電介質透鏡錐形輻射器次反射器組件的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于具有波導支撐的次反射器的反射器天線的電介質錐形輻射器次反射器組件，作為在遠端具有次反射器的單元電介質塊。電介質塊的波導過渡部分的尺寸被形成為插入耦接于波導的端部之內。電介質輻射器部分被設置于波導過渡部分與次反射器支撐部分之間。電介質輻射器部分的外徑設置有徑向向內擴展到比波導端部的內徑小的直徑的多個徑向向內的凹槽，并且透鏡膛孔從電介質塊的近端向電介質塊的遠端至少延伸到次反射器支撐部分。單元電介質塊可以經由注射成型制造為單個鄰接的單塊電介質材料部分。
【專利說明】電介質透鏡錐形輻射器次反射器組件
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微波雙反射器天線。更特別地，本發明為此類適合于經由注射成型進 行的有成本效益的制造的天線提供自支撐饋電錐形輻射器。
【背景技術】
[0002] 采用自支撐饋電的雙反射器天線將入射到主反射器上的信號引導到安裝于主反 射器的焦點區域的相鄰處的次反射器上，該次反射器進而典型地經由接收器的第一級的饋 電喇叭或孔口將信號引導到波導傳輸線之內。當雙反射器天線被用來傳輸信號時，信號經 由波導從發射系統的末級傳播到饋電孔口、次反射器和主反射器以釋放空間。
[0003] 反射器天線的電性能的特征典型地在于其增益、輻射圖、交叉極化和回波損耗性 能-效率增益、輻射圖及交叉極化特性對于高效的微波鏈路規劃和協調是必需的，然而良 好的回波損耗對于高效的無線電操作是必要的。
[0004] 這些主要特性由結合主反射器輪廓而設計的饋電系統確定。
[0005] 在 2000 年 8 月 22 日頒發的、題目為"Dual-Reflector Microwave Antenna"的共 同所有的美國專利6, 107, 973示出了一種饋電組件，在該饋電組件中次反射器由與支撐波 導的端部耦接的電介質漏斗支撐。僅起著支撐結構的作用，電介質漏斗變得阻抗不連續，該 阻抗不連續必須要進行補償，因為次反射器及反射器圓盤的表面輪廓和直徑單獨地被用來 使RF路徑成形，從而導致次反射器和/或反射器圓盤的增大直徑。隨著次反射器尺寸增加， 由沿著反射器天線的視軸的次反射器引起的RF信號路徑堵塞變得顯著。此外，所產生的反 射器天線的增大的整體尺寸需要對反射器天線以及反射器天線可以安裝于其上的支撐結 構進行的附加的增強結構考慮。
[0006] 深圓盤型反射器是其中使反射器焦距（F)與反射器直徑（D)之比變得小于或等于 〇. 25 (與典型地見于更常規的圓盤設計中的0. 35的F/D相反）的反射器圓盤。配置用于與 深圓盤型反射器一起使用的電介質錐形饋電次反射器組件的實例被公開于在2005年7月 19 日頒發給Hills 的、題目為"Tuned Perturbation Cone Feed for Reflector Antenna" 的共同所有的美國專利6, 919, 855中，該專利全文以提及方式并入本文。US 6, 919, 855使 用具有次反射器表面和導入錐表面的電介質塊錐形饋電，該前導錐表面具有關于電介質塊 的縱軸同心的多個向下傾斜的非周期性擾動。但是，在電介質塊中的該多個成角的特征和 /或臺階需要可能增加總制造成本的復雜的機床制造過程。
[0007] 因此，本發明的目的是提供用于克服現有技術的局限的裝置，并且在這樣做時給 出允許這樣的饋電設計提供滿足在用于典型的微波通信鏈路的整個工作頻段之上的最嚴 格的電氣規范的反射器天線特性的解決方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 并入并構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，其中相同的附圖標 記在附圖中指的是同一特征或元件并且可以不針對它們出現于其中的每個附圖進行詳細 描述，并且連同以上給出的關于本發明的一般描述以及以下給出的關于實施例的詳細描述 一起用來解釋本發明的原理。
[0009] 圖1是示例性的可注射成型的電介質錐形輻射器組件的示意性剖切面等軸視圖。
[0010] 圖2是圖1的可注射成型的電介質錐形輻射器組件的示意性正視圖。
[0011] 圖3是沿圖2的直線A-A截取的圖1的可注射成型的電介質錐形輻射器組件的示 意性剖切面視圖。
[0012] 圖4是具有分離的次反射器盤的可替換的示例性可注射成型的電介質錐形輻射 器組件的示意性剖切面等軸視圖。
