專利名稱：自穩(wěn)定天線基座的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自穩(wěn)定天線基座。
背景技術：
運載工具裝載的天線典型地要求穩(wěn)定性以獨立于在上面安裝有天線的運載工具 的運動而保持天線裝置面向指定的方向或追蹤指定的掃描區(qū)域。這一要求指示這樣的天線 裝置接收來自至少一個定向傳感器的輸入，以便天線可以響應運載工具定向的變化。定向傳感器通常由加速度計和陀螺儀的一些組合構成。由于尺寸和重量的限制， 這些感測裝置典型安裝于運載工具上，在物理地遠離天線單元本身的位置。因此，典型地在 定向傳感器和天線之間就必須有物理電連接和協(xié)調(diào)的通信協(xié)議以傳送給天線單元定向信息。這個設計具有一些負面后果。一個是需要匹配天線和定向傳感器的通信協(xié)議。由 于在設計和制作的時候，不必要知曉天線將連接到什么樣的定向傳感器，因此天線通常設 計為接收許多不同的通信協(xié)議。這增加了單元的復雜性和設計/研發(fā)成本。第二個后果是需要匹配物理的I/O端口。這個要求指示天線被構造成或者接受多 個I/O端口配置，或者受限于同天線一起使用的定向傳感器的數(shù)量。最后，使天線和定向傳感器物理隔離意味著在它們安裝期間必須精確地校準以保 證天線基座和運載工具共享同一定向。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種具有自動穩(wěn)定和定位控制的系統(tǒng)的天線裝置。該天線裝置將基于微機 電傳感器(MEM)的加速度計和陀螺儀集成電路(IC)傳感器直接合并到運載工具裝載的天 線應用中的天線基座內(nèi)。傳感器使得天線裝置能夠自動穩(wěn)定天線以達到要求的射束掃描區(qū) 域，而獨立于運載工具的運動，不需要外部的定向傳感器輸入。本發(fā)明利用提高性能以及減小MEMS裝置的尺寸和成本的優(yōu)勢。在安裝在航空器 中的天氣雷達天線的特定應用中，MEMS裝置使得定向傳感器能夠與天線構成一個整體，具 有降低通信協(xié)議復雜性、減少布線和物理接口及簡化天線安裝的效果。


本發(fā)明的優(yōu)選和替換實施例將在下面參照下列附圖被詳細地說明圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例形成的具有自穩(wěn)定天線的航空器的局部X射線視 圖；圖2示出了顯示自穩(wěn)定天線的部件的方框圖；以及圖3是示出了運載工具裝載的自穩(wěn)定天氣雷達天線的透視具體實施例方式圖1示出了具有機頭部分12和結構元件16的運載工具10。天線裝置18固定于結構元件16，天線裝置18在操作過程中勘察射束掃描區(qū)域14。由于電磁輻射可穿透物理 體，因此結構元件16和天線裝置18的安裝點可出現(xiàn)在運載工具10上或內(nèi)部的任何點處。 機頭部分12僅為運載工具10內(nèi)部天線裝置18能夠方便安裝的幾個便利位置中的一個。在正常的水平掃描過程中，天線裝置18尋求保持能夠保持特定的射束掃描區(qū)域 14的定向。由于天線裝置18安裝于結構元件16，從而固定到運載工具10上，當運載工具 10的定向變化時，射束掃描區(qū)域14的定向也會變化，而天線裝置18從射束掃描區(qū)域14收 集電磁場。這一結果導致需要穩(wěn)定天線裝置18。圖2示出了天線裝置18的功能部件之間的關系。天線裝置18包括基座20，天線 22，控制裝置34和顯示存儲裝置36。在基座20內(nèi)有定向電機24，基于微機電傳感器(MEMS) 的定向傳感器26，處理器28，數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 30和發(fā)射/接收電路32?；?0用于天線22與遠程定位控制裝置34和顯示存儲器36之間的機械及電連 接點。機械上，回頭參見圖1，基座20固定于結構元件16，從而固定到運載工具10的剩余 部位。在圖2中，天線22經(jīng)由定向電機24處的機械聯(lián)動裝置(linkageM未顯示)連接到 基座20?；贛EMS的定向傳感器26機械地經(jīng)由與定向電機24的共同的安裝點-基座20 以定向電機24為基準。天線22與處理器28經(jīng)由發(fā)射/接收電路32進行信號通信?？刂蒲b置34和顯示 存儲器36與處理器28經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 30進行信號通信。定向電機24和基于 MEMS的定向傳感器26都與處理器28直接進行信號通信。