) que es el mismo que un segundo rango de frecuencias asociado con los segundos haces múltiples, como se describe además con referencia a la figura 5.

La pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a antenas de arreglo en fase planas, antenas de arreglo en fase conformadas, o una combinación de las mismas. En una antena de arreglo en fase plana, la pluralidad de elementos está dispuesta a lo largo de un primer eje de un plano y a lo largo de un segundo eje del plano (por ejemplo, un arreglo bidimensional). En algunas implementaciones, una primera antena de arreglo en fase plana puede tener una sección transversal en forma diferente (por ejemplo, un círculo, un óvalo, un cuadrado, un rectángulo, un triángulo, etc.) que una segunda antena de arreglo en fase plana. En una antena de arreglo en fase conformada, la pluralidad de elementos puede ser distribuida sobre (o dispuesta en) una superficie no plana (por ejemplo, un arreglo tridimensional). En algunas implementaciones, la antena de arreglo en fase conformada puede incluir o corresponder a un arreglo esférico o cilíndrico, como ejemplos ilustrativos, no limitantes. Por ejemplo, la pluralidad de elementos puede estar distribuida sobre una porción de una superficie de una esfera o un cilindro.

La pluralidad de elementos puede estar distribuida o dispuesta de manera uniforme o no uniforme. Por ejemplo, en una distribución no uniforme, un primer espaciado entre elementos a lo largo del primer eje puede ser diferente de un segundo espaciado entre elementos a lo largo del segundo eje. Como otro ejemplo, en una distribución no uniforme, un espaciado a lo largo de un eje particular puede no ser uniforme.

En algunas implementaciones, una o más de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase pueden estar unidas de manera fija al vehículo 102. Por ejemplo, la primera antena 132 de arreglo en fase y la segunda antena 134 de arreglo en fase pueden estar unidas de manera fija al exterior del vehículo 102. Para ilustrar, cuando el vehículo 102 es una aeronave, cada una de la primera antena 132 de arreglo en fase y la segunda antena 134 de arreglo en fase pueden estar unidas de manera fija a una porción de un fuselaje, a una porción de un ala de la aeronave, o a ambas, como se describe además con referencia a la figura 2. Unida de manera fija, como se denomina en este documento, puede referirse a un componente que está acoplado (por ejemplo, montado en) a una superficie exterior del vehículo 102, acoplado a una estructura (por ejemplo, un soporte) o dispositivo que está acoplado al vehículo 102, o rebajado en una superficie exterior del vehículo 102. En una implementación particular, la primera antena 132 de arreglo en fase puede estar unida de manera fija al vehículo 102 y puede tener un primer vector normal, y la segunda antena 134 de arreglo en fase puede estar unida de manera fija al vehículo 102 y puede tener un segundo vector normal. El primer vector normal puede no ser paralelo al segundo vector normal. Al tener vectores normales no paralelos, la primera antena 132 de arreglo en fase puede proporcionar servicio para una porción diferente del área de cobertura de servicio que la segunda antena 134 de arreglo en fase.

En otras implementaciones, una o más de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase pueden estar incorporadas en una conformación de una superficie exterior del vehículo 102. Por ejemplo, una antena de arreglo en fase conformada puede tener una primera conformación (por ejemplo, una conformación no plana) que corresponde a una segunda conformación de una porción de una superficie exterior de la aeronave. Para ilustrar, los elementos de la antena de arreglo en fase conformada pueden estar distribuidos sobre, distribuidos en, o rebajados en la superficie exterior de la aeronave, tal como una superficie aerodinámica o fuselaje. La superficie exterior puede ser una superficie no plana (por ejemplo, una superficie tridimensional). Al tener antenas de arreglo en fase conformadas, el vehículo 102 puede crear más elevación, crear menos arrastre, y puede consumir menos combustible que un vehículo con arreglos en fase plana.

Cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase puede tener un ángulo de escaneo máximo correspondiente (por ejemplo, campo de visión). En algunas implementaciones, un ángulo de escaneo máximo de una antena de arreglo en fase particular de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase puede ser diferente de o puede ser igual que un ángulo de escaneo máximo de otra antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase. Por ejemplo, un primer ángulo de escaneo máximo de la primera antena 132 de arreglo en fase puede ser diferente de (o igual que) un segundo ángulo de escaneo máximo de la segunda antena 134 de arreglo en fase. Operar la antena de arreglo en fase más allá del ángulo de escaneo máximo puede crear distorsión que es mayor que el nivel de umbral y puede interferir con la transmisión y recepción de señales por los haces.

Cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase puede tener un vector normal correspondiente. Por ejemplo, cada antena de arreglo en fase puede tener una cara de antena plana que tiene un vector normal correspondiente (por ejemplo, vector que es perpendicular a un plano de la cara de antena), como se describe además con referencia a la figura 2. Adicionalmente, una o más antenas de arreglo en fase pueden tener una relación de aspecto diferente a otra antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase. Por ejemplo, la primera antena 132 de arreglo en fase puede tener una primera relación de aspecto que es diferente de una segunda relación de aspecto de la segunda antena 134 de arreglo en fase. La conformación y relación de aspecto de una antena de arreglo en fase se relacionan con el área de cobertura de servicio potencial de la antena de arreglo en fase. Como el vehículo 102 incluye la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase, la conformación, relación de aspecto, y colocación de cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase afecta el área de cobertura de servicio. Al tener antenas de arreglo en fase con diferentes relaciones de aspecto, el vehículo 102 puede soportar (o proporcionar) enlaces de comunicación para un área de cobertura de servicio más grande con menos superposición de área de cobertura entre antenas que un vehículo que tiene antenas de arreglo en fase con la misma relación de aspecto. Adicionalmente, al tener antenas de arreglo en fase con diferentes relaciones de aspecto, las antenas de arreglo en fase pueden ser unidas a más lugares del vehículo 102, y el vehículo 102 puede soportar un mayor número de antenas de arreglo en fase. Como ejemplo ilustrativo, no limitante, puede ser unida una antena de arreglo en fase a un cono de morro del vehículo 102.

Una o más de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase pueden ser dinámicas. Por ejemplo, la primera antena 132 de arreglo en fase, la segunda antena 134 de arreglo en fase, o ambas, pueden incluir un arreglo de desfasadores variables configurados para direccionar una pluralidad de haces. Una o más de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase pueden ser activas o pasivas. Para una antena de arreglo en fase activa, cada conjunto de elementos de la antena de arreglo en fase puede incluir un amplificador o procesador. Para una antena de arreglo en fase pasiva, un amplificador central con desfasadores atenuantes puede controlar la pluralidad de elementos. La pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase (y componentes de las mismas) puede ser controlada por el controlador 108 de comunicación.

El controlador 108 de comunicación puede estar acoplado al transceptor 104 y a la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase. El controlador 108 de comunicación puede incluir o corresponder a hardware, software, o una combinación de los mismos. El controlador 108 de comunicación puede estar configurado para hacer que cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase genere múltiples haces. El controlador 108 de comunicación puede incluir un formador 142 de haces. El controlador 108 de comunicación puede estar configurado para generar y ajustar los pesos de formación de haces de los múltiples haces a través del formador 142 de haces. El formador 142 de haces puede incluir o corresponder a un formador de haces en dominio de tiempo, un formador de haces en dominio de frecuencia, o ambos. Adicionalmente, el formador 142 de haces puede incluir o corresponder a un formador de haces adaptativo. Por ejemplo, el formador 142 de haces puede ajustar los pesos de formación de haces para reducir el ruido de señal (por ejemplo, interferencia de señal y cancelación de señal entre haces) y para aumentar la calidad de transmisión y recepción de señales de comunicación.

El formador 142 de haces puede estar configurado para determinar (por ejemplo, calcular) los pesos de formación de haces con base en datos de sensor, datos de trayectoria de vuelo, datos de cobertura de servicio, o una combinación de los mismos. El formador 142 de haces puede determinar los pesos de formación de haces para cada haz de la pluralidad de haces. Por ejemplo, el formador 142 de haces puede determinar los pesos de formación de haces para cada elemento (o conjunto de elementos) de cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase. Para ilustrar, el formador 142 de haces puede determinar primeros pesos de formación de haces para un primer haz producido por un primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase. Los primeros pesos de formación de haces pueden ser determinados con base en una altitud del vehículo 102, una inclinación del vehículo 102, una velocidad del vehículo 102, una posición del vehículo 102, un área de cobertura de servicio, una trayectoria de vuelo del vehículo 102, o una combinación de los mismos.

El formador 142 de haces puede estar configurado para actualizar (o ajustar) los pesos de formación de haces con base en los datos de sensor, los datos de trayectoria de vuelo, los datos de cobertura de servicio, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, el formador 142 de haces puede actualizar (o ajustar) una alineación, una conformación, una ganancia, o una combinación de las mismas, del primer haz con base en la altitud, la inclinación, la primera porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas.

Para ilustrar, el formador 142 de haces puede calcular una posición esperada (por ejemplo, relativa a un área de cobertura de servicio o una porción del área de cobertura de servicio) con base en los datos de sensor y los datos de trayectoria de vuelo. El formador 142 de haces puede determinar pesos de formación de haces actualizados (o ajustados) con base en la posición esperada y puede actualizar el peso de formación de haces actual (por ejemplo, primeros pesos de formación de haces) con base en los pesos de formación de haces actualizados para la futura posición esperada. Como otro ejemplo, el formador 142 de haces puede actualizar los pesos de formación de haces con base en una posición, altitud, inclinación actual o actualizada, o una combinación de las mismas, del vehículo 102. Alternativamente, el formador 142 de haces puede ajustar los pesos de formación de haces aplicando coeficientes al peso de formación de haces actual (por ejemplo, primeros pesos de formación de haces). Los coeficientes pueden ser calculados con base en los datos de sensor, los datos de trayectoria de vuelo, los datos de cobertura de servicio, o una combinación de los mismos.

El formador 142 de haces puede determinar los pesos de formación de haces que son usados para ajustar o actualizar una fase, una amplitud, o ambas, de una señal emitida por cada elemento para dirigir un haz. Adicionalmente, el formador 142 de haces puede determinar los pesos de formación de haces que son usados para ajustar una conformación del haz de tal manera que un patrón de radiación del haz no interfiera con otros haces y para limitar la fuga hacia las porciones circundantes del área de cobertura de servicio o interferencia con otros haces. El formador 142 de haces puede determinar los pesos de formación de haces de tal manera que un haz particular sea orientado sustancialmente a (o alineado con) una porción particular del área de cobertura de servicio para soportar enlaces de comunicación para la porción particular. Dado que el vehículo 102 opera de acuerdo con la trayectoria de vuelo, los haces pueden necesitar ser transferidos (por ejemplo, transferidos) de un conjunto de elementos a otro conjunto de elementos. En algunas implementaciones, la transferencia es entre conjuntos de elementos de una única antena de arreglo en fase (por ejemplo, la primera antena 132 de arreglo en fase). En otras implementaciones, la transferencia es entre conjuntos de elementos de diferentes antenas de arreglo en fase (por ejemplo, la primera antena 132 de arreglo en fase y la segunda antena 134 de arreglo en fase). El controlador 108 de comunicación puede estar configurado para transmitir señales de control al transceptor 104, la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase, o ambos, para iniciar una operación de transferencia, tal como una operación de transferencia de haz.

