本申请要求于2015年12月28日提交的申请号为62/271,737的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本发明的实施例涉及天线领域，且更特别地但非排他地，涉及一种模块化天线装置的总成。
背景技术：
现有的卫星系统通常包括使用碟型系统，其被设计成安装在支架上，具有在碟形表面起作用的角(horn)。这些和其它卫星通信技术占用相当大的覆盖区域，并且在系统需求方面往往不够灵活。
诸如用于卫星通信的无线技术在数量、种类和能力方面不断增长。这些技术的不断变化本质对某些使用情况提出了挑战。例如，对汽车行业来说存在日益增长的需求，以提供车载解决方案来支持、替换或辅助顾客的智能手机和仪表板上蜂窝技术模块的使用。然而，预计轿车和卡车具有约为十年的使用寿命。因为通信系统在车辆的使用寿命结束之前经常会变得过时，所以这是存在问题的。而且，汽车彼此之间的差异很大。至少由于这些原因，汽车行业是能受益于在设计和资源有效性方面灵活的卫星通信解决方案的市场的一个示例。
附图说明
在附图中，本发明的各个实施例以示例而非限制性的方式示出，其中：
图1a是说明根据实施例的执行卫星通信的系统的特征的框图。
图1b是说明根据实施例的通信装置的元件的透视图。
图1c是说明根据实施例的促进卫星通信的装置的元件的分解图。
图2是说明根据实施例的用于提供卫星通信功能的方法的元素的流程图。
图3a是说明根据实施例的通信装置的元件的透视图。
图3b是说明根据实施例的实现卫星通信的装置的元件的功能框图。
图4是说明根据实施例的经由卫星参与通信的天线总成的元件的透视图。
图5是说明根据实施例的提供卫星通信的系统的元件的侧视图。
图6a、图6b是各自说明根据对应实施例的各个通信系统的元件的横截面图。
图7a和图7b说明各自根据对应实施例的各个圆柱馈送天线结构的侧视图。
图8是根据实施例的通信装置的天线面板的俯视图。
图9是示出根据实施例的促进卫星通信的天线面板的特征的侧视图。
图10是示出根据实施例的促进卫星通信的天线面板的特征的俯视图。
图11是示出根据实施例的促进卫星通信的天线面板的特征的透视图。
图12是示出根据实施例的促进卫星通信的天线面板的特征的横截面图。
图13是示出根据实施例的通信系统的特征的框图。
具体实施方式
本文描述的实施例以各种方式提供了能够利用模块化通信装置的总成来实现有效的卫星通信的技术和/或机构。根据一个实施例的通信装置可包括壳体、设置在壳体中的一个或多个天线元件以及用于促进该一个或多个天线元件的操作的一个或多个硬件接口。这种一个或多个天线元件中的一些或全部可提供全息天线功能和/或可与平面结构(本文称为“天线面板”)集成，该平面结构容纳低轮廓形状因子。在一个示例性实施例中，天线面板中的一些或全部使用薄膜晶体管(tft)制造工艺来制造。可选地或另外地，天线面板可提供电子可操纵的发射和/或接收功能。
通信装置的的配置，例如包括壳体的形状和/或位于壳体的各个侧部中或其上的一个或多个硬件接口的配置可以促进联接通信装置作为包括多个类似配置的通信装置的总成的一部分。例如，壳体的横截面轮廓可以与除矩形(例如，不是正方形)之外的多边形相符，该多边形允许与一个或多个其它通信装置嵌合，每一个壳体也都与这种多边形相符。本文参照包括与六边形相符的壳体的通信装置来描述各个实施例的某些特征。然而，这种描述可被扩展到另外地或可选地适用于具有各种其它瓦片形(tileable)形状中的任意一种的通信装置。
图1a说明根据实施例的提供卫星通信的系统100的元件。系统100是实施例的一个示例，其中卫星通信功能设有模块化通信装置的总成(为了简洁，在本文中称为“天线组件”)，例如，具有不同于直线阵列布置的布置的总成。
在所示的说明性实施例中，系统100包括通信装置(例如，包括所示的说明性通信装置120a、……、120n)的总成110和经由互连部135联接到总成110的电路130。总成110可经由互连部135接收来自包括在电路130中或与电路130联接的电池或其它电源的供应电压。这种供应电压可以利用总成110的一个或多个通信装置来促进通信。例如，通信装置120a、……、120n可包括各个天线面板122a、……、122n和分别联接到天线面板122a、……、122n的电路124a、……、124n。互连部135可被联接以向通信装置120a、……、120n的各个硬件接口126a、……、126n中的一些或全部(直接或间接地)提供电力，例如，其中这种电力使电路124a、……、124n能够控制天线面板122a、……、122n的各个天线元件。
全部天线面板122a、……、122n中的一些可以各自包括一个或多个单独的全息天线元件，这些全息天线元件以各种方式实现与在轨卫星的高数据吞吐量通信。这种通信可以基于数据，数据具有与传输控制协议/互联网协议(tcp-ip)、用户数据报协议(udp)或适应经由互联网的数字数据交换的各种其它通信协议中的任意一种相兼容的格式。可选地或另外地，例如，这种卫星通信可以是单工、半双工或全双工。由通信装置120a、……、120n中的一些或全部所支持的带宽可能足以用于比音频串流的吞吐量要求具有更高的吞吐量要求的应用，例如，其中总成110进行操作以促进软件更新、高清晰度视频流等。
