專利名稱：天線饋線、反射器天線系統(tǒng)和低噪聲接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線極化或園極化系統(tǒng)中的天線饋線。特別地，但不是唯一的，本發(fā)明涉及適于工作在S波段頻率(大約2到3GHz范圍)和Ku波段頻率(大約12GHz)線極化系統(tǒng)中的雙極化天線饋線。
常規(guī)上，對于工作在S-波段頻率的系統(tǒng)，使用喇叭天線饋線作為雙極化偏置拋物面天線饋線。但是，可以使用介質(zhì)透鏡天線饋線而不使用喇叭天線饋線，因為在S-波段上喇叭天線饋線相對較大。

圖1顯示了典型的現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)透鏡天線，圖2顯示了對應的42.5°半波束寬度10db的合成輻射波束方向圖。圖3顯示了典型的現(xiàn)有技術(shù)皺紋喇叭天線饋線，圖4顯示了對應的合成輻射方向圖。圖4所示的波紋饋線有35°半波束寬度10db。圖3所示的喇叭饋線顯示了具有固定饋線角的完整的圓波紋，其形成了圖4的波束方向圖。
介質(zhì)透鏡天線饋線的優(yōu)點是它們的結(jié)構(gòu)比喇叭天線饋線小，但提供了類似的電氣性能。
介質(zhì)透鏡基本上由塑料模具處理制成的固體塑料材料制成，但是，這種做法出現(xiàn)了生產(chǎn)問題，因為鑄模透鏡的外部比內(nèi)部冷卻的快，在塑料材料完全成型之前過早從模具中取出來導致透鏡結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)，例如，出現(xiàn)空洞，其在天線饋線中降低了透鏡的性能。長時間等待塑料材料成型降低了生產(chǎn)量，并增加了每單位材料的成本。這個問題在尺寸相當大的低頻透鏡中是很嚴重的。
本發(fā)明的目的是提供一種至少消除或減輕上述缺點之一的天線饋線。
按照本發(fā)明的第一方面，使用在系統(tǒng)中的天線饋線接收正交線性或圓極化信號，天線饋線包括耦合波導外殼的天線饋線體。
為接收極化的信號，饋線體確定了中心軸，并具有從中心軸向外輻射延伸的間隔臂。
根據(jù)本發(fā)明可以生產(chǎn)出減輕重量的天線饋線。因為所需要的透鏡介質(zhì)材料較少，所以生產(chǎn)過程比常規(guī)生產(chǎn)介質(zhì)透鏡饋線的成本低。此外，因為材料的體積較小，所以透鏡的中部冷卻較快，因此，使不連續(xù)變得最小，并改善了透鏡的質(zhì)量。因為減少了冷卻時間，所以增加了透鏡的生產(chǎn)量。
天線饋線是介質(zhì)透鏡，饋線體一般是十字的橫截面，并包括與中心軸同軸的中心介質(zhì)芯，十字的外圍間隔介質(zhì)臂布置在芯的周圍。介質(zhì)臂可由空氣隙隔離開或由另一種介質(zhì)材料隔離開。中心芯和臂最好通過模具或機械制成單個單元，因此，在臂和中心芯之間沒有接縫。中心芯可由分開的段制成，然后再連接在一起。
天線饋線是十字饋線，間隔臂是波紋狀輻射延伸部分的形式，每一個部分以間隔平行關(guān)系從那里延伸的脊峰。
饋線體和裝透鏡或十字饋線的外殼可以模壓或澆鑄成整體。這可以減少重量和成本。通過改變天線饋線的饋線角度，通過調(diào)節(jié)a)波紋的高度，b)波紋之間的間隔，c)沿z軸波紋的位置，可以調(diào)節(jié)天線饋線接收不同波束形狀的極化信號。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，參考此處的內(nèi)容和下面的描述，十字天線饋線的饋線角將是波導外殼的中心軸和確定連接每一個十字臂脊峰的表面的平面之間確定的角度。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了使用在系統(tǒng)中用于接收正交線性或圓極化信號的天線饋線，該天線饋線包括耦合波導外殼的天線饋線體，為接收極化的信號，該饋線體確定了中心軸，并具有多個在各自的半徑上從中心軸向外輻射延伸的間隔臂部分，每一個臂部分是波紋狀的，并至少有一個與它各自半徑橫切地排列。
