具有螺旋天線陣列和波導的平面天線的製作方法
2023-12-08 18:19:16 2
專利名稱：具有螺旋天線陣列和波導的平面天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於接收直接廣播衛星(DBS)電視信號的平面天線，並且更特別涉及一種能夠提供增強孔徑效率、改進圓極化強度和增加產品適應性的改進平面天線。
接收來自衛星的大約12GHz載波頻率的直接廣播信號需要一個具有高增益和低軸比的圓極化天線。最近，已經提出了各種類型的平面天線用於這個頻率範圍的DBS接收。該平面天線由一個天線單元的陣列構成，每個天線單元都能接收12GHz信號。由於構成陣列的這些天線單元必須能夠接收短波，例如大約2.5cm的信號，因此，它們必須是小尺寸和需要大量的這種天線單元，以便對滿意的電視圖象提供足夠的能量。
在美國專利4，680，591和4，907，012中描述了兩種平面天線，每個平面天線包括一個具有探針的螺旋天線單元的陣列、探針位於呈矩形截面的普通諧振腔內。該諧振腔用於組合來自各單元具有低損耗的所有輸出。更具體地說，在美國專利4，907，012中，在天線中提供有四個向內突出的支襯，其中，每個支襯被設置在沿腔側邊的中間，以激勵形成不同模式的駐波，從而改進了天線陣的頻率特性。
然而，由於這些天線使用諧振腔以組合來自各單元的輸出形成駐波，各天線單元就必須精確地排列，因而將降低產品適應性。
因此，本發明的主要目的是提供一種改進的平面天線，通過使用波導和一個螺旋天線單元的陣列，它能夠提供較高的孔徑效率、改進圓極化強度和增加產品適應性。
根據本發明提供的一種用於接收來自衛星的直接廣播信號的天線，包括一個裝有一個頂、一個底、一對水平連續邊和一對垂直連續邊的天線波導，並且，上述天線波導包括一個主饋波導和一組M個副饋波導，M為整數，其中每個副饋波導具有一對邊和二個端，各副饋波導相互以邊靠邊被設置，最外副饋波導之一具有所述天線波導的垂直連續邊對之一作為它的邊之一，每個副饋波導通過在其一端的孔耦合到主饋波導，並且，在另一端與所述天線波導的水平連續邊對之一相鄰接，每個副饋波導的孔被設置在每個副饋波導的同一端，和鄰接每個副饋波導的該端被設置在每個副饋波導的同一端，因而，將主饋波導限制到沒有被一組M個副饋波導佔據的所述天線波導的位置;一個M×N螺旋天線單元的陣列，N為整數，每個螺旋天線單元包括一個螺旋天線和一個與其相連的探針，並且通過所述天線波導的頂壓入副饋波導之一，其中M個副饋波導的每一個設置有N個螺旋天線單元，從而形成了M×N螺旋天線單元的陣列，每個螺旋天線相對於垂直方向上它的一個或二個最近鄰接的螺旋天線的相位差為90°，相對於水平方向上它的一個或二個最近鄰接的螺旋天線的相位差為180°，壓入每個副饋波導的每個探針的長度根據預定的以它離開位於該端的孔逐漸增加，和每個副饋波導的孔根據預定的以它離開副饋波導逐漸變窄，副饋波導具有作為它的一個邊的上述波導的垂直連續邊對之一;一組M個電感柱與每個副饋波導聯結，每個電感柱被耦合到每個孔，並位於主饋波導中;一個包括天線罩和保護層的蓋，完全封閉了包含螺旋天線單元陣列的所述波導的頂表面;和一個與主饋波導耦合的輸出裝置，用於從那裡輸出信號。
本發明上述和另一個目的和特徵從下面結合附圖的優選實施例的描述中將變得明顯了。其中，
圖1表示根據本發明的平面天線的透視圖;
圖2說明根據圖1所示的A-A線的剖面圖，其中部為簡明起見而被省略;
圖3為圖1所示的天線的平面圖，表示天線波導和螺旋天線單元的結構;和圖4描繪了根據圖3所示的B-B線所取的部分剖面圖;
本發明提供一種改進的平面天線，包括一個波導和一個M×N螺旋天線單元的陣列。該波導包括主饋波導和一組M個副饋波導，其中M個副饋波導的每一個設置有N個螺旋天線單元，每個副饋波導通過一個孔耦合到主饋波導，以致在每個副饋波導中從N螺旋天線單元所接收的信號在主饋波導被組合。
