CN1682402B - 有宽带天线的通信系统 - Google Patents

Abstract

一种包括用馈送网络与通信电子设备耦合的天线阵的通信系统。在一个实例中，通信子系统包含众多个个都适合接收信息信号的天线，和众多与众多天线之中对应的天线耦合的直接收发转换器，每个OMT都适合提供有第一偏振状态的第一分量信号和有第二偏振状态的第二分量信号。通信子系统还包含接收来自每个直接收发转换器的第一分量信号和第二分量信号并且在第一馈送端口提供第一总计分量信号和在第二馈送端口提供第二总计分量信号的馈送网络，以及与第一和第二馈送端口耦合适合使第一总计分量信号与第二总计分量信号相位匹配的相位校正装置。

Description

有宽带天线的通信系统

技术领域

本发明涉及无线电讯系统，具体地说，涉及可能在载客运载工具上使用的天线和通信子系统。

背景技术

许多通信系统包括接收来自卫星的信息信号。传统的系统已经用许多类型的接收来自卫星的信号的天线，例如，Rotman透镜、Luneberg透镜、碟形天线或相控阵。然而，这些系统之中每个都可能蒙受有限的视场或低效率的损害，从而限制它们接收卫星信号的能力。具体地说，这些传统的系统可能在信号强度低或噪声高的场合缺乏接收卫星信号(例如，来自高度低的卫星的信号)必需的性能。

通信或天线子系统的性能的一种度量可能是它的增益与噪声温度之比，即G/T。传统的系统倾向于具有大约9或10的G/T，这往往可能不足以接收低高度卫星信号或其它弱的/有噪声的信号。除此之外，许多传统的系统不包括任何的或充份的偏振校正，所以交叉极化的信号噪声可能干扰需要的信号，从而阻碍系统适当地接收需要的信号。

所以，需要能够在不利的环境中接收弱信号或通信信号的包括改进的天线系统的改进的通信系统。

发明内容

依照一个实施方案，通信子系统包括众多天线(每个都适合接收信息信号)和众多正交模转换器，每个正交模转换器都与众多天线之中对应的天线耦合，每个正交模转换器都有第一端口和第二端口，每个正交模转换器都适合接收来自对应的天线的信息信号并且在第一端口提供有第一偏振状态的第一分量信号并且在第二端口提供有第二偏振状态的第二分量信号。通信子系统还包括经由众多正交模转换器与众多天线耦合的馈送网络，馈送网络适合接收来自每个正交模转换器的第一分量信号和第二分量信号并且在第一馈送端口提供第一总计分量信号和在第二馈送端口提供第二总计分量信号，以及与第一馈送端口和第二馈送端口耦合而且适合接收来自馈送网络的第一总计分量信号和第二总计分量信号的相位改正装置，其中相位改正装置适合使第一总计分量信号与第二总计分量信号相位匹配。

在一个实例中，相位改正装置包括适合依据第一总计分量信号和第二总计分量信号用圆偏振和线性偏振之一重建信息信号的偏振变频单元。

在另一个实例中，天线是喇叭天线而通信子系统进一步包括众多介质透镜，众多介质透镜之中每一个都与对应的喇叭天线耦合，把信号聚焦到对应的喇叭天线的馈送点。介质透镜可能有在一个或多个表面上形成的阻抗匹配沟槽而且还可能包括内部的单一阶梯准菲涅尔特征。

依照另一个实例，相位改正装置包括形成部分馈送网络的馈送正交模转换器，馈送正交模转换器有第三端口和第四端口，馈送正交模转换器实质上与众多正交模转换器之中的每个正交模转换器完全相同，其中馈送正交模转换器的第三端口与第二馈送端口耦合，接收第二总计分量信号，而馈送正交模转换器的第四端口与第一馈送端口耦合，接收第一总计分量信号，以致众多正交模转换器、馈送网络和馈送正交模转换器的组合补偿在第一和第二分量信号之间的任何相位不平衡。

依照另一个实施方案，位于载客运载工具之上的通信系统包括天线单元(该天线单元包括众多接收有第一中心频率而且包括有第一偏振状态的第一分量信号和有第二偏振状态的第二分量信号的信息信号的天线)、用来补偿第一分量信号和第二分量信号之间的任何相位不平衡并提供第一信号和第二信号的装置，和与补偿装置耦合接收第一信号和第二信号而且将第一信号和第二个信号分别转换成第三信号和第四信号的第一向下变频单元，第三信号和第四信号具有低于第一中心频率的第二中心频率，第一向下变频单元以第一和第二输出提供第三和第四信号，其中天线单元和偏振单元被安装到适合在某个仰角和方位范围内移动天线单元的万向节组件上。

依照另一个实施方案，内阶梯菲涅尔介质透镜包括有至少一个外部沟槽在其中形成的第一外表面，有至少一个沟槽在其中形成的第二对置表面和在介质透镜内部形成的单一阶梯准菲涅尔特征，单一阶梯准菲涅尔特征有与第二表面相邻的第一边界和对置的第二边界，其中第二边界有在其中形成的至少一个沟槽。

在一个实例中，内阶梯菲涅尔介质透镜包括交联聚合物聚苯乙烯材料。在另一个实例中，材料是Rexolite

在另一个实例中，介质透镜的第一表面在形状方面是凸面的，而透镜的第二表面是平面的。单一阶梯准菲涅尔特征在外形上可能是梯形的，其第一边界实质上平行于透镜的第二表面。那至少一个沟槽可能是在透镜的第一表面、透镜的第二表面和单一阶梯准菲涅尔特征的第二边界之中的任何位置上形成的，包括作为同心环形成的众多沟槽。

依照又一个实施方案，天线组件包括适合接收来自来源的信号的第一喇叭天线、实质上与第一天线完全相同而且适合接收信号的第二喇叭天线、与第一喇叭天线耦合把信号聚焦到第一喇叭天线的馈送点的第一介质透镜(第一介质透镜有在其表面中形成的至少一个沟槽)、与第二喇叭天线耦合把信号到聚焦到第二喇叭天线的馈送点的第二介质透镜(第二介质透镜有在其表面中形成的至少一个沟槽)和与第一和第二喇叭天线的馈送点耦合而且包括第一馈送端口和第二馈送端口的波导馈送网络，波导馈送网络是为了接收来自喇叭天线的信号并且在第一馈送端口提供有第一偏振状态的第一分量信号和在第二馈送端口提供有第二偏振状态的第二分量信号而构成的。天线组件进一步包括与第一馈送端口和第二馈送端口耦合而且包括用来补偿信号和来源之间的任何偏振歪斜的装置的偏振变频单元。

在一个实例中，介质透镜是内阶梯式菲涅尔透镜。

依照又一个实施方案，天线组件包括适合接收信息信号的天线、与天线的馈送点耦合而且有第一端口和第二端口的正交模转换器(正交模转换器是为了接收来自天线的信息信号并且拆分该信息信号以便在第一端口提供第一分量信号和在第二端口提供第二分量信号而构成的，第二分量信号是与第一分量信号正交地极化的)、和与正交模转换器的第一和第二端口耦合而且适合接收第一和第二分量信号的相位补偿装置，相位补偿装置是为了补偿第一和第二分量信号之间的任何相位不平衡使第一分量信号与第二分量信号相位匹配而构成的。

附图说明

系统的上述的和其它的目的、特征和优点从下面关于各种可仿效的实施方案的非限制性的描述和从用相似的参考字符在不同的视图中处处表示相似的要素的附图将变得明显。

图1A和1B是包括安装在运载工具上的子系统的通信系统的一部分的透视图；

图2是依照本发明的某些方面的通信子系统的一个实施方案的功能方框图；

图3是包括依照本发明的天线阵的可安装的子系统的一个实施方案的透视图；

图4是依照本发明的天线阵和馈送网络的一个实施方案的俯视图。

图5是形成图4的天线阵的部分喇叭天线的一个实施方案的示意图；

图6A是依照本发明的介质透镜的一个实施方案的等角图；

图6B是图6A的介质透镜的俯视图；

图6C是图6B的介质透镜的侧视图；

图6D是图6C的介质透镜沿着图6C中的直线D-D截取的截面图；

图7是依照本发明包括似准菲涅尔特征的介质透镜的一个实施方案的截面图；

图8是依照本发明包括内阶梯准菲涅尔特征的带沟槽的介质透镜的另一个实施方案的截面图；

图9是传统的菲涅尔透镜的示意图；

图10是依照本发明的内阶梯式菲涅尔透镜的示意图；

图11举例说明依照本发明的介质透镜的另一个实施方案；

图12是依照本发明的天线阵的一个实施方案的正视图；

图13是依照本发明在转动的圆之内展示的天线阵的另一个实施方案的侧视图；

图14举例说明依照本发明的介质透镜的一部分；

图15是举例说明依照本发明的波导馈送网络实例的天线阵的一个实施方案的后视图；

图16是依照本发明的正交模转换器的一个实施方案的描写；

图17是依照本发明可能与馈送网络一起使用的介质插入物的一个实施方案的透视图；

图18是依照本发明把两个OMT合并的馈送结构的一个实施方案的图解表达；

图19是依照本发明举例说明排泄孔位置的一个实例的馈送网络的描写；

图20是依照本发明的万向节组件的一个实施方案的功能方框图；

图21是依照本发明的偏振变频单元的一个实施方案的功能方框图；

图22是依照本发明的向下变频单元的一个实施方案的功能方框图；而

图23是依照本发明的向下变频单元的第二实施方案的功能方框图。

具体实施方式

在此描述的通信系统包括用来发射和接收能与运载工具相关联的信息信号的子系统，以致众多这样配置的运载工具形成信息网络，例如，在信息来源和目的地之间。每个子系统可以但不必与运载工具耦合，而且每个运载工具可以接收感兴趣的信号。在一些实例中，运载工具可以是载客运载工具而且可以将收到的信号呈现给与运载工具相关联的乘客。在某些情况下，这些运载工具可以在路上(即，运载工具可以沿着它移动的预定的、现有的和强制的路线，例如，道路，飞行轨迹或船舶航线)而且可以在相似的或不同的方向上移动。运载工具可以是能够在陆地上、在空中、在太空中、或在水上或水下移动的任何类型的运载工具。这样的运载工具的一些特定实例包括但不限于火车、机动轨道车、船只、航空器、汽车、摩托车、卡车、牵引拖车、公共汽车、警用运载工具、应急运载工具、火警运载工具、工程运载工具、船舶、潜水艇、驳船，等等。

人们将领会到本发明在其应用方面不局限于在下面的描述中陈述的或用附图举例说明的部件的构造和安排的细节。本发明能够有其它的实施方案和以各种不同的方式实践或实现。另外，在此使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认作是限制。“包括”、“组成”或“有”、“包含”、“涉及”以及它们在此的变化的使用意味着囊括其后列出的项目和其同等物以及附加的项目。除此之外，就这份说明书的目的而言，术语“天线”指的是单一的天线要素，例如，单一的喇叭天线、临时天线(patchantenna)、偶极天线，碟形天线或其它类型的天线，而术语“天线阵”指的是耦合在一起而且包括为把电磁波信号提供给天线并且接收来自天线的电磁波信号而设计的馈送网络的一个或多个天线。

