專利名稱：發射/接收電磁波的源天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及發射/接收電磁波的源天線的改進，具體地說，涉及衛星通信系統中使用C波段、Ku波段或Ka波段的器件。
交互式無線通信業務正在快速發展。這些業務具體涉及到電話、傳真、電視、互聯網和所謂的多媒體領域。用于一般廣播業務的設備必須以合理的價格獲得。特別是用戶的發射/接收系統必須通過通信衛星與服務器通信。在這種情況下，通信是在微波頻率范圍內進行的，特別是在C波段、Ku波段或Ka波段，就是說頻率是在4GHz和30GHz之間。
用于發射(T)/接收(R)的源天線通常由波導器件制成，一般包括覆蓋發射和接收的兩個頻帶的寬頻波狀喇叭天線，這個喇叭天線輔助允許發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(直接式收發轉發器)和波導濾波器構成。
實施的技術是很難處理和昂貴的。它的重量和體積一般不能與個人使用兼容。
因此，申請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焦點的發射/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，其可以用在衛星通信系統的家用終端中。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個輻射單元陣列構成，即，N個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，用于如發射的其它連接方向，這個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的焦點上。
對于這種混合源的類型，為了確保貼片類型的N個輻射單元陣列和螺旋線型的縱向輻射單元之間的去耦，對于貼片陣列，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，發射。
然而，接收頻帶一般比發射頻帶寬，連接平衡對接收源的損失是比較敏感的，對于接收源的貼片陣列的選擇從這個觀點看不是最佳的。
此外，對于貼片陣列，通過接收頻帶獲得高質量的圓極化是非常困難，但是，大多數通信系統使用圓極化運行的低軌道衛星。
本發明的目的時提供一種在衛星通信系統使用圓極化的情況下，上述問題的最佳解決方案。
因此，本發明的主題是發射/接收電磁波的源天線，包括工作在第一頻帶中的n個輻射單元的陣列，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個輻射單元對稱地排列在縱向輻射單元的周圍，其特點是陣列的每一個單元由行波類型的輻射單元構成。
根據優選的實施例，行波類型的輻射單元是螺旋線器件。
在這種情況下，具有n個單元的陣列的每一個螺旋線的長度將等于縱向輻射單元，即，幾乎與陣列的長度相同。
每一個螺旋線的長度以常規的方法確定，縱向模式中的螺旋線的校正操作必須遵守下面的關系3/4＜II×D/λ＜4/30.6D＜S＜0.8Dλ是對應螺旋線的中心頻率的波長，D是線圈的直徑，S是兩個連續線圈之間的距離。
因此，螺旋線的總長度L＝N’S，線圈的數N’確定了螺旋線的方向性。輻射圖的主波束寬度由下列關系給出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)具有某些優點。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題的解決方案。具體地說，在貼片類型天線的情況中，要求具有高介電常數的薄基片的電路要求和具有低介電常數的厚基片的天線的電路要求之間的妥協是必須的。
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，對頻帶寬度和源天線的圓極化的問題提供了解決方案。
此外，當時用連續旋轉陣列的技術定位n個輻射單元時，使用螺旋線作為基本輻射單元可以簡化饋電陣列的拓撲，因此，減小了損耗和體積。
按照本發明的另一特征，縱向輻射單元包括縱向輻射介質棒與輻射的軸向一致或螺旋線器件與輻射的軸向一致。在介質棒的情況中，縱向輻射單元由波導激勵。
按照本發明的另一特征，兩個頻帶之一用于電磁波的接收，另一個頻帶用于電磁波的發射。
因此，本發明用于低頻/高頻變換中。
本發明的其它特點和優點在閱讀下面各個優選實施例后將變得很清楚，這些描述參考了所附的附圖。
圖1是本發明發射/接收電磁波的源天線的第一實施例的剖面圖。
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撲。
圖4是本發明發射/接收電磁波的源天線的另一實施例的剖面圖。
圖5是圖4源天線的俯視圖。
為簡化描述，附圖中相同的單元使用相同的標號。
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的n個輻射單元的第一陣列，和工作在如發射的第二頻帶內的縱向輻射天線。
如圖1所示，n個輻射單元的第一陣列由平行六面體形狀的支撐1構成，并由介質材料制成的基片2覆蓋在它的上表面。
如圖2所示，支撐1包括四個圓孔101、102、103、104，在所示的實施例中，這些圓孔定位在矩形的四個角上。這四個孔使得由螺旋線111、112、113、114構成的四個輻射單元穿過。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，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，其允許上述的四個輻射單元穿過。