Aunque el formador 142 de haces se ilustra cómo incluido en el controlador 108 de comunicación del vehículo 102 en la figura 1, en otras implementaciones el formador 142 de haces puede estar separado del vehículo 102. Por ejemplo, el formador 142 de haces puede estar incluido en el equipo de tierra y los pesos de formación de haces pueden ser transmitidos al vehículo 102. En una implementación particular, los pesos de formación de haces pueden ser transmitidos al vehículo 102 a través de una antena de puerta de acceso, como se describe con referencia a la figura 3.

El controlador 108 de comunicación puede estar configurado para provocar una transición de un primer conjunto de elementos a un segundo conjunto de elementos (por ejemplo, una transferencia de haz) para que se produzca en (o durante) un límite de paquete. Por ejemplo, la transición puede producirse durante un período de tiempo en entre un primer paquete de un enlace de comunicación y un segundo paquete del enlace de comunicación. Para ilustrar, la transición puede producirse en o cerca de un final del primer paquete y un comienzo del segundo paquete. En algunas implementaciones, la transición puede ser una transición de tipo "trabajo-reposo". Por ejemplo, el segundo conjunto de elementos puede generar un haz y establecer cobertura para una porción del área de cobertura de servicio antes de que el primer conjunto de elementos cese de generar el haz original. Para ilustrar, el segundo conjunto de elementos genera un segundo haz para proporcionar (o soportar) el enlace de comunicación para una porción particular de un área de cobertura de servicio antes de que el primer conjunto de elementos cese la generación de un primer haz que proporcionó el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. Adicional o alternativamente, el primer conjunto de elementos puede ajustar el primer haz para proporcionar un segundo enlace o enlaces de comunicación para otra porción del área de cobertura de servicio. En otras implementaciones, la transición desde el primer conjunto de elementos al segundo conjunto de elementos puede ser "reposo-trabajo" o puede producirse sustancialmente al mismo tiempo (por ejemplo, simultáneamente). En otras implementaciones, la transición (por ejemplo, una transferencia de haz) puede producirse en un límite de marco, durante un marco, durante un paquete, o una combinación de los mismos.

La antena 110 de enlace de alimentación puede ser acoplada al transceptor 104 y al controlador 108 de comunicación. La antena 110 de enlace de alimentación puede estar configurada para recibir señales (y datos) de otros dispositivos o componentes del sistema de comunicación inalámbrica. La antena 110 de enlace de alimentación puede ser fija (por ejemplo, unida de manera fija) o puede ser móvil (por ejemplo, montada en una suspensión cardán) con respecto al vehículo 102. La antena 110 de enlace de alimentación puede estar unida o montada en un exterior del vehículo 102. En algunas implementaciones, la antena 110 de enlace de alimentación puede estar unida o montada en una superficie inferior del vehículo 102, tal como un fuselaje. En otras implementaciones, la antena 110 de enlace de alimentación puede estar montada en una superficie superior del vehículo 102 o en un cono de morro del vehículo 102. Adicionalmente, el vehículo 102 puede incluir múltiples antenas de enlace de alimentación. Por ejemplo, la antena 110 de enlace de alimentación puede estar montada en una superficie inferior del vehículo 102 y una segunda antena de enlace de alimentación puede estar montada en una superficie superior del vehículo 102.

En algunas implementaciones, la antena 110 de enlace de alimentación puede recibir los datos de trayectoria de vuelo, los datos de cobertura de servicio, o ambos, desde el equipo de tierra. En una implementación particular, el vehículo 102 puede recibir los datos de trayectoria de vuelo, los datos de cobertura de servicio, o ambos, a través de la antena de puerta de acceso. Los datos de trayectoria de vuelo pueden indicar la trayectoria de vuelo del vehículo 102, y los datos de cobertura de servicio pueden indicar el área de cobertura de servicio e información relacionada con una pluralidad de celdas del área de cobertura de servicio, como se describe además con referencia a las figuras 4-6. En una implementación particular, los datos de cobertura de servicio pueden estar asociados con una trayectoria de vuelo indicada por los datos de trayectoria de vuelo. Cuando el formador 142 de haces está ubicado en el equipo de tierra, la antena 110 de enlace de alimentación puede recibir pesos de formación de haces desde el equipo de tierra a través de una antena de puerta de acceso. En algunas implementaciones, la antena 110 de enlace de alimentación puede recibir señales de control de vuelo para permitir que un operador (por ejemplo, un piloto) opere el vehículo 102 de manera remota.

El controlador 112 de vuelo puede estar configurado para operar el vehículo 102 con base en los datos de trayectoria de vuelo. Por ejemplo, el controlador 112 de vuelo puede controlar las alas (por ejemplo, alerones) del vehículo 102, como un ejemplo ilustrativo, no limitante. El controlador 112 de vuelo puede recibir los datos de trayectoria de vuelo a través de la antena 110 de enlace de alimentación o puede acceder a los datos de trayectoria de vuelo almacenados en la memoria 116. El controlador 112 de vuelo puede estar configurado para controlar o ajustar uno o más sistemas del vehículo 102 para operar el vehículo 102 de acuerdo con la trayectoria de vuelo indicada por los datos de trayectoria de vuelo. Por ejemplo, el controlador 112 de vuelo puede estar configurado para controlar o ajustar un sistema de propulsión, un sistema de aviónica, o ambos. En una implementación particular, el controlador 112 de vuelo puede estar configurado para operar automáticamente el vehículo 102 de acuerdo con la trayectoria de vuelo independiente del control o entrada humana. Adicional o alternativamente, el controlador 112 de vuelo puede operar el vehículo 102 con base en las señales de control de vuelo recibidas para permitir que el operador controle el vehículo 102.

La pluralidad de sensores 114 puede estar configurada para generar datos de sensor durante la operación del vehículo 102. La pluralidad de sensores 114 puede incluir múltiples tipos de sensores. Por ejemplo, los múltiples tipos de sensores pueden incluir un sensor de altitud, un sensor de velocidad de vuelo, un sensor de inclinación (por ejemplo, uno o más sensores para determinar balanceo, cabeceo, guiñada, rumbo, o una combinación de los mismos), un sensor de ubicación (por ejemplo, un sensor de sistema de posición global (GPS)), o una combinación de los mismos, como ejemplos ilustrativos, no limitantes. Los datos de sensor pueden ser almacenados en la memoria 116 y pueden ser proporcionados al controlador 112 de vuelo.

La memoria 116 puede incluir o corresponder a una memoria volátil, una memoria no volátil, o una combinación de las mismas. La memoria 116 puede estar configurada para almacenar datos. Por ejemplo, la memoria 116 puede almacenar los datos de trayectoria de vuelo y datos de cobertura de servicio. En otras implementaciones, la memoria 116 puede almacenar otros datos, tales como datos con base en o que incluyen los datos de sensor. Por ejemplo, un procesador (por ejemplo, un procesador del controlador 108 de comunicación o el controlador 112 de vuelo) del vehículo 102 puede procesar los datos de sensor para generar los otros datos. Los otros datos pueden incluir datos de altitud, datos de inclinación, datos de velocidad de vuelo, datos de rumbo, datos meteorológicos, o una combinación de los mismos.

El vehículo 102 incluye además una pluralidad de superficies exteriores que incluyen una superficie 122 superior (o porción) y una superficie inferior (o porción) 124, como se describe además con referencia a la figura 2. Adicionalmente, el vehículo 102 incluye una porción 118 delantera y una porción 120 trasera, como se describe además con referencia a la figura 2.

Durante la operación del vehículo 102, el vehículo 102 puede recibir los datos de trayectoria de vuelo y los datos de cobertura de servicio a través de la antena 110 de enlace de alimentación o puede acceder a los datos de trayectoria de vuelo desde la memoria 116. El controlador 112 de vuelo del vehículo 102 puede operar el vehículo 102 de acuerdo con la trayectoria de vuelo indicada por los datos de trayectoria de vuelo. La pluralidad de sensores 114 puede generar los datos de sensor durante la operación del vehículo 102.

El formador 142 de haces puede generar los pesos de formación de haces para la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase para permitir que la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase genere una pluralidad de haces. Por ejemplo, la primera antena 132 de arreglo en fase puede generar primeros haces múltiples, y la segunda antena 134 de arreglo en fase puede generar segundos haces múltiples con base en los pesos de formación de haces.

El transceptor 104 puede recibir y transmitir una pluralidad de señales a través de la pluralidad de haces. Por ejemplo, el transceptor 104 puede recibir una primera señal que corresponde a un enlace de comunicación particular (por ejemplo, desde un primer dispositivo de usuario) a través de un primer haz de los primeros haces múltiples. La primera señal puede ser recibida desde un primer dispositivo de usuario o una primera estación base ubicada dentro de una primera porción del área de cobertura de servicio. El transceptor 104 puede transmitir una segunda señal que corresponde al enlace de comunicación a través de un segundo haz de los segundos haces múltiples. Alternativamente, el segundo haz puede ser parte de los primeros haces múltiples. La segunda señal puede ser transmitida a un segundo dispositivo de usuario o una segunda estación base ubicada dentro de una segunda porción del área de cobertura de servicio. En este ejemplo, el vehículo 102 soporta un enlace de comunicación (que incluye la primera señal y la segunda señal) entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo. El enlace de comunicación puede permitir a los usuarios del primer dispositivo y del segundo dispositivo intercambiar datos de manera inalámbrica.

El formador 142 de haces puede ajustar o actualizar los pesos de formación de haces para cada haz de la pluralidad de haces para permitir que la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase ajuste cada haz para rastrear una porción correspondiente del área de cobertura de servicio. Ajustar (o actualizar) los pesos de formación de haces pueden incluir obtener datos de sensor actualizados de uno o más sensores de la pluralidad de sensores 114. Por ejemplo, el formador 142 de haces puede recibir u obtener una segunda altitud del vehículo 102, una segunda inclinación del vehículo 102, o una combinación de las mismas. El formador 142 de haces puede determinar segundos pesos de formación de haces (por ejemplo, pesos de formación de haces en un segundo tiempo) para proporcionar el primer haz a la primera porción del área de cobertura de servicio con base en la segunda altitud, la segunda inclinación, la ubicación de la primera porción del área de cobertura de servicio en relación con la aeronave, o una combinación de las mismas. El primer conjunto de elementos puede generar un primer haz ajustado con base en los segundos pesos de formación de haces. Para ilustrar, el primer conjunto de elementos puede ajustar o actualizar una fase, una amplitud, o ambas, de una señal emitida (por ejemplo, el haz). El primer haz puede tener una primera conformación que es diferente de una segunda conformación del primer haz ajustado. Por ejemplo, un primer patrón de radiación del primer haz puede ser diferente de un segundo patrón de radiación del primer haz ajustado. Adicional o alternativamente, un primer ángulo del primer haz puede ser diferente de un segundo ángulo del primer haz ajustado.