参照图1A和1B，举例说明依照两个包括可以安装在运载工具52上的可安装的子系统50的相应的实施方案的通信系统的可仿效部分。人们将领会到虽然运载工具52是作为图1A中的汽车和图1B中的航空器举例说明的，但是运载工具如同在上面讨论的那样可以是任何类型的运载工具。此外，运载工具52可以沿着路53移动。可安装的子系统50如同下面更详细地讨论的那样可以包括适合接收来自信息来源56的感兴趣的信息信号54的天线。信息来源56可以是像这样的另一个运载工具、卫星、固定不动的平台(例如，基站、塔或广播电台)、或任何其它类型的信息来源。信息信号54可以是任何的通信信号，包括但不限于电视信号、(数字地或以别的方式)编码的维护信号、位置信息或其它信息、语音或声音的传输，等等。可安装的子系统50可以被放置在运载工具52上任何方便的地方。例如，可安装的子系统50可以被安装在汽车的车顶(如图1A所示)或航空器的表面上，例如，在机身的上表面或下表面上(如图1B所示)或在机头或机翼上。作为替代，可安装的子系统50可以被放置在或部份地放置在运载工具52之内，例如，在汽车的车箱之内，或在航空器的机尾或尾翼之上、之内或部分地在航空器的机尾或尾翼之内。

可安装的子系统50可以包括有利于把可安装的单元50安装到运载工具52上的安装托架58。依照一个实施方案，可安装的单元可以是可按仰角和方位之一或两者移动的，以利于从众多位置和取向与信息来源56通信。例如，在这个实施方案中，安装托架58可以包括作为分立的零配件或整体组件的旋转接头和滑环57，以允许射频(RF)信号、功率信号和控制信号经由电缆在运载工具52的活动的可安装子系统50和静止的主机平台之间传播。旋转接头和滑环的组合57或熟悉这项技术的人已知的其它装置可以使可安装的子系统50能够在方位方面相对于主机运载工具52按方向60或62(见图1A)连续地旋转，借此使可安装的子系统能够在与方位马达结合起来使用的时候提供连续的半球形的或比较大的覆盖范围。没有旋转接头或类似的装置，可安装的子系统50将不得不一直移动直到它到达停止位置，然后再一次往回移动以使电缆不相互缠绕。

安装托架58可以考虑到在也刺穿运载工具的表面的时候容易安装和拆卸可安装的子系统50以允许电缆在天线系统和运载工具内部之间移动。因此，诸如信息、控制和功率信号之类的信号可以在可安装的子系统50和诸如显示器或扬声器之类位于运载工具之内供乘客访问的装置之间来回提供。

参照图1B，可安装的子系统50可以与诸如座椅靠背显示单元64、连带的耳机和为每位乘客提供信道选择能力的选择面板之类的众多乘客接口耦合。作为替代，视频也可以通过定期地放置在航空器的乘客区域中的众多荧屏分配给所有的乘客供他们共享。进而，系统也可以包括可以位于例如供例如在商业定期航线上控制全部系统的空中侍者使用的座舱区域中的系统控制/显示站66，以致除了维护和修理之外不需要人类与可安装的子系统50直接相互作用。通信系统也可以包括可以位于例如航空器的货舱区域中的卫星接收器(未示出)。因此，可安装的子系统50可以作为在诸如图1A的汽车和图IB的航空器之类移动的运载工具上的卫星视频接收系统的前端使用。卫星视频接收系统能用来把诸如新闻、天气、体育、网络节目、电影之类实况转播提供给在运载工具之内的若干乘客。

依照在图2的功能方框图中举例说明的一个实施方案中，通信系统可以包括与第二单元68耦合的可安装的子系统50。在一个实例中，可安装的子系统50可以安装在运载工具外面而且可以被天线罩(未示出)覆盖，或部份地覆盖。天线罩可以为可安装的子系统50提供环境保护，和/或可以在运载工具移动的时候用来减少可安装的子系统50所产生的拖曳力。对于可安装的子系统50发射和/或接收的射频(RF)信号，天线罩是可传送的。依照一个实例，天线罩可以用熟悉这项技术的人已知的材料制成，包括但不限于诸如石英或玻璃之类的层压纤维板和诸如环氧树脂、聚酯、氰酸酯或双马来酰胺(bismaleamide)之类的树脂。这些或其它的材料可以与蜂巢结构或泡沫材料结合起来使用以形成高度可传送的重量轻的天线罩构造。

再一次参照图2，在一个实施方案中，可安装的子系统50可以包括天线组件100，后者可以包括天线阵102和偏振变频单元(PCU)200。在通信系统的接收模式中，天线阵102可以适合接收从信息来源56(图1A和1B)入射的辐射，而且可以把收到的入射电磁辐射转换成两个正交的电磁波分量。从这两个正交的电磁波分量，PCU可以无论信号的偏振状态是垂直偏振、水平偏振、右旋圆偏振(RHC)、左旋圆偏振还是从0°到360°的斜偏振都再生从来源发射的信息，而且在线路106上提供射频信号。部分的或完全的PCU 200可以是天线阵的馈送网络的一部分，或可以包括天线阵的馈送网络，或可以附着到天线阵的馈送网络上。PCU 200可以接收线路106上的信号，而且在线路106上提供一组不是线性偏振(垂直和水平)的就是圆偏振(右旋和左旋)的信号。因此，天线阵102和PCU 200为子系统提供射频接口，而且可以为该系统提供至少一些增益和相位匹配。在一个实施方案中，PCU可以取消对系统的其它射频电子器件的相位匹配的需要。包括天线阵102和PCU 200的天线组件100将在下文中予以更详细的讨论。

如图2所示，可安装的子系统50还可以包括与PCU 200耦合的万向节组件300。万向节组件300可以把控制信号(例如，在线路322上)提供给PCU 200以完成偏振和/或歪斜控制。万向节组件300还可以在方位和仰角方面提供在某个角度范围内移动天线阵102的控制信号以实现波束控制和信号跟踪。万向节组件300将在下文中予以更详细的描述。

依照实施方案，可安装的子系统50可以进一步包括向下变频单元(DCU)400，后者可以接收在线路74上来自万向节组件300的功率。DCU 400，可以接收在线路106上来自天线组件100的输入信号(例如，线性偏振或圆偏振的信号)，而且可以在线路76上以比在线路106上收到输入信号频率低的频率提供输出信号，例如，线性偏振或圆偏振的信号。DCU 400将在下文中予以更详细的描述。

依照一个实施方案，可安装的子系统50可以与可能位于运载工具52之内的第二单元68耦合，例如，借助通过安装托架(58，图1A和1B)伸出电缆。在一个实例中，第二单元68可以适合把天线组件100收到的信号提供给与运载工具相关联的乘客。在一个实施方案中，第二单元68可以包括第二向下变频单元(DCU-2)500。DCU-2500可以接收在线路76上来自DCU 400的输入信号而且可以将这些信号向下变频以便在线路78上提供较低频率的输出信号。如同下面将更详细地描述的那样，DCU-2500可以包括控制器502。第二单元68可以进一步包括可以把控制信号(例如，在RS-422或RS-232线路82上)提供给万向节组件300并且可以把操作功率(例如，在线路34上)提供给万向节组件300的附加的控制和功率电子电路80。第二单元68也可以包括任何必要的显示或输出设备(见图1b)以便把来自DCU-2500的输出信号呈现给与运载工具相关联的乘客。例如，运载工具52(图1B)可以是航空器，而且第二单元68可以包括或与座椅靠背显示器64耦合(见图1B)以便把诸如数据信号、视频信号、移动电话信号或卫星电视信号之类的信号提供给乘客，以及可以包括耳机插座或其它的声音输出以便把声频信号提供给乘客。包括DCU-2500的第二单元68将在下文中予以更详细的描述。

参照图3，用透视图举例说明包括天线阵102的一个实例的可安装的子系统50的一个实施方案。在举例说明的实例中，天线阵102包括与馈送网络112耦合的四个圆形喇叭天线110的阵列。然而，人们将领会到天线102可以包括若干天线要素，每个都可以是任何适当类型的天线。例如，替代天线阵可能包括有适当的馈送结构的2×4或1×8配置的八个矩形喇叭天线。虽然在一些应用中天线要素是有宽的带宽的天线(例如，喇叭天线)可能是有利的，但是，本发明不局限于喇叭天线而且任何适当的天线都可以使用。人们将进一步领会到，虽然举例说明的实例是线性，圆形喇叭天线110的1×4阵列，但是本发明不局限于此，而且天线阵102可以改为包括天线要素的二维阵列，例如，形成2×8阵列的两列八个天线。虽然下面的讨论将主要涉及圆形喇叭天线110的1×4阵列的实例，但是人们将会理解：讨论同样适用于其它类型和尺寸的阵列，其修改对于熟悉这项技术的人可能是显而易见的。

参照图4，用侧视图举例说明图3的天线阵102，它包括四个圆形喇叭天线100，每个都与馈送网络112耦合。圆形喇叭天线的一个优势是具有与对应的矩形喇叭天线相同的孔面积的圆形喇叭天线占用比矩形喇叭天线少的空间。所以，在关键是空间需求的应用中使用圆形喇叭天线可能是有利的。在举例说明的实施方案中，馈送网络112是波导馈送网络。波导的优势是其耗损通常小于其它的传输介质，例如，电缆或微波传输带。所以，在希望减少或使与天线阵102相关联的损耗最小的应用中使用波导作为馈送网络112可能是有利的。馈送网络112将在下文中予以更详细的描述。此外，在举例说明的实例中，每个天线110都与对应的介质透镜114耦合。介质透镜可以用来聚焦入射到天线110上或从天线110发射的辐射和提高天线110的增益，在下文中将更详细地讨论。

一般地说，每个喇叭天线110可以接收通过天线110的侧面定义的孔116入射的电磁辐射，如图5所示。天线110可以把收到的辐射聚焦到使天线110与馈送网络112耦合的馈送点120。人们将领会到：尽管在本文中天线阵将是主要根据接收来自信息来源的入射辐射进一步讨论的，但是天线阵也可以按发射模式操作，在该模式中馈送网络112经由对应的馈送点120把信号提供给每个天线110，而且天线110发射信号。

