專利名稱：無線電波透鏡天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及達到高增益和低旁瓣的透鏡天線，該天線由基于欏勃(Luneberg)透鏡的無線電波透鏡與基本饋源結(jié)合構(gòu)成。
另外，基于欏勃透鏡的無線電波透鏡表示無線電波的折射特性近似于欏勃透鏡的折射特性，并滿足條件0＜a≤r的透鏡。式中a為從透鏡表面至透鏡焦點的距離，r為透鏡的半徑(以后稱為“近似的欏勃透鏡”)。
背景技術(shù)：
使用欏勃透鏡的天線作為多波束天線是有效的，并可作為接收從衛(wèi)星來的無線電波或?qū)o線電波傳送至衛(wèi)星的天線。
然而，為了得到該天線最佳的性能-例如高增益和低旁瓣，優(yōu)化饋源成為需要和重要的。
拋物面天線包括一個拋物面反射器和一個LNB(低噪聲下變頻器)。無線電波在該拋物面反射器上被反射，聚焦在焦點上，同時透鏡天線包括一個透鏡和一個LNB。無線電波通過該透鏡的內(nèi)部被折射，聚焦在透鏡的焦點上。
因此，每一個使用拋物面天線和近似的欏勃透鏡的天線彼此在原理和條件上不相同，因此，它們的最優(yōu)饋源不是總是互相相同的。
對于拋物面天線，基本饋源如在參考文獻1中所述。
參考文獻1“天線工程手冊”第三版，17-17～17-21。
參考文獻1說明，如果θ1表示離開基本饋源和拋物面反射器(圓盤)的邊緣之間對著的角度，則帶有在角度θ1位置上的增益為從基本增益下降10dB的天線圖形的基本饋源，在增益和旁瓣方面是有利的。
關(guān)于近似的欏勃透鏡，已經(jīng)設(shè)計了可充分滿足實際使用的透鏡。然而，不論該透鏡的性能如何好，沒有恰當?shù)酿佋矗炀€的性能不能改善。
在拋物面天線中，天線的增益改變，取決于波束寬度的改變。如果波束寬度太寬，則產(chǎn)生無線電波的泄漏，因此增益降低。另一方面，如果波束寬度太窄，則該拋物面反射器的一些區(qū)域不能使用，造成增益減小。
另外，當拋物面天線的基本饋源的波束寬度較窄時，則天線的旁瓣減小。一般已知，通過在該拋物面天線的孔徑表面的邊緣，減小功率，形成有錐度的功率分布，可以減少旁瓣。另一方面，如果基本饋源的波束寬度狹窄至一定程度，則增益逐漸損失和增益迅速減小。
在透鏡天線的情況下，通過用上面所示的相同方法，使與透鏡結(jié)合的基本饋源的波束寬度變窄，也可以減小旁瓣。然而，由于透鏡的孔徑表面不能有效地用于天線增益，因此在基本饋源的波束寬度的一個確定位置上，天線的增益迅速減小。結(jié)果，不容易使高增益和低旁瓣兼容。
特別是，在使用近似的欏勃透鏡的天線的情況下，不象在拋物面天線中那樣，透鏡的特性遠不是理想的。在拋物面天線中，可以形成物理上理想的曲線表面，并且焦點的位置由該曲線表面的曲率確定。例如，在制造實際透鏡中由天線結(jié)構(gòu)造成的相對介電常數(shù)的不連續(xù)性，或者產(chǎn)生的無線電波的折射率的變化是不可避免的。這種變化造成旁瓣的增大。因此，與拋物面天線比較，使高增益和低旁瓣兼容要困難得多。
為了達到使用近似的欏勃透鏡的天線的最佳性能，要求優(yōu)化饋源。然而，由于使用近似的欏勃透鏡的天線是最近出現(xiàn)獲得實際應(yīng)用的，因此得到最優(yōu)的饋源的參數(shù)還沒有找到。
如上所述，由于使用近似的欏勃透鏡的天線在原理和條件上與拋物面天線不同，并具有在制造實際的透鏡中產(chǎn)生的諸如由結(jié)構(gòu)引起的相對介電常數(shù)不連續(xù)和無線電波的折射率變化一類的問題，基本饋源的性能不能由用同樣的方法將拋物面天線的概念用在其上來確定?？紤]到這點，饋源的優(yōu)化是不充分的，因此沒有達到天線充分的性能。因此，需要解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明提供了一個無線電波透鏡(近似的欏勃透鏡)。該無線電波透鏡由介電材料制成并與基本饋源結(jié)合，該無線電波透鏡滿足條件0＜a≤r，式中a表示從透鏡表面至透鏡焦點的距離，r為透鏡的半徑；該基本饋源的10dB波束寬度為θ，θ表示基本饋源的10dB的波束寬度，A由公式A＝θ/2×(1+2a/r)確定，并且至少為40-80。
