CN101689710A

CN101689710A - 带有喇叭天线的地面微波交互式自适应应答器和用于这种应答器的天线罩

Info

Publication number: CN101689710A
Application number: CN200880018510A
Authority: CN
Inventors: F·杜布罗夫卡; M·奥梅亚南科; V·布拉吉尼茨; A·莫德阿迪布宾莫德; M·A·阿马德阿扎姆宾; A·艾达宾蒂莫德
Original assignee: NEW FORCE INVEST Inc; LINKSTAR LLC
Current assignee: NEW FORCE INVEST Inc; LINKSTAR LLC
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2010-03-31
Also published as: WO2008123840A2; TW200943635A; WO2008123840A3

Abstract

本发明涉及包括分为相等方位扇区的直达和返回信道的发射和接收电路的地面微波交互式自适应应答器。微波发射器、输出波导和发射喇叭抛物面天线(HPA)、接收HPA、输入波导和微波接收器位于各扇区中。发射和接收天线为了接收具有相互正交极化的无线电信号进行调整。应答器配备了路由器、信道形成器、供电单元以及方位扇区中的实际大气状况的监视器和自适应发射器功率控制单元。配备了喇叭口的所述应答器的喇叭抛物面天线，喇叭口的孔径超过喇叭孔径。应答器的天线罩具有圆顶状顶部和柱状外壳，所述柱状外壳具有带无线电透明窗口的交替突出缘以及位于所述突出缘之间用于水或雪排出的平滑水槽。

Description

带有喇叭天线的地面微波交互式自适应应答器和用于这种应答器的天线罩

技术领域

本发明涉及以下方面：

首先，本发明涉及这种优选的低功率地面微波交互式自适应应答器(transponder)，它们-

设计用于无线电和TV节目无线传输(通常以数字格式)，并且同时用于提供给许多客户的信息服务(具体来说是因特网)，以及

它们能够工作在密集的大气降水条件下，例如季风雨、持续降雪或者沙尘暴。

其次，本发明涉及用于定向扇区(即扇形)微波辐射的喇叭抛物面天线的设计；以及

第三，本发明涉及用于保护所述应答器免受大气液态和固态降水影响的天线罩的设计。

为了便于本描述，本文中和所附权利要求书中使用的以下术语表示如下概念：

“地面应答器”表示发射-接收(收发)无线电系统，它-

安装在地面空气中的适当基座处，

配备有到适当电源的连接器，以及

包括发射和接收电路，所述发射和接收电路各自包括用于任意数字和/或模拟数据的数据隔离发射和接收单元组，以上所述全部由自适应控制系统来控制；

“微波应答器”表示优选地设计用于SHF和EHF频带操作的应答器；

“交互式应答器”表示设计用于与客户进行双工模式数据交换的应答器；

“自适应应答器”表示设计用于根据地面空气的当前湿度和/或含尘量值灵活调整无线电发射和接收功率水平的应答器。

背景技术

多媒体服务(即，为数量上飞速增长的公司和个体客户提供可靠的无线电和TV广播、有效的双工移动无线通信和高速因特网接入)已经成为世界市场的最重要部分之一。

仅使用微波频带来满足对这类服务的高度增长的有偿付能力的市场需求确实是可能的。

实际上，从电磁波(以下称作EMW)的UHF频带到SHF和EHF频带的载波频率的变化允许充分获得无线电-电话信道以及无线电和TV广播的吞吐量，并且允许以对电磁干扰不太敏感的数字格式传送大多数数据。

但是，所述优点伴随两个基本缺点，即：

(1)集中微波电磁辐射对人的危害，这《在生理学上》限制无线电和电视发射器及应答器的功率通量密度，以及

(2)随着与无线电和电视发射器或应答器的距离的增加，无线电信号的强烈衰落以及相应的其服务区域的减小。

考虑因素(1)，国际无线电通信咨询委员会(ICCR)在其Recommendation 406-6(

1990，p.2)中已作如下定义：

在任何地面无线电系统的发射天线的输入端的功率对于频带1-10GHz和10-15GHz分别不可超过+13dBW和+10dBW，以及

任何这种无线电系统的等效的各向同性辐射功率的最大值不可超过+55dBW。

因素(2)，即大气中无线电信号的强烈衰落基于三个主要原因。

功率损耗的第一个原因是自由空间中的EMW散射。这些损耗与从发射器天线到接收器的距离的平方成正比，而与辐射波长的平方成反比。因此，

对于无线电频带中的任何EMW，距离从1km增加到50km使无线电信号减弱2500倍，以及

波长从1m减少到1mm使无线电信号减弱10⁶倍(即，60dB，而不管距离)。

EMW功率损耗的第二个原因是电磁能量被氧气和大气水吸收。这些损耗对于单独的窄频率子带具有显著峰值。具体来说，存在已知的两个吸收最大值：

对于氧，在大约60GHz频率处为15dB/km而在大约120GHz频率处为2dB/km，以及

对于大气水，在大约22GHz频率处为0.15dB/km而在大约165GHz频率处为25dB/km.