操作中，要求的掃描區(qū)域14的說明(即方向信號)從控制裝置34經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入/ 輸出端口 30傳送給處理器28。但是由于基座20經(jīng)由結構元件16連接到運載工具10，因此 隨著運載工具10在空間中穿行，天線22的定向在側(cè)傾和俯仰方面變化。通過它的與基座 20的機械連接，基于MEMS的定向傳感器26測量基座20 (即，運載工具10(例如航空器)) 經(jīng)歷的側(cè)傾和俯仰的參數(shù)，并且連續(xù)地將這些測量結果饋送給處理器28。處理器28接收 來自控制裝置34的要求的射束掃描區(qū)域14的說明及來自定向傳感器26的側(cè)傾和俯仰的 測量結果。在處理器28中，來自定向傳感器26的側(cè)傾和俯仰的測量結果被計入(factor into)來自控制裝置34的要求的射束掃描區(qū)域14的說明中并且被傳送給定向電機24。通 過常規(guī)的機械聯(lián)動裝置(未顯示)，定向電機24指引天線22以達到控制裝置34處指定的 射束掃描區(qū)域14，盡管其安裝于上的基座20的定向變化。為達到要求的射束掃描區(qū)域14， 天線22俘獲和收集要求的電磁輻射場并且經(jīng)由發(fā)射/接收電路32傳送給處理器28，且從 那兒經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 30傳送給顯示存儲器36。換言之，作為水平掃描驅(qū)動處理的一部分，處理器28獲知水平掃描面中天線的位 置。在處理器28處，來自定向傳感器26的側(cè)傾和俯仰的測量結果和水平掃描內(nèi)的位置同 控制裝置34指定的掃描仰角一起計入以提供俯仰和/或側(cè)傾補償修改以實現(xiàn)要求的射束 掃描區(qū)域14。在一個實施例中，基座20、天線22、控制裝置34和顯示存儲器36構成了機載天氣 雷達天線裝置18。運載工具10為具有安裝于機頭部分12的結構元件16上的天線裝置18 的航空器。運載工具10在大氣中穿行，天線22從機頭部分12朝外指向以確立要求的射束 掃描區(qū)域14。關于天氣的信息被天線22收集且經(jīng)由發(fā)射/接收電路32傳送給處理器28。 當運載工具姿態(tài)改變時，基于MEMS的定向傳感器26測量與之前定向的偏差，且將新舊定向之間的定向差返傳給處理器28。處理器28將新的定向信息傳送給定向電機24，定向電機 24機械地做出響應從而調(diào)整天線22以保持控制裝置34處指定的射束掃描區(qū)域14。一旦從控制裝置34接收到要求的射束掃描區(qū)域14的說明，在不需要任何來自基 座20外部的輸入的情況下即可實現(xiàn)由于運載工具10的運動導致的天線22的定向調(diào)整。不 需要從天線裝置18外部的定向傳感器到定向測量的輸入。這簡化了在數(shù)據(jù)輸入/輸出端 口 30處對線路和物理接口的要求。將基于MEMS的定向傳感器26集成于基座20內(nèi)消除了在處理器28中安裝多個通 信協(xié)議的要求。這相對于當前天線裝置處理器是個進步，當前天線裝置處理器必須配置有 各種通信協(xié)議以適應它們可連接的定向傳感器的范圍，或者受限于可同天線裝置一起使用 的定向傳感器。將基于MEMS的定向傳感器26集成于基座20內(nèi)還消除了之前所要求的安裝時的 校準。校準要求來自于下列需求(1)天線基座20和運載工具10共享相同的定向坐標，以 便于以前的遠程定位的定向傳感器的輸出對天線基座20是有意義的，以及(2)定向電機24 和運載工具10共享相同的定向坐標，以便于射束掃描區(qū)域14的定向?qū)谶\載工具10的 定向。將定向傳感器26集成于基座20的好處在于完全消除了第一校準要求，第二校準要 求通過出廠校準即可滿足，而不是在天線裝置18安裝時的校準。圖3示出了安裝于航空器前錐形部分的艙壁(bulkhead) 16-1的天線裝置18_1的 實施例?；?0安裝于結構元件16上，且天線22經(jīng)由定向電機24上的聯(lián)動裝置(未明 確示出)連接到基座20。基座20內(nèi)具有定向電機24、基于MEMS的定向傳感器26、處理器 28、數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 30和發(fā)射/接收電路32。定向電機24、基于MEMS的定向傳感器 26、處理器28、數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 30和發(fā)射/接收電路32均集成于基座20內(nèi)部。圖3還示出基座20作為定向電機24和基于MEMS的定向傳感器26的共同的機械 基準點而存在。