De este modo, un haz particular (por ejemplo, el primer haz) puede proporcionar cobertura y servicio continuos para la porción particular del área de cobertura de servicio durante un período de tiempo. Por ejemplo, el haz particular puede proporcionar servicio para (por ejemplo, soporte) uno o más enlaces de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. Como el vehículo 102 está operando de acuerdo con la trayectoria de vuelo, el vehículo 102 puede moverse a una ubicación donde el primer conjunto de elementos ya no puede proporcionar servicio al área de cobertura de servicio particular, o cuando se proporciona cobertura al área de cobertura de servicio particular, el primer conjunto de elementos puede generar interferencia o distorsión que pueden afectar a otros haces de los primeros múltiples haces. Por ejemplo, cuando la ubicación del vehículo 102 coloca el primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase en (o cerca) de su ángulo de escaneo máximo, el controlador 108 de comunicación puede iniciar un procedimiento de transferencia para transferir la porción particular del área de cobertura de servicio a otro conjunto de elementos. Por ejemplo, el controlador 108 de comunicación puede enviar una señal de control al transceptor 104, uno o más elementos de la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase, o una combinación de los mismos. La señal de control puede permitir la ejecución de una transferencia de haz.

Como una primera ilustración, la transferencia de haz puede ser entre conjuntos de elementos de la misma antena de arreglo en fase. Por ejemplo, cuando el primer conjunto de elementos y el segundo conjunto de elementos son parte de la primera antena 132 de arreglo en fase, el segundo conjunto de elementos puede hacerse cargo de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio del primer conjunto de elementos. Para ilustrar, el segundo conjunto de elementos puede generar o dirigir el segundo haz para proporcionar cobertura para la porción particular del área de cobertura de servicio. El segundo haz generado por el segundo conjunto de elementos puede permitir que el transceptor 104 reciba y transmita señales que corresponden a uno o más enlaces de comunicación, incluyendo el enlace de comunicación. El primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase puede cesar de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. Por ejemplo, el primer conjunto de elementos puede ajustar el primer haz a otra porción del área de cobertura de servicio o puede cesar de generar el primer haz. En una implementación particular, el primer conjunto de elementos cesa de proporcionar el enlace de comunicación después de que el segundo conjunto de elementos haya generado el segundo haz y establecido uno o más enlaces de comunicación para el área de cobertura de servicio particular.

Como una segunda ilustración, la transferencia de haz puede ser entre conjuntos de elementos de diferentes antenas de arreglo en fase. Por ejemplo, el primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase puede estar proporcionando el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio y un conjunto de elementos de la segunda antena 134 de arreglo en fase puede hacerse cargo de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. El conjunto de elementos de la segunda antena 134 de arreglo en fase puede generar un tercer haz para proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. El primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase puede cesar de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio.

En algunas implementaciones, el vehículo 102 puede recibir datos de trayectoria de vuelo o datos de cobertura de servicio actualizados durante la operación. El controlador 112 de vuelo puede comenzar a operar el vehículo 102 de acuerdo con los datos de trayectoria de vuelo actualizados, y el transceptor 104, el controlador 108 de comunicación, y el formador 142 de haces pueden comenzar a operar con base en los datos de cobertura de servicio actualizados.

En algunas implementaciones, el formador 142 de haces puede estar ubicado en el equipo de tierra. En tales implementaciones, el vehículo 102 puede transmitir los datos de sensor al equipo de tierra a través de la antena 110 de enlace de alimentación, y el formador 142 de haces puede generar los pesos de formación de haces con base en los datos de sensor recibidos. El vehículo 102 puede recibir los pesos de formación de haces a través de la antena 110 de enlace de alimentación. Los pesos de formación de haces pueden ser usados para ajustar o actualizar el patrón de radiación, el ángulo, o ambos, de cada haz de la pluralidad de haces.

En algunas implementaciones, el controlador 108 de comunicación está configurado además para hacer que un canal activo de la primera antena 132 de arreglo en fase plana transmita un mensaje a un dispositivo de usuario asociado con el canal activo que indica una próxima pérdida de conexión en respuesta a la determinación de que no hay ningún canal activo alternativo disponible en la segunda antena 134 de arreglo en fase plana. El mensaje puede permitir que el dispositivo de usuario haga transición a otro vehículo de HAP para mantener la conexión (por ejemplo, un enlace de comunicación).

Al unir de manera fija una pluralidad de antenas de arreglo en fase al vehículo 102, el vehículo 102 puede servir a un área de cobertura de servicio aumentada sin ajustar un ángulo de escaneo máximo y sin incluir un sistema mecánico de posicionamiento o rotación. De este modo, el vehículo 102 puede tener un peso y tamaño reducidos y puede tener rendimiento aumentado en comparación con los vehículos con un sistema mecánico de posicionamiento o rotación. Por ejemplo, el vehículo 102 puede operar por más tiempo, operar a altitudes más altas, o ambas.

La figura 2 es un diagrama 200 que ilustra una vista 202 superior, una vista 204 lateral, y una vista 206 frontal de un vehículo que incluye una antena 208 de enlace de alimentación y una pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase. El vehículo puede incluir o corresponder al vehículo 102 de la figura 1. La antena 208 de enlace de alimentación puede incluir o corresponder a la antena 110 de enlace de alimentación de la figura 1. En el diagrama 200, la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase está unida de manera fija al vehículo y la pluralidad de antenas de arreglo en fase son antenas de arreglo en fase planas. En tales implementaciones, la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase puede no estar unida de manera giratoria (por ejemplo, unida al vehículo a través de una suspensión cardán). La pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase de la figura 1. Cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase puede tener un vector normal correspondiente. Por ejemplo, cada antena de arreglo en fase puede tener una cara de antena plana que tiene un vector normal correspondiente (por ejemplo, vector que es perpendicular a un plano de la cara de antena). Adicionalmente, una o más de la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas pueden tener vectores normales mutuamente no paralelos. En un ejemplo particular, cada una de la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas puede tener vectores normales mutuamente no paralelos. En otro ejemplo particular, dos o más antenas de arreglo en fase planas pueden tener vectores normales paralelos o sustancialmente paralelos. Por ejemplo, si un tamaño de una antena de arreglo en fase plana necesaria para dar servicio a una porción del área de cobertura de servicio sería demasiado grande y no sería factible (por ejemplo, interferiría con la operación del vehículo, coste prohibitivo, etc.), pueden ser usadas dos antenas de arreglo en fase planas más pequeñas con vectores normales sustancialmente similares para dar servicio a la porción del área de cobertura de servicio.

La vista 202 superior del diagrama 200 ilustrado en la figura 2 ilustra una disposición particular de la antena 208 de enlace de alimentación, una primera antena 210 de arreglo en fase, una segunda antena 212 de arreglo en fase, una tercera antena 214 de arreglo en fase, una cuarta antena 216 de arreglo en fase, y una quinta antena 218 de arreglo en fase. La antena 208 de enlace de alimentación y la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase pueden estar ubicadas en la parte inferior del vehículo y se muestran en la vista 202 superior para claridad. En otras implementaciones, la antena 208 de enlace de alimentación y la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase podrían tener una disposición diferente. Adicionalmente, el vehículo puede incluir más o menos antenas de enlace de alimentación, antenas de arreglo en fase, o ambas. La primera antena 210 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena de arreglo en fase de proa. La primera antena 210 de arreglo en fase puede ser una antena de arreglo en fase plana y puede ser unida de manera fija a una primera porción (por ejemplo, una porción de proa) de un fuselaje 230 del vehículo.

La segunda antena 212 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena de arreglo en fase de nadir (inferior) y puede tener un aspecto circular. La segunda antena 212 de arreglo en fase puede ser una antena de arreglo en fase plana y puede estar unida de manera fija a una segunda porción (por ejemplo, una porción media) del fuselaje 230 del vehículo. La tercera antena 214 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena de arreglo en fase de popa (trasera). La tercera antena 214 de arreglo en fase puede ser una antena de arreglo en fase plana y puede estar unida de manera fija a una tercera porción (por ejemplo, una porción trasera) del fuselaje 230 del vehículo.

La cuarta antena 216 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena 216 de arreglo en fase derecha (por ejemplo, estribor). La cuarta antena 216 de arreglo en fase puede ser una antena de arreglo en fase plana y puede estar unida de manera fija a un ala 232 de estribor del vehículo. La quinta antena 218 de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena de arreglo en fase izquierda (por ejemplo, babor). La quinta antena 218 de arreglo en fase puede ser una antena de arreglo en fase plana y puede estar unida de manera fija a un ala 234 de babor del vehículo. Como se ilustra en la figura 2, la cuarta antena 216 de arreglo en fase y la quinta antena 218 de arreglo en fase están unidas de manera fija a una porción 250 de ala inferior de las alas 232, 234. Aunque la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase se ilustra cómo antenas de arreglo en fase planas en la figura 2, en otras implementaciones una o más de la pluralidad de antenas 210-218 de arreglo en fase pueden incluir o corresponder a antenas de arreglo en fase conformadas. En tales implementaciones, las antenas de arreglo en fase conformadas pueden incluir múltiples vectores normales, y cada antena de arreglo en fase conformada puede incluir al menos un vector normal que no es paralelo a al menos un vector normal de una de las otras antenas de arreglo en fase.

La vista 204 lateral ilustrada en la figura 2 representa la antena 208 de enlace de alimentación, la primera antena 210 de arreglo en fase, la segunda antena 212 de arreglo en fase, la tercera antena 214 de arreglo en fase, y vectores normales correspondientes de la primera, segunda, y tercera antenas 210-214 de arreglo en fase. Para ilustrar, la primera antena 210 de arreglo en fase tiene un primer vector 220 normal orientado en una dirección de proa, la segunda antena 212 de arreglo en fase tiene un segundo vector 222 normal orientado en una dirección hacia abajo, y la tercera antena 214 de arreglo en fase tiene un tercer vector 224 normal orientado en dirección de popa. La vista 204 lateral ilustra una porción 240 de proa (por ejemplo, delantera o primera), una porción 242 media (o segunda), una porción 244 de popa (por ejemplo, trasera o tercera), una porción superior (o superficie) 246, y una porción inferior (o superficie) 248 del vehículo.

La vista 206 frontal ilustrada en la figura 2 representa la cuarta antena 216 de arreglo en fase, la quinta antena 218 de arreglo en fase, y vectores normales correspondientes de la cuarta y quinta antenas 216, 218 de arreglo en fase. Para ilustrar, la cuarta antena 216 de arreglo en fase tiene un cuarto vector 226 normal orientado en una dirección 252 de estribor y la quinta antena 218 de arreglo en fase tiene un quinto vector 228 normal orientado en una dirección 254 de babor. Aunque la figura 2 ilustra una aeronave, en otras implementaciones pueden ser usados otros vehículos capaces de operar desde una HAP. En una implementación particular, el vehículo puede ser un zepelín (por ejemplo, un dirigible).