在地面空气中氧浓度实际上是恒定的。

因此，在设计无线电和TV广播站、应答器和客户收发信机(transceiver)时易于考虑自由空间中的EMW散射和氧对EMW能量的吸收所引起的上述损耗。

但是，空气湿度可在大范围内变化。

此外，在浓雾、降雨和/或降雪条件下，空气可充满水滴和/或雪花，以致于SHF和EHF频带中的EMW传输因加热大气水引起的电磁能量损耗而实际上变为低效。

这种吸收按数字是任何地面应答器的能量损耗和操作不稳定性的第三原因(但是按重要性对于潮湿的热带气候区域是主要原因)。

请查照(ad notam)，与载波频率12、18、28和38GHz有关的、垂直极化EMW的衰减系数(γ，dB/km)与降雨强度(R，mm/h)之间的关系在下表1中给出：

表1

从表1清楚地知道，衰减系数随着降雨强度的增加(对于各频率)以及随着频率的增加(对于固定降雨强度)极大地增长。因此，在EMW频率12GHz处并且在与辐射源的距离10km处，损耗在5mm/h和100-mm/h降雨强度下分别是1.1dB和50dB。类似地，在频率28GHz以及相同距离和降雨强度，损耗分别为7.5dB和160dB。

由于微波辐射的随机散射，地面空气的含尘量也经常对地面应答器的功能产生负面影响。

已知的是，与高湿度和/或高含尘量条件下的无线微波无线电通信的距离和可靠性的增加有关的问题的传统技术解决方案收效甚微或者大体上是不可能的。

例如，在表面之上(over the day surface)尽可能升高天线是增加一些无线电和TV发射器的覆盖区域的传统方式。为此，使用了一些自然丘陵、桅杆、塔、高建筑物和其它适当基座以及当今的对地静止广播和电信卫星。

但是，这些手段不能降低高湿度和高含尘量对地面空气中的EMW传播的负面影响。此外，上述“生理上的”因素限制地面无线电和TV发射器的功率。

因此，实际上，存在用于提高地面空气中无线微波无线电通信的可靠性的两种方式：

(1)完善用户的收发信机、即客户驻地设备(CPE)，以及

(2)改进微波地面应答器连同其配件。

从2005年1月27日提交的美国专利申请No.20050020204 A1了解改进在距卫星无线电信号的地面应答器各种距离处操作的CPE的“新”尝试之一。所提议的CPE配备了包括无源单元、有源单元和解码器的天线。

无源单元接收无线电信号并且将这些信号传送给包括至少一个放大器-转换器的有源单元。它将初始频率的信号转换成中频(IF)的信号，并且放大这类信号的至少一个。解码器连续分析IF信号，并且向有源单元发送自适应增益控制的命令，以便在解码器输入处保持IF信号的可接受电平。在接收无线电信号衰落或饱和的条件下，它提供CPE在所述接收无线电信号的大动态范围中的稳定操作。

然而，上述CPE仅在无线电接收模式中操作，因而不适合双工模式操作。此外，在密集大气降水的条件下，其动态范围对于稳定操作是不充分的。

因此，改进地面应答器、其天线和辅助设备是一种优选方式，以便在多媒体信息服务和电信网络发展的需求增加时提供生理上的安全性和可靠的数据交换。

然而，实际使用的应答器的设计基本上没有考虑克服大气降水和含尘量对应答器-CPE数据交换的效率的作用。因此，它们通常在人对UHF、SHF和EHF辐射的生理敏感性的阈值处操作。

实际上，许多已知的应答器通常配备了适应于最接近的无线电或TV发射器或者对地静止的卫星的接收天线、供电单元、放大器和全向发射天线。

最简单的示例是众所周知的MMDS(多信道多点分配系统)应答器。它设计用于在40km半径服务区域内广播的单工24个模拟SECAM制式的TV节目，在2.5-2.686GHz窄带宽中每幅度调制信号信道辐射固定的100W，其中在大气降水作用下的EMW能量损耗很小。

存在更完善的应答器，例如：

LMDS(本地多点分配服务)，最初创建优选地用于在27.5-29.5GHz频带中的蜂窝TV频率调制广播，以及

MVDS(多点视频分配系统)，创建用于通过使用频率调制信号的双工蜂窝通信提供的40.5-42.5GHz模拟和/或数字多媒体服务。

这些系统的宽(2GHz)操作频率带宽对于创建同时提供模拟和数字TV节目广播、无线电话和高速因特网接入的多媒体网络基本上是充分的。

很清楚，这类应答器的实际服务区域实质上取决于气候条件。因此，如果各信道的辐射功率甚至对于欧洲大陆性气候条件也不小于100mW，则可提供对于LMDS半径高达5km以及对于MVDS半径高达3.3km的服务区域的可靠覆盖。

微波接入系统WiMax(全球微波接入互通，IEEE 802.16e标准，2005年12月)的设计人员尝试通过拒绝无线电和TV广播而仅提供“最后一英里”无线宽带因特网接入来回避所述问题。实际上，WiMax设计用于经由802.11标准公共接入点的因特网连接，并且实际上是高人口密度住宅区中达60m以及郊区达1.5-3.5km的电缆和DSL线路的“扩展”。