在圖1中所示的天線組件100包括一個天線波導200、一個完全封閉天線波導200的頂表面的蓋300和一個輸出探針400。
根據本發明的一個優選實施例提供的一個天線波導200包括一個主饋波導20、9個副饋波導11到19，和12×9螺旋天線單元，每一個副饋波導具有12個螺旋天線單元。
天線組件100被設計成特別適合於接收供普通DBS網絡使用的格式信號，以致天線組件100具有多個螺旋天線單元31到39，用於接收圓極化信號，並且天線波導200用於傳送所接收的信號。
一個從螺旋天線單元31到39所接收的信號通過天線波導200耦合到輸出探針400，通過輸出探針400將接收的信號耦合到接收機(未表示)。
參照圖2，它表示了按照圖1所示的A-A線所取的天線組件100的剖面圖。天線波導200由頂板210、底板220、側壁230和240所限定。每個螺旋天線單元34包括具有例如兩圈的螺旋部分41和與其連結的探針42，探針42位於副饋波導例如14內。壓入例如14的每個探針42的長度為H1。壓入副饋波導14的每個探針42的長度H1按在探針與位於副饋波導14的右端的孔44之間距離的增加而逐漸增加。用這種方法，在所有螺旋天線單元34和副饋波導14之間提供一個均勻電耦合，以致被螺旋天線單元34接收的所有電場信號分量均勻地傳送到副饋波導14。副饋波導14被導電襯54和孔44所限定，導電襯54由例如在由絕緣材料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物樹脂(ABS)製成的板210、220、230的內表面上的鋁合金、銅、金、鎳或銀製成。副饋波導14的高度優選為9.525mm。
為了在副饋波導14的頂板210上牢固地安裝螺旋天線單元34，每個螺旋天線單元34，在狹窄部分中間的螺旋部分41和探針42被強迫裝到副饋波導14的頂板210的襯套43。雖然襯套43緊緊夾住螺旋天線單元34的狹窄位置足以防止在正常使用期間的移動，而螺旋天線單元34在相對於襯套43的兩個方向上都能滑動，以允許波導14的調節。
副饋波導14通過孔44耦合到圖1所示的主饋波導20，它被在電絕緣材料例如ABS樹脂製成的板210、220和240的內表面(測量寬度W1為19.05mm和高度H3為9.525mm)上的導電襯21(例如鋁合金、銅、金、鎳或銀)和孔44所限定。主饋波導20用於組合來自副饋波導11至19的所有輸出。主饋波導20也包括一個從底板220延伸到頂板210的電感柱60。電感柱60用於在主饋波導20和副饋波導14之間的阻抗匹配，從而有效地減少了在它們耦合部分的反射輻射能量。
螺旋天線單元34被蓋300所覆蓋，蓋300包括天線罩310和聚苯乙烯泡沫層320。聚苯乙烯泡沫層320封閉了螺旋天線單元34，以便提供支撐和使損壞風險率到最小。聚苯乙烯泡沫層320是一種極低介電常數和低射頻損耗的材料，以致它的存在對天線信號接收性能有微小的影響。天線罩310由防水塑料材料例如ABS樹脂製成，以防止吸水。
參照圖3，表示了除去蓋300的天線組件100的平面圖。如圖2所示，波導200設置有底板220、頂板210和由一對水平連續板240和260與一對垂直連續板230和250組成的四個側板230、240、250和260。當平行於底板220切割時，天線波導220具有一個橫截面，除了向內突出的輸出探針部分290被板270和280限定外，橫截面的形狀基本上呈矩形。天線波導200包括主饋波導20和9個副饋波導11到19，每個副饋波導都具有固定長度L1和固定寬度W1。每個副饋波導12被一對側板71、72、260和孔44所限定。副饋波導11具有作為它側表面之一的波導200的水平連續板230。每個副饋波導11到19通過孔44耦合到主饋波導20。