在一些实施例中，数字信号和/或模拟信号可以在电路130和总成110之间传递。例如，电路130可包括各种集成电路装置(例如，包括处理器、专用集成电路和/或控制器等)中的任意一种，用于经由互连部135的一个或多个信号线提供数字信号，数字信号表示哪个总成110向卫星将发射的数据。可选地或另外地，电路130可经由互连部135的一个或多个信号线接收数字信号，数字信号表示哪个总线110已经从卫星接收的数据。虽然一些实施例在这方面不受限制，但系统100可进一步包括一个或多个波导，用于将模拟信号传递到总成110或从总成110传递模拟信号，例如，其中联接示出的说明性波导140以输出表示从卫星接收的数据的模拟信号。在一些实施例中，通信装置120a、……、120n包括仅经由通信装置120a、……、120n中的另一个而间接联接到电路135的一个通信装置。可选地，通信装置120a、……、120n可以各自经由独立于通信装置120a、……、120n中的任意其它通信装置的不同各个互连部来联接到电路130。
虽然表示为功能块，但是通信装置120a、……、120n可以各自具有与除了任意矩形之外的多边形相符的各个横截面轮廓。例如，天线面板122a可以被通信装置120a的壳体围绕(至少在一个平面中)，其中壳体的至少一些不同的平坦侧部彼此不同地倾斜，并且其中平坦的侧部部分分别与非矩形多边形的不同各个侧部相符。在这种实施例中，总成110的一些或全部其它通信装置可以类似地与相同的非矩形多边形相符。通信装置120a、……、120n的各个横截面轮廓，例如与各自处于通信装置120a、……、120n中的一个的各个侧部中或其上的硬件接口126a、……、126n的各种位置相结合，可以实现不同于直线阵列的布置的总成110的布置。
例如，图1b示出根据实施例的提供用于作为天线总成的一个模块操作的功能的通信装置150。例如，通信装置150可具有通信装置120a、……、120n中的一个的一些或全部特征。在所示的说明性实施例中，通信装置150包括天线面板154和壳体152，壳体152在天线面板154的至少一部分周围延伸。壳体152可包括各种塑料、金属或用于膝上型电脑、平板电脑等的其它材料中的任意一种，以保护和在结构上支撑电路部件。壳体152可以形成孔径结构，信号利用天线面板154被传递通过该孔径结构。通信装置150的横截面轮廓(例如，与所示x-y-z坐标系的x-y平面平行的横截面)可以与例如三角形或其它非矩形多边形相符。
通信装置150的硬件接口可被不同地定位在壳体152中或其上，以提供通信装置150与包括例如至少一个其它类似配置的通信装置的两个或更多个其它装置的联接。通过说明且非限制的方式，通信装置150可包括硬件接口156、158，它们各自被设置在壳体152的各个侧部(例如，除了天线面板154将与卫星进行通信信号的侧部之外的侧部)中或其上。硬件接口156、158中的至少一个可包括连接器结构，其促进通信装置150与另一这种通信装置的连接，例如，其中硬件接口156与硬件接口158交互。例如，两个通信装置的各个硬件接口可以直接地或经由适配器、短的(例如，小于20厘米)互连电缆等联接到彼此。例如，这种联接可以促进供应电压、数字信号和/或模拟信号的传递。
图1c示出根据实施例的促进卫星通信的装置160的分解图。例如，装置160可包括通信装置120a、120n、150中的一个的一些或全部特征。装置160是包括壳体的实施例的一个示例，壳体例如在至少一个平面中围绕体积，其中天线面板设置在所述体积中。装置160的配置可以促进装置160的联接，装置160作为包括多个通信装置的天线总成中的一个模块。在所示的示例性实施例中，装置160包括壳体，其例如由配合以围绕天线面板170的至少一部分的部分(例如，包括示出的说明性壳体部162a、162b)形成。
天线面板170可包括可操作以参与卫星通信的一个或多个全息天线元件。例如，这种通信可包括在频率范围内传递信号的天线面板170，频率范围包括大于7.5千兆赫(ghz)的频率，例如，其中频率范围包括至少10ghz。通过说明且非限制的方式，天线面板170可传递ku带信号(处于12ghz至18ghz范围内)、ka带信号(处于26.5ghz至40ghz范围内)、q带信号(处于33ghz至50ghz范围内)、v带信号(处于40ghz至75ghz范围内)等。可选地或另外地，与天线面板170的通信可包括发射或接收信号，该信号表示或以其它方式对应于tcp-ip包和/或与互联网通信协议兼容的各种其它封包化数据中的任意一种。
在所示的说明性实施例中，天线面板170与(例如通过壳体部162b)在壳体的侧部处形成的孔径结构164对齐，孔径结构164经由壳体的所述侧部提供天线面板170和远程卫星(未示出)之间的信号通信。壳体可以形成或被配置成联接到天线罩结构(未示出)，天线罩结构对于使用天线面板170传送的信号至少部分可穿透。这种天线罩可为天线面板170提供环境保护和/或可减轻辐射信号图像的失真。天线罩的结构例如，包括其组成、厚度或形状，可减轻天线罩中的吸收损失和/或反射回天线面板170的信号反射。在实施例中，天线罩包括具有低介电常数和低损耗正切特性的一种或多种材料。在常规天线罩设计中使用的各种材料中的任意一种都可适用于一些实施例中。这种材料的示例包括但不限于各种热塑性塑料(例如，聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺等)、纤维增强复合材料(例如，具有环氧树脂或聚酯树脂的e玻璃纤维布)以及(单片或层压叠片)低介电常数玻璃中的任意一种。然而，一些实施例不限于特定类型的天线罩形状和/或天线罩材料。
天线面板170可包括电子可操纵天线阵列中的一些或全部，该天线阵列例如提供可配置全息天线功能和/或利用薄膜晶体管(tft)制造工艺而制造。例如，天线面板170可用作全息天线，其(例如，与相控阵列天线相比)在这种操作期间实现相对低功率操作和/或输出较少热。通过说明且非限制的方式，卫星通信可通过联接在天线面板160与电路130之间的通用串行总线(usb)连接器供电，该连接器例如与由usb开发者论坛(usbif)开发的usb2.0标准、usb3.0标准或usb3.1标准兼容。例如与其它天线技术中所见的厚度相比，tft工艺可使天线结构的整体深度减小。可选地或另外地，这种天线结构可提供高吞吐量连接性解决方案(例如，以支持宽带数据速率)和/或可具有相对较低的功率需求。提供低轮廓、低功率、低热和/或高吞吐量解决方案的实施例可能特别适于在车辆的有限空间(例如，不超过5英寸厚)中操作。