显然，大气降水和含尘量所引起的EMW衰减会随着所需服务区域增加而增强。因此，发射器的功率以及发射和接收天线的增益的增加应当补偿这些损耗。

UA专利51495和WO 03/088523(2003年10月23日)公开了MITRIS(微波集成远程无线电信息系统)。与WiMax对照，其应答器配备了具有线性极化的16dB增益全向天线，并且设计用于在60km半径之内的11.7-12.5GHz TV节目单工传输，其中各信道具有8MHz带宽和50mW输出功率。

这种系统没有满足当代多媒体市场需求，并且没有提供在大量大气降水和含尘量条件下的可靠数据业务。

从WO 2004/039076(2004年5月6日)了解更完善的微波交互式分配信息系统(MIDIS)。它配备了称作“中心站”的应答器和CPE(即客户的收发信机)的非空集合。

已知的应答器包括发射和接收电路，包括：

(1)全向发射天线，

(2)至少一个模拟TV广播中继，包括：

-模拟视频信号接收单元，

-连接到所述接收单元输出的视频信号调制器，以及

-连接到所述调制器输出并且通过组合器连接到所述全向天线输入的模拟信道发射器；

(3)至少一个数字TV广播中继，包括：

-用于数字视频信号接收的信道转换器，

-连接到所述转换器输出的数字视频信号编码器，

-连接到所述编码器输出的数字视频信号调制器，以及

-数字视频信号发射器，它：

·通过第一输入连接到所述调制器输出，

·通过第二输入连接到所述转换器，以及

·经由组合器并且通过输出连接到全向天线输入；

(4)至少一个数据传送直达信道中继，包括：

-直达信道形成器，

-连接到所述形成器输出的直达信道调制器，以及

-连接到所述调制器输出并且通过组合器连接到所述全向天线输入的直达信道发射器；

(5)返回信道主接收站，包括：

-具有扇形辐射图并且意在覆盖360°服务区域的接收喇叭天线，

-连接到天线输入的下变频器，

-具有等于天线的数量的输出并且连接到转换器输出的分配器(divider)，

-连接到分配器输出的解调器，

-至少一个连接到解调器输出的接入服务器，以及

-配备了具有连接到外部数据源以及连接到接入服务器的输出的非空集合的路由器的数据服务中心。

实际上，这种数据服务中心是通过所述路由器有权访问以太网接口的信息和通信服务器的局域网。

如上所述的应答器设计用于优选地在大陆性气候中操作。因此，其防止大气降水的天线罩(radome)可以是一般圆顶状遮篷。

所述微波地面交互式应答器提供：

-将数据服务中心以太网数字流转换成DVB-S格式和通过传输DVB流进行载波频率调制，

-将客户连接到模拟和数字无线电和TV广播系统(采用模拟到数字和数字到模拟信号相关的转换)，

-由于扇形接收，通过再使用各返回信道频率来增加客户信道数量，以及

-TV广播和数据传输以及必要时校正到发达的CPE网络的数据传输。

由于CPE网络将扩大，这种设计允许提高服务的质量并且降低其成本。所使用的网络层协议允许将任意消息插入通用数据流，同时校正CPE收发信机通信时间。以及最后，层服务的应用允许产生直达信道，并且通过常规手段将校正数据与通用数据流《混合》。

但是，使用用于所有广播和数据中继的全向发射天线，甚至通过配备了作为锥形波导的扩展所形成的普通喇叭天线的扇形接收电路，使应答器辐射功率适应当前气候条件也是不可能的。

所述MIDIS应答器的缺点不适合通过使用具有扇形辐射图的已知接收喇叭抛物面天线(HPA)来消除(SU 1622912、US 4349827、US6639566等)。例如，SU 1622912中公开的HPA具有完全由导电材料制成或者至少内部用其涂敷的基本元件。具体来说，这种HPA包括：

(a)截面为矩形的喇叭，其输入连接到馈电波导的尾部，以及

(b)抛物面反射器，设计为所述喇叭的壁之一的扩展并且位于与所述喇叭孔正好相对处。

最小反向辐射是允许其轴相对位置下的相互干扰为最小的HPA的典型特征。但是，这类干扰在接收弱CPE信号时没有起根本作用。因此，HPA实现可能只是增加现有应答器的成本。

此外，全向发射天线的使用迫使在已知应答器中使用这类保护天线罩，它们几乎全部由昂贵的无线电透明材料制成，并且只是有时(为了制作和安装)才分为圆顶状盖子(cover)和柱状外壳(SU 1826564、UA15023A等)。

因此，甚至在良好天气下任何实施例中的已知应答器也被迫工作在最大功率级。它因镇流器(ballast)电磁辐射污染环境，并且引起对其它无线电系统的干扰。

发明内容

本发明基于创建这种地面微波交互式应答器的问题，它能够使其自身适应于地面空气中EMW衰落的当前值，并且因此能够分别以最小辐射无线电信号功率对实际EMW衰落提供可靠功能。

