專(zhuān)利名稱(chēng)：透鏡天線組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡天線組件，該透鏡天線組件能夠使用球面透鏡會(huì)聚無(wú)線電波和適于使用在譬如衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
已提出了多種透鏡天線組件，例如欏勃(luneberg)透鏡天線，其包含由電介質(zhì)材料形成的將無(wú)線電波會(huì)聚至焦點(diǎn)的球面透鏡和可移動(dòng)至焦點(diǎn)以收集無(wú)線電波的饋源饋源。這種透鏡天線組件僅通過(guò)移動(dòng)饋源饋源至焦點(diǎn)，而無(wú)需如同拋物面天線一樣移動(dòng)整個(gè)設(shè)備，就可接收和發(fā)射無(wú)線電波。因此，這種透鏡天線可被做的尺寸較小并緊湊。
這種透鏡天線組件被披露在JP專(zhuān)利公告6-504659中。在該公告中披露的天線組件包括用于接收和發(fā)射電磁波的透鏡和螺旋形線圈形式的饋線。其是小型化天線組件，能夠從不同方向接收微波形式的電磁波信號(hào)。該透鏡是半球形透鏡，為了減小天線組件的尺寸并從而降低其制造成本。這個(gè)公告還提出減少孔徑遮光(aperture blocking)，從而改進(jìn)接收效率和減少必需的饋線電纜長(zhǎng)度。
名稱(chēng)為“用于天線電介質(zhì)的材料技術(shù)”的JP專(zhuān)利公告7-505018披露了制造電介質(zhì)透鏡天線的方法和由此制造的透鏡天線組件。通過(guò)將中空、球形電介質(zhì)珠熔接在一起形成該電介質(zhì)透鏡，該電介質(zhì)片具有小于被接收的或被發(fā)射的無(wú)線電波的波長(zhǎng)的直徑，以使其介電常數(shù)是常數(shù)或可變的。在該公告中披露的天線組件包括上面提及的電介質(zhì)透鏡和從透鏡的外沿凸出的反射板。
在這個(gè)公告的說(shuō)明書(shū)中，說(shuō)明了在這種有效(virtual)電介質(zhì)透鏡天線中，假如入射角不垂直于反射板，則其增益的損耗減少。這個(gè)公告還教導(dǎo)從反射板凸出的反射板部分的長(zhǎng)度l由方程l＝Rx((1/cos(be))-1)來(lái)計(jì)算。使用這種裝置，用于一次饋源饋源，假如該透鏡外沿外側(cè)的天線被用于接收無(wú)線電波，則該組件可更靈活地從不同方向接收無(wú)線電波。該說(shuō)明書(shū)解釋?zhuān)@是因?yàn)轲伨€(電源線)具有較大的物理分布，以使沒(méi)有孔徑遮光發(fā)生。
在JP專(zhuān)利申請(qǐng)2001-25732中，本發(fā)明的申請(qǐng)人之一提出一種透鏡天線組件，該透鏡天線組件包括用于會(huì)聚無(wú)線電波的半球形透鏡、支撐半球形透鏡的平坦圓形表面用于反射從天空引入的無(wú)線電波的無(wú)線電波反射板、能被移動(dòng)至進(jìn)入的無(wú)線電波在此會(huì)聚的半球形透鏡焦點(diǎn)并具有用于接收無(wú)線電波的天線部件的饋源、通過(guò)圍繞半球形透鏡的方位軸移動(dòng)饋源來(lái)控制無(wú)線電波方位角的方位角調(diào)整裝置、和通過(guò)圍繞仰角軸移動(dòng)饋源來(lái)調(diào)整進(jìn)入的無(wú)線電波仰角的仰角調(diào)整裝置。
這種透鏡天線組件包括尺寸小并且重量輕的透鏡，使得整個(gè)透鏡天線組件也尺寸小且重量輕。而且，該透鏡易于操縱、制造和組裝。作為透鏡，使用半球形透鏡，這種透鏡可以從同步衛(wèi)星接收無(wú)線電波。所接收的無(wú)線電波可以由無(wú)線電波反射板所反射，并可以由設(shè)置在與半球形透鏡的入射一側(cè)相對(duì)的側(cè)周邊表面上的焦點(diǎn)處的饋源所接收。相反，來(lái)自饋源的無(wú)線電波可以被指向同步衛(wèi)星。由于這種半球形透鏡是傳統(tǒng)球形透鏡的尺寸和重量的一半，因此整個(gè)組件可以做得尺寸小、重量輕。
披露在第一個(gè)公告中的透鏡天線是相當(dāng)原始的一種，并因?yàn)榧词雇哥R是半圓形透鏡，反射板也沒(méi)有從透鏡凸出，無(wú)線電波不能足夠高效被接收。對(duì)于第二和第三公告的透鏡天線組件，假如入射角是大的(即大于80度)，則天線圖形(antenna pattern)趨于不穩(wěn)定，這反過(guò)來(lái)降低了增益。這是因?yàn)?，若入射角是大的，則由反射板反射的無(wú)線電波的大部分趨于通過(guò)反射板的末端面的附近，以使朝向焦點(diǎn)的無(wú)線電波的會(huì)聚角增加，因此使方向性不穩(wěn)定。即使入射角是大的，因反射板不能從其水平位置傾斜，所以也不可能減小它。
因此，為了有效提高增益，必需使用具有比透鏡的直徑大的直徑的反射板，并因此使用大天線組件。具體地，為了獲得最大的增益，反射板必須具有不小于R/cosθ的直徑(其中R是透鏡的直徑和θ是入射角)。這個(gè)值隨θ值即入射角按指數(shù)規(guī)律增加。因此，為了在高入射角度處獲得最大的增益，將需要非常大的反射板(參見(jiàn)圖8(a))。
