偏置拋物面天線的製作方法

2023-07-29 18:28:01 2

專利名稱：偏置拋物面天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及主要用於接收微波的拋物面天線。具體地，本發明涉及適於接收衛星 廣播的並具有特別優選的天線增益對噪聲溫度比(G/T)的偏置拋物面天線。
背景技術：
通常，構成偏置拋物面天線的拋物面反射器從與拋物面的旋轉軸線偏置的一部分 中構造出，以這種方式裁剪該部分，使得當從電波的到達方向觀看時孔徑面具有圓形形狀。 在拋物面反射器的焦點位置處，通過固定到拋物面反射器的支撐臂布置初級輻射器。初級輻射器通常關於來自方向範圍的中間方向的電波具有最高的靈敏度。對於來 自拋物面反射器的反射波，來自孔徑面的中心點的反射波具有最高的信號電平。由上可知，在偏置拋物面天線中，初級輻射器通常如下布置使方向範圍的中心軸 (即，通常地接收電功率最小的方向上的軸線)指向點(下文中，稱為孔徑面的中心點)。孔 徑面的中心點是這樣的點當從電波的到達方向(具體地，在拋物面反射器的焦點位置處 待收集的電波的到達方向)觀看拋物面反射器時，穿過孔徑面的中心的軸線在該點處指向 拋物面反射器。換句話說，通常地，關於拋物面反射器布置初級輻射器，使得初級輻射器的波束中 心軸指向拋物面反射器的孔徑面的中心點，因此實現來自拋物面反射器的反射波的高接收 效率，以提高天線增益。然而，依賴於初級輻射器的方向性能，可能出現現象(所謂的溢出)，例如，其中來 自拋物面反射器後面的一些電波沒有由拋物面反射器屏蔽。因此，這些電波直接入射到初 級輻射器上。該溢出是接收噪聲的產生原因。因此，存在著接收噪聲隨著溢出增長而增長 的問題，從而影響接收性能。也就是說，例如，為了提高天線增益，配置初級輻射器，使得初級輻射器的方向性 能之一的方向範圍的大小基本上等於拋物面反射器的口徑張角(具體地，當從焦點處觀看 時，由拋物面反射器的上邊緣和下邊緣形成的角)。接著，如上關於拋物面反射器布置初級 輻射器。在這種情況下，在初級輻射器的方向範圍的最外邊界附近的部分超過了拋物面反 射器的上邊緣。因此，發生了上述的溢出，導致偏置拋物面天線的接收性能下降。如上布置初級輻射器時為何發生溢出的原因如下。拋物面反射器的口徑面的中心 點的位置不同於二等分線在拋物面反射器上指向的點(下文中，稱為口徑張角的中心點) 的位置，該二等分線二等分由分別連接的拋物面反射器在長徑方向上的兩端和拋物面反射 器的焦點的兩條線形成的口徑張角。因此，在向上偏置的拋物面反射器中，口徑面的中心點 位於高於口徑張角的中心點的位置。如圖8A和8B所示，在偏置拋物面天線中，連接拋物面反射器的口徑面的中心點0 和焦點F的線被定義為0F，連接拋物面反射器的下邊緣A和焦點F的線被定義為AF，並且 連接拋物面反射器的上邊緣B和焦點F的線被定義為BF。在該情況下，由線OF和線BF形 成的角β小於由線OF和線AF形成的角a。因此，由二等分口徑張角BFA的線FP指示的口徑張角的中心點P位於低於口徑面的中心點0的位置。因此，如上所述，將初級輻射器的方向範圍設計為等於拋物面反射器的口徑張角 (即，角BFA)。於是，在初級輻射器的方向範圍內在接收電功率最大的方向上的軸線指向口 徑面的中心點0。在該情況下，在方向範圍的外邊界附近的部分超過了拋物面反射器的上 邊緣。因此，雖然能夠提高天線增益，但是將存在天線受到由溢出引起的接收噪聲影響的問 題。衛星天線的總體性能由表示天線增益與噪聲之間比率的天線增益對噪聲溫度比 (G/T)確定。比率越高，性能越好。由於近來高頻放大元件(如HEMT(高電子遷移率晶體 管))的特性的改善，所以已經提供了具有小噪聲係數的變頻器。在這種情況下，為了提供 具有出色的天線增益對噪聲溫度比(G/T)的天線，已經要求不但提高天線增益而且減少由 上述溢出引起的接收噪聲的影響。為了對這種要求做出響應，可以考慮以下方法。即，固定初級輻射器，以便使初級 輻射器的方向範圍基本上等於拋物面反射器的口徑張角(即，角BFA)，並且進一步，使由初 級輻射器的方向範圍的中心軸(即，波束中心軸)和線AF形成的角等於由初級輻射器的波 束中心軸和線BF形成的角。