用于天線的卡塞格林型饋送裝置的制作方法

專利名稱：用于天線的卡塞格林型饋送裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于天線的一種卡塞格林型饋送裝置(Cassegrainfeed)，特別地，但不是專門地，涉及用于拋物面天線的卡塞格林型饋送裝置。
拋物面天線從所謂的卡塞格林饋送裝置饋送信號是人們所公知的。這樣的裝置圖示于

圖1中，在圖中的各部件都應被理解成是繞z-軸旋轉對稱的，而且還包括反射天線10和從該天線中心伸出并沿z-軸的饋送裝置12。該饋送裝置被更詳細地示于圖2中，該裝置包含一個波導部分20，該波導部分在一端21處通過該天線10(在圖2中未畫出)的中心，而在另一端22處與一個介電質圓錐23的小直徑端連接。該圓錐23的大直徑端與一個輔助反射器24連接，該輔助反射器用來反射入射其上的輻射，經由該圓錐23從該波導部分向該天線10反射(發射模式)或從天線10向該波導部分反射(接收模式)。該圓錐的功能被描述在由H.E.Baartlett和R.E.Moseley在微波雜志中發表的“Dielguides-highly efficient Low-Noise AntennaFeeds”中，第9卷，1966年12月，第53-58頁。為了改善在空氣-圓錐界面的匹配，該圓錐通常配備有一些瓦楞(corrugation)25。此外，為了將回波損耗減小到最小，還包括一個介電質多級階梯變換器(dielectric multustage step transformer)26，該變換器可用與該圓錐相同的介電質材料制成并與其形成一個整體，如圖所示，而且為了再減小回波損耗，該輔助反射器24還可在其中心部分包含一個調諧盤27。
剛描述的饋送裝置是一個用于饋送中頻(例如3.9GHz)輻射的單帶裝置。但是，還知道一些用于雙帶運行的饋送裝置，這些裝置的好處是可避免對于各個帶都需要兩個分離的饋送裝置，結果是節省了成本和減小了復雜性。已知的雙帶饋送裝置的例子被圖示于圖3中。在圖3a中波導部分30對金屬圓錐元件31進行饋送，該金屬圓錐元件將微波能量傳播到輔助反射器32，該輔助反射器通過支撐件(stay)33相對于該饋送元件30、31固定和定位。傳統上在該圓錐元件31的圓錐部分34提供一些溝槽35(參看圖3b)。實際上，為了便利在兩個有關頻率帶上運行，該溝槽被做成在兩個深度36和37之間交替變化(參看圖3c)。
圖3所示的已知雙帶裝置具有復雜、巨大和高成本的缺點。
關于介電質饋送裝置的討論被包含在(尤其是)下列原始資料中Lindau i.Bodensee的“ Dielektrische Erreger furRichtfunk-Parabolantennen，Diskussionssitzung desFachausschusses Antennen der ITG”，12-13 1988年10月，第48-50頁；由B.Toland、C.C.Liu和P.G.Ingerson在微波雜志上發表的“Design and Analysis of arbitrarily shaped DielectricAntennas”，1997年5月，第278-286頁；由Akhileshwar Kuma在關于天線和傳播的IEEE會報上發表的“Dielectric-Lined WaveguideFeed”，第AP-27卷，No.2，1979年5月；以及由G.N.Tsandoulas和W.D.Fitzgerald在關于天線和傳播的IEEE會報上發表的“Aperture Efficiency Enhancement in Dielectrically LoadedHorns”，第AP-20卷，No.1，1972年1月。實現邊波瓣抑制和射束寬度均衡的非電介質輻射體被公開在下述文獻中由P.D.Potter在微波雜志上發表的“A New Horn Antenna with Suppressed Sidelobesand Equal Beamwidths”，第VI卷，第71-78頁，1963年6月和美國專利說明書US 3,413,641(“雙模式天線”-R.H.Turrin)。
按照本發明的第一方面，提供了如權利要求要求1所規定的用于天線的卡塞格林型饋送裝置。
按照本發明的第二方面，提供了一個拋物面天線裝置，該裝置具有權利要求15所規定的特點。
本發明的具體實現形成了從屬權利要求的主題內容。
現在將參考下述附圖，僅通過舉例來說明