天線饋線最好是十字饋線。
單元包括一基本上直的脊峰。該單元基本上與各自臂部分半徑垂直放置。
每一個臂部分有兩個或多個以間隔平行關(guān)系排列的單元。
一個單元至少包括兩個或多個直的脊峰，其相鄰排列或以一定角度排列。每一個單元最好包括三個直脊峰。每一個臂部分有兩個或多個以間隔平行關(guān)系排列的單元。
天線饋線體一般是圓柱形。天線饋線體可以是管狀的。
波紋臂部分從天線饋線體向外輻射地延伸。有四個波紋臂部分放置在天線饋線體的周圍。波紋臂部分可以相互之間垂直地放置在天線饋線體周圍。所述波紋臂部分中的相互相對的第一和第二波紋臂部分最好放置在第一饋線角，而所述波紋臂部分中的相互相對的第三和第四波紋臂部分最好放置在第二饋線角。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，第一和第二饋線角上的波紋臂部分的配置允許天線饋線產(chǎn)生橢圓形波束形狀，并接收來自橢圓形天線的極化信號。
按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種接收正交線性或圓極化信號的方法，方法包括步驟為接收極化的信號，提供天線饋線體，其確定了中心軸，并具有從中心軸向外輻射延伸的間隔臂部分；耦合天線饋線體到波導外殼；把天線饋線體配置到有關(guān)的天線，以至天線饋線體的臂接收天線反射的極化信號，并傳導這些信號到波導外殼。
按照本發(fā)明的第四方面，提供的天線系統(tǒng)包括反射器天線；按照本發(fā)明第一方面的天線饋線；耦合到天線饋線的波導外殼，所以，信號由天線反射，由天線饋線接收，并沿著波導外殼傳輸。
饋線體可以有任何方便的形狀，例如，圓形、橢圓形、方形或矩形。
按照本發(fā)明第五方面，提供了一種使用天線系統(tǒng)的低噪聲模塊(LNB)接收機，LNB接收機包括按照本發(fā)明第一方面的天線饋線；耦合到天線饋線的波導外殼，波導外殼有配置在其中的探針；與具有輸出的探針電連接的電路板，提供對應輸入極化信號的電信號。
通過參考附圖和給定的實施例，本發(fā)明的各個方面從下面的描述中將變得顯而易見。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)透鏡天線饋線的示意圖；圖2是圖1現(xiàn)有技術(shù)透鏡的輻射方向圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)喇叭天線饋線的示意圖；圖4是圖3現(xiàn)有技術(shù)喇叭天線饋線的輻射方向圖；圖5是本發(fā)明實施例的介質(zhì)透鏡天線饋線的示意圖；圖5a是具有信號的正交分量的圖5天線饋線部分的排列示意圖，其中，極化是水平極化。
圖5b是具有信號的正交分量的圖5天線饋線部分的排列示意圖，其中，極化是偏移水平極化的。
圖6是圖5天線饋線的輻射方向圖；圖7是按照本發(fā)明另一個實施例十字型天線饋線的示意圖；圖7a是具有信號的正交分量的圖7天線饋線部分的排列示意圖，其中，極化是水平極化。
圖7b是具有信號的正交分量的圖7天線饋線部分的排列示意圖，其中，極化是偏移水平極化的。