虽然一些实施例在这方面不受限制，但使用天线面板170的通信可以导致装置160和一个或多个其它装置之间的额外通信、可以基于装置160和一个或多个其它装置之间的额外通信和/或可以与装置160和一个或多个其它装置之间的额外通信一致。例如，通信装置160可以促进与具有电路130的所有特征中的一些特征的装置的有线通信和/或无线通信。可选地或另外地，通信装置160可以通信地或以其它方式联接到天线总成的一个或多个其它通信装置。装置160可进一步包括被联接以实现天线面板170的操作的电路180。通过说明且非限制的方式，电路180可包括一个或多个印制电路板，其具有以不同方式设置在其中或其上的无源电路部件和/或有源电路部件(例如，包括一个或多个集成电路封装)。
装置160的一个或多个接口，例如包括所示的说明性硬件接口166a、166b、166c可包括各个连接器结构以促进装置160与外部电源(未示出)的联接。由这种电源提供的供应电压可为电路180的操作直接供电和/或可对包括在供应电路180中或与供应电路180联接的电池充电。电路180可以进一步包括一个或多个部件，以促进装置160和一个或多个其它装置(例如除了卫星之外的装置)之间的有线通信和/或无线通信。例如，硬件接口166a、166b、166c可包括连接器以联接到用于将信号传递到天线面板170或从天线面板170传递信号的波导。可选地或另外地，一个或多个接口可传递基于(或将被转换成)由天线面板170接收(或将由其发射)的模拟信号的封包化数字数据。
通信装置160的硬件接口可以不同的方式被定位在壳体的各个侧部中或其上，以提供通信装置160与包括例如至少一个其它类似配置的通信装置的两个或更多个其它装置的联接。通过说明且非限制的方式，硬件接口166a、166b、166c可以不同的方式被设置在除了包括孔径结构164的侧部之外的各个侧部中或其上。硬件接口166a、166b、166c中的至少一个可包括连接器结构，其促进通信装置160与另一个这种通信装置的连接，例如，其中硬件接口166a、166b、166c中的一个与硬件接口166a、166b、166c中的另一个交互。
在实施例中，电路180提供用于检测包括装置160的天线总成的一个或多个其它通信装置存在的功能。例如，电路180的一个或多个封装ic装置可以操作以经由硬件接口166a、166b、166c中的一些或全部而参与握手通信，例如与网络发现协议兼容。这种通信可以交换或以其它方式传播天线总成中信息，例如，该信息包括通信装置标识符、能力信息等。基于这些通信，电路180(或联接到装置160的另一装置)可以识别天线总成中的装置的相关配置。例如，装置可以不同的方式识别本身以及另一装置，另一装置为沿特定系列的连接装置中最接近的相邻装置。基于这种识别，电路130(和/或通信装置120a、……、120n中的一个的电路)的控制逻辑可以编译数据，该数据描述装置在天线阵列的行、列、单元和/或其它部分中的布置。在一个实施例中，电路180参与天线总成的仲裁或其它进程，以确定哪个通信装置将控制天线总成的一个或多个其它通信装置。一个这种装置可被指定为主装置，其中天线总成的一些或全部其它通信装置将用作主装置的从属部。指定的主装置可以控制波束成形、电子束操纵、信号跟踪和/或天线总成的其它进程。
图2示出根据实施例的可被包括用以提供卫星通信功能的方法200的各种操作。例如，方法200可包括或以其它方式实现系统100的操作。在一个实施例中，方法200向具有通信装置120a、120n、150、160中的一个的特征的通信装置的总成提供通信功能。
方法200可包括用于配置天线总成以用于后续操作的操作202。例如，操作202可包括在210处将多个通信装置彼此互连，该互连用以形成天线总成。天线总成的一些或全部通信装置(例如，包括通信装置120a、……、120n)可以各自具有各个横截面轮廓，其与除了长方形之外的例如等边三角形或六边形的多边形相符。在210处的互连可包括将两个通信装置(例如，通过其各自的硬件接口)直接或者可选地经由适配器、电缆或其它互连部彼此联接。
操作202可以进一步包括在220处将天线总成的第一通信装置联接到电源。在一个实施例中，汽车或其它车辆包括电源，例如，其中天线总成设置在车辆的外表面和车辆的内表面之间。该联接可经由电缆或其它互连部，该其它互连部例如进一步促进天线总成和外部电路之间的通信，该外部电路例如用作数字信号源和/或用于数字信号的汇集部(sink)。例如，数据源电路可向天线总成提供数字数据，该数字数据接着被处理并被转换成发射到卫星的模拟信号。在一些实施例中，操作202进一步包括将天线总成联接到波导。这种波导可以因此被联接以传递由天线总成的一个或多个天线面板发射的模拟信号。可选地或另外地，波导可被联接以从天线总成接收利用这种一个或多个天线面板接收的模拟信号。
在一些实施例中，方法200另外地或可选地包括用以操作诸如通过操作202中的一些或全部来配置的天线总成的操作204。例如，操作204可包括在230处利用诸如在220处联接的电源向天线总成提供供应电压。在一些实施例中，操作204进一步包括(在240处)基于供应电压，利用天线总成的一个或多个天线面板执行卫星通信。
