TWI753251B - 能夠單馬達定位之天線及相關方法 - Google Patents

Abstract

一種天線可包括一底座、連接至該底座之一萬向支架，以及連接至該底座並且其中具有一第一引導槽之一第一引導體。該天線可包括一第二引導體，該第二引導體相對於該底座可旋轉地連接，並且其中具有一第二引導槽，從而相對於該第一引導槽限定一可轉向交叉位置。該天線亦可具有連接至該萬向支架並延伸穿過該可轉向交叉位置之一天線構件，以及組態成選擇性地旋轉該第二引導體以使該天線構件轉向之一致動器。

Description

能夠單馬達定位之天線及相關方法

本發明係關於射頻天線領域，更具體地說，係關於由馬達定位之射頻天線及相關方法。

無線通信裝置為社會不可或缺的一部分，並且滲透至日常生活中。典型無線通信裝置包括天線及連接至天線之收發器。收發器及天線協作以發送及接收通信信號。

在某些應用中，天線係定向的。換言之，取決於接收信號之入射角，天線之瞄準角度影響接收信號之品質。例如，普通付費電視家庭衛星天線精確對準並瞄準以確保自地球同步軌道衛星接收信號。在家庭衛星應用中，信號源係靜止不動的，衛星天線只需手動瞄準一次。

在其他應用中，信號源可能並非靜止的，並且可能需要頻繁地執行天線瞄準。在此等應用中，天線可具有電動轉向機構，亦即天線定位機構。在通常方法中，由於天線必須瞄準至少兩個軸，因此天線系統將包括用於驅動轉向之多個馬達，例如，來自美國新澤西州莫里斯普萊恩斯之霍尼韋爾國際公司(Honeywell International Inc.)之空對地子系統(SGS)萬向節衛星瞄準裝置。

大體來說，一種天線可包括底座、連接至底座之萬向支架、連接至底座並且其中具有第一引導槽之第一引導體，以及第二引導體，該第二引導體相對於底座可旋轉地連接，並且其中具有第二引導槽，從而相對於第一引導槽限定可轉向交叉位置。一種天線可包括：天線構件，其連接至萬向支架並延伸穿過可轉向交叉位置；以及致動器，其組態成選擇性地旋轉第二引導體以使天線構件轉向。

更具體地說，第一引導體可具有圓頂形狀。第一引導槽可具有螺旋形狀及C形形狀中之一種。第二引導體可具有細長彎曲形狀。第二引導槽可具有細長形狀。

在一些實施例中，天線進一步包括連接在第二引導體及致動器之間的驅動齒輪。第二引導體可具有由驅動齒輪驅動之帶齒輪外周。例如，天線構件可包括喇叭天線。致動器可包括單個電動機。

另一態樣係關於一種用於製造天線之方法。該方法可包括：將萬向支架連接至底座；將第一引導體連接至底座，第一引導體中具有第一引導槽；以及相對於底座可旋轉地連接第二引導體。第二引導體中可具有第二引導槽，從而相對於第一引導槽限定可轉向交叉位置。該方法可包括使天線構件連接至萬向支架並延伸穿過可轉向交叉位置，以及連接致動器以選擇性地旋轉第二引導體以使天線構件轉向。

4-4‧‧‧線

10‧‧‧通信系統

11‧‧‧天線

12‧‧‧射頻(RF)

13‧‧‧控制器

14‧‧‧底座

15‧‧‧萬向支架

16‧‧‧第一引導體

17‧‧‧第一引導槽

18‧‧‧第二引導體

19‧‧‧第二引導槽

20‧‧‧天線構件

21‧‧‧致動器

22‧‧‧驅動齒輪

23‧‧‧帶齒輪外周

24a‧‧‧第一樞轉連接

24b‧‧‧第二樞轉連接

25b‧‧‧第四樞轉連接

26‧‧‧波導

27‧‧‧導桿

28‧‧‧驅動軸

29‧‧‧細長擦拭器構件

30‧‧‧可轉向交叉位置

11'‧‧‧天線

16'‧‧‧第一引導體

17'‧‧‧第一引導槽

圖1為根據本揭示之包括天線之通信系統的示意圖。

圖2為圖1之通信系統的示意性透視圖。

圖3為來自圖1之通信系統之天線的示意性側視圖。

圖4為來自圖1之通信系統之天線的示意性後視圖。

圖5為來自圖1之通信系統之天線沿著線4-4的示意性剖視圖。

圖6為來自圖1之通信系統之天線之另一實施例的示意性後視圖。

圖7為來自圖6之天線之第一引導體的示意性後視圖。

現在將在下文中參考附圖更全面地描述本揭示，附圖中示出了本揭示之若干實施例。然而，本揭示可以許多不同之形式實施，並且不應該被解釋為限於本文中闡述之實施例。相反，提供此等實施例係為了使本揭示詳盡及完整，並且將本揭示之範疇完整地傳達給本領域中熟習此項技術者。貫穿附圖相同數字指代相同元件，且在不同實施例中加撇號來指示類似元件。