La vista 206 frontal incluye un ejemplo ilustrativo de una antena 262 de arreglo en fase conformada acoplada a la porción 248 inferior del fuselaje 230. Aunque la antena 262 de arreglo en fase conformada se ilustra cómo la una de las antenas 210-214 de arreglo en fase, en otras implementaciones la cuarta antena 216 de arreglo en fase, la quinta antena 218 de arreglo en fase, o ambas pueden ser antenas de arreglo en fase conformadas. Como se ilustra en la figura 2, la antena 262 de arreglo en fase conformada tiene múltiples vectores normales (por ejemplo, no paralelos) diferentes, tales como un sexto vector 264 normal y un séptimo vector 266 normal. Adicionalmente, la vista 206 frontal también ilustra un primer ángulo 256 de escaneo máximo de la cuarta antena 216 de arreglo en fase (o en fase derecha) y un segundo ángulo 258 de escaneo máximo de la quinta antena 218 de arreglo en fase (o en fase izquierda). Como se ilustra en la figura 2, los ángulos 256, 258 de escaneo máximos son ángulos de escaneo máximos azimutales definidos por un ángulo de un vector normal (por ejemplo, el cuarto vector 226 normal y el quinto vector 228 normal). Los ángulos 256, 258 de escaneo máximos pueden ser diferentes. Por ejemplo, el primer ángulo 256 de escaneo máximo puede ser mayor que el segundo ángulo 258 de escaneo máximo para tener en cuenta un ángulo de inclinación del vehículo cuando opera el vehículo.

Las antenas de arreglo en fase del vehículo pueden tener diferentes relaciones de aspecto. Como ejemplo ilustrativo, no limitante, una primera relación 272 de aspecto de una antena de arreglo en fase particular (por ejemplo, la primera antena 210 de arreglo en fase, la segunda antena 212 de arreglo en fase, la tercera antena 214 de arreglo en fase, o una combinación de las mismas) puede ser diferente de una segunda relación 274 de aspecto de otras antenas de arreglo en fase (por ejemplo, la cuarta antena 216 de arreglo en fase, la quinta antena 218 de arreglo en fase, o ambas).

Al unir de manera fija una pluralidad de antenas de arreglo en fase de tal manera que los vectores normales de al menos dos de la pluralidad de antenas de arreglo en fase no sean paralelos, la pluralidad de antenas de arreglo en fase puede dar servicio a un área de cobertura más grande con menos distorsión y sin el peso y mantenimiento de un sistema mecánico (por ejemplo, una suspensión cardán) para girar e inclinar la pluralidad de antenas de arreglo en fase.

La figura 3 ilustra un diagrama de un ejemplo de un sistema 300 de comunicación inalámbrica que incluye un vehículo 302 que opera como una HAP. El vehículo 302 puede incluir o corresponder al vehículo 102 de la figura 1, el vehículo de la figura 2, o ambos. El sistema 300 de comunicación inalámbrica puede incluir el vehículo 302, un satélite 304, una pluralidad de estaciones 312-318 base, una pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario, y una antena 306 de puerta de acceso.

El vehículo 302 puede operar de acuerdo con una trayectoria 342 de vuelo. La trayectoria 342 de vuelo puede incluir o corresponder a un patrón. Por ejemplo, la trayectoria 342 de vuelo puede incluir un bucle, un círculo, una elipse, una figura de ocho, o una combinación de los mismos. La trayectoria 342 de vuelo puede ser indicada mediante datos de trayectoria de vuelo que pueden ser recibidos desde la antena 306 de puerta de acceso o almacenados en una memoria del vehículo 302. El satélite 304 puede estar configurado para comunicarse con el vehículo 302, la pluralidad de estaciones 312-318 base, la pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario, y la antena 306 de puerta de acceso, o una combinación de los mismos.

La pluralidad de estaciones 312-318 base puede estar configurada para comunicarse con el vehículo 302, el satélite 304, la pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario, la antena 306 de puerta de acceso, o una combinación de los mismos. La pluralidad de estaciones 312-318 base puede formar o estar incluida en una red celular terrestre del sistema 300 de comunicación inalámbrica. La pluralidad de estaciones 312-318 base puede estar configurada para recibir y transmitir señales que corresponden a enlaces de comunicación. La pluralidad de estaciones 312-318 base puede estar configurada para recibir señales de un dispositivo de usuario y transmitir señales a otro dispositivo de usuario. Adicionalmente, la pluralidad de estaciones 312-318 base puede estar configurada para recibir señales de un dispositivo de usuario, otra estación base, el vehículo 302, o una combinación de los mismos, y para transmitir señales a otro dispositivo de usuario, otra estación base, el vehículo 302, o una combinación de los mismos.

La pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario incluye un primer dispositivo 322 de usuario, un segundo dispositivo 324 de usuario, un tercer dispositivo 326 de usuario, y un cuarto dispositivo 328 de usuario. La pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario puede estar configurada para comunicarse con otros dispositivos de usuario a través de uno o más componentes del sistema 300 de comunicación inalámbrica.

En el ejemplo particular ilustrado en la figura 3, una primera estación 312 base puede estar asociada con (por ejemplo, enlaces de comunicación de soporte para) el primer dispositivo 322 de usuario. Una segunda estación 314 base puede estar asociada con el segundo dispositivo 324 de usuario. Una tercera estación 316 base puede estar asociada con el tercer dispositivo 326 de usuario. Una cuarta estación 318 base puede estar asociada con el cuarto dispositivo 328 de usuario.

La antena 306 de puerta de acceso puede estar configurada para comunicarse con una antena de enlace de alimentación del vehículo 302, tal como la antena 110 de enlace de alimentación de la figura 1 o 208 de la figura 2. La antena 306 de puerta de acceso puede incluir equipo de puerta de acceso, tal como equipo de eNodeb, equipo de red central, un formador de haces (por ejemplo, el formador 142 de haces de la figura 1), o una combinación de los mismos. El equipo de puerta de acceso puede estar acoplado a, y puede comunicarse con, el Internet, una red celular terrestre (por ejemplo, la pluralidad de estaciones 312-318 base), satélites (por ejemplo, el satélite 304), o una combinación de los mismos.

Durante la operación del sistema 300 de comunicación inalámbrica, el primer dispositivo 322 de usuario puede establecer el primer enlace 332 de comunicación con el segundo dispositivo 324 de usuario a través del satélite 304. El primer dispositivo 322 de usuario y el segundo dispositivo 324 de usuario pueden ser capaces de transmitir y recibir señales a través del satélite 304 para permitir comunicaciones inalámbricas entre el primer dispositivo 322 de usuario y el segundo dispositivo 324 de usuario.

La antena 306 de puerta de acceso puede establecer un segundo enlace 334 de comunicación con el vehículo 302 para transmitir o recibir datos. Por ejemplo, la antena 306 de puerta de acceso puede transmitir los datos de trayectoria de vuelo o los datos de cobertura de servicio a la antena de enlace de alimentación del vehículo 302. El vehículo 302 puede recibir los datos de trayectoria de vuelo de la antena 306 de puerta de acceso y puede comenzar a operar de acuerdo con la trayectoria 342 de vuelo indicada por los datos de trayectoria de vuelo. En algunas implementaciones, el vehículo 302 puede transmitir datos, tales como datos de sensor, a la antena 306 de puerta de acceso y la antena 306 de puerta de acceso puede transmitir pesos de formación de haces al vehículo 302 a través del segundo enlace 334 de comunicación.

El vehículo 302 puede estar configurado para soportar enlaces de comunicación para cada dispositivo de la pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario. Por ejemplo, el vehículo 302 puede soportar (o proporcionar) un tercer enlace 336 de comunicación al tercer dispositivo 326 de usuario y al cuarto dispositivo 328 de usuario. El vehículo 302 puede recibir una primera señal del tercer dispositivo 326 de usuario y puede transmitir una segunda señal al cuarto dispositivo 328 de usuario. El vehículo 302 puede transmitir y recibir las señales usando la pluralidad de antenas de arreglo en fase. En un ejemplo particular, el vehículo 302 puede recibir la primera señal a través de una primera antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase y puede transmitir la segunda señal a través de la primera antena de arreglo en fase. En otro ejemplo particular, el vehículo 302 puede recibir la primera señal a través de la primera antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase y puede transmitir la segunda señal a través de una segunda antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase. Adicional o alternativamente, el vehículo 302 puede recibir señales que corresponden al tercer enlace 336 de comunicación desde el cuarto dispositivo 328 de usuario y puede transmitir señales que corresponden al tercer enlace 336 de comunicación al tercer dispositivo 326 de usuario.

Como otro ejemplo, el vehículo 302 puede soportar un cuarto enlace 338 de comunicación al tercer dispositivo 326 de usuario y al cuarto dispositivo 328 de usuario. El cuarto dispositivo 328 de usuario puede transmitir una tercera señal a la cuarta estación 318 base. La cuarta estación 318 base puede retransmitir la tercera señal al vehículo 302. Por ejemplo, la cuarta estación 318 base puede generar una cuarta señal con base en la tercera señal y puede transmitir la cuarta señal al vehículo 302. El vehículo 302 puede recibir la cuarta señal a través de la pluralidad de antenas de arreglo en fase y puede enviar una quinta señal al tercer dispositivo 326 de usuario. Adicional o alternativamente, el vehículo 302 puede recibir señales que corresponden al cuarto enlace 338 de comunicación desde el tercer dispositivo 326 de usuario y puede transmitir señales que corresponden al cuarto enlace 338 de comunicación al cuarto dispositivo 328 de usuario a través de la cuarta estación 318 base.

Las señales del tercer enlace 336 de comunicación y las señales del cuarto enlace 338 de comunicación pueden ser transmitidas a una potencia menor o con una ganancia menor que las señales del primer enlace 332 de comunicación, dado que las señales del primer enlace 332 de comunicación tienen que recorrer más lejos y pasar a través de múltiples capas (por ejemplo, la capa de ozono) de la atmósfera de la Tierra. Adicionalmente, el vehículo 302 puede dar servicio a un área de servicio más grande que una estación base particular. Por ejemplo, el vehículo 302 puede transmitir y recibir señales de múltiples dispositivos de usuario de la pluralidad de dispositivos 322-328 de usuario.

Al operar un vehículo como una HAP, el sistema de comunicación inalámbrica puede proporcionar (o soportar) enlaces de comunicación que usan menos potencia que los enlaces de comunicación que se proporcionan a través de satélites. Adicionalmente, los vehículos que operan como una HAP pueden ofrecer mejor línea de sitio que equipo terrestre, tales como estaciones base, y pueden proporcionar mejor cobertura o servicio a un área más grande para enlaces de comunicación que el equipo terrestre. Adicionalmente, los vehículos que operan como una HAP pueden proporcionar servicio de comunicación inalámbrica a áreas remotas (por ejemplo, áreas sin infraestructura basada en tierra), a áreas con topografía donde la infraestructura basada en tierra no es comercialmente factible, y/o a áreas donde la infraestructura se daña, tal como debido al clima.