再次参照图1a，装置120a、……、120n可以例如从电路130接收电力，该电力接着以不同的方式被施加到电路124a、……、124n中的一些或全部，以实现天线面板122a、……、122n的操作。通过说明且非限制的方式，电路124a(或例如，电路124n)可包括调制解调器、天线控制器和收发器逻辑中的一些或全部。在这种实施例中，调制解调器可将(例如)由电路130提供的因特网协议信息转换成与卫星通信协议兼容的格式。所得到的格式化信号可以通过收发器放大并通过天线面板122a、……、122n被转换成无线波能，该无线波能然后从系统100被发射。
可选地或另外地，来自卫星的无线波能可经由天线面板122a、……、122n接收并降频转换成与卫星协议兼容的信号。在与(例如)作为电路130的一部分或联接到电路130的汇集部通信之前，这种转换后的信号可被提供给调制解调器，例如用于解调、转换成ip协议等。
图3a示出根据实施例的提供卫星通信的装置300。例如，装置300可具有装置120a、120n、150、160中的一个的一些或全部特征。在实施例中，方法200的一个或多个操作包括或以其它方式实现装置300的操作。
装置300是实施例的一个示例，在该实施例中，通信装置被配置成在总成中的一个模块包括多个类似配置的通信装置时提供连接和操作。例如，通信装置的壳体可以具有横截面轮廓，其侧部部分各自与除了矩形之外的多边形(在该示例中为六边形)的不同各个侧部相符。
在所示的说明性实施例中，装置300包括围绕天线面板310(例如，天线面板170)延伸的壳体312，其中壳体312形成多个侧部(例如，包括所示的说明性侧部320a、320b、32c)。装置320的连接器结构322a、322b、322c可以不同的方式分别设置在侧部320a、320b、32c中各个侧部中或上。在这种实施例中，结构322a、322b、322c可以提供硬件接口166a、166b、166c的功能，例如以利用天线面板310促进供应电压对电力通信的通信。可选地或另外地，结构322a、322b、322c中的一些或全部可以各自为一个或多个各自安装结构，例如包括各种支架、槽、夹片、横杆、突片、孔和/或穿线部(threading)等中的任意一个，以促进将装置300固定到天线总成的另一通信装置上和/或固定到机械地支撑这种天线总成的结构上。
图3b示出了根据另一实施例的提供卫星通信的装置330的横截面俯视图。例如，装置330可具有装置300的一些或全部特征。在实施例中，方法200包括或以其它方式促进装置330的操作。
在所示的说明性实施例中，装置330包括天线面板(未示出)和(例如，电路170的)电路部件350以促进天线面板的操作。装置330的壳体可以围绕天线面板，其中装置330的硬件接口(例如，包括示出的说明性接口340a、340b、340c、340d)各自以不同的方式被设置在壳体的各个侧部中或其上。接口340a、340b、340c、340d中的一些或全部可以不同的方式提供诸如硬件接口166a、166b、166c的功能，以实现装置330联接成天线总成的一个模块。
电路350可以例如包括块升频转换器(buc)、降频转换器(诸如低噪声块或“lnb”、降频转换器)、编码器、解码器、调制器、解调器、控制逻辑、调制解调器电路(用于有线通信和/或无线通信)和/或存储器资源等中的一些或全部。例如，例如所示的说明性转换器逻辑356的buc和/或lnb转换器可通过波导结构(未示出)联接到天线面板。在这种实施例中，转换器逻辑356可联接到调制和/或解调模块(例如，所示的说明性调制逻辑354)，其用于提供模拟通信格式和数字通信格式之间的转换的至少一部分。
装置300的一个或多个操作可由诸如所示的说明性控制器352的电路来控制。这种一个或多个操作可包括但不限于在给定天线面板处提供的调谐通信频率和/或发射或接收功能的操纵。可选地或另外地，这种一个或多个操作可包括：响应于来自车辆的命令信号、传递至车辆的装置状态、检测可与其进行无线通信的移动装置的出现等来配置装置330的操作模式。电路350和天线面板可以不同的方式位于壳体中，该壳体例如形成凹部370(或其它这种安装结构)以促进将装置330联接到一个或多个其它类似配置的通信装置。
在一个实施例中，硬件接口340a至340d中的一些或全部以不同的方式被联接到电路350，从而利用经由装置330的多个不同侧部中的任意侧部接收的信号实现天线面板的操作。可选地或另外地，装置330可包括以不同的方式被联接在各对硬件接口之间的一个或多个通透(pass-through)互连部(诸如所示的示例性通透互连部360a、360b、360c、360d)。这种通透互连部可以各自包括(例如)一个或多个各自电压轨、信号线和/或波导，其允许通信装置330中继供应电压、数字数据和/或模拟信号。这种中继可向天线总成的另一装置提供供应电压、数字数据和/或模拟信号，以主管(host)联接到天线总成的电路。
图4示出根据实施例的互连的模块化通信装置的总成400的元件。例如，总成400可包括总成110的特征。在实施例中，方法200中的一些或全部包括或以其它方式实现总成400的操作。
总成400包括多个通信装置(例如，包括示出的说明性装置410a、410b、410c、410d、410e)，例如，多个通信装置中的一些或全部可以各自包括装置160、300、330中的一个的特征。通过说明且非限制的方式，装置410a至410e可各自具有与六边形相符的各自横截面轮廓，例如，其中装置410a至410e的各自的配置促进以除了直线阵列之外的布置的联接。总成100可进一步实现对例如包括电路130的电路逻辑(未示出)的联接，用于提供一个或多个供应电压以利用装置410a至410e向卫星通信供电。