假如入射角象圖8(b)中所示一樣小，則饋源將在進(jìn)入的無(wú)線電波的路徑中(in the way of)，從而降低增益。饋源因其必須被定位在進(jìn)入的無(wú)線電波的焦點(diǎn)上，所以不能從所示的位置被移動(dòng)，該反過(guò)來(lái)由進(jìn)入的無(wú)線電波的入射角來(lái)確定。
本發(fā)明的目的是提供一種小型的是欏勃(luneberg)透鏡天線的透鏡天線組件，該透鏡天線組件包括半球形透鏡和反射板，以使將進(jìn)入的無(wú)線電波會(huì)聚在饋源上，并且該組件不僅從同步衛(wèi)星還從軌道衛(wèi)星高增益地接收無(wú)線電波，即使引入的無(wú)線電波的入射角是大的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種透鏡天線組件，其包括由電介質(zhì)材料制造的用于會(huì)聚無(wú)線電波的半球形透鏡、具有比所述半球形透鏡大的直徑并位于所述半球形透鏡的切割平面上的無(wú)線電波反射板、包含用于接收和發(fā)射無(wú)線電波的天線部件并可移動(dòng)至在其上會(huì)聚進(jìn)入的無(wú)線電波的所述半球形透鏡焦點(diǎn)的饋源、支撐所述反射板的反射板支撐裝置以使所述反射板可在任何所需方向上傾斜，藉此調(diào)節(jié)所述反射板的傾斜角，使入射到所述半球形透鏡的無(wú)線電波的入射角處于預(yù)定范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的透鏡天線組件不僅可被安裝在建筑物的屋頂或側(cè)面(墻壁或陽(yáng)臺(tái)的圍欄)，還可安裝在譬如汽車(chē)、飛行物或輪船的移動(dòng)物體上，以接收來(lái)自同步衛(wèi)星或軌道衛(wèi)星的無(wú)線電波或向同步衛(wèi)星或軌道衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波。在說(shuō)明書(shū)中，主要說(shuō)明從一個(gè)衛(wèi)星或多個(gè)衛(wèi)星接收無(wú)線電波的透鏡天線組件的操作。但是可以理解，依據(jù)本發(fā)明的透鏡天線組件可被用于發(fā)射無(wú)線電波至一個(gè)衛(wèi)星或多個(gè)衛(wèi)星。在發(fā)射無(wú)線電波時(shí)，反射板被傾斜以調(diào)整輸出無(wú)線電波的出射角度。然而，若入射角不太大并且不太小，則反射板就不被傾斜。
不僅直接入射到半球形透鏡的無(wú)線電波、還有在被從該透鏡凸出的反射板部分反射后入射到該透鏡的無(wú)線電波會(huì)聚在焦點(diǎn)上，這是由于，半球形透鏡包括由電介質(zhì)材料形成的多層，每層具有不同于其它層電介質(zhì)材料的介電常數(shù)。饋源被移動(dòng)至焦點(diǎn)以收集無(wú)線電波。
因此，可以高增益接收或發(fā)射無(wú)線電波。
假如要被接收的無(wú)線電波的衛(wèi)星剛好位于透鏡天線上方，以及假如反射板沒(méi)有傾斜并保持水平，則焦點(diǎn)將位于半球形透鏡的頂部附近。由于饋源必須被移動(dòng)至焦點(diǎn)，所以饋源將處于進(jìn)入的無(wú)線電波的路徑中。這降低了增益。因而，為了避免這種情況，反射板被傾斜以抬高其無(wú)線電波進(jìn)入透鏡的側(cè)邊，從而增加無(wú)線電波的入射角。通過(guò)在這個(gè)方向上傾斜反射板，饋源將從進(jìn)入的無(wú)線電波中移出，以使保持高增益。
假如要被接收的無(wú)線電波的衛(wèi)星在天空中的低角度處，因此引入無(wú)線電波的入射角是大的，焦點(diǎn)將在半球形透鏡中的低位置。在這種情況中，由從該透鏡凸出的反射板部分反射的任意無(wú)線電波將進(jìn)入該透鏡最大直徑部分附近的半球形透鏡，因而使方向性不穩(wěn)定。在這個(gè)情況中，反射板被在這個(gè)方向傾斜，以使包含被從透鏡凸出的反射板部分反射那些在內(nèi)的進(jìn)入無(wú)線電波的入射角降低。通過(guò)在這個(gè)方向上傾斜反射板，由在從該透鏡凸出部分的外邊沿附近的反射板反射的無(wú)線電波現(xiàn)將在半球形透鏡附近被反射，以使方向性穩(wěn)定，并因此無(wú)線電波可高效率地會(huì)聚在焦點(diǎn)上，無(wú)需增加反射板的尺寸。從而提高了增益。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的具有無(wú)線電波反射板的透鏡天線組件通常被安裝在水平位置。但它也可被安裝在垂直墻壁上，以使反射板平行于垂直墻壁。在這種情況中，入射角和在天空中衛(wèi)星的角度之間的關(guān)系與天線組件被安裝在水平表面上時(shí)的該關(guān)系是相反的。也就是，假如天線組件被安裝在垂直表面上，進(jìn)入無(wú)線電波的入射角越大，則天空中衛(wèi)星的角度越高。但在任一情況中，傾斜反射板，以將入射角度一直保持在增益為最大的范圍內(nèi)。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的透鏡天線組件的透視圖；圖2是該透鏡天線組件的垂直截面圖；圖3(a)和3(b)顯示反射板支撐裝置；圖4(a)至4(c)顯示圖1中的透鏡天線組件的操作；圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的透鏡天線組件的透視圖；圖6(a)和6(b)是該透鏡天線組件的垂直截面圖；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡天線組件增益的曲線；和圖8(a)和8(b)顯示傳統(tǒng)透鏡天線組件。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參考