La figura 4 es un diagrama que ilustra un ejemplo 400 de un mapa 402 de haces producido por una configuración particular de una pluralidad de antenas de arreglo en fase. El mapa 402 de haces puede corresponder a haces producidos por la pluralidad de antenas de las figuras 1 y 2 incluidas en un vehículo que opera como una HAP. En una implementación particular, el vehículo es una aeronave que opera entre 17 y 22 km sobre la Tierra. Por ejemplo, el vehículo puede incluir o corresponder al vehículo 102 de la figura 1, el vehículo de la figura 2, el vehículo 302 de la figura 3, o una combinación de los mismos. El mapa 402 de haces puede estar asociado con un área de cobertura de servicio y puede producir un patrón de cobertura de tierra para proporcionar enlaces de comunicación al área de cobertura de servicio.

En el ejemplo 400 ilustrado en la figura 4, el mapa 402 de haces incluye cinco secciones y tiene un área de cobertura de servicio de 100 km en diámetro. Cada sección incluye múltiples haces para dar servicio a una pluralidad de celdas y los múltiples haces corresponden a una antena de arreglo en fase particular. Por ejemplo, pueden ser producidos primeros haces 412 múltiples mediante una antena de arreglo en fase de nadir y pueden ser producidos segundos haces 414 múltiples mediante una antena de arreglo en fase derecha. En algunas implementaciones, cada celda puede tener un tamaño similar. Por ejemplo, cada celda en una sección particular puede tener un tamaño similar. Para ilustrar, cada celda en una sección que corresponde a una antena de arreglo en fase de estribor (por ejemplo, una sección de antena de estribor) puede tener una dimensión de 3.5 km por 7 km. En otras implementaciones, cada celda en una sección particular o celdas de diferentes secciones pueden tener diferentes tamaños. Por ejemplo, una celda en una sección de antena de babor ubicada cerca de una sección de antena de nadir puede ser más pequeña que una celda en la sección de antena de babor ubicada cerca del borde exterior de la sección de antena de babor. Como otro ejemplo, una celda de la sección de antena de nadir puede ser más pequeña que las celdas de una o más de otras secciones. Para ilustrar, las celdas de la sección de antena de nadir pueden ser de 1.7 km por 3.5 km y las celdas de las otras secciones pueden ser de 3.5 km por 7 km.

Adicional o alternativamente, la pluralidad de celdas puede tener conformaciones similares. Por ejemplo, cada celda en una sección particular puede tener una conformación similar. Como otro ejemplo cada celda de múltiples secciones puede tener una conformación similar. Las conformaciones pueden incluir o corresponder a conformaciones hexagonales, conformaciones rómbicas, conformaciones octagonales, o una combinación de las mismas, como ejemplos ilustrativos, no limitantes.

Cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase puede tener un ángulo de escaneo operativo en coordenadas de azimut y elevación. En el ejemplo 400 ilustrado en la figura 4, una antena de arreglo en fase de proa, una antena de arreglo en fase de nadir, y una antena de arreglo en fase de popa cada una tiene un ángulo de escaneo de azimut operativo de más o menos 35 grados. La antena de arreglo en fase de nadir puede tener un aspecto circular para proporcionar un patrón de cobertura de tierra sustancialmente circular. Una antena de arreglo en fase izquierda y la antena de arreglo en fase derecha cada una tiene un ángulo de escaneo de elevación operativo de más o menos 55 grados. En otras implementaciones, las antenas de arreglo en fase pueden tener diferentes ángulos de escaneo operativos. Los ángulos de escaneo operativos pueden estar basados en ángulos de escaneo máximos de la pluralidad de antenas de arreglo en fase.

Cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase puede tener un ángulo de escaneo máximo en un primer plano y un segundo plano de un sistema de coordenadas (con la antena de arreglo en fase orientada en un tercer plano del sistema de coordenadas). Después de que la pluralidad de antenas de arreglo en fase es unida a un vehículo, estos ángulos de escaneo máximos en el primer plano y el segundo plano se trasladan a un ángulo de escaneo de azimut máximo y un ángulo de escaneo de elevación máxima. En el ejemplo 400 ilustrado en la figura 4, la antena de arreglo en fase de proa, la antena de arreglo en fase de nadir, y la antena de arreglo en fase de popa cada una puede tener un ángulo de escaneo de azimut máximo mayor que o igual a más o menos 35 grados. La antena de arreglo en fase izquierda y la antena de arreglo en fase derecha cada una puede tener un ángulo de escaneo de elevación máxima mayor que o igual a más o menos 55 grados. En otras implementaciones, las antenas de arreglo en fase pueden tener diferentes ángulos de escaneo máximos.

La pluralidad de antenas puede estar dispuesta de tal manera que una primera área de cobertura de tierra potencial asociada con una primera antena de arreglo en fase se superponga parcialmente con una segunda área de cobertura de tierra potencial asociada con una segunda antena de arreglo en fase. Para ilustrar, la antena de arreglo en fase de nadir puede dar servicio a una primera porción del área de cobertura de servicio (usando los primeros haces 412 múltiples) y la antena de arreglo en fase derecha puede dar servicio a una segunda porción del área de cobertura de servicio (usando los segundos haces 414 múltiples). La antena de arreglo en fase derecha puede ser capaz de soportar enlaces de comunicación para una porción 416 de la primera porción del área de cobertura de servicio que es servida por los primeros haces 412 múltiples de la antena de arreglo en fase de nadir. Al tener áreas de cobertura superpuestas (por ejemplo, la porción 416), pueden ser realizadas operaciones de transferencia de haz antes de alcanzar el ángulo de escaneo máximo.

Cada celda de la pluralidad de celdas puede tener una frecuencia asociada (o rango de frecuencia). La pluralidad de celdas puede reutilizar una frecuencia (o unos rangos de frecuencia). Por ejemplo, una frecuencia (o rango de frecuencia) asociada con una celda particular de una sección particular puede ser diferente de otras celdas de la sección particular. En una implementación particular, la celda particular puede tener una frecuencia diferente (o rango de frecuencia) que las frecuencias (o rangos de frecuencias) de celdas circundantes para permitir la reutilización de frecuencia, como se describe con referencia a la figura 5.

La figura 5 ilustra un ejemplo 500 de reutilización de frecuencia para celdas servidas por una antena de arreglo en fase. La antena de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena de arreglo en fase de la pluralidad de antena 106 de arreglo en fase de la figura 1, las antenas 210-218 de arreglo en fase de la figura 2, las antenas de arreglo en fase de la figura 4, o una combinación de los mismas.

La reutilización de frecuencia se produce cuando un rango de frecuencias (por ejemplo, una banda de frecuencia) asignadas a un sistema de comunicación inalámbrica o una HAP son reutilizadas en unas celdas de un área de cobertura de servicio en patrones. La banda de frecuencia puede incluir una pluralidad de canales. Un canal (por ejemplo, un subconjunto de frecuencias del rango de frecuencias) puede ser asignado dinámicamente a cada uno de los haces de acuerdo con un patrón de reutilización de frecuencia, tal como 3 colores, 4 colores, 7 colores, 20 colores, etc.

En el ejemplo 500 ilustrado en la figura 5, un diagrama 502 ilustra un patrón de reutilización de frecuencia de 7 colores para 7 celdas, tal como un patrón de grupo. Aunque las celdas se ilustran como hexagonales, pueden ser usadas otras conformaciones, como se describe con referencia a la figura 4. Adicionalmente, cada celda puede tener un tamaño o conformación diferente dependiendo de una topografía de una ubicación asociada con la celda u otras características de servicio, tal como densidad de población. Un diagrama 504 ilustra una banda de frecuencia dividida en 7 segmentos o canales iguales. Para ilustrar, para una banda de frecuencia de 700 megahercios (MHz), un primer canal puede corresponder a unos primeros 100 MHz de frecuencias de la banda de frecuencia, un segundo canal puede corresponder a unos segundos 100 MHz de frecuencias de la banda de frecuencia, etc. Aunque cada canal se ilustra en la figura 5 por tener el mismo ancho o ancho de banda, en otras implementaciones los canales pueden tener anchos o anchos de banda variables. Un diagrama 506 ilustra el patrón de reutilización de frecuencia del diagrama 502 replicado para una pluralidad de celdas (por ejemplo, una porción de un área de cobertura de servicio). El diagrama 506 representa cuatro grupos 512-518 cada uno teniendo el patrón de reutilización de frecuencia de 7 colores del diagrama 502. En el diagrama 506, las primeras celdas múltiples primeras celdas pueden ser servidas por un primer conjunto de haces 522 que tiene una primera frecuencia 532 (o un primer rango de frecuencias), y segundas celdas múltiples pueden ser servidas por un segundo conjunto de haces 524 que tiene una segunda frecuencia 534 (o un segundo rango de frecuencias). El primer conjunto de haces 522 y el segundo conjunto de haces 524 pueden ser generados por la misma antena de arreglo en fase o diferentes antenas de arreglo en fase.

Al asignar canales a los haces de acuerdo con un patrón de reutilización de frecuencia, la interferencia entre enlaces de comunicación puede ser reducida en comparación con sistemas que no usan un patrón de reutilización de frecuencia. Adicionalmente, una distancia de reutilización entre canales es aumentada dando como resultado generar supresión de lóbulos laterales (reduciendo fuga de señal) que es lo bastante suficiente para mantener la interferencia de cocanal por debajo de un nivel de umbral (por ejemplo, un nivel aceptable a o imperceptible para los usuarios)

La figura 6 un diagrama que ilustra un ejemplo 600 de cobertura de haz y conformación de haz para una pluralidad de haces generados por una pluralidad de antenas de arreglo en fase de un vehículo. Por ejemplo, el vehículo puede incluir o corresponder al vehículo 102 de la figura 1, el vehículo de la figura 2, el vehículo 302 de la figura 3, o una combinación de los mismos. La antena de arreglo en fase puede incluir o corresponder a una antena de arreglo en fase de la pluralidad de antena 106 de arreglo en fase de la figura 1, las antenas 210-218 de arreglo en fase de la figura 2, las antenas de arreglo en fase de la figura 4, o una combinación de las mismas.

En el ejemplo 600 ilustrado en la figura 6, un diagrama 602 de patrón de cobertura ilustra la cobertura de tierra (por ejemplo, un área 602 de cobertura de servicio) para una pluralidad de antenas de arreglo en fase de un vehículo que opera como una HAP. Un diagrama 604 de mapa de haces ilustra esas conformaciones de haces correspondientes usadas para generar la cobertura de tierra del diagrama 602 de patrón de cobertura. Como se ilustra en la figura 6, los tamaños de celda del diagrama 602 de patrón de cobertura pueden ser sustancialmente uniformes. Por ejemplo, los tamaños de celda dentro del anillo negro son sustancialmente del mismo tamaño entre sí y los tamaños de celda fuera del anillo negro son sustancialmente del mismo tamaño entre sí. Para ilustrar, los haces ubicados cerca del exterior del diagrama 604 de mapa de haces son más pequeños que los haces ubicados cerca del centro del diagrama 604 de mapa de haces de tal manera que cuando los haces son proyectados en la tierra, los tamaños de celda pueden ser sustancialmente uniformes.

