專利名稱：多波束反射面盤型天線及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種盤型天線，特別是涉及一種多波束反射面盤型天線，可通過(guò)數(shù)值分析與合成方法，在天線尺寸不變的情況下來(lái)提升增益。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代用衛(wèi)星通信實(shí)時(shí)散布音頻與視頻數(shù)據(jù)到世界各地變得越來(lái)越重要。一個(gè)很明顯的目標(biāo)是增進(jìn)一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量，例如直播衛(wèi)星系統(tǒng)(direct broadcast system DBS)。而反射面盤型天線系統(tǒng)是一種常見(jiàn)應(yīng)用在衛(wèi)星通信的天線系統(tǒng)。
傳統(tǒng)上，已知盤型接收天線通常使用最廣泛的圓形拋物面天線。其盤面的曲面以圓形的拋物面方程式x^2+y^2＝4fz表示，其中，f代表此圓形盤面的焦距。一整合饋入的低噪聲放大器模塊(low noise block withintegrated feed，LNBF)裝設(shè)在盤型天線的拋物面反射面的焦點(diǎn)上，用來(lái)接收及轉(zhuǎn)換衛(wèi)星訊號(hào)。在焦點(diǎn)上的LNBF模塊接收到C/N比值(carrier tonoise ratio)極高的衛(wèi)星訊號(hào)，可改善接收信號(hào)的品質(zhì)與提高增益，且降低過(guò)溢散失(spill-over loss)。另一方面，由于拋物面天線的聚焦能力相當(dāng)強(qiáng)，來(lái)自其它衛(wèi)星的訊號(hào)僅會(huì)產(chǎn)生一平行于拋物面天線的極小訊號(hào)。此外，要同時(shí)接收多個(gè)衛(wèi)星訊號(hào)，只有裝置多個(gè)拋物面天線才可達(dá)到這個(gè)功能。
因此，另一個(gè)方法是在一個(gè)盤型天線上放置多個(gè)獨(dú)立的LNBF模塊，用來(lái)同時(shí)接收多個(gè)不同的衛(wèi)星信號(hào)。相較于裝置多個(gè)拋物面天線，此方法占用空間較小也比較便宜，對(duì)使用者而言相當(dāng)實(shí)用與方便。然而，使用單一復(fù)合LNBF模塊的方法，還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)，且與多個(gè)獨(dú)立LNBF模塊的盤型天線具有同樣的功效。
本發(fā)明部分相關(guān)背景技術(shù)請(qǐng)參考下列的論文Research Disclosure Vol.43，NO.1，“A Generalized DiffractionSynthesis Technique for High Performance Reflector Antenna”，IEEETrans.On Antennas and Propagation，Dah-Ewih Duan and Yahmat-Samii，January 1995，discloses a steepest decent method(SDM)which is awidely employed procedure for the synthesis of shaped reflectors incontoured beam applications.The SDM is efficient in computationalconvergence，but highly depends on an initial starting point andcould very easily reach a local optimum。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種可同時(shí)接收不同衛(wèi)星訊號(hào)的多波束反射面盤型天線。本發(fā)明的另一目的是提供一種盤型天線輻射場(chǎng)型的分析方法與具有此種輻射場(chǎng)型的盤型天線。因此本發(fā)明提供一種多波束反射面盤型天線與其分析方法。此盤型天線包括一個(gè)反射面，還有一主要單電路板上設(shè)置整合饋入的低噪聲放大器模塊(low noise block with integratedfeed，LNBF)。具有N階曲線的盤型天線反射面，用一個(gè)盤型表面在一角度范圍內(nèi)同時(shí)接收來(lái)自不同衛(wèi)星的訊號(hào)，且形成分別對(duì)應(yīng)于不同衛(wèi)星訊號(hào)的聚集波束。一主要復(fù)合LNBF模塊包含多個(gè)位于反射面的聚焦平面上的次LNBF模塊，用來(lái)接收對(duì)應(yīng)于不同衛(wèi)星訊號(hào)的聚集波束。