如圖2所示，螺旋器件111、112、113、114以連續旋轉陣列的方式定位。此外，如圖1所示，螺旋器件111、112、113、114顯示了較短的長度1。如圖3所示，螺旋器件111、112、113、114連接到以印刷技術在基片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構成。具體地說，線L1和L2在連接點C1連接天線111和112，線L2和L4在連接點C2連接天線113和114，線L5把點C1連接到點C3，線L6把點C2連接到點C3，線L7連接在激勵電路和連接點C3之間。為獲得連續旋轉，值Li滿足關系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波長。因此，螺旋線111、112、113、114的相對激勵相位分別是0°、90°、180°、270°。如果螺旋線分別在軸向順序旋轉0°、90°、180°、270°角度，在目前的情況下，順序旋轉的條件確保了右圓極化。對于左圓極化，通過分別旋轉-0°、-90°、-180°、-270°獲得順序旋轉。
所示實施例涉及到包括四個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在直徑1.7λ0的圓周上規則分布的螺旋線。
如圖1所示，與工作在接收的第一頻帶中的四個螺旋線的陣列有關的是工作在第二頻帶的縱向輻射裝置。在圖1的實施例中，這個裝置由螺旋線20構成，并通過同軸電纜21穿過桿3連接到后面描述的激勵電路。螺旋線20由一組線圈22構成，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除以3。具體說，它必須滿足關系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旨在容納激勵電路。
這個電路由蝕刻在基片上的單條微帶線L’構成，它的特性阻抗等于同軸線延長連接螺旋線的特性阻抗，以確保好的匹配。
在所示的實施例中，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射電磁波的電路，這些電路包括放大器和頻率轉換器。按照本發明的一個變體，接收和發射電路可以互換，即，長螺旋天線用于接收，陣列用于發射。
下面參考圖4和5描述本發明的源天線的發射/接收的另一個實施例。在這種情況下，與第一實施例一樣，接收電路由工作在第一頻帶的n個輻射單元的陣列構成，即，八個螺旋線的陣列301、302、303…308，這些螺旋線定位在大約1.7λ0的圓周上。根據所有求的方向性，這個圓周的直徑可以修改。使用八個輻射單元可以獲得陣列的較強的方向性輻射，這個實施例適于說明雙反射器天線。螺旋線301到308以獲得順序旋轉的方式饋電。它們被連接到由印刷技術制成的饋電陣列(未示出)。在圖4和5的實施例中，縱向輻射裝置由包括與輻射的軸向一致的縱向輻射介質棒的單元構成。具體地說，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的頂點指向波輻射的空間或波被接收的空間。圓錐41通過圓筒42向下延伸，并終止在圓錐43，圓錐43的頂點在相反方向指向圓錐41的頂點。
例如，形成圓錐41、圓筒42和圓錐43的棒40由構成縱向輻射介質天線的壓縮聚苯乙烯形成，即，顯示了相對細長的輻射圖。這種類型的天線被稱為“聚酯棒”。
棒40的結構反映了它的名稱“圓筒圓錐天線”。棒40作為波導和它發射的模式是這樣的，最大的輻射出現在棒40的軸向。按照沒有示出的一個變體，棒40是中空的。本領域的技術人員非常熟悉生產這種介質天線的技術，所以就不詳細描述了。
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環繞。桿44穿過基體31以及由導電材料制成的平行六面體形狀基體45內。桿44由導電材料制成，并形成波導，波導壁與基體45接觸。
呈現在基體31的上表面的桿44的上部是打開的，而呈現在基體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穿過并接收由微帶技術制成的接收和發射電路的電磁波。例如，基片形成板46由給定介電常數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。本實施例工作在與第一實施例相同的方式。
權利要求
1.一種發射/接收電磁波的源天線，包括n個輻射單元的陣列(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個輻射單元對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單元(111到114、301到308)由行波類型的輻射單元構成。
2.按權利要求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.按權利要求2所述的源天線，其特征在于螺旋器件的長度以這種方式計算，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陣列。
5.按權利要求1到4之一所述的源天線，其特征在于n個輻射單元的陣列由印刷類型的饋電陣列(L1到L7)激勵。
6.按權利要求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棒(40)與輻射的軸向一致。
8.按權利要求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的裝置激勵。
10.按權利要求1到9之一所述的源天線，其特征在于兩個頻帶之一用于電磁波的接收，另一個頻帶用于電磁波的發射。
全文摘要
本發明涉及發射/接收電磁波的源天線,包括:n個輻射單元的陣列(1文檔編號H01Q21/20GK1329404SQ0111871
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月7日 優先權日2000年6月9日
發明者帕特里斯·伊爾茨林, 讓-弗朗索瓦·平托斯, 阿里·盧齊耶, 弗蘭克·圖多 申請人:湯姆森許可貿易公司