專利名稱：用于安裝旋轉(zhuǎn)反射器天線以最小化掠過弧的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線系統(tǒng)，且特別涉及一種用于安裝反射器天線的方法和設(shè)備，其方式是當(dāng)天線繞它的方位軸旋轉(zhuǎn)時使天線的掠過弧最小。
背景技術(shù)：
安裝在飛行器上、位于天線罩之下的天線的前表面面積，對于飛行器的空氣動力學(xué)來說極為重要。原因是由天線罩產(chǎn)生的阻力以及因而產(chǎn)生的對飛行器性能和燃料消耗的影響。對于必須繞方位軸旋轉(zhuǎn)的反射器天線，天線的“掠過弧”大于天線的主反射器的總寬度。這就需要同等寬度的天線罩，由此增加的天線罩的前表面面積并因而增加了飛行器的阻力。
參見圖1，如目前常規(guī)反射器天線系統(tǒng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方位軸位于主反射器軸線中心的后方或后面時，可以看到現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)的主反射器天線的掠過弧“A”。主反射器的最外邊緣也標(biāo)出了。該直徑由尺寸“B”表示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)方位軸在主反射器的中心之上或之后時，由主反射器產(chǎn)生的掠過弧直徑比主反射器本身的直徑大得多。
因此，極其重要的是，反射器天線的高度和寬度(即深度)保持為最小的尺寸，符合所需的天線電磁性能。更具體地，重要的是，天線的主反射器用于安裝在飛行器的外表面，安裝的方式為當(dāng)天線繞其方位軸旋轉(zhuǎn)時天線的掠過弧最小。使天線的掠過弧最小會由此使需要遮蓋天線的天線罩最小，且由此當(dāng)安裝了天線罩的飛行器在飛行時，使由天線罩產(chǎn)生的相應(yīng)阻力最小。
最小化掠過弧的另一考慮因素是安裝在反射器軸線中心(即頂點(diǎn))的饋電喇叭的物理長度。為了使天線的性能最大化，在一些情況下希望在反射器上使用較長的饋電喇叭。然而，使用比典型長度更長的饋電喇叭就有必要增加反射器本身的深度。增加反射器的總深度意味著增加它的總直徑或孔徑尺寸，且由此增加其掠過弧。由此，需要一種反射器天線的設(shè)計(jì)，允許使用加長的饋電喇叭，該饋電喇叭能整合到天線的反射器中，不需要增加天線的深度和總的孔徑尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
通過根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的天線系統(tǒng)可解決上述缺陷。該天線系統(tǒng)包括具有主反射器，該主反射器具有形成在其頂點(diǎn)的開口。加長的饋電喇叭設(shè)置在所述開口中以使得饋電喇叭長度的主要部分向主反射器的后表面之外延伸。與天線一起使用的天線電子組件可以安裝在饋電喇叭從主反射器的后表面突出的一部分上，或主反射器本身的后表面上。通過安裝反饋喇叭使得其長度的主要部分延伸穿過反射器中的孔，也由此伸向反射器后表面之外，則不需要增加反射器本身的深度和總的天線孔徑尺寸。
從后文提供的詳細(xì)描述本發(fā)明應(yīng)用性的其他方面將更顯而易見。應(yīng)理解，詳細(xì)描述和具體實(shí)例，盡管說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但僅是為了闡述的目的且并不意在限制本發(fā)明的范圍。


從詳細(xì)描述和所附附圖本發(fā)明可被更全面地理解，其中圖1為由現(xiàn)有技術(shù)的安裝配置形式產(chǎn)生的掠過弧簡化示意圖，其中主反射器的旋轉(zhuǎn)方位軸設(shè)置在主反射器中心的略微后方；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的反射器天線的平面圖，其中天線的主反射器具有中央最外邊緣部分；圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的天線系統(tǒng)側(cè)視圖，顯示了位于在天線主反射器最外邊緣之間延伸的平面之中的方位軸；圖4為說明通過如圖3所示定位旋轉(zhuǎn)方位軸而產(chǎn)生的掠過弧示意圖。
