專利名稱：用于多波束天線的一次幅射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于接收來自多個對地靜止衛(wèi)星的微波的多波束天線。
背景技術(shù)：
近來，已經(jīng)發(fā)射許多對地靜止廣播衛(wèi)星和對地靜止通信衛(wèi)星。這就加大了通過使用單個天線接收來自，例如，兩個相鄰衛(wèi)星的微波并且有選擇地使用所接收的微波之一的需求。
通常，配置接收來自多個衛(wèi)星的微波的多波束天線，以便通過單拋物面反射器反射并聚焦來自多個衛(wèi)星的微波并且被聚焦的衛(wèi)星信號分別進(jìn)入不同的一次輻射器。
喇叭型一次輻射器(或饋電喇叭)被用作一次輻射器。當(dāng)例如接收兩個衛(wèi)星微波時，通過一個支架支撐兩個喇叭型一次輻射器，以便將它們設(shè)置在拋物面反射器的反射和聚焦位置。衛(wèi)星對地面的仰角互不相同。另外，仰角的角度差隨接收區(qū)域而變化。因此，對于每個接收區(qū)，必須調(diào)整一次輻射器的喇叭形構(gòu)造相對于與地面平行的軸的傾斜。
下文中，將一次輻射器的喇叭形構(gòu)造相對于與地面平行的軸的傾斜稱為傾角。
在所接收的衛(wèi)星信號被線性極化的情況下，每個入射微波相對于地面的傾斜隨衛(wèi)星和接收區(qū)而改變。因此，對于每個接收區(qū)，必須調(diào)整每個一次輻射器的接收極化角。
因此，當(dāng)要調(diào)整常規(guī)的用于線性極化波的多波束天線的方向時，必須根據(jù)接收區(qū)調(diào)整一次輻射器喇叭形輻射體相對于每個衛(wèi)星的設(shè)置傾角，和一次輻射器的接收極化角。這就帶來了使調(diào)整角度的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及調(diào)整工作繁重的問題。
通常，常常使用漏斗狀喇叭型一次輻射器作為衛(wèi)星廣播天線的一次輻射器。甚至當(dāng)拋物面反射器具有較小的直徑，例如，45cmφ時，能夠使一次輻射器之間的設(shè)置距離足夠大，直到將從其接收微波的相鄰衛(wèi)星互相分開大約8度的距角為止。因此，能夠相鄰設(shè)置一次輻射器的漏斗狀喇叭形輻射體，而相互不干擾。相反，在從其接收微波的相鄰衛(wèi)星相互分開4度的較小距角的情況下，一次輻射器之間設(shè)置的距離可以小到大約25mm。因此，當(dāng)使用這樣的漏斗狀喇叭型一次輻射器時，輻射器喇叭形輻射體互相干擾或接觸，因此不可能構(gòu)成一多波束天線，從而產(chǎn)生必須為從其接收微波的衛(wèi)星分別安裝多個天線的問題。
如上所述，例如，在接收來自4度距角的兩個衛(wèi)星的12GHz頻帶的微波的45cmφ22雙波束天線系統(tǒng)的一次輻射器內(nèi)，喇叭形輻射體間隔大約為25mm。當(dāng)如圖22A和22B所示由一般的漏斗狀喇叭形輻射體構(gòu)成這樣的天線的一次輻射器時，孔徑直徑大約為30mm。因此，從結(jié)構(gòu)上說不能構(gòu)成天線。為實(shí)現(xiàn)這樣的天線系統(tǒng)，要求將一次輻射器的孔徑直徑設(shè)定為25mm或更小。在指定為EIAJ(日本電子工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))的WCI-120的圓波導(dǎo)中，波導(dǎo)的內(nèi)徑為17.475mm。因此，當(dāng)使用這樣的波導(dǎo)時，考慮到實(shí)際產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，喇叭形輻射體大致具有0度的張角。換句話說，喇叭形輻射體具有如圖23A和23B所示的圓波導(dǎo)截面孔徑。
圖22A是常規(guī)的漏斗狀喇叭型一次輻射體的前視圖，圖22B是沿圖22A的線A-A′的剖面圖。圖23A是常規(guī)的圓波導(dǎo)型一次輻射體的前視圖，圖23B是沿圖23A的線A-A′的剖面圖。
在圖22A和22B，131表示設(shè)置在襯底132的漏斗形波導(dǎo)。在襯底132上由印刷電路構(gòu)成饋電點(diǎn)133，以便使其位于漏斗形波導(dǎo)131底面的中心。
圖23A和23B所示的圓波導(dǎo)型一次輻射器是取代漏斗形波導(dǎo)131的圓波導(dǎo)135。以與圖22A的漏斗狀喇叭型一次輻射器的其它組件相同方式構(gòu)成其他部件。
圖24表示圓波導(dǎo)型一次輻射器的輻射圖。在反射器偏置的情況下，一次輻射器的輻射角大約為40度。在圖24的方向圖中，漏泄功率在反射器輻射中較大，并且反射器輻射范圍內(nèi)的電場的不均勻性較大。因此，降低天線增益。
可以使用這樣的方法作為解決上述問題的手段。例如降低喇叭形輻射體的孔徑直徑，通過一同軸系統(tǒng)提供功率而使用螺旋型天線，以及使用諸如圓波導(dǎo)饋電介質(zhì)棒天線之類的行波型天線作為一次輻射器。另外，在常規(guī)的多波束天線中，從一次輻射器的變頻器伸出的接收信號電纜連接到外部切換設(shè)備，并且通過控制切換設(shè)備的切換操作選擇要接收的衛(wèi)星廣播節(jié)目。這樣的配置存在用戶必須購買這樣的外部切換設(shè)備，以及需要配線和類似工作的問題。
當(dāng)通過使用多個一次輻射器構(gòu)成一個完整的變頻器時，如圖29所示在單個襯底201上形成襯底印刷探測器202，并且全部其他的電路也設(shè)置在襯底201。每一個襯底印刷探測器202包括水平極化波探頭202a和垂直極化波探頭202b。襯底印刷探測器202分別設(shè)置在多個(例如，兩個)一次輻射器孔徑203的供電部分。由高頻放大器203a和203b放大從水平極化波探頭202a和垂直極化波探頭202b輸出的信號，然后由水平/垂直轉(zhuǎn)換開關(guān)204a和204b對它們進(jìn)行選擇。然后由水平/垂直轉(zhuǎn)換開關(guān)204a和204b選擇的信號進(jìn)一步由衛(wèi)星轉(zhuǎn)換開關(guān)205進(jìn)行選擇。由高頻放大器206放大選擇的信號，然后將其提供給頻率變換器207。本機(jī)振蕩器208的振蕩輸出被提供給變頻器207。變頻器207輸出頻率等于來自高頻放大器206的信號和來自本機(jī)振蕩器208的信號之間的頻率差值的信號作為中頻信號。由中頻放大器209放大從變頻器207輸出的信號。放大信號通過端子210向外輸出。