首先，所述问题通过改变上述应答器的发射和接收电路的结构来解决。按照本发明的改进地面微波交互式自适应应答器包括：

(1)广播和/或与客户交互式交换数据的直达信道的发射电路，它-

分为实际相同的方位扇区，以及

在每个这种扇区中配备有一系列微波发射器、输出波导和提供无线电信号的固定极化的发射喇叭抛物面天线；

(2)与客户交互式交换数据的返回信道的接收电路，它-

分为相邻竖立的并且在水平投影中与发射电路的相应方位扇区实际成对重合的这种实际相同的方位扇区，以及

在每个这种方位扇区中配备有一系列提供无线电信号的固定极化的接收喇叭抛物面天线、输入波导和微波接收器，

而且在两种所述电路的每对所述方位扇区中

发射和接收喇叭抛物面天线的抛物面反射器具有公共垂直对称平面，以及

这些天线根据无线电信号的相互正交极化进行调整；

(3)至少一个配备了用于连接到以太网接口的装置的路由器；

(4)直达和返回信道的至少一个形成器，它连接到所述路由器的信息输出，并且在每个所述方位扇区中相应发射和接收喇叭抛物面天线上操作的所述微波发射器和接收器连接到其信息输出；

(5)至少一个适当的供电单元以及对所述微波发射器进行馈电和功率控制的单独的电路和所述微波接收器的单独的馈电电路；

(6)所述发射和接收电路的每个方位扇区中的地面空气和无线电信号的传播的监视器，以及

(7)每个微波发射器的自适应功率控制单元，它整体连接到所述监视器的信息输出，并且对所述发射器进行馈电和功率控制的单独的电路连接到其控制输出。

甚至在这种最小配置中，所提议的应答器也能够同时考虑任何单独的方位扇区中的以及所有这些扇区中的地面空气的实际湿度和/或含尘量而自动调节每个微波发射器的功率。它允许仅在服务区域中的最大衰落EMW处才以最大准许功率来利用应答器。在其它情况下，新的应答器以准许的最大值之下的功率来提供与客户的可靠数据通信。

附加特征在于，所述接收喇叭抛物面天线及其微波接收器位于每对所述方位扇区中相应的所述发射喇叭抛物面天线及其微波发射器之上。它有助于从下面到达发射电路的设备，发射电路比接收电路更经常地需要技术维护和/或维修。

其它附加特征在于，发射电路的所有喇叭抛物面天线的微波发射器和输入波导以及接收电路的所有喇叭抛物面天线的输出波导和微波接收器位于与其相对应的喇叭之上。甚至在应答器没有天线罩进行操作的那些情况下，它实际上也阻止雨滴、雪花和灰尘在喇叭中积聚。此外，上述元件的这种布置特别重要，以便甚至在存在天线罩时也防止水流冷凝物在微波发射器和微波接收器的波导的真空密封组件的众所周知的窗口上积聚。

进一步的附加特征在于-

为了形成广播和与客户的交互式交换数据的、相互补充的直达和返回信道，每个发射和接收电路包括具有角值为90°/N的4N个(其中N＝1、2、3等)所述方位扇区，

所述直达和返回信道的所述形成器通过一对所述方位扇区根据直达信道中的工作频率的重复进行调整，以及

发射和接收喇叭抛物面天线通过每两对所述方位扇区来适应于无线电信号的相同类型的相互正交极化。

这些附加改进提供：

首先，确定其中对EMW传播的大气障碍最显著的那些所述方位扇区对(这在大气降水或灰尘不均匀地分布于服务区域的情况下是重要的)；

其次，提供直达和返回信道的频率的2N次使用，并且因此提供这类信道的量的2N倍增加。

另一个附加特征在于，采用每个所述微波接收器中的增益控制器来补充每个所述微波发射器中的所述自适应功率控制单元。它允许结合标准客户的收发信机来应用根据本发明的应答器。

最后的附加特征在于，所述直达和返回信道的所述形成器具有准备用于连接到模拟TV信号源的至少一个附加输入。它扩大多媒体服务的数量。

所述问题还通过改进用于所述地面微波交互式自适应应答器的上述喇叭抛物面天线得到解决。根据本发明的这种天线整体具有导电性或者至少在内部由导电材料部件层覆盖，例如：

(1)配备了用于将它固定到相应微波发射器的波导或接收器的波导的适当装置的矩形馈电或接收波导，

(2)与所述矩形波导刚性组装的喇叭，并且所述喇叭具有：

与所述矩形波导的两个相对壁刚性组装的两个分叉壁，以及

两个平坦侧壁，其作为另外两个上述波导壁的延续，并且通过相同的抛物面弧在一侧有界；

(3)与喇叭的所述平坦侧壁刚性组装的抛物面反射器；以及

(4)至少一个两级喇叭口(trumpet)，其作为所述喇叭的延续并且其具有在面积范围超过所述喇叭孔径的孔径。

这类喇叭抛物面天线允许：

在两个正交(例如垂直和水平线性)极化上形成实际相同的《扇形》辐射图，

在方位角和仰角平面中的辐射图的宽度极为不同(具体来说为10倍或更多倍)的情况下，实质上减小交叉极化辐射和反向辐射的水平。

这样，创建了这种技术前提，它们允许在下列各项上使用所述分段地面微波交互式自适应应答器-

首先，通过一个所述方位扇区在相同频率和正交极化上，以及

其次，在完全相对的所述方位扇区中的相同频率和极化上。

相应地，确实有可能将圆形的多媒体应答器的服务区域分为4N个(其中N＝1、2、3等)方位扇区，因此实际上排除了扇区间干扰。

附加特征在于，所述喇叭口在剖面级具有两个梯形，而且第一级的张角超过第二级的张角。它允许通过实验选择所述张角的具体值来优化上述优点。

其它附加特征在于，所述矩形馈电波导或所述接收波导具有正方形截面。它允许具有任意(包括线性、圆形和椭圆形)极化的发射和接收无线电信号，所述任意极化可通过众所周知的极化器和旋转器来提供。

