專利名稱：具有輻射孔的源天線的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由輻射孔，尤其是喇叭狀的輻射孔組成的源天線。本發(fā)明還涉及包括依照本發(fā)明的源天線的天線結(jié)構(gòu)，與均勻透鏡型的聚焦系統(tǒng)有關(guān)。
背景技術(shù)：
在低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的情況下，拋物面型聚焦系統(tǒng)的使用并不令人滿意。特別地，為了確保在其軌道上對非同步衛(wèi)星的持續(xù)跟蹤，并且為了避免所述衛(wèi)星與地面天線不再成筆直的瞄準線時通信中斷，至少在由一個衛(wèi)星切換到另一個衛(wèi)星期間，所述地面天線必須具有兩個分離的波束。此外，必須確保波束的角度覆蓋范圍達到一個很寬的區(qū)域。
為了解決這些問題，可以使用欏勃透鏡型聚焦系統(tǒng)，利用其球面對稱性，通過對透鏡焦面上發(fā)射/接收源的簡單移位，從而可以在寬角度的扇區(qū)上觀察多個波束和衛(wèi)星的跟蹤。然而，應用欏勃透鏡的實施例是復雜而昂貴的。因此，代替欏勃透鏡，可以設(shè)想使用均勻球面透鏡。
均勻透鏡具有較低的制造成本。然而，它不能讓入射的平面波得到極佳的焦距。特別地，注意到焦面水平的層次上有像差現(xiàn)象。在均勻透鏡的情況下，不再像在由拋物面或欏勃透鏡構(gòu)成的聚焦系統(tǒng)中那樣將其稱為焦點，而是焦斑，聚焦區(qū)域被擴大了。
因此，均勻透鏡的聚焦缺陷導致相關(guān)的主源天線的設(shè)計限制更加復雜。因此，與均勻透鏡相關(guān)的源天線的主要功能是為了盡可能好地考慮并補償由該有缺陷的聚焦系統(tǒng)引入的相位和幅度的失真。
因而，Robieux定理的應用可以表現(xiàn)出在源天線和聚焦系統(tǒng)的電場E和磁場H相互共軛時，包括主源天線的天線系統(tǒng)和其相關(guān)的聚焦系統(tǒng)的效率是最佳的。因此在源天線的孔中，這些場的分布必須在幅度方面與聚焦系統(tǒng)是一致的，并且其相位響應必須是反相的。
因此，本發(fā)明涉及一種源天線，其可以在輻射孔中得到場分布，并且使該場盡可能好地與由聚焦系統(tǒng)產(chǎn)生的場重疊。當聚焦系統(tǒng)是一個拋物面型的系統(tǒng)時，源天線常用的解決方案是喇叭。然而，在例如喇叭形天線的源天線的情況下，這種方法主要用來確保E和H的平面對稱，該技術(shù)在于喇叭形天線內(nèi)部或外部添加橫向或縱向波紋或者波皺，從而在喇叭形天線的孔的層次上，調(diào)整電磁場的形態(tài)分布。實際上，所述波皺在波皺的層次上，引入更高的混合模式到引導結(jié)構(gòu)中，該波脊使喇叭形天線的孔中的相位和幅度響應能夠協(xié)調(diào)。
因此，當聚焦系統(tǒng)是均勻透鏡時，聚焦效果沒有傳統(tǒng)的拋物面型聚焦系統(tǒng)的輸出處有效，這轉(zhuǎn)化為得到更大擴展的聚焦區(qū)域。因此，起皺的喇叭天線在均勻透鏡型聚焦系統(tǒng)的情況下，不會構(gòu)成最好的解決方案。
從而，本發(fā)明披露了由輻射孔構(gòu)成的源天線的另一解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，天線由內(nèi)部設(shè)有介電插入件的輻射孔型源天線構(gòu)成。介電插入件的使用能夠1)建立對稱的相位響應，特別是在根據(jù)本發(fā)明，該插入件沿著該孔的橫向截面呈橢圓形的情況下，2)通過變換介電插入件的位置和縱向的輪廓，使源天線的相位和幅度響應適應均勻透鏡的相位和幅度響應。特別是，插入件沿著孔的輻射Oz軸方向的截面呈凹入或凸出狀。這種特殊的形狀將修改光路徑，從而修改了輻射孔內(nèi)的相位響應和幅度分布。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述輻射孔由喇叭天線構(gòu)成。
根據(jù)第一實施例，所述喇叭形天線由一塊合成材料制成的泡沫形成，其外表面經(jīng)過金屬化，所述的塊形成內(nèi)部凹槽以接納插入件。
根據(jù)另一實施例，喇叭形天線由一塊向內(nèi)凹進的合成材料制成的泡沫并且將內(nèi)外表面進行金屬處理。
本申請還涉及一種天線結(jié)構(gòu)，包括如上所述的源天線，所述源天線與均勻透鏡型的聚焦系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在閱讀下面給出的各種實施例的說明中變得更明顯，該描述將參照附圖進行，其中圖1分別示出了設(shè)置有介電插入件的喇叭型源的橫向和縱向截面的視圖。
圖2示出了喇叭形天線不具有插入件和具有插入件的情況下的相位圖。
圖3是插入件的幾何形狀的示意正視圖和側(cè)視圖。