圖8是圖7天線饋線的輻射方向圖；圖9是使用橢圓天線的十字天線饋線的類似于圖7的示意圖；圖10是圖9所示十字天線饋線的輻射方向圖；圖11是本發(fā)明另一實施例的天線系統(tǒng)示意圖；圖12是使用橢圓天線的十字天線饋線的類似于圖9的示意圖；圖13是圖12所示十字天線饋線的輻射方向圖；圖14是本發(fā)明另一實施例的十字天線饋線示意圖；圖15是圖14所示十字天線饋線的輻射方向圖；圖16是本發(fā)明另一實施例的十字天線饋線示意圖；圖17是圖16所示十字天線饋線的輻射方向圖；首先，參考圖5、5a、5b和圖6，圖5顯示了本發(fā)明實施例用于大約2.5GHz的S波段的介質(zhì)透鏡天線饋線10。饋線10是介質(zhì)透鏡天線饋線，其包括圓筒金屬管形式的波導外殼12；由聚丙烯制成的介質(zhì)饋電體14耦合到并部分放置在外殼12前部內(nèi)。饋線10沿輻射傳播的方向確定了中心(縱向)軸(虛線16所示)。
如圖5a、5b所示，饋線體14是開槽的錐形，并具有十字橫界面(橫向于縱向軸16)。饋線體14的長度大約是140毫米，饋線體最寬部分(靠近外殼12的部分)大約是85毫米。饋線體14有一與縱向軸16同軸的中心介質(zhì)(聚丙烯)芯18。四個外圍間隔的介質(zhì)臂20(聚丙烯指狀物的形式)配置在中心芯18的周圍，并從中心軸16向外延伸輻射。芯18和指狀物20模壓為整體單元。如圖5a、5b所示，相鄰指狀物20之間的間隔確定了開槽或空氣隙21，其使得饋線體14具有開槽的外觀。這確保了電場最大時，除去了最大量的材料。
饋線10由支架23連接到天線，以輻射反射器天線(圖11)。如圖5a、5b和圖7a、7b所示，盡管饋線體14排列和設置了與天線的關(guān)系，以至指狀物20排列成行從天線傳導線性正交極化的信號，事實上，不需要與極化排列成十字形狀，因為任何極化可以分解為與十字形狀排列成行的兩個正交分量。如果排列成行，可以通過旋轉(zhuǎn)饋線體14和波導外殼12進行，以至指狀物20的角度位置隨縱向軸16變化。
在圖5a中，線性正交極化信號由箭頭標號SV和SH表示。這些信號是極化垂直的，并分別與水平軸平行。圖5b顯示了一般的情況，信號SV、SH是極化垂直的，并與角度平行(偏離水平軸)。分解的分量SV1、SV2、SH1、SH2以虛線顯示了與指狀物20排列成行。它們共同具有與水平軸偏置一角度極化的信號。
圖6是圖5天線饋線的輻射方向圖。很明顯，天線饋線10的44°半波束寬度10db的對稱輻射波束方向圖非常類似于圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)天線饋線的輻射方向圖。兩個輻射方向圖的形狀非常類似兩個方向圖的主要差別是現(xiàn)有技術(shù)有40.6°半波束寬度10db；而饋線10有44°半波束寬度10db。
按照本發(fā)明另一個實施例，圖7、7a、7b和圖8顯示了天線饋線30。饋線30是天線十字饋線，包括波導外殼12(圓筒金屬管的形式)和耦合到波導外殼12前部的十字饋線體32。饋線體32也由金屬制成，并有四個相互之間正交關(guān)系的外圍間隔的波紋臂部分34。臂部分34沿著由饋電體32確定的縱向軸16向外輻射。
臂34中的波紋由從波導外殼12伸出的脊峰形成并與縱向軸16平行。在每一個臂部分34上的脊峰36由橫切于縱向軸16的臺階38隔離。臺階38連接鄰近的脊峰36。因此，在每一個臂部分34上的各自的脊峰36集中地排列在縱向軸的周圍，并且，相互之間平行，最靠近波導外殼12的脊峰36最靠近縱向軸16，后面的脊峰36從縱向軸16連續(xù)排列，以給出脊峰36一個層疊的外觀。當從前面觀察時，如從圖7a、7b沿縱向軸16所看到的一樣，饋線30看起來象一個凹心的十字。通過改變饋線角，調(diào)節(jié)a)波紋的高度，b)波紋之間的間隔，c)沿z軸波紋的位置可以調(diào)節(jié)波束形狀。