Durante la operación, el vehículo puede operar de acuerdo con una trayectoria de vuelo de tal manera que el vehículo puede estar operando sustancialmente cerca de un centro del área de cobertura de servicio en todo momento durante la trayectoria de vuelo. En algunas implementaciones, el vehículo puede operar de acuerdo con una trayectoria de vuelo circular con un diámetro de 1 a 2 km en una ubicación o dentro de un área. La trayectoria de vuelo también puede indicar una altitud del vehículo. Para ilustrar, el vehículo puede recorrer a lo largo de la trayectoria de vuelo circular a una altitud de 22 km, y el centro de la trayectoria de vuelo puede estar ubicado en o cerca del centro del área de cobertura de servicio. Adicionalmente, la trayectoria de vuelo puede indicar un rango o una tolerancia para el diámetro, la ubicación, la altitud, o una combinación de los mismos, de la trayectoria de vuelo. En otras implementaciones, el vehículo puede operar de acuerdo con una trayectoria de vuelo elíptica o una trayectoria de vuelo lemniscata (por ejemplo, una figura de ocho). Por ejemplo, las restricciones de vuelo o restricciones de espacio aéreo pueden restringir que el vehículo opere sobre una porción del área de cobertura de servicio. El vehículo puede ser parte de un sistema de comunicaciones inalámbricas y puede soportar enlaces de comunicación para el área de cobertura de servicio, como se describe con referencia a la figura 3.

Como ejemplo ilustrativo, no limitante, una primera antena de arreglo en fase del vehículo puede proporcionar servicio a una primera porción 612 (definida por el círculo) del área de cobertura de servicio y una segunda antena de arreglo en fase puede proporcionar servicio a una segunda porción 614 (definida por líneas discontinuas) del área de cobertura de servicio. La primera porción 612 del área de cobertura de servicio puede superponerse parcialmente a la segunda porción 614 para permitir más tiempo para las operaciones de transferencia de haz.

La figura 7 ilustra un ejemplo particular de un método 700 de método de comunicación a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase a bordo de un vehículo. El método 700 puede ser realizado por el sistema 100 de la figura 1, el vehículo 102 de la figura 1, el vehículo 302 de la figura 3, o una combinación de los mismos. El método 700 puede incluir o corresponder a un método para comunicarse a través de un sistema de antenas de arreglo en fase.

El método 700 incluye, en 702, recibir, a través de una primera antena de arreglo en fase plana unida de manera fija a una aeronave, una primera señal que corresponde a un enlace de comunicación. Por ejemplo, la primera antena de arreglo en fase plana puede incluir o corresponder a la primera antena de arreglo en fase de 132 de la figura 1, la segunda antena de arreglo en fase de 134 de la figura 1, o una antena de arreglo en fase de las antenas 210-218 de arreglo en fase de la figura 2. La aeronave puede incluir o corresponder al vehículo 102 de la figura 1. Para ilustrar, con referencia a la figura 3, el vehículo 302 puede recibir una primera señal del tercer dispositivo 326 de usuario que corresponde al tercer enlace 336 de comunicación entre el tercer dispositivo 326 de usuario y el cuarto dispositivo 328 de usuario. En algunas implementaciones, los datos incluyen datos de sensor de una pluralidad de sensores a bordo del vehículo, tales como la pluralidad de sensores 114 de la figura 1.

El método 700 incluye, en 704, transmitir, a través de una segunda antena de arreglo en fase plana unida de manera fija a la aeronave, una segunda señal que corresponde al enlace de comunicación. Un primer vector normal de la primera antena de arreglo en fase plana puede no ser paralelo a un segundo vector normal de la segunda antena de arreglo en fase plana. Por ejemplo, la segunda antena de arreglo en fase plana puede incluir o corresponder a la primera antena de arreglo en fase de 132 de la figura 1, la segunda antena de arreglo en fase de 134 de la figura 1, o una antena de arreglo en fase de las antenas 210-218 de arreglo en fase de la figura 2. Para ilustrar, con referencia a la figura 3, el vehículo 302 puede transmitir una segunda señal al cuarto dispositivo 328 de usuario que corresponde al tercer enlace 336 de comunicación.

En algunas implementaciones, la primera señal que corresponde al enlace de comunicación puede ser recibida desde un primer dispositivo de usuario o una primera estación de tierra. La segunda señal que corresponde al enlace de comunicación puede ser transmitida a un segundo dispositivo de usuario o una segunda estación de tierra. Por ejemplo, la primera señal y la segunda señal pueden incluir o corresponder a las señales del tercer enlace 336 de comunicación de la figura 3, el cuarto enlace 338 de comunicación de la figura 3, o ambos. Cada una de la primera estación de tierra y la segunda estación de tierra puede incluir o corresponder a una estación base de la pluralidad de estaciones 312-318 base de la figura 3.

El método 700 puede permitir que un vehículo que opera como una HAP transmita y reciba señales que corresponden a enlaces de comunicación de un sistema de comunicación inalámbrica. El método 700 puede consumir menos potencia y puede operar en frecuencias compatibles por dispositivo celular en comparación con los satélites y otros vehículos de HAP que operan por encima de la capa de ozono. El método 700 puede proporcionar de manera más rápida y eficiente ancho de banda aumentado a áreas que esperan una afluencia en densidad de población (por ejemplo, un concierto o un evento) y en comparación con la construcción de infraestructura basada en tierra. El método 700 puede proporcionar servicio de comunicación inalámbrica a áreas remotas (por ejemplo, áreas sin infraestructura basada en tierra), a áreas con topografía donde la infraestructura basada en tierra no es comercialmente factible, y/o a áreas donde la infraestructura se daña, tal como debido al clima.

Las figuras 8-10 ilustran una o más operaciones adicionales que pueden ser realizadas además de las operaciones del método 700 de la figura 7. Las operaciones de los métodos 800, 900, 950, 1000, y 1050 pueden ser realizadas por el sistema 100 de la figura 1, el vehículo 102 de la figura 1, el vehículo 302 de la figura 3, o una combinación de los mismos. Con referencia a la figura 8, el método 800 puede incluir o corresponder a un método de ejemplo para generar y ajustar haces cuando se comunica a través de un sistema de antenas de arreglo en fase.

El método 800 puede incluir una o más de las operaciones 802-808. Como se ilustra en la figura 8, el método 800 incluye, en 802, generar un primer haz, mediante un primer conjunto de elementos de la primera antena de arreglo en fase plana, con base en una altitud de la aeronave, una inclinación de la aeronave, una primera porción de un área de cobertura de servicio, una trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas. La primera señal puede ser recibida a través del primer haz. El método 800 incluye, en 804, generar un segundo haz, mediante un segundo conjunto de elementos de la segunda antena de arreglo en fase plana, con base en la altitud, la inclinación, una segunda porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas. La segunda señal puede ser transmitida a través del segundo haz. Para ilustrar, el primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase puede generar el primer haz y el conjunto de elementos de la segunda antena 134 de arreglo en fase puede generar el segundo haz con base en los datos de sensor, los datos de trayectoria de vuelo, y los datos de cobertura de servicio, como se describe con referencia a la figura 1.

El método 800 incluye, en 806, ajustar una conformación del primer haz con base en la altitud, la inclinación, la primera porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas. El método 800 incluye, en 808, ajustar una conformación del segundo haz con base en la altitud, la inclinación, la segunda porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas. Por ejemplo, el formador 142 de haces puede ajustar una fase, una amplitud, o ambas, de las señales generadas del primer conjunto de elementos y el segundo conjunto de elementos para ajustar la conformación del primer haz y el segundo haz, como se describe con referencia a la figura 1.

La figura 9 ilustra el método 900 y el método 950. El método 900 puede incluir o corresponder a otro método de ejemplo para ajustar haces cuando se comunica a través de un sistema de antenas de arreglo en fase. El método 950 puede incluir o corresponder a un método de ejemplo para recibir (o actualizar) datos de trayectoria de vuelo y/o datos de cobertura de servicio cuando se comunica a través de un sistema de antenas de arreglo en fase.

El método 900 puede incluir una o más de las operaciones 902-906 y puede corresponder a un ejemplo particular de ajuste de la conformación del primer haz como se describe con referencia a la operación 806 de la figura 8. En el método 900 ilustrado en la figura 9, el primer haz es generado con base en los primeros pesos de formación de haces y proporciona el enlace de comunicación a la primera porción del área de cobertura de servicio. En una implementación particular, los primeros pesos de formación de haces son determinados con base en una primera altitud de la aeronave, una primera inclinación de la aeronave, una ubicación de la primera porción del área de cobertura de servicio en relación con la aeronave, o una combinación de las mismas.

El método 900 incluye, en 902, recibir, desde uno o más sensores de la aeronave, una segunda altitud de la aeronave, una segunda inclinación de la aeronave, o una combinación de las mismas. El método 900 también incluye, en 904, determinar los segundos pesos de formación de haces para proporcionar el primer haz a la primera porción del área de cobertura de servicio con base en la segunda altitud, la segunda inclinación, la ubicación de la primera porción del área de cobertura de servicio en relación con la aeronave, o una combinación de las mismas. El método 900 incluye, además, en 906, generar un primer haz ajustado con base en los segundos pesos de formación de haces. El primer haz puede tener una primera conformación que es diferente de una segunda conformación del primer haz ajustado.

Con referencia al método 950, el método 950 incluye, en 952, recibir datos de trayectoria de vuelo a través de un enlace ascendente de comunicación. Por ejemplo, el vehículo 302 puede recibir los datos de trayectoria de vuelo, los datos de cobertura de servicio, o ambos desde la antena 306 de puerta de acceso a través de la antena de enlace de alimentación. El método 950 incluye, en 954, operar la aeronave con base en los datos de trayectoria de vuelo. Por ejemplo, el vehículo 302 puede ser operado de acuerdo con la trayectoria 342 de vuelo con base en los datos de trayectoria de vuelo. El método 950 incluye, en 956, recibir datos de cobertura de servicio asociados con la trayectoria de vuelo a través del enlace ascendente de comunicación, tal como la antena 110 de enlace de alimentación de la figura 1 o la antena 208 de enlace de alimentación de la figura 2.

La figura 10 ilustra el método 1000 y el método 1050. El método 1000 puede incluir o corresponder a un método de ejemplo para realizar una transferencia (por ejemplo, una transferencia intraantena) cuando se comunica a través de un sistema de antenas de arreglo en fase. El método 1050 puede incluir o corresponder a otro método de ejemplo para realizar una transferencia (por ejemplo, una transferencia interantena) cuando se comunica a través de un sistema de antenas de arreglo en fase.