換句話說，將初級輻射器的中心軸配置成指向拋物面反射器的口徑張角的中心點 P。雖然這種方法實現了減少溢出，但是可能出現以下問題。也就是說，因為在拋物面反射 器的上邊緣和下邊緣處的初級輻射器的方向性的亮度分布不一致，所以不可能有效地使用 來自反射器的反射波。因此，可能降低接收增益。為了解決這些問題，通常建議以下配置。S卩，如圖8A和圖8B中所示，在當將拋物 面反射器的口徑面投影到XY平面上時形成的投影圖像中，與X方向和Y方向斜交的方向上 的長度L被設置為大於X方向上和Y方向上的長度r，使得投影圖像具有基本上矩形的形 狀。使用這種配置，能夠在不增加拋物面反射器的長徑尺寸和短徑尺寸的情況下減少溢出。同樣，通常建議以下配置。如圖9A和圖9B中所示，上述拋物面反射器在XY平面 上的投影圖像(具有基本上矩形的形狀)在X方向上的長度被設置為大於投影圖像在Y方 向上的長度。因此，能夠在不增加短徑尺寸的情況下，提高接收增益(例如，參見專利文獻 1)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 第Hl 1-103214號未經審查的日本專利申請公開

發明內容
本發明待解決的技術問題上面提出的偏置拋物面天線使得可能在不增加拋物面反射器的短徑尺寸(通常 是表示天線大小的長度)的情況下，通過將拋物面反射器配置成具有基本上矩形的形狀來 減少溢出。然而，由於拋物面反射器的自身面積變得更大，所以發現以下問題。這些問題是，由於拋物面反射器的面積增大，所以上面提出的偏置拋物面天線相 比於通常商業上可得到的具有相同短徑尺寸的天線，具有更重的重量以及更大的受風面 積。因此，必須加強天線支撐構件和附接支架，由此引起增加偏置拋物面天線成本的問題。而且，從用戶的觀點來看，存在這樣的問題，即當將天線附接到附接對象(如屋頂或 陽臺)時，降低了附接用戶的可操作性。此外，上面提出的偏置拋物面天線具有這樣的問題，即拋物面反射器不具有通常 的橢圓形狀而具有特有形狀。因此，需要為製造反射器重新製造模子以便減少溢出，由此引 起成本增加。而且，如圖9A和圖9B中所示的偏置拋物面天線，拋物面反射器的上邊緣延伸至比 上邊緣B的正常位置高的點C。於是，初級輻射器的方向範圍的中心軸指向點0(在向上延 伸之前的拋物面反射器的口徑面的中心點)，同時保持常規的方向範圍(角BFA)。在該情 況下，藉助延伸的部分C，可能實現減少溢出和提高增益；然而，不能說有效地使用了包括 增大的面積的全部拋物面反射器。對於這方面，考慮以下方法；將初級輻射器的方向範圍擴大到角CFA，以便等於具 有基本上矩形形狀的新形成的拋物面反射器的口徑張角，然後將初級輻射器的方向範圍的 中心軸配置成指向上述點0。然而，這個點0也是新拋物面反射器的口徑張角的中心點。因 此，雖然能夠預期溢出的減少，但是不能夠預期增益的進一步提高，因為不能夠充分地利用 擴大的拋物面反射器的優勢。此外，還應該考慮初級輻射器的方向範圍擴大到角CFA，以便等於具有基本上矩形 形狀的新形成的拋物面反射器的口徑張角。然後將初級輻射器的方向範圍的中心軸配置成 指向口徑張角的新中心點Q，該口徑張角屬於具有基本上矩形形狀的新形成的拋物面反射 器，新中心點Q位於點0的上方。在該情況下，通過充分地利用擴大的拋物面反射器的優勢， 能夠預期接收增益的進一步提高。然而，如上述問題的情況一樣，可能再次出現溢出。也就是說，在上面提出的技術中，通過保持拋物面反射器的至少短徑尺寸，不增加 偏置拋物面天線的外觀尺寸。然而，增加了拋物面反射器的自身面積以減少溢出。如上，沒 有考慮到儘可能有效地使用拋物面反射器。鑑於上述問題做出本發明。本發明的目的是提供偏置拋物面天線，使用該偏置拋 物面天線能夠在不增加與初級輻射器的方向範圍有關的拋物面反射器的面積的情況下減 少溢出。解決問題的方法根據實現上述目標的本發明的第一方面，提供了偏置拋物面天線，所述偏置拋物 面天線包括橢圓拋物面反射器、初級輻射器以及支撐臂，所述橢圓拋物面反射器具有呈從 拋物面中部分地裁切的形狀的鏡面，所述支撐臂支撐所述初級輻射器，以將所述初級輻射 器固定在拋物面反射器的所述鏡面前面的焦點處。