實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的透鏡天線組件A的部分剖開(kāi)的透視圖。所示的透鏡天線組件是欏勃(luneberg)透鏡天線組件，并包含透鏡天線體10和支撐安裝在天線體10中的反射板使之可在任何二維方向中傾斜的反射板支撐裝置20。首先，簡(jiǎn)要說(shuō)明透鏡天線體10，該天線體在結(jié)構(gòu)上基本上與披露在前述申請(qǐng)人的先前專(zhuān)利申請(qǐng)JP2001-025732的第一實(shí)施例中透鏡天線組件的透鏡天線體相同。
透鏡天線體10包括固定至反射板支撐件20的可移動(dòng)支撐件的盤(pán)狀底板11，該將被在后面說(shuō)明；盤(pán)狀無(wú)線電波反射板13，其在直徑上與底板11基本上相等，并被固定至安裝在底板11上的轉(zhuǎn)臺(tái)12，以使繞方位軸(AZ)可旋轉(zhuǎn)；被固定至反射板13上的半球形透鏡14，其中心在AZ軸上；可沿導(dǎo)軌15滑動(dòng)的第一和第二饋源16a和16b；和被固定至底板11的帽狀天線屏蔽器17，以覆蓋半球形透鏡14。
如圖2所示，轉(zhuǎn)臺(tái)12具有輪轂12b，該輪轂12形成在轉(zhuǎn)臺(tái)的底部，并通過(guò)一軸承可旋轉(zhuǎn)圍繞短凸起12a裝配，該短凸起12a被形成在盤(pán)狀底板11的頂部、在其中心。理想地，反射板13具有盡可能大的平坦表面區(qū)域。但實(shí)際上，其表面區(qū)域受天線的各種參數(shù)(譬如增益和旁瓣)可允許范圍的限制。半球形透鏡是通過(guò)沿包含球形透鏡中心的平面切割球形透鏡獲得的球形透鏡的兩個(gè)二等分中之一。因?yàn)檠仄浞指畎肭蛐瓮哥R的平坦表面與反射板13相接觸，所以半球形透鏡14實(shí)際上作為球形透鏡。
典型的楞勃透鏡天線組件包含半球形電磁透鏡，該半球形電磁透鏡包括多個(gè)具有互相不同的內(nèi)直徑和外直徑的半球形殼體，并且這些殼體同心地一個(gè)層壓另一個(gè)上以形成半球。每個(gè)半球形層由具有介電常數(shù)εr的電介質(zhì)材料形成，εr滿(mǎn)足下面關(guān)系εr＝2-(r/R)2其中R是透鏡的外直徑，以及r是透鏡中心與相應(yīng)殼體之間的距離。
通過(guò)這種布置，入射到透鏡的無(wú)線電波會(huì)聚在焦點(diǎn)。殼體具有這樣的介電常數(shù)，每個(gè)殼體具有一個(gè)比位于在所述殼體內(nèi)的任一殼體低的介電常數(shù)。電介質(zhì)材料具有仲電性(paraelectricty)、鐵電性或反鐵電性，但不具有導(dǎo)電性。
導(dǎo)軌15適于通過(guò)第一電動(dòng)機(jī)(未顯示)圍繞上升(EL)軸15a和15b被樞轉(zhuǎn)至這個(gè)仰角，以使引入的無(wú)線電波會(huì)聚在饋源16a和16b。該EL軸15a和15b具有在包含反射板13的表面的平面內(nèi)互相對(duì)準(zhǔn)的各個(gè)軸線，以使導(dǎo)軌15可沿半球形透鏡14圍繞EL軸樞轉(zhuǎn)180度。
第一電動(dòng)機(jī)被安裝在電動(dòng)機(jī)支架5c上，該電動(dòng)機(jī)支架5c被安裝至EL軸15正下的轉(zhuǎn)臺(tái)12上。第一電動(dòng)機(jī)具有通過(guò)滑輪和皮帶連接至EL軸15a的輸出軸，以在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)EL軸15a。通過(guò)安裝在各自饋源16a和16b上的驅(qū)動(dòng)單元，第一和第二饋源16a和6b可單獨(dú)沿導(dǎo)軌15移動(dòng)。
反射板13和半球形透鏡14被固定安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)12上，轉(zhuǎn)臺(tái)12通過(guò)第二電動(dòng)機(jī)圍繞AZ軸相對(duì)于底板11旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整各饋源的方位，以使進(jìn)入的無(wú)線電波會(huì)聚在饋源上。更具體地，第二電動(dòng)機(jī)被安裝電動(dòng)機(jī)支架15d上，該電動(dòng)機(jī)支架5d被安裝至EL軸15b下的轉(zhuǎn)臺(tái)12，并且第二電機(jī)在其輸出軸上帶有與環(huán)狀齒條11b嚙合的小齒輪11c，該環(huán)狀齒條11b被固定至形成在基板11中并具有略大于轉(zhuǎn)臺(tái)12的直徑的環(huán)形凹槽11a的內(nèi)壁上。從而，通過(guò)使用第二電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪11c，小齒輪11c將沿著環(huán)狀齒條11b移動(dòng)。即，轉(zhuǎn)臺(tái)12將圍繞其凸起12a相對(duì)于底板11轉(zhuǎn)動(dòng)。底板11和轉(zhuǎn)臺(tái)12通過(guò)安裝在由凸起12a和輪轂12b限定的間隙中的旋轉(zhuǎn)接頭12c電連接在一起。