參考圖1至5，現在描述根據本揭示之通信系統10。例如，通信系統10說明性地包括衛星至衛星通信系統。當然，通信系統10可用於其他應用，例如地對衛應用及地對地應用。

說明性地包括天線11、連接至天線之射頻(RF)12收發器，以及控制器13，該控制器13連接至RF收發器並且組態成產生要發送之RF信號並處理接收之RF信號。天線11說明性地包括底座14、連接至底座之萬向支架15，以及連接至底座並且其中具有第一引導槽17之第一引導體16。如圖4中最佳所見，天線11說明性地包括第二引導體18，第二引導體18相對於底座14可旋轉地連接，並且其中具有第二引導槽19，從而相對於第一引導槽17限定可轉向交叉位置30(圖4)。

在一些實施例中，底座14及第一引導體16可一體地形成為單件。在其他實施例中，底座14及第一引導體16可為模組化之單獨零件。

天線11說明性地包括連接至萬向支架15並延伸穿過可轉向交叉位置之天線構件20，以及連接至控制器13並且組態成選擇性地旋轉第二引導體18以使天線構件轉向之致動器21。應理解，天線11之工作頻率根據天線構件20以及第一引導體16及第二引導體18之大小而變化。

第一引導體16及第二引導體18可包括介電材料，例如聚合物塑膠。為了製造，第一引導體16及第二引導體18，此等部件可經3D打印。在一些實施例中，第一引導體16及第二引導體18可包括金屬材料。在此等實施例中，第一引導體16及第二引導體18可以習知方式製造，例如藉由鑄造或機械加工，或藉由增材製造方法，例如金屬3D打印裝置方法。

在所說明之實施例中，第一引導體16可具有圓頂形狀或半球形狀。第一引導槽17說明性地包括螺旋形狀。在其他實施例中(圖6至7)，第一引導槽17可具有細長C形形狀，其將覆蓋設定之掃描體積。第二引導體18亦說明性地具有細長彎曲形狀。第二引導槽19說明性地具有細長形狀。

在所說明之實施例中，天線11進一步包括由致動器21驅動之驅動軸28，以及藉由驅動軸連接在第二引導體18及致動器21之間的驅動齒輪22。第二引導體18說明性地包括由驅動齒輪22驅動之帶齒輪外周23，以及在帶齒輪外周之相對側之間延伸之細長擦拭器構件29。

萬向支架15說明性地包括用於將萬向支架連接至第一引導體16之第一樞轉連接24a及第二樞轉連接24b。萬向支架15說明性地包括用於將萬向支架連接至天線構件20之第三樞轉連接25a及第四樞轉連接25b。應理解，萬向支架15沿兩個軸提供自由運動。

例如，天線構件20說明性地包括喇叭天線，並且可包括10度至 30度之波束寬度。有利地，由於喇叭天線具有高度定向效能特性(亦即具有低波束寬度之高增益)，因此天線11可使天線構件20指向接收期望RF信號所需之任何方向。當然，喇叭天線僅為實例天線類型，並且可使用其他天線類型。如本領域中熟習此項技術者將理解，天線構件20亦可包括抛物面反射器、縫隙波導陣列、平板相控陣列或任何其他類型之天線元件。

而且，為了確保完全覆蓋，當天線構件20具有減小之波束寬度時，可能需要減小第一引導槽17之螺旋路徑內之間隔。當然，當天線構件20具有增加之波束寬度時，第一引導槽17之螺旋路徑內之間隔可增加，此允許天線構件進行更快速之指向。

天線構件20說明性地包括波導26，以及與波導相對並且插入可轉向交叉位置中之導桿27。應當理解，導桿27可包括用於天線構件20之剛性RF電纜饋送裝置。在其他實施例中，導桿27可部分地限定波導26，從而沿縱向相反方向發射信號。在一些實施例中，致動器21包括組態成選擇性地使天線構件在螺旋追蹤路徑中移動之一個電動機/單個致動器。亦即，當第二引導體18旋轉時，第二引導槽19使導桿27移動通過第一引導槽17，此使得波導藉由螺旋移動指向相反方向。由於螺旋追蹤路徑，天線11可能不適於跟隨移動之RF源。

控制器13組態成基於與致動器21相關之編碼來瞄準天線構件20。在一些實施例中，致動器21包括步進馬達，並且控制器組態成使得在第一引導槽17之螺旋路徑內之多個導桿27位置與來自步進馬達之對應多個步距相等。