具體實施例方式圖1是包含有已知的單帶卡塞格林型饋送裝置的天線裝置；圖2是圖1所示饋送裝置的更詳細的表示；圖3是一個已知的雙帶卡塞格林型饋送裝置；圖4是一個按照本發明的實施例的卡塞格林型饋送裝置；圖5a是具有包括相位中心在內的各種參數的圖4所示的饋送裝置；和圖5b描畫了一個可在本發明的實施例中使用的偏置或“環”拋物面的橫截面視圖；圖6是表示其改進的圖4的饋送裝置的部分視圖。
現來參看圖4，一個本發明的實施例使用了一個波導部分40、一個介電質的圓錐43、一個輔助反射器44和一個介電質的變換器46，它們都與圖2中的等效物件相應，但另外還提供了一個改變阻抗裝置47，用來改變處于端部49的波導部分40內壁48的阻抗。該阻抗改變裝置47是一個介電質的套筒，在所示實施例中，它是形成在該圓錐43中的一個突起(空心圓筒)；這樣該套筒就是該圓錐的一個整體組成部分。作為替換，它也可是一個分離部件，盡管這樣的話在對該圓錐本身提供適當就位時可能會經歷一些困難。該套筒具有對應于平均上帶頻率的1/4和1/6波長(在該介電質中)之間的厚度。如圖2所示，圖4中的介電質的變換器46可有利地用一種與圓錐相同的介電質材料制作，而且可與圓錐做成一個整體。作為一個例子，在本發明的試驗實施例中所用的介電質具有的介電常數＝2.56，但其它的常數同樣也是可以的。
介電質套筒47的效果是改變該壁的阻抗，以便使準TM11模式以適當的振幅和位相相位來耦合。此外，該套筒用作圓錐和波導之間的機械固定裝置。在使用圖6所示裝置的情況中尤其如此，其中凹進部分50和相關的臺肩51被用于容納該套筒。在這種情形，圓錐和變換器的位置就在徑向和軸向兩個方向被固定在該波導中。
在上帶的感興趣的最高頻率上，在部分地充滿的波導中該介電質套筒的長度應大于一個波長。在所示例子中，該長度近似為兩個波長。
圖2所示的已知裝置和圖4所示的本發明的實施例之間的另一差異是波導部分40用介電質完全充滿的部分的長度減小，這就允許該激發的TM11模式低色散地延伸到該介電質圓錐43。這個長度應盡可能短，以便使色散減小到最小，在所示實施例中實際上為0。該變換器的各級憑經驗按本技術的已知方法決定尺寸，例如利用_/4級作為起始點，以便產生最小的回波損耗。
在結合了上述雙帶饋送裝置的一個試驗天線裝置中，該天線是一個直徑為3m的拋物面反射器(張角180)，該波導饋送裝置的總長度為675mm，該階梯變換器的最后一級41的半徑R(參看圖4)近似為該套筒47內直徑的75％。參照圖5a具體說明的另一些參數具有下表中所列出的數值
表1雙帶波導直徑d的值65mm主要是由于使該波導能與雙帶正交模式轉換器匹配的需要而產生的，該轉換器是用于圖3a所示的更傳統的雙帶裝置的，其過渡件的直徑為65mm。在任何情況下，d的值都將取決于該兩頻帶彼此的相對位置。在4.5GHz以上，在本例子中該輻射圖就有強烈的退化，例如，這里d被增加到71mm，這種退化在大約4.2GHz的低帶上固定下來，這顯然是不希望的。在給定的例子中，在另外的極端54mm是太小了，除非使用在直徑上的適當大的階梯增量(參看圖6所示的凹進部分)。最佳直徑可通過經驗方法(例如，計算機模擬)確定，然后，在需要的地方，如在本情形中，可稍加改變以適應波導部件可能必須使用的尺寸。
圖5a還表示所描述的實施例對于低帶(“U”)和上帶(“O”)兩者的相位中心的位置。如可看見的那樣，相位中心并不一致，因而，嚴格地說，為了在相關兩個帶上實現最佳性能，將需要不同長度的波導(試驗揭示出這些最佳長度大約在3.6GHz時為662mm，在6.775GHz時為684mm)。但是，人們發現，對于大約為675mm的折衷波導長度來說，兩個帶的效率都是很可接受的，實際上，在還考慮到經輔助反射器盤27和介電質變換器26的適當匹配時，該效率都在64％以上。這樣的匹配是憑經驗，例如借助計算機模擬實現的。還圖示出了兩個另外的相位中心(“O’”和“U’”)，它們是旋轉對稱偏置拋物面反射器(“環”拋物面反射器)的聚焦環的最佳穿透點。這種天線以截面形式被示于圖5b中，圖中具有端部61、62的拋物線60被假定是可繞z-軸63旋轉360的。這樣形成的圖形具有一個被平面盤64充滿的中心孔。
雖然迄今為止只是對上帶中的準TM11模式激勵作了陳述，但為了達到輔助反射器(這里也是主反射器)的希望的增強旋轉對稱照射，實際上在剛描述的試驗裝置中，還會出現相當強的準TM12模式的激勵，這也對希望的效果有所貢獻。但是，比起準TM11模式來說，這另外的模式卻曾是一個不太重要的影響因素。