最后，所述问题通过改进地面微波交互式自适应应答器的天线罩以防止大气降水而得到解决。根据本发明的天线罩包括：

(1)圆顶状顶部，以及

(2)大气降水和灰尘难以渗透并且与所述圆顶状顶部刚性组装的圆柱状外壳；圆柱状外壳包括：

交替突出缘，在平面图中其数量对应于应答器的方位扇区的数量，并且它们每个都具有至少一个无线电透明窗口，

平滑水槽，其位于所述突出缘之间，并且准备用于大气降水的排出，以及

偏转器，将其放置在每个所述无线电透明窗口之上。

需要这种天线罩用于保护应答器的发射和接收天线免受大气影响。这种保护在具有大的年平均降雨和/或降雪或沙尘暴强度的地区中特别重要。

例如，所提议的天线罩在季风雨时期提供水流的有效排出。类似地，这种天线罩有效地防止积雪粘附在外部无线电透明窗口表面。

它促进为了当前气象条件自适应调节应答器，并且减少微波无线电信号的发射和接收时的功率损耗。

附加特征在于，天线罩配备了防冲隔板，所述防冲隔板固定在所述圆顶状顶部和所述圆柱状外壳的接合处附近，并且每个所述防冲隔板带有间隙地包围对应突出缘的上部。

其它附加特征在于，所述圆顶状顶部形成为球形段或者尖锥。所述顶部的这些形式对于保护应答器免受雨或雪的影响是最优选的。

最后的附加特征在于，每个所述突出缘具有两个在高度上隔开的实际相同的无线电透明窗口。它便于发射和接收喇叭抛物面天线的单独装配和技术维护。

本领域的技术人员清楚地知道，上述附加特征可以各种组合与基本发明一起使用，并且下面描述的本发明的最佳实施例决不是限制基于权利要求书的权利范围。

附图说明

现在通过参照附图详细描述地面微波交互式自适应应答器的构造和操作来说明本发明，附图包括：

图1示出所提议的应答器的基本框图；

图2示出任意基座上的发射和接收电路的组装；

图3示出所提议的应答器的自适应功率控制单元的近似框图；

图4示出所提议的喇叭抛物面天线的轴侧视图；

图5示出所提议的应答器的天线罩(和常规示出的大降雨)的轴侧视图；

图6示出天线罩上的喇叭抛物面天线位置(局部平面图)；

图7示出所提议的应答器的服务区域布局以及这种区域中的气象情况的示例(平面图)；

图8示出客户的收发信机所发射的功率与它们到应答器的距离之间的相关性的曲线图(针对晴空和大降雨)。

具体实施方式

根据本发明的任何地面微波交互式自适应应答器具有以下未专门示出的部件：

直达的广播和/或客户交互式数据交换信道的发射电路，以及

返回客户交互式数据交换信道的接收电路。

这两种电路都分为实际相同的方位扇区，它们在平面图中重合但在高度上隔开。对应地，图1示出：

属于所述发射电路的一系列微波发射器1(另外还表示为T₁...T_4N)、仅用箭头表示的输出波导和发射喇叭抛物面天线2(另外还表示为A_T1...A_T4N)，以及

属于所述接收电路的一系列接收喇叭抛物面天线3(另外还表示为A_R1...A_R4N)、仅用箭头表示的输入波导和微波接收器4(另外还表示为R₁...R_4N)。

所述发射器1、所述喇叭抛物面天线2和3、上述输出和输入波导以及所述接收器4的数量等于平面图中可见的上述方位扇区的数量。

如果这个数量等于4N(其中N＝1、2、3等)，则是合乎需要的。然后，每个所述方位扇区(即相互补充的发射喇叭抛物面天线2和接收喇叭抛物面天线3对所在的位置)的角大小将等于90°/N。

每个所述天线2和每个所述天线3的特征在于指定的无线电信号极化。而且-

下面在每对相邻竖立的发射喇叭抛物面天线A_T1...A_T4N和接收喇叭抛物面天线A_R1...AR_4N中所示和表示的抛物面反射器具有共同垂直对称平面，以及

这些天线适应于相互正交无线电信号的极化。

图1中，在象征性表示的属于直达和返回信道的相应发射和接收天线对的左边和右边示出线性、圆形和椭圆形极化类型及它们的各种组合。具体来说，两个这种所述相互补充天线对A_T1&A_R1和A_T4N&A_R4N以及与其对应的位于不同方位扇区的发射器和接收器对可在所述附图中清楚示出。

