用于移动平台的低高度、低成本、高增益天线和系统

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用于移动平台的低高度、低成本、高增益天线和系统

时间:2019-11-26本站浏览次数:26

       

用于移动平台的低高度、低成本、高增益天线和系统

接收和/或发射电磁波信号的开槽波导管天线阵列包括众多辐射波导管,它们在表面平面上彼此平行地配置以形成天线阵列。馈送波导管在表面平面下方把电磁波信号提供给众多辐射波导管和/或接收来自众多辐射波导管的众多电磁信号并且在馈送波导管的输出端提供合成的电磁波信号。每个辐射波导管都具有波导管纵向轴线并且包括众多按波导管纵向轴线的方向排列的孔。

本发明的详细说明本发明的天线、系统和方法把诸如实况广播电视节目、双向通信信号、交互式服务信号(例如,因特网服务)和其它形式的数据和/或信息信号直接提供给移动平台(例如,飞机、船舶和汽车)。在一个优选的实施方案中,天线和系统将与为移动平台上的乘客提供实况广播电视节目的现有的数字式卫星广播卫星和技术一起使用。例如,在本发明的天线、系统和方法的一个优选的实施方案中,运载工具中的乘客能够选择和查看类似于在大多数家庭中通过电缆或卫星服务可利用的节目的正在播送的新闻频道、气象信息、体育比赛、网络节目、电影和任何其它可用的节目。本发明的天线、系统和方法的一个优选实施方案的一个优势是节目是正在播送的,不需要录像带的复制和分配,而且由于不需要录像带,所以全部装备可以位于客运运载工具的贮藏区域中,因此不占用乘客的空间。

因此,本发明的系统和方法的实施方案的另一个例子是在众多移动的运载工具上提供收发两用机单元。移动的运载工具可以是汽车、卡车、公共汽车、有篷货车等等。此外,在运载工具内的乘客或操作员未必需要被接到由信息信号提供的服务或网络上。虽然如此,每个运载工具都可以配备可以与位于其它移动平台上的收发两用机单元或固定的收发两用机单元通信的收发两用机单元。

本发明的一个实施方案是用于跨海飞行,在这种场合本发明的系统和方法是可以使用的。第一收发两用机可以位于在地面上与即将开始或刚刚开始横越海洋飞行的飞行器通信的发射塔上,或者位于在海岸线上空或附近飞行时仍然处在卫星覆盖区域范围内或通信网络覆盖区域范围内的飞行器本身上。如同航空界人士已知的那样,诸如横越大西洋飞行之类的飞行发生在几乎相同高度上,其中众多飞行器按一组被称为“航线”的平行路径飞越大西洋,从而形成被隔开的(例如,间隔两分钟)的一个接一个飞行器的队列。在本发明的给移动平台提供信号的方法中下一个步骤是把第一收发两用机收到的信号转发给第二收发两用机,该收发两用机位于(举例说)打算与之通信的飞行器上或正在横越海洋飞行的另一个飞行器上。该方法的补充步骤可能是用第二收发两用机接收被转发的信号以及把收到的信号从第二收发两用机转发给位于另一个飞行器(例如,在装有第二收发两用机的飞行器前面的那个飞行器)上的第三收发两用机。这个步骤可以沿着飞行器横越整个大海的轨迹重复以便把信息信号提供给任何飞行器。信息可以是任何可以在横越海洋的众多飞行器内提供给每个乘客的实况视频广播节目、双向通信信号、交互式服务或其它通信数据信号内部。

按照本发明的另一个实施方案,开槽波导管天线和馈送波导管可以安装在天线定位装置上和配置在移动的运载工具上的低阻力天线罩之内。采用这种安排,天线可以在方位角和仰角两个方向上移动,以便在运载工具移动时保持天线指向提供视频广播信号的传送卫星。这个实施方案还可以拥有至少一对转向阵列,该转向阵列也安装在天线定位装置上配置在低阻力天线罩内部。