例如，成对的装置410a至410e可以不同的方式彼此对齐，例如，每一对以各自并排的配置对齐。对于一些或全部这种对中的每一对，其通信装置可彼此联接，例如直接通过各自的硬件接口或者可选地经由柔性的扩展连接器、适配器或其它这种互连硬件联接。互连部(未示出)可以例如经由独立于装置410a至410e中的任意其它装置的路径将(例如)电路130联接到装置410a至410e中的第一装置。在这种实施例中，第一装置可被联接以用作用于电源(并且在一些实施例中，为数据信号)的继电器，其以不同的方式被设置在电路逻辑与装置410a至410e的其它装置中的一些或全部之间。在另一实施例中，装置410a至410e中的多个装置，例如全部这些装置，均可被配置成独立地联接到电路130和/或另一各自外部电源。
虽然一些实施例在这方面不受限制，但总成400可进一步包括或联接到一个或多个安装结构，该一个或多个安装结构机械地支撑装置410a至410e彼此连接和/或连接到邻接结构。通过说明且非限制的方式，(例如，将被不同地容纳到凹部370或其它这种结构中的)扣钩430可以不同的方式被联接在对应对装置410a至410e的各个壳体之间的每一个之间。可选地或另外地，框架420可被定位成围绕一个或多个装置的外周(例如，围绕装置410a)，其中框架420机械地支撑装置410a至410e的各个装置之间的连接(和/或提高连接的美学外观)。
一些实施例以不同的方式提供了模块化天线装置的有效、灵活和/或可扩展的布置，与其它现有天线技术相比，该模块化天线装置例如相对低轮廓和/或低功率。例如，图4还示出了根据另一实施例的总成450的特征。例如，总成450可包括总成110的特征，例如，其中总成450的装置a至r中的一些或全部各自包括装置150的特征。总成450是模块化天线装置的非直线布置的另一示例，其可以不同的方式联接为各种配置中的任意一种。
虽然一些实施例在这方面不受限制，但通信装置(例如，装置122a、122n、150、160等中的一个)的结构可促进天线总成的实施，该天线总成设置在诸如汽车的机动车辆(例如，轿车、卡车、公共汽车、拖拉机等)、火车或轮船中。例如，图5示出了根据实施例的用于实现卫星通信的系统500的元件。系统500仅是其中通信装置被配置成作为实现与轨道卫星通信的天线总成在机动车辆中进行操作(例如，基于由车辆供应给一个或多个通信装置的电力)的实施例的一个示例。
系统500可包括车辆510(在所示的示例性实施例中，为汽车)，其具有设置在其中的天线总成520，该天线总成包括诸如所示的说明性通信装置522、524的一个或多个通信装置。例如，天线组件520可包括总成110、400、450中的一个的特征。
车辆510可包括或者被联接到被配置成促进与总成520之间的操作的电路530。例如，电路530可包括电源(例如，提供12vdc)以向总成520提供供应电压。可选地或另外地，电路530可传递表示从卫星接收到的数据的信号、表示待发送到卫星的数据的信号、配置总成520的信号和/或表示组件520的操作条件的信号等。
在一个实施例中，总成520位于车辆510的车顶部分512的外表面下方。然而，总成520可替代性地位于装置510的各个其它位置中的任意位置处(例如，位于车辆510的内表面和车辆510的外表面之间)。通过说明且非限制的方式，天线总成可位于前仪表板上或下方的区域542处，其进而位于车辆510的前挡风玻璃516下方。可选地或另外地，天线总成可位于后部控制面板上或下方的区域544处，其进而位于车辆510的后挡风玻璃518下方。在各个实施例中，天线总成可另外地或可选地位于车辆510的行李箱盖下方的区域546中。虽然一些实施例在这方面不受限制，但系统500可进一步包括位于车辆500中不同位置的一个或多个额外的通信装置(未示出)，其中一个或多个额外天线总成将与通信组件520结合参与卫星通信。
总成520是包括支持卫星通信的低轮廓结构的实施例的一个示例。例如，通信装置522、524可各自包括各自的壳体和天线面板，其包括设置在至少部分地由该壳体限定的体积内的一个或多个全息天线元件。各个硬件接口可促进通信装置522、524彼此联接并且联接到电路530。对于通信装置522、524中的一个或每一个，装置的壳体可沿第一方向线跨越不超过5.0英寸的厚度(例如，其中厚度等于或小于4.0英寸)。在这种实施例中，壳体可在与第一方向线正交的平面中跨越至少30平方英寸的横截面积(例如，其中横截面积等于或大于50平方英寸)。
图6a以剖视图的形式示出根据实施例的提供卫星通信的系统600的特征。例如，系统600可包括系统500的一些或全部特征。在一个说明性实施例中，方法200的一些或全部包括或以其它方式提供系统600的操作。
系统600可包括车辆和位于车辆的外表面602和车辆的内表面604之间一个或多个通信装置，其具有例如装置120a、120n、150、160、300、330等中的一个的特征。例如，车辆的车顶结构和衬垫可分别形成表面602、604，例如，其中车辆的挡风玻璃与车顶结构邻接。一个或多个通信装置(例如，包括天线组件的模块化装置610a、610b)可被定位在凹部606中或其下方，凹部606至少部分地延伸超过外表面602。在这种实施例中，模块化装置610a、610b的天线面板可通过各个孔径结构从凹部606面向外部。在这种实施例中，天线罩结构608可被插入到凹部606中以向模块化装置610a、610b提供保护，其中天线罩结构对于在模块化装置610a、610b与远程卫星之间传递的信号而言至少部分可穿透。互连部612可联接在天线总成和车辆的电路(未示出)之间，该电路提供用于操作模块化装置610a、610b的电力。互连部612可隐藏于车辆的衬垫结构后方。
图6b以横截面侧视图的形式示出根据另一实施例的提供卫星通信的系统630的特征。例如，系统630可包括系统500的一些或全部特征。在一个说明性实施例中，方法200的一些或全部包括或以其它方式提供系统630的操作。