依照一个实施方案，天线组件100可以安装在运载工具52上(如图1A和1B所示)。在这种应用中，当，减少天线组件100的高度使在运载工具移动的时候拖曳最小并因此使用低轮廓的天线可能是符合要求的。所以，在一个实例中，喇叭天线110可以是为了在保持喇叭天线110的高度124比较小的同时具有比较宽的内角122提供大的孔面积而构成的。例如，依照一个实施方案，天线阵可以包括四个喇叭天线110(如图5所示)的阵列，每个喇叭天线110有直径126大约为7英寸的孔116和大约3.6英寸的高度124。在另一个实例中，天线组件100可以安装在，例如，航空器的尾部。在这种情况下，天线有增加的高度(例如，达到大约12英寸)是可能的。在这种情况下，较大的天线可以有值得注目地比较高的增益，所以使用要素数目少于短喇叭天线阵列的天线阵是可能的。

如上所述，因为关于天线阵的高度和/或空间限制，在一些应用中使用低高度、宽孔径的喇叭天线110可能是符合要求的。然而，这样的喇叭天线可以具有比预想的低的增益，因为，如图5所示，在号角孔116上垂直入射的第一信号128和沿着天线的边缘入射的第二信号130之间可能存在明显的路径长度差异。这个路径长度差异可能导致第一和第二信号128、130之间明显的相差。所以，依照一个实施方案，为了使相位和路径长度相匹配，借此提高天线阵102的增益，使介质透镜114与喇叭天线110耦合(如图4所示)可能是符合要求的。

依照一个实施方案，介质透镜114可以平凸透镜，它们可以安装在喇叭天线孔的上方和/或部份地安装在喇叭天线孔之内，如图4所示。就这份说明书的目的而言，平凸透镜被定义为有一个实质上平坦的表面和对置的凸面表面的透镜。介质透镜114可以依照已知的光学原理(包括，例如，依照Snell定律的绕射)成形，所以透镜可以把入射的辐射聚焦到喇叭天线100的馈送点120。参照图4和5，人们能看到介质透镜114的凸面形状导致与号角的边缘相比介电材料在号角孔中心上方呈现比较大的垂直深度。因此，诸如第一信号128(图5)之类垂直入射的信号与沿着喇叭天线110的边缘118入射的第二信号130相比可能穿过更多的介电材料。因为电磁波信号通过介电材料传播比通过空气传播更慢，因此介质透镜114的形状可以用来使第一和第二信号128、130的电路径长度相等。通过减少从不同的角度入射到喇叭天线110上的信号之间的相位失配，介质透镜114可以用来增加喇叭天线110的增益。

参照图6A-D，用不同的视图举例说明依照本发明的介质透镜114的一个实施方案。在举例说明的实例中，介质透镜114是平凸透镜。透镜简单的平凸形状可以提供焦点，同时也提供紧凑的透镜天线组合。然而，人们将领会到介质透镜114可以具有需要的任何形状，而不局限于平凸透镜。

依照一个实施方案，透镜可以是用介电材料构成的而且可以有在其中形成的阻抗匹配同心沟槽，如图6A-D所示。透镜的介电材料可以至少部份地根据材料的已知的介电常数和损耗因数值选定。例如，在许多应用中减少或使可安装的子系统中的损耗最小可能是符合要求的，并因此选择损耗因数低的透镜材料可能是符合要求的。关于天线阵的尺寸和重量限制可以至少部份地确定材料的介电常数的范围，因为，一般地说，材料的介电常数越低，透镜就可能越大。

例如，透镜的外表面可能是通过铣削一块实心的透镜材料并借此形成平凸透镜形成的。如同前面的讨论，依照一个实例，透镜的外表面可以包括围绕着透镜的中心线形成众多同心环的众多沟槽132。沟槽有助于改善透镜对周围空气的阻抗匹配，并借此减少接收信号的反射成份，从而进一步提高天线-透镜效率。在一个实例中，总数可能要么是偶数要么是奇数的同心沟槽132可能是等间隔的，而且可能很容易使用标准的铣削技术和实践在透镜材料上机械加工。在一个实例中，沟槽可以是这样机械加工的，以致它们有便于机械加工的实质上同一的宽度。

同心沟槽132可能有利于介质透镜114对周围空气的阻抗匹配。这可以减少入射辐射不必要的从透镜表面反射。反射通常可能起因于空气介质和透镜介质之间的阻抗失配。在干燥的空气中，自由空间(或干燥空气)的特性阻抗是已知的，大约为377欧姆。对于透镜材料，特性阻抗与透镜材料的介电常数的平方根成反比。因此，一般地说，透镜材料的介电常数越高，透镜和空气之间的阻抗失配就越大。在一些应用中，为了减少透镜的尺寸和重量，用介电常数较高的材料制作透镜可能是符合要求的。然而，起因于透镜和空气之间的阻抗失配的反射可能是不受欢迎的。

透镜材料的介电常数是给定介电材料的特征量，有时被称为相对介电常数。一般地说，介电常数是复数，包含代表材料的反射表面特性的实部，也被称为菲涅尔反射系数，和代表材料的无线电吸收特性的虚部。比较靠近透镜材料的介电常数相对于空气越接近，收到的通信信号中被反射部分的百分比就越低。

反射信号的大小可以借助诸如在透镜材料上机械加工的同心环之类的阻抗匹配特征的出现被大幅度减少。在有沟槽132的情况下，在透镜材料表面反射的信号可以依照下面的公式1作为η_n(在每个边界的折射率)的函数被减少：

(η₂-η₁)/(η₂+η₁)    (1)

反射信号的进一步减少可以这样获得，即通过优化沟槽的深度使直接信号和内部反射信号建设性地相加。

参照图6D，每个同心沟槽132可以在沟槽的最大深度有凹表面特征，在那里沟槽可以向透镜结构内部的暗点134逐渐变小。同心沟槽可以使用通常的铣削或车削操作在透镜上形成，例如，为了便于机械加工，每个沟槽都平行于透镜的中心线。换句话说，每个沟槽都可以被制成在透镜面上彼此平行的沟槽。因此，当同心沟槽的宽度和角度可以保持恒定不变的时候，每个同心沟槽的铣削深度可以如图6D所示逐渐增加，同心沟槽位置离凸面透镜的顶点或中心越远就越深。在一个实例中，沟槽通常可以有大约十分之一波长(在工作频率范围的中心)或更少的宽度138。就沟槽材料的介电常数而言，沟槽深度可以是大约四分之一波长。沟槽材料的百分比是用下面的公式2确定的：

(η-η^1/2)/(η-1)    (2)

其中η是透镜介电材料的折射率。

透镜和在透镜表面中形成的沟槽的尺寸可以取决于介质透镜114的预期工作频率。在一个特定的实例中，为在Ku频带(10.70-12.75GHz)中使用设计的介质透镜114可以有大约2.575英寸的高度136和有大约7.020英寸的直径138。在这个实例中，沟槽132可以有大约0.094英寸的宽度138而在每个沟槽的底部形成的凹陷134可以有大约0.047英寸的半径。如图6D所示，在这个实例中，透镜114可以拥有总共十九个同心沟槽。在一个实例中，沟槽可以在中心线附近刺入表面大约四分之一波长深而且可以被有规则地隔开以维持直接信号和内部反射信号的相干求和，从而随着沟槽接近透镜的周线连续地变得更深。依照一个特定的实例，最靠近中心的同心沟槽可以有，例如，0.200英寸的深度，而最外面的沟槽可以有，例如，0.248英寸的深度。沟槽可以从透镜中心开始以大约0.168英寸的间隙被等间隔地隔开。当然，人们将领会到前面讨论的特定尺寸是为了举例说明和解释给出的一个实例，而本发明在沟槽的尺寸和数目方面不受限制。虽然举例说明的实例包括十九个沟槽，但是介质透镜114可以形成比19个多或少的沟槽，而沟槽的深度也可以与透镜的直径成比例，而且可以以介质透镜的工作频率为基础。

介质透镜上传统的阻抗匹配特征可能需要插入大量的有规则地隔开的孔，例如，每个间隔二分之一波长。例如，对于7英寸直径的透镜，沿着半径用的0.34英寸的孔间距隔开0.34英寸的孔的数量是337，然而依照本发明带沟槽的介质透镜可能只包括19个沟槽。因此，本发明可以消除形成数百个孔的需要，而且可以减少透镜的设计和制造的复杂性。

人们将进一步领会到，尽管沟槽132已被举例为同心的，然而作为替代它们也可以以数列平行沟槽的形式或作为像螺旋线那样的连续沟槽来体现。

依照另一个实施方案，依照本发明某些方面的平凸透镜可以包括在透镜的凸面表面和平面表面两者上形成的阻抗匹配沟槽132、140，如图6D所示。参照图6C，依照一个实例，平面一侧142可以在透镜凸面一侧的对面形成。平面一侧142的宽度可以相对于透镜的总直径被减少，例如，通过铣削。减少平面一侧142的宽度是为了把透镜部份地插入喇叭天线。依照一个特定的实例，介质透镜114可以有大约3.500英寸的半径。在透镜结构的非凸面一侧上距其中心大约3.100英寸的半径外面，形成平面一侧142，以便把透镜的总宽度减少大约0.100英寸，如图6C所示。因此，透镜平面一侧最外面的大约0.400英寸长、0.100英寸宽的边缘部分被除去。例如，同心沟槽140可以是在透镜的平面表面142之中从平面一侧最靠近中心的点到3.100英寸的半径铣削出来的，类似于在透镜结构的凸面的或对置的一侧上铣削的沟槽132。

在图6D举例说明的一个实例中，内部的同心沟槽140可以是均匀一致的，有恒定不变的宽度144，例如0.094英寸，和恒定不变的深度146，例如0.200英寸。然而，人们将会理解沟槽不需要是均匀一致的而且可以有变化的宽度和深度，取决于预期的透镜特性。不同于外部沟槽132，内部沟槽140的每个沟槽的深度方面可以不根据离透镜中心的远近改变。在一个实例中，内部沟槽140的半尖峰高度延伸超过透镜平面底部的外部0.400英寸，而每个铣削沟槽的半槽谷或凹槽较远地延伸进透镜超过透镜平面底部的最外部0.400英寸。人们将进一步领会到，本发明不局限于本文讨论的实例的特定尺寸，这些实例仅仅是为了举例说明和解释，而且不倾向于作为限制。

再一次参照图6D，当同心沟槽132在透镜114的凸面一侧形成的时候，原本平滑的透镜表面变成高度不同的同心立体环。这些环有峰和谷。峰可以是锯齿形的，给出凸面形状的整体曲线，而谷可以有终结它们的圆形的谷底或底部134，如同前面讨论的那样。如图6D所示，从透镜中心移开的每个圆的同心沟槽由于透镜外表面的一般曲线拥有比早先的(更居中的)沟槽更像三角形的尖峰。然而，透镜平面一侧上的内部沟槽140可以有更规则的峰和谷。

依照举例说明的实施方案，透镜凸面一侧的同心沟槽132可能不完美地与透镜平面一侧的同心沟槽140对齐，而是可能如图6D所示被偏移。例如，在透镜的外部凸面上的每个尖峰可以与内部平面一侧的凹槽或谷对齐。反之，在透镜的内部上的每个尖峰可以被铣削到透镜的外部之中的凹槽偏移。举例说明的在透镜的平面一侧和凸面一侧上都有沟槽的实例可以把反射的射频能量减少大约0.23分贝，大约为被同样尺寸和材料的无沟槽透镜反射的0.46分贝的一半。

