天线及其制造方法与流程

本发明涉及射频天线领域，更具体地说，涉及由电机定位的射频天线及相关方法。

背景技术：

无线通信装置是社会不可或缺的一部分，并且渗透到了日常生活中。典型的无线通信装置包括天线和连接到天线的收发器。收发器和天线协作以发送和接收通信信号。

在某些应用中，天线是定向的。换句话说，取决于接收信号的入射角，天线的瞄准角度影响接收信号的质量。例如，普通付费电视家庭卫星天线精确对准并瞄准以确保从地球同步轨道卫星接收信号。在家庭卫星应用中，信号源是静止不动的，卫星天线只需手动瞄准一次。

在其它应用中，信号源可能不是静止的，并且可能需要频繁地执行天线瞄准。在这些应用中，天线可以具有电动转向机构，即天线定位机构。在通常的方法中，由于天线必须瞄准至少两个轴，因此天线系统将包括用于驱动转向的多个电机，例如，来自美国新泽西州莫里斯普莱恩斯的霍尼韦尔国际公司(honeywellinternationalinc.)的空对地子系统(sgs)万向节卫星瞄准装置。

技术实现要素：

大体来说，天线可包括底座、连接到底座的万向支架、连接到底座并且其中具有第一引导槽的第一引导体，以及第二引导体，所述第二引导体相对于底座可旋转地连接，并且其中具有第二引导槽，从而相对于第一引导槽限定可转向交叉位置。天线可包括：天线构件，其连接到万向支架并延伸通过可转向交叉位置；以及致动器，其配置成选择性地旋转第二引导体以使天线构件转向。

更具体地说，第一引导体可以具有圆顶形状。第一引导槽可以具有螺旋形状和c形形状中的一种。第二引导体可以具有细长的弯曲形状。第二引导槽可以具有细长形状。

在一些实施例中，天线还包括连接在第二引导体和致动器之间的驱动齿轮。第二引导体可以具有由驱动齿轮驱动的带齿轮外周。例如，天线构件可包括喇叭天线。致动器可包括单个电机。

另一方面涉及一种用于制造天线的方法。该方法可以包括：将万向支架连接到底座；将第一引导体连接到底座，第一引导体中具有第一引导槽；以及相对于底座可旋转地连接第二引导体。第二引导体中可具有第二引导槽，从而相对于第一引导槽限定可转向交叉位置。该方法可以包括使天线构件连接到万向支架并延伸通过可转向交叉位置，以及连接致动器以选择性地旋转第二引导体以使天线构件转向。

附图说明

图1是根据本公开的包括天线的通信系统的示意图。

图2是图1的通信系统的示意性透视图。

图3是来自图1的通信系统的天线的示意性侧视图。

图4是来自图1的通信系统的天线的示意性后视图。

图5是来自图1的通信系统的天线沿着线4-4的示意性剖视图。

图6是来自图1的通信系统的天线的另一实施例的示意性后视图。

图7是来自图6的天线的第一引导体的示意性后视图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的若干实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开详尽和完整，并且将本公开的范围完整地传达给本领域技术人员。贯穿附图相同数字指代相同元件，且在不同实施例中加撇号来指示类似元件。

参考图1到5，现在描述根据本公开的通信系统10。例如，通信系统10说明性地包括卫星到卫星通信系统。当然，通信系统10可以用于其它应用，例如地对卫应用和地对地应用。

说明性地包括天线11、连接到天线的射频(rf)12收发器，以及控制器13，所述控制器13连接到rf收发器并且配置成产生要发送的rf信号并处理接收的rf信号。天线11说明性地包括底座14、连接到底座的万向支架15，以及连接到底座并且其中具有第一引导槽17的第一引导体16。如图4中最佳所见，天线11说明性地包括第二引导体18，第二引导体18相对于底座14可旋转地连接，并且其中具有第二引导槽19，从而相对于第一引导槽17限定可转向交叉位置30(图4)。

在一些实施例中，底座14和第一引导体16可以一体地形成为单件。在其它实施例中，底座14和第一引导体16可以是模块化的单独零件。

天线11说明性地包括连接到万向支架15并延伸通过可转向交叉位置的天线构件20，以及连接到控制器13并且配置成选择性地旋转第二引导体18以使天线构件转向的致动器21。应理解，天线11的工作频率根据天线构件20以及第一引导体16和第二引导体18的大小而变化。

第一引导体16和第二引导体18可包括介电材料，例如聚合物塑料。为了制造，第一引导体16和第二引导体18，这些部件可以是3d打印的。在一些实施例中，第一引导体16和第二引导体18可包括金属材料。在这些实施例中，第一引导体16和第二引导体18可以常规方式制造，例如通过铸造或机械加工，或通过增材制造方法，例如金属3d打印装置方法。