常規(guī)的多波束天線存在必須分別調(diào)整一次輻射器的設(shè)置傾角，以及必須分別調(diào)整一次輻射器的接收極化角的問題。
常規(guī)的多波束天線還存在這樣的問題，即，在要從其接收微波的衛(wèi)星相互相距一個較小距離，例如，4度的情況下，相鄰排列的漏斗狀喇叭型一次輻射器互相接觸或干擾，因此不能構(gòu)成一多波束天線。
常規(guī)的多波束天線還存在這樣的問題，即，為有選擇地接收一期望的衛(wèi)星廣播節(jié)目，需要一外部切換設(shè)備、該設(shè)備的配線等。
另外，在常規(guī)的一次輻射器，從饋電點(diǎn)提供的電流通過喇叭形輻射體孔徑的邊緣部分或者螺旋型天線的接地平面的邊緣部分流向后側(cè)，從而使一次輻射器具有除到反射器的輻射之外的輻射較大的輻射圖。因此，降低天線增益。
當(dāng)由用于接收來自衛(wèi)星的微波的常規(guī)變頻器接收來自多個衛(wèi)星的微波時，設(shè)定襯底印刷探測器202，以便每個區(qū)內(nèi)與地面平行的軸、目標(biāo)衛(wèi)星的軌道傾角，和衛(wèi)星的極化角相互一致。在這種情況下，變頻器僅用于從其接收微波的衛(wèi)星。因此，當(dāng)產(chǎn)生對應(yīng)于全部衛(wèi)星的變頻器時，變頻器不能完全分享襯底，結(jié)果是降低了生產(chǎn)率，從而加大變頻器的生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到這些問題提出了本發(fā)明。本發(fā)明的第一目的是提供一種多波束天線，其中能夠容易地調(diào)整一次輻射器的設(shè)置傾角和接收極化角。
本發(fā)明的第二目的是提供一種多波束天線，其中，即使在從其接收微波的衛(wèi)星相互分開一較小的距角，例如，4度的情況下，一次輻射器的喇叭形輻射體既不互相干擾也不互相接觸，并且能構(gòu)成接收多波束的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第三目的是提供一種多波束天線，其中在不需要設(shè)置一外部切換設(shè)備、配線、及類似裝置的情況下，能夠容易地選擇一期望的衛(wèi)星廣播節(jié)目以便接收該節(jié)目。
本發(fā)明的第四目的是提供一種用于小間隔的小直徑多波束天線內(nèi)的小增益衰減的一次輻射器，和用于接收來自與一次輻射器集成在一起的衛(wèi)星的微波的變頻器。
本發(fā)明的第五目的是提供一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，甚至在接收來自多個衛(wèi)星的微波時，該變頻器仍能使用一公共襯底，因此提高了生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種多波束天線，包括反射并聚焦來自多個衛(wèi)星的微波的一反射器；分別接收由反射器反射并聚焦的多個衛(wèi)星微波的多個喇叭型一次輻射器；相鄰整體地連接到多個喇叭型一次輻射器，并且變頻和放大由一次輻射器分別接收的衛(wèi)星信號的一變頻器；分別用于一次輻射器的探測器，在多個一次輻射器連接到變頻器的狀態(tài)下，以對應(yīng)于多個衛(wèi)星之間的極化角度差值的角度差來設(shè)置探測器；支撐變頻器以便多個一次輻射器的喇叭形輻射體朝向反射器的反射方向的一輻射器支撐臂；和一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在輻射器支撐臂和變頻器之間，并調(diào)整變頻器的轉(zhuǎn)動位置的，使得通過該轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)同時調(diào)整一次輻射器相對于與地面平行的軸的設(shè)置傾角、多個一次輻射器的設(shè)置傾角、和每個輻射器的接收極化角。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供第一方面的多波束天線，其中，一次輻射器為圓波導(dǎo)孔的喇叭形輻射體，并且介質(zhì)部分連接到喇叭形輻射體的孔。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供第一或第二方面的多波束天線，進(jìn)一步包括用于根據(jù)外部指令來選擇由多個一次輻射器接收的多個衛(wèi)星信號中的一個并輸出選擇的信號的接收衛(wèi)星切換裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的天線的一次輻射器，包括保持預(yù)定間隔并置的兩個或更多的一次輻射器孔徑；和一般設(shè)置在多個孔徑的外圍的至少一個扼流圈，該扼流圈具有大約1/4波長的深度。
按照該配置，孔徑表面的邊緣部分理論上具有無限大阻抗，因此能夠抑制從孔徑表面的邊緣部分向后流動的電流，從而防止向一次輻射器的后側(cè)輻射的發(fā)生。因此，能夠高效地接收來自多個衛(wèi)星的微波。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一個從與用于通過一天線接收從兩個或更多衛(wèi)星發(fā)射的微波的兩個或更多的一次輻射器孔徑相集成的衛(wèi)星接收微波的變頻器，該變頻器包括其上形成變頻器電路部分的一襯底；分別對應(yīng)于一次輻射器孔徑，并轉(zhuǎn)動地設(shè)置在襯底且與其無關(guān)的襯底印刷探測器襯底；和分別設(shè)置在襯底印刷探測器襯底并連接到變頻器電路部分的襯底印刷探測器，其能夠根據(jù)衛(wèi)星設(shè)定每個襯底印刷探測器襯底的轉(zhuǎn)角。