圖4是給出了單獨的喇叭形天線和具有插入件的喇叭形天線的E場沿透鏡的 軸方向的幅度的曲線。
圖5A和5B是在E場和H場的相位沿 軸方向的情況下，與圖4相同的曲線。
圖6示出了不具有插入件的喇叭形源天線在E和H平面上的輻射圖。
圖7示出了具有插入件的喇叭形源天線在E和H平面上的輻射圖。
圖8表示16GHz下的各種輻射圖。
圖9是喇叭形天線的第一實施例的示意圖。
圖10是喇叭形天線的第二實施例的示意圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置有插入件的喇叭形天線的實施例的截面圖。
圖12是第二實施例的與圖11相同的截面圖，和圖13是第三實施例的與圖11和12相同的截面圖。
具體實施例方式
為了簡化圖中的描述，相同的組件由相同的參考符號表示。
根據(jù)本發(fā)明的源天線的實施例將首先參照圖1至8進行描述。在這種情況下，如圖1所示，形成源天線的輻射孔由一端呈圓柱形1a的輻射材料制成的喇叭形天線1組成，該圓柱形1a逐漸張開至它的孔1b。
根據(jù)本發(fā)明，在喇叭形天線1內(nèi)部安裝有由介電材料制成的插入件2。
可以用到的材料是商業(yè)名如下的材料Eccostock Lok介電常數(shù)1.7，損耗角正切0.004Eccostock SH-14介電常數(shù)1.25損耗角正切0.005一般習慣上，任何介電常數(shù)＞1并且損耗角正切低到足以將介電損耗降到最低的介電材料都可以使用，這種材料一般是可加工或可模壓的。
正如圖1的橫截面中清楚地描述的，介電插入件2的橢圓形正視圖。實際上，插入件的形狀在圖3中有更加詳細的表示。圖3的左側(cè)示出了插入件2的橢圓形面，而右側(cè)是輪廓圖，并且示出了根據(jù)其縱向輪廓，插入件2具有凹進的外形。圖3中所給出的插入件的尺寸將在隨后的仿真中使用。
介電插入件的作用在圖2中表示，其分別在喇叭形天線不具有插入件(左手圖)和喇叭形天線具有橢圓形介電插入件(右手圖)的情況下，給出在沿Ox軸方向線性極化的傳統(tǒng)喇叭形天線的孔中獲得相位圖。正如圖中清楚顯示地那樣，橢圓形插入件的添加能夠使喇叭形天線的孔中的相位響應對稱。這在輻射圖的層次上轉(zhuǎn)變?yōu)镋和H平面上的對稱化。
此外，介電插入件的幾何形狀對獲得這種對稱化很重要。插入件的橢圓形特性對確保相位響應的對稱化來說是必須的，不帶插入件的喇叭形天線的相位不對稱越大，則橢圓形輪廓就越明顯。
此外，如圖3中所示，略微凹入的插入件的縱向輪廓以及插入件在喇叭形天線內(nèi)部的定位是能夠以最優(yōu)方式相對于給定透鏡的所需響應來適配相位和幅度響應的兩個參數(shù)。插入件沿Oz軸的定位大大影響到幅度的校正，凹入的輪廓讓中間和邊緣射線的相移得到降低。
正如圖1描述的，將橢圓形插入件插入到如圖1所示的喇叭形天線獲得的結(jié)果已經(jīng)在通過12GHz、沿Ox軸線性極化作用激發(fā)的喇叭形天線的基礎(chǔ)上，使用商業(yè)名稱為“Feko”的程序而被驗證。為了確保介電常數(shù)1.5并且直徑30cm的均勻介電透鏡的亮度，已經(jīng)確定喇叭形天線的尺寸。該喇叭形天線在頂部中心輻射孔的層次上表現(xiàn)為平面直徑有4cm，并且插入件具有圖3所給出的尺寸，也就是橢圓的長軸為14mm，短軸為7mm，并且兩凹入部分之間的深度為18mm，介電常數(shù)為1.4。仿真的結(jié)果由不同的曲線4、5A、5B、6、7和8給出。圖4、5A和5B的曲線是E場沿Ox軸方向的幅度或者沿相同方向的E場相位和H場相位的曲線。當分別針對透鏡，喇叭形天線單獨存在和喇叭形天線加上插入件，比較各種曲線時，可以看出，介電插入件的添加使得可以在焦斑的層次上，使喇叭形天線中存在的出射場(exit field)分布適應透鏡的出射場分布，在相位和幅度方面也是這樣。
此外，正如圖6和7所示的那樣，相位響應的對稱化轉(zhuǎn)化為輻射圖的顯著改善，在圖6中描述了喇叭形天線不具有插入件的輻射圖的情況，在圖7中描述了喇叭形天線具有插入件的輻射圖的情況。在這些圖中，可以看出橢圓形插入件使E和H平面中的響應對稱化成為可能，同時使降低旁瓣水平成為可能。
因此，象圖8中描述的那樣，插入件提供顯著改善的同時大幅降低了旁瓣，這使得可以實現(xiàn)寬頻帶操作。
現(xiàn)在，將參照附圖9至13對喇叭型源天線的各種實施例以及本發(fā)明的各種實施例加以說明。
如圖9所述，喇叭形天線可以由泡沫塊10構(gòu)成，泡沫塊10向內(nèi)凹陷，并且具有外部金屬化層11和內(nèi)部金屬化層12，喇叭形天線內(nèi)部充滿空氣。在這種情況下，浮動插入件可以固定在喇叭形天線內(nèi)部的凹槽中，但沒有在圖9中示出。
圖10所示的是喇叭形天線使用泡沫技術(shù)的另一個實施例。在這種情況下，喇叭形天線由合成材料制的固體泡沫塊構(gòu)成，所述合成材料成型為具有向外延伸展開的圓柱部分。在這種情況下，泡沫塊20的外表面被金屬化以制成源天線。
