用于反射器天線的受控照射電介質(zhì)圓錐輻射器的制造方法
【專利摘要】提供具有波導支撐的副反射器的用于反射器天線的電介質(zhì)圓錐輻射器副反射器組件作為在末端具有副反射器的單一電介質(zhì)塊。電介質(zhì)塊的波導過渡部分被定尺寸為用于與波導的端部耦合。電介質(zhì)輻射器部分被設置在波導過渡部分與副反射器支撐部分之間。電介質(zhì)輻射器部分的外徑具有多個徑向向內(nèi)的溝槽，并且，電介質(zhì)輻射器部分的最小直徑大于副反射器支撐表面的副反射器直徑的3/5。
【專利說明】用于反射器天線的受控照射電介質(zhì)圓錐輻射器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波雙反射器天線。更特別地，本發(fā)明提供使得能夠改善信號輻射圖案特性的控制的用于這種天線的低成本的自支撐饋送圓錐輻射器。
【背景技術(shù)】
[0002]使用自支撐饋送的雙反射器天線將入射于主反射器上的信號引導到與主反射器的焦點區(qū)域相鄰地安裝的副反射器上，該副反射器又一般通過到接收器的第一級的饋送喇叭或孔徑將信號引導到波導傳輸線。當雙反射器天線被用于傳輸信號時，信號通過波導從傳送器系統(tǒng)的最后級行進到饋送孔徑、副反射器和主反射器到自由空間。
[0003]反射器天線的電氣性能一般由其增益、輻射圖案、交叉極化和返回損失性能表征一有效增益、輻射圖案和交叉極化是有效微波鏈接計劃和協(xié)調(diào)所必需的，而有效的無線電操作必需良好的返回損失。
[0004]這些主要特性由結(jié)合主反射器輪廓設計的饋送系統(tǒng)確定。
[0005]深盤反射器(deep dish reflector)是反射器盤,其中，使得反射器焦距(F)與反射器直徑(D)的比小于或等于0.25(與一般在更常規(guī)的盤設計中發(fā)現(xiàn)的0.35的F/D相對)。當與特別向盤的邊緣提供受控盤照射的仔細設計的饋送系統(tǒng)一起使用時，這種設計可實現(xiàn)改善的輻射圖案特性，而不需要單獨的遮蔽組件。
[0006]在2005年7月19日發(fā)布、授權(quán)給Hills、發(fā)明名稱為“Tuned Perturbation ConeFeed for Reflector Antenna”的共同受讓的美國專利6919855中公開了被配置為供深盤反射器使用的電介質(zhì)圓錐饋送副反射器的例子。美國專利6919855利用具有副反射器表面和引導圓錐表面的電介質(zhì)塊圓錐饋送，該引導圓錐表面具有關(guān)于電介質(zhì)塊的縱軸同心的多個向下的角形非周期擾動。圓錐饋送和副反射器尺寸在可能的情況下被最小化，以防止阻擋從反射器盤到自由空間的信號路徑。雖然明顯優(yōu)于現(xiàn)有設計，但這種構(gòu)成具有信號圖案，在這些信號圖案中，副反射器邊緣和自由吊桿的末端邊緣跨著反射器盤表面寬范圍地放射信號的一部分，該反射器盤表面包含接近反射器盤周邊和/或副反射器的陰影區(qū)域的可產(chǎn)生饋送吊桿和/或副反射器的二次反射的區(qū)域，從而使電性能劣化。并且，電介質(zhì)塊中的多個角形特征和/或臺階需要復雜的制造過程，這增加總制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是，提供克服現(xiàn)有技術(shù)的限制的裝置，并由此給出允許這種饋送設計提供在用于典型的微波通信鏈接的整個操作帶上滿足最嚴格的電氣規(guī)范的反射器天線特性的方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]加入本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出本發(fā)明的實施例，這里，附圖中的類似的附圖標記指的是同一特征或要素并且可能不對所出現(xiàn)的每個附圖被詳細描述，并與以上給出的本發(fā)明的一般描述和以下給出的實施例的詳細描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0009]圖1是示例性受控照射電介質(zhì)圓錐副反射器組件的示意性側(cè)面剖視圖。