[0013] 圖5是圖4的可注射成型的電介質錐形輻射器組件的示意性正視圖。
[0014] 圖6是沿圖5的直線A-A截取的圖4的可注射成型的電介質錐形輻射器組件的示 意性剖切面視圖。
【具體實施方式】
[0015] 本發明人已經認識到，利用單元電介質塊進行的錐形輻射器次反射器組件設計的 改進典型地由于這些設計的增加的尺寸和復雜性而需要通過機械加工來制造電介質塊。
[0016] 當在現有的電介質塊類型的錐形輻射器次反射器組件設計上嘗試制造的注射成 型和/或鑄造法時，增大的尺寸會產生電介質聚合物材料的凝結方面的問題，例如，空洞、 裂紋、表面縮凹、維度彎曲和/或流掛（sagging)。此外，在設計使用用于抑制模具分離的特 征（例如，懸突于相對邊之上和/或與它們緊密靠近）的情形中，所需要的模型，如果有可 能，可能會變得太過復雜以致沒有成本效益。
[0017] 如圖1-6所示，錐形輻射器次反射器組件1可以被配置用于在用于在遠端20 處支撐次反射器15的單元電介質塊10的波導過渡部分5處與饋電臂波導（feed boom waveguide)的端部耦接。次反射器15和支撐次反射器的支撐部分30為了降低次反射器溢 失（spill-over)而設置有放大的直徑。
[0018] 電介質輻射器部分25位于波導過渡部分5與次反射器支撐部分30之間。多個褶 皺沿著電介質輻射器部分的外徑而設置，作為徑向向內的凹槽35。在本實施例中，該多個凹 槽為兩個凹槽35。電介質輻射器部分25的遠端凹槽40可以設置有用于發起次反射器支撐 部分30的遠端側壁45。為了能夠使模具分離變得順利，凹槽40可以設置有錐度，該錐度使 凹槽寬度朝著電介質輻射器部分25的外徑而增大。
[0019] 次反射器組件1的波導過渡部分5可以適合于與所期望的圓形波導內直徑匹配， 使得次反射器組件1可以適配于波導端部之內并由其保持，該波導端部支撐在反射器天線 的圓盤反射器內的緊鄰圓盤反射器的焦點的次反射器組件1。波導過渡部分5可以插入波 導3之內，直到波導的端部鄰接波導過渡部分5的肩部55。
[0020] 肩部55可以將尺寸形成為使電介質輻射器部分25與波導端部間隔開。
[0021] 在波導過渡部分5的近端65處的一個或多個階梯60可以應用于電介質塊10的 透鏡膛孔70,以為了在波導與電介質塊10的電介質材料之間的阻抗匹配目的而形成反轉 阻抗變換器（inverted impedance transformer) 75。
[0022] 透鏡膛孔70從電介質塊10的近端65向電介質塊10的遠端20至少延伸到次反 射器支撐部分30。由此，形成在波導3與電介質輻射器部分25之間的直接路徑，從而允許 通過例如應用于凹槽35的深度和/或電介質輻射器部分25的直徑來調整經由該直接路徑 發射出的輻射圖。優選地，如同圖3和6最佳示出的，凹槽35徑向向內擴展到比波導端部 的內徑小的直徑。
[0023] 本領域技術人員應當理解，電介質輻射器部分25與穿過其中的透鏡膛孔70結合 產生了電介質透鏡效果，在該電介質透鏡效果中電介質輻射器部分25的尺寸增強了穿過 電介質輻射器部分25從次反射器組件1安裝于其內的反射器圓盤投射到次反射器15的或 者從次反射器15投射到反射器圓盤的主輻射圖，由此幫助次反射器組件1的RF輻射圖的 成形并減小次反射器15的直徑。
[0024] 如圖4-6所示，可以設置完全延伸穿過在近端65與遠端20之間的電介質塊10的 透鏡膛孔70。
[0025] 如同圖3最佳示出的，次反射器15可以通過將金屬沉積、膜、板或其他RF反射涂 層施加于電介質塊10的遠端20而形成。作為選擇，如圖4和6所示，次反射器15可以單 獨地形成為例如座落于電介質塊10的遠端上的金屬圓盤80。圓盤80可以包含用于與透鏡 膛孔70鍵鎖在一起以將次反射器15同軸定位于電介質塊10的遠端20之上的鍵部分85。
[0026] 作為在電介質塊10的截面的邊界之內的潛在最大直徑的內切圓Μ而示出的，該圓 的中心點一般是距電介質塊10的邊緣最遠的點，最大的材料厚度。因而，中心點是電介質 材料在電介質塊10的注射成型的過程中通常將最后固化/凝固的位置。最大的材料厚度 在當前的實施例中出現于遠端側壁45與遠端20之間的位置。相比之下，單塊電介質塊錐 的先前實施例的最大材料厚度大得多，典型為至少波導端部的整個內徑。本領域技術人員 應當理解，透鏡膛孔70與加深的凹槽35的結合顯著減小了電介質塊10的最大材料厚度， 從而能夠經由注射成型來制造具有減少的空洞、裂紋、表面縮凹、維度彎曲和/或流掛缺陷 的電介質塊10。作為選擇，電介質塊10可以通過鑄造和/或機械加工來制造，所述鑄造和 /或機械加工方法類似地獲益于所需要的較淺邊緣角和/或表面過渡數量。
