專(zhuān)利名稱(chēng)：用于天線(xiàn)的卡塞格林型饋送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于天線(xiàn)的一種卡塞格林型饋送裝置(Cassegrainfeed)，特別地，但不是專(zhuān)門(mén)地，涉及用于拋物面天線(xiàn)的卡塞格林型饋送裝置。
拋物面天線(xiàn)從所謂的卡塞格林饋送裝置饋送信號(hào)是人們所公知的。這樣的裝置圖示于

圖1中，在圖中的各部件都應(yīng)被理解成是繞z-軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的，而且還包括反射天線(xiàn)10和從該天線(xiàn)中心伸出并沿z-軸的饋送裝置12。該饋送裝置被更詳細(xì)地示于圖2中，該裝置包含一個(gè)波導(dǎo)部分20，該波導(dǎo)部分在一端21處通過(guò)該天線(xiàn)10(在圖2中未畫(huà)出)的中心，而在另一端22處與一個(gè)介電質(zhì)圓錐23的小直徑端連接。該圓錐23的大直徑端與一個(gè)輔助反射器24連接，該輔助反射器用來(lái)反射入射其上的輻射，經(jīng)由該圓錐23從該波導(dǎo)部分向該天線(xiàn)10反射(發(fā)射模式)或從天線(xiàn)10向該波導(dǎo)部分反射(接收模式)。該圓錐的功能被描述在由H.E.Baartlett和R.E.Moseley在微波雜志中發(fā)表的“Dielguides-highly efficient Low-Noise AntennaFeeds”中，第9卷，1966年12月，第53-58頁(yè)。為了改善在空氣-圓錐界面的匹配，該圓錐通常配備有一些瓦楞(corrugation)25。此外，為了將回波損耗減小到最小，還包括一個(gè)介電質(zhì)多級(jí)階梯變換器(dielectric multustage step transformer)26，該變換器可用與該圓錐相同的介電質(zhì)材料制成并與其形成一個(gè)整體，如圖所示，而且為了再減小回波損耗，該輔助反射器24還可在其中心部分包含一個(gè)調(diào)諧盤(pán)27。
剛描述的饋送裝置是一個(gè)用于饋送中頻(例如3.9GHz)輻射的單帶裝置。但是，還知道一些用于雙帶運(yùn)行的饋送裝置，這些裝置的好處是可避免對(duì)于各個(gè)帶都需要兩個(gè)分離的饋送裝置，結(jié)果是節(jié)省了成本和減小了復(fù)雜性。已知的雙帶饋送裝置的例子被圖示于圖3中。在圖3a中波導(dǎo)部分30對(duì)金屬圓錐元件31進(jìn)行饋送，該金屬圓錐元件將微波能量傳播到輔助反射器32，該輔助反射器通過(guò)支撐件(stay)33相對(duì)于該饋送元件30、31固定和定位。傳統(tǒng)上在該圓錐元件31的圓錐部分34提供一些溝槽35(參看圖3b)。實(shí)際上，為了便利在兩個(gè)有關(guān)頻率帶上運(yùn)行，該溝槽被做成在兩個(gè)深度36和37之間交替變化(參看圖3c)。
圖3所示的已知雙帶裝置具有復(fù)雜、巨大和高成本的缺點(diǎn)。
關(guān)于介電質(zhì)饋送裝置的討論被包含在(尤其是)下列原始資料中Lindau i.Bodensee的“ Dielektrische Erreger furRichtfunk-Parabolantennen，Diskussionssitzung desFachausschusses Antennen der ITG”，12-13 1988年10月，第48-50頁(yè)；由B.Toland、C.C.Liu和P.G.Ingerson在微波雜志上發(fā)表的“Design and Analysis of arbitrarily shaped DielectricAntennas”，1997年5月，第278-286頁(yè)；由Akhileshwar Kuma在關(guān)于天線(xiàn)和傳播的IEEE會(huì)報(bào)上發(fā)表的“Dielectric-Lined WaveguideFeed”，第AP-27卷，No.2，1979年5月；以及由G.N.Tsandoulas和W.D.Fitzgerald在關(guān)于天線(xiàn)和傳播的IEEE會(huì)報(bào)上發(fā)表的“Aperture Efficiency Enhancement in Dielectrically LoadedHorns”，第AP-20卷，No.1，1972年1月。實(shí)現(xiàn)邊波瓣抑制和射束寬度均衡的非電介質(zhì)輻射體被公開(kāi)在下述文獻(xiàn)中由P.D.Potter在微波雜志上發(fā)表的“A New Horn Antenna with Suppressed Sidelobesand Equal Beamwidths”，第VI卷，第71-78頁(yè)，1963年6月和美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)US 3,413,641(“雙模式天線(xiàn)”-R.H.Turrin)。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了如權(quán)利要求要求1所規(guī)定的用于天線(xiàn)的卡塞格林型饋送裝置。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一個(gè)拋物面天線(xiàn)裝置，該裝置具有權(quán)利要求15所規(guī)定的特點(diǎn)。