El método 1000 puede incluir una o más de las operaciones 1002-1006 y puede corresponder a una transferencia suave (por ejemplo, una transferencia de trabajo-reposo) o una transferencia dura (por ejemplo, una transferencia de trabajo-reposo). En el método 1000 ilustrado en la figura 10, un primer conjunto de elementos de la primera antena de arreglo en fase plana proporciona el enlace de comunicación para una porción particular de un área de cobertura de servicio. En tales implementaciones, el método 1000 incluye ejecutar una transferencia de haz para la primera antena de arreglo en fase plana que incluye, en 1002, cesar de proporcionar, mediante el primer conjunto de elementos, el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. El método 1000 incluye, además, en 1004, proporcionar, mediante un segundo conjunto de elementos de la primera antena de arreglo en fase plana, el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. Proporcionar el enlace de comunicación puede incluir recibir y transmitir señales que corresponden al enlace de comunicación. En algunas implementaciones, el segundo conjunto de elementos puede proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del servicio antes de que el primer conjunto de elementos cese de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular. Para ilustrar, el segundo conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase de la figura 1 puede generar la segunda señal antes de que el primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase cese de generar la primera señal o ajuste la primera señal para cubrir otra porción del área de cobertura de servicio, como se describe con referencia a la figura 1.

En otras implementaciones, la ejecución de la transferencia de haz incluye cesar de proporcionar, mediante el primer conjunto de elementos, el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. Por ejemplo, el primer conjunto de elementos puede cesar de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio, o puede comenzar a proporcionar servicio a otra porción del área de cobertura. La ejecución de la transferencia de haz puede incluir además proporcionar, mediante un primer conjunto de elementos de la segunda antena de arreglo en fase plana, el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. En algunas implementaciones, el segundo conjunto de elementos puede proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del servicio antes de que el primer conjunto de elementos cese de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular. Para ilustrar, el conjunto de elementos de la segunda antena 134 de arreglo en fase de la figura 1 puede proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del servicio antes de que el primer conjunto de elementos de la primera antena 132 de arreglo en fase de la figura 1 cese de proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular, como se describe con referencia a la figura 1. En algunas implementaciones, la transferencia suave, la transferencia dura, o ambas, de la primera antena de arreglo en fase puede producirse en un límite de paquete.

Con referencia al método 1050, el método 1050 incluye, en 1052, realizar una transferencia de haz desde un primer conjunto de elementos a un segundo conjunto de elementos en un límite de paquete del enlace de comunicación. Por ejemplo, el controlador 108 de comunicación de la figura 1 puede realizar la transferencia de haz (por ejemplo, una transferencia interantena) en o cerca de un final de un primer paquete y un comienzo de un segundo paquete del enlace de comunicación. En una implementación particular, el controlador 108 de comunicación puede enviar una señal de control a uno o más arreglos en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase para iniciar la transferencia de haz. Por ejemplo, la señal de control puede ser enviada a la primera antena de arreglo en fase plana y a la segunda en fase plana y puede indicar una transferencia desde la primera antena de arreglo en fase plana a la segunda antena de arreglo en fase plana para mantener un enlace de comunicación particular con base en una trayectoria de vuelo esperada y la inclinación esperada de la aeronave.

El método 1050 incluye realizar una transferencia suave, en 1054, o realizar una transferencia dura, en 1056. Por ejemplo, el método 1050 incluye, en 1054, el segundo conjunto de elementos genera un segundo haz para proporcionar el enlace de comunicación para una porción particular de un área de cobertura de servicio antes de que el primer conjunto de elementos cese la generación de un primer haz que proporcionó el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. Alternativamente, el método 1050 incluye, en 1056, el primer conjunto de elementos cesa la generación de un primer haz que proporcionó el enlace de comunicación para una porción particular de un área de cobertura de servicio antes de que el segundo conjunto de elementos genere un segundo haz para proporcionar el enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio. En algunas implementaciones, el controlador 108 de comunicación puede estar configurado para realizar tanto transferencias suaves como transferencias duras. En otras implementaciones, la realización de una transferencia puede producirse sobre una pluralidad de paquetes. Por ejemplo, cuando se realiza una transferencia suave (por ejemplo, una transferencia de trabajo-reposo) tanto la primera antena de arreglo en fase plana como la segunda antena de arreglo en fase plana pueden mantener el enlace de comunicación mientras es transmitida y/o recibida una pluralidad de paquetes.

Con referencia a las figuras 11 y 12, se describen ejemplos de la divulgación en el contexto de un método 1100 de fabricación y servicio de vehículos como se ilustra mediante el diagrama de flujo de la figura 11 y un sistema 1200 de vehículo como se ilustra mediante el diagrama de bloques de la figura 12. Un vehículo producido por el método 1100 de fabricación y servicio de vehículos de la figura 11 y un vehículo 1202 de la figura 12 pueden incluir una aeronave, un zepelín, u otro vehículo, como ejemplos ilustrativos, no limitantes. El vehículo 1202 puede ser tripulado o no tripulado (por ejemplo, un dron o un vehículo aéreo no tripulado (UAV). El vehículo 1202 puede operar como una HAP.

Con referencia a la figura 11, se muestra un diagrama de flujo de un ejemplo ilustrativo de un método de operación de un sistema para comunicarse a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase (por ejemplo, un sistema de comunicaciones) y se designa 1100. Durante la preproducción, el método 1100 de ejemplo incluye, en 102, especificación y diseño de un vehículo, tal como el vehículo 102 de la figura 1 o un vehículo 1202 descrito con referencia a la figura 12. Durante la especificación y diseño del vehículo, el método 1100 puede incluir especificar un transceptor, una pluralidad de antenas de arreglo en fase, un controlador de comunicación, o una combinación de los mismos. El transceptor y la pluralidad de antenas de arreglo en fase pueden incluir o corresponder al transceptor 104 y la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase, respectivamente. El controlador de comunicación puede incluir o corresponder al controlador 108 de comunicación. En 1104, el método 1100 incluye la adquisición de materiales. Por ejemplo, el método 1100 puede incluir adquirir materiales (tales como el transceptor 104 de la figura 1, la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase de la figura 1, el controlador 108 de comunicación de la figura 1, o una combinación de los mismos) para el sistema de comunicaciones.

Durante la producción, el método 1100 incluye, en 1106, la fabricación de componentes y subensamblajes y, en 808, la integración de sistema del vehículo. El método 800 puede incluir la fabricación de componentes y subensamblajes (por ejemplo, producir el transceptor 104 de la figura 1, la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase de la figura 1, el controlador 108 de comunicación de la figura 1, o una combinación de los mismos) del sistema de comunicaciones e integración de sistema (por ejemplo, acoplar el controlador 108 de comunicación a la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase) del sistema para comunicarse a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase. En 1110, el método 1100 incluye la certificación y suministro del vehículo y, en 1112, colocar el vehículo en servicio. La certificación y suministro pueden incluir certificar el sistema de comunicaciones. El método 1100 puede incluir colocar el sistema de comunicaciones en servicio. Mientras esté en servicio por un cliente, el vehículo puede ser programado para mantenimiento y servicio de rutina (que también pueden incluir modificación, reconfiguración, restauración, y así sucesivamente). En 1114, el método 1100 incluye realizar mantenimiento y servicio en el vehículo. El método 1100 puede incluir realizar el mantenimiento y servicio del sistema de comunicaciones. Por ejemplo, el mantenimiento y servicio del sistema de comunicaciones puede incluir reemplazar uno o más del transceptor 104 de la figura 1, la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase de la figura 1, el controlador 108 de comunicación de la figura 1, o una combinación de los mismos.

Cada uno de los procesos del método 800 puede ser realizado o llevado a cabo por un integrador de sistemas, un tercero, y/o un operador (por ejemplo, un cliente). Para los propósitos de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir sin limitación cualquier número de fabricantes de vehículos y subcontratistas de sistemas principales; un tercero puede incluir sin limitación cualquier número de vendedores, subcontratistas, y proveedores; y un operador puede ser una aerolínea, empresa de arrendamiento, entidad militar, organización de servicios, y así sucesivamente.

Con referencia a la figura 12, se muestra un diagrama de bloques de una implementación ilustrativa de un vehículo que incluye componentes de un sistema para comunicarse a través de una pluralidad de antenas de arreglo en fase y se designa 1200. Por ejemplo, el vehículo 1202 puede incluir o corresponder al vehículo 102 de la figura 1. Para ilustrar, el vehículo 1202 puede incluir una aeronave, como ejemplo ilustrativo, no limitante. El vehículo puede haber sido producido por al menos una porción del método 1100 de la figura 11. Como se muestra en la figura 1, el vehículo 1202 (por ejemplo, una aeronave) puede incluir una pluralidad de sensores 114, un armazón 1218, un interior 1222, una porción 1242 delantera, una porción 1244 de popa, una superficie 1246 superior, una superficie 1248 inferior, y una pluralidad de sistemas 1220 que incluyen un sistema 1201 de comunicaciones. La pluralidad de sistemas 1220 puede incluir adicionalmente uno o más de un sistema 1224 de propulsión, un sistema 1226 eléctrico, un sistema 1228 ambiental, o un sistema 1230 hidráulico. El sistema 1201 de comunicaciones puede incluir componentes del sistema 100 descrito con referencia a la figura 1, y puede incluir el transceptor 104, la pluralidad de antenas 106 de arreglo en fase, y un controlador 108 de comunicación. En algunas implementaciones, el controlador 108 de comunicación del vehículo 1202 puede incluir un formador 142 de haces. El formador 142 de haces determina los pesos 1252 de formación de haces, como se describe con referencia a la figura 1. El formador 142 de haces puede determinar los segundos pesos 1254 de formación de haces ajustando los primeros pesos 1252 de formación de haces como se describe con referencia a la figura 1.

Adicionalmente, puede ser incluido cualquier número de otros sistemas, tales como una memoria (no se muestra) acoplada al transceptor 104, el controlador 108 de comunicación, o ambos. La memoria puede incluir o corresponder a la memoria 116 de la figura 1. El transceptor 104, el controlador 108 de comunicación, o ambos, pueden estar configurados para ejecutar instrucciones ejecutables por ordenador (por ejemplo, un programa de una o más instrucciones) almacenadas en la memoria. Las instrucciones, cuando se ejecutan, hacen que el transceptor 104, el controlador 108 de comunicación, o ambos, realicen una o más operaciones del método 700 de la figura 7, el método 800 de la figura 8, los métodos 900 y 950 de la figura 9, el método 1000 de la figura 10, o una combinación de los mismos.

Aparatos y métodos incluidos en este documento pueden ser empleados durante una cualquiera o más de las etapas del método 1100 de la figura 11. Por ejemplo, los componentes o subensamblajes que corresponden al proceso 1108 de producción pueden ser fabricados o manufacturados de una manera similar a los componentes o subensamblajes producidos mientras el vehículo 1202 está en servicio, en 1112 por ejemplo y sin limitación. También, pueden ser utilizadas una o más implementaciones de aparatos, implementaciones de métodos, o una combinación de las mismas durante las etapas de producción (por ejemplo, etapas 1102-1110 del método 1100), por ejemplo, acelerando sustancialmente el ensamblaje de o reduciendo el coste del vehículo 1202. De manera similar, pueden ser utilizadas una o más de las implementaciones de aparatos, implementaciones de métodos, o una combinación de las mismas, mientras el vehículo 1202 está en servicio, en 1112 por ejemplo y sin limitación, para mantenimiento y servicio, en 1114.