每個襯底印刷探測器包括一個水平極化波探頭和一個垂直極化波探頭，變頻器電路部分包括用于轉(zhuǎn)換水平極化波探頭和垂直極化波探頭的第一切換裝置，以及用于轉(zhuǎn)換襯底印刷探測器的第二切換裝置。
在本發(fā)明，從與用于通過一天線接收從兩個或更多的衛(wèi)星發(fā)射的微波的兩個或更多的一次輻射器孔徑相集成的衛(wèi)星接收微波的一個變頻器包括其上形成變頻器電路部分的一襯底；對應(yīng)于用于接收來自一個衛(wèi)星的微波的一個一次輻射器孔徑并設(shè)置在襯底上的第一襯底印刷探測器；分別對應(yīng)于另一個或更多的一次輻射器孔徑并轉(zhuǎn)動地設(shè)置在襯底上且與其無關(guān)的襯底印刷探測器襯底；分別設(shè)置在襯底印刷探測器襯底上的一個或更多的第二襯底印刷探測器；和用于轉(zhuǎn)換第一和第二襯底印刷探測器的切換裝置，該切換裝置設(shè)置在變頻器電路部分。
按照該配置，能夠很容易地使變頻器與多個衛(wèi)星的極化角、以及作為與地面平行的軸和衛(wèi)星軌道的軸之間的角度差的傾角一致。因此，甚至當(dāng)改變相鄰兩個衛(wèi)星的極化角或者當(dāng)從其接收微波的衛(wèi)星改變?yōu)榱硪粋€衛(wèi)星時，也能夠容易地使變頻器與極化角一致。另外，使用普通電路能降低生產(chǎn)成本。
參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加明顯，附圖中圖1A、1B和1C是作為本發(fā)明一實(shí)施例的多波束天線的外部配置的側(cè)視、前視和俯視圖；圖2A、2B和2C是在多波束天線的輻射器支撐臂上安裝一次輻射器和變頻器的外部配置的前視、右視和后視圖；圖3是表示從變頻器的后側(cè)看去，與多波束天線的變頻器整體地設(shè)置在一起的第一和第二一次輻射器的探測器的安裝角示意圖；圖4是表示由圓波導(dǎo)孔徑喇叭形輻射體實(shí)現(xiàn)一個極化器并將其插入多波束天線的每一個一次輻射器的配置的局部剖面圖；圖5是表示漏斗狀孔徑喇叭型一次輻射器的剖面?zhèn)纫晥D；圖6是表示圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器的側(cè)視剖面圖；圖7是表示用作圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器的喇叭形蓋部分的介質(zhì)透鏡的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8A表示連接到圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器的介質(zhì)桿結(jié)構(gòu)的三個側(cè)視圖；8B是表示連接該桿的狀態(tài)的局部剖面圖；圖9A是作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的天線的一次輻射器的前視圖；圖9B是沿圖9A的線A-A′的剖面圖；圖10是表示該實(shí)施例的一次輻射器的輻射圖的示意圖；圖11是表示該實(shí)施例的一次輻射器的應(yīng)用實(shí)例的前視圖；圖12是作為本發(fā)明第三實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的天線的一次輻射器的前視圖；圖13是作為本發(fā)明第四實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的天線的一次輻射器的前視圖；圖14是表示該實(shí)施例的一次輻射器的應(yīng)用實(shí)例的前視圖；圖15是表示該實(shí)施例的一次輻射器的另一個應(yīng)用實(shí)例的前視圖；圖16是作為本發(fā)明第五實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的天線的一次輻射器的前視圖；圖17是表示該實(shí)施例的一次輻射器的應(yīng)用實(shí)例的前視圖；
圖18是表示該實(shí)施例的一次輻射器的另一個應(yīng)用實(shí)例的前視圖；圖19A是作為本發(fā)明的第六實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的天線的一次輻射器的前視圖；和圖19B是沿圖19A的線A-A′的剖面圖；圖20A是作為本發(fā)明的第七實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的天線的一次輻射器的前視圖；和圖20B是沿圖20A的線A-A′的剖面圖；圖21A是根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的變頻器的前視圖；和圖21B是該變頻器的側(cè)視圖；圖22A是常規(guī)的漏斗狀喇叭型一次輻射器的前視圖；和圖22B是沿圖22A的線A-A′的剖面圖；圖23A是常規(guī)的圓波導(dǎo)型一次輻射器的前視圖；和圖23B是沿圖23A的線A-A′的剖面圖；圖24是表示常規(guī)的一次輻射器的輻射圖的示意圖；圖25A是表示根據(jù)本發(fā)明從衛(wèi)星接收微波的變頻器的外部結(jié)構(gòu)的前視圖；和圖25B是該變頻器的側(cè)視圖；圖26A是根據(jù)本發(fā)明從衛(wèi)星接收微波的變頻器的一次輻射器的前視圖；和圖26B是沿圖26A的線A-A′的剖面圖；圖27是表示作為本發(fā)明第九實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的變頻器的電路結(jié)構(gòu)的示意圖；圖28是表示作為本發(fā)明第十實(shí)施例的從衛(wèi)星接收微波的變頻器的電路結(jié)構(gòu)的示意圖；和圖29是表示從衛(wèi)星接收微波的常規(guī)變頻器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下文，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A到1C表示作為本發(fā)明的一個實(shí)施例的多波束天線的外部結(jié)構(gòu)。