藉由以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將可更好地了解上述內(nèi)容及本發(fā)明的諸多優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為本發(fā)明的盤型天線系統(tǒng)圖；圖2為本發(fā)明的盤型天線的反射面形狀原理圖；圖3為本發(fā)明的盤型天線的反射面合成方法的流程圖；圖4為本發(fā)明的多波束反射面盤型天線的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明披露了一種具有復(fù)合LNBF模塊的多波束反射面盤型天線，用來(lái)同時(shí)接收來(lái)自不同衛(wèi)星的訊號(hào)。圖1為本發(fā)明的盤型天線系統(tǒng)圖。依據(jù)本發(fā)明的多波束反射面盤型天線可將多個(gè)LNBF模塊整合在單個(gè)復(fù)合LNBF模塊上。盤型天線的反射面10接收來(lái)自不同衛(wèi)星的訊號(hào)，且產(chǎn)生多方的輻射波20。盤型天線的盤型表面是一個(gè)具有N階投影孔徑的反射面，使用方程式F(x)^n+F(y)^n＝F(z)表示，其中n的值在本實(shí)施例中是采用2.1。
圖2為本發(fā)明的盤型天線的反射面10形狀原理圖。其中，盤型天線的反射面10是由曲面形變而形成，且反射面10的形狀是使用超橢圓投射而得。此超橢圓滿足方程式[x/A]^n+[y/B]^n＝1，且z＝f，其中n的值為2.1，而A是本發(fā)明具有N階投影孔徑在水平軸上的長(zhǎng)度，且B是在垂直軸上的長(zhǎng)度。要形成本發(fā)明的盤型的方法，可從兩方面來(lái)考慮數(shù)值分析與合成方法。重點(diǎn)是分析由盤形天線的反射面10已饋入盤型天線的饋電器組件(包括輻射波形與重量)所產(chǎn)生的輻射場(chǎng)型。考慮饋電器組件與輻射波形，因?yàn)榧僭O(shè)是由cos^qθ作為預(yù)設(shè)波形，所以輻射波形的變化部分不在此分析方法中。利用物理光學(xué)理論，對(duì)所切割的面積進(jìn)行基底展開(kāi)，可以得到球面展開(kāi)式(global surface expansion)為z(t,φ)=Σ0nΣ0m[Cnmcosnφ+Dnmsinnφ]Fmn(t).]]>其中兩個(gè)∑分別代表對(duì)n與m進(jìn)行加總的程序，其中Cnm與Dnm可用積分方程式求出每個(gè)基底系數(shù)。并且，可根據(jù)所得到的基底系數(shù)，推導(dǎo)出所對(duì)應(yīng)的輻射場(chǎng)型、波峰(peak)角度、增益、與旁波瓣值等等，再比較上述諸值是否符合條件值的要求，以決定遞歸程序(iteration procedure)是否實(shí)現(xiàn)。輻射波形的主要波瓣與第一旁波瓣值對(duì)于盤型天線是相當(dāng)關(guān)鍵的。要實(shí)現(xiàn)物理光學(xué)上效果好的波瓣值可由上述的研究方法。
合成的目的是要改進(jìn)盤形天線的反射面10的重量和形狀，以使盤型天線的反射面10產(chǎn)生希望的標(biāo)準(zhǔn)波形。通常，依照希望的標(biāo)準(zhǔn)波形條件反復(fù)調(diào)整饋電器組件的重量，或者盤型天線的反射面10的形狀，直到實(shí)現(xiàn)希望的標(biāo)準(zhǔn)波形條件。簡(jiǎn)要地說(shuō)，上面的等式提供一開(kāi)始時(shí)預(yù)設(shè)盤型天線的反射面10的設(shè)定值(反射面10的Cnm與Dnm、饋電器的輻射波形、坐標(biāo)、盤型天線的反射面10的相位與重量默認(rèn)值)，且希望反射面10的輻射場(chǎng)型(要得到最低與最高增益的角度)，直到使用合成方法實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)條件。輻射場(chǎng)型依據(jù)得到的系數(shù)去分析以修改輻射場(chǎng)型需要的條件，重復(fù)使用合成方法直到展開(kāi)的基底系數(shù)Cnm與Dnm符合輻射場(chǎng)型。這些展開(kāi)的基底系數(shù)作為詳細(xì)說(shuō)明盤型天線的反射面10，設(shè)計(jì)、制造與測(cè)試樣品的坐標(biāo)。