依照另一个实施方案，平凸介质透镜可以包括沿着凸面透镜内部面形成的单一区域菲涅尔表面特征。在与(前面讨论的)平凸透镜的外部和内部表面上的沟槽组合中，准菲涅尔特征可以有助于大大减少透镜材料的体积，借此降低透镜的总重量。如同前面讨论的那样，透镜的一种应用是与安装在飞机之类的载客运载工具上的天线组合，接受广播卫星服务。在这样的应用中，透镜和天线的总重量可能是重要的设计考虑，较轻的结构是优选的。透镜的总重量可以通过把单一的准菲涅尔区域并入平凸透镜的内部平面表面被大幅度减少。

参照图7，平凸透镜可以是这样设计的，从在透镜边缘有小的(接近零)厚度开始，厚度如同相位条件要求的那样向透镜中心线逐渐增加，即，以致所有的以不同的入射角通过透镜的信号将近似同相位地到达天线的馈送点。为了满足相位条件，透镜边缘的信号和透镜内部的信号之间的路径长度差可以等于工作频率下的一个波长。在这个点，介电材料厚度能被减少到最小的结构长度，或几乎为零，无需改变通过透镜传播的波前。然后，这个点可以形成与最初的平面表面142平行的另一个平面区域的外部边界148，通过它光程长度是一个波长，少于通过最外面的区域的那些，如图7所示。多重准菲涅尔区域的使用可以限制接收或发射信号的频带宽度，例如在10.7到12.75GHz频带中，因此只有一个大的准菲涅尔区域可能是优选的。然而，人们将领会到：在大的带宽不重要的应用中，依照本发明的介质透镜可以形成不止一个准菲涅尔区域，而且本发明不局限于只包括单一的准菲涅尔区域的透镜。

依照图7举例说明的一个实施方案，准菲涅尔特征150可以是在透镜材料中“切割出来的”，在外形上近似为梯形而且从透镜的平面表面142向透镜的外部凸面表面152延伸。准菲涅尔特征150可以提供大幅度的重量减少。例如，与聚苯乙烯材料制成的类似大小的实心透镜相比较，图7举例说明的透镜由于准菲涅尔区域中的材料被除去可以节约44％重量。吸收射频能量的介电材料的减少还可以导致透镜有较高的效率，因为较少的射频能量可以在信号通过透镜传播的时候被吸收。例如，在与没有单一的准菲涅尔区域的平凸透镜相比较的时候，图7描绘的透镜可以吸收不足大约0.05分贝的能量。经过透镜信号的衰减可以依照下面的公式3计算：

α(dB/inch)＝(1osst)8.686π√ε/λ    (3)

其中，α是以分贝/英寸为单位的衰减，“losst”是材料的损耗因数，ε是材料的介电常数，而λ是信号的自由空间波长。

参照图8，举例说明包括从透镜相邻的内部平面表面156向里延伸形成的单一区域准菲涅尔特征154的介质透镜的另一个实例。依照前面的讨论，准菲涅尔区域可以大大减少透镜材料的体积，借此降低透镜的总重量。这种用图8举例说明的结构也可以叫做内阶梯式菲涅尔透镜160。在一个实施方案中，内阶梯式菲涅尔透镜160可以如图所示有在其中形成的阻抗匹配沟槽。在一个实例中，透镜160的外部凸面表面162可以如同前面讨论的那样有作为同心环形成的一个或多个阻抗匹配沟槽164。内部的平面表面156同样可以如同前面讨论的那样有在其中作为同心环形成的一个或多个沟槽166。依照一个实施方案，形成准菲涅尔特征154的上边界的上面的平面表面158也可以有在其中形成的一个或多个沟槽166，如图8所示。这些沟槽可能有助于改善透镜160的阻抗匹配和减少在凸面表面162、在准菲涅尔表面158和再一次在其余的平面表面156的反射损耗，从而进一步提高天线-透镜效率。

传统的菲涅尔透镜170是在图9中举例说明的。如图9所示，传统的菲涅尔透镜把阶梯部分172放在透镜的外表面上(远离耦合的喇叭天线)，有固有的无效性。具体地说，在传统的菲涅尔透镜170的用区域174表示的某些部分上入射的辐射不指向透镜的焦点176。相反，本发明的内阶梯式菲涅尔透镜160如图10所示将在透镜外表面的任何部分上入射的辐射178聚焦到透镜的焦点。因此，本发明的内阶梯式菲涅尔透镜在与锥形的喇叭天线结合起来使用的时候可以是适合传统的反射式碟形天线的比传统的菲涅尔透镜有效的替代品。依照前面的讨论，内阶梯式菲涅尔透镜与普通的平凸透镜相比可以节约相当多的重量。此外，内阶梯式菲涅尔透镜就旋转天线应用而言与标准的菲涅尔透镜相比不增加号角透镜组合的“扫掠体积”。

参照图11，举例说明依照本发明的介质透镜161的另一个实施方案。在这个实施方案中，介质透镜161把平凸形状用于外围的透镜表面163，把双凸透镜形状用于内部的透镜表面165。外围表面163和内部表面165每个都可以如同前面讨论的那样有在其中形成的一个或多个沟槽167。除此之外，介质透镜161可以如同前面讨论的那样为了减少透镜161的重量有在其中形成的准菲涅尔特征167。最适宜的折射平凸或双凸结构可以通过把决定性表面(例如，平面的、球面的、抛物面的或双曲面的表面)用于透镜161的一个侧面和求解适合对置表面的点的轨迹来实现。在举例说明的实施方案中，双凸部分165被设计成在透镜的一侧有球形表面，在另一侧有优化的轨迹。

依照前面的讨论，介质透镜可以被设计成有重量、介电常数、损耗因数和横跨大温度范围稳定的折射率的最佳组合。透镜将不会由于暴露在大的温度范围之中或在制造期间发生变形或翘曲，而且在暴露在潮湿环境之中的时候将仅仅吸收非常少量(例如，不足1％)的水分或水，以致任何吸收的水分将不会对透镜的介电常数、损耗因数和折射率的组合产生不利的影响可能是符合要求的。此外，就供应能力而言，透镜容易制造可能是符合要求。除此之外，透镜应该能够维持它的介电常数、损耗因数和折射率而且在化学上耐碱、醇、脂族烃和无机酸可能是符合要求的。

依照一个实施方案，介质透镜可以是使用某种形式的可加工的抗物理冲击的聚苯乙烯构成的，而且能在诸如-70°F的温度条件下操作。在一个实例中，这种材料可以是叫做交联聚苯乙烯的刚性形式的聚苯乙烯。高度交联(例如，交联20％以上)的聚苯乙烯可以被制成形状不受溶剂影响而且有低的介电常数、低的损耗因数和低的折射率的高度刚性的结构。在一个实例中，交联聚合物聚苯乙烯可以有下述特性：大约2.5的介电常数、小于0.0007的损耗因数、小于0.1％的水分吸收和低的塑性变形性质。聚苯乙烯之类的聚合物能在低介电耗损的情况下形成而且可以有非极性的或实质上非极性的成份和有热塑性聚合物成份和弹性体聚合物成份的热塑弹性体。术语“非极性的”指的是没有偶极的或其中偶极实质上矢量平衡的单体单元。在这些聚合物材料中，介电性主要是电子偏振效应的结果。例如，1％或2％二乙烯基苯和苯乙烯的混合物可以通过自由基反应聚合，从而给出可以提供形成热塑性聚合物成份的低损耗介质材料的交联聚合物。例如，聚苯乙烯可以由下述的极性的或非极性的单体单元组成：苯乙烯，α-甲基苯乙烯、烯烃、卤化烯烃、砜、聚氨酯、酯、酰胺、碳酸盐、酰亚胺、丙烯腈以及它们的共聚物和混合物。诸如苯乙烯和α-甲基苯乙烯之类的非极性单体单元、诸如丙烯和乙烯之类的烯烃以及它们的共聚物和混合物也可以使用。热塑性聚合物成份可以选自聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)和聚烯烃。

由交联聚合物聚苯乙烯(例如，前面描述的那种)构成的透镜使用传统的机械加工操作可以很容易制成，而且可以被磨到小于大约0.0002英寸的表面精度。交联聚合物聚苯乙烯可以在温度下降到-70°F以下之时维持它的介电常数在2％范围内，以及可以有耐碱、醇、脂族烃和无机酸的耐化学物质性质。在一个实例中，这样形成的介质透镜可以包括前面讨论过的带沟槽的表面和内阶梯式准菲涅尔特征。

在一个实例中，介质透镜可以是用低损耗的透镜材料(它可以是交联的聚苯乙烯)和热固性树脂(例如，用单体浇铸的片材&棒材)的组合制成的。这样的材料的一个实例被称为Rexolite

Rexolite

是C-Lec Plastics，Inc.制造的独特的交联聚苯乙烯微波塑料。Rexolite用极低的耗散因数维持2.53到500GHz的介电常数。Rexolite在正常负载下不呈现永久变形或塑性流动。所有的铸件都可以是无应力的，而且可以不需要在机械加工之前、之中或之后消除应力。在一项测试期间，业已发现Rexolite

在沸水中浸没1000小时之后吸收少于0.08％的水分而且在介电常数方面没有重大变化。用来机械加工Rexolite

的工具配置可以类似于用在丙烯酸树脂上的那些。因此，Rexolite

可以使用标准技术机械加工。由于高度的耐冷塑加工性和固有的无应力，Rexolite

可以很容易被机械加工或激光束切割到非常精密的公差，例如，大约0.0001的精度能通过铣削获得。通过使用锐利工具和在抛光期间避免过热可以避免细裂纹。Rexolite

在化学上是耐碱、醇、脂族烃和无机酸的。除此之外，Rexolite按体积计比丙烯酸树脂轻大约5％而且比TFE(特氟隆)的一半重量少。

再一次参照图3和4，介质透镜114可以如同举例说明的那样安装到喇叭天线110上。依照图6A和6B举例说明的一个实施方案，透镜114可以包括一个或多个可以从透镜114的边上突出而且可以用来使透镜附着到另一个表面(例如，喇叭天线110(见图3))上的联接凸缘180。在一个实例中，透镜可以包括三个凸缘180，它们可以按彼此相差90°角从透镜边缘伸出，以致在如图6B所示从上到下透视看透镜的时候一个凸缘位于四个象限中的三个象限之中。依照一个特定的实例，凸缘180可以从透镜114的边缘伸出大约0.413英寸而且可以有大约0.60英寸的宽度。如上所述，透镜114可以有大约7.020英寸的直径和大约3.510英寸的半径。然而，当按它从透镜中心向外延伸的最大长度测量每个凸缘时候，有凸缘180，透镜114完整的半径可以是大约3.9025英寸。因此，在一个实例中，凸缘180在它们的最大点可以从透镜的边缘伸出0.4025英寸。