在圖1，11表示反射器，12表示天線托架，13表示輻射器支撐臂，14表示變頻器，以及15a和15b表示分別接收不同的衛(wèi)星信號的喇叭型一次輻射器。
喇叭型一次輻射器15a和15b的每一個都包括一個圓波導(dǎo)孔徑喇叭形輻射體。第一和第二一次輻射器15a和15b都整體地連接到一次變頻器14。
由反射器11反射并聚焦的兩個衛(wèi)星微波分別獨(dú)立地進(jìn)入第一和第二一次輻射器15a和15b，然后被各個輻射器探測器耦合地接收。接收的微波通過包含在變頻器14的變頻電路被變換為電信號并放大，然后通過電纜經(jīng)輸出連接插頭16a和16b將其引導(dǎo)到接收調(diào)諧器。
圖2A到2C表示將一次輻射器15a和15b及變頻器14安裝到多波束天線內(nèi)的輻射器支撐臂上的外部結(jié)構(gòu)。圖2A是一次輻射器的側(cè)前視圖，2B是右側(cè)視圖，和2C是后視圖。
變頻器14經(jīng)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17連接到輻射器支撐臂13。
轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17包括能夠使整個變頻器14繞第一一次輻射器15a沿順時針方向在一固定角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)地轉(zhuǎn)動并如從前方看到的變頻器14那樣的角度指示板17a；和分別通過角度指示板17a的長和短孔18a和18b并隨后被固定的固定螺釘19a和19b。例如，在接收由小直徑45cmφ的反射器11反射并聚焦的來自處于大約36000km高度的赤道上方并相距一較小距離或者處于東經(jīng)124度和128度的兩個衛(wèi)星的線性極化波的情況下，將變頻器14上的一次輻射器15a和15b之間的設(shè)置間距設(shè)定為25mm，并且構(gòu)成該轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17，以便第一和第二一次輻射器15a和15b相對于與地面平行的軸的設(shè)置傾角能夠被從0到20度轉(zhuǎn)動地調(diào)節(jié)。
透鏡型介質(zhì)蓋20a和20b分別連接到一次輻射器15a和15b的喇叭形蓋部分。
圖3是表示如從變頻器14的后側(cè)看到的、整體與多波束天線的變頻器14設(shè)置在一起的第一和第二一次輻射器15a和15b的探測器21a1，21a2，21b1和21b2的設(shè)定角度的示意圖。
在第一和第二一次輻射器15a和15b的設(shè)置傾角設(shè)定為0度或與地面平行的狀態(tài)下，第一一次輻射器15a的探測器21a1和21a2分別設(shè)定為與地面平行和垂直，而第二一次輻射器15b的探測器21b1和21b2分別設(shè)定為相對于第一一次輻射器15a的探測器21a1和21a2偏離5度。
根據(jù)一個衛(wèi)星和另一個衛(wèi)星的極化角之間的差值，將第一和第二一次輻射器15a和15b的探測器21a1、21a2、21b1、和21b2之間的設(shè)定角度差設(shè)定為5度。
具體地說，當(dāng)使用轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17轉(zhuǎn)動所構(gòu)成的多波束天線的變頻器14時，能夠在0到20度的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)兩個一次輻射器15a和15b相對于與地面平行的軸的設(shè)置傾角。此外，在0到20度的范圍內(nèi)能夠調(diào)整由一次輻射器15a和15b的探測器21a1、21a2、21b1、和21b2而引起的接收極化角，而同時保持5度的角度差。
因此，按照具有上述結(jié)構(gòu)的多波束天線，通過使用轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17轉(zhuǎn)動變頻器14能夠很容易地同時調(diào)整用于分別接收來自兩個衛(wèi)星的信號的一次輻射器15a和15b的設(shè)置傾角，以及一次輻射器15a和15b內(nèi)的接收極化角。
更進(jìn)一步，按照具有上述結(jié)構(gòu)的多波束天線，使用圓波導(dǎo)孔徑喇叭形輻射體作為一次輻射器15a和15b。因此，甚至當(dāng)變頻器14內(nèi)的設(shè)置間隔象例如25mm一樣小時，也能夠?qū)⒁淮屋椛淦髡w地連接到變頻器，而沒有引起喇叭形輻射體互相接觸或干擾。此外對于互相分開一較小距離，例如，4度的衛(wèi)星，有可能實(shí)現(xiàn)一多波束天線。
在這種情況下，由于透鏡型的介質(zhì)蓋20a和20b分別固定到由圓波導(dǎo)孔徑喇叭形輻射體實(shí)現(xiàn)的一次輻射器15a和15b的喇叭形蓋部分，能防止天線性能劣化，例如由反射器11的漏泄功率引起的天線效率的降低，以及輻射圖中的漏失劣化。
在該實(shí)施例，將接收兩個反射衛(wèi)星微波的一次輻射器15a和15b設(shè)置并整體固定到一次變頻器14。當(dāng)將用于按照來自調(diào)諧器的衛(wèi)星選擇信號轉(zhuǎn)接從其接收微波的衛(wèi)星的切換裝置加入用于接收并放大兩個衛(wèi)星廣播信號的一次變頻器襯底時，使用一個單電纜的輸出能夠有選擇地接收兩個衛(wèi)星節(jié)目，而不需要外部切換裝置或類似裝置。
圖4是表示其中將極化器22插入多波束天線的一次輻射器15a和15b的每一個并由圓波導(dǎo)孔徑喇叭形輻射體實(shí)現(xiàn)該極化器的結(jié)構(gòu)的局部剖面圖。