與圖5實施例相同的方式，把饋線30放置在天線系統(tǒng)中(圖11)輻射反射器天線(圖11)，饋線體32與有關(guān)的天線排列，以便線性地正交極化信號從天線傳導。盡管臂部分34可與圖5a所示的介質(zhì)透鏡排列成一行，對于十字型不需要與輸入極化排列成一行，原因是一樣的極化的任何方向可以分解為與十字型臂部分34排列成一行的兩個正交分量。如果必須排列成一行，通過旋轉(zhuǎn)饋線體32和波導外殼12進行，以至臂部分34的角度位置隨縱向軸16改變。
當臂部分34與從天線傳導的線性正交極化信號排列成一行時，圖8是圖7天線饋電的輻射方向圖。很明顯，天線饋線30的輻射方向圖類似于圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)天線饋線的輻射方向圖。兩個輻射方向圖形狀類似兩個方向圖的主要差別是現(xiàn)有技術(shù)在11.7GHz上有35.0°半波束寬度10db；而饋線30在11.7GHz上有40.9°半波束寬度10db。
圖9類似于圖7，但是在十字型饋線中使用橢圓天線接收橢圓波束。這由在圖9所示的水平和垂直平面中采用不同的饋線角θ、φ獲得。各自的饋線角θ、φ是波導外殼12的中心軸16和連接每一個臂部分34的邊緣17a確定的表面的平面之間的角度。選擇脊峰17的位置和尺寸，以便a)給出必須的饋線角θ、φ，b)保持饋線的雙極化平面形狀。圖10顯示了頻率是11.7GHz時，在垂直平面(V)具有34°半波束寬度10db和在水平面(H)具有46.5°半波束寬度10db的輻射方向圖，平面V和H顯示在圖9中。減少一個或兩個橫界面可以減少脊峰的數(shù)量，以減小饋線的尺寸。再一次說明不要求輸入極化與饋線的十字部分排列成一行。脊峰17可以與中心軸16平行，或在軸16上的中部形成橢圓形的部分。
圖11是本發(fā)明另一實施例的天線系統(tǒng)示意圖。圖11顯示了用于接收線性極化信號的位于拋物面反射器天線54的聚焦點上的低噪聲模塊(LNB)接收機52。LNB52有一饋線體14和耦合到饋線體14的波導外殼12。波導外殼12有兩個探針，用于接收在波導外殼12中傳輸?shù)木€性極化信號的正交分量。波導外殼12也有一個電路板64，其中，電路板64與探針電聯(lián)系，接收由探針拾取的信號。通過同軸耦合線68從LNB52傳導信號。
作為選擇，如上述參考附圖5A和5B描述的一樣，在使用前饋線體14可以與線性極化信號的正交分量排列成一行，盡管這不是真正必須的。
圖12顯示了由參考數(shù)碼70顯示的十字饋線，類似于圖7的十字饋線，特別類似于圖9，用于接收橢圓形波束的信號，其中，相同的部分共用相同的參考數(shù)碼。饋線70不同于圖9的饋線，饋線70的臂部分74和76中的脊峰36比圖9中對應的十字饋線的臂部分的脊峰少。圖13顯示了頻率是11.7GHz時，在垂直平面(V)大約43.5°半波束寬度10db和在水平面(H)大約51°半波束寬度10db的饋線70的橢圓形波束輻射方向圖。
圖14是本發(fā)明另一實施例的由參考數(shù)碼78表示的十字天線饋線。饋線78包括波紋臂部分80、82、84和86，每一個臂包括脊峰36。一般說來，每一個脊峰36是直的矩形平板，并從饋線78的基板部分90延伸，其把臂部分80、82、84和86耦合到饋線78的波導外殼12。在每一個臂部分80、82、84和86上的脊峰36與饋線78的中心軸16放射狀地間隔放置，相互之間基本上平行。臂部分80、82、84和86垂直于波導外殼12的周圍放置。同樣，臂部分80和82上的脊峰36放置在與中心軸16的第一饋線角θ，而臂部分84和86上的脊峰36放置在第二饋線角φ。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，這允許饋線78接收橢圓形波束的信號，并允許饋線78被用在橢圓形天線中。圖15顯示了頻率是11.7GHz時，在垂直平面(V)大約42.5°半波束寬度10db和在水平面(H)大約53°半波束寬度10db的饋線78的橢圓形波束輻射方向圖。
