專利名稱：發(fā)射/接收電磁波的源天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射/接收電磁波的源天線的改進(jìn)，具體地說(shuō)，涉及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用C波段、Ku波段或Ka波段的器件。
交互式無(wú)線通信業(yè)務(wù)正在快速發(fā)展。這些業(yè)務(wù)具體涉及到電話、傳真、電視、互聯(lián)網(wǎng)和所謂的多媒體領(lǐng)域。用于一般廣播業(yè)務(wù)的設(shè)備必須以合理的價(jià)格獲得。特別是用戶的發(fā)射/接收系統(tǒng)必須通過(guò)通信衛(wèi)星與服務(wù)器通信。在這種情況下，通信是在微波頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的，特別是在C波段、Ku波段或Ka波段，就是說(shuō)頻率是在4GHz和30GHz之間。
用于發(fā)射(T)/接收(R)的源天線通常由波導(dǎo)器件制成，一般包括覆蓋發(fā)射和接收的兩個(gè)頻帶的寬頻波狀喇叭天線，這個(gè)喇叭天線輔助允許發(fā)射和接收分離的裝置和/或正交極化，該裝置由每一端口的正模(直接式收發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)器)和波導(dǎo)濾波器構(gòu)成。
實(shí)施的技術(shù)是很難處理和昂貴的。它的重量和體積一般不能與個(gè)人使用兼容。
因此，申請(qǐng)人早已在湯姆森多媒體的專利WO99/35711中建議了一種放置在聚焦系統(tǒng)焦點(diǎn)的發(fā)射/接收源天線，例如，球形透鏡、拋物面反射器天線或多反射器天線，其可以用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的家用終端中。在這種情況下，用于照射透鏡或拋物面反射器的源天線由N個(gè)輻射單元陣列構(gòu)成，即，N個(gè)貼片用于如接收的連接方向和如螺旋線的縱向輻射天線、介質(zhì)棒與縱向輻射天線的輻射或任何其它類型的縱向輻射的軸向一致，用于如發(fā)射的其它連接方向，這個(gè)天線放置在陣列的中心。因此，縱向輻射天線的相位中心和貼片陣列的相位中心一致，并被放置在天線系統(tǒng)的焦點(diǎn)上。
對(duì)于這種混合源的類型，為了確保貼片類型的N個(gè)輻射單元陣列和螺旋線型的縱向輻射單元之間的去耦，對(duì)于貼片陣列，最好用在低頻有效的連接上，即，接收，縱向輻射天線最好用在高頻有效連接上，即，發(fā)射。
然而，接收頻帶一般比發(fā)射頻帶寬，連接平衡對(duì)接收源的損失是比較敏感的，對(duì)于接收源的貼片陣列的選擇從這個(gè)觀點(diǎn)看不是最佳的。
此外，對(duì)于貼片陣列，通過(guò)接收頻帶獲得高質(zhì)量的圓極化是非常困難，但是，大多數(shù)通信系統(tǒng)使用圓極化運(yùn)行的低軌道衛(wèi)星。
本發(fā)明的目的時(shí)提供一種在衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用圓極化的情況下，上述問(wèn)題的最佳解決方案。
因此，本發(fā)明的主題是發(fā)射/接收電磁波的源天線，包括工作在第一頻帶中的n個(gè)輻射單元的陣列，工作在第二頻帶中的縱向輻射單元，并放置在陣列的中心，具有n個(gè)輻射單元的陣列和縱向輻射單元基本上具有共同的相位中心，n個(gè)輻射單元對(duì)稱地排列在縱向輻射單元的周圍，其特點(diǎn)是陣列的每一個(gè)單元由行波類型的輻射單元構(gòu)成。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，行波類型的輻射單元是螺旋線器件。