通過(guò)在轉(zhuǎn)臺(tái)12上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)接頭12c和上/下(U/D)轉(zhuǎn)換器，電能被從安裝在底板上的電源提供給第一和第二電動(dòng)機(jī)以及用于第一和第二饋源的驅(qū)動(dòng)單元，并且信號(hào)在這些驅(qū)動(dòng)單元、還有第一和第二饋源、以及安裝在底板上的各種控制單元之間傳遞。每個(gè)饋源16a和16b具有通過(guò)它發(fā)射和接收無(wú)線電波的天線部件和用于處理無(wú)線電波的電路，該電路連接至U/D轉(zhuǎn)換器。用于每個(gè)饋源的驅(qū)動(dòng)單元是具有與固定至導(dǎo)軌的齒條相嚙合的輸出軸的電動(dòng)機(jī)。因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電動(dòng)機(jī)，各個(gè)饋源可沿著導(dǎo)軌移動(dòng)。
半球形透鏡14由電介質(zhì)材料制造，一般為泡沫或非泡沫合成樹(shù)脂?？稍谄渲刑砑友趸伝蜮佀猁}堿土金屬鹽(titante alkali earth metallic salt)。泡沫合成樹(shù)脂可通過(guò)化學(xué)發(fā)泡被形成，該化學(xué)發(fā)泡包括將氣體生成發(fā)泡劑添加至合成樹(shù)脂或樹(shù)脂合成物、將其通過(guò)加熱分解、并在具有想要的形狀的模具中將其發(fā)泡的步驟。
另外，通過(guò)在模具外預(yù)膨脹浸漬揮發(fā)性發(fā)泡劑的顆粒狀合成樹(shù)脂或樹(shù)脂合成物，將其放入具有預(yù)定形狀的模具中，并通過(guò)在水蒸氣中加熱再膨脹，以及同時(shí)熔合相鄰的珠球(bead)(珠球膨脹(bead expansion))來(lái)獲得泡沫合成樹(shù)脂。
反射板可由任意金屬形成，但優(yōu)選由鋁形成，因?yàn)殇X重量輕并且相當(dāng)便宜。同樣，反射板可以是在其上疊壓薄金屬板的泡沫或非泡沫的合成樹(shù)脂板或FRP板，或是這鍍有金屬的板。另外，反射板可是具有相比于進(jìn)入無(wú)線電波的波長(zhǎng)是足夠小的孔的金屬板，或金屬篩網(wǎng)，該金屬篩網(wǎng)具有相比于進(jìn)入無(wú)線電波的波長(zhǎng)的足夠小的網(wǎng)眼尺寸。但這種金屬板或篩網(wǎng)必須具有足夠平滑表面，以如預(yù)想反射無(wú)線電波。同樣原因，反射板必須足夠平坦，即，其必須不是翹曲的或有缺陷的。
天線屏蔽器可由對(duì)無(wú)線電波足夠高穿透性的任意材料形成，并能充分保護(hù)天線組件的內(nèi)部組件不受各部件影響。例如，天線屏蔽器可由耐候性高的任意合成樹(shù)脂形成，但優(yōu)選由碳?xì)浠衔锛易宓臒崴苄运芰虾铣蓸?shù)脂形成，譬如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯，這是因?yàn)檫@些合成樹(shù)脂的介電損耗是低的。
現(xiàn)在說(shuō)明反射板支撐裝置20。它包括短柱狀底板21、半球形部件22和多個(gè)牽引裝置23(在圖中為3個(gè))，該半球形部件22可樞轉(zhuǎn)地容納在形成在底板21的頂部的凹陷中并且在其平坦表面支撐反射板13，從頂部看去所述多個(gè)牽引裝置23互相成角度地間隔，用于在想要的方向上傾斜半球形部件22。
半球形部件22在其半球形表面上形成有許多凹槽，以在凹槽中容納滑潤(rùn)劑，從而允許在凹陷21a中的半球形部件22平滑滑動(dòng)，并因此反射板13的平滑樞轉(zhuǎn)。牽引裝置23被安裝在通過(guò)軸承24a旋轉(zhuǎn)安裝在底板21上的支座24上，且每個(gè)牽引裝置23包含電動(dòng)機(jī)25，該電動(dòng)機(jī)25具有與旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置25a中的螺紋桿25b螺紋嚙合的輸出軸。因此，每個(gè)螺紋桿25b通過(guò)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)電動(dòng)機(jī)25的輸出軸可伸出或縮回。螺紋桿25b具有與固定在底板11上的耦接部件26耦接的尖端，以通過(guò)同步地伸出或縮回各自螺紋桿25d使底板11樞轉(zhuǎn)。