圖16是本發(fā)明另一實施例的由參考數(shù)碼94表示的十字饋線。饋線94類似于圖14的饋線78的結(jié)構(gòu)，除了饋線94包括每一個脊峰36有一系列直板98以外，直板的內(nèi)表面面向饋線94的中心軸16。板98相互之間形成角度，當沿著軸16從前部觀看天線饋線94時，脊峰36形成了圓弧部分的形狀。圖17顯示了頻率是11.7GHz時，在垂直平面(V)大約43°半波束寬度和在水平面(H)大約50.5°半波束寬度的饋線94的橢圓形波束輻射方向圖。
對于上述實施例可以進行各種修改。例如，外殼和饋線體可以制作為單一單元。金屬以外的材料可以用于外殼。在另一個實施例中，介質(zhì)透鏡饋線體可以使用其它材料而不使用聚丙烯，例如，其它塑料、陶瓷材料或石蠟。
本發(fā)明的其它修改包括用塑料材料鑄造十字饋線，然后，用金屬化層涂覆塑料材料的適當部分，提供如圖7和圖9所示的電等效的介質(zhì)十字饋線。進一步的修改將在波紋中插入介質(zhì)，以增加十字饋線的介質(zhì)特性，其可以在接收一特定頻率時使十字饋線的尺寸最小化。
在饋線耦合到常規(guī)的LNB之后，外加一個圓極化到線極化轉(zhuǎn)換器，上述的介質(zhì)透鏡饋線和十字饋線也適用接收圓極化信號，在本領(lǐng)域中，圓極化到線極化轉(zhuǎn)換器是眾所周知的，并可以采用不同的形式。此外，所述實施例特別適用于偏置拋物面或主聚焦拋物面天線。
前面所述的技術(shù)可以應用到其它波導展開十字饋線，例如，圓錐形的十字饋線，以至從十字饋線除去一些材料，剩下類似于所示的十字型，用于介質(zhì)透鏡和波紋十字饋線。
前述本發(fā)明的實施例可以用于寬范圍頻率，包括S-波段、Ku-波段和其它各種頻率。
權(quán)利要求
1．一種在系統(tǒng)中使用的接收正交線性或圓極化信號的天線饋線，天線饋線包括耦合到波導外殼的天線饋線體，為接收極化的信號，饋線體確定了中心軸，并具有從中心軸向外輻射延伸的間隔臂。
2．按權(quán)利要求1所述的天線饋線，其特征在于天線饋線是介質(zhì)透鏡。
3．按權(quán)利要求1所述的天線饋線，其特征在于天線饋線是十字型饋線。
4．按權(quán)利要求2所述的天線饋線，其特征在于饋線體具有十字型的橫截面，并包括與中心軸同軸的中心介質(zhì)芯，十字的外圍間隔介質(zhì)臂布置在芯的周圍。
5．按權(quán)利要求4所述的天線饋線，其特征在于介質(zhì)段相互之間由空氣隙隔離開。
6．按權(quán)利要求4所述的天線饋線，其特征在于由另一種介質(zhì)材料將介質(zhì)段相互之間隔離開。
7．按權(quán)利要求4到6中的任一權(quán)利要求所述的天線饋線，其特征在于中心芯和介質(zhì)臂制成單個單元。
8．按權(quán)利要求3所述的天線饋線，其特征在于間隔臂是波紋狀輻射延伸部分的形式，每一個部分以間隔平行關(guān)系從那里延伸的脊峰。
9．按權(quán)利要求1或2或4到7中的任一權(quán)利要求所述的天線饋線，其特征在于饋線體和裝透鏡的外殼是整體單元。
10．按權(quán)利要求1或3或8中的任一權(quán)利要求所述的天線饋線，其特征在于饋線體和裝十字饋線天線的外殼是整體單元。
11．按權(quán)利要求9或10所述的天線饋線，其特征在于整體單元是模壓的。
12．按權(quán)利要求9或10所述的天線饋線，其特征在于整體單元是鑄造的。
13．按權(quán)利要求1或3或8中的任何一項所述的天線饋線，其特征在于通過改變天線饋線的饋線角度，調(diào)節(jié)天線饋線以接收不同波束形狀的極化信號。