圖5為本發(fā)明的天線系統(tǒng)側(cè)視圖，其方位軸定位設(shè)置在位于天線系統(tǒng)主反射器最外邊緣前方的平面中。
圖6為通過圖5中所示的天線系統(tǒng)產(chǎn)生的掠過弧示意圖。
圖7顯示了具有饋電喇叭的目前的低剖面卡塞格倫反射器，天線電子組件安裝在主反射器的后表面。
圖8顯示了圖7的天線，但具有加長的饋電喇叭，且也顯示了天線總深度的增加。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的卡塞格倫反射器天線。
圖10僅顯示了圖9的天線的主反射器和副反射器，但顯示了形成在主反射器頂點(diǎn)的孔。
圖11顯示了穿過天線主反射器中的孔而突出的饋電喇叭。以及圖12為主反射器天線一部分的放大側(cè)向橫截面視圖，顯示了安裝在其上的饋電喇叭。
具體實(shí)施例方式
以下優(yōu)選實(shí)施例的描述實(shí)際上僅是示例性，且決不是要限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。
參見圖2，顯示了很適于安裝到飛行器外表面上的現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)10。該天線系統(tǒng)10包括具有中心12和最外邊緣部分12b的主反射器12。副反射器14位于饋電喇叭16的前面，該饋電喇叭16的位于主反射器12的中心12a。使用一對低噪音放大器(LNA)18和20作為天線共用器22和24，用于在接收和發(fā)射的信號上執(zhí)行信號波形調(diào)節(jié)操作。仰角電機(jī)26用于以期望的仰角來定位主反射器12，同時方位電機(jī)28用于繞方位軸使主反射器12旋轉(zhuǎn)，以期望的方位角定位主反射器。編碼器30用于跟蹤主反射器12的方位角并向方位電機(jī)28提供反饋。
現(xiàn)在參見圖3，顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的天線系統(tǒng)100。通過使用具有軸線中心102a和最外側(cè)邊緣102b的主反射器12，天線系統(tǒng)100類似于天線系統(tǒng)10。饋電喇叭104設(shè)置在主反射器102的中心102a處。主反射器102支持在平臺106上，該平臺106將主反射器102的旋轉(zhuǎn)方位軸108放置在經(jīng)過主反射器的最外邊緣102b而延伸的平面上。平臺106通過方位電機(jī)110繞旋轉(zhuǎn)方位軸108旋轉(zhuǎn)，以由此以期望的方位角度來定位主反射器12。優(yōu)選地采用兩通道同軸旋轉(zhuǎn)接頭112在饋電喇叭104和傳輸線112a之間建立必要的電連接，該傳輸線112a穿過飛行器114的外表面延伸。為了簡單起見，并未示出通常將整個天線系統(tǒng)100封入其內(nèi)的天線罩。
參見圖4，顯示了掠過弧116，該掠過弧通過天線系統(tǒng)100的、以高度簡化的形式顯示主反射器102的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)方位軸108定位為使得它能通過主反射器102的最外側(cè)邊緣102b延伸時，結(jié)合圖3進(jìn)行描述，掠過弧116的半徑大致為反射器102的總長118的一半。由此，將旋轉(zhuǎn)方位軸108定位在主反射器102的中心102a的前方(即在圖3中位于中心點(diǎn)102a的右方)，能顯著減少由主反射器產(chǎn)生的掠過弧。對比圖1和4，也可明顯見到這種掠過弧的總面積和體積上的減少。
然而，圖3所示的天線系統(tǒng)100，在一些應(yīng)用中，對通過天線100傳送和/或接收的信號的阻擋達(dá)到不可接受的程度。因而，需要將圖3中所述的旋轉(zhuǎn)方位軸108定位在主反射器102的最外邊緣102b的前方。這種安裝配置形式顯示于圖5。圖5中顯示的天線系統(tǒng)200與圖3中顯示的天線系統(tǒng)100相同，只是安裝平臺206具有較長的總長度，以允許旋轉(zhuǎn)方位軸108位于主反射器202的最外邊緣202b的前方(即在圖5中的右方)。還應(yīng)理解，天線系統(tǒng)200的組件與天線系統(tǒng)100中的一樣，并通過在代表天線系統(tǒng)100的組件所用的參考數(shù)字上增加100而的到的參考數(shù)字來表示。圖6中顯示了由天線系統(tǒng)200產(chǎn)生的掠過弧。由虛線220表示掠過弧。由箭頭222代表主反射器202的最大、有效前端寬度，該寬度僅略微大于主反射器的直徑226。由線224代表反射器202的旋轉(zhuǎn)半徑。將圖6的掠過弧220與圖4中所示的掠過弧116比較，可以看到通過天線系統(tǒng)200的安裝配置所產(chǎn)生的掠過弧略微大于由天線系統(tǒng)100所產(chǎn)生的掠過弧。然而，將方位軸定位在主反射器202的最外邊緣202b的前方，有助于消除由安裝平臺206和旋轉(zhuǎn)接頭212所產(chǎn)生的阻擋程度。