極化器22插入每一個一次輻射器15a和15b使得可以任意調(diào)整接收極化角，而不用進(jìn)行一次輻射器15a和15b的探測器21a1、21a2、21b1和21b2上的角度調(diào)整。
圖5是表示漏斗狀孔徑喇叭型一次輻射器23的側(cè)視剖面圖。
圖6是表示圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器24的側(cè)視剖面圖。
圖7是表示用作圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器24的喇叭形蓋部分的介質(zhì)透鏡25的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8A和8B表示連接到圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器24的介質(zhì)桿26的結(jié)構(gòu)。圖8A表示該桿的三個側(cè)視圖，8B是表示連接該桿狀態(tài)的局部剖面圖。
當(dāng)使用圖5所示這樣的漏斗狀孔徑喇叭型一次輻射器23作為設(shè)置在并整體地鄰接到一次變頻器14的一次輻射器，以便構(gòu)成一個用于相距一較小距離的兩個衛(wèi)星的多波束天線時，同樣減小兩個輻射器23之間的設(shè)置間隔，由此輻射器互相接觸或干擾，結(jié)果是輻射器不能連接到變頻器。根據(jù)這一點(diǎn)，使用圖6所示這樣的圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器24，以便能構(gòu)成用于相距一較小距離的兩個衛(wèi)星的多波束天線，而即使在一較小設(shè)置間距的情況下也不會使一次輻射器互相接觸。
在這種情況下，如圖7所示這樣的介質(zhì)透鏡25、或者圖8所示這樣的介質(zhì)桿26可以連接到圓波導(dǎo)孔徑喇叭型一次輻射器24。按照該結(jié)構(gòu)，有可能實(shí)現(xiàn)具有高效低噪聲變頻器的多波束天線。
圖9A是作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于從衛(wèi)星接收微波的小直徑多波束天線的一次輻射器的前視圖，和圖9B是沿圖9A的線A-A′的剖面圖。
在圖9A和9B，101a和101b表示具有預(yù)定長度并保持?jǐn)?shù)毫米間隔整體設(shè)置的圓波導(dǎo)。圓波導(dǎo)101a和101b形成一次輻射器的孔徑。由具有大約1/4波長深度的凹槽構(gòu)成的第一扼流圈102a形成在圓波導(dǎo)101a和101b的外圍。以與第一扼流圈102a類似方式構(gòu)成的第二扼流圈102b形成在第一扼流圈的外圍。圓波導(dǎo)101a和101b，及扼流圈102a和102b構(gòu)成一次輻射器103。襯底104設(shè)置在圓波導(dǎo)101a和101b的底部。由形成在襯底104的印刷電路構(gòu)成饋電點(diǎn)105，以使其位于圓波導(dǎo)101a和101b底部的中心。端子部分106形成在一次輻射器103的底面。例如，一次輻射器103和端子部分106可以由鋁或類似金屬組成。
例如，當(dāng)一次輻射器103被用作從相距4度的兩個衛(wèi)星接收12GHz頻帶的微波的45cmφ雙波束天線系統(tǒng)的一次輻射器時，將圓波導(dǎo)101a和101b設(shè)定為具有17.475mm的內(nèi)徑并將其中心間距設(shè)定為大約25mm。
當(dāng)如上所述圍繞圓波導(dǎo)101a和101b形成扼流圈102a和102b時，由圓波導(dǎo)101a和101b形成的孔徑表面的邊緣部分理論上具有無限大阻抗，因此能抑制從孔徑表面的邊緣部分向后流動的電流，從而防止向一次輻射器103后側(cè)的輻射的發(fā)生。結(jié)果是，減少來自反射器的功率漏泄量，從而有可能獲得基本等于使用平常的漏斗狀喇叭形輻射體情況下的天線增益。
圖10表示該一次輻射器的輻射圖。
與圖24所示的常規(guī)輻射圖相比，改進(jìn)了漏泄功率和反射器輻射范圍內(nèi)電場的不均勻性。該實(shí)施例的天線增益基本等于使用漏斗狀喇叭形輻射體情況下的天線增益。
如圖11所示，有時可以構(gòu)成與圓波導(dǎo)101a和101b相鄰的第一扼流圈102a，以便為獲得阻抗匹配，使扼流圈和圓波導(dǎo)101a和101b之間的邊界壁較第一和第二扼流圈102a和102b之間的壁低。
在該實(shí)施例，即使使用小張角的喇叭形輻射體取代圓波導(dǎo)101a和101b，也能取得相同的效果。
將描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖12是作為本發(fā)明第二實(shí)施例的一次輻射器103的前視圖。
通過修改第二實(shí)施例的一次輻射器103以便移去第二扼流圈102b而構(gòu)成第三實(shí)施例。在第二實(shí)施例的一次輻射器103中，未將輻射圖提高到圖10所示第二實(shí)施例的輻射圖的能級，但將天線效率提高大約60％的量級。
圖13、14和15是作為本發(fā)明第四實(shí)施例的一次輻射器103的前視圖。為防止圖10的輻射圖成為橫向不對稱而構(gòu)成第四實(shí)施例的一次輻射器103，以便由位于各個圓波導(dǎo)中心的圓圈構(gòu)成扼流圈102(102a，102b，…)的形狀并且移去圓圈的交叉部分。
圖13表示僅設(shè)置第一扼流圈102a的實(shí)例，圖14表示設(shè)置第一和第二扼流圈102a和102b的實(shí)例，以及圖15表示設(shè)置第一、第二和第三扼流圈102a、102b和102c的實(shí)例。在圖14所示的實(shí)例，設(shè)置在外側(cè)的第二扼流圈102b具有與第二實(shí)施例的扼流圈相似的形狀。換句話說，第二扼流圈可以以與第一扼流圈102a相同的方式分別形成在中心位于圓波導(dǎo)的圓圈上。
圖16、17和18是作為本發(fā)明第五實(shí)施例的一次輻射器103的前視圖。在第五實(shí)施例，為接收來自三個衛(wèi)星的微波而構(gòu)成一次輻射器103。