在這種情況下，具有n個(gè)單元的陣列的每一個(gè)螺旋線的長(zhǎng)度將等于縱向輻射單元，即，幾乎與陣列的長(zhǎng)度相同。
每一個(gè)螺旋線的長(zhǎng)度以常規(guī)的方法確定，縱向模式中的螺旋線的校正操作必須遵守下面的關(guān)系3/4＜II×D/λ＜4/30.6D＜S＜0.8Dλ是對(duì)應(yīng)螺旋線的中心頻率的波長(zhǎng)，D是線圈的直徑，S是兩個(gè)連續(xù)線圈之間的距離。
因此，螺旋線的總長(zhǎng)度L＝N’S，線圈的數(shù)N’確定了螺旋線的方向性。輻射圖的主波束寬度由下列關(guān)系給出θ°＝52/√(N’S/λ)θ°是3db的波束寬度。
使用行波輻射器件(具體是螺旋器件)具有某些優(yōu)點(diǎn)。因此，可以限制陣列損耗，螺旋器件具有非常低的損耗。因此，陣列天線的損耗被限制到幾乎等于饋電陣列的損耗。因此，它們提供了選擇基片問(wèn)題的解決方案。具體地說(shuō)，在貼片類型天線的情況中，要求具有高介電常數(shù)的薄基片的電路要求和具有低介電常數(shù)的厚基片的天線的電路要求之間的妥協(xié)是必須的。
此外，使用螺旋器件作為陣列的基本輻射單元可以依賴于圓極化的固有輻射和寬頻帶上的操作，對(duì)頻帶寬度和源天線的圓極化的問(wèn)題提供了解決方案。
此外，當(dāng)時(shí)用連續(xù)旋轉(zhuǎn)陣列的技術(shù)定位n個(gè)輻射單元時(shí)，使用螺旋線作為基本輻射單元可以簡(jiǎn)化饋電陣列的拓?fù)?，因此，減小了損耗和體積。
按照本發(fā)明的另一特征，縱向輻射單元包括縱向輻射介質(zhì)棒與輻射的軸向一致或螺旋線器件與輻射的軸向一致。在介質(zhì)棒的情況中，縱向輻射單元由波導(dǎo)激勵(lì)。
按照本發(fā)明的另一特征，兩個(gè)頻帶之一用于電磁波的接收，另一個(gè)頻帶用于電磁波的發(fā)射。
因此，本發(fā)明用于低頻/高頻變換中。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在閱讀下面各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例后將變得很清楚，這些描述參考了所附的附圖。


圖1是本發(fā)明發(fā)射/接收電磁波的源天線的第一實(shí)施例的剖面圖。
圖2是圖1源天線的俯視圖。
圖3是沿圖1A-A線的剖面圖，表示了螺旋陣列的饋電電路的拓?fù)洹?br> 圖4是本發(fā)明發(fā)射/接收電磁波的源天線的另一實(shí)施例的剖面圖。
圖5是圖4源天線的俯視圖。
為簡(jiǎn)化描述，附圖中相同的單元使用相同的標(biāo)號(hào)。
如圖1和4所示，源天線是混合源，包括工作在如接收的第一頻帶內(nèi)的n個(gè)輻射單元的第一陣列，和工作在如發(fā)射的第二頻帶內(nèi)的縱向輻射天線。
如圖1所示，n個(gè)輻射單元的第一陣列由平行六面體形狀的支撐1構(gòu)成，并由介質(zhì)材料制成的基片2覆蓋在它的上表面。
如圖2所示，支撐1包括四個(gè)圓孔101、102、103、104，在所示的實(shí)施例中，這些圓孔定位在矩形的四個(gè)角上。這四個(gè)孔使得由螺旋線111、112、113、114構(gòu)成的四個(gè)輻射單元穿過(guò)。圓孔3位于矩形的中心，并使得形成縱向輻射天線的支撐單元部分的緊固桿穿過(guò)，后面將描述該緊固桿。圓孔3定位在由圓孔101、102、103、104限制的矩形的中心，其允許上述的四個(gè)輻射單元穿過(guò)。