依照另一个实施方案，凸缘180可以均匀地逐渐变小，以致在凸缘180之间的中点182，没有材料突出到透镜的大约7.020英寸直径之外，如图6B所示。在一个实例中，一个或多个孔184可以在凸缘180中形成。孔184可以用来使透镜114附着到诸如在图12中展示的板186之类的外表面上。在一个实例中，每个孔都可以有大约0.22英寸的直径。此外，孔可以被这样隔开，以致它们在每个凸缘的中心两侧是等距离的。

依照一个实例，介质透镜114可以是为了如图13所示至少部份地装配到喇叭天线110内部而设计的。透镜114可以是这样设计的，以致当安装到喇叭天线110上的时候，喇叭天线100和透镜114的组合仍然可以安装诸如旋转圆188之类在受限制的体积之内。在一个实例中，透镜114的直径可以近似地等于喇叭天线110的直径，而且透镜114的高度可以大约是喇叭天线110的直径的一半。依照另一个实例，透镜114可以是相对于喇叭天线100自动定心的。例如，透镜114的形状可以实现自动定心功能，例如透镜114可以有用来相对于喇叭天线110使透镜114对准中心的倾斜的边缘部分115(见图7)。在一个实例中，透镜的倾斜边缘部分115可以与喇叭天线110的倾斜角相匹配。例如，如果喇叭天线110的侧面相对于垂线在呈45°角，那么透镜的倾斜边缘部分115也可以相对于垂线呈45°角。

再一次参照图13，波导馈送网络112也可以是为了装配在旋转圆188之内设计的。在图3举例说明的另一个实例中，可安装的子系统50(它还可以包括可以把喇叭天线110和透镜114附着到它上面的万向节组件60)和覆盖天线罩(未展示)可以是为装配在前面讨论过的受限制的体积(例如，图13的旋转圆188)之内的设计。在一个实例中，馈送网络112可以是为了如图所示毗邻喇叭天线110的弯曲安装从而使馈送网络所需空间最小而设计的。

依照另一个实例，为了促使结构借助万向节组件60转动，透镜114可以是这样设计的，以致透镜114的质量中心作为对应的安装透镜的喇叭天线110的质量中心的平衡力移动透镜和号角的复合中心使之更接近整个结构的旋转中心。

参照图3和13，依照又一个实施方案，喇叭天线110之中的某些天线(例如，位于天线阵102末端的那些)可以包括在喇叭天线100的表面上形成的环190以有利于喇叭天线110对万向节组件60的安装。如图14所示，为了把天线阵102安装到万向节组件300上和使万向节组件能够移动天线阵102，环190适合与和从万向节组件300伸出的臂194耦合的柱192配对(见图3)。环190可以是在喇叭天线100的外表面上形成的，在喇叭天线的孔径附近，即在天线阵的旋转中心附近，如图13所示。在一个实例中，环190可以与喇叭天线110一起整体成形。

依照前面的讨论，天线阵102包括馈送网络112，后者依照一个实施方案可以是波导馈送网络112，如图15所示。馈送网络112可以在天线阵102处于接收模式的时候操作，以便接收来自每个喇叭天线110的信号并且在馈送端口600、602提供一个或多个输出信号。作为替代，当天线阵102在发射模式中工作的时候，馈送网络112可以把在馈送端口600、602提供的信号引导到每个天线110。因此，人们将领会到，虽然下面的讨论将主要涉及接收模式中的操作，但是天线阵(天线和馈送网络)也可以在发射模式中操作。人们还将领会到，虽然馈送网络是作为波导馈送网络举例说明的，但是馈送网络可以使用任何适当的技术(例如，印刷电路、同轴电缆，等等)来实现。

依照一个实施方案，每个天线110可以在它的馈送点(图5，120)与正交模转换器(OMT)604耦合，如图4和15所示。OMT 604可以提供喇叭天线110和馈送网络112之间的耦合接口。参照图16，更详细地举例说明依照本发明的OMT 604的一个实施方案。OMT 604可以在第一端口606接收来自天线要素的输入信号而且可以在端口608和610提供两个正交的分量信号。因此，OMT 604可以把入射信号分成可以例如在端口608提供的第一分量信号和可以例如在端口610提供的正交的第二分量信号。依据这两个正交的分量信号，任何发射的输入信号都可以使用例如下面将更详细地讨论的PCU 200(图2)通过两个分量信号的矢量合并得以重建。

在图16举例说明的实例中，OMT 604的端口608，610位于OMT 605的侧面612、614，与输入端口606垂直。这种安排与通常有一个位于OMT下面与输入端口同轴的输出端口的传统的OMT相比可以减少OMT 604的高度。减少OMT 604的高度可以帮助减少在一些应用中可能符合要求的天线阵102的总高度。依照图16所示的实例，OMT 604包括圆形的顶端部分616，以致OMT 604可以毗邻喇叭天线要素的侧面安装，从而进一步有利于减少天线阵的高度。在一个实例中，OMT 604可以与喇叭天线110一起整体成形。人们将进一步领会到，虽然OMT 604已经根据接收辐射的天线予以描述，即，OMT 604在端口606接收来自天线的输入而且在端口608、610提供两个正交的输出信号，但是OMT604也可以完成相反的操作。因此，OMT 604可以在端口608、610接收两个正交的输入信号而且可以在与可以辐射信号的天线耦合的端口606提供组合输出信号。

OMT 604的端口608、610可以不必是非常相位匹配的，并因此在端口608提供的第一分量信号相对于在端口610提供的第二分量信号可以是略微地异相的。在一个实施方案中，PCU可以适合纠正这种相位不平衡，下面将更详细地讨论。

再一次参照图15，馈送网络112包括与OMT 604的每个端口608、610连接的众多路径要素。馈送网络112可以包括沿着它(来自每个天线的)第一分量信号可以移动到第一馈送端口600的与OMT 604的端口608耦合的第一路径618(画阴影展示)。馈送网络12还可以包括沿着它(来自每个天线的)第二分量信号可以移动到第二馈送端口602的与OMT 604的端口610耦合的第二路径620。因此，每个正交偏振的分量信号可以沿着分开的路径从OMT端口608、610的连接点移动到馈送网络112中对应的馈送端口600、602。依照一个实施方案，第一和第二路径618，620可以是对称的，包括相同数目的弯管和T型接头，以致馈送网络112不把任何相位不平衡赋予第一和第二分量信号。

如图15所示，馈送网络112可以包括众多E-平面T型接头622和弯管624。当天线阵在接收模式中操作的时候，E-平面T型接头可以操作以便把从每个天线收到的信号相加提供单一的输出向信号。当天线阵在发射模式中操作的时候，E平面T型接头充当功率分配器，把来自单一馈送点的信号分开馈送给阵列中的每个天线。在举例说明的实例中，波导T型接头622包括实现阻抗匹配的功能的相对于其余区段628的宽度变窄的区段626。变窄的区段626有高于较宽的区段628的阻抗而且在长度方面通常可以是大约四分之一波长。在举例说明的一个实例中，波导T型接头622可以包括在信号通过T型接头622的时候可以用来减少信号相位失真的凹口630。提供所示的圆形弯管624与使用直角弯管之时相比允许馈送网络112占据较小的空间，而且可以用来减少信号通过曲管624之时的相位失真。馈送网络112之中的每个第一和第二路径618、620在每个方向可以有数目相同的弯管，以致第一和第二分量信号接受来自通过馈送网络112传播的相等的相位延迟。

依照一个实施方案，介质插入物可以放置在馈送网络112的馈送端口600、602之内。图17举例说明可以插入E平面T型接头的介质插入物632的一个实例。介质插入物632的尺寸和用来形成介质插入物632的材料的介电常数可以是为改善在形成馈送端口600、602的波导T型接头的端口之间的RF阻抗匹配和传输特性选择而选定的。在一个实例中，介质插入物632可以是用Rexolite

构成的。介质插入物632的长度634和宽度636可以这样选定，以致介质插入物632在馈送端口600、602内滑动配合。在一个实例中，介质插入物632可以有在其中形成的众多的孔638。孔638可以用来降低介质插入物632的有效介电常数，以致好的阻抗匹配可以实现。

再一次参照图15，在一个实例中，馈送网络112可以包括一个或多个支持机械稳定性的托架660。例如，托架660可以接在相邻的OMT 604之间，为馈送网络112提供附加的结构支撑。托架660不传递电磁信号。在一个实例中，托架660可以与馈送网络112一起整体成形，而且可以包括与馈送网络112相同的材料。在另一个实例中，托架660可以被焊接或以别的方式附着到馈送网络112的各区段上。

依照另一个实施方案，波导馈送网络112可以包括与每个馈送端口600、602耦合的馈送正交模转换器(未展示)。参照图18，馈送正交模转换器(OMT)640可以包括第一端口642和第二端口644以便接收分别来自馈送端口600、602的第一和第二正交分量信号。馈送OMT 640在端口642和644接收正交的第一和第二分量信号而且在它的输出端口646提供组合信号。馈送OMT 640实质上可以与OMT 604完全相同而且可以被正交地馈送到与天线耦合的OMT 604。例如，第一分量信号可以在OMT604的端口608提供，而且可以沿着馈送网络112的第一路径618移动到可以与OMT 640的第二端口644耦合的馈送端口600，如图18所示。类似地，OMT 604的第二端口610可以经由馈送网络112的第二路径620和馈送端口602与OMT 640的第一端口642耦合。第一分量信号接受来自OMT 604的第一相位延迟φ₁、路径延迟φ_p和来自OMT 640的第二相位延迟φ₂。同样，第二分量信号接受来自OMT 604的第一相位延迟φ₁、路径延迟φ_p和来自OMT 640的第二相位延迟φ₂。因此，两个正交馈送的OMT604、640的组合可以使每个第一和第二分量信号接受实质上相等的总相位延迟，如同下面在公式4中展示的那样：

Φ[(ωt+φ₁)+φ_p+φ₂]＝Φ[(ωt+φ₂)+φ_p+φ₁]    (4)

其中(ωt+φ₁)和(ωt+φ₂)是在馈送OMT 640的输出端口646相位匹配的极化的第一和第二分量信号。

依照另一个实施方案，馈送网络112的馈送端口600、602可以直接与PCU耦合，没有馈送OMT，而且PCU可以适合提供极化补偿和相位匹配以便补偿φ₁和φ₂之间的任何差别，下面将更详细地讨论。

