[发明专利]用于将相控阵列天线实时多路复用到调制解调器的系统和方法

说明书

一种具有平台的系统，在该平台上安装了若干相控天线阵列，并且该平台可以与卫星通信。系统包括交换机，该交换机可以将相控阵列天线中的任一个连接到可用的调制解调器中的任一个。系统进一步包括路由器，该路由器可以将调制解调器中的任一个连接到任何可用的计算设备。基于诸如数据速率、信号强度以及帐户信息等参数，针对请求与卫星通信的计算设备选择一个或多个通信路径。通过操作交换机以将选定的天线连接到选定的调制解调器，并且操作路由器以在计算设备和选定的调制解调器之间传递数据，建立了每个通信路径。

相关申请

本公开涉及于2019年7月15日提交的美国临时申请第62/874,447号并且要求享有其优先权的权益，其公开内容以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及无线通信的领域(例如，基于卫星的通信和微波点对点通信)，并且涉及对与多个天线通信的多个相控阵列天线的控制。

背景技术

基于卫星的通信是用于轮船、飞机、火车和人们连接到全球互联网的常用方式。连接的方法从以低频的简单连接到以较高频的复杂且昂贵的连接变化。

复杂度主要与天线相关联。较高频率通信要求利用指向卫星的天线。有时用户正在移动并且卫星相对地固定在地面上，但是天线必须维持指向卫星。存在这种情况：其中卫星正在移动并且天线必须仍然维持其朝向卫星的指向方向。在任一种情况下，可以维持其方向转向的自转向天线是重要的益处。反之亦然——在许多情况下，卫星本身需要使波束转向到地球上的特定点。无论哪种方式都有发射机和接收机，并且两者中的一个或它们两者都可能需要使其波束转向以建立相应的连接。

自转向天线系统有两种形式。自转向天线系统是以机械转向天线(MSA)的方式或者替代地以电子转向阵列(ESA)的方式，MSA利用某种形式的抛物面、贴片阵列或其他平面和3D天线设计结合电机组装件，以直接地或通过某种放大透镜进行转向朝向接收机，而ESA使用多种格式以使不具有移动部件的波束例如通过相控阵列天线的相移来电子地转向。

用于描述如天线系统之类的组件的能力的常用方式是SWaP-C+R，其代表尺寸、重量、功率、成本和可靠性。这些是对天线系统是否适合于特定目的的关键确定中的一些确定。随着变量中的每一个的增加，天线的适用用例的数量将减少。例如，火车需要低矮的天线使得其可以通过隧道，并且飞机需要低矮的天线以便使阻力最小化并且减少影响其飞行特性的涡流。MSA具有这样的缺点：其在维度z上是物理较大的，并且移动部件会随着时间的推移而遭受磨损并且因此降低可靠性。ESA典型地具有这样的缺点：其消耗大量的功率；由于散热器或与该功率相关联的其他热量耗散解决方案而笨重；并且尽管在物理上小于MSA，但它们仍然很厚并且最终是昂贵的。然而，ESA典型地具有比MSA更小的尺寸和更高的可靠性，因此它们在某些用例中已经是优选的。

天线设计中的另一重要变量是孔径尺寸。孔径尺寸表示天线的有效收集表面积。孔径尺寸通常是x和y坐标的某种形式，从而表示呈现给发射卫星的表面积。最期望的天线将具有始终面向传输原点的大孔径(x和y)且没有z(高度/厚度)。孔径尺寸越大，接收或发射信号的增益越高，并且因此整个系统的频谱效率增加，即，对于较少的带宽，将获得更高的数据速率，这直接转化为市场上的显著优势。此外，增益越高，所发射的波束越不可能将其功率放置在意外的方向并引起干扰，因为更高的增益等于更窄的波束。此外，较高增益天线的窄波束使天线将不太可能接收这种意外干扰。从信号强度的角度来看，期望更大的x/y表面积——孔径，更大的x/y表面积进而也减少了给定链路所需要的功率放大器电平，即，需要提供给天线的功率更少。