如圖2所示，螺旋器件111、112、113、114以連續(xù)旋轉(zhuǎn)陣列的方式定位。此外，如圖1所示，螺旋器件111、112、113、114顯示了較短的長(zhǎng)度1。如圖3所示，螺旋器件111、112、113、114連接到以印刷技術(shù)在基片2的后面制成的饋電陣列。饋電陣列以已知的方式由微帶線L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7構(gòu)成。具體地說(shuō)，線L1和L2在連接點(diǎn)C1連接天線111和112，線L2和L4在連接點(diǎn)C2連接天線113和114，線L5把點(diǎn)C1連接到點(diǎn)C3，線L6把點(diǎn)C2連接到點(diǎn)C3，線L7連接在激勵(lì)電路和連接點(diǎn)C3之間。為獲得連續(xù)旋轉(zhuǎn)，值Li滿足關(guān)系L5-L6＝λg/2L2-L1＝L3-L4＝λg/4其中，λg表示工作中心頻率上的微帶線的波導(dǎo)波長(zhǎng)。因此，螺旋線111、112、113、114的相對(duì)激勵(lì)相位分別是0°、90°、180°、270°。如果螺旋線分別在軸向順序旋轉(zhuǎn)0°、90°、180°、270°角度，在目前的情況下，順序旋轉(zhuǎn)的條件確保了右圓極化。對(duì)于左圓極化，通過(guò)分別旋轉(zhuǎn)-0°、-90°、-180°、-270°獲得順序旋轉(zhuǎn)。
所示實(shí)施例涉及到包括四個(gè)螺旋線的輻射單元陣列。但是，像后面所述的一樣，輻射單元的陣列可以包括八個(gè)在直徑1.7λ0的圓周上規(guī)則分布的螺旋線。
如圖1所示，與工作在接收的第一頻帶中的四個(gè)螺旋線的陣列有關(guān)的是工作在第二頻帶的縱向輻射裝置。在圖1的實(shí)施例中，這個(gè)裝置由螺旋線20構(gòu)成，并通過(guò)同軸電纜21穿過(guò)桿3連接到后面描述的激勵(lì)電路。螺旋線20由一組線圈22構(gòu)成，并工作在軸向模式。因此，螺旋線的右圓部分被限制到大約示波長(zhǎng)除以3。具體說(shuō)，它必須滿足關(guān)系3/4＜II×D/λ＜4/3，其中，D是螺旋線的直徑。
桿3形成了由導(dǎo)電材料制成的平行六面體形狀的支撐4的部分，支撐4旨在容納激勵(lì)電路。
這個(gè)電路由蝕刻在基片上的單條微帶線L’構(gòu)成，它的特性阻抗等于同軸線延長(zhǎng)連接螺旋線的特性阻抗，以確保好的匹配。
在所示的實(shí)施例中，用已知的方式，把線L7和L’分別連接到接收電磁波的電路和發(fā)射電磁波的電路，這些電路包括放大器和頻率轉(zhuǎn)換器。按照本發(fā)明的一個(gè)變體，接收和發(fā)射電路可以互換，即，長(zhǎng)螺旋天線用于接收，陣列用于發(fā)射。
下面參考圖4和5描述本發(fā)明的源天線的發(fā)射/接收的另一個(gè)實(shí)施例。在這種情況下，與第一實(shí)施例一樣，接收電路由工作在第一頻帶的n個(gè)輻射單元的陣列構(gòu)成，即，八個(gè)螺旋線的陣列301、302、303…308，這些螺旋線定位在大約1.7λ0的圓周上。根據(jù)所有求的方向性，這個(gè)圓周的直徑可以修改。使用八個(gè)輻射單元可以獲得陣列的較強(qiáng)的方向性輻射，這個(gè)實(shí)施例適于說(shuō)明雙反射器天線。螺旋線301到308以獲得順序旋轉(zhuǎn)的方式饋電。它們被連接到由印刷技術(shù)制成的饋電陣列(未示出)。在圖4和5的實(shí)施例中，縱向輻射裝置由包括與輻射的軸向一致的縱向輻射介質(zhì)棒的單元構(gòu)成。具體地說(shuō)，如圖4所示，縱向輻射裝置包括形成在桿31上面的棒40。圓錐41的頂點(diǎn)指向波輻射的空間或波被接收的空間。圓錐41通過(guò)圓筒42向下延伸，并終止在圓錐43，圓錐43的頂點(diǎn)在相反方向指向圓錐41的頂點(diǎn)。
例如，形成圓錐41、圓筒42和圓錐43的棒40由構(gòu)成縱向輻射介質(zhì)天線的壓縮聚苯乙烯形成，即，顯示了相對(duì)細(xì)長(zhǎng)的輻射圖。這種類型的天線被稱為“聚酯棒”。