在所说明的实施例中，第一引导体16可具有圆顶形状或半球形状。第一引导槽17说明性地包括螺旋形状。在其它实施例中(图6到7)，第一引导槽17可以具有细长的c形形状，其将覆盖设定的扫描体积。第二引导体18也说明性地具有细长的弯曲形状。第二引导槽19说明性地具有细长形状。

在所说明的实施例中，天线11还包括由致动器21驱动的驱动轴28，以及通过驱动轴连接在第二引导体18和致动器21之间的驱动齿轮22。第二引导体18说明性地包括由驱动齿轮22驱动的带齿轮外周23，以及在带齿轮外周的相对侧之间延伸的细长擦拭器构件29。

万向支架15说明性地包括用于将万向支架连接到第一引导体16的第一枢转连接24a和第二枢转连接24b。万向支架15说明性地包括用于将万向支架连接到天线构件20的第三枢转连接25a和第四枢转连接25b。应理解，万向支架15沿两个轴提供自由运动。

例如，天线构件20说明性地包括喇叭天线，并且可以包括10度到30度的波束宽度。有利地，由于喇叭天线具有高度定向性能特性(即具有低波束宽度的高增益)，因此天线11可以使天线构件20指向接收期望rf信号所需的任何方向。当然，喇叭天线仅是实例天线类型，并且可以使用其它天线类型。如本领域技术人员将理解的，天线构件20还可以包括抛物面反射器、缝隙波导阵列、平板相控阵列或任何其它类型的天线元件。

而且，为了确保完全覆盖，当天线构件20具有减小的波束宽度时，可能需要减小第一引导槽17的螺旋路径内的间隔。当然，当天线构件20具有增加的波束宽度时，第一引导槽17的螺旋路径内的间隔可以增加，这允许天线构件进行更快速的指向。

天线构件20说明性地包括波导26，以及与波导相对并且通过可转向交叉位置插入的导杆27。应当理解，导杆27可包括用于天线构件20的刚性rf电缆馈送装置。在其它实施例中，导杆27可以部分地限定波导26，从而沿纵向相反方向发射信号。在一些实施例中，致动器21包括配置成选择性地使天线构件在螺旋跟踪路径中移动的一个电机/单个致动器。也就是说，当第二引导体18旋转时，第二引导槽19使导杆27移动通过第一引导槽17，这使得波导通过螺旋移动指向相反方向。由于螺旋跟踪路径，天线11可能不适于跟随移动的rf源。

控制器13配置成基于与致动器21相关的编码来瞄准天线构件20。在一些实施例中，致动器21包括步进电机，并且控制器配置成使得在第一引导槽17的螺旋路径内的多个导杆27位置与来自步进电机的对应多个步距相等。

另一方面涉及一种用于制造天线11的方法。该方法包括：将万向支架15连接到底座14；将第一引导体16连接到底座，第一引导体中具有第一引导槽17；以及相对于底座可旋转地连接第二引导体18。第二引导体中包括第二引导槽19，从而相对于第一引导槽17限定可转向交叉位置30。该方法包括使天线构件20连接到万向支架15并延伸通过可转向交叉位置30，以及连接致动器21以选择性地旋转第二引导体18以使天线构件转向。现在另外参考图6到7，描述天线11'的另一个实施例。在天线11'的这个实施例中，上文已参考图1到5论述的那些元件加上撇号，并且大多数在此不需要另外论述。本实施例与前述实施例的不同之处在于天线11'具有带c形第一引导槽17'的第一引导体16'。天线11'的这个实施例具有设定的扫描体积，该扫描体积取决于天线构件20的波束宽度(图1到5)及第一引导槽17'的臂之间的间隔。

有利地，天线11可以使用单个电动致动器而不是现有方法的多电机方法在整个方位角和仰角范围上定向地瞄准天线构件20。这种减少到单个电机有利于其中空间和重量有限的轨道卫星平台。实际上，天线11可用于以比现有方法更低的成本和更低的复杂度机械地指向天线。此外，通过添加额外的致动器以驱动第二引导体18的带齿轮外周23，可以在天线11中更容易实现冗余度量。

较小的封装体积允许该天线11用于对于现有方法来说成本和/或尺寸过大的地方(例如小卫星)。而且，该天线11对于新的空间小卫星星座(即，能够在轨道卫星之间实现交联)是有利的。天线11可以实现稳健且成本更低的卫星到卫星通信，并且可以在小卫星体积限制内封装，提供高数据速率链路解决方案与宽波束低方向性天线，并且实现有可能用于卫星终端的极低成本天线指向机制的地面应用，例如卫星家庭付费电视终端用户天线指向。

在受益于在前述描述和相关联图式中呈现的教示内容的情况下，所属领域的技术人员可以想到本公开的许多修改和其它实施例。因此应理解，本公开不限于所公开的具体实施例，且其它修改和实施例意图包含在所附权利要求书的范围内。