這使得這兩個部件能夠相對于彼此被出廠校準，這是本發(fā)明的自穩(wěn)定天線 裝置18的一個額外優(yōu)點。圖3還示出了未包含用于定向傳感器26的I/O引腳的緊湊型數(shù) 據(jù)輸入/輸出端口 30，這是因為定向傳感器26同處理器28 —起被集成于基座20。這減少 了數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 30中的電纜計數(shù)，現(xiàn)在需要用于僅連接到控制裝置34和顯示存儲 器36的引腳。由于消除了用于在定向傳感器26和處理器28之間通信的多個通信協(xié)議而 導致的處理器28的簡化在圖3中不可見。在一個實施例中，MEMS加速度計和MEMS陀螺儀由霍尼韋爾公司制造，包括用于 Apex集成座艙的空氣數(shù)據(jù)姿態(tài)航向基準系統(tǒng)(ADAHRS)。在替換的實施例中，采用商業(yè)現(xiàn)貨 供應商的MEMS加速度計和MEMS陀螺儀。在要求極限精度的實施例中，定向傳感器26包括多至三個旋轉(zhuǎn)(陀螺)MEMS集成 電路和四個加速度計集成電路(IC)。存在在一個封裝里測量三個軸的加速度計IC封裝， 并且由于天線穩(wěn)定典型地必須僅計及兩個旋轉(zhuǎn)軸，可以想見，自穩(wěn)定可用少至三個IC(一 個三軸加速度計MEMS IC和兩個單軸旋轉(zhuǎn)MEMS IC)實現(xiàn)。在一個實施例中，三軸加速度計 MEMS IC和兩個單軸旋轉(zhuǎn)MEMS IC封裝安裝在天線基座20上。采用多個可接受的通信協(xié)議 中的一個，每個IC封裝將定向數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器28?；诮邮盏降亩ㄏ驍?shù)據(jù)，以及來自控 制裝置34的指定的射束掃描區(qū)域14，處理器28命令定向電機24調(diào)整天線22以獨立于運 載工具10的定向保持所要求的射束掃描區(qū)域14。
在另一個實施例中，發(fā)射/接收電路32包括發(fā)射機和接收機，且處理器28包括雷 達處理器。發(fā)射機、接收機和雷達處理器可以與提供在由霍尼韋爾公司生產(chǎn)的RDR4000天 氣雷達系統(tǒng)中的那些類似。本發(fā)明還可采用替換制造的定向測量傳感器。
權利要求
一種天線裝置(18)，包含天線(22)；和基座(20)，包含一個或多個天線定向電機(24)；和定向傳感器(26)。
2.權利要求1的裝置，還包含控制裝置(34)和顯示存儲器(36)，其中該基座還包含處 理器(28)、發(fā)射/接收電路(32)和數(shù)據(jù)輸入/輸出端口(30)。
3.權利要求1的裝置，其中該定向傳感器包含加速度計或陀螺儀。
4.權利要求3的裝置，其中該天線裝置安裝于航空器上。
5.權利要求1的裝置，其中該定向傳感器包含三軸加速度計MEMSIC和兩個單軸旋轉(zhuǎn) MEMS IC或者包含多至三個旋轉(zhuǎn)MEMS集成電路和四個加速度計集成電路。
6.一種方法，包含在處理器處接收方向信號，該處理器被包括在天線裝置的基座部分內(nèi)；在該處理器處從定向傳感器接收一個或多個位置傳感器信號，該定向傳感器被包括在 該天線裝置的該基座部分內(nèi)；基于所接收到的一個或多個位置傳感器信號和方向信號產(chǎn)生一個或多個天線位置控 制信號；基于所產(chǎn)生的一個或多個天線位置控制信號物理定向該天線。
7.權利要求6的方法，其中該定向傳感器包含至少一個加速度計或至少一個陀螺儀。
8.權利要求7的方法，其中該加速度計或該陀螺儀包含微機電(MEMS)制造的集成電路 傳感器。
9.權利要求6的方法，其中產(chǎn)生一個或多個天線位置控制信號還基于天線定向相對基 座的預安裝校準。
全文摘要
本發(fā)明涉及自穩(wěn)定天線基座。一種具有自動穩(wěn)定和定向控制的系統(tǒng)的天線裝置(18)。該天線裝置將基于微機電(MEMS)的加速度計和陀螺儀集成電路(IC)傳感器(26)直接合并在運載工具裝載的天線應用中的天線基座(20)內(nèi)。傳感器使得天線裝置能夠自動穩(wěn)定天線(22)以達到要求的射束掃描區(qū)域，而獨立于運載工具的運動，不要求外部傳感器輸入。本發(fā)明消除了外部安裝的定向傳感器的通信接口的需求，減少了電纜I/O，和簡化了安裝程序。
文檔編號H01Q1/12GK101877429SQ20101019973
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權日2009年4月27日
發(fā)明者G·M·泰納, T·A·克勞福德, T·吉布森 申請人:霍尼韋爾國際公司