采用这种安排,可以把任何实况电视节目信号、诸如因特网之类的交互式服务信号、电话之类的双向通信信号和其它数据信号提供给运载工具内部的乘客,即使由于卫星覆盖范围不足、卫星覆盖范围不连续、缺乏地面通信设施或信号质量差等原因运载工具所在区域不能接收信号也仍然可以提供上述信号。这对于飞行器飞行路径(例如,在众多飞机被安排在穿越海洋的路径中而且卫星覆盖范围在大海上方仍然不可用的情况下的跨海飞行)或对于在覆盖范围不充分的情况下运载工具之间的地面通信是特别有利的。

美国专利第5,519,763号(763号专利)揭示一种在飞机和地面基站之间的蜂窝无线电话通信系统,该系统包括陆基子系统和机载子系统。763号专利揭示陆基子系统是由与被耦合到公众电话交换网络(PSTN)上的移动交换中心(它与耦合)耦合的基站(蜂窝站点)组成的,基站与无线电话通信并且把信号从无线电话切换到移动交换中心。763号专利进一步揭示机载子系统包括位于飞行器上的有天线的无线电话信号转发器。该转发器接收来自飞行器内部的个人无线电话的信号并且把它们转发到安装在飞行器外部的天线上,然后通过天线再转发到地面基站。来自PSTN的对地面基站的无线电话呼叫被传送到外部天线,该天线把它们转发到飞行器上的转发器。然后,该转发器与飞行器上适当的无线电话交换信号。此外,763号专利还阐述了转发器可以被有寄存飞行器上的无线电话的能力的机载基站代替。然后,机载基站与陆基子系统一起寄存这些无线电话。

人们应该理解基底材料的选择对于天线阵列和波导管馈源的设计和构造、基底材料的镀层和提供插件(如果有的话)是至关重要的,因为每种基底材料、镀层和插件都可能有不同的热膨胀系数,因此在天线和波导管馈源结构内部引起应力。类似的应力还可能包括由于天线的操作环境(例如,冲击、振动以及湿度)造成的那些应力。这些因素全都影响基底材料和导电涂层的确定。例如,在飞行器上,密度极低、强度高、尺寸稳定且吸水性低的材料是符合要求的。在优选的实施方案中,天线阵列和波导管馈源是用ULTEM?模塑成形的,ULTEM?是聚醚酰亚胺并且是GE的注册商标。但是,人们应该理解其它候选材料包括纤维复合材料或增强树脂以及聚酯树脂。每种材料都具有在1.5到2.0范围内的比重。这些基底材料的比重力与(举例说)比重大约为2.7的铝比较,显然可以显著地节省天线和波导管馈源的重量。此外,聚醚酰亚胺和聚酯可以用已知的方法(例如,前面讨论过的那些)组装起来。此外,人们应该理解构成天线和波导管馈源的注塑构件的组装可以用卡扣、粘合剂粘接、溶剂粘接、模塑螺纹、插件、超声焊接和其它方法中的任何一种方法予以完成。再者,由于这些基底材料的卓越的物理性质,可以提供重量轻量强度高的阵列天线和波导管馈源。因此,在用这样的基底材料模塑成形时,本发明的天线和波导管馈源101的优势在于它具有结构强度和刚性以及对环境因素的耐受性。此外,每个本质上矩形的波导管的内部可以被有效地密封,而且先天地适合在需要时引入气体增压,以便(例如)防止潮气渗透。

美国专利第5,519,763号(763号专利)揭示一种在飞机和地面基站之间的蜂窝无线电话通信系统,该系统包括陆基子系统和机载子系统。763号专利揭示陆基子系统是由与被耦合到公众电话交换网络(PSTN)上的移动交换中心(它与耦合)耦合的基站(蜂窝站点)组成的,基站与无线电话通信并且把信号从无线电话切换到移动交换中心。763号专利进一步揭示机载子系统包括位于飞行器上的有天线的无线电话信号转发器。该转发器接收来自飞行器内部的个人无线电话的信号并且把它们转发到安装在飞行器外部的天线上,然后通过天线再转发到地面基站。来自PSTN的对地面基站的无线电话呼叫被传送到外部天线,该天线把它们转发到飞行器上的转发器。然后,该转发器与飞行器上适当的无线电话交换信号。此外,763号专利还阐述了转发器可以被有寄存飞行器上的无线电话的能力的机载基站代替。然后,机载基站与陆基子系统一起寄存这些无线电话。