本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)形成了從屬權(quán)利要求的主題內(nèi)容。
現(xiàn)在將參考下述附圖，僅通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式圖1是包含有已知的單帶卡塞格林型饋送裝置的天線(xiàn)裝置；圖2是圖1所示饋送裝置的更詳細(xì)的表示；圖3是一個(gè)已知的雙帶卡塞格林型饋送裝置；圖4是一個(gè)按照本發(fā)明的實(shí)施例的卡塞格林型饋送裝置；圖5a是具有包括相位中心在內(nèi)的各種參數(shù)的圖4所示的饋送裝置；和圖5b描畫(huà)了一個(gè)可在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的偏置或“環(huán)”拋物面的橫截面視圖；圖6是表示其改進(jìn)的圖4的饋送裝置的部分視圖。
現(xiàn)來(lái)參看圖4，一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例使用了一個(gè)波導(dǎo)部分40、一個(gè)介電質(zhì)的圓錐43、一個(gè)輔助反射器44和一個(gè)介電質(zhì)的變換器46，它們都與圖2中的等效物件相應(yīng)，但另外還提供了一個(gè)改變阻抗裝置47，用來(lái)改變處于端部49的波導(dǎo)部分40內(nèi)壁48的阻抗。該阻抗改變裝置47是一個(gè)介電質(zhì)的套筒，在所示實(shí)施例中，它是形成在該圓錐43中的一個(gè)突起(空心圓筒)；這樣該套筒就是該圓錐的一個(gè)整體組成部分。作為替換，它也可是一個(gè)分離部件，盡管這樣的話(huà)在對(duì)該圓錐本身提供適當(dāng)就位時(shí)可能會(huì)經(jīng)歷一些困難。該套筒具有對(duì)應(yīng)于平均上帶頻率的1/4和1/6波長(zhǎng)(在該介電質(zhì)中)之間的厚度。如圖2所示，圖4中的介電質(zhì)的變換器46可有利地用一種與圓錐相同的介電質(zhì)材料制作，而且可與圓錐做成一個(gè)整體。作為一個(gè)例子，在本發(fā)明的試驗(yàn)實(shí)施例中所用的介電質(zhì)具有的介電常數(shù)＝2.56，但其它的常數(shù)同樣也是可以的。
介電質(zhì)套筒47的效果是改變?cè)摫诘淖杩梗员闶箿?zhǔn)TM11模式以適當(dāng)?shù)恼穹臀幌嘞辔粊?lái)耦合。此外，該套筒用作圓錐和波導(dǎo)之間的機(jī)械固定裝置。在使用圖6所示裝置的情況中尤其如此，其中凹進(jìn)部分50和相關(guān)的臺(tái)肩51被用于容納該套筒。在這種情形，圓錐和變換器的位置就在徑向和軸向兩個(gè)方向被固定在該波導(dǎo)中。
在上帶的感興趣的最高頻率上，在部分地充滿(mǎn)的波導(dǎo)中該介電質(zhì)套筒的長(zhǎng)度應(yīng)大于一個(gè)波長(zhǎng)。在所示例子中，該長(zhǎng)度近似為兩個(gè)波長(zhǎng)。
圖2所示的已知裝置和圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施例之間的另一差異是波導(dǎo)部分40用介電質(zhì)完全充滿(mǎn)的部分的長(zhǎng)度減小，這就允許該激發(fā)的TM11模式低色散地延伸到該介電質(zhì)圓錐43。這個(gè)長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以便使色散減小到最小，在所示實(shí)施例中實(shí)際上為0。該變換器的各級(jí)憑經(jīng)驗(yàn)按本技術(shù)的已知方法決定尺寸，例如利用_/4級(jí)作為起始點(diǎn)，以便產(chǎn)生最小的回波損耗。
在結(jié)合了上述雙帶饋送裝置的一個(gè)試驗(yàn)天線(xiàn)裝置中，該天線(xiàn)是一個(gè)直徑為3m的拋物面反射器(張角180)，該波導(dǎo)饋送裝置的總長(zhǎng)度為675mm，該階梯變換器的最后一級(jí)41的半徑R(參看圖4)近似為該套筒47內(nèi)直徑的75％。參照?qǐng)D5a具體說(shuō)明的另一些參數(shù)具有下表中所列出的數(shù)值