[0010]圖2是安裝在0.167F/D深盤反射器天線內(nèi)的圖4的副反射器組件的示意性側(cè)面首1J視圖。
[0011]圖3是現(xiàn)有技術(shù)的電介質(zhì)圓錐副反射器組件的示意性側(cè)面剖視圖。
[0012]圖4是通過單獨的金屬盤型副反射器闡明的圖1的副反射器組件的分解示意性側(cè)面剖視圖。
[0013]圖5是在22.4Ghz下操作的圖1和圖3的副反射器組件的E&H面一次輻射振幅圖案模型化比較圖，其中，點線是圖3E面、短虛線是圖3H面，長虛線是圖1E面，實線是圖1H面。
[0014]圖6是安裝在根據(jù)圖2的.167F/D反射器盤內(nèi)的圖1和圖3的電介質(zhì)圓錐饋送的E面輻射圖案模型比較圖。
[0015]圖7是安裝在根據(jù)圖2的.167F/D反射器盤內(nèi)的圖1和圖3的電介質(zhì)圓錐饋送的H面輻射圖案模型比較圖。
[0016]圖8是圖3的副反射器組件的E (上面一半)&H (下面一半)面能量場分布模型(模型是四分之一對稱的平面呈現(xiàn))。
[0017]圖9是圖1的副反射器組件的E (上面一半)&H (下面一半)面一次能量場分布模型(模型是四分之一對稱的平面呈現(xiàn))。
【具體實施方式】
[0018]發(fā)明人認識到，可通過減少或最小化饋送吊桿和副反射器溢出在常規(guī)的電介質(zhì)圓錐副反射器組件的輻射圖案上的電氣影響實現(xiàn)輻射圖案控制的改善，并由此實現(xiàn)整個反射器天線性能的改善。
[0019]如圖1、圖2和圖4所示，圓錐輻射器副反射器組件I被配置為在單一電介質(zhì)塊的波導過渡部分5上與饋送吊桿波導3的端部耦合，該波導過渡部分5在末端20上支撐副反射器15。為了減少副反射器溢出，副反射器組件I利用放大的副反射器直徑。例如，副反射器15可定尺寸為具有諸如希望的微波頻帶的中帶頻率的希望的操作頻率的2.5倍波長或更大的直徑。示例性實施例被定尺寸為具有39.34mm的外徑和26.08mm的最小電介質(zhì)福射器部分直徑，這兩個尺寸在22.4Ghz微波帶中的希望的操作頻率下分別與2.94和1.95波長對應。
[0020]位于波導過渡部分5與電介質(zhì)塊10的副反射器支撐部分30之間的電介質(zhì)輻射器部分25也增加尺寸。例如，電介質(zhì)輻射器部分25可定尺寸為具有副反射器直徑的至少3/5的最小直徑。例如，如圖3所示，放大電介質(zhì)輻射器部分25操作為從波導3的端部拉出信號能量，由此最小化在常規(guī)的電介質(zhì)圓錐副反射器構(gòu)成中觀察的該區(qū)域上的衍射。常規(guī)的電介質(zhì)圓錐具有28mm的外徑和11.2mm的“輻射器區(qū)域”的最小直徑，這兩個尺寸在22.4Ghz微波帶中的希望的操作頻率下分別與2.09和0.84波長對應。
[0021]多個皺折沿電介質(zhì)輻射器部分的外徑被設置為徑向向內(nèi)溝槽35。在本實施例中，多個溝槽是兩個溝槽35。電介質(zhì)輻射器部分25的末端溝槽40可具有起始副反射器支撐部分30的角形末端側(cè)壁45。末端側(cè)壁45可一般與末端20的縱向相鄰部分平行，即，末端側(cè)壁45可形成與支撐副反射器15的末端20的縱向相鄰圓錐表面平行的圓錐表面，使得沿該表面的電介質(zhì)厚度關(guān)于副反射器45恒定。
[0022]副反射器組件I的波導過渡部分5可適于匹配希望的圓形波導內(nèi)徑，使得副反射器組件I可配入波導3中并由其保持，該波導3在鄰近盤反射器50的焦點的反射器天線的盤反射器50內(nèi)支撐副反射器組件I。波導過渡部分5可插入波導3中，直到波導的端部鄰接波導過渡部分5的肩部55。
[0023]肩部55可被定尺寸為使電介質(zhì)輻射器部分25與波導端部分開，并且/或者進一步在希望的操作頻率的至少0.75倍波長上定位末端20的周邊(從波導端部的副反射器信號表面的最遠縱向距離)。示例性實施例被定尺寸為具有14.48mm的縱向長度，該尺寸在