在一些应用中，天线阵可能暴露在各种不同的温度和湿度下。这可能导致水分在馈送网络和天线内冷凝。为了允许任何这样的水分从馈送网络中逸出，许多小孔可以是在馈送网络的区段中钻出的，如图19中的箭头650、652所示。在一些位置，例如用箭头650指出的位置，可以钻例如直径大约为0.060英寸的单孔。在其它的位置中，例如用箭头652指出的位置，可以钻数组被隔开例如0.335英寸的两三个孔。这样一组孔中的每个孔也可以有大约0.060英寸的直径。人们将领会到在图19中举例说明的位置和孔的数目只是可仿效的而且所给出的尺寸和间距也只是一些例子。本发明不局限于本文举例说明的特定的尺寸和孔位，而且可以使用放置在馈送网络112中不同位置的若干个孔。

参照图20，举例说明万向节组件300的一个实施方案的功能方框图。依照前面的讨论，万向节组件300可以形成可以安装在载客运载工具(例如，航空器)上的部份的可安装的子系统50。人们将领会到尽管下面的讨论将主要涉及可安装的子系统50如图1B所示被外部地定位在航空器52上的系统，但是本发明不受这样的限制，而且万向节组件300可以被内部地或外部地定位在任何类型的载客运载工具上。万向节组件300可以提供天线组件100(见图2)和接收器前端之间的接口。依照举例说明的实例，万向节组件300可以包括可以为万向节组件本身供电而且可以在线路304上把功率提供给其它的部件(例如，PCU和DCU)的电源302。万向节组件300还可以包括中央处理器(CPU)306。CPU 306可以接收线路308、310、312上的输入信号，后者可以包括关于系统的数据和/或信息信号来源的数据，例如，系统坐标、系统姿态、来源经度、来源极化歪斜和来源信号强度。在一个实例中，关于来源的数据可能是在RS-422接口上收到的，然而，系统不受这样的限制而且可以使用任何适当的通信链路。万向节组件300可以把控制信号提供给PCU200(见图2)，以引起PCU 200纠正信息来源和天线组件之间的极化歪斜，下面将更详细地讨论。

万向节组件300可以进一步把操作功率提供给PCU 200。除此之外，经由万向节组件300把控制线路提供给PCU和DCU可以使需要穿过安装托架58的线路的数目和在电缆管束中可以用来互相连接天线组件100和可以位于运载工具里面供乘客访问的装置(例如，显示器或扬声器)的金属线的数目最小。减少滑环上的分立金属线的数目的优点是提高整个系统可靠性。此外，减少管束中金属线的数目和减少总管束直径(例如，有较小的弯曲半径)的一些优势是使电缆安装更容易和可能减少在传送控制信息的电缆之间的串扰。

参照图20，万向节组件300可以控制天线组件的方位和仰角，并因此可以包括驱动仰角马达316改变天线阵仰角的仰角马达驱动314和驱动方位马达320控制和确定天线阵方位的方位马达驱动318。天线阵可以借助参照图14描述的环、臂和柱的安排安装到万向节组件上，而且仰角马达316可以相对于万向节组件300的柱在大约-10°到90°(或顶点)的仰角范围内改变天线阵仰角。CPU 306可以利用在线路308、310、312上收到的输入数据来控制仰角和方位马达驱动使天线正确地指向接收来自信息来源的预期的信号的方位和仰角。万向节组件300可以进一步包括可以为仰角和方位马达移动天线阵提供任何必要的机械结构的仰角和方位机械组件324、326。

依照另一个实施方案，万向节组件300的CPU 306可以包括跟踪回路特征。在这个实施方案中，处理器304可以接收在线路322上来自DCU 400(见图2)的跟踪回路电压。跟踪回路电压可以被CPU 306用来帮助天线阵在运载工具移动的时候正确地跟踪来自信息来源的预期信号的峰值。跟踪回路特征将参照DCU予以更详细的讨论。

参照图21，举例说明极化变频单元(PCU)200的一个实施方案的功能方框图。PCU 200可以是前面描述的天线组件100(见图2)的一部分。PCU 200把正交的导波(呈现在前面描述的馈送网络的馈送端口600、602的正交的第一和第二分量信号)转换成代表从信号来源发射的波形的线极化(垂直和水平)或圆极化(左旋或右旋)的信号。依照一个实例，PCU 200适合补偿在信息来源和天线阵之间的任何极化歪斜。例如，运载工具52(见图1B)可能是航空器，而PCU 200可以适合补偿由信息来源56和运载工具52的相对位置引起的极化歪斜β，包括运载工具52的任何颠簸、摇摆和侧滑。PCU 200可以受万向节组件300控制，而且可以经由控制接口202在线路322上接收来自万向节组件300的准许它正确地补偿极化歪斜的控制信号。PCU 200也可以经由线路70接收来自万向节组件300的功率。

卫星(或其它通信)信号可以是在两个正交的波前上传输的。这允许卫星(或其它的信息来源)在相同的频率上发射较多的信息和依赖极化分集使信号免受干扰。如果天线阵102作为在卫星(或其它信息来源)上的发射天线直接在相同的子午线之下或之上，那么接收天线阵1-2和发射来源天线的极化状态可以对齐。然而，如果运载工具52离开信息来源所在的子午线或经度移动，那么在发射天线和接收天线之间引入极化歪斜。这个歪斜能通过物理地或电子地旋转天线阵102得到补偿。物理地旋转天线阵102可能是不实际的，因为它可能增加天线阵的高度。所以，电子地“旋转”天线阵来补偿任何极化歪斜可能是优选的。这种“旋转”是靠PCU完成的。

再一次参照图21，PCU可以接收在线路208、210上分别来自馈送网络的馈送端口600、602的正交的第一和第二分量信号。在一个实例中，第一和第二分量信号可以在大约10.7GHz-12.75GHz的频率范围中。第一和第二分量信号可以被通过波导馈送连接与馈送网络的端口600、602耦合的低噪声放大器224放大。低噪声放大器是经由例如半刚性电缆与定向耦合器226耦合的。定向耦合器226的耦合端口接到本机振荡器222上。本机振荡器222可以通过控制接口202受(在线路322上与控制接口202通信的)万向节组件控制，以提供机内测试特征。在一个实例中，本机振荡器222可以有大约11.95GHz的中心工作频率。

如图21所示，定向耦合器226的直通端口与把相应的分量信号(按能量)对半分开借此提供四个PCU信号的功率分配器230耦合。为了清晰，PCU信号将被归类为：第一分量信号(例如，水平极化的)被看作是已被分离在线路232上提供第一PCU信号和在线路234上提供第二PCU信号；第二分量信号(例如，垂直极化的)被看作是已被分离在线路236上提供第三PCU信号和在线路238上提供第四PCU信号。因此，每个分量信号(垂直的和水平的)的一半被送到圆极化电子器件上而另一半被送到线极化电子器件上。

考虑用于圆极化的路径，线路234和238把第二和第四PCU信号提供给

混合耦合器240。因此，混合耦合器240接收垂直极化的信号(第四PCU信号)和水平极化的信号(第二PCU信号)并且把它们合并，有的相差，形成右旋和左旋的圆极化合成信号。右旋和左旋的圆极化合成信号分别经由线路242和244与开关212耦合。所以，PCU能依据从天线阵收到的垂直和水平极化的信号提供右旋和/或左旋的圆形极化信号。

来自分配器230的第一和第三PCU信号在线路232和236上提供给把每个第一和第三PCU信号再一次对半分开的第二分配器246，因此形成四个信号路径。这四个信号路径是同一的并因此被一并描述。分开的信号是从第二分配器246经由线路248先被送到衰减器204，再被送到双相调制器(BPM)206。就线性极化而言，极化倾斜度或歪斜角可以是用在每个路径中设定的衰减量设定的。零和180度相位设定可以用来产生倾斜方向，即，向右倾斜或向左倾斜。衰减量用来确定在输出信号中存在的正交极化的数量。衰减器数值可以依照公式5作为极化歪斜β的函数建立起来：

A＝10*log((tan(β)²)  (5)

极化歪斜β的数值可以经由控制接口202提供。例如，如果输入的极化状态是垂直的和水平的(从天线阵)，而且垂直的输出极化状态是需要的(从PCU)，那么零衰减可以应用于垂直路径，而最大衰减(例如，30分贝)可以应用于水平路径。正交的输出端口可以应用倒数衰减以产生水平输出信号。为了产生45度的斜极化，零衰减可以应用于任一路径而且180度相移可以应用于输入之一以产生正交的45度输出。不同的斜极化可以通过调节应用于两个路径的衰减数值和合并信号产生。BPM 206可以用来弥补在信号中作为衰减的结果可能发生的任何相位变化。BPM 206也被用来改变正交信号的相位，以使信号同相相加。加法器250用来把被第二分配器246分开的信号再次合并，以便提供经由线路252与开关212耦合的两个线极化合成信号。

开关经由线路214受控制接口202控制，以便在合成信号的线极化或圆极化对之间进行选择。因此，PCU可以在线路106上以它的输出提供一对要么是线极化的(有任何预期的倾斜角)要么是圆极化的PCU_输出信号。依照一个实例，PCU可以包括或被耦合到均衡器220。均衡器220可以用来补偿在电缆损耗中作为频率的函数的变化，即，与许多电缆相关联的RF损耗可能随频率变化，因此均衡器可以用来减少这样的变化，从而导致在系统的工作频率范围内更均匀一致的信号强度。

PCU 200也可以提供垂直和水平极化的或左旋和右旋圆极化的分量信号之间的相位匹配。相位匹配的目的是优化收到的信号。相位匹配增大收到的信号的振幅，因为从两个天线收到的信号是同相位相加的。相位匹配还通过引起较大的交叉极化抑制减少不想要的交叉极化的传输信号对需要的信号的影响。因此，PCU 200可以在线路106上(见图2)提供相位匹配的输出分量信号。相位匹配可以在校准期间通过用例如

的最低(有效)位(LSB)设定相座(phase sits)来完成。因此，PCU可以充当减少或消除两个分量信号之间的任何相位失配的相位校正装置。

依照一个实施方案，PCU 200可以提供系统需要的所有的增益和相位匹配，因此取消了在系统安装期间对价格昂贵的不精确的相位和振幅校准的需求。如同那些熟悉卫星操作的人已知的那样，在世界上许多区域中，存在各种各样导致宽频带操作的卫星工作频率。例如，直接广播卫星可以接收频率为大约14.0GHz-14.5GHz的信号，而卫星可以在从大约10.7GHz到12.75GHz的频率范围内发送下行信号。下面的表I举例说明除了频率之外就直接广播信号的接收而言存在的本发明天线组件和系统适应的一些变量。