Las ilustraciones de los ejemplos descritos en este documento están previstas para proporcionar un entendimiento general de la estructura de las diversas implementaciones. Las ilustraciones no están previstas para servir como una descripción completa de todos los elementos y características del aparato y sistemas que utilizan las estructuras o métodos descritos en este documento. Muchas otras implementaciones pueden ser evidentes para los expertos en la técnica tras revisar la divulgación. Pueden ser utilizadas y derivadas otras implementaciones de la divulgación, de tal manera que se pueden hacer sustituciones y cambios estructurales y lógicos sin apartarse del alcance de la divulgación. Por ejemplo, las operaciones de método pueden ser realizadas en un orden diferente al mostrado en las figuras o pueden ser omitidas una o más operaciones de método. Por consiguiente, la divulgación y las figuras deben considerarse como ilustrativas en vez de restrictivas.

El Resumen de la Divulgación es presentado con el entendimiento de que no será usado para interpretar o limitar el alcance o significado de las reivindicaciones. Además, en la Descripción Detallada anterior, se pueden agrupar en conjunto o describir diversas características en una única implementación con el propósito de simplificar la divulgación. Ejemplos descritos anteriormente ilustran, pero no limitan la divulgación. También debe entenderse que son posibles numerosas modificaciones y variaciones de acuerdo con los principios de la presente divulgación. Como reflejan las siguientes reivindicaciones, la materia objeto reivindicada puede estar dirigida a menos de todas las características de cualquiera de los ejemplos divulgados.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una aeronave que comprende:

un fuselaje (230);

alas (232, 234) acopladas al fuselaje;

un transceptor (104);

una antena (110) de enlace de alimentación;

un controlador de vuelo;

un controlador de comunicaciones acoplado al transceptor, comprendiendo el controlador de comunicaciones un formador de haces; y

una pluralidad de antenas (106, 132, 134, 210-218, 262) de arreglo en fase planas acopladas al transceptor y unidas de manera fija al fuselaje o al menos a una de las alas, incluyendo la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas una primera antena (132, 210-218) de arreglo en fase plana que tiene un primer vector (220-228, 264) normal y una segunda antena (134, 210-218) de arreglo en fase plana que tiene un segundo vector (222-228, 264) normal, en donde el primer vector normal no es paralelo al segundo vector normal; en donde la primera antena (132) en fase plana está configurada para recibir (702) una primera señal que corresponde a un primer enlace ascendente de comunicación, y en donde la segunda antena (134) de arreglo en fase plana está configurada para transmitir (704) una segunda señal que corresponde a un primer enlace descendente de comunicación; y el transceptor está acoplado a la antena (110) de enlace de alimentación, la antena de enlace de alimentación configurada para recibir (925) datos de trayectoria de vuelo asociados con una trayectoria de vuelo y datos de cobertura de servicio asociados con los datos de trayectoria de vuelo a través de un segundo enlace ascendente (334) de comunicación, en donde el controlador (112) de vuelo está configurado para recibir los datos de trayectoria de vuelo a través de la antena de enlace de alimentación y para operar la aeronave con base en los datos de trayectoria de vuelo; y en donde el formador de haces está configurado para determinar los pesos de formación de haces para cada elemento de cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase con base al menos en parte en los datos de cobertura de servicio asociados con los datos de trayectoria de vuelo.

2. La aeronave de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas están unidas de manera fija a al menos una de una porción (124, 248) inferior de fuselaje y una porción (250) de ala inferior, en donde dos o más de la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas tienen vectores normales mutuamente no paralelos, y en donde la primera antena de arreglo en fase plana tiene una primera relación (272) de aspecto que es diferente de una segunda relación (274) de aspecto de la segunda antena de arreglo en fase plana.

3. La aeronave de la reivindicación 1 o 2, en donde la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas incluye además: una tercera antena (214) de arreglo en fase plana unida de manera fija a una primera porción (240) del fuselaje; una cuarta antena (216) de arreglo en fase plana unida de manera fija a una segunda porción (242) del fuselaje; y una quinta antena (218) de arreglo en fase plana unida de manera fija a una tercera porción (244) del fuselaje de la aeronave, en donde la primera antena de arreglo en fase plana está unida de manera fija a un ala (232) de estribor de las alas y la segunda antena de arreglo en fase plana está unida de manera fija a un ala (234) de babor de las alas.

4. La aeronave de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la aeronave es un vehículo aéreo no tripulado, en donde el primer vector normal está orientado en una dirección (252) de estribor en relación con el vehículo aéreo no tripulado, y en donde el segundo vector normal está orientado en una dirección (254) de babor en relación con el vehículo aéreo no tripulado.

5. La aeronave de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la primera antena de arreglo en fase plana tiene un primer ángulo (256) de escaneo máximo que es diferente de un segundo ángulo (258) de escaneo máximo de la segunda antena de arreglo en fase plana, y en donde una primera área (612) de cobertura de tierra potencial asociada con la primera antena de arreglo en fase plana se superpone parcialmente con una segunda área (614) de cobertura de tierra potencial asociada con la segunda antena de arreglo en fase plana.

6. La aeronave de la reivindicación 5, en donde la primera antena de arreglo en fase plana está configurada para generar primeros haces (412) múltiples y la segunda antena de arreglo en fase plana está configurada para generar segundos haces (414) múltiples, en donde los primeros haces múltiples no se superponen a los segundos haces múltiples.

7. La aeronave de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además:

una pluralidad de sensores (114) configurados para generar datos (1214) de sensor, en donde los datos de sensor indican una altitud, una inclinación, una posición, o una combinación de las mismas; y

el controlador (108) de comunicación acoplado al transceptor está configurado para determinar y ajustar los pesos (1252) de formación de haces con base en la altitud, la inclinación, y una ubicación de un área de cobertura de servicio en relación con la posición.

8. La aeronave de la reivindicación 7, en donde el controlador de comunicación está configurado además para hacer que una antena de arreglo en fase plana particular de la pluralidad de antenas de arreglo en fase planas genere un primer conjunto de haces (522) que tiene una primera frecuencia (532) y una segundo conjunto de haces (524) que tiene una segunda frecuencia, y en donde cada haz del primer conjunto de haces soporta la transmisión y recepción de señales que corresponden a un enlace (332-338) de comunicación, y en donde el primer conjunto de haces se intercala entre el segundo conjunto de haces para permitir la reutilización de frecuencia de la primera frecuencia.

9. Un método (700) para comunicarse a través de un sistema de antenas de arreglo en fase, comprendiendo el método:

recibir (702), a través de una primera antena (132) de arreglo en fase plana unida de manera fija a una aeronave (1202), una primera señal que corresponde a un primer enlace ascendente (336) de comunicación; y

transmitir (704), a través de una segunda antena (134) de arreglo en fase plana unida de manera fija a la aeronave, una segunda señal que corresponde a un primer enlace descendente de comunicación, en donde un primer vector (220) normal de la primera antena de arreglo en fase plana no es paralelo a un segundo vector (222) normal de la segunda antena de arreglo en fase plana;

recibir (925) mediante una antena (110) de enlace de alimentación, datos de trayectoria de vuelo asociados con una trayectoria de vuelo a través de un segundo enlace ascendente (334) de comunicación,

operar (954), mediante un controlador (112) de vuelo, la aeronave con base en los datos de trayectoria de vuelo;

recibir (956) datos de cobertura de servicio asociados con la trayectoria de vuelo a través del segundo enlace ascendente de comunicación, y

determinar los pesos de formación de haces para cada elemento de cada antena de arreglo en fase de la pluralidad de antenas de arreglo en fase con base al menos en parte en los datos de cobertura de servicio.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además:

generar (802) un primer haz (412), mediante un primer conjunto de elementos de la primera antena (210) de arreglo en fase plana, con base en una altitud de la aeronave, una inclinación de la aeronave, una primera porción de un área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas, en donde la primera señal es recibida a través del primer haz; y

generar (804) un segundo haz (414), mediante un segundo conjunto de elementos de la segunda antena (212) de arreglo en fase plana, con base en la altitud, la inclinación, una segunda porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de las mismas, en donde la segunda señal es transmitida a través del segundo haz.

11. El método de la reivindicación 10, que comprende además:

ajustar (806) una conformación del primer haz con base en la altitud, la inclinación, la primera porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de los mismas; y

ajustar (808) una conformación del segundo haz con base en la altitud, la inclinación, la segunda porción del área de cobertura de servicio, la trayectoria de vuelo, o una combinación de los mismas;

en donde el primer haz es generado con base en los primeros pesos (1252) de formación de haces y soporta la recepción y transmisión de señales que corresponden a un primer enlace de comunicación que comprende el primer enlace ascendente de comunicación y el primer enlace descendente de comunicación para la primera porción del área de cobertura de servicio,

en donde los primeros pesos de formación de haces son determinados con base en una primera altitud de la aeronave, una primera inclinación de la aeronave, una ubicación de la primera porción del área de cobertura de servicio en relación con la aeronave, o una combinación de los mismas, y

en donde ajustar la conformación del primer haz comprende:

recibir, (902) desde uno o más sensores (114) de la aeronave, una segunda altitud de la aeronave, una segunda inclinación de la aeronave, o una combinación de las mismas;

determinar (904) los segundos pesos (1254) de formación de haces para proporcionar un primer haz ajustado a la primera porción del área de cobertura de servicio con base en la segunda altitud, la segunda inclinación, la ubicación de la primera porción del área de cobertura de servicio en relación con la aeronave, o una combinación de los mismas; y

generar (906) el primer haz ajustado con base en los segundos pesos de formación de haces, en donde el primer haz tiene una primera conformación que es diferente de una segunda conformación del primer haz ajustado.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 9-11, que comprende además al menos uno de:

realizar (1052, 1054) una transferencia de haz desde un primer conjunto de elementos a un segundo conjunto de elementos en un límite de paquete del primer enlace de comunicación, en donde el segundo conjunto de elementos genera un segundo haz para proporcionar el primer enlace de comunicación para una porción particular de un área de cobertura de servicio antes de que el primer conjunto de elementos cese la generación de un primer haz que proporcionó el primer enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio; y

realizar (1052, 1056) una transferencia de haz desde un primer conjunto de elementos a un segundo conjunto de elementos en un límite de paquete del primer enlace de comunicación, en donde el primer conjunto de elementos cesa la generación de un primer haz que proporcionó el primer enlace de comunicación para una porción particular de un área de cobertura de servicio antes de que el segundo conjunto de elementos genere un segundo haz para proporcionar el primer enlace de comunicación para la porción particular del área de cobertura de servicio.