圖3為本發(fā)明的盤型天線的反射面合成方法的流程圖。合成盤型天線的反射面10包括以下的步驟。步驟S1，預(yù)設(shè)輻射波形。首先決定此輻射波形作分析合成。步驟S2，切割孔徑投射至盤型天線的反射面10決定切割形狀。盤型天線的反射面10的切割形狀由切割孔徑投射而成。步驟S3，預(yù)設(shè)盤型天線反射面10的拋物面方程式系數(shù)。由拋物面方程式的切割孔徑投射，得到一組輸入基底系數(shù)。步驟S4，決定輻射波形的條件。輻射波形的條件包括水平軸半徑、垂直軸半徑、焦距以及中心點(diǎn)至Z軸的距離。步驟S5，分析輻射波形得到基底系數(shù)。根據(jù)輻射波形的分析與上述輻射波形的條件，可得到一組輸出基底系數(shù)。步驟S6，確認(rèn)是否符合預(yù)設(shè)輻射波形。步驟S7，修改反射面10的對(duì)稱系數(shù)，以再次確認(rèn)是否符合預(yù)設(shè)輻射波形。如果不符合預(yù)設(shè)輻射波形，修改反射面10的對(duì)稱系數(shù)，以再次確認(rèn)是否符合預(yù)設(shè)輻射波形。步驟S8，得到一組新的基底系數(shù)。如果輻射波形依然無(wú)法符合默認(rèn)值，在修改對(duì)稱系數(shù)前，先將起始的輸入基底系數(shù)以輸出基底系數(shù)代換，然后重復(fù)步驟4直到找到符合的基底系數(shù)Cnm與Dnm產(chǎn)生預(yù)設(shè)的輻射波形。
本發(fā)明的盤形天線的分析合成方法數(shù)據(jù)詳列如下盤型天線的表面如圖2盤型天線的剖面圖如圖4LNBF模塊具有三個(gè)次LNBF，兩相鄰的次LNBF的饋電器中心相距66厘米。
盤型天線的反射面尺寸大小反射面20.4(inch)*16.94(inch)實(shí)際大小20.9(inch)*18.4(inch)盤面上每點(diǎn)誤差在+0.02″到-0.02″之間反射面焦距12.25(inch)盤型天線的反射面基底系數(shù)如下面表1所列表1nm CnmDnm00-6.886965 0.00E+0001-0.40448810.00E+00024.81E-03 0.00E+0003-6.92E-04 0.00E+00100.00E+00 1.619216
110.00E+00 -9.52E-03120.00E+00 -2.61E-04200.1238 0.00E+0021-6.41E-030.00E+00221.00E-05 0.00E+00300.00E+00 2.35E-02310.00E+00 1.07E-0340-1.44E-030.00E+00411.12E-03 0.00E+00500.00E+00 -3.20E-0360-2.12E-030.00E+00盤型天線分析與測(cè)試數(shù)據(jù)

因此，與已知的技術(shù)相比較，多波束反射面盤型天線有下列的優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)多波束反射面盤型天線的需求，用分析合成方法布署一反射面表面形變，且根據(jù)盤型天線產(chǎn)生的影響分析這個(gè)合成的反射面，提供最好的可能結(jié)果。多波束反射面盤型天線以一反射面合成與形變制成，進(jìn)而達(dá)到比已知技術(shù)更大角度的接收范圍與效果(更高的增益與較佳的旁波瓣值)。本發(fā)明的較小的盤型天線的反射面是以數(shù)值分析和合成方法制成，以較低的成本達(dá)到更好的效果。在盤型天線的單一反射面使用相位數(shù)組饋電器產(chǎn)生多波束，是最近在盤型天線上一個(gè)重要的應(yīng)用。不僅能使盤型天線的單一反射面?zhèn)魉碗p向訊號(hào)至多個(gè)衛(wèi)星以節(jié)省成本，同時(shí)有效地追蹤衛(wèi)星，也能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的微波傳輸。
