[发明专利]利用介质透镜的可操纵天线组件

说明书

本发明涉及利用介质透镜的可操纵天线组件。本发明公开了一种用于以多种入射角度接收多个入射射频(“RF”)信号的可操纵天线组件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介质透镜(“SDL”)、波导孔块(“WAB”)、开关孔矩阵(“SAM”)和径向孔组合器(“RAC”)。SDL接收和聚焦多个入射RF信号，从而在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。WAB邻近SDL的后表面定位并且接收多个聚焦的RF信号。SAM电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束，并且基于电子地操纵波束在多个聚焦的RF信号之间切换。RAC从多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。

技术领域

本公开总体涉及天线，并且更具体地，涉及利用球面透镜的天线系统和电子地扫描天线系统的天线阵列。

背景技术

通常被称为无人机的无人驾驶飞机(“UAV”)的使用在这十年中已经经历爆炸式增长。大多数UAV利用无线技术控制数据并在UAV与用户终端(“UT”)之间通信数据。该无线链路的控制和数据性能显著地限制UAV的范围、机动性和整体功能。随着UAV使用的扩大，无线链路能力已经成为UAV系统应用领域中的限制因素。

UAV无线链路由用户终端处和飞机中的无线电和天线组成。链路中的主要无线“弱点”是UT天线。UT天线有效地跟踪飞行中的飞行器的能力是显著的覆盖范围和范围限制。解决这个问题的尝试包括使用多个地面UT位置、卫星和机械铰接天线。多站点地面系统的成本、复杂性和物流(logistics)限制了其应用。卫星系统复杂性和数据延迟使UAV的实时控制和观察非常复杂和昂贵。机械铰接天线具有显著的响应时间和跟踪飞行器的指向精度问题。在UAV的操作领域中，期望具有单个UT系统，其可在足够的范围内有效地跟踪飞行器，以完成可操作目标。

目前，解决跟踪延迟问题的解决方案之一是利用相控阵天线，相控阵天线在天线视野上提供高天线增益和电子地受控的可操纵性。相控阵天线的设置和操作复杂，消耗大量的电力，并且价格昂贵，因此其实际应用仅限于高端系统。因此，需要一种解决UAV跟踪问题的具有成本效益的高级天线设计。

发明内容

本发明公开了一种用于以多种入射角度接收多个入射射频(“RF”)信号的可操纵(steerable)天线组件(“SAA”)。SAA包括近似的球面介质透镜(“SDL”)、波导孔块(“WAB”)、开关孔矩阵(“SAM”)和径向孔组合器(“RAC”)。SDL包括前表面和后表面，其中SDL被配置为接收和聚焦多个入射RF信号，以在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。多个焦点具有沿SDL的后表面的对应于多个入射RF信号的多个入射角的位置。WAB邻近SDL的后表面定位，其中WAB与SDL的后表面进行信号通信，并且WAB被配置为接收多个聚焦的RF信号。SAM与WAB进行信号通信并且被配置为电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束，并且基于电子地操纵所述波束在多个聚焦的RF信号之间切换。RAC与SAM进行信号通信并且被配置为从多个聚焦的RF信号产生接收的RF信号。

SAA可以为包括与SAA进行信号通信的RF调制解调器和与SAA和RF调制解调器进行信号通信的控制器的用户终端的一部分，其中RF调制解调器被配置为接收RF信号并且解调接收的RF信号，以产生接收的基带信号。控制器被配置为控制RF调制解调器和SAM，以电子地操纵波束。

在操作示例中，SAA执行一种方法，该方法包括：在SDL的前表面处接收多个入射RF信号，并且聚焦接收的多个入射RF信号以在大致沿SDL的后表面的多个焦点处生成多个聚焦的RF信号。多个焦点具有沿SDL的后表面的对应于多个入射RF信号的多个入射角的位置。该方法进一步包括：在邻近SDL的后表面定位的WAB处接收多个聚焦的RF信号，基于电子地操纵由SAA产生的辐射图案的波束在多个聚焦的RF信号之间切换，以及使用RAC组合切换的多个聚焦的RF信号以产生接收的RF信号。此外，SAA为既能够接收撞击在SDL上的入射RF信号又能够发送入射到RAC中的输入RF信号的互逆(reciprocal)设备。在发送输入RF信号的示例中，SAM被配置为电子地操纵发送的波束。