泡沫喇叭形天線可以由下述商名的材料制成Rohacell 71介電常數(shù)1.09，損耗角正切0.0038或，
Eccostock PP介電常數(shù)從1.03至1.1，損耗角正切0.0002。
如參照圖10所描述的，現(xiàn)在將參照圖11、12和13說明在喇叭形天線由金屬化的泡沫塊構(gòu)成的情況下，喇叭形天線的各種可選的實施例。
在圖11的情況下，泡沫塊30在其外表面上容納金屬化層31。此外，喇叭形天線30的有孔一側(cè)設(shè)置有凹入形的轉(zhuǎn)角(nook)32，使介電材料制成的插入件33的插入成為參照圖3所述類型的形狀。該插入件具有略微凹入的輪廓，從而可以使邊緣射線相對于中間射線的相移減小。
在圖12中描述的是一個類似于圖11中喇叭形天線的喇叭形天線40。該喇叭形天線在其外表面上設(shè)置有金屬化層41并且在其孔的平面具有轉(zhuǎn)角42，可以實現(xiàn)介電插入件43的插入。然而，在該實施例中，插入件43具有凸起型的輪廓，相反地，使邊緣射線相對于中間射線的相移增加。
圖13表示的是由泡沫塊50構(gòu)成的喇叭形天線的另一個實施例，在其外表面上涂有金屬涂層51。在這種情況下，多個介電插入件53A和53B用于使E和H平面上的響應對稱化。如圖13所示，泡沫塊50包括中間轉(zhuǎn)角52A，用于容納由介電材料制成的第一中間插入件53A；和圓形凹槽52B，用于容納環(huán)形槽53B形成的插入件。在這種情況下，中間插入件能夠在焦斑中心平面上進行校正，同時在外圍表現(xiàn)為圓環(huán)形形狀的插入件能夠在輻射孔的外圍平面上，適配場的分布狀態(tài)。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然，上述實施例僅僅是可以按照很多方式進行修改的幾個例子。尤其是，輻射孔的幾何形狀不僅僅局限于圖中所示的喇叭形。它也可以具有其他形狀，特別是，錐形喇叭形或輻射孔表現(xiàn)為已知的其他形狀。同樣的，介電材料的插入件也可以具有與上述形狀不同的其他形狀。尤其是，橢圓形可以被改為圓形，并且輪廓可以具有凹入或凸起形狀不同的形狀。
權(quán)利要求
1.由輻射孔構(gòu)成的源天線，其特征在于所述源天線包括至少一個由介電材料制成的插入件(2)，該插入件(2)浮動地安裝在輻射孔(1)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的源天線，其特征在于，插入件沿所述孔的橫截面呈橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的源天線，其特征在于，所述插入件沿所述孔的輻射軸(Oz)方向的截面呈凹入或凸出狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的源天線，其特征在于，所述插入件定位在該孔內(nèi)部沿孔的輻射軸(Oz)方向上，具有按需要的幅度校正的功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的源天線，其特征在于，所述輻射孔由喇叭形天線構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的源天線，其特征在于，所述喇叭形天線由合成材料制成的泡沫塊構(gòu)成，其外表面經(jīng)過金屬化，所述塊具有內(nèi)部凹槽，用于容納所述插入件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的源天線，其特征在于，所述喇叭形天線由向內(nèi)凹陷的合成材料制成的泡沫塊構(gòu)成，所述材料外表面和內(nèi)表面經(jīng)過金屬化。
8.包括根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的源天線的天線結(jié)構(gòu)，所述源天線與均勻透鏡型的聚焦系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及由輻射孔1構(gòu)成的源天線，其包括至少一個由介電材料制成的插入件2，所述插入件浮動地安裝在輻射孔的內(nèi)部。
文檔編號H01Q19/10GK1612413SQ20041009599
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者阿里·盧齊耶, 讓-弗朗索瓦·平托斯, 菲利普·尚貝寧, 弗洛朗·阿韋蒂, 多米尼克·洛希里通, 科琳娜·尼古拉, 克里斯蒂安·佩爾松, 讓-菲利普·庫佩, 加布里埃勒·蘭德拉克 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司