參見圖7，顯示了一種傳統(tǒng)的卡塞格侖反射器天線，用于闡述當(dāng)饋電喇叭的長度增加時，天線的深度增加的問題。天線300包括主反射器302，該主反射器302具有安裝在主反射器302的頂點(diǎn)306上的饋電喇叭304。副反射器308安裝在主反射器302的最外邊緣310上，該最外邊緣310形成天線300的孔徑。天線電子子組件312可安裝到主反射器302的后表面314上。天線300的總長度由箭頭316表示。
參見圖8，當(dāng)采用加長的、中度張開角度的饋電喇叭304a時，副反射器308必須向主反射器302之外移動。副反射器308典型的由兩個或更多支桿318保持，以便與主反射器302的頂點(diǎn)306同心。天線300的總深度由箭頭320代表。如從圖7和8中明顯可見，當(dāng)采用加長的饋電喇叭304a時，天線300的深度顯著增加。這會增加天線的掠過弧，這反過來需要較大的天線罩，用于當(dāng)在高速移動平臺的外表面上采用天線時，遮蓋天線。更大的天線罩會降低移動平臺的空氣動力效率。
參見圖9，顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的天線400。天線400包括主反射器402。具有設(shè)置在主反射器402的軸線中心406(即頂點(diǎn))上的加長饋電喇叭404?？?08形成在主反射器中，以允許饋電喇叭404長度的主要部分從主反射器402的后表面410向外突出。副反射器412設(shè)置在主反射器402的頂點(diǎn)406處，并由一個或更多的支桿(不可見)支承。天線電子子組件414可以支持在主反射器402的后表面410上或支持在饋電喇叭404的頸部405上。天線電子子組件414可以包括正交模式變換器、低噪聲放大器、或其他部件。
簡略參見圖10和11，可以更加詳細(xì)地看到主反射器402中的孔408?？?08應(yīng)具有足夠的直徑，以允許饋電喇叭404的所需部分突出穿過其中，優(yōu)選地為約50％?？?08的直徑越大，則饋電喇叭404能突入孔408的部分也越大。在一優(yōu)選形式中，饋電喇叭具有約6英寸的總長度(152.4mm)和在其前端404a處具有的直徑約3英寸(76.2mm)。更常規(guī)的饋電喇叭，如圖7中的饋電喇叭304，在其前端具有約3-5英寸(76.2mm-127mm)的直徑，并具有約3英寸的總長度。與能使饋電喇叭404相對于副反射器412能縱向調(diào)整程度實(shí)際所需的孔408的大小相比，主反射器中的孔408優(yōu)選地略大一些。
采用帶有較窄前端的加長的饋電喇叭能產(chǎn)生對副反射器412更加聚焦、的近場照射。實(shí)際上，與諸如饋電喇叭304這樣的標(biāo)準(zhǔn)長度、寬角度饋電喇叭相比，饋電喇叭404的總長度典型地大20％-100％。
參見圖9、箭頭416代表天線400的總長度。深度416顯著小于圖8中箭頭320代表的長度，且大致與圖7中箭頭316代表的深度相同。由此，天線400總的掠過體積小于由圖8中天線所產(chǎn)生的掠過體積，且大致與圖7中由天線300所產(chǎn)生的掠過體積相同。
在使用主反射器402中的孔408，由此允許采用加長的饋電喇叭404以更好地將電磁波能量傳播到副反射器412上，而不會承受大為增加天線400的總長度所帶來的不利結(jié)果。這允許天線400的掠過弧最小，當(dāng)天線400被天線罩遮蓋并設(shè)置在快速運(yùn)動的移動平臺時，這有助于保持空氣動力效率。
參見圖12，顯示了主反射器402的加長部分和饋電喇叭404。反射器孔408包括能承載饋電喇叭404的法蘭404b的擴(kuò)孔區(qū)域408a。用多個螺釘418將法蘭404b固定在擴(kuò)孔區(qū)域408a中。螺釘418與形成在突起部分422中的螺紋盲孔420嚙合，該凸起部分422環(huán)繞主反射器402的頂點(diǎn)406。一個或更多墊圈或墊片可放置在螺釘418之上，以調(diào)整饋電喇叭404相對于副反射器412的縱向定位。