各個(gè)螺紋桿25具有接合在相應(yīng)耦接元件26中形成的細(xì)長(zhǎng)孔中的尖端，以便當(dāng)其被伸出或縮回時(shí)可被傾斜。如圖3(b)所示，三個(gè)牽引裝置23被互相角度間隔120度。而在圖3(a)中，為了便于理解牽引裝置23，三個(gè)牽引裝置23中的兩個(gè)被顯示為間隔180度被放置。在實(shí)際應(yīng)用前，支座24被通過(guò)固定裝置27固定至底板21，以避免牽引裝置23相對(duì)于底板21旋轉(zhuǎn)。所示的固定裝置27包括與固定至支座24的螺母元件螺紋嚙合的螺栓。通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺栓，其尖端抵靠底板21，從而阻止了支座相對(duì)于底板21的旋轉(zhuǎn)。但是固定裝置27若能阻止支座24的旋轉(zhuǎn)，其不限于所示結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的透鏡天線組件可被安裝在建筑物屋頂?shù)捻敳炕騻?cè)面(譬如墻壁或陽(yáng)臺(tái)的圍欄上)，或可被安裝在譬如汽車(chē)、飛行物或輪船的移動(dòng)物上。同樣，依據(jù)本發(fā)明的透鏡天線組件可被用于不僅在地面站和同步衛(wèi)星之間、還在在地面站和軌道衛(wèi)星之間的通信。在第一和第二實(shí)施例的兩個(gè)說(shuō)明中，主要說(shuō)明了無(wú)線電波怎樣被從衛(wèi)星接收。但是天線組件也可向衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波。
為了從定位于從天線組件觀察的天空高處的同步衛(wèi)星接收無(wú)線電波(向衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波)，反射板13被保持水平以便如圖4(a)所示以中間入射角接收無(wú)線電波。
互相平行進(jìn)入半球形透鏡14的無(wú)線電波通過(guò)反射板13被反射和彎曲，以會(huì)聚在焦點(diǎn)上，這是由于形成半球形透鏡14的殼體由互相具有不同介電常數(shù)的電介質(zhì)材料形成。這個(gè)焦點(diǎn)是根據(jù)引入的無(wú)線電波方位角和入射角來(lái)計(jì)算的，并且饋源16之一預(yù)先被移動(dòng)至該焦點(diǎn)，以收集來(lái)自同步衛(wèi)星的無(wú)線電波。由于反射板13具有比半球形透鏡14大的直徑，進(jìn)入的無(wú)線電波被半球形透鏡14外側(cè)的反射板13部分反射，進(jìn)入半球形透鏡14，并會(huì)聚在焦點(diǎn)上。這提高了天線的增益。
第一實(shí)施例的透鏡天線組件具有兩個(gè)饋源16a和16b，以使其能從多個(gè)同步衛(wèi)星接收無(wú)線電波。在圖4(a)至4(c)中，僅顯示了饋源中之一?？衫斫獾氖?，另一個(gè)饋源被在這些圖中的透鏡掩蓋。當(dāng)從軌道衛(wèi)星接收無(wú)線電波時(shí)，必需根據(jù)軌道衛(wèi)星變化的位置來(lái)移動(dòng)在圖4(a)至4(c)中所示的饋源。但是就軌道衛(wèi)星處于高處而言，從那里來(lái)的無(wú)線電波處于中間入射角，沒(méi)有必要傾斜反射板13。
為了從定位于這種高處的同步衛(wèi)星接收無(wú)線電波，且從衛(wèi)星的無(wú)線電波入射角小于20度(參見(jiàn)圖4(b))，反射板支撐裝置20的牽引裝置23被啟動(dòng)以?xún)A斜反射板13直到來(lái)自衛(wèi)星的無(wú)線電波的入射角達(dá)到20度或更高，優(yōu)選45度或更高。具體地，計(jì)算進(jìn)入的無(wú)線電波的方位角和入射角，并且牽引裝置23被同步驅(qū)動(dòng)，以升高反射板13的無(wú)線電波進(jìn)入的那一側(cè)。
通過(guò)以上面方式調(diào)整反射板13的傾斜角度，饋源將離開(kāi)引入無(wú)線電波的路徑，從而不與引入的無(wú)線電波干涉。這提高了天線的增益。
相反地，假如如圖4(c)所示無(wú)線電波的入射角高于80度，則牽引裝置23被控制以降低反射板13中無(wú)線電波進(jìn)入的那一側(cè)，從而降低無(wú)線電波的入射角至80度或更低，優(yōu)選60度或更低。譬如，當(dāng)接收來(lái)自軌道衛(wèi)星的無(wú)線電波和/或假如天線組件位于赤道附近時(shí)，這種控制是必須的。不僅通過(guò)入射角的計(jì)算、還可通過(guò)進(jìn)入無(wú)線電波的方位角的計(jì)算來(lái)同樣實(shí)施這種控制。
如上所述，假如無(wú)線電波的入射角在20至80度的優(yōu)選范圍之外，則牽引裝置23被啟動(dòng)以?xún)A斜反射板23，以使無(wú)線電波的入射角進(jìn)入20至80度的范圍內(nèi)，優(yōu)選45至60度的范圍內(nèi)。牽引裝置23必須具有足夠大的行程，以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。反射板支撐裝置20不限于所示的種類(lèi)。例如，其可包括在底端具有腿的短支撐柱、具有球形耦接件并被安裝在支撐柱的頂端的萬(wàn)向節(jié)、以及牽引裝置，支撐柱通過(guò)該牽引裝置耦接至底板11。
反射板13的直徑理論上為R/cosθ(其中R是半球形透鏡的直徑，θ是無(wú)線電波的入射角)。在本發(fā)明中，反射板13的直徑被確定為R/cos20°或以上。