本发明的技术领域本发明涉及供客运运载工具使用的通信系统和方法,更具体地说涉及配置在低阻力天线罩中的低高度、低成本、高增益的漏波天线系统和用来把信息直接提供给在移动平台(例如,飞机、船舶和汽车)上的乘客的系统。

本发明的天线还可以配备能够与天线阵列一起置于天线罩之下帮助天线阵列的束方向性图定位的众多转向。转向阵列将与天线阵列一起按方位和仰角移动,以致转向阵列和天线阵列之间的物理关系保持恒定。图11A和11B图解说明在天线阵列和转向阵列的天线束方向性图的方位和仰角方面的变化曲线。如同用图11予以图解说明的那样,每个转向阵列都具有相应的偏离天线阵列的束方向性图171的天线束方向性图173、175、177、179。具体地说,转向阵列的束方向性图可以位于:例如,在天线阵列的束方向性图171的左侧(按方位)173和右侧(按方位)175,天线阵列的束方向性图的上方(按仰角)177和下面(按仰角)179。转向阵列收到的信号可以配对进行处理,例如,左右配对和上下配对,以有助于按方位和仰角跟踪天线阵列。例如,可以使转向阵列方向性图173、175、177、179在天线阵列的束方向性图171的中心交叉,以致幅度相等的信号将在天线阵列的束方向性图的中心被各自的转向阵列接收。因此,如果相对于左侧的转向阵列从右侧的转向阵列收到的是大振幅信号,那么天线阵列可以向左移动,直到两个转向阵列收到的信号幅度相等为止。同样,天线可以根据上下配对的转向阵列收到的信号移动。从转向阵列输出端输出的信号的处理是以幅度为基础的,因此排除了在处理模块之间跟踪相位的需要和允许用单一的信道处理链操作。

人们将理解本发明的方法和系统可以用来把来自信息源的信息提供给移动平台,再从移动平台提供给目的地。另外,该方法和系统可以在没有现有的传达网络可用的区域中使用,或者在通信网络可用的区域中使用。另外,人们还应该理解至少一个收发两用机单元可以在固定平台上,或者至少一个收发两用机单元可以在移动平台上。在优选的实施方案中,每个收发两用机单元的接收和发射步骤将用位于移动平台上的收发两用机单元和用沿着行进路线把信息信号发射给另一个移动平台形成通信网络的每个移动平台来完成。人们将进一步理解该系统可以包括按确定的方向把信息信号发射给另一个收发两用机单元的定向天线或在所有的方向上等同地发射以便在某个确定的距离内与其它的收发两用机单元通信的全向天线。此外,人们还应该理解信息信号可以由卫星或卫星网络提供。还应该进一步理解信息本身可以包括任何视频广播节目信号、关于移动平台本身的维护信息、关于移动平台的位置信息、对移动平台范围内的乘客生死攸关的信息,与因特网相关的数据、远程通信数据等等。

在本发明的另一个实施方案中,这种方法和系统被用来在众多移动的运载工具(例如,汽车、卡车、有篷货车、公共汽车等等)之间建立地面通信网络。采用本发明的方法和系统,信息信号可以在形成现有的通信网络的移动平台之间被接收和发射,以减轻信号覆盖范围的不足、劣质信号覆盖范围、或增加现有的通信网络可能需要的功率传输。因此,本发明的方法和系统的优势是它可以减轻(例如)在现有的通信网络中的信号丢失,例如,就现有的蜂窝式个人通信服务网络而言在蜂窝覆盖范围中人们可能经历的信号丢失。此外,本发明的方法和系统即使在现有的通信网络已经存在的地方也可以提供替代的通信网络。

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