棒40的結(jié)構(gòu)反映了它的名稱“圓筒圓錐天線”。棒40作為波導(dǎo)和它發(fā)射的模式是這樣的，最大的輻射出現(xiàn)在棒40的軸向。按照沒(méi)有示出的一個(gè)變體，棒40是中空的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員非常熟悉生產(chǎn)這種介質(zhì)天線的技術(shù)，所以就不詳細(xì)描述了。
如圖4所示，棒40在圓錐41的底部由與棒40的軸向一致的圓桿44環(huán)繞。桿44穿過(guò)基體31以及由導(dǎo)電材料制成的平行六面體形狀基體45內(nèi)。桿44由導(dǎo)電材料制成，并形成波導(dǎo)，波導(dǎo)壁與基體45接觸。
呈現(xiàn)在基體31的上表面的桿44的上部是打開(kāi)的，而呈現(xiàn)在基體45的桿的下部由金屬板44a閉合，因此，桿形成了諧振腔。桿44顯示了垂直孔徑，允許基片板46穿過(guò)并接收由微帶技術(shù)制成的接收和發(fā)射電路的電磁波。例如，基片形成板46由給定介電常數(shù)的材料如聚四氟乙烯制成。它顯示了上面指向棒40，金屬化的下面形成接地面。它與桿44的導(dǎo)電壁接觸。板46由已知的方式蝕刻在板46的上面的探針供電。本實(shí)施例工作在與第一實(shí)施例相同的方式。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射/接收電磁波的源天線，包括n個(gè)輻射單元的陣列(111到114、301到308)工作在第一頻帶，具有縱向輻射的單元(20、40)工作在第二頻帶，并放置在陣列的中心，陣列和縱向輻射單元基本上具有共同的相位中心，n個(gè)輻射單元對(duì)稱地排列在縱向輻射單元的周圍，其特征在于陣列的每一個(gè)單元(111到114、301到308)由行波類型的輻射單元構(gòu)成。
2.按權(quán)利要求1所述的源天線，其特征在于行波類型的輻射單元是螺旋線器件(111到114、301到308)。
3.按權(quán)利要求2所述的源天線，其特征在于螺旋器件的長(zhǎng)度以這種方式計(jì)算，即，陣列的輻射圖基本上等于所述螺旋器件的輻射圖。
4.按權(quán)利要求2或3所述的源天線，其特征在于排列螺旋器件以形成順序旋轉(zhuǎn)陣列。
5.按權(quán)利要求1到4之一所述的源天線，其特征在于n個(gè)輻射單元的陣列由印刷類型的饋電陣列(L1到L7)激勵(lì)。
6.按權(quán)利要求1到5之一所述的源天線，其特征在于n等于4或等于8。
7.按權(quán)利要求1到4之一所述的源天線，其特征在于縱向輻射單元包括縱向輻射介質(zhì)棒(40)與輻射的軸向一致。
8.按權(quán)利要求1到6之一所述的源天線，其特征在于縱向輻射單元包括螺旋器件(20)與輻射的軸向一致。
9.按權(quán)利要求7或8所述的源天線，其特征在于縱向輻射單元由包括波導(dǎo)的裝置激勵(lì)。
10.按權(quán)利要求1到9之一所述的源天線，其特征在于兩個(gè)頻帶之一用于電磁波的接收，另一個(gè)頻帶用于電磁波的發(fā)射。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)射/接收電磁波的源天線,包括:n個(gè)輻射單元的陣列(1文檔編號(hào)H01Q21/20GK1329404SQ0111871
公開(kāi)日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2001年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月9日
發(fā)明者帕特里斯·伊爾茨林, 讓-弗朗索瓦·平托斯, 阿里·盧齊耶, 弗蘭克·圖多 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司