圖5顯示根據(jù)第二實(shí)施例的透鏡天線組件的透視圖?？偟乇槐硎緸锽的第二實(shí)施例的透鏡天線組件也是楞勃透鏡天線組件。雖然第一實(shí)施例的天線組件包含兩個(gè)饋源以接收來(lái)自?xún)蓚€(gè)同步或軌道衛(wèi)星的無(wú)線電波，可第二實(shí)施例的天線組件僅具有一個(gè)饋源16，并因此僅從一個(gè)衛(wèi)星接收無(wú)線電波，并適合于懸掛在墻壁上。第二實(shí)施例包含許多與第一實(shí)施例的部件相同或類(lèi)似的部件。這些部件由相同標(biāo)記表示，且它們的說(shuō)明被省略。
如圖所示，透鏡天線組件B包括盤(pán)狀底板11、轉(zhuǎn)臺(tái)12、無(wú)線電波反射板13、半球形透鏡14、引導(dǎo)板15′、單一饋源16和天線屏蔽器17。在這些部件中，除了引導(dǎo)板15′和饋源16外的部件都與第一實(shí)施例的部件相同。引導(dǎo)板15′與安裝在天線屏蔽器17的內(nèi)表面的導(dǎo)軌15協(xié)作相對(duì)于半球形透鏡14引導(dǎo)和移動(dòng)饋源16至預(yù)定角度位置，以相對(duì)引導(dǎo)板15′傾斜延伸。轉(zhuǎn)臺(tái)12通過(guò)軸承(未顯示)旋轉(zhuǎn)安裝在底板11。天線屏蔽器17被安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)12，以相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)12在限定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
引導(dǎo)板15′沿著半球形透鏡14的表面彎曲，并接近其頂端形成有細(xì)長(zhǎng)孔(狹縫)15a，饋源16可滑動(dòng)地安裝在該細(xì)長(zhǎng)孔中。饋源16包括天線部件16a、滑動(dòng)體16b、偏振角調(diào)整器16c和銷(xiāo)釘16d。偏振角調(diào)整器16c調(diào)整要接收的無(wú)線電波和/或要被發(fā)射的無(wú)線電波的偏振角。銷(xiāo)釘16d被固定在兩個(gè)導(dǎo)軌15之間，其相對(duì)于引導(dǎo)板15′傾斜地延伸。因此，當(dāng)天線屏蔽器17相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)12圍繞AZ軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，銷(xiāo)釘16d將沿導(dǎo)軌15移動(dòng)。從而，饋源16在引導(dǎo)板15′的細(xì)長(zhǎng)孔15a中沿半球形透鏡14的表面移動(dòng)。
柔性電纜16f具有連接至饋源16的偏振調(diào)整器16c的一端和連接至偏振角調(diào)整器分度盤(pán)16g的另一端。偏振角調(diào)整器分度盤(pán)16g被連接至外面的發(fā)射器/接收器(未顯示)。因此，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整器分度盤(pán)16b，偏振軸被調(diào)整至想要的角度。附圖標(biāo)記18a是用于搬運(yùn)天線組件的把手，18b是方向磁鐵，18c是杠桿，18d是用于鎖定轉(zhuǎn)臺(tái)12以阻止其轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖定件，而18e是用于調(diào)整EL軸的刻度。附圖標(biāo)記17a表示用于阻止圍繞EL軸旋轉(zhuǎn)并設(shè)置于在天線屏蔽器17和轉(zhuǎn)臺(tái)12之間的連接部分的鎖定旋鈕。
為了使透鏡天線組件B能被懸掛在墻壁上，如圖6(a)所示，反射板支撐裝置20’被設(shè)置在基板11的背面。反射板支撐裝置20’包括球軸21’、旋轉(zhuǎn)支撐球軸21’的承載部分22’和用于在預(yù)定角度范圍內(nèi)調(diào)整反射板的支撐角度的三個(gè)角度調(diào)整器23’。球軸21’在其一端形成有球部而在其另一端固定至基板11的背面。球部被容納在軸承件22’中形成的球形凹陷中。承載部分22’通過(guò)譬如穿過(guò)其凸緣部的螺栓被固定至建筑物的垂直壁上。
三個(gè)角度調(diào)整器23’被設(shè)置在基板11上，以在圓周方向上互相間隔120度。每個(gè)角度調(diào)整器包括中空桿和螺紋桿，該中空桿一端被固定至基板11上并形成有內(nèi)螺紋，而螺紋桿插入中空桿內(nèi)并具有外螺紋，該外螺紋與中空桿的內(nèi)螺紋螺紋嚙合。螺紋桿具有被擠壓在垂直墻壁上的圓形端，優(yōu)選通過(guò)固定至墻壁上的支撐件。通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺紋桿，可調(diào)整每個(gè)角調(diào)整部件23’的長(zhǎng)度。
如同第一實(shí)施例，透鏡天線組件B也可被用于從衛(wèi)星接收無(wú)線電波或通過(guò)饋源16向衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波。如同第一實(shí)施例的饋源，這個(gè)實(shí)施例的饋源16被移動(dòng)至無(wú)線電波可以最高增益接收或發(fā)射的位置。因該實(shí)施例的天線組件被懸掛在垂直墻壁上，所以無(wú)線電波的入射角和衛(wèi)星間的相互關(guān)系不同于例如第一實(shí)施例中的天線組件。