表1雙帶波導(dǎo)直徑d的值65mm主要是由于使該波導(dǎo)能與雙帶正交模式轉(zhuǎn)換器匹配的需要而產(chǎn)生的，該轉(zhuǎn)換器是用于圖3a所示的更傳統(tǒng)的雙帶裝置的，其過(guò)渡件的直徑為65mm。在任何情況下，d的值都將取決于該兩頻帶彼此的相對(duì)位置。在4.5GHz以上，在本例子中該輻射圖就有強(qiáng)烈的退化，例如，這里d被增加到71mm，這種退化在大約4.2GHz的低帶上固定下來(lái)，這顯然是不希望的。在給定的例子中，在另外的極端54mm是太小了，除非使用在直徑上的適當(dāng)大的階梯增量(參看圖6所示的凹進(jìn)部分)。最佳直徑可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法(例如，計(jì)算機(jī)模擬)確定，然后，在需要的地方，如在本情形中，可稍加改變以適應(yīng)波導(dǎo)部件可能必須使用的尺寸。
圖5a還表示所描述的實(shí)施例對(duì)于低帶(“U”)和上帶(“O”)兩者的相位中心的位置。如可看見(jiàn)的那樣，相位中心并不一致，因而，嚴(yán)格地說(shuō)，為了在相關(guān)兩個(gè)帶上實(shí)現(xiàn)最佳性能，將需要不同長(zhǎng)度的波導(dǎo)(試驗(yàn)揭示出這些最佳長(zhǎng)度大約在3.6GHz時(shí)為662mm，在6.775GHz時(shí)為684mm)。但是，人們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大約為675mm的折衷波導(dǎo)長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，兩個(gè)帶的效率都是很可接受的，實(shí)際上，在還考慮到經(jīng)輔助反射器盤(pán)27和介電質(zhì)變換器26的適當(dāng)匹配時(shí)，該效率都在64％以上。這樣的匹配是憑經(jīng)驗(yàn)，例如借助計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)的。還圖示出了兩個(gè)另外的相位中心(“O’”和“U’”)，它們是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)偏置拋物面反射器(“環(huán)”拋物面反射器)的聚焦環(huán)的最佳穿透點(diǎn)。這種天線(xiàn)以截面形式被示于圖5b中，圖中具有端部61、62的拋物線(xiàn)60被假定是可繞z-軸63旋轉(zhuǎn)360的。這樣形成的圖形具有一個(gè)被平面盤(pán)64充滿(mǎn)的中心孔。
雖然迄今為止只是對(duì)上帶中的準(zhǔn)TM11模式激勵(lì)作了陳述，但為了達(dá)到輔助反射器(這里也是主反射器)的希望的增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)照射，實(shí)際上在剛描述的試驗(yàn)裝置中，還會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)強(qiáng)的準(zhǔn)TM12模式的激勵(lì)，這也對(duì)希望的效果有所貢獻(xiàn)。但是，比起準(zhǔn)TM11模式來(lái)說(shuō)，這另外的模式卻曾是一個(gè)不太重要的影響因素。
正如已經(jīng)述及的那樣，在圖4所示實(shí)施例的一種變形中(參看圖6)，該介電質(zhì)套筒47被安放在該波導(dǎo)壁的凹進(jìn)部分50中。該凹進(jìn)部分具有一個(gè)臺(tái)肩51，可將它安排來(lái)當(dāng)做該套筒47插入的限位器，因而在該波導(dǎo)中就提供了一個(gè)更能重復(fù)的套筒就位，從而使從饋送到饋送的性能也能保持很好的一致性。又一次，在實(shí)現(xiàn)這種變形時(shí)，該階梯變換器的最后級(jí)41理想地具有大約為該套筒47內(nèi)直徑的75％的直徑。
在該饋送裝置的另一實(shí)施例中，該波導(dǎo)部分的端部49的內(nèi)壁(參看圖4)提供有一些溝槽而不是介電質(zhì)內(nèi)襯(dielectric lining)。該溝槽的深度通常為/4(是在充填該溝槽的材料內(nèi)的波長(zhǎng)，而與所用的最短波長(zhǎng)比較起來(lái)，該溝槽的軸向尺寸應(yīng)是較小的。該溝槽的深度不一定是按圖3c所示方式交變的，因?yàn)橹灰笏鼈冊(cè)趦蓭е弧蠋А杏行Ч?br> 雖然迄今已聯(lián)系拋物面天線(xiàn)描述了本發(fā)明，但它也適合使用在其它的天線(xiàn)形狀，例如球形天線(xiàn)上。
權(quán)利要求