將所述初級輻射器固定到所述支撐臂， 使得波束中心軸指向在拋物面反射器的口徑面的中心點和拋物面反射器的口徑張角的中 心點之間的基本上中間的位置，在所述初級輻射器的方向範圍內，在所述波束中心軸處的 接收電功率是最大的。所述口徑面的中心點是在拋物面反射器的所述鏡面上的點，當從在 拋物面反射器的焦點位置處待收集的電波的到達方向觀看拋物面反射器時，穿過口徑面中 心的軸線指示所述口徑面的中心點。所述口徑張角的中心點是在拋物面反射器的所述鏡面 上的點，所述口徑張角的中心點由二等分線指示，所述二等分線二等分由分別連接拋物面 反射器在長徑方向上的兩端和拋物面反射器的所述焦點的兩條線形成的口徑張角。本發明的第二方面是，在根據第一方面的所述偏置拋物面天線中，配置所述初級輻射器的方向性能，使得所述方向範圍基本上等於拋物面反射器的所述口徑張角，並且方 向特性使得在所述方向範圍的邊界和外部處的接收電功率比在所述方向範圍內的最大接 收電功率低設置值。發明效果在根據本發明的偏置拋物面天線的第一方面中，將初級輻射器固定到支撐臂，使 得初級輻射器的波束中心軸指向拋物面反射器的口徑面的中心點和拋物面反射器的口徑 張角的中心點之間的基本上中間的位置。因此，根據本發明的偏置拋物面天線使得可能減少溢出，其中，如在圖8A和圖8B 以及圖9A和圖9B中示出的背景技術的情況中，在與普通拋物面反射器的面積相比不增加 拋物面反射器的面積的情況下，不必要的電波直接入射到初級輻射器。因此，可能提高拋物 面反射器的使用效率。而且，因為能夠減少溢出，所以可能提高偏置拋物面天線的天線增益 對噪聲溫度比(G/T)。通過使初級輻射器的方向範圍的中心軸(波束中心軸)簡單地指向拋物面反射器 的口徑面的中心點和拋物面反射器的口徑張角的中心點之間的基本上中間的位置，根據本 發明的偏置拋物面天線能夠提高天線增益對噪聲溫度比(G/T)。因此，即使使用現有的偏置 拋物面天線，可能容易地並且低成本地改善天線特性。並且，在不改變常規拋物面反射器的尺寸和重量的情況下，能夠構成根據本發明 的偏置拋物面天線。因此，將不會降低用戶的可用性，如附接天線時的可操作性。接下來，在偏置拋物面天線的第二方面中，在初級輻射器的方向性能之中，將方向 範圍配置成基本上等於拋物面反射器的口徑張角。而且，配置方向特性，使得在方向範圍的 邊界和外部處的接收電功率比初級輻射器接收的最大接收電功率低至少設置值。因此，確 保溢出的減少，由此減少了接收噪聲。因此能夠增加偏置拋物面天線的天線增益對噪聲溫 度比(G/T)。為了像上面那樣減少接收噪聲以增加天線增益對噪聲溫度比(G/T)，如在後面說 明的實施方式中描述的那樣，上述的設置值可以設置在IOdB至15dB的範圍內(更優選地 15dB)。


圖IA和圖IB是示出了根據實施方式的偏置拋物面天線的配置的說明性視圖，圖 IA是偏置拋物面天線的整體配置的立體圖，圖IB是示出了初級輻射器的側視圖；圖2A和圖2B是示出了初級輻射器和支撐臂之間的連接部分配置的部分分解側視 圖，圖2A示出了連接前的初級輻射器和支撐臂的狀態，圖2B示出了連接後的初級輻射器和 支撐臂的狀態；圖3A和圖:3B是示出了拋物面反射器和初級輻射器之間的正常位置關係的說明性 視圖，圖3A是在TL平面內垂直獲得的拋物面反射器的剖面圖，圖:3B是當從在拋物面反射 器的焦點位置處待收集的電波的到達方向觀看時拋物面反射器在XY平面內的投影視圖；圖4是示出了初級輻射器的方向性能的特性圖，該初級輻射器構成根據實施方式 的偏置拋物面天線；圖5A和圖5B是示出了在圖3A和圖中示出的正常位置關係中發生的溢出的說明性視圖，圖5A是拋物面反射器在)(Z平面內的剖面圖，圖5B是拋物面反射器投影到XY平 面上的投影視圖；圖6A和圖6B是示出了根據實施方式的拋物面反射器和初級輻射器之間位置關係 的說明性視圖，圖6A是拋物面反射器在TL平面內的剖面圖，圖6B是拋物面反射器投影到 XY平面上的投影視圖；圖7是示出了根據實施方式的偏置拋物面天線的電性能的圖；圖8A和圖8B是示出了常規拋物面反射器的形狀和常規拋物面反射器和初級輻射 器之間的位置關係的說明性視圖，圖8A是拋物面反射器在TL平面內的剖面圖，圖8B是拋 物面反射器投影到XY平面上的投影視圖；以及圖9A和圖9B是示出了常規拋物面反射器的另一形狀和常規拋物面反射器和初級 輻射器之間的位置關係的說明性視圖，圖9A是拋物面反射器在TL平面內的剖面圖，圖9B 是拋物面反射器投影到XY平面上的投影視圖。