希望在每个所述方位扇区中，接收喇叭抛物面天线3及其微波接收器4位于发射喇叭抛物面天线2及其微波发射器1之上，这在图1和图2中清楚可见。

所提议的应答器必须配备用于有效操作上述接收和发射电路的功能块组，即(参见图1)：

至少一个路由器5，它具有用于连接到以太网接口以及用于提供与包含数字视频信号的任意数字数据一起的工作的标准装置；

所述直达和返回信道的至少一个形成器6，-

所述形成器6连接到路由器5的信息输入，

那些连同每个所述方位扇区中的所述直达和返回信道的相应发射喇叭抛物面天线2和接收喇叭抛物面天线3一起工作的所述微波发射器1和所述微波接收器4连接到所述形成器6的信息输出，以及

所述形成器6的至少一个输入可连接到模拟电视广播站(已示出但未专门标示)；

至少一个适当的供电单元7以及这里未示出的对所述微波发射器1进行馈电和功率控制的单独的电路和所述微波接收器4的单独的馈电电路；

所述发射和接收电路的各方位扇区中的地面空气和无线电信号传播的监视器8，以及

各微波发射器1的多信道自适应功率控制单元9，它整体连接到所述监视器8的信息输出，并且上述对所述发射器1进行馈电和功率控制的单独的电路连接到它的控制输出。

在实际应答器中，所述单元8和9通常表示为所述发射器电路(以及在一些实施例中所述接收电路)的完整的(integral)自适应控制系统，它通常内置于所述直达和返回信道的所述形成器6中。返回信道的微波接收器4可在这种控制系统中用作大气状况的传感器。

图2示出单个微波发射器1的这种功率控制子系统，它是完整的自适应功率控制系统的一部分。这种子系统与以下装置串联：

这种返回信道的解调器10，它连接到准备用于与客户的交互式数据交换的相应返回信道的接收器4的输出，

所述自适应功率控制单元9，以及

连接到相应微波发射器1的输入的调制器11，

图2还示出在中间支承12上布置所提议应答器的一些特征。这个(通常为骨架)支承12还用作天线罩13支座(bearer)，并且可固定在适当基座(例如任何屋顶14)上。

最后，图2示出，(属于所述发射电路的)所有喇叭抛物面天线2的微波发射器1和输入波导以及(属于所述接收电路的)所有喇叭抛物面天线3的输出波导和微波接收器4位于所有所述天线的相应喇叭之上。

图3示出作为所述直达和返回信道的形成器6的一部分并且准备用于调节微波发射器1的功率消耗的多信道自适应功率控制单元9的一个单信道的大概结构。该单元9包括：

连接到所述返回信道的解调器10的输出的比特错误分析器15，

用于按照实际大气状况对输出无线电信号功率调整进行判定的单元16；单元16连接到分析器15的输出，

用于传送与单个方位扇区中调整微波发射器1的无线电信号的输出功率有关的命令的接口模块17，以及

受控衰减器18，数据源(即相应的直达信道)连接到其输入，并且具有发射喇叭抛物面天线2的相应微波发射器1连接到其输出。

对本领域的技术人员显而易见的是，(提供微波发射器1的自适应功率控制的)单元9可用未专门示出的众所周知的用于各微波接收器4的增益控制电路来补充。这种电路通常基于多信道受控放大器或者更合乎需要地基于直接内置于所述接收器4的放大器。

建议通过图4所示的喇叭抛物面天线(HPA)来配备所提议的应答器。各HPA整体具有导电性或者至少在内部由导电材料部件层覆盖，例如：

矩形馈电或接收波导19，其配备了用于将它固定到相应微波发射器1或接收器4的波导的适当装置(这些装置可成形为凸缘20)；

与所述矩形波导19刚性组装的喇叭21，并且所述喇叭21具有：

与所述矩形波导19的两个相对壁刚性组装的两个分叉壁22，以及

两个平坦侧壁23，其作为另外两个上述波导19的壁的延续，并且通过相同的抛物面弧在一侧有界；

与喇叭21的所述平坦侧壁23刚性组装的抛物面反射器24；以及

至少一个两级喇叭口25，其作为喇叭21的延续并且具有在面积范围超过喇叭21的孔径的孔径。

如果所述喇叭口25在剖面级具有图4所示的两个梯形，而且第一级的张角超过第二级的张角，则实际上是充分的。

如果各波导19具有正方形截面，则是最合乎需要的。

所提议的天线可通过铰链固定在应答器的基座上，并且配备了众所周知的旋转和固定装置(例如螺丝扣)。这提供服务区域的各方位扇区中的仰角平面中的发射天线2和接收天线3位置的调整，这在多山地带或山岭区是特别重要的。

在所提议的应答器描述结束时，需要注意

直达和返回信道的所述形成器6根据每个第二方位扇区的直达信道中的工作频率的重复进行调整，以及

成对相邻竖立的发射喇叭抛物面天线2和接收喇叭抛物面天线3(A_T1&A_R1)、(A_T2&A_R2)等直到(A_T4N&A_R4N)适应于每个第三方位扇区中相同类型相互正交无线电信号的极化。

建议通过大气降水和灰尘难以渗透的天线罩13来配备所提议的应答器。这种天线罩13具有(参见图5)：

由防水(但不一定是无线电透明的)材料制成的圆顶状(例如像球形段或尖锥)顶部26，以及

与所述圆顶状顶部26刚性组装的圆柱状外壳，并且包括：

交替突出缘27，在平面图中其数量对应于应答器的方位扇区的数量，并且在平面图中每个所述交替突出缘27具有至少一个应答器的方位扇区，以及所述交替突出缘27具有至少一个无线电透明窗口28(通常由具有聚酯或环氧树脂粘合剂、纯聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等的玻璃纤维塑料制成)，