1.用于天線(xiàn)的卡塞格林型饋送裝置，包括一個(gè)具有端部的波導(dǎo)部分，該波導(dǎo)部分具有一些支持基本的準(zhǔn)TE11模式傳播的內(nèi)部尺寸；一個(gè)介電質(zhì)圓錐，它具有一個(gè)小直徑端和一個(gè)大直徑端，該小直徑端與所述的波導(dǎo)端部連接；以及一個(gè)與該圓錐的大直徑端連接的輔助反射器，其中，該饋送裝置是一個(gè)雙帶饋送裝置，覆蓋低頻帶和上頻帶，而且該波導(dǎo)端部在其內(nèi)壁上提供有一個(gè)壁阻抗改變裝置用來(lái)激勵(lì)準(zhǔn)TM11模式的激發(fā)，因而實(shí)現(xiàn)該輔助反射器在所述上頻帶中的旋轉(zhuǎn)基本對(duì)稱(chēng)的照射。
2.按照權(quán)利要求1所述的饋送裝置，其中該壁阻抗改變裝置也用來(lái)激勵(lì)準(zhǔn)TE12模式的激發(fā)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的饋送裝置，其中該壁阻抗改變裝置包括形成在內(nèi)壁中的一些溝槽。
4.按照權(quán)利要求3所述的饋送裝置，其中該溝槽具有的深度近似為涉及波導(dǎo)部分中傳播的上頻帶平均波長(zhǎng)的四分之一。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的饋送裝置，其中壁阻抗改變裝置包括一個(gè)安放在所述波導(dǎo)端部中的介電質(zhì)套筒。
6.按照權(quán)利要求5所述的饋送裝置，其中該介電質(zhì)套筒具有的厚度是在涉及該套筒中傳播的上頻帶平均波長(zhǎng)的大約1/4和大約1/6之間。
7.按照權(quán)利要求6所述的饋送裝置，其中該套筒被形成為該介電質(zhì)圓錐的一個(gè)整體組成部分。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的饋送裝置，其中該波導(dǎo)部分在其整個(gè)長(zhǎng)度上直徑基本都是均勻的。
9.按照權(quán)利要求6或7所述的饋送裝置，其中該波導(dǎo)的端部的直徑比該波導(dǎo)部分的其余部分的直徑大，以便可形成一個(gè)臺(tái)肩從而允許確立該套筒在該波導(dǎo)部分中的正確就位。
10.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的饋送裝置，其中該介電質(zhì)圓錐已在其小直徑端處附著在一個(gè)多級(jí)介電質(zhì)變換器上，以便使該圓錐與該波導(dǎo)部分匹配。
11.按照權(quán)利要求10所述的饋送裝置，其中該變換器被形成為該介電質(zhì)圓錐的一個(gè)整體組成部分。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的饋送裝置，其中位于所述波導(dǎo)端部孔眼處的該變換器最后一級(jí)具有大約是該波導(dǎo)端部直徑的75％的直徑。
13.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的饋送裝置，其中該介電質(zhì)圓錐在其外喇叭表面具有一系列的瓦楞。
14.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的饋送裝置，其中該輔助反射器在其中心部分具有一個(gè)調(diào)諧盤(pán)，用來(lái)減小入射在該輔助反射器上的信號(hào)中的回波損耗。
15.拋物天線(xiàn)裝置，包括一個(gè)拋物面反射器和通過(guò)所述拋物反射器中心部分的一個(gè)如在權(quán)利要求1-14中的任何一項(xiàng)所述的卡塞格林型的饋送裝置。
16.卡塞格林型饋送裝置，基本如附圖3或4所示，或如以上參考附圖3或4所描述的那樣。
全文摘要
一種用于天線(xiàn)(拋物面天線(xiàn))的卡塞格林型饋送裝置是一個(gè)雙帶饋送裝置，它使用向介電質(zhì)圓錐(23)進(jìn)行饋送的波導(dǎo)(40)，該介電質(zhì)圓錐(23)向輔助反射器(24)進(jìn)行饋送。該波導(dǎo)具有一個(gè)與該圓錐小端連接的端部(49)，在一個(gè)實(shí)施例中，其內(nèi)壁(48)的阻抗可通過(guò)包含介電質(zhì)套筒(47)來(lái)改變，相對(duì)于在相關(guān)兩帶的上帶平均值上套筒內(nèi)的傳播來(lái)說(shuō)，所述介電質(zhì)套筒(47)的厚度是在/6和/4之間。該套筒幫助在所述上頻帶中對(duì)該輔助反射器提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)基本對(duì)稱(chēng)的照射，在與拋物面主反射器一起使用時(shí)，對(duì)該主反射器也提供同樣對(duì)稱(chēng)的照射。該套筒可被一系列在該波導(dǎo)端部的內(nèi)壁上形成的溝槽代替，這些溝槽通常深度為/4。
文檔編號(hào)H01Q19/00GK1483231SQ01821445
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2001年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者U·E·馬爾, U E 馬爾 申請(qǐng)人:馬科尼通訊股份有限公司