專利名稱：用于發(fā)射和/或接收無線電波的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信領(lǐng)域。特別涉及用于發(fā)射和/或接收無線電波的設(shè)備，其中包括一個(gè)透鏡，該透鏡使得由透鏡的輻射空間所確定的多個(gè)方向與確定透鏡的聚集表面的多個(gè)焦點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，該透鏡包括介電材料成形的實(shí)體。本發(fā)明還涉及一種電信終端。
從在1998年10月23日以本申請(qǐng)人的名義申請(qǐng)的法國專利申請(qǐng)98/05111和98/05112可以得知在衛(wèi)星接收設(shè)備中使用Luneberg型的透鏡，特別用于跟蹤移動(dòng)衛(wèi)星。
理論上，該透鏡必須包括給定數(shù)目的介電層，其高度足以達(dá)到作為半徑的函數(shù)而變化的折射率的理想模型，這是Luneberg透鏡的特性。一個(gè)層面的折射率n和其對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)ε(或者相對(duì)介電常數(shù))如此可用等式表達(dá)n=ε1/2。但是，層數(shù)的增加在實(shí)踐中受到嚴(yán)格的公差的限制，這與大規(guī)模生產(chǎn)方法不相一致。對(duì)于小的透鏡，一般是直徑小于40厘米用于在Ku波段傳輸?shù)耐哥R，對(duì)該問題的一種解決方案是選擇具有單層介電材料的透鏡。
為了減小透鏡的尺寸并且保持有效的聚焦，需要增加材料的介電常數(shù)，其結(jié)果是不利地增加透鏡的重量。因此需要在透鏡的焦距與其重量之間的協(xié)調(diào)。這些尺寸和重量的限制要求介電材料具有明確的介電常數(shù)范圍。例如，對(duì)于直徑接近40厘米并且最大重量約等于15公斤的球面透鏡，所需的介電常數(shù)一般在1.8和2.5之間。另一方面，所選擇的介電材料必須具有低的介電損耗(一般在Ku波段中具有小于0.001的損耗角)。
從現(xiàn)有技術(shù)可知能夠用作為介電材料的混合物包括例如填充有高密度顆?；蛱沾苫蛘呓饘兕w粒的聚苯乙烯，以增加材料的介電常數(shù)，把其變?yōu)樗璧慕殡姵?shù)范圍。從實(shí)踐中還得知，對(duì)于相同的目的使用由粘合劑粘合在一起的各種成份(例如塑料、陶瓷或金屬)，以形成合成的介電材料。
但是，這些類型的混合物不能夠在該混合物中獲得顆粒的完全一致性，特別是在大的體積內(nèi)，從而不能夠保證在透鏡體內(nèi)具有一致的介電常數(shù)。另外，所獲得的混合物是昂貴的。
本明的一個(gè)目的是克服這些缺點(diǎn)。
為此目的，本發(fā)明的主題是一種用于發(fā)射和/或接收電磁波的設(shè)備，其中包括一個(gè)透鏡，該透鏡使得由透鏡的輻射空間所確定的多個(gè)方向與確定透鏡的聚焦表面的多個(gè)焦點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，該透鏡包括介電材料成形的實(shí)體，其特征在于，該介電材料包括由相同類型和與要被所述設(shè)備接收和/或發(fā)射的電磁波的波長相比為小尺寸的顆粒的均勻或準(zhǔn)均勻的分布所形成的顆粒集合體，所述顆粒在壓力下由根據(jù)所述實(shí)體而成形的容器容納在所述實(shí)體中。
因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以根據(jù)一種制造方法而低成本地生產(chǎn)，該方法與大規(guī)模生產(chǎn)相一致。由于顆粒是均勻的分布在所述實(shí)體中，因此能夠保證在該實(shí)體內(nèi)一致的介電常數(shù)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述容器還被設(shè)計(jì)為使得電磁波在輻射空間和所述實(shí)體之間的過渡最佳地匹配。按照這種方式，在所述容器表面上的反射損耗被最小化。
有利地，為了從輻射空間傳到顆粒的實(shí)體，該容器的介電常數(shù)等于該實(shí)體的含量成份的介電常數(shù)的平方根。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該容器具有四分之一波長的倍數(shù)的厚度。這些容器作為一個(gè)匹配層。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述容器的厚度與要被接收和/或發(fā)送的電磁波的波長相比是可忽略的，或者等于要被接收或發(fā)送的所述電波的半波長的整數(shù)倍，從而所述容器對(duì)于所述電波來說是電磁透明的。