雖然本發(fā)明已以一實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視后附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，包括一個(gè)反射面可同時(shí)接收多顆衛(wèi)星傳送的訊號(hào)；及，至少一第一低噪聲放大器模塊，接收由該反射面產(chǎn)生的聚焦波束，其中該反射面是依下列步驟決定提供一滿足方程式F(x)^n+F(y)^n＝F(z)的n階曲線表面，其中n的值為2.1；展開(kāi)該方程式為z(t,φ)=Σ0nΣ0m[Cnmcosnφ+Dnmsinnφ]Fmn(t),]]>其中Cnm與Dnm為基底系數(shù)；依據(jù)基底系數(shù)Cnm與Dnm分析反射面的輻射波形；合成反射面的輻射波形以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輻射場(chǎng)型；及依據(jù)基底系數(shù)Cnm與Dnm與該輻射場(chǎng)型得到該多波束反射面，其中Cnm與Dnm基底系數(shù)如下所列nmCnmDnm00-6.8869650.00E+0001-0.4044881 0.00E+00024.81E-03 0.00E+0003-6.92E-040.00E+00100.00E+00 1.619216110.00E+00 -9.52E-03120.00E+00 -2.61E-04200.1238 0.00E+0021-6.41E-030.00E+00221.00E-05 0.00E+00300.00E+00 2.35E-02310.00E+00 1.07E-0340-1.44E-030.00E+00411.12E-03 0.00E+00500.00E+00 -3.20E-0360 -2.12E-03 0.00E+00
2.如權(quán)利要求1所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該盤型天線的反射面大小概略為長(zhǎng)18.4英吋、寬20.9英吋。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該盤型天線的反射面焦距為12.25英吋，且其盤形表面的每點(diǎn)誤差在0.02英吋到-0.02英吋之間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該第一低噪聲放大器模塊包括多個(gè)第二低噪聲放大器模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，還包含位于該第二低噪聲放大器模塊的焦點(diǎn)上的饋電器。
6.如權(quán)利要求5所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，每一位于該第二低噪聲放大器模塊的饋電器仰角概略是38.45度。
7.如權(quán)利要求5所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該每個(gè)第二低噪聲放大器模塊的水平距離概略為66毫米。
8.一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)的制造方法，其包括下列步驟提供該盤型天線系統(tǒng)一n階曲線表面的反射面，滿足方程式F(x)^n+F(y)^n＝F(z)，其中n的值為2.1；展開(kāi)該方程式為z(t,φ)=Σ0nΣ0m[Cnmcosnφ+Dnmsinnnφ]Fmn(t),]]>其中Cnm與Dnm為基底系數(shù)；依據(jù)基底系數(shù)Cnm與Dnm分析反射面的輻射波形，該輻射波形系被一第一低噪聲放大器模塊所接收；合成反射面的輻射波形以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輻射場(chǎng)型；及依據(jù)基底系數(shù)Cnm與Dnm與該輻射場(chǎng)型得到該多波束反射面盤型天線，其中Cnm與Dnm基底系數(shù)如下所列nmCnmDnm00-6.886965 0.00E+0001-0.40448810.00E+00024.81E-03 0.00E+0003-6.92E-04 0.00E+00100.00E+00 1.619216110.00E+00-9.52E-03120.00E+00-2.61E-04200.1238 0.00E+0021-6.41E-03 0.00E+00221.00E-050.00E+00300.00E+002.35E-02310.00E+001.07E-0340-1.44E-03 0.00E+00411.12E-030.00E+00500.00E+00-3.20E-0360-2.12E-03 0.00E+00