圖16表示將扼流圈102a設(shè)置在圓波導(dǎo)101a、101b和101c外面的實(shí)例。
圖17表示將扼流圈102a設(shè)置在圓波導(dǎo)101a、101b和101c外面并根據(jù)衛(wèi)星的仰角的不同將圓波導(dǎo)101a、101b和101c排列為“角狀”的實(shí)例。例如，使用兩個圓波導(dǎo)101a和101b的延伸線將孔徑排成為“角狀”，以對應(yīng)于衛(wèi)星的仰角。
圖18表示將兩個扼流圈102a和102b設(shè)置在圓波導(dǎo)101a、101b和101c的外面并根據(jù)衛(wèi)星仰角的不同將圓波導(dǎo)101a、101b和101c排列為“角狀”的實(shí)例。
圖19A是作為本發(fā)明第六實(shí)施例的一次輻射器的前視圖，和圖19B是沿圖19A的線A-A′的剖面圖。
在第六實(shí)施例，為聚焦波束，介質(zhì)部件110加載到每個圓波導(dǎo)101a和101b。在該實(shí)例，設(shè)置扼流圈102a。
圖20A是作為本發(fā)明的第七實(shí)施例的一次輻射器的前視圖，和圖20B是沿圖20A的線A-A′的剖面圖。
在第七實(shí)施例，諸如偶極天線、螺旋型天線或彎曲天線之類的螺旋型天線112連接到接地平面111。具體地說，使用鋁或類似金屬形成接地平面111，以及將多個(例如，兩個)圓孔徑113a和113b保持?jǐn)?shù)毫米間隔設(shè)置在接地平面。螺旋型天線112分別設(shè)置在孔徑113a和113b的中心部分。從設(shè)置在接地平面111的饋電點(diǎn)105引入提供給螺旋型天線112的電源。具有大約1/4波長深度的扼流圈102a形成在孔徑113a和113b的外圍。
同樣在將螺旋型天線112設(shè)置為如第七實(shí)施例所示的情況下，有可能獲得與上述各實(shí)施例相同的效果。
在第七實(shí)施例，設(shè)置單扼流圈102。當(dāng)然可以以與上述實(shí)施例相同的方式設(shè)置多個扼流圈。
圖21A和21B表示根據(jù)本發(fā)明使用一次輻射器103構(gòu)成用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器120的殼體。圖21A是根據(jù)第八實(shí)施例的接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器120的前視圖，和圖21B是該變頻器的側(cè)視圖。
在圖21A和21B，121表示容納變頻器的主要單元并經(jīng)支架122連接到反射器(未示出)的殼體。角度調(diào)整機(jī)構(gòu)123由支架122設(shè)置在變頻器支撐部分。使用長孔124和螺釘125能夠調(diào)整變頻器120的連接角度。實(shí)施例中所述的一次輻射器103連接到變頻器殼體121的一個表面，即，與反射器相對的表面。
如上所述接收來自衛(wèi)星的微波的其中變頻器與一次輻射器103結(jié)合在一起的變頻器120的結(jié)構(gòu)使得可以由單獨(dú)的變頻器120來接收來自多個衛(wèi)星的微波，并可以使天線系統(tǒng)小型化。
圖25A和25B表示作為本發(fā)明的一個實(shí)施例從衛(wèi)星接收微波的變頻器的整體結(jié)構(gòu)。圖25A是該變頻器的前視圖，和圖25B是該變頻器的側(cè)視圖。
在圖25A和25B中，211表示容納變頻器的主要單元并經(jīng)支架212連接到反射器(未示出)的殼體。使用支架212將角度調(diào)整機(jī)構(gòu)213設(shè)置在變頻器支撐部分。使用長孔214和傾角調(diào)節(jié)螺釘215能夠調(diào)節(jié)變頻器220的連接角度。一次輻射器216連接到變頻器殼體21的一個表面，即，與反射器相對的表面。
以圖26A和26B所示方式構(gòu)成一次輻射器216。圖26A是一次輻射器216的前視圖，和圖26B是沿圖26A線A-A′的剖面圖。
在圖26A和26B，221a和221b表示具有預(yù)定深度并保持?jǐn)?shù)毫米間隔整體地設(shè)置的圓波導(dǎo)。圓波導(dǎo)221a和221b形成該一次輻射器的孔徑。由具有大約1/4波長深度的凹槽構(gòu)成的第一扼流圈222a形成在圓波導(dǎo)221a和221b的外圍。以與第一扼流圈222a類似的方式構(gòu)成的第二扼流圈222b形成在第一扼流圈的外圍。襯底223設(shè)置在圓波導(dǎo)221a和221b的底部。由印刷電路構(gòu)成的饋電點(diǎn)224形成在襯底223上，以使其位于圓波導(dǎo)221a和221b的底部中央。端子部分225形成在一次輻射器216的下表面。例如，圓波導(dǎo)221a和221b及端子部分225由鋁或類似金屬構(gòu)成。
例如，當(dāng)一次輻射器216被用作接收來自相距4度的兩個衛(wèi)星的12GHz頻帶的微波的45cmφ雙波束天線系統(tǒng)的一次輻射器時，圓波導(dǎo)221a和221b被設(shè)置為具有17.475mm的內(nèi)徑并且它們的中心間距被設(shè)定為大約25mm。
圖27所示的變頻器電路部分形成在襯底223上。
在襯底223，對應(yīng)于圓波導(dǎo)221a和221b的部分，即，一次輻射器孔徑被以大致為圓圈形狀切去以形成凹口部分230a和230b，并且基本為圓形的襯底印刷探測器襯底231a和231b分別轉(zhuǎn)動地設(shè)置在凹口部分230a和230b。例如，在每一個襯底。印刷探測器襯底231a和231b中，上部向外凸出，并且弧形凹槽232a或232b形成在凸起部分。在凹槽232a或232b中，襯底印刷探測器襯底231a或231b由螺釘233a或233b以這樣的方式固定到襯底223，即，當(dāng)螺釘233a或233b松動時，襯底印刷探測器襯底231a或231b能夠最大橫向轉(zhuǎn)動對應(yīng)于凹槽232a或232b長度的一角度。在調(diào)節(jié)襯底印刷探測器襯底231a或231b的轉(zhuǎn)動角度之后，由螺釘233a或233b固定襯底。