這里10dB波束寬度表示，從無線電波的最大增益以下10dB處的波束寬度，如圖15所示那樣。
該基本饋源最好設(shè)定為在A至少為50～70時具有θ。
根據(jù)本發(fā)明，無線電波透鏡由將半球形透鏡與一個反射板結(jié)合構(gòu)成，在該反射板中，反射表面的一部分從該透鏡向外，向著無線電波的入射方向突出；以及一包括該無線電波透鏡的透鏡天線，該基本饋源和將該基本饋源支承在固定位置的一個支承裝置的透鏡天線考慮作為一個實施例。另外，它適用于接收從對地靜止衛(wèi)星來的無線電波和將無線電波傳輸至對地靜止衛(wèi)星。
在如上所述那樣確定與近似的欏勃透鏡結(jié)合的基本饋源的10dB波束寬度θ時，可以得到旁瓣較低和增益減小不太大的無線電波透鏡天線。
通過找到那樣參數(shù)，可以提供增益高和旁瓣低的高性能天線，同時可節(jié)約開發(fā)時間和周期。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的示例性的透鏡天線的側(cè)視圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性透鏡天線的側(cè)視圖；圖3表示從透鏡表面至透鏡焦點的距離和透鏡半徑之間的關(guān)系；圖4表示透鏡天線的性能測量方法；圖5表示透鏡天線的性能測量結(jié)果；圖6表示在a/r＝0.005情況下的數(shù)據(jù)；圖7表示在a/r＝0.04情況下的數(shù)據(jù)；圖8表示在a/r＝0.09情況下的數(shù)據(jù)；圖9表示在a/r＝0.14情況下的數(shù)據(jù)；圖10表示在a/r＝0.25情況下的數(shù)據(jù)；圖11表示在a/r＝0.35情況下的數(shù)據(jù)；圖12表示在a/r＝0.51情況下的數(shù)據(jù)；圖13表示在a/r＝0.71情況下的數(shù)據(jù)；圖14表示在a/r＝0.93情況下的數(shù)據(jù)；圖15表示基本饋源的10dB波束寬的定義。
符號說明
1-無線電波透鏡，2-基本饋源3-支承裝置，4-透鏡，5-反射板，6-天線罩，7-譜分析儀，S-焦點，O-透鏡的中心，a-從透鏡表面至焦點的距離，r-透鏡的半徑。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。圖1所示的透鏡天線包括一個無線電波透鏡1，放置在該無線電波透鏡1的焦點上的一個基本饋源2(焦點位置相應(yīng)于通訊目標的對地靜止衛(wèi)星)，和一個可在固定位置上支承該基本饋源2的一個支承裝置3。
所示的無線電波透鏡1通過由介電材料制成的半球形透鏡4與固定在透鏡4的球的半切開表面上的反射板5的結(jié)合構(gòu)成。
該無線電波透鏡1可以由基本饋源與圖2所示的球形透鏡4或1/4球形透鏡結(jié)合構(gòu)成。該圖2的球形透鏡4由天線罩6支承。
透鏡4為由具有不同的相對介電常數(shù)的層疊層構(gòu)成的近似的欏勃透鏡，它折射從一定方向入射的無線電波，使無線電波聚焦在焦點上。透鏡4由介電材料制成，該透鏡滿足條件0＜a≤r，如圖3所示，式中a表示從透鏡表面至透鏡焦點的距離，r表示透鏡的半徑。
另外，該基本饋源2具有10dB波束寬度θ。θ表示該基本饋源的10dB波束寬度，由式A＝θ/2(1+2a/r)確定的A至少為40-80，更好為至少50～70。
另外，當a＝0時，該基本饋源2碰到透鏡，因此不能安裝該基本饋源2。當a＞r時，由于基本饋源2離透鏡太遠，造成天線體積大，作為可銷售產(chǎn)品沒有價值。為了避免這些問題，應(yīng)滿足條件0＜a≤r。
可以使用圓錐形號角天線，金字塔形號角天線，波紋形號角天線，介電桿天線，介電材料加載號角天線，微帶天線(MSA)等中的一種作為該基本饋源2，但不是僅限于此。