22.4Ghz微波帶中的希望的操作頻率下與1.08波長對應。作為比較，圖3的常規(guī)的電介質(zhì)圓錐被定尺寸為在相同的希望的操作頻率下具有8.83mm的縱向長度或0.66波長。
[0024]波導過渡部分5的鄰近末端65上的一個或多個臺階60和/或一個或多個溝槽可被用于波導3與電介質(zhì)塊10的電介質(zhì)材料之間的阻抗匹配目的。
[0025]副反射器15被示為具有過渡到末端圓錐表面75的近側(cè)圓錐表面70，末端圓錐表面75與近側(cè)圓錐表面70相比關(guān)于副反射器組件I的縱軸具有較小角度。
[0026]如圖1最好地示出的那樣，可通過向電介質(zhì)塊10的末端施加金屬沉積、膜、片材或其它RF反射性涂層形成副反射器15。作為替代方案，如圖2和圖4所示，副反射器15例如可單獨形成為位于電介質(zhì)塊10的末端上的金屬盤30。
[0027]當通過0.167F/D深盤反射器50施加時，特別是在10度?45度的區(qū)域中，副反射器組件I在信號圖案上提供令人驚奇的改善。例如，如圖6和圖7所示，在10?45度區(qū)域中，EMl面中的輻射均明顯減少。
[0028]圖8示出常規(guī)的副反射器組件的時間切片輻射能量圖示模擬，表示輻射圖案向反射器盤表面的寬角度擴展，特別是表示沿視軸向后吸取信號能量的波導端部的衍射效果，這必需限制副反射器直徑，以防止明顯的信號阻擋和/或引入使二次反射/干涉劣化的電性能。
[0029]相反，圖9表示示例性受控照射圓錐輻射器副反射器組件I的輻射能量圖示模擬，表示當輻射圖案首先引向與副反射器陰影區(qū)域和盤反射器50的周邊分開的盤反射器50的區(qū)域時，通過副反射器組件I的盤反射器器50的受控照射。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，雖然可為了幫助關(guān)于視軸和/或副反射器溢出區(qū)域校正輻射圖案施加附加的屏蔽和/或輻射吸收材料，但本例子在沒有任何這種附加的結(jié)構(gòu)下也獲得了這些區(qū)域中的減少連同以前不可獲得的10?45度區(qū)域輻射減少。由于在不通過附加的手段吸收沿不希望的方向投影的信號能量的情況下進行該信號圖案改善，因此，更多的信號能量被施加到自由空間目標，從而導致天線效率提高6%，這是通過發(fā)明人的在
22.4Ghz微波帶中操作的示例性實施例的基于軟件的模型測量的。
[0031]在沿徑向向內(nèi)設置沿單一電介質(zhì)塊的外徑形成的肩部55、臺階60和溝槽35中的每一個的情況下，電介質(zhì)塊的制造可被簡化，從而降低總制造成本。將末端表面的周邊定尺寸為與組件的縱軸正交可提供就緒的制造基準表面85，從而例如通過加工和/或注入成形進一步簡化電介質(zhì)塊10制造過程。
[0032]從以上很容易理解，本發(fā)明為本領(lǐng)域帶來具有改善的電氣性能和明顯的制造成本效率的用于反射器天線的副反射器組件I。根據(jù)本發(fā)明的副反射器組件I強度高且重量輕，并且可以以非常高的精度水平被重復地、成本有效地制造。
[0033]部件表
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種具有波導支撐的副反射器的用于反射器天線的圓錐輻射器副反射器組件，包括: 單一電介質(zhì)塊； 設置在電介質(zhì)塊的末端上的副反射器； 被定尺寸為用于與波導的端部耦合的電介質(zhì)塊的波導過渡部分； 電介質(zhì)塊的副反射器支撐部分；和 