圖6(b)-1和6(b)-2分別顯示來(lái)自衛(wèi)星的無(wú)線電波在第二實(shí)施例的天線組件中的入射角和該無(wú)線電波在第一實(shí)施例的天線組件中的入射角。無(wú)線電波的入射角是在半球形透鏡14的中心軸CL和進(jìn)入的無(wú)線電波之間的角度。在圖6(b)-1中，中心軸CL是水平的。在圖6(b)-2中，中心軸CL是垂直的。因此，在圖6(b)-1中，入射角值和衛(wèi)星高度之間的關(guān)系完全與在圖6(b)-2中的這種關(guān)系相反。具體地，在圖6(b)-1中，入射角越大，則衛(wèi)星位置越高；然而在圖6(b)-2中，入射角越大，則衛(wèi)星位置越低。
根據(jù)上面說(shuō)明可清楚的是，即使透鏡天線組件以底板11平行于垂直墻壁垂直延伸的方式被懸掛在垂直墻壁上時(shí)，也可以可靠的和有效的方式接收和發(fā)射無(wú)線電波。使用懸掛在垂直墻壁上的天線透鏡組件，轉(zhuǎn)臺(tái)12和反射板13被轉(zhuǎn)動(dòng)以將饋源16移動(dòng)至與進(jìn)入無(wú)線電波的方位角對(duì)應(yīng)的位置。然后，天線屏蔽器17相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)12轉(zhuǎn)動(dòng)以移動(dòng)饋源至半球形透鏡14的焦點(diǎn)。
假如因天線組件被固定在日本之外或無(wú)線電波被從軌道衛(wèi)星發(fā)射而使進(jìn)入無(wú)線電波的入射角在20至80度范圍外，或入射角接近20或80度，并且想要修正入射角為在優(yōu)選45至60度范圍內(nèi)的值，角度調(diào)整器23’中的一個(gè)、兩個(gè)或全部被延伸或收縮以?xún)A斜反射板13，從而調(diào)整入射角為理想值。
如在第一實(shí)施例中，通過(guò)選擇地延伸或收縮各個(gè)角度調(diào)整器23’，轉(zhuǎn)臺(tái)12、反射板13和半球形透鏡14可以在任何方向上傾斜以將無(wú)線電波的入射角修正至優(yōu)化范圍內(nèi)的值。
代替懸掛在墻壁上，第二實(shí)施例中的天線組件B可以如第一實(shí)施例中的天線組件或任何其他傳統(tǒng)天線組件的同樣方式被水平設(shè)置。相反地，通過(guò)用第二實(shí)施例的反射板支撐裝置20’代替第一實(shí)施例的反射板支撐裝置20，第一實(shí)施例中的透鏡天線組件A可被懸掛在垂直的墻壁上。
第二實(shí)施例中的透鏡天線組件B可接收來(lái)自單一衛(wèi)星的無(wú)線電波和向單一衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波。但是，這可以改變的，以接收來(lái)自互相充分靠近的多個(gè)(譬如4至5個(gè))衛(wèi)星的無(wú)線電波或向互相靠的足夠近的多個(gè)(譬如4至5個(gè))衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波。為了這個(gè)目的，與所示引導(dǎo)板15’相同的附加(3至4個(gè))引導(dǎo)板15’被安裝為互相鄰近并與所示引導(dǎo)板鄰近，并且與所示饋源16相同的附加饋源16被安裝在相應(yīng)的附加引導(dǎo)板15’中，以使每個(gè)所示饋源和附加饋源與多個(gè)衛(wèi)星中之一對(duì)應(yīng)。還有，與附加引導(dǎo)板15’對(duì)應(yīng)，附加導(dǎo)軌15被提供在天線屏蔽器17的內(nèi)表面。
如果第一或第二實(shí)施例中任一的天線組件被用于接收來(lái)自軌道衛(wèi)星的無(wú)線電波或向軌道衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電波，饋源中之一或饋源跟隨衛(wèi)星移動(dòng)。
例子(例子1)根據(jù)第二實(shí)施例的透鏡天線組件B如圖6(b)-1所示被準(zhǔn)備和安裝，以45至60度范圍內(nèi)變化的入射角來(lái)接收無(wú)線電波。例子1中天線組件的增益和入射角之間的關(guān)系通過(guò)由在圖7中符號(hào)■指示的曲線來(lái)顯示。
反射板13直徑640mm半球形透鏡14直徑450mm形成透鏡的層數(shù)8根據(jù)圖7中的表可明白，在天線的任意位置獲得最大增益，雖然例子1中天線組件的尺寸是相當(dāng)小的。
(例子2)根據(jù)第二實(shí)施例的透鏡天線組件B如圖6(b)-1所示被準(zhǔn)備和安裝，以在20至80度范圍內(nèi)變化的入射角來(lái)接收無(wú)線電波。例子2中天線組件的增益和入射角之間的關(guān)系通過(guò)由在圖7中符號(hào)△指示的曲線來(lái)顯示。
反射板13直徑900mm半球形透鏡14直徑450mm形成透鏡的層數(shù)8根據(jù)圖7中的表可明白，增益在任意天線位置是足夠高的。