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，該盤型天線的反射面大小概略是長(zhǎng)18.4英吋、寬20.9英吋。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，該盤型天線的反射面焦距概略為12.25英吋，且其盤形表面的每點(diǎn)誤差在0.02英吋到-0.02英吋之間。
11.如權(quán)利要求8所述的制造方法，該第一低噪聲放大器模塊包括多個(gè)第二低噪聲放大器模塊。
12.如權(quán)利要求11所述的制造方法，還包含位于該第二低噪聲放大器模塊的焦點(diǎn)上的饋電器。
13.如權(quán)利要求12所述的制造方法，每一位于該第二低噪聲放大器模塊的饋電器仰角概略是38.45度。
14.如權(quán)利要求12所述的制造方法，該每個(gè)第二LNBF模塊的水平距離概略為66毫米。
15.一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，包括一個(gè)反射面可同時(shí)接收多顆衛(wèi)星傳送的訊號(hào)；及，至少一第一低噪聲放大器模塊，接收由該反射面產(chǎn)生的聚焦波束，其中該反射面是一n階曲線表面，滿足下列方程式z(t,φ)=Σ0nΣ0m[Cnmcosnφ+Dnmsinnφ]Fmn(t)]]>其中Cnm與Dnm為基底系數(shù)，如下所列nmCnmDnm00-6.886965 0.00E+0001-0.4044881 0.00E+00024.81E-030.00E+0003-6.92E-04 0.00E+00100.00E+001.619216110.00E+00-9.52E-03120.00E+00-2.61E-04200.1238 0.00E+0021-6.41E-03 0.00E+00221.00E-050.00E+00300.00E+002.35E-02310.00E+001.07E-0340-1.44E-03 0.00E+00411.12E-030.00E+00500.00E+00-3.20E-0360-2.12E-03 0.00E+00
16.如權(quán)利要求15所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該盤型天線的反射面大小概略為長(zhǎng)18.4英吋、寬20.9英吋。
17.如權(quán)利要求15所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該盤型天線的反射面焦距為12.25英吋，且其盤形表面的每點(diǎn)誤差在0.02英吋到-0.02英吋之間。
18.如權(quán)利要求15所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該第一低噪聲放大器模塊包括多個(gè)第二低噪聲放大器模塊。
19.如權(quán)利要求18所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，還包含位于該第二低噪聲放大器模塊的焦點(diǎn)上的饋電器。
20.如權(quán)利要求19所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，每一位于該第二低噪聲放大器模塊的饋電器仰角概略是38.45度。
21.如權(quán)利要求19所述的一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，該每個(gè)第二低噪聲放大器模塊的水平距離概略為66毫米。
全文摘要
一種多波束反射面盤型天線系統(tǒng)，使用一復(fù)合低噪聲放大器模塊(low noise block with integrated feed，LNBF module)同時(shí)接收來(lái)自不同衛(wèi)星的訊號(hào)。盤型天線包括了N次曲面成形的反射面，一由多個(gè)LNBF模塊所構(gòu)成的復(fù)合LNBF模塊。反射面是借著在拋物面上進(jìn)行邊界切割，再以合成法進(jìn)行曲面形變而形成。除了可反射不同衛(wèi)星訊號(hào)外，并可在焦平面上分別產(chǎn)生近似輻射場(chǎng)型、水平增益的聚焦波束，而被復(fù)合LNBF模塊所接收。
文檔編號(hào)H01Q19/17GK1534830SQ20041000787
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者高健榮, 詹長(zhǎng)庚, 賴中民 申請(qǐng)人:啟碁科技股份有限公司, 啟 科技股份有限公司