14．一種在系統(tǒng)中使用的接收正交線性或圓極化信號的天線饋線，天線饋線包括耦合到波導外殼的天線饋線體，為接收極化的信號，饋線體確定了中心軸，并具有多個在各自的半徑上從中心軸向外輻射延伸的間隔臂部分，每一個臂部分是波紋狀的，并至少有一個單元與它各自半徑橫切地排列。
15．按權(quán)利要求14所述的天線饋線，其特征在于天線饋線是十字饋線。
16．按權(quán)利要求14或15所述的天線饋線，其特征在于單元包括基本上是直的脊峰。
17．按權(quán)利要求14到16中任一權(quán)利要求所述的天線饋線，其特征在于單元基本上與各自臂部分半徑垂直放置。
18．按權(quán)利要求14到17中任一權(quán)利要求所述的天線饋線，其特征在于每一個臂部分有兩個或多個以間隔平行關(guān)系排列的單元。
19．按權(quán)利要求14或15所述的天線饋線，其特征在于一個單元至少包括兩個或多個直脊峰，它們相互間相鄰排列并且相互間以一定角度排列。
20．按權(quán)利要求19所述的天線饋線，其特征在于每一個單元包括三個直脊峰。
21．按權(quán)利要求19或20所述的天線饋線，其特征在于每一個臂部分有兩個或多個以間隔平行關(guān)系排列的單元。
22．按權(quán)利要求14到21中的任一權(quán)利要求所述的天線饋線，其特征在于波紋臂部分從天線饋線體向外輻射地延伸。
23．按權(quán)利要求22所述的天線饋線，其特征在于有四個波紋臂部分放置在天線饋線體的周圍。
24．按權(quán)利要求23所述的天線饋線，其特征在于波紋臂部分相互之間垂直地放置在天線饋線體周圍。
25．按權(quán)利要求24所述的天線饋線，其特征在于所述波紋臂部分中的相互相對的第一和第二波紋臂部分最好放置在第一饋線角，而所述波紋臂部分中的相互相對的第三和第四波紋臂部分最好放置在第二饋線角。
26．一種接收正交線性或圓極化信號的方法，方法包括步驟為接收極化的信號，提供一天線饋線體，其確定了中心軸，并具有從中心軸向外輻射延伸的間隔臂部分；耦合天線饋線體到波導外殼；把天線饋線體配置到有關(guān)的天線，以至天線饋線體的臂接收天線反射的極化信號，并傳導這些信號到波導外殼。
27．一種天線系統(tǒng)，包括反射器天線；權(quán)利要求1所要求的天線饋線；耦合到天線饋線的波導外殼，以致在使用中，信號由天線反射，由天線饋線接收，并沿著波導外殼傳輸。
28．一種使用天線系統(tǒng)的低噪聲模塊(LNB)接收機，LNB接收機包括權(quán)利要求1所要求的天線饋線；耦合到天線饋線的波導外殼，波導外殼有配置的探針；以及與具有輸出的探針電聯(lián)系的電路板，用于提供對應輸入極化信號的電信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用在線性或圓極化系統(tǒng)中的天線饋線(10、30、70、78、94)。在發(fā)明的一個實施例中,十字形天線饋線(30)包括圓金屬波導外殼(12)和耦合到波導外殼12前部的十字型金屬饋線體(32)。饋線體(32)有四個相互之間排列成正交關(guān)系的外圍放置的波紋臂部分(34),其中,臂部分(34)從饋線體(32)的縱向軸(16)輻射地向外延伸。在每一個臂(34)上的脊峰(36)集中排列在軸(16)的周圍,并相互之間平行,后面的脊峰以層級排列的形式間隔放置在軸16上。在另一個實施例中,天線饋線是介質(zhì)透鏡。此外,天線饋線被使用在具有反射器天線的天線系統(tǒng)中,或低噪聲模塊(LNB)接收機中。
文檔編號H01Q13/06GK1304566SQ9980693
公開日2001年7月18日 申請日期1999年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月2日
發(fā)明者杰勒德·金, 杰米·斯托克斯 申請人:劍橋工業(yè)有限公司