表I

服务  区	服务 供应商	卫星	卫星  经度	极化状  态	主要的附条  件访问	数字  广播   格式
							加拿  大	ExpressVu	Nimiq	268.8  E	圆极化	Nagravision	DVB
美国   大陆	DIRECTV	DBS 1/2/3	259.9  E	圆极化	Videoguard	DSS
							欧洲	TPS Tele+ Digitale Stream	Hot Bird  1-4	13.0  E	线极化	Viaccess	DVB
欧洲	Sky Digital	Astra 2A	28.2  E	线极化	Mediaguard	DVB
							欧洲	Canal Plus	Astra 1E  -1G	19.2  E	线极化	Viaccess&  Mediaguard	DVB
日本	Sky PerfecTV	JCSAT-4A	124.0  E  128.0  E	线极化	Multi-access	DVB
							拉丁   美洲	DIRECTV GLA	Calaxy 8-i	265.0  E	圆极化	Videoguard	DSS
马来   群岛	Astro	Measat  1/2	91.5  E	线极化	Cryptoworks	DVB
							中东	ADD	Nilesat  101/102	353.0  E	线极化	Irdeto	DVB

[0135] 通过用PCU和天线阵提供所有的增益和相位匹配，有改善的全球性能的更可靠的系统可以产生。通过把相位匹配和振幅调节(增益)限制到PCU和天线的狭小范围内，本发明的系统可以取消在PCU和安装托架之间以及在安装托架和穿过运载工具表面在天线组件100和运载工具内部之间来回提供射频信号的电缆之间有相位匹配的电缆的需要。相位匹配的电缆即使在系统安装期间是精确地相位匹配的但随着时间推移也可以改变，而且温度漂移可能降低系统性能，从而引起不良的接收或降低数据传输率。类似地，旋转接头在作为新接头的时候可以是相位匹配的，但是随着时间推移作为机械装置可能磨损，从而导致相位匹配的降级。因此，取消对这些要相位匹配的部件的需求但是在PCU实质上完成信号的全部相位匹配可能是特别有利的。

依照一个实施方案，PCU 200可以对在大约10.7GHz到大约12.75GHz的频率范围内的信号进行操作。在一个实例中，PCU200可以在这个频率范围内提供0.7分贝到0.8分贝的噪声指数，这可能远远低于许多商用接收器。这个噪声指数是通过精心选择零部件和在工作频带范围内完成全部或大多数零部件的阻抗匹配实现的。

参照图22，举例说明向下变频单元(DCU)400的一个实施方案的功能方框图。人们将领会到这张图只想表达DCU 400的功能实现，而且不必表达物理实现。DCU是为获取射频信号(例如，在10.7GHz到12.75GHz的频率范围内)并且把它降频成中频(IF)信号(例如，在3.45GHz到5.5GHz的频率范围内)而构成的。在另一个实例中，线路406上的IF信号可以在大约950MHz到3000MHz的频率范围中。

DCU400可以在PCU 200和可以位于运载工具之内第二向下变频单元500(见图2)之间提供RF接口。在许多应用中，分两步完成降频操作可能是有利的，有与天线组件100并列的第一降频器，以致RF信号从天线组件到第一DCU 400仅仅传送一个短距离，因为大多数传输介质(例如电缆)在低的IF频率比在RF频率耗损要小得多。降频到较低的频率减少对通常非常庞大而且难以处理的低损耗专用高频电缆的需求。

依照一个实施方案，DCU 400可以接收经由线路413来自万向节组件300的功率。DCU 400也可以借助控制接口410受万向节组件300控制。依照一个实施方案，DCU 400可以接收在线路106上来自PCU 200的两个RF信号而且可以在线路76上提供输出信号。定向耦合器402可以用来注入来自本机振荡器404的机内测试信号。

可以经由控制接口410受(在线路322上把控制信号提供给控制接口410的)万向节组件控制的开关406被用来在注入机内测试信号的时候实施控制。功率分配器428可以用来分离来自本机振荡器406的单一信号并且把它提供给两个路径。

再一次参照图22，定向耦合器402的直通端口与可用来过滤收到的信号除去任何不想要的信号谐波的通频带滤波器416耦合。然后，经过过滤的信号可以被送到混频器422。混频器422可以把信号与在线路424上收到的来自振荡器408的本机振荡器音调混合，把信号降频成IF信号。在一个实例中，DCU本机振荡器408可能能够在频率方面从7GHz调谐到8GHz，因此允许宽广的工作和IF频率范围。放大器430和衰减器432可以用来平衡IF信号。滤波器426可以用来使在输出线路76上提供IF信号之前可能出现在IF信号中的不想要的混频器产品最小。

依照前面的讨论，万向节组件300可以包括跟踪特征，其中万向节CPU 306使用在线路322上收到的来自DCU 400的信号把控制信号提供给天线阵，从而使天线阵跟踪信息来源变得容易。依照一个实施方案，DCU 400可以包括经由线路322与万向节CPU 306通信的控制接口410。控制接口41可以对在使用耦合器412和RF检波器434的任一路径上的IF信号的振幅进行抽样，提供可供万向节的CPU 306使用的振幅信息，以便基于收到的信号强度跟踪卫星。模-数转换器436可以用来将信息在送往万向节组件300之前数字化。如果DCU位于万向节CPU附近，这个数据可以是以高速率(例如，100Hz)接收的而且可以是未被破坏的。所以，在天线附近完成将收到的RF信号转换成IF信号的第一降频可以改善系统综合性能。

万向节的CPU 306可以包括可利用DCU提供的振幅信息的软件以瞄准或跟踪诸如卫星之类的信息来源。控制接口可以把信号提供给万向节组件以允许万向节组件正确地控制天线组件跟踪来自来源的预期信号。在一个实例中，DCU可以包括可用来选择究竟是跟踪从诸如卫星之类的信息来源发射的垂直/RHC信号还是跟踪水平/LHC信号的开关430。一般地说，当这些信号是从同一个卫星发射的时候，跟踪较强的信号可能是符合要求的。如果信号是从两个接近的卫星而不是同一个卫星发射的，跟踪较弱的卫星可能是优选的。

允许天线基于信号强度和航空器坐标瞄准卫星简化了系统安装期间的对准要求。人们考虑到没有它安装误差高达十分之五度对十分之一度。系统也可以使用导航和信号强度组合跟踪法，其中导航数据用来建立跟踪算法的极限或边界。这使雷达自动跟踪错误的卫星的机会最小，因为卫星至少分开两度以上。通过使用惯性导航数据和跟踪卫星期间发现的信号峰值，计算系统安装期间引起的对准误差并且在软件中修正它们是可能的。

依照一个实施方案，用来指向天线阵的方法和系统使用信息来源(例如，卫星)的经度和运载工具52(例如，航空器)的坐标(纬度和经度)、运载工具姿态(摇摆、颠簸和侧滑)和安装误差(摇摆、颠簸和侧滑的微量变化)计算天线应该指向哪里。如同体验过这项技术的那些人已知的那样，几何计算能很容易确定从已知的坐标(包括航空器的那些)到同步卫星的视角。信号跟踪可以以使用收到的卫星信号强度为基础动态地优化天线取向。在跟踪期间，万向节CPU可以使用收到的信号的振幅(从收自DCU的振幅信息确定的)通过依据其计算出来的位置不连续地将天线重新定位到轻微偏移的位置和确定收到的信号强度是否是最佳的、未重新定位的天线取向是否在最佳方向，等等来确定最适宜的方位和仰角。人们将领会到指向可以是如此准确和精密的，例如，如果航空器惯性导航系统稍后被改变，那么天线阵坐标和惯性导航系统之间的定位调整可能不得不重新计算。

一般地说，当导航系统在航空器或其它运载工具中被更换的时候，它被正确地放在偏离旧的惯性导航系统十分之几度的范围之内。然而，这十分之几度能使天线系统不足以让机载接收器仅仅使用定向计算锁定信号准确地瞄准卫星并因此可能导致丢失给乘客的画面。如果惯性导航系统被更换，天线系统应该在使用唯一指射(pointing-only)天线系统的时候在十分之一或十分之二度范围内之内被重新校正。在传统的系统中，这种再次精确校正可能是非常耗费时间的和冗长乏味的过程并因此可能被省略，从而损害了天线系统的性能。现在的系统有指向和跟踪两种能力，因此，安装时的校准由于系统的跟踪能弥补任何校准和指向误差可以被简化而且有可能被取消，例如，如果替换的惯性导航系统相对于先前的惯性导航坐标被安装在0.5度之内。

系统可以备有可以实现的(例如，在万向节CPU上运行的软件中)自动对准特征。当请求自动对准的时候，系统最初可以使用惯性导航数据瞄准选定的卫星。维护人员能从诸如计算机之类可以与万向节CPU通信的外部接口请求这个动作。当天线阵尚未对准的时候，系统开始扫描该区域寻找峰值接收信号。当它找到信号的峰值的时候，它可以记录方位、仰角、摇摆、颠簸、侧滑、纬度和经度。当系统已将最高的信号强度定位的时候，峰值可以被确定下来。然后，运载工具可以移动，而且一组新的方位、仰角、摇摆、颠簸、侧滑、纬度和经度数字被测出。系统可以用这第二组数字计算安装误差(摇摆、颠簸和侧滑的微量变化)和与这些数字相关联的方位和仰角指向误差。这个过程可以被重复，直到仰角和方位指向误差变成可接受的。

传统的定位调整过程通常是仅仅在天线系统初次安装期间完成的而且是手动程序完成的。传统的手动程序通常没有能力输入摇摆、颠簸和侧滑的微量变化数字，因此，手动程序需要使用垫片。例如，这些垫片是放置在天线的连接底座和航空器之间迫使天线系统坐标与导航系统坐标一致的小片填充材料，例如，铝垫片。然而，使用垫片需要拆除天线罩、布置垫片和重新安装天线罩。这是非常耗费时间的危险的方法。只有有限的人被授权在航空器的顶上工作而且这项工作需要大量的脚手架。一旦完成定位调整，天线罩就必须重新附着而且天线罩密封要固化几个小时。这个手动定位调整过程要花费一整天时间，然而本文描述的自动定位调整过程能在不足1小时的时间内完成。

一旦适当地完成定位调整，指向计算通常足以独自保持天线瞄准信息来源。在某些情况下，仅仅使用惯性导航数据不足以使天线阵瞄准卫星。一些惯性导航系统不为某些高度动态运动(例如，航空器的滑行)提供充分的更新率。(传统的天线系统是为支持在任何轴线上每秒7度(7/sec)的运动和每秒方7度(7/sec²)的加速度设计的)。解决这个问题的一条途径可以是增加用跟踪算法计算的指向方位和仰角。跟踪算法可以总是寻找最强的卫星信号，因此如果惯性导航数据缓慢，跟踪算法可以接管寻找最佳指向角。当惯性导航数据是最新的精确数据的时候，系统可以使用惯性数据计算它的方位和仰角，因为这个数据将与射束的峰值一致。这是因为惯性导航系统坐标可以使天线精确地瞄准预定的卫星，没有可测量的误差，即预测的视角与最佳视角将是同一的。当惯性导航数据不精确的时候，跟踪软件可以用来维持指向，因为它本能地能“校正”计算视角和最佳视角之间高达0.5度的差异。