系统630可包括车辆和位于车辆的外表面632与车辆的内表面634之间的天线总成(例如，包括所示的说明性模块化装置640a、640b)，例如，其中车辆的车顶和衬垫分别形成表面632、634。模块化装置640a、640b可被定位在凹部636中或凹部636下方，凹部636至少部分地延伸到外表面632。在这种实施例中，模块化装置640a、640b可被定位成通过与外表面632相符的弯曲平面与远程卫星通信(例如，发射和/或接收)信号。例如，这种信号可传播通过天线罩638，天线罩638至少部分地覆盖凹部636和模块化装置640a、640b。在一些实施例中，互连部642将模块化装置640a、640b联接到车辆的电源(未示出)，例如，其中互连部642沿车门框架、挡风玻璃柱和/或车身的其它结构延伸。互连部642可隐藏于车辆的衬垫结构后方。
图7a示出了根据实施例的实现卫星通信的圆柱形馈送天线结构的侧视图。例如，天线面板112a、122n、154、170、310等中的一个可包括图7a所示的天线结构。天线可使用双层馈送结构(即，馈送结构具有两层)产生向内的行进波。在一个实施例中，虽然不是必需的，但天线包括圆形外部形状。也就是说，可使用非圆形向内前进结构。
参照图7a，同轴引脚701可用于激发天线的较低层上的场(field)。在一个实施例中，同轴引脚701为500同轴引脚。同轴引脚701可联接(例如，螺栓连接)到作为传导接地平面702的天线结构的底部。
图7a的天线结构可包括侧部707和708，侧部707和708成角度以使从同轴引脚701馈送的行进波通过反射从间隙导体703下方的区域(例如，在间隔部层704中)传播到间隙导体703上方的区域(例如，在介电层705中)。在一个实施例中，侧部707和708的角度为45°。在可选实施例中，侧部707和708可利用连续的半径来代替以实现反射。虽然图7a示出具有45°角的倾斜的侧部，但是可使用实现从较低层馈送到较高层馈送的信号发射的其它角度。也就是说，假设下馈送部中的有效波长大致上与上馈送部中的有效波长不同，则可使用与理想的45°角的一些偏差来帮助从较低馈送层传输至较高馈送层。例如，在另一实施例中，利用诸如图12所示的单个阶梯部代替45°角。参照图12，示出阶梯部1200和1202在天线的一端上，天线围绕介电层1205、间隙导体1203和间隔部层1204。类似于阶梯部1200和1202的阶梯部结构也可形成在这些层的其他端。rf阵列1206(例如，功能类似于rf阵列706)可设置在介电层1205上方。
在操作中，当馈送波从同轴引脚701被馈入时，波从同轴引脚701同心地向外行进于接地平面702和间隙导体703之间的区域中。同心出射波可通过侧部707和708反射并向内行进在间隙导体703和rf阵列706之间的区域内。来自圆形外围的反射使该波保持同相(即，其为同相反射)。行进波可通过介电层705变减。此时，行进波开始与rf阵列706中的元件相互作用并激发，以获得所需的散射。为终止该行进波，天线可在天线的几何中心处包括终端709。在一个实施例中，终端709包括引脚终端(例如，50ω引脚)。在另一实施例中，终端709包括rf吸收器，其终止未使用的能量以防止未使用的能量反射回来穿过天线的馈送结构。这些可在rf阵列706的顶部使用。
在一个实施例中，传导接地平面702和间隙导体703彼此平行。例如，接地平面702和间隙导体703之间的距离可处于0.1"至0.15"的范围内。该距离可以是λ/2，其中λ为在操作频率时行进波的波长。在一个实施例中，间隔部704可以是泡沫或类似空气的间隔部，例如包括塑料间隔部材料。介电层705的一个目的可以使行进波相对于自由空间速度变慢。在一个实施例中，介电层705使行进波相对于自由空间变慢30％。在一个实施例中，适于波束形成的折射率范围为1.2至1.8，其中自由空间被定义具有等于1的折射率。例如，具有分布式结构的材料可用作介电部705，诸如可进行机加工或光刻界定的周期性子波长金属结构。rf阵列706可位于介电部705的顶部。在一个实施例中，间隙导体703与rf阵列706之间的距离为0.1"至0.15"。在另一实施例中，该距离可以是λeff/2，其中λeff是设计频率下介质中的有效波长。
图7b示出根据实施例的由通信装置提供的天线结构的另一示例。例如，这种天线结构可被包括在天线面板112a、122n、154、170、310等中的一个中。参照图7b，接地平面710可基本平行于介电层712(例如，塑料层等)。rf吸收器719(例如，电阻器)将接地平面710联接到设置在介电层712上的rf阵列716。同轴引脚715(例如，50ω)馈送天线。
在操作中，馈送波被馈送通过同轴引脚715，并且同心地向外行进并与rf阵列716的元件相互作用。图7a和图7b的两个天线中的圆柱馈送部改善了天线的服务角度。在一个实施例中，天线系统在所有方向上都具有距视轴75度(75°)的服务角度，来代替正负45度方位角(±45°az)和正负25度仰角(±25°e1)的服务角度。如同由许多独立辐射器组成的任意波束形成天线一样，整体天线增益取决于构成元件的增益，其本身可能与角度有关。当使用共同辐射元件时，整体天线增益通常会随着波束进一步远离视轴而减小。在距视轴75°时，预计会出现约6db的显著增益下降。
具有圆柱馈送部的天线的实施例解决了一个或多个问题。与利用协同分配器网络馈送的天线相比，这些大大简化了馈送结构，从而降低总的需要的天线和天线馈送容积；通过利用更简略的控制(一直扩展到简单二进制控制)来保持高波束性能，降低对制造的敏感度和控制误差；与直线馈送相比，因为圆柱定向的馈送波导致远场中空间上不同的侧瓣，所以提供更有利的瓣瓣图案；并且允许极化是动态的，包括允许左旋圆、右旋圆和线性极化，而不需要极化器。