(對(duì)比例)除了反射板被固定外，與例子2相同的透鏡天線組件如圖6(b)-1所示被準(zhǔn)備和安裝，以接收無(wú)線電波。對(duì)比例中天線組件的增益和入射角之間的關(guān)系通過(guò)由在圖7中符號(hào)▲指示的曲線來(lái)顯示。
反射板13直徑1400mm
半球形透鏡14直徑450mm形成透鏡的層數(shù)8增益明顯落入低于20度和高于80度的范圍內(nèi)。大的天線組件是那么大的，以使控制是不方便的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如上所述，依據(jù)本發(fā)明的透鏡天線組件包括由電介質(zhì)材料制造的半球形透鏡、具有比半球形透鏡大的直徑并且位于半球形透鏡的切割面的無(wú)線電波反射板、具有天線部件并可移動(dòng)至引入無(wú)線電波在其上會(huì)聚的半球形透鏡焦點(diǎn)的饋源、和支撐反射板以使反射板支撐裝置能傾斜反射板的反射板支撐裝置。因?yàn)槭褂梅瓷浒逯窝b置能調(diào)整反射板的傾斜角，以使無(wú)線電波的入射角在預(yù)定的范圍內(nèi)，所以通過(guò)變化反射板的傾斜角，不僅對(duì)同步衛(wèi)星而且對(duì)軌道衛(wèi)星，可高增益地接收和發(fā)射無(wú)線電波，而與衛(wèi)星所處的緯度無(wú)關(guān)，譬如，即使衛(wèi)星在赤道上。
權(quán)利要求
1.一種透鏡天線組件，其包括由電介質(zhì)材料制造的用于會(huì)聚無(wú)線電波的半球形透鏡；具有比所述半球形透鏡大的直徑并位于所述半球形透鏡的切割平面上的無(wú)線電波反射板；包括用于接收和發(fā)射無(wú)線電波的天線部件并可移動(dòng)至在其上會(huì)聚進(jìn)入無(wú)線電波的半球形透鏡焦點(diǎn)的饋源；反射板支撐裝置，該反射板支撐裝置支撐所述反射板使之可在任何所需方向上傾斜，藉此，調(diào)節(jié)所述反射板的傾斜角，使得入射到所述半球形透鏡的無(wú)線電波的入射角處于預(yù)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡天線組件，還包括位置設(shè)定裝置，其用于移動(dòng)所述饋源至所述焦點(diǎn)，所述位置設(shè)定裝置包括方位角設(shè)定裝置和仰角設(shè)定裝置，其中，通過(guò)圍繞所述半球形透鏡的方位軸移動(dòng)所述饋源，該方位角設(shè)定裝置用于在無(wú)線電波進(jìn)入所述半球形透鏡的方向上控制所述饋源的方位角；通過(guò)圍繞所述半球形透鏡的仰角軸移動(dòng)所述饋源，該仰角設(shè)定裝置用于在無(wú)線電波進(jìn)入所述半球形透鏡的方向上控制所述饋源的仰角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡天線組件，其中所述反射板支撐裝置包括底板、樞轉(zhuǎn)安裝在底板上并支撐所述反射板的半球形或球形部件、連接于所述底板的傾斜角設(shè)定裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透鏡天線組件，其中所述傾斜角設(shè)定裝置包括一機(jī)構(gòu)，如果進(jìn)入所述半球形透鏡的無(wú)線電波的入射角在預(yù)定的20至80度范圍之外，則該機(jī)構(gòu)用于通過(guò)傾斜所述反射板來(lái)調(diào)節(jié)反射板的傾斜度以使所述入射角在20度到80度的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡天線組件，其中入射角在45至60度內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的透鏡天線組件，還包括用于保護(hù)所述半球形透鏡和所述饋源的天線屏蔽器。
全文摘要
一種小型且緊湊的透鏡天線系統(tǒng)，其中通過(guò)將半球形透鏡和反射器結(jié)合為一種楞勃型天線以便饋源在會(huì)聚的同時(shí)接收無(wú)線電波，可以在不減小增益的情況下接收來(lái)自同步衛(wèi)星以及軌道衛(wèi)星的大入射角的無(wú)線電波。透鏡天線系統(tǒng)包括透鏡天線體(10)，該透鏡天線體(10)包括反射器(13)和半球形透鏡(14)，該半球形透鏡由層疊的電介質(zhì)材料構(gòu)成，并可旋轉(zhuǎn)地安裝在底板(11)上，同時(shí)與天線屏蔽器(17)和饋源(16a、16b)整體設(shè)置，該饋源可以沿著導(dǎo)軌(15)移動(dòng)到任意位置，并包括反射器支撐裝置(20)，該反射器支撐裝置能夠在任意方向上在底板(21)上傾斜反射器，其中，通過(guò)傾斜反射器(13)，來(lái)自衛(wèi)星的無(wú)線電波的入射角可以被調(diào)整到理想的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H01Q15/14GK1735997SQ03825879
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者黑田昌利, 岸本哲夫, 小川隆也 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社東芝