依照另一个实施方案，本发明的通信系统可以包括第二向下变频单元(DCU-2)500。图23举例说明可仿效的DCU-2 500的功能方框图。人们将领会到图23打算表现DCU-2 500的功能实现而且不必表现物理实现。DCU-2 500可以提供天线阵收到的RF信号的第二级降频，以便提供可以提供给举例来说在运载工具之内的乘客接口的IF信号。DCU-2 500可以接收在线路504上来自举例来说万向节组件300的功率。DCU-2 500可以包括可以接收在线路506上来自万向节组件300的控制信号的控制接口(CPU)502。

依照一个实施方案，DCU-2 500可以接收在线路76上来自DCU 400的输入信号。功率分配器508可以用来把收到的信号分离，以便能够产生高频段(例如，在1150MHz到2150MHz的频率范围内)输出的IF信号和低波段(例如，在950MHz到1950MHz的频率范围内)输出的IF信号。因此，举例来说，DCU-2可以在大约950MHz到2150MHz的总频率范围内在线路78上提供四个IF输出信号。一些卫星可以被分为两个频带10.7GHz到11.7GHz和11.7GHz到12.75GHz。10.7GHz到11.7GHz的频带被降频到0.95GHz到1.95GHz而11.7GHz到12.75GHz的频带被降频到1.1GHz到2.15GHz。这些信号可以被呈现给接收器(未展示)，例如，供与运载工具52相关联的乘客访问的显示装置或声音输出(见图1A、1B)。如果输入接收每两个卫星带的两者极化状态，因此，为了在任何频道上同时提供全世界的电视接收，视频接收器可能需要四个分开的IF输入来两个卫星频带之中每个的两种极化。这四个IF信号的产生可能在天线组件上完成的，但是然后将需要四芯线旋转接头在安装托架上把四个信号传送到运载工具内部。四芯线旋转接头可能是不实用的和昂贵的。通过在万向节上提供第一级降频，穿过旋转接头到运载工具内部的RF电缆的数目可以被减到最少，因此简化安装。另外，通过在可安装的子系统上提供第一级降频，较低的频率可以从天线阵传送到视频接收器，因此考虑到将使用直径比较细的更普通的RF电缆，从而使它更容易安装。因此，本发明的通信系统使用可安装的子系统上的DCU 400和可以方便地在运载工具内定位的DCU-2 500提供两级降频可能是有利的。

依照举例说明的实例，DCU-2 500可以包括可以用来滤除来自信号的带外产品的通频带滤波器510。收到的信号使用混频器512与来自选定的本机振荡器514之一的音调混合。每个本机振荡器514可以被调谐到作为系统计划接收的卫星(或其它的信息信号来源)的函数的特定频段。在任何给定的时间哪个本机振荡器在混频器512混频可以使用开关516借助控制接口502从万向节组件收到的控制信号予以控制。输出信号可以被放大器518放大以提高信号强度。进一步的通频带滤波器520可以用来滤除不想要的混频器产品。在一个实例中，DCU-2 500可以包括使用RF检波器522和耦合器524完成信号抽样的机内测试特征，如同前面关于DCU和PCU描述的那样。(经由控制接口502受控的)开关526可以用来选择四个输出中哪个是为机内测试抽样的。

尽管至此已描述了系统的若干可仿效的实施方案及其某些方面，但是各种不同的修改和变更对于熟悉这项技术的人可能是明显的。这样的修改和变更倾向于被包括在这份仅仅用于举例说明的目的而不倾向于作为限制的揭示之中。本发明的范围应该从权利要求书及其等价文件的适当的解释中确定。

Claims (38)

1.一种天线组件，包括：

多个喇叭天线，每个喇叭天线都适于接收信息信号；

多个正交模转换器，每个正交模转换器与多个喇叭天线的每一个相应的馈送点耦合，每个正交模转换器有第一端口和第二端口，每个正交模转换器被构建用以接收来自相应天线的信息信号并分离信息信号以便在第一端口提供具有第一极化状态的第一分量信号，以及在第二端口提供具有第二极化状态的第二分量信号；

多个介质透镜，多个介质透镜中的每一个都被耦合到相应的喇叭天线上，以将信息信号聚焦到相应喇叭天线的馈送点上；

馈送网络，该馈送网络经多个正交模转换器被耦合到多个天线上，其中所述的馈送网络适于接收来自每个正交模转换器的第一分量信号和第二分量信号，用以在第一馈送端口提供第一总计分量信号以及在第二馈送端口提供第二总计分量信号；以及

与多个喇叭天线耦合并且适合按方位和仰角在旋转圆之内移动多个喇叭天线的万向节组件。

2.根据权利要求1的天线组件，其中介质透镜和喇叭天线是为被限制在旋转圆之内而构成的。

3.根据权利要求1的天线组件，其中每一个介质透镜的高度小于12英寸。

4.根据权利要求1的天线组件，其中馈送网络是波导馈送网络。

5.根据权利要求1的天线组件，其中多个正交模转换器是与馈送网络和多个喇叭天线整体成形的。

6.根据权利要求1的天线组件，其中馈送网络包括对称的路径，以致从每个正交模转换器到第一馈送端口的第一分量信号的路径和从每个正交模转换器到第二馈送端口的第二分量信号的路径是对称的。

7.根据权利要求1的天线组件，进一步包括至少一个与馈送网络整体成形的支撑托架，以便为馈送网络提供结构刚性。

8.根据权利要求1的天线组件，其中馈送网络包括多个在其中形成的流体排泄孔。

9.根据权利要求1的天线组件，其中至少喇叭天线之一包括用来把喇叭天线安装到万向节组件上的环，而且环是在喇叭天线的外表面上形成的。

10.根据权利要求9的天线组件，其中环是在最靠近喇叭天线的孔的位置上形成的。

11.根据权利要求10的天线组件，其中环包括适合与万向节组件的接线柱配对的沟槽。

12.根据权利要求11的天线组件，其中环是与喇叭天线一起整体成形的。

13.根据权利要求1的天线组件，进一步包括至少部分地封闭多个喇叭天线和馈送网络的天线罩。

14.根据权利要求1的天线组件，其中每个介质透镜都是为了至少部分地安装在对应的喇叭天线的孔之内这样构成和安排的，以致介质透镜是自动定心透镜。

15.根据权利要求14的天线组件，其中每个介质透镜都包括倾斜的边缘部分，该倾斜的边缘部分的角度与喇叭天线侧面的角度相匹配，以致倾斜的边缘部分安装在喇叭天线内部。

16.根据权利要求1的天线组件，其中多个介质透镜每个都有平凸的外形。

17.根据权利要求1的天线组件，其中多个介质透镜每个都由交联的聚苯乙烯材料组成。

18.根据权利要求1的天线组件，其中每个介质透镜都由Rexolite组成。

19.根据权利要求1的天线组件，其中多个介质透镜每个都包括在介质透镜的表面中形成的至少一个沟槽。

20.根据权利要求19的天线组件，其中那至少一个沟槽包括作为同心环形成的多个沟槽。

21.根据权利要求1的天线组件，其中每个介质透镜都包括从介质透镜的外圆周凸起的而且适合把介质透镜安装到喇叭天线上的凸缘。

22.根据权利要求1的天线组件，进一步包括适合接收第一和第二分量信号的相位补偿装置，相位补偿装置被构建用以补偿第一和第二分量信号之间的任何相位不平衡以使第一分量信号与第二分量信号相位匹配。

23.根据权利要求22的天线组件，其中相位补偿装置是为维持第一和第二总计分量信号之间的正交性而构成的。

24.根据权利要求1的天线组件，进一步包括安置在第一馈送端口和第二馈送端口中的至少一个内的介质插入物；以及

其中介质插入物有多个在其中形成的孔以控制介质插入物的介电常数。

25.根据权利要求1的天线组件，其中多个的介质透镜每个都是内阶梯式的菲涅尔透镜。

26.根据权利要求25的天线组件，其中多个介质透镜每个都包括呈梯形的单一阶梯式菲涅尔特征，而且单一阶梯式菲涅尔特征的第一边界是毗邻和平行于介质透镜的平面表面形成的。

27.根据权利要求26的天线组件，其中每个介质透镜进一步包括至少在透镜的平面表面、透镜的凸面表面和单一阶梯式菲涅尔特征的至少一个边界之一上形成的至少一个沟槽。

28.根据权利要求27的天线组件，其中至少一个沟槽包括作为同心环形成的多个沟槽。

29.根据权利要求26的天线组件，其中多个介质透镜每个都包括在透镜的每个平面表面、透镜的凸面表面和单一阶梯式菲涅尔特征的至少一个边界上形成的至少一个沟槽。

30.根据权利要求22的天线组件，其中相位补偿装置包括为补偿天线和信息信号来源之间的极化歪斜并且从第一和第二分量信号重建有任何极化的信息信号而进一步构成的极化变频单元。

31.根据权利要求30的天线组件，其中极化变频单元包括多个的衰减器，而且是为了在每个第一总计分量信号和第二总计分量信号的路径中提供适当的衰减数值以补偿任何极化歪斜而配置的。

32.根据权利要求30的天线组件，其中极化变频单元在与介质透镜、喇叭天线和馈送网络的组合中是为宽带频率操作构成的。

33.根据权利要求32的天线组件，其中极化变频单元在与介质透镜、喇叭天线和馈送网络的组合中是为在10.7GHz-12.75GHz的频率范围内操作构成的。

34.根据权利要求33的天线组件，其中第一总计分量信号和第二总计信号有第一中心频率；而相位补偿装置提供第一总计输出信号和第二总计输出信号，而且进一步包括：

与相位补偿装置耦合的第一向下变频单元，它接收第一总计输出信号和第二总计输出信号，而且把第一总计输出信号和第二总计输出信号分别变频成第三信号和第四信号，第三和第四信号有低于第一中心频率的第二中心频率，第一向下变频单元以第一和第二输出提供第三和第四信号。

35.根据权利要求34的天线组件，其中天线组件被安装在运载工具上，而第一向下变频单元的第一和第二输出是通过运载工具的表面馈送的，而且是与位于运载工具之内的附加元器件耦合的。

36.根据权利要求35的天线组件，其中附加的元器件包括接收第三和第四信号并且把第三和第四信号分别变频成第五信号和第六信号的第二向下变频单元，第五和第六信号有低于第二中心频率的第三中心频率。

37.根据权利要求30的天线组件，其中相位补偿装置为天线组件提供所有的相位匹配。

38.根据权利要求22的天线组件，其中相位补偿装置包括形成部分馈送网络的馈送正交模转换器，馈送正交模转换器有第三端口和第四端口，馈送正交模转换器与多个正交模转换器之中每一个都完全相同；而且

其中馈送正交模转换器的第三端口与第二馈送端口耦合并且接收第二总计分量信号，而馈送正交模转换器的第四端口与第一馈送端口耦合并且接收第一总计分量信号，以致多个的正交模转换器、馈送网络和馈送正交模转换器的组合补偿第一和第二分量信号之间的任何相位不平衡。

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