副饋波導11到19設置有相同數目螺旋天線單元。每個螺旋天線相對於縱向方向上它的一個或兩個最近鄰接螺旋天線的相位差為90°，和相對於水平方向上它的五個最近鄰接螺旋天線的相位差為180°。每個副饋波導11到19的孔44根據標準的以它離於側壁230逐漸變窄。
一組9個電感柱60位於主饋波導20中，每一個電感柱60被耦合到它的各自的孔。在距離和其孔寬度之間的關係被大致確定後，每個電感柱60和相應的孔之間距離隨其相應的孔寬度而增加。在這個方法中提供了良好的阻抗匹配，從而大大減小了在主饋波導20和副饋波導11到19之間耦合部分的反射輻射能量。
如上所述，從多個螺旋天線單元接收的輻射信號耦合到每個副饋波導11到19和從副饋波導11到19的輸出通過電感柱60在主饋波導20處組合。
參照圖4，表示了按照圖3所示的B-B線所取的天線組件100的剖面圖，普通的低噪聲塊下變頻器(LNB)電路80位於頂板210的端部和由側板240和頂板270支承，它能夠使高頻信號成低頻信號。用於從主饋波導20輸出組合信號的輸出探針400直接耦合到LNB電路80，並且通過底板220向下延伸以便連接到接收機。LNB電路80的輸入探針81通過頂板210位於主饋波導中，在這個方法中，來自主波導的組合信號通過LNB電路80耦合到天線的輸出探針400，以便把接收信號送到具有正確相位關係的電視接收機。
本發明僅僅對於某些優選實施例已經進行公開，而其它的改型和變型也都沒有脫離本發明在下列權利要求中所規定的範圍。
權利要求
1.一種用於接收來自衛星的直接廣播信號的天線，包括一個裝有一個頂、一個底、一對水平連續邊和一對垂直連續邊的天線波導，並且，所述天線波導包括一個主饋波導和一組M個副饋波導，M為整數，其中每個副饋波導具有一對邊和二個端，副饋波導相互以邊靠邊被放置，最外副饋波導之一具有作為它一個邊的波導的垂直連續邊對之一，每個副饋波導通過位於其一端的孔耦合到主饋波導，並且在另一端與所述天線波導的水平連續邊對之一相鄰接，每個副饋波導的孔被設置在每個副饋波導的同一端，並且聯接每個副饋波導的該端被設置在每個副饋波導的同一端，從而將主饋波導限制到沒有被一組M個副饋波導佔據的所述天線波導的部分；一個M×N螺旋天線單元陣列，N為整數，每個螺旋天線單元包括一個螺旋天線和一個與其相連的探針，並且通過天線波導的頂部壓入副饋波導之一，其中M個副饋波導的每一個設置有N個螺旋天線單元，從而形成了M×N螺旋天線單元的陣列；一組M個電感柱與每個副饋波導聯結，每個電感柱被耦合到每個孔，並位於主饋波導中；和一個與主饋波導耦合的輸出裝置，用於從那裡輸出信號。
2.根據權利要求1的天線，其中每個螺旋天線相對於垂直方向上它的一個或二個最近鄰接的螺旋天線的相位差為90°和相對於水平方向上它的一個或二個最近鄰接的螺旋天線的相位差為180°，壓入每個副饋波導的每個探針的長度根據預定的以它離開位於其端的孔逐漸增加，和每個副饋波導的孔根據預調的以它離開副饋波導逐漸變窄，副饋波導具有作為它一個邊的所述波導的垂直連續邊對之一。
3.根據權利要求2的天線，進一步包括一個包括天線罩和保護層的蓋，完全封閉了包含螺旋天線單元的陣列。
全文摘要
一種用於衛星通信的改進型平面天線，它能夠提供較高的孔徑效率、改進圓極化強度和增加產品適應性。該天線包括一個波導和一個M×N螺旋天線單元的陣列，其中M和N是整數。波導包括一個主饋波導和一組M個副饋波導，其中M個副饋波導的每一個設置有N個螺旋天線單元，每個副饋波導通過一個孔耦合到主饋波導，以致從每個副饋波導中N個螺旋天線單元所接收的信號在主饋波導處組合。
文檔編號H04B7/185GK1101761SQ9411599
公開日1995年4月19日 申請日期1994年7月30日 優先權日1993年7月31日
發明者洪聖勲 申請人:大宇電子株式會社