標號說明1 拋物面反射器，2: 口徑面的投影視圖，3 方向範圍的投影視圖，5、7:延伸部分，6、8:內部部分，A 拋物面反射器的下邊緣，B 拋物面反射器的上邊緣，F:焦點，0: 口徑面的中心點，P: 口徑張角的中心點，R 性能原點，10 支撐臂，20 初級輻射器，22:喇叭，24 外殼部分，25 輸出端，26 主體部分，28 合成樹脂外殼，29:固定部分。執行本發明的最佳模式下面，將參照附圖描述本發明的實施方式。根據本實施方式的偏置拋物面天線是用於接收衛星廣播的天線，其接收從地球同 步衛星發射的廣播電波，並且將接收的信號轉換成預定的中頻帶，以輸出到終端側。如圖IA 和圖IB中所示，偏置拋物面天線包括橢圓拋物面反射器1、支撐臂10以及初級輻射器20。 拋物面反射器1具有呈從拋物面中部分地裁切的形狀的鏡面。支撐臂10具有一端和另一 端，一端固定至拋物面反射器1的背側，並且另一端延伸至拋物面反射器1中的前面(鏡面)的焦點附近。初級輻射器20固定到支撐臂10的另一端，以便被固定到拋物面反射器 1的焦點位置。拋物面反射器1具有已知配置，即拋物面反射器1的鏡面(前面)指向發射廣播電 波的地球同步衛星，並且通過在拋物面反射器1的背側提供的固定夾具(未示出)固定到 在垂直方向上設置的柱等等；因此，前面(鏡面)能夠反射來自地球同步衛星的廣播電波； 所以，在鏡面中的焦點位置處能夠收集廣播電波。初級輻射器20包括變頻器電路。該變頻器電路被配置成將拋物面反射器1收集 的電波的接收信號(具有幾十GHz)下變頻成具有幾個GHz頻率的中頻信號。從初級輻射 器20中，下變頻後的中頻信號被輸出作為接收信號。如圖2A和圖2B中所示，初級輻射器20包括由壓鑄法製造的主體部分26。通過整 體地形成初級輻射器20的喇叭22和容納變頻器電路及其他的外殼部分M來配置主體部 分26。將主體部分沈的外殼部分M配置成容納接收部分和電路板，該接收部分接收來 自喇叭22的入射電波，在該電路板上形成變頻器電路及其他。接收的信號(其頻率由變頻 器電路轉換)從以突出方式自外殼部分M起向下設置的輸出端(F型連接器插座)25輸出。主體部分沈容納在由合成樹脂製成的合成樹脂外殼觀中。合成樹脂外殼觀保 護主體部分26，以便不允許雨水從喇叭22進入外殼部分M內。將支撐臂10配置成由金屬製成的管子。在初級輻射器20的主體部分沈中，在喇 叭22的下面以突出方式設置固定部分四。固定部分四從支撐臂10的末端插入到管子，以 從外面用螺釘旋擰並固定。因此，通過將固定部分四插入支撐臂10內並用螺釘旋擰來固定固定部分四，將初 級輻射器20牢固地固定到支撐臂10，並且因此固定到拋物面反射器1。而且，還將在支撐 臂10的方向範圍內接收強度最大的軸線(換句話說，初級輻射器20的波束中心軸)固定 在預定方向上。因此，初級輻射器20的波束中心軸線指向拋物面反射器1的鏡面的位置由支撐臂 10的末端的位置和固定部分四關於初級輻射器20的主體部分沈的突出角限定。在設計偏置拋物面天線時確定這些參數中的每一個。在常規設計方法中，通常使 以下兩個位置相互一致鏡面上的位置(即，拋物面反射器1的口徑面的中心點)，其由當 從在焦點位置處待收集的電波的到達方向觀看拋物面反射器1時穿過口徑面中心的軸線 指示，以及位置，在該位置處初級輻射器20的波束中軸線指向拋物面反射器1的鏡面。在 該情況下，存在拋物面反射器1的使用效率降低和由溢出引起的接收噪聲增加的問題。因此，在本實施方式中，如下說明那樣設置初級輻射器20的特性和波束中軸線的 方向，由此提高拋物面反射器1的使用效率並減少溢出，因此，提高了偏置拋物面天線的天 線增益對噪聲溫度比(G/T)。下面，將詳細說明根據本實施方式的偏置拋物面天線的設計方法。