平滑水槽29，它位于在所述突出缘27之间，并且准备用于大气降水的排出，以及

偏转器30，将它放置在每个所述无线电透明窗口28之上。

如果每个所述突出缘27具有两个在高度上隔开的实际相同的无线电透明窗口28，则是优选的。对于实现易于接近在高度上隔开的发射喇叭抛物面天线2和接收喇叭抛物面天线3以便其组装、维护和更换，这是合乎需要的。

如果在所述圆顶状顶部26和所述圆柱状外壳的接合处附近固定防冲隔板31，则也是优选的。每个所述隔板31通常与所述顶部26刚性连接，并且带有间隙地包围相应突出缘27的上部。

每个这种凸出缘27可单独固定在图2所示的支承12上。为了在其维护或维修期间易于组装/拆卸所述天线罩13和接近微波发射器1和/或微波接收器4以及接近位于单独的方位扇区中的发射喇叭抛物面天线2和接收喇叭抛物面天线3，这是合乎需要的。

图6最清楚地示出：

喇叭抛物面天线2或3连同相应微波发射器1或微波接收器4，

属于天线罩13的圆柱状外壳的突出缘27之一中的无线电透明窗口28，以及

相邻突出缘27之间的平滑水槽。

为了测试本发明的实用性和效能，举出了配备有所述喇叭抛物面天线和所述天线罩的所提议应答器的一个示例。其服务区域分为八个45°的相等方位扇区，其中总覆盖为360°(参见图7)。这类应答器(连同具有抛物面接收天线的客户的收发信机)准备用于为无线客户提供下列各项：

首先，访问采用运营商的设备所产生并且符合DVB-S(ETSI EN300421、ISO/IEC 13818-1，2，3)标准的数字视频广播传输流；

其次，接入数字IP网络，并且根据它们接入通过连接到应答器的运营商的IP网关的信息服务；以及

第三，(通过将输入模拟视频信号转换成适合按照DVB标准传输的MPEG-2流)访问模拟视频广播的传输流。

系统包括所述应答器，并且所述客户的收发信机设计成在相应应答器的分别为500m和50km的最小和最大半径之间的视线条件下操作。

一个直达信道的带宽在-3dB水平处占用28MHz并且在-20dB水平处占用36MHz。

一个返回信道的带宽在-3dB水平处占用2.2MHz并且在-30dB水平处占用3.5MHz。

IP分组吞吐量调整为在各直达信道中不小于30Mbps并且在各返回信道中不小于2.4Mbps。

应答器设计用于对数字和模拟电视广播的稳定接收以及对于客户的收发信机与该应答器之间的以下距离R具有不多于所传送分组的2％的丢失的网络接入：

对于每小时65mm的可接受降雨强度，R＝8.5km，以及

对于晴空，R＝50km。

请查照，所设计的附加无线电信号在强度为每小时65mm的降雨中8km的距离处的衰减弥补33dB(参见图8)。

时分复用(TDM)在直达信道中用于客户对网络的多址接入。由一个直达信道提供服务的、客户的收发信机的最大数量为不小于1500。分配给单个客户的IP地址的数量为不大于16，但是每直达信道所分配的IP地址的总数不超过1500。

时分多址(TDMA)在返回信道中用于客户群组。由一个返回信道提供服务的客户收发信机的最大数量为不小于128。

在直达和返回信道中所提议应答器支持：

按照运营商所定义的保证最小和有限最大策略在单个的客户收发信机之间的动态信道容量分配；

按照运营商所规定的规则(每一个收发信机的规则数量多达16)的优先级业务模式。

在各方位扇区中提供并发功能：

多达12个直达信道(包括用于具有64个节目的数字视频广播的8个信道以及用于具有高达120Mbps的吞吐量的网络接入的4个信道)，以及

具有高达57.6Mbps的总吞吐量的多达24个返回信道。

选择11.818GHz与12.7GHz之间的频带用于直达信道。

这个频带因无线电信号的空间和极化划分而被使用四次，如表2所示。

按照表2，直达信道的中心频率的分离达到36MHz，而相隔90℃的服务区域扇区内的无线电信号的中心频率偏移了18MHz。

表2

对返回信道给予10.95GHz与10.286GHz之间的频带。按照表3，这个频带因无线电信号的空间划分而被使用两次。

按照这个表3，返回信道的中心频率的分离达到3.5MHz，而各扇区内的直达和返回信道的极化是正交的。

表3

确定在任何扇区中：

a)在12个直达信道上同时发射的微波发射器1的无线电信号总功率应当为：

在晴空期间不超过120mW(标称水平)，以及

在最大降雨强度期间不超过1.6W(最大等级)，而

b)各返回信道中的微波收发信机的无线电信号总功率不应当超过35mW。

将应答器的服务区域分为同中心子区域(参见图7)可实现空气的镇流器无线电负荷(ballast radio-loading)的额外减小。对应地，位于这种子区域中的客户的微波发射器的最大功率应当按照它们与应答器的实际距离设置在不同水平(参见图8)。