應(yīng)理解，主反射器402和副反射器412優(yōu)選地按需要“成形”，以獲得天線400所需的性能。饋電喇叭404的總長度，其前端404處的直徑和其與副反射器412的間隔，都是確定主反射器402光學(xué)形狀和副反射器404的最佳形狀的因素。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種用于支承反射器天線的裝置，其方式是能使反射器天線的有效前方面積最小，并允許當(dāng)天線位于飛行器外表面上時以具有較小的前方面積的天線罩遮蓋天線。優(yōu)選實(shí)施例沒有顯著地使天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，也沒有使天線系統(tǒng)在飛行器外表面上的安裝復(fù)雜化。進(jìn)而，優(yōu)選實(shí)施例沒有顯著增加天線系統(tǒng)的構(gòu)建成本。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)從前述說明中理解，可以以各種形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的寬泛教示。因此，當(dāng)結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行描述時，由于對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說通過研究附圖、說明書和所附實(shí)施例，其他修改顯而易見，所以不應(yīng)限制本發(fā)明的真正范圍。
權(quán)利要求
1.一種反射器天線，包括主反射器，具有在其頂點(diǎn)的孔；和饋電喇叭，安裝在所述頂點(diǎn)，以使得該饋電喇叭的一部分能突出穿過該孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，進(jìn)一步包括副反射器，其支持在離開所述主反射器的頂點(diǎn)的前方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述主反射器總長度的大約百分之50突出穿過所述孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，進(jìn)一步包括天線電子子組件，其支持在所述主反射器的后表面，臨近所述主反射器的頂點(diǎn)。
5.一種用于形成反射器天線的方法，包括形成彎曲的主反射器，在其頂點(diǎn)具有孔；和離開所述主反射器支持饋電喇叭，以使得該饋電喇叭的一部分突出穿過所述孔，并從所述主反射器的后表面向后突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括在主反射器的前端支持副反射器，并軸向?qū)?zhǔn)所述頂點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括臨近所述主反射器后表面并臨近所述頂點(diǎn)來支持天線電子子組件。
全文摘要
一種用于形成卡塞格倫反射器天線的設(shè)備和方法，允許采用加長的饋電喇叭而不增加天線的總深度。這使得與使用標(biāo)準(zhǔn)長度的饋電喇叭相比，天線的掠過直徑保持為最小。天線系統(tǒng)在天線系統(tǒng)主反射器頂點(diǎn)采用一個孔。加長的饋電喇叭安裝在該頂點(diǎn)上，以使得其長度的主要部分向主反射器后表面之外突出。天線電子組件可安裝在饋電喇叭的頸部，或可替換地安裝在主反射器的后表面上。由于加長的饋電喇叭沒有增加總深度，并由此沒有增加天線的掠過弧，所以與采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)長度饋電喇叭的反射器天線所需的天線罩相比，需要遮蓋天線的天線罩可保持為最小的尺寸。
文檔編號H01Q3/04GK101088194SQ200580027221
公開日2007年12月12日 申請日期2005年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者格倫·J·德薩甘特, 艾伯特·L·比恩 申請人:波音公司