圖3A和圖;3B是示出了當依照正常設計方法將初級輻射器20固定到拋物面反射 器1的焦點F時，初級輻射器20和拋物面反射器1之間位置關係的說明性視圖。圖3A是 沿穿過初級輻射器的接收點(即，拋物面反射器1的焦點F)的垂直方向，在)(Z平面內獲得 的拋物面反射器1的剖面圖。圖3B是當從在拋物面反射器的焦點F位置處待收集的電波的到達方向觀看時，拋物面反射器1在XY平面內的投影視圖。並且，在上面說明的圖8A和圖8B，圖9A和圖9B，下面說明的圖5A和圖5B以及圖 6A和圖6B中，㈧和⑶分別是像圖3A中那樣的)(Z平面內的剖面圖和像圖;3B中那樣的 XY平面內的投影視圖。如圖;3B中所示，偏置拋物面天線中的拋物面反射器1的鏡面來自於從拋物面的旋 轉軸線起偏置的一部分，以這種方式裁切拋物面反射器，使得當從在焦點F處待收集的電 波的到達方向觀看時，口徑面的投影視圖具有半徑為r的圓形形狀。由穿過半徑為r的圓 的中心的軸線指示的鏡面上的點是拋物面反射器1的口徑面的中心點。在圖3A中，標號A指示拋物面反射器1的下邊緣，並且標號B指示拋物面反射器1 的上邊緣。並且，在圖3A中的標號P指示由二等分線(FP)指示的鏡面上的點(即，拋物面 反射器1的口徑張角的中心點)，該二等分線二等分由線BF和線AF形成的角2 θ (即，拋物 面反射器1的口徑張角)。線BF是連接拋物面反射器1的上邊緣B和焦點F的線。線AF 是連接拋物面反射器1的下邊緣A和焦點F的線。如從圖3Α和圖;3Β中理解的，在構成偏置拋物面天線的拋物面反射器1中，口徑面 的中心點0的位置不同於口徑張角的中心點P的位置。因此，如圖3Α和圖;3Β中所示，在向 上偏置的拋物面反射器1中，口徑面的中心點0位於口徑張角的中心點P的上方。在拋物面反射器具有45釐米的天線有效直徑(短徑尺寸)的情況下，該差值為幾 釐米。然而，該差值的量可能依賴於拋物面反射器1的有效直徑或者偏置角而改變。有效 直徑或者偏置角變得越大，差值變得越大。在拋物面反射器1的焦點F處，經由支撐臂10布置初級輻射器20。通常將初級輻 射器20配置成對於方向範圍內來自中央方向的電波具有最高的靈敏度。通過方向範圍和方向特性表示初級輻射器20的方向性能。初級輻射器20的方向範圍指示方向性的範圍。為了有效地接收來自拋物面反射 器1的反射波，優選的配置是使初級輻射器20的方向範圍基本上等於拋物面反射器1的口 徑張角。這是因為，如果方向範圍大於口徑張角，那麼來自拋物面反射器1後面的電波中 的一些在沒有被拋物面反射器1屏蔽的情況下，直接入射在初級輻射器上，由此導致接收 噪聲。另一方面，如果方向範圍小於口徑張角，那麼不能有效地接收來自拋物面反射器1反 射波。為此，例如，初級輻射器20的方向範圍可被設置為如圖3Α中所示的拋物面反射器 1的口徑張角BFA( = 2 θ )。同樣在本實施方式中，以這種方式設置初級輻射器20的方向 範圍。初級輻射器20的方向特性指示方向性的銳度。在本實施方式中，為了抑制從方向範圍的邊界附近和外部處接收的接收電功率的 影響，配置方向特性使得在方向範圍的邊界和外部處的接收電功率比最大接收電功率低設置值。換句話說，如果在方向範圍的邊界和外部處的屏蔽量很大，那麼能夠使接收噪聲 的影響最小。由上可知，在本實施方式中，如圖4中所示，初級輻射器20的方向範圍被設置為在從作為中心軸的波束起加θ或減θ的範圍內，在該波束處的接收電功率最大。由此，使初 級輻射器20的方向範圍等於拋物面反射器1的口徑張角。因此，設置初級輻射器20的方 向特性，使得在方向範圍的邊界和外部處的接收電功率比最大接收電功率僅低15dB。由上述構成，可能抑制從方向範圍的外部直接進入初級輻射器20的電波和圍繞 拋物面反射器1的邊緣衍射的電波的影響。為了提高如上說明的天線增益，通常固定具有上述方向性能的初級輻射器20，使 得初級輻射器20波束中心軸(S卩，位於接收的電功率最大的位置上的中心軸)指向拋物面 反射器1的口徑面的中心點0。參照圖5A和圖5B詳細說明這種狀態。圖5A和圖5B是使用正常拋物面反射器說 明溢出的視圖。圖5A是拋物面反射器在)(Z平面內的剖面圖。圖5B是拋物面反射器投影 到XY平面上的投影視圖。