正如已經述及的那樣，在圖4所示實施例的一種變形中(參看圖6)，該介電質套筒47被安放在該波導壁的凹進部分50中。該凹進部分具有一個臺肩51，可將它安排來當做該套筒47插入的限位器，因而在該波導中就提供了一個更能重復的套筒就位，從而使從饋送到饋送的性能也能保持很好的一致性。又一次，在實現這種變形時，該階梯變換器的最后級41理想地具有大約為該套筒47內直徑的75％的直徑。
在該饋送裝置的另一實施例中，該波導部分的端部49的內壁(參看圖4)提供有一些溝槽而不是介電質內襯(dielectric lining)。該溝槽的深度通常為/4(是在充填該溝槽的材料內的波長，而與所用的最短波長比較起來，該溝槽的軸向尺寸應是較小的。該溝槽的深度不一定是按圖3c所示方式交變的，因為只要求它們在兩帶之一—上帶—中有效果。
雖然迄今已聯系拋物面天線描述了本發明，但它也適合使用在其它的天線形狀，例如球形天線上。
權利要求
1.用于天線的卡塞格林型饋送裝置，包括一個具有端部的波導部分，該波導部分具有一些支持基本的準TE11模式傳播的內部尺寸；一個介電質圓錐，它具有一個小直徑端和一個大直徑端，該小直徑端與所述的波導端部連接；以及一個與該圓錐的大直徑端連接的輔助反射器，其中，該饋送裝置是一個雙帶饋送裝置，覆蓋低頻帶和上頻帶，而且該波導端部在其內壁上提供有一個壁阻抗改變裝置用來激勵準TM11模式的激發，因而實現該輔助反射器在所述上頻帶中的旋轉基本對稱的照射。
2.按照權利要求1所述的饋送裝置，其中該壁阻抗改變裝置也用來激勵準TE12模式的激發。
3.按照權利要求1或2所述的饋送裝置，其中該壁阻抗改變裝置包括形成在內壁中的一些溝槽。
4.按照權利要求3所述的饋送裝置，其中該溝槽具有的深度近似為涉及波導部分中傳播的上頻帶平均波長的四分之一。
5.按照權利要求1或2所述的饋送裝置，其中壁阻抗改變裝置包括一個安放在所述波導端部中的介電質套筒。
6.按照權利要求5所述的饋送裝置，其中該介電質套筒具有的厚度是在涉及該套筒中傳播的上頻帶平均波長的大約1/4和大約1/6之間。
7.按照權利要求6所述的饋送裝置，其中該套筒被形成為該介電質圓錐的一個整體組成部分。
8.按照權利要求6或7所述的饋送裝置，其中該波導部分在其整個長度上直徑基本都是均勻的。
9.按照權利要求6或7所述的饋送裝置，其中該波導的端部的直徑比該波導部分的其余部分的直徑大，以便可形成一個臺肩從而允許確立該套筒在該波導部分中的正確就位。
10.前述任何一項權利要求所述的饋送裝置，其中該介電質圓錐已在其小直徑端處附著在一個多級介電質變換器上，以便使該圓錐與該波導部分匹配。
11.按照權利要求10所述的饋送裝置，其中該變換器被形成為該介電質圓錐的一個整體組成部分。
12.按照權利要求10或11所述的饋送裝置，其中位于所述波導端部孔眼處的該變換器最后一級具有大約是該波導端部直徑的75％的直徑。
13.前述任何一項權利要求所述的饋送裝置，其中該介電質圓錐在其外喇叭表面具有一系列的瓦楞。
14.前述任何一項權利要求所述的饋送裝置，其中該輔助反射器在其中心部分具有一個調諧盤，用來減小入射在該輔助反射器上的信號中的回波損耗。
15.拋物天線裝置，包括一個拋物面反射器和通過所述拋物反射器中心部分的一個如在權利要求1-14中的任何一項所述的卡塞格林型的饋送裝置。
16.卡塞格林型饋送裝置，基本如附圖3或4所示，或如以上參考附圖3或4所描述的那樣。
全文摘要
一種用于天線(拋物面天線)的卡塞格林型饋送裝置是一個雙帶饋送裝置，它使用向介電質圓錐(23)進行饋送的波導(40)，該介電質圓錐(23)向輔助反射器(24)進行饋送。該波導具有一個與該圓錐小端連接的端部(49)，在一個實施例中，其內壁(48)的阻抗可通過包含介電質套筒(47)來改變，相對于在相關兩帶的上帶平均值上套筒內的傳播來說，所述介電質套筒(47)的厚度是在/6和/4之間。該套筒幫助在所述上頻帶中對該輔助反射器提供一個旋轉基本對稱的照射，在與拋物面主反射器一起使用時，對該主反射器也提供同樣對稱的照射。該套筒可被一系列在該波導端部的內壁上形成的溝槽代替，這些溝槽通常深度為/4。
文檔編號H01Q19/00GK1483231SQ01821445
公開日2004年3月17日 申請日期2001年12月5日 優先權日2000年12月27日
發明者U·E·馬爾, U E 馬爾 申請人:馬科尼通訊股份有限公司