波導過渡部分與副反射器支撐部分之間的電介質(zhì)輻射器部分，電介質(zhì)輻射器部分的外徑具有多個徑向向內(nèi)的溝槽；電介質(zhì)輻射器部分的最小直徑大于副反射器支撐表面的副反射器直徑的3/5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，副反射器是電介質(zhì)塊的末端上的金屬涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，副反射器是密封于電介質(zhì)塊的末端上的單獨的金屬部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，副反射器直徑是希望的操作頻率的2.5倍波長或更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，波導過渡部分被定尺寸為用于插入波導的端部，直到波導的端部鄰接波導過渡部分的肩部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，副反`射器支撐部分作為末端溝槽的角形末端側(cè)壁從電介質(zhì)福射器部分的末端溝槽延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的組件，其中，角形末端側(cè)壁一般與末端的縱向相鄰部分平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，末端具有過渡到末端圓錐表面近側(cè)圓錐表面；末端圓錐表面與近側(cè)圓錐表面相比關(guān)于組件的縱軸具有較小角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的組件，其中，副反射器支撐部分作為末端溝槽的角形末端側(cè)壁從電介質(zhì)輻射器部分的末端溝槽延伸，角形末端側(cè)壁一般與末端圓錐表面平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，末端的周邊與組件的縱軸正交。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，多個溝槽是兩個溝槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，多個溝槽的底部寬度向著末端減小。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，波導的端部與副反射器周邊上的末端之間的縱向距離為希望的操作頻率的至少0.75倍波長。
14.一種用于形成用于深盤反射器天線的副反射器的方法，包括以下步驟: 一形成電介質(zhì)塊；和 一使副反射器與電介質(zhì)塊的末端耦合； 被定尺寸為用于與波導的端部耦合的電介質(zhì)塊的波導過渡部分； 電介質(zhì)塊的副反射器支撐部分；和 波導過渡部分與副反射器支撐部分之間的電介質(zhì)輻射器部分，電介質(zhì)輻射器部分的外徑具有多個徑向向內(nèi)的溝槽；電介質(zhì)輻射器部分的最小直徑大于副反射器支撐表面的副反射器直徑的3/5。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，副反射器直徑的尺寸是希望的操作頻率的2.5倍波長或更大。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，副反射器通過用RF反射性材料涂敷末端與電介質(zhì)塊的末端耦合。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，副反射器通過針對末端密封金屬盤與電介質(zhì)塊的末端f禹合。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，形成電介質(zhì)塊包含使電介質(zhì)塊注入成形。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，形成電介質(zhì)塊包含加工電介質(zhì)塊。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，波導的端部與副反射器周邊上的末端之間的縱向距離為希望的操作頻率的至少0.75倍波長。
【文檔編號】H01Q19/10GK103782447SQ201280041539
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月1日
【發(fā)明者】R·布蘭朵, C·希爾斯 申請人:安德魯有限責任公司