[0027] 根據上文，應當清楚，本發明為本【技術領域】帶來了用于具有顯著有制造成本效益 的潛力（potiential)的反射器天線的次反射器組件1。根據本發明的次反射器組件1是堅 固的、重量輕的并且可以經由例如注射成型技術以很高的精度水平來重復地、有成本效益 地制造。
【權利要求】
1. 一種錐形輻射器次反射器組件，用于具有波導支撐的次反射器的反射器天線，包 括： 單元電介質塊； 設置于所述電介質塊的遠端的次反射器； 所述電介質塊的波導過渡部分，其尺寸被形成為插入耦接到所述波導的端部中； 所述電介質塊的次反射器支撐部分； 在所述波導過渡部分與所述次反射器支撐部分之間的電介質輻射器部分；所述電介質 輻射器部分的外徑設置有多個徑向向內的凹槽；以及 從所述電介質塊的近端向所述電介質塊的所述遠端至少延伸到所述次反射器支撐部 分的透鏡膛孔； 所述徑向向內的凹槽徑向向內擴展到比所述波導的所述端部的內徑小的直徑。
2. 根據權利要求1所述的次反射器組件，還包括設置于所述波導過渡部分內的反轉阻 抗變換器。
3. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述單元電介質塊的最大材料厚度出現 于所述徑向向內的凹槽之一的側壁與所述次反射器之間。
4. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述膛孔和所述徑向向內的凹槽是錐形 的。
5. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述次反射器是在所述電介質塊的所述 遠端之上的金屬涂層。
6. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述次反射器是座落于所述電介質塊的 所述遠端之上的單獨的金屬盤。
7. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述透鏡膛孔穿過所述電介質塊延伸到 所述遠端。
8. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述多個徑向向內的凹槽是兩個。
9. 根據權利要求1所述的次反射器組件，其中所述電介質輻射器部分的外徑平行于所 述波導的縱軸而設置，并且所述次反射器支撐部分被設置為向外與所述電介質塊的外圍成 角度。
10. -種用于制造根據權利要求1的錐形輻射器次反射器組件的方法，該錐形輻射器 次反射器組件用于具有波導支撐的次反射器的反射器天線，該方法包括以下步驟： 將所述電介質塊注射成型；以及 將所述次反射器耦接至所述電介質塊的所述遠端。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中所述次反射器的耦接經由在所述電介質塊的所 述遠端之上的金屬沉積來進行。
12. 根據權利要求10所述的方法，還包括將反轉阻抗變換器設置于所述波導過渡部分 內。
13. 根據權利要求10所述的方法，其中所述單元電介質塊的最大材料厚度出現于所述 徑向向內的凹槽之一的側壁與所述次反射器之間。
14. 根據權利要求10所述的方法，其中所述膛孔和所述徑向向內的凹槽是錐形的。
15. 根據權利要求10所述的方法，其中所述透鏡膛孔穿過所述電介質塊延伸到所述遠 端。
16. 根據權利要求10所述的方法，其中所述多個徑向向內的凹槽是兩個。
17. 根據權利要求10所述的方法，其中所述電介質輻射器部分的外徑平行于所述波導 的縱軸而設置，并且所述次反射器支撐部分被設置為向外與所述電介質塊的外圍成角度。
18. 根據權利要求10所述的方法，其中所述次反射器的耦接經由將單獨的金屬次反射 器定位于所述電介質塊的所述遠端之上來進行。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中所述次反射器的耦接包括在所述透鏡膛孔的遠 端之內插入所述次反射器的鍵部分。
20. 根據權利要求19所述的方法，其中所述透鏡膛孔的所述遠端朝向所述電介質塊的 所述遠端逐漸變小，并且所述透鏡膛孔的近端朝向所述電介質塊的所述近端逐漸變小。
【文檔編號】H01Q15/14GK104247152SQ201380017759
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2012年4月17日
【發明者】J·U·I·賽耶德, A·賴特, B·羅森, A·塔斯克爾, R·布蘭朵 申請人:安德魯有限責任公司