图7a的rf阵列706和/或图7b的rf阵列716可各自包括各个波散射子系统，其包括充当辐射器的一组贴片天线(即，散射器)。这组贴片天线可包括散射超材料元件阵列。在一个实施例中，天线系统中的每一个散射元件是单位胞元(unitcell)的一部分，该单位胞元包括下导体、介电衬底和嵌入互补电感应电容谐振器(“互补电lc”或“celc”)的上导体，该互补电感应电容谐振器被蚀刻或沉积在上导体上。
在一个实施例中，液晶(lc)被注入到散射元件周围的空隙中。液晶被封装在每个单位胞元中，并使与槽相关联的下导体与同其贴片相关联的上导体分开。液晶具有介电常数，启是构成液晶的分子的取向的函数，并且分子的取向(并因此控制介电常数)可通过调整跨越液晶的偏压电压来控制。利用这种特性，液晶用作用于将能量从导波传输到celc的接通/断开开关。当接通时，celc如电小偶极天线一样发出电磁波。
控制lc的厚度增加波束切换速度。下导体和上导体之间的间隙(液晶厚度)减少百分之五十(50％)导致速度增加四倍。在另一实施例中，液晶的厚度导致约14毫秒(14ms)的波束切换速度。在一个实施例中，lc被掺杂以提高响应性，从而可满足7毫秒(7ms)的要求。
celc元件响应于平行于celc元件平面并垂直于celc间隙补足物施加的磁场。当电压被施加至超材料散射单位胞元中的液晶时，导波的磁场分量引起celc的磁激发，其进而产生与导波频率相同频率的电磁波。由单个celc产生的电磁波的相位可通过导波向量上celc的位置来选择。每个胞元产生相位与平行于celc的导波相同的波。因为celc小于波长，所以输出波在其通过celc下方时，具有与导波的相位相同的相位。
在一个实施例中，这个天线系统的圆柱馈送几何结构允许将celc元件定位在与波馈送中的波的向量成45度(45°)的角度处。元件的这个位置能够控制自元件产生或从其接收的自由空间波的极化。在一个实施例中，celc小于天线的操作频率的自由空间波长的元件间间距布置。例如，如果每个波长具有四个散射元件，则30ghz发射天线中的元件将为约2.5mm(即，30ghz的10mm自由空间波长的1/4)。
在一个实施例中，celc利用贴片天线实现，该贴片天线包括与在两者之间共同位于槽之上的贴片。在这方面，超材料天线就像开槽(散射)波导。使用开槽波导时，输出波的相位取决于槽相对于导波的位置。
图8示出贴片天线或散射元件的俯视图，其中贴片天线或散射元件可以是根据另一实施例的通信装置的部件。例如，这种贴片天线或散射元件可被包括在天线面板112a、122n、154、170、310等中的一个中。参照图8，贴片天线可包括贴片801，其与液晶(lc)703共同位于槽802的上方，液晶(lc)803在贴片801和槽802之间。
图9示出了根据实施例的作为环形馈送天线系统的一部分的贴片天线的侧视图。天线面板112a、122n、154、170、310中的一个(例如)可包括图9所示的环形馈送天线系统。
参照图9，贴片天线可位于介电部902(例如，塑料插入件等)上方，介电部802例如位于图7a的间隙导体703(或诸如在图7b中的天线的情况下的接地导体)上方。光阑板903可包括具有多个槽的接地平面(导体)，诸如槽903a在介电部902顶面上和介电部802上方。槽903a下方是对应环形开口903b。槽在本文中可被称为光阑(iris)。在一个实施例中，光阑板903中的槽通过蚀刻而形成。注意的是，在一个实施例中，槽或作为其一部分的胞元的最高密度为λ/2。在一个实施例中，槽/胞元的密度为λ/3(即，每λ有3个胞元)。注意的是，可使用其它的胞元密度。
包括诸如贴片905a的多个贴片的贴片板905可位于由中间介电层分开的光阑板903上方。诸如贴片905a的贴片中的每一个可与光阑板903中的一个槽同位。在一个实施例中，光阑板903和贴片板905之间的中间介电层为液晶衬底层904。液晶用作每一个贴片与其共置槽之间的介电层。注意的是，可使用除lc之外的衬底层。在一个实施例中，贴片板905包括印制电路板(pcb)，并且每个贴片包括pcb上的金属，其中围绕贴片的金属已经被去除。在一个实施例中，贴片板905包括用于每一个贴片的过孔，该贴片在贴片板中与贴片面向其共置槽的一侧相对的一侧上。该过孔用于将一条或多条迹线连接到贴片以向贴片提供电压。在一个实施例中，矩阵驱动器用于将电压施加到贴片以对其进行控制。该电压用于调谐或解调单个元件以实现波束成形。
图10说明根据实施例的示出通信装置的接收天线元件的双接收天线。天线面板112a、122n、154、170、310中的一个(例如)可包括诸如图10所示的天线元件的布置。在实施例中，双接收天线为ku接收-ka接收天线。参照图10，示出了ku天线元件的开槽阵列。一些ku天线元件被示出为断开或接通。例如，孔径示出了ku接通元件1001和ku断开元件1002。在孔径布局中还示出了中心馈送部1003。而且，如图所示，在一个实施例中，ku天线元件被定位在或位于围绕中心馈送部1003的圆环中，并且每个ku天线元件包括槽，该槽具有共同位于槽上方的贴片。在一个实施例中，每个槽相对于从中心馈送部1003发出并于每个槽的中心位置处撞击的圆柱馈送波被定向为+45度或-45度。
在一个实施例中，贴片可被沉积在玻璃层(例如，通常用于lc显示器(lcd)的玻璃，例如康宁鹰(corningeagle)玻璃)上，来代替电路贴片板。图11示出包括包含贴片的玻璃层的圆柱馈送天线的一部分。天线面板112a、122n、154、170、310中的一个(例如)可包括图11的环形馈送天线。