在每一個襯底印刷探測器襯底231a和231b中，襯底印刷探測器202形成在圓波導(dǎo)221a或221b的饋電點(diǎn)。每一個襯底印刷探測器202包括水平極化波探頭202a和垂直極化波探頭202b。這些探頭經(jīng)引線234a和234b連接到形成在襯底223的印刷電路。例如，在這種情況下，襯底223上的接線圖可以形成為弧形，以便沿襯底印刷探測器襯底231a和231b的外邊緣延伸，并且引線234a和234b可以連接到襯底223上的接線圖的最接近水平極化波探頭202a和垂直極化波探頭202b的位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠縮短引線234a和234b并能提高電路特性。換句話說，水平極化波探頭202a和垂直極化波探頭202b的接線圖可以與襯底223上的接線圖緊緊接觸，以便使其互相連接。
從水平極化波探頭202a和垂直極化波探頭202b輸出的信號被高頻放大器203a和203b放大，然后由水平/垂直轉(zhuǎn)換開關(guān)204a和204b進(jìn)行選擇。接著由衛(wèi)星轉(zhuǎn)換開關(guān)205進(jìn)一步選擇由水平/垂直轉(zhuǎn)換開關(guān)204a和204b選擇的信號。高頻放大器206放大選擇的信號，然后將其提供給頻率變換器207。本機(jī)振蕩器208的振蕩輸出提供給頻率變換器207。頻率變換器207輸出頻率等于來自高頻放大器206的信號和來自本機(jī)振蕩器208的信號之間的頻率差值的信號作為中頻信號。中頻放大器209放大從頻率變換器207輸出的信號。放大信號通過端子210提供給外面。
如上所述的除襯底223之外獨(dú)立設(shè)置襯底印刷探測器襯底231a和231b以及能夠任意調(diào)節(jié)襯底印刷探測器襯底的轉(zhuǎn)動角度的這種結(jié)構(gòu)使得變頻器能夠容易地與多個衛(wèi)星的極化角、和作為與地面平行的軸和衛(wèi)星軌道的軸之間的角度差的傾角一致。因此，甚至當(dāng)改變相鄰兩個衛(wèi)星的極化角時或者當(dāng)從其接收微波的衛(wèi)星改變?yōu)榱硪粋€時，能夠容易地使變頻器與極化角一致。另外，共用電路的使用能降低生產(chǎn)成本。
下面，將描述本發(fā)明的第十實(shí)施例。
圖28是表示本發(fā)明的第十實(shí)施例內(nèi)的變頻器電路部分的配置示意圖。
在上述第九實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動地設(shè)置對應(yīng)于圓波導(dǎo)221a和221b的襯底印刷探測器襯底231a和231b，并將襯底印刷探測器202分別設(shè)置在襯底印刷探測器襯底231a和231b上。在第十實(shí)施例，用于接收來自一個衛(wèi)星的微波的襯底印刷探測器202設(shè)置在襯底223上，并且用于接收來自衛(wèi)星的微波的一個或更多的其他探測器設(shè)置在與襯底223分開形成的襯底印刷探測器襯底231上。
在該實(shí)施例，通過角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)213來調(diào)整固定地設(shè)置在襯底223上的襯底印刷探測器202，以接收目標(biāo)衛(wèi)星的微波，而通過轉(zhuǎn)動襯底印刷探測器襯底231來調(diào)整設(shè)置在襯底印刷探測器襯底231上的襯底印刷探測器202，以接收目標(biāo)衛(wèi)星的微波。
此外，在第二實(shí)施例，采用與第九實(shí)施例相同的方式，甚至當(dāng)接收來自多個衛(wèi)星的微波時有可能使用共用襯底，結(jié)果是提高生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。
如上所述，本發(fā)明的多波束天線包括反射并聚焦來自多個衛(wèi)星的微波的反射器；分別接收由反射器反射并聚焦的多個衛(wèi)星微波的多個喇叭型一次輻射器；相鄰整體地連接的多個喇叭型一次輻射器并變頻和放大分別由一次輻射器接收的衛(wèi)星信號的變頻器；分別用于一次輻射器的探測器，在多個一次輻射器連接到變頻器的狀態(tài)下，以對應(yīng)于多個衛(wèi)星之間的極化角的差值的角度差來設(shè)置探測器；支撐變頻器以便多個一次輻射器的喇叭形輻射體朝向反射器的反射方向的輻射器支撐臂；和轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在輻射器支撐臂和變換器之間，并調(diào)整變換器的轉(zhuǎn)動位置，使得通過該轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)同時調(diào)整一次輻射器相對于與地面平行的軸的設(shè)置傾角、多個一次輻射器的設(shè)置傾角、和每個輻射器的接收極化角。因此，能夠很容易地調(diào)節(jié)一次輻射器的設(shè)置傾角和接收極化角。
在本發(fā)明的多波束天線中，一次輻射器是圓波導(dǎo)孔徑喇叭形輻射體，并且介質(zhì)部分連接到喇叭形輻射體的孔徑。因此，甚至在從其接收微波的衛(wèi)星相互分開4度的較小距角的情況下，仍能夠構(gòu)成用于接收多波束的配置，而不會使一次輻射器的喇叭形輻射體互相干擾或接觸。
在本發(fā)明的多波束天線中，天線還包括接收衛(wèi)星切換裝置，用于根據(jù)外部指令來選擇由多個一次輻射器接收的多個衛(wèi)星信號的其中之一，并輸出選擇的信號。因此，能夠很容易地選擇期望的衛(wèi)星廣播節(jié)目以便接收，而不需要設(shè)置外部切換裝置、接線、和類似工作。