在圖5A和圖5B中，標號3是在布置初級輻射器20使得波束中心軸指向拋物面反 射器1的口徑面的中心點0的情況下，當從電波的到達方向觀看時，指示初級輻射器20的 方向範圍的投影視圖。投影視圖具有X方向尺寸大於Y方向尺寸的橢圓形形狀。如從這些圖中清楚可見的，配置初級輻射器20使得方向範圍等於拋物面反射器1 的口徑張角BFA。因此，如果使波束中心軸指向口徑面的中心點0，同時保持初級輻射器20 的方向範圍的大小，那麼方向範圍的上邊界超出拋物面反射器1的上邊緣B，由此產生延伸 至點C的延伸部分5。另一方面，方向範圍的下邊界向上超過拋物面反射器1的下邊緣A，由此產生位於 拋物面反射器1內部的部分6。也就是說，當附接初級輻射器20使得初級輻射器20的波束中心軸指向拋物面反 射器1的口徑面的中心點0時，能夠提高接收增益。然而，由於對於延伸部分5不能預期拋 物面反射器1的屏蔽，所以由於在延伸部分5處發生的溢出的原因，增加了接收噪聲。為了更有效地使用反射器，可以延伸初級輻射器20的方向範圍的邊界以便基本 上等於拋物面反射器1的下邊緣A。然而，延伸超過拋物面反射器1的上邊緣B的延伸部分 5也進一步延伸，由此增加了溢出。雖然由天空發出的噪聲小於由地面等產生的來自水平方向等的噪聲，但是由增加 的溢出產生的接收噪聲的影響不是微不足道的。另一方面，當附接初級輻射器20使得初級輻射器20的波束中心軸指向拋物面反 射器1的口徑張角的中心點P時，溢出變得更小。由此，能夠減小接收噪聲的影響。然而， 不能夠期望提高增益。由上可知，本實施方式不僅聚焦於提高天線增益和減少溢出，而且聚焦於天線增 益對噪聲溫度比(G/T)。因此，即使在常規拋物面反射器的情況下，通過最大效率地使用常 規拋物面反射器，本實施方式能夠提供具有極好天線增益對噪聲溫度比(G/T)的偏置拋物 面天線。下文中，參照圖6A、圖6B和圖7詳細說明上述點。圖6A和圖6B是示出了根據本 實施方式的拋物面反射器1和初級輻射器20之間位置關係的說明性視圖。圖6A是拋物面 反射器1在)(Z平面內的剖面圖。圖6B是拋物面反射器1投影到XY平面上的投影視圖。圖 7是示出了根據本實施方式的偏置拋物面天線的電性能的說明性視圖。
在本實施方式中，初級輻射器20的方向性能與圖4中示出的方向性能相同。方向 範圍是2 θ，其等於作為本發明的實施方式的示例示出的拋物面反射器1的口徑張角BFA。 配置方向特性使得在方向範圍的邊界和外部處的接收電功率比最大接收電功率低設置值 (例如，15dB)。圖6A和圖6B中的標號R是指示口徑張角的中心點P和口徑面的中心點0之間的 基本上中間位置的點。這個中間位置可以是位於沿著拋物面反射器1的拋物面的位置處的中間點，或者 可以是連接口徑張角的中心點P和口徑面的中心點0的線的中間點。本實施方式的特徵是初級輻射器20的波束中心軸(方向範圍的中心軸，或者位於 接收電功率最大的位置處的中心軸)指向性能原點以使天線性能最優。性能原點是上面的 點R。在圖6A和圖6B中，標號3示出了投影視圖，其指示了在附接初級輻射器20使得 初級輻射器20的波束中心軸指向拋物面反射器1的性能原點R的情況下當從電波到達的 方向觀看時初級輻射器20的方向範圍。投影視圖具有X方向尺寸大於Y方向尺寸的橢圓 形形狀。在上述狀態中，如圖6A和圖6B中所示，確定方向範圍，使得延伸超過拋物面反射 器1的上邊緣B的延伸部分7比圖5A中示出的部分5更窄，由此減少溢出。同時，位於拋 物面反射器1的下邊緣A內部的部分8比圖5A中示出的部分6更窄，由此允許有效地使用 反射器。也就是說，根據本實施方式，布置具有上面說明的方向性能(換句話說，與常規的 方向性能相同的方向性能)的初級輻射器20使得波束中心軸(位於所接收的電功率最大 的位置處的軸線)指向性能原點R。由此，考慮到所接收的電功率和接收噪聲，拋物面反射 器1能夠被優化以便儘可能有效地利用拋物面反射器1。因此，能夠提供具有非常出色的天 線增益對噪聲溫度比(G/T)的偏置拋物面天線。圖7示出了測量的以證實上述效果的數據。數據示出了當使具有上面說明的方向 性能的初級輻射器20的波束中心軸指向的方向從口徑張角的中心點P移動至口徑面的中 心點0(或朝著相反方向)時，偏置拋物面天線的多個性能特徵的變化。