有利地，這些容器是由足以避免外部沖擊的固體來制成的。例如，該容器包括覆蓋所述實(shí)體的稱為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的塑料。這些容器作為一個(gè)天線屏蔽器。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，顆粒的直徑小于要由所述設(shè)備接收和/或發(fā)送的電磁波波長的1/10。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)體包括顆粒和空氣的混合物，其作為根據(jù)如下方程確定的等效介電常數(shù)εequ的人造介電材料εequ=((1+2F)εr0+2(1-F))/((1-F)εr0+2+F)其中F是由顆粒所占據(jù)的有效體積與所述實(shí)體(7)的總體積之間的比值，以及εr0是顆粒的固有介電常數(shù)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該顆粒由塑料所制成。按照這種方式，設(shè)備的造價(jià)較低。
例如，顆粒由聚苯乙烯所制成。
為了增加介電材料的介電常數(shù)，每個(gè)顆粒填充有30％質(zhì)量(質(zhì)量百分比)的氧化鈦。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述容器包括旋轉(zhuǎn)體的外殼，以能夠在衛(wèi)星跟蹤的情況下在360度的立體角內(nèi)跟蹤目標(biāo)。該外殼例如是球形、半球形或圓柱形。
本發(fā)明的一個(gè)主題是一種電信終端，其中包括用于發(fā)射和/或接收電磁波的設(shè)備，其中包括用于把從一個(gè)方向接收的信號(hào)聚焦在一個(gè)點(diǎn)上的透鏡，該透鏡的輻射空間確定了一組確定聚焦表面的方向，其特征在于所述發(fā)射和/或接收設(shè)備是根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)備。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從下文參照附圖對(duì)非限制性實(shí)例進(jìn)行的實(shí)施例描述中變得更加清楚，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的聚焦設(shè)備；圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的聚焦設(shè)備。
為了簡化說明，相同的參考標(biāo)號(hào)在圖中用來表示實(shí)現(xiàn)相同功能的部件。
圖1示出一個(gè)透鏡1，其包括根據(jù)適當(dāng)填充方法填充有塑料顆粒3的殼體2。該殼體由兩個(gè)半球形的半殼體所形成，該半殼體是加熱成型或模制而成的，并且通過在它們的自由橫截面4通過粘合或焊接而組裝以形成一個(gè)完整的球體。填充球體的方法可以簡單的包括通過在殼體的上半球中的開口注入顆粒3，直到球體被盡可能地填滿。一旦殼體的內(nèi)容積被顆粒3完全填充使其表現(xiàn)出所需的視在介電常數(shù)，該開口被再次閉合并且完成該透鏡。
由于顆粒尺寸與波長相比非常小，大約為所接收的波長λR和/或所發(fā)射的波長λT的1/10，空氣/顆粒的混合物被看作為一個(gè)由下述方程近似給出的等效介電常數(shù)的人造介電材料εr=((1+2F)εr0+2(1-F))/((1-F)εr0+2+F)其中，εr0是顆粒的固有介電常數(shù)，以及F是透鏡填充因子，即，由顆粒所占據(jù)的實(shí)際體積與透鏡的總體積之間的比值。
例如，由填充有在球體中松散放置的氧化碳(大約30％的容量)的聚苯乙烯所制成并具有0.55的填充因子的顆粒給出大約為2的等效介電常數(shù)。
在圖1中所示的實(shí)施例中，該殼體實(shí)現(xiàn)防止透鏡受到任何外力沖擊的功能(例如，在惡劣天氣時(shí)提供保護(hù))。為了獲得通過電磁波的電磁透明度，如此形成的天線屏蔽器與要被發(fā)送和/或接收的電波的波長相比具有可忽略的厚度(薄的天線屏蔽器)，或者其厚度等于所述電波的半波長的整數(shù)倍(厚的天線屏蔽器)。對(duì)于薄的天線屏蔽器，其在Ku傳輸波段中具有大約1毫米的厚度，該殼體可以由ABS類型的固體材料所制成。
圖2示出一個(gè)均勻的透鏡5，其具有作為電波在輻射空間與包含塑料顆粒3的實(shí)體7之間的匹配層的球狀殼體6。殼體6可以通過模制兩個(gè)半殼體而制成，該半殼體可以通過粘合或焊接組裝。用于填充殼體6的方法類似于圖1的透鏡1所用的方法，即，通過在殼體中的開口注入顆粒3，直到盡可能地充滿為止。
該殼體作為無線電波在空氣與透鏡內(nèi)的空氣/顆粒混合物之間的匹配層。對(duì)于具有視在介電常數(shù)2的空氣/顆?；旌衔?，該殼體必須具有5毫米的厚度，以實(shí)現(xiàn)匹配功能(即，要被發(fā)射和/或接收的電波的1/4波長)并且介電常數(shù)等于透鏡的視在介電常數(shù)的平方根，即，1.4。
為此目的，使用具有大約350kg/m3的高密度的膨脹的聚苯乙烯層。
對(duì)于具有350毫米的內(nèi)徑(包括殼體)以及由填充有30％質(zhì)量的氧化鈦TiO2的聚丙烯(在下文中簡稱為PP+TiO2)的顆粒所制成的均勻透鏡1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其主要特性在下表中示出
具有這種特性的透鏡的模擬得出如下特性-大約15公斤的質(zhì)量；-焦距f=1.4R(其中R為透鏡的半徑)，即，在本實(shí)施例中為245毫米的焦距，以獲得在天線口徑上可接受的相位變化(大約35度的最大值)；-大約60％的總效率，主源具有作為余弦的4次冪的照度。