反射板5的尺寸比透鏡4的尺寸大，使得反射表面的一部分從透鏡向外向著無線電的入射方向突出。
在圖1的天線中，使用可以調(diào)節(jié)仰角的拱形形式的臂作為支承裝置3，但也可以使用固定的支架等。
優(yōu)選實施例下面，詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。作為近似的欏勃透鏡，準備下列條件透鏡直徑φ＝370mm，半球形形狀，總共8層；a/r＝0.005，0.04，0.09，0.14，0.25，0.35，0.51，0.71和0.93；總共9種情況。
另外，準備各具有不同的10dB波束寬度的波紋形號角天線CH1～CH9作為基本饋源。
表1

其次，分別將其上固定著反射板的每一個透鏡與表1中的波紋形號角天線CH-1～CH-9結(jié)合構(gòu)成透鏡天線，以后得到每一個透鏡天線的增益和偏離12.7GHz處的旁瓣為基礎(chǔ)的超過率。
增益和旁瓣的超過率利用圖4的使用譜分析儀7的測量裝置測量。結(jié)果表示在圖5中。圖5中，實線表示由公式A＝θ/2×(1+2a/r)確定的A和透鏡天線的增益之間的關(guān)系，而虛線表示A和旁瓣的超過率之間的關(guān)系。
旁瓣基礎(chǔ)為
1)29-25logθ(4.4°≤θ＜30°)2)-8(30°≤θ＜90°)3)0 (90°≤θ＜180°)圖6～14分別表示在a/r＝0.005，0.04，0.09，0.14，0.25，0.35，0.51，0.71和0.93情況下的數(shù)據(jù)。圖5表示圖6～14給出的數(shù)據(jù)的重疊。每一個天線的每一個增益和旁瓣的每一個超過率大部分集中在沿著曲線聚集的位置上。因此，利用上式的A作為參數(shù)，可以推導(dǎo)出天線的最優(yōu)饋源。
如果滿足50％或以上的孔徑效率(增益為31dB)和20％或以下的旁瓣的性能，則可以利用它作為天線，從而導(dǎo)致條件40≤A≤80。另外，如果滿足孔徑效率為65％或以上(增益為32dB)和旁瓣為10％和以下的性能，則可以得到更好的天線，從而得到更好的值A(chǔ)，50≤A≤70。
權(quán)利要求
1.一種透鏡天線，包括一個無線電波透鏡，該無線電波透鏡的無線電波折射特性近似于欏勃透鏡的折射特性，并由介電材料制成，該透鏡滿足條件0＜a≤r，式中a表示從透鏡表面至透鏡焦點的距離，r表示透鏡的半徑；和具有10dB波束寬度θ的一個基本饋源，這里θ表示該基本饋源的10dB波束寬度，由公式A＝θ/2×(1+2a/r)確定的A至少為40-80。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡天線，其特征為，設(shè)定該基本饋源的10dB波束寬度θ，使A至少為50～70。
3.如權(quán)利要求1或2所述的透鏡天線，其特征為，該無線電波透鏡包括一個半球形透鏡和一個反射板，該反射板中一部分反射表面從該透鏡向外，向著無線電波的入射方向突出；并且該透鏡天線還包括一個支承裝置，用于在固定位置支承該基本饋源，進行從對地靜止的衛(wèi)星上接收信號和傳輸信號至該衛(wèi)星上。
全文摘要
一種使用近似的欏勃透鏡的天線裝置，其中，可使高增益和低旁瓣兼容。一種透鏡天線裝置包括由介電材料制成的一個無線電波透鏡(1)和一個基本輻射器(2)，它們互相結(jié)合。該無線電透鏡滿足條件0＜a≤r，式中，從透鏡(4)的前表面至透鏡焦點的距離為a，透鏡的半徑為r。該基本輻射器(2)的10dB波束寬度為θ，其中由公式A＝θ/2×(1+2a/r)確定的A至少為40～80，更好是至少為50～70。
文檔編號H01Q19/00GK1922765SQ20048004209
公開日2007年2月28日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者黑田昌利, 今井克之 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社