在本實施方式中，測量下面三個參數作為偏置拋物面天線的多個性能天線增益 (dB)、天線噪聲溫度(K)以及天線增益對噪聲溫度比(G/T( = dB/K))。天線噪聲溫度(K) 指示噪聲水平，噪聲包括可能在地面、天空等處產生的接收噪聲和空間噪聲的多餘電波。根據數據，當初級輻射器20的波束中心軸指向口徑張角的中心點P時，來自拋物 面反射器1後面的接收噪聲由拋物面反射器1屏蔽。因此，在多個性能之中，天線噪聲溫度 示出了基本上最小值。當初級輻射器20的波束中心軸以點P為中心向上和向下移動時，各 自的天線噪聲溫度開始降低。同樣，由於初級輻射器20的波束中心軸不指向初級輻射器20有效地接收反射波 的方向，所以天線增益不展示最大值。下面，當初級輻射器20的波束中心軸從口徑張角的中心點P逐漸向上翹起至口徑 面的中心點0時，圍繞初級輻射器20的方向範圍的外部邊界的部分逐漸向上延伸超過拋物 面反射器1的上邊緣B。因此，屏蔽來自拋物面反射器1後面的接收噪聲中的一些變得不可能，由此導致天線噪聲溫度逐漸增加。然而，由於初級輻射器20逐漸地以良好的效率接收反射波變得可能，因此天線增 益逐漸地提高。當初級輻射器20的波束中心軸指向口徑面的中心點0時，初級輻射器20有效地 接收反射波變得可能。由此，天線增益展示基本上最大值。當波束中心軸進一步向上指向時，天線增益迅速地降低。下面，焦點轉向天線增益對噪聲溫度比(G/T)。當初級輻射器20的波束中心軸從口徑張角的中心點P起朝著口徑面的中心點0 逐漸翹起，發現天線增益對噪聲溫度比(G/T)首先逐漸提高，然後逐漸降低。更具體地，發現當初級輻射器20的波束中心軸指向性能原點R附近(包括性能原 點R)時，天線增益對噪聲溫度比(G/T)展示最大值。性能原點R是口徑張角的中心點P和 口徑面的中心點0之間的基本上中間的位置。基於上述實驗結果，發現當初級輻射器20的波束中心軸指向上面說明的位置時， 與其他情況相比，天線增益對噪聲溫度比(G/T)提高約0. 5dB到ldB。也就是說，根據本實施方式的偏置拋物面天線，提供最適合的方法來構成天線是 可能的，該天線通過以下配置允許有效使用拋物面反射器1 初級輻射器20的波束中心軸 (具體地，在初級輻射器20的方向範圍中接收的電功率最大的位置處(通常是方向範圍的 中心)的中心軸)指向性能原點R ；性能原點R是在拋物面反射器1的口徑面的中心點0和 拋物面反射器1的口徑張角的中心點P之間的基本上中間的位置。而且，還可能容易地且 低成本地提供具有出色的天線增益對噪聲溫度比(G/T)的偏置拋物面天線。如上所述，優化的方法是簡單的。因此，即使在已經商業化的天線的情況下，通過 簡單地使現有的初級輻射器20的波束中心軸指向使用中的拋物面反射器1的性能原點R， 能夠實現天線增益對噪聲溫度比(G/T)的提高。因此，甚至現有產品能夠容易且低成本地 關於產品特徵而提高。而且，能夠在不改變常規天線的尺寸和重量的情況下配置根據本實施方式的偏置 拋物面天線。因此，在不顯著地改變用戶可用性的情況下，能夠實現具有出色的天線增益對 噪聲溫度比(G/T)的偏置拋物面天線。如上，可能提供用於拋物面反射器和初級輻射器20 的非常實用的優化方法。此外，在根據本實施方式的偏置拋物面天線中，在初級輻射器20的方向性能之 中，將方向範圍配置為基本上等於拋物面反射器1的口徑張角。而且，配置方向特性使得在 方向範圍的邊界和外部處的接收電功率比初級輻射器20接收的最大接收電功率低至少設 置值。如上，可能抑制來自拋物面反射器1後面的電波中的一些直接入射到初級輻射器20 上的現象(即，溢出)，由此減少由溢出導致的接收噪聲。因此，可能提供具有特別出色的天 線增益對噪聲溫度比(G/T)的不受接收噪聲影響的偏置拋物面天線。本發明不限於上面的實施方式。如下所示，只要不偏離本發明的精神，通過適當地 修改每個部分中的配置可以實施本發明。配置根據上面實施方式的初級輻射器20的方向性能，使得方向範圍基本上等於 拋物面反射器1的口徑張角。而且，配置方向特性使得在方向範圍的邊界和外部處的接收 電功率比初級輻射器20接收的最大接收電功率低設置值。