另外，根據(jù)本發(fā)明，一較小張角或圓波導(dǎo)的兩個或更多的喇叭形輻射體互相集成在一起，并且具有大約1/4波長的一個或更多的扼流圈圍繞集成的結(jié)構(gòu)設(shè)置。因此，孔徑表面的邊緣部分理論上具有無限大阻抗，因此能抑制從孔徑表面的邊緣部分向后流動的電流，從而防止發(fā)生向一次輻射器后側(cè)輻射。因此，能夠高效接收來自多個衛(wèi)星的微波。
如上詳細(xì)所述，根據(jù)本發(fā)明，從其上形成并配置變頻器電路部分的襯底獨(dú)立地設(shè)置多個襯底印刷探測器襯底，以便能夠任意調(diào)節(jié)每一個襯底印刷探測器襯底的轉(zhuǎn)動角度。用于接收來自一個衛(wèi)星的微波的襯底印刷探測器設(shè)置在其上形成變頻器電路部分的襯底上，而用于接收來自一個衛(wèi)星的微波的一個或更多的其他探測器設(shè)置在與上述襯底分開形成的襯底印刷探測器襯底上。因此，能夠很容易地使變頻器與多個衛(wèi)星的極化角，和作為與地面平行的軸與衛(wèi)星軌道的軸之間的角度差的傾角一致。因此，甚至當(dāng)改變相鄰兩個衛(wèi)星的極化角時或者當(dāng)從其接收微波的一個衛(wèi)星改變?yōu)榱硪粋€時，變換器也能很容易地與極化角一致。另外，共用電路的使用能降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種用于接收來自對地靜止衛(wèi)星的微波的多波束天線的一次輻射器，包括多個相鄰的一次輻射器孔徑，用來接收具有相同波段中的波長的微波，每一個孔徑裝備有一個外圍壁；和至少兩個具有相同高度的壁，其被設(shè)置在所述多個孔徑上以便共同圍繞所述多個孔徑；其中至少兩個壁限定了其間的一個扼流圈，該扼流圈具有在所述波段中的所述所接收微波的中心波長的大約1/4的深度；和其中每個孔徑的外圍壁的高度等于或小于所述至少兩個壁的高度。
2.如權(quán)利要求1所述的一次輻射器，還包括介質(zhì)元件，其被設(shè)置在每一個所述用于聚焦其中所述所接收微波的一次輻射器孔徑中。
3.如權(quán)利要求1所述的一次輻射器，還包括螺旋型天線，其被設(shè)置在每一個所述一次輻射器孔徑中。
4.一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，其中如權(quán)利要求1所述的一次輻射器與所述變頻器的主單元集成在一起。
5.一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，其中如權(quán)利要求2所述的一次輻射器與所述變頻器的主單元集成在一起。
6.一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，其中如權(quán)利要求3所述的一次輻射器與所述變頻器的主單元集成在一起。
7.如權(quán)利要求1所述的一次輻射器，其中限定最內(nèi)層扼流圈的內(nèi)壁的高度低于其外壁的高度。
8.一種用于接收來自對地靜止衛(wèi)星的微波的多波束天線的一次輻射器，包括一組n個一次輻射器孔徑，其用來接收具有相同波段中的波長的微波，其中，n為3或大于3，所述一次輻射器孔徑被安置以便根據(jù)與第m個孔徑和第(m+1)個孔徑相關(guān)的衛(wèi)星的仰角角度差，來確定任意第m個孔徑和第(m+1)個孔徑的中心連線與任意第m個孔徑和第(m-1)個孔徑的中心連線之間的角度，其中，m為2或大于2；和至少一個壁，其被設(shè)置以便共同圍繞孔徑，該壁有一部分與第m個孔徑和第(m+1)個孔徑的連線平行，和一部分與第m個孔徑和第(m-1)個孔徑的連線平行，并限定了至少一個扼流圈，該扼流圈具有在所述波段中的所述所接收微波的中心波長的大約1/4的深度。
9.如權(quán)利要求8所述的一次輻射器，還包括介質(zhì)元件，其被設(shè)置在每一個所述用于聚焦其中所述所接收微波的一次輻射器孔徑中。
10.如權(quán)利要求8所述的一次輻射器，還包括螺旋型天線，其被設(shè)置在每一個所述一次輻射器孔徑中。
11.一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，其中如權(quán)利要求8所述的一次輻射器與所述變頻器的主單元集成在一起。
12.一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，其中如權(quán)利要求9所述的一次輻射器與所述變頻器的主單元集成在一起。
13.一種用于接收來自衛(wèi)星的微波的變頻器，其中如權(quán)利要求10所述的一次輻射器與所述變頻器的主單元集成在一起。
14.如權(quán)利要求8所述的一次輻射器，其中限定最內(nèi)層扼流圈的內(nèi)壁的高度低于其外壁的高度。
全文摘要
一種接收來自多個衛(wèi)星的微波的多波束天線，當(dāng)經(jīng)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17轉(zhuǎn)動變頻器14時，在0到20度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)兩個一次輻射器15a和15b相對于與地面平行的軸的設(shè)置傾角?？稍?到20度的范圍調(diào)節(jié)由一次軸射器15a和15b的探測器產(chǎn)生的接收極化角，同時保持衛(wèi)星之間的預(yù)定極化角度差。因此，通過經(jīng)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)17轉(zhuǎn)動變頻器14同時容易調(diào)節(jié)接收來自兩個衛(wèi)星的信號的一次輻射器15a和15b的設(shè)置傾角和一次輻射器15a和15b內(nèi)的接收極化角。
文檔編號H01Q1/24GK1516356SQ03108629
公開日2004年7月28日 申請日期1997年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月15日
發(fā)明者今泉博晶, 坂內(nèi)功治, 萩原修二, 樋口博文, 真鍋良太郎, 二, 太郎, 文, 治 申請人:株式會社日立國際電氣