請(qǐng)注意，通常，顆粒3的介電常數(shù)可以根據(jù)所使用的填充物的含量而調(diào)整(包含有氧化鈦類型的重元素)，使得可以減少或增加設(shè)備的焦距和其尺寸。
因此，通過用確定介電常數(shù)以及與輻射的波長相比為小尺寸的顆粒填充確定體積的殼體，可以獲得便宜并適合大規(guī)模生產(chǎn)的簡單透鏡。
本發(fā)明特別適合于用在無線終端，包括至少一個(gè)被放置在透鏡的焦點(diǎn)附近的源天線。該電信終端特別用于與同步衛(wèi)星移動(dòng)衛(wèi)星或地面站的系統(tǒng)交換攜帶任何類型的數(shù)據(jù)(視頻、傳真、互聯(lián)網(wǎng)，等等)的信號(hào)。
權(quán)利要求
1．一種用于發(fā)射和/或接收電磁波的設(shè)備，其中包括一個(gè)透鏡，該透鏡使得由透鏡的輻射空間所確定的多個(gè)方向與確定透鏡的聚焦表面的多個(gè)焦點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，該透鏡包括介電材料成形的實(shí)體(7)，其特征在于，該介電材料包括由相同類型和與要被所述設(shè)備接收和/或發(fā)射的電磁波的波長(λR,λT)相比為小尺寸的顆粒(3)的均勻或準(zhǔn)均勻的分布所形成的顆粒集合體，所述顆粒在壓力下由根據(jù)所述實(shí)體而成形的容器(2,6)容納在所述實(shí)體中。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述容器還被設(shè)計(jì)為使得電磁波在輻射空間和所述實(shí)體之間的過渡最佳地匹配。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，該容器的介電常數(shù)等于該實(shí)體的含量成份的介電常數(shù)的平方根。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述容器的厚度等于要被接收的電波的四分之一波長的倍數(shù)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述容器的厚度與要被接收和/或發(fā)送的電磁波的波長相比是可忽略的，或者等于要被接收或發(fā)送的所述電波的半波長的整數(shù)倍，從而所述容器對(duì)于所述電波來說是透明的。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，這些容器是由足以避免外部沖擊的固體來制成的。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于，該容器包括覆蓋所述實(shí)體的稱為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯或ABS的塑料。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，顆粒的直徑小于由所述設(shè)備接收和/或發(fā)送的電磁波波長的1/10。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該實(shí)體包括顆粒和空氣的混合物，其作為根據(jù)如下方程確定的等效介電常數(shù)εequ的人造介電材料εequ=((1+2F)εr0+2(1-F))/((1-F)εr0+2+F)其中F是由顆粒所占據(jù)的有效體積與所述實(shí)體(7)的總體積之間的比值，以及εr0是顆粒的固有介電常數(shù)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)顆粒填充有氧化鈦。
11．根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述容器包括球形、半球形或圓柱形的旋轉(zhuǎn)體的外殼。
12．一種電信終端，包括用于發(fā)射和/或接收電磁波的設(shè)備，其中包括用于把從一個(gè)方向接收的信號(hào)聚焦在一個(gè)點(diǎn)上的透鏡，該透鏡的輻射空間確定了一組確定聚焦表面的方向，其特征在于所述發(fā)射和/或接收設(shè)備是根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射和/或接收電磁波的設(shè)備,其中包括一個(gè)透鏡,該透鏡使得由透鏡的輻射空間所確定的多個(gè)方向與確定透鏡的聚焦表面的多個(gè)焦點(diǎn)相對(duì)應(yīng),該透鏡包括介電材料成形的實(shí)體(7)。該介電材料包括由相同類型和與要被所述設(shè)備接收和/或發(fā)射的電磁波的波長(λ
文檔編號(hào)H01Q19/06GK1319956SQ0110197
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2001年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月26日
發(fā)明者帕特里斯·伊爾茨林, 阿里·盧齊耶, 讓-弗朗索瓦·平托斯, 弗蘭克·圖朵 申請(qǐng)人:湯姆森多媒體公司