雖然如上所述設置值被優選地設置為15dB，但是該設置值可以在某種程度上高於15dB，並且考慮到大規模生產力可以在 IOdB至15dB的範圍內。上面的實施方式描述了初級輻射器20的波束中心軸指向性能原點R的構成示例。 然而，波束中心軸可以指向，例如，具有性能原點R作為中心的預定大小範圍(例如，具有約 5mm半徑的圓形圖)內的任意點。通過如上構成，製造具有高尺寸精度的零件變得不必要，並且能夠減少裝配步驟 數量。因此，當保持優選的天線增益對噪聲溫度比(G/T)時，能夠實現產品成本的降低。另外，上面的實施方式描述了軸線處於以下位置，在該位置處，在初級輻射器20 的預定方向範圍內的接收電功率最大或者初級輻射器20的波束中心軸指向性能原點R。性 能原點R在拋物面反射器1的口徑面的中心點0和拋物面反射器1的口徑張角的中心點P 之間的基本上中間的位置。然而，如上面的數據所指示的，口徑面的中心點0可以由「天線 增益最大處的點」替換，並且口徑張角的中心點P可以由「天線噪聲溫度最小處的點」替換。也就是說，可以描述，將初級輻射器20固定到支撐臂10，使得處於在預定方向範 圍內的接收電功率的位置上的軸線指向性能原點R，性能原點R是在「增益最大處的點」和 「天線噪聲溫度最小處的點」之間的基本上中間的位置。而且，在拋物面反射器的口徑面的投影圖像具有圓形形狀的橢圓反射器情況下， 說明了上面實施方式。然而，本發明不限於上述實施方式。例如，只要天線使用了包含偏 置拋物面天線的拋物面的反射器，那麼天線可以是口徑面的投影圖像不具有圓形形狀的天 線。上述實施方式描述了與用於接收衛星廣播的偏置拋物面天線對應的示例。然而， 本發明不限於這個實施方式，並且可以應用於用於發射的偏置拋物面天線。由此，能夠提供效率更高的天線。
權利要求
1.一種偏置拋物面天線，包括橢圓拋物面反射器，具有呈從拋物面中部分地裁切的形狀的鏡面； 初級輻射器；以及支撐臂，支撐所述初級輻射器，以將所述初級輻射器固定在所述拋物面反射器的焦點處，其中，將所述初級輻射器固定到所述支撐臂，使得波束中心軸指向所述拋物面反射器 的口徑面的中心點和所述拋物面反射器的口徑張角的中心點之間的基本上中間的位置，在 所述初級輻射器的方向範圍內，在所述波束中心軸處的接收的電功率是最大的，所述口徑 面的中心點是在所述拋物面反射器的所述鏡面上的點，當從在所述拋物面反射器的所述焦 點位置處待收集電波的到達方向觀看所述拋物面反射器時，穿過所述口徑面中心的軸線指 示所述口徑面的中心點，並且所述口徑張角的中心點是在所述拋物面反射器的所述鏡面上 的點，所述口徑張角的中心點由二等分線指示，所述二等分線二等分由分別連接所述拋物 面反射器在長徑方向上的兩端和所述拋物面反射器的所述焦點的兩條線形成的口徑張角。
2.如權利要求1所述的偏置拋物面天線，其中，所述初級輻射器的方向性能被配置為使得所述方向範圍基本上等於所述拋物面反射 器的所述口徑張角，以及方向特性使得在所述方向範圍的邊界和外部處的接收電功率比在所述方向範圍內的 最大接收電功率低設置值。
全文摘要
偏置拋物面天線包括具有橢圓拋物面反射器、初級輻射器以及支撐臂，橢圓拋物面反射器具有呈從拋物面中部分地裁切的形狀的鏡面，支撐臂支撐初級輻射器，以將初級輻射器固定在拋物面反射器的焦點處。將初級輻射器固定到支撐臂，使得波束中心軸指向拋物面反射器的口徑面的中心點和拋物面反射器的口徑張角的中心點之間的基本上中間的位置，在初級輻射器的方向範圍內，在波束中心軸處接收的電功率是最大的。口徑面的中心點是拋物面反射器的鏡面上的點，當從在拋物面反射器的焦點位置處待收集的電波的到達方向觀看拋物面反射器時，穿過口徑面中心的軸線指示口徑面的中心點。口徑張角的中心點是在拋物面反射器的鏡面上的點，口徑張角的中心點由二等分線指示，二等分線二線等分由分別連接拋物面反射器在長徑方向上的兩端和拋物面反射器的焦點的兩條線形成的口徑張角。
文檔編號H01Q15/16GK102138253SQ20098011442
公開日2011年7月27日 申請日期2009年4月23日 優先權日2008年4月23日
發明者中根親彥, 松原寬至 申請人:馬斯普羅電工株式會社