另一態樣係關於一種用於製造天線11之方法。該方法包括：將萬向支架15連接至底座14；將第一引導體16連接至底座，第一引導體中具有第一引導槽17；以及相對於底座可旋轉地連接第二引導體18。第二引導體中包括 第二引導槽19，從而相對於第一引導槽17限定可轉向交叉位置30。該方法包括使天線構件20連接至萬向支架15並延伸穿過可轉向交叉位置30，以及連接致動器21以選擇性地旋轉第二引導體18以使天線構件轉向。現在另外參考圖6至7，描述天線11'之另一個實施例。在天線11'之此實施例中，上文已參考圖1至5論述之彼等元件加上撇號，並且大多數在此不需要另外論述。本實施例與前述實施例之不同之處在於天線11'具有帶C形第一引導槽17'之第一引導體16'。天線11'之此實施例具有設定之掃描體積，該掃描體積取決於天線構件20之波束寬度(圖1至5)及第一引導槽17'之臂之間的間隔。

有利地，天線11可使用單個電動致動器而非現有方法之多馬達方法在整個方位角及仰角範圍上定向地瞄準天線構件20。此減少至單個馬達有利於其中空間及重量有限之軌道衛星平台。實際上，天線11可用於以比現有方法更低之成本及更低之複雜度機械地指向天線。此外，藉由添加額外之致動器以驅動第二引導體18之帶齒輪外周23，可在天線11中更容易實現冗餘度量。

較小之封裝體積允許該天線11用於對於現有方法來說成本及/或尺寸過大之地方(例如小衛星)。而且，該天線11對於新的空間小衛星星座(亦即，能夠在軌道衛星之間實現交聯)係有利的。天線11可實現穩健且成本更低之衛星至衛星通信，並且可在小衛星體積限制內封裝，提供高資料速率鏈路解決方案與寬波束低方向性天線，並且實現有可能用於衛星終端之極低成本天線指向機制之地面應用，例如衛星家庭付費電視終端使用者天線指向。

在受益於在前述描述及相關聯圖式中呈現之教示內容的情況下，本領域中熟習此項技術者可想到本揭示之許多修改及其他實施例。因此應理解，本揭示不限於所揭示之具體實施例，且其他修改及實施例意圖包含在所附申請專利範圍之範疇內。

10‧‧‧通信系統

11‧‧‧天線

20‧‧‧天線構件

Claims (12)

1. 一種天線，其包括：一底座；一第一引導體，其連接至該底座，並且其中具有一第一引導槽；一第二引導體，其相對於該底座可旋轉地連接，並且其中具有一第二引導槽，從而相對於該第一引導槽限定一可轉向交叉位置；一天線構件，其延伸穿過該可轉向交叉位置；以及一致動器，其經構形成選擇性地旋轉該第二引導體以使該天線構件轉向；其中一萬向支架連接至該第一引導體及該天線構件，其中該萬向支架經構形以允許該天線沿二軸自由地移動。
2. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該第一引導體具有一圓頂形狀。
3. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該第一引導槽具有一螺旋形狀或一C形形狀之一者。
4. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該第二引導體具有一細長彎曲形狀。
5. 如申請專利範圍第1項之天線，其中該第二引導槽具有一細長形狀。
6. 如申請專利範圍第1項之天線，其進一步包括連接在該第二引導體及該致動器之間的一驅動齒輪。
7. 如申請專利範圍第5項之天線，其中該第二引導體具有由該驅動齒輪驅動之一帶齒輪外周。
8. 一種天線，其包括： 一底座；一第一引導體，其連接至該底座，並且具有一第一引導槽於其中，該第一引導體為圓頂形狀並定義一開放腔體，一萬向支架係可移動於該開放腔體內，該第一引導槽為螺旋形狀；一第二引導體，其相對於該底座可旋轉地連接，並且具有一第二引導槽於其中，從而相對於該第一引導槽限定一可轉向交叉位置，該第二引導體為細長彎曲形狀；一天線構件，其連接至該萬向支架並延伸穿過該可轉向交叉位置；以及一致動器，其經構形以選擇性地旋轉該第二引導體使該天線構件轉向；其中該萬向支架連接至該第一引導體及該天線構件，其中該萬向支架經構形以允許該天線沿二軸自由地移動。
9. 一種用於製造一天線之方法，該方法包括：將一第一引導體連接至一底座，該第一引導體中具有一第一引導槽；相對於該底座可旋轉地連接一第二引導體，該第二引導體中具有一第二引導槽，從而相對於該第一引導槽限定一可轉向交叉位置；使一天線構件連接至一萬向支架並使該天線構件延伸穿過該可轉向交叉位置；以及連接一致動器以選擇性地旋轉該第二引導體以使該天線構件轉向；其中該萬向支架連接至該第一引導體及該天線構件，其中該萬向支架經構形以允許該天線沿二軸自由地移動。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一引導體具有一圓頂形狀。
11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一引導槽具有一螺旋 形狀或一C形形狀之一者。
12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該第二引導體具有一細長彎曲形狀。

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