参照图11，天线包括导电基底或接地层1101、介电层1102(例如，塑料)、包括槽的光阑板1103(例如，电路板)、液晶衬底层1104和包括贴片1110的玻璃层1105。在一个实施例中，贴片1110具有矩形形状。在一个实施例中，槽和贴片分别按行和列定位，并且贴片的定向对于每行或每列都是相同的，同时共置槽的定向对于行或列而言相对于彼此被定向为相同。
图13是根据实施例的具有发射和接收路径的通信系统的框图。例如，图13的通信系统可包括系统100的特征。例如，通信系统可包括天线组件110、400、450、520中的一个。虽然示出了一个发射路径和一个接收路径，但是通信系统可仅包括接收路径和发射路径中的一个，或者可选地，可包括多于一个发射路径和/或多于一个接收路径。
参照图13，天线1301包括一个或多个天线面板，其可操作以例如同时以不同的各个频率来发射和接收卫星通信。在一个实施例中，天线1301联接到双工器1345。联接可由一个或多个馈送网络形成。在径向馈送天线的情况下，双工器1345可结合两个信号，例如，其中天线1301和双工器1345之间的连接包括可携带两个频率的单个宽带馈送网络。
双工器1345可联接到低噪声降频变换器(lnb)1327，以执行噪声过滤功能和降频变换及放大功能，例如，包括从本领域已知的技术适应性改进的操作。在一个实施例中，lnb1327处于室外单元(odu)中。在另一实施例中，lnb1327被集成到天线设备中。lnb1327可联接到调制解调器1360，其可进一步联接到计算系统1340(例如，计算机系统、调制解调器等)。
调制解调器1360可包括可联接到lnb1327的模数转换器(adc)1322，以将从双工器1345输出的接收信号转换成数字格式。一旦转换成数字格式，信号可由解调器1323解调并由解码器1324解码以获得关于接收波的编码数据。解码的数据然后可被发送到控制器1325，控制器1325将数据发送到计算系统1340。
调制解调器1360可另外地或可选地包括编码器1330，其对待从计算系统1340传输的数据进行编码。编码数据可由调制器1331进行调制，然后由数模转换器(dac)1332转换成模拟信号。模拟信号然后可通过buc(升频和高通放大器)1333进行滤波，并提供给双工器1333的一个端口。在一个实施例中，buc1333处于室外单元(odu)中。双工器1345可支持适于常规互连技术的操作，以向用于发射的天线1201提供发射信号。
控制器1350可控制天线1301，包括控制器1350发射信号以配置一个或多个天线元件的波束操纵、波束形成、频率调谐和/或其它操作特性。注意的是，图13所示的全双工通信系统具有许多应用，包括但不限于因特网通信、车辆通信(包括软件更新)等。
本文描述了用于提供天线装置的模块化组件的技术和架构。在以上描述中，出于解释的目的，为了提供某些实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践某些实施例。在其它情况下，结构和装置以框图形式示出以避免模糊描述。
说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都表示相同的实施例。
本文详细描述的一些部分是根据对计算机存储器内数据位的操作的算法和符号表示来呈现的。这些算法描述和表示是计算领域技术人员用来将其工作的实质最有效地传达给本领域其它技术人员的方法。这里并且通常认为算法是导致期望结果的自给的步骤序列。这些步骤需要对物理量进行物理运算。通常地，虽然不是一定地，这些数量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其它方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因，已经证明了，时常以位、值、元件、符号、字符、项、数字等来引用这些信号是方便的。
然而，应当记住的是，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非特别声明，否则从本文的讨论中显而易见，应当理解的是，在整个说明书中，利用诸如“处理”或“计算”或“算出”或“确定”或“显示”等术语进行的讨论指的是计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，其将在计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据操纵并转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。
某些实施例还涉及用于执行本文的操作的设备。该设备可为所需目的而特别构造，或者其可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可被存储在非易失性计算机可读存储介质中，诸如但不限于包括软盘、光盘、cd-rom和磁光盘的任意类型的磁盘，只读存储器(rom)，诸如动态ram(dram)的随机存取存储器(ram)，eprom，eeprom，磁或光卡，或适于存储电子指令的任意类型的介质，并且联接到计算机系统总线。
这里呈现的算法和显示器并不固有地与任意特定的计算机或其它设备相关。各种通用系统可根据本文的教导内容与程序一起使用，或者其可证明对构造更专用的设备来执行所需的方法步骤是方便的。从本文的描述中可以看出各种这些系统所需的结构。另外，某些实施例没有参考任意特定的编程语言来描述。将理解的是，可使用各种编程语言来实施本文描述的这种实施例的教导。
除了本文描述的内容之外，可以在不脱离所公开的实施例及其实施方式的范围的情况下，对其进行各种修改。因此，本文的说明和示例应当被解释为说明性的而非限制性的。本发明的范围应当仅通过参考所附权利要求来衡量。