所描述的应答器及其上述组件按照以下方式操作。

直达和返回信道形成器6(参见图1)：

通过路由器5从以太网接口(以及必要时从模拟视频广播系统)接收初始数据，

连同所述路由器5一起产生在至少一些方位扇区中广播所需的直达信道，并且激活来自集合(T₁...T_4N)的相应微波发射器1连同来自集合(A_T1...A_T4N)的相应喇叭抛物面天线2，以及

通过接收喇叭抛物面天线3(A_R1...A_R4N)和相应微波接收器4(R₁...R_4N)从位于单个方位扇区中的客户接收对服务的要求，并且通过所述路由器5将每个这种要求引导至以太网接口，其在执行服务要求所需的时间提供发射和接收信道对的产生和维护。

所提议应答器的操作(参见图2，特别是图3)的独特性如下。

操作的微波接收器4(R₁...R_4N)允许在应答器的服务区域的每个单个扇区中确定无线电信号传播与当前大气状况之间的相关性。

所得数据还通过解调器10传递给相应微波发射器1的自适应功率控制单元9。另外，分析器15识别单元9的输入上的比特错误。然后，单元16进行关于所需功率的判定，并且通过用作单元9的输出的接口模块17向受控衰减器18传送相应命令。这些衰减器18-

将在晴空情况下在扇区中操作的这种发射器1所辐射的功率减小到上述标称值120mW，

确定(并且通过调制器11保持)当天气变坏时水平足以在全部或一些服务区域的扇区中与客户进行稳定双工通信的辐射功率。

由于以下原因，使用具有喇叭口25(参见图4)的发射喇叭抛物面天线2和接收喇叭抛物面天线3本质上增加通信的稳定性：

首先，由于交叉极化、侧向和后向辐射的水平以及相应的扇区间干扰的迅速减小，以及

其次，由于任何极化的正交性，并且相应地，由于各方位扇区中微波发射器1与接收器4之间的退耦合的额外增加(至少在20-30dB)。

所提议的天线罩13(再次参见图5)即使在大降雨量期间也提供使从圆顶状顶部26以及偏转器30流出的水流有效地排出到平滑水槽29。防冲隔板31一般还防止在突出缘27上、特别是在无线电透明窗口28的外侧形成连续水膜。

工业适用性

根据本发明的应答器通常可由市场上可得到的元件和单元制造，而非标准喇叭抛物面天线可易于在现有设备上生产。

使用所提议的应答器在人口密集区域、特别是在其中降低由UHF和EHF频带的生物活性微波电磁辐射引起的环境污染是极为重要的大城市中是最优选的。

附图中使用的标记列表

微波发射器1(另外还表示为T₁...T_4N)，

仅用箭头表示的输出波导，

发射喇叭抛物面天线2(另外还表示为A_T1...A_T4N)，

接收喇叭抛物面天线3(另外还表示为A_R1...A_R4N)，

仅用箭头表示的输入波导，

微波接收器4(另外还表示为R₁...R_4N)，

4N(其中N＝1、2、3等)是平面图中可见到的方位扇区的数量，

至少一个路由器5，

直达和返回信道的至少一个形成器6，

至少一个供电单元7；

各方位扇区中的地面空气和无线电信号传播的监视器8，

多信道自适应功率控制单元9，

返回信道的解调器10，

调制器11(连接到相应微波发射器1的输入)，

中间支承12

天线罩13，

屋顶14，

比特错误分析器15，

用于对输出无线电信号功率调整进行判定的单元16，

接口模块17，

受控衰减器18，

矩形馈电或接收波导19，

凸缘20，

喇叭21，

分叉壁22，

平坦侧壁23，

抛物面反射器24；

至少一个两级喇叭口25，

圆顶状(例如作为球形段或尖锥)顶部26，

(柱状外壳的)交替突出缘27，

无线电透明窗口28，

平滑水槽29(位于所述突出缘27之间)，

偏转器30(放置在每个所述无线电透明窗口28之上)，

防冲隔板31。

Claims

1.一种地面微波交互式自适应应答器，包括：

(1)广播和/或与客户交互式交换数据的直达信道的发射电路，它-分为实际相同的方位扇区，以及

(2)与客户交互式交换数据的返回信道的接收电路，它-

分为相邻竖立的并且在水平投影中与所述发射电路的相应方位扇区实际成对重合的这种实际相同的方位扇区，以及

而且在两种所述电路的每对所述方位扇区中

所述发射和接收喇叭抛物面天线的抛物面反射器具有公共垂直对称平面，以及

这些天线根据无线电信号的相互正交极化进行调整；

(3)至少一个配备了用于连接到以太网接口的装置的路由器；

(4)直达和返回信道的至少一个形成器6，

它连接到所述路由器的信息输出，以及

在每个所述方位扇区中相应发射和接收喇叭抛物面天线上操作的所述微波发射器和接收器连接到其信息输出；

(6)在所述发射和接收电路的每个方位扇区中的地面空气和无线电信号传播的监视器，以及

2.如权利要求1所述的应答器，其中所述接收喇叭抛物面天线及其微波接收器位于每对所述方位扇区中相应的所述发射喇叭抛物面天线及其微波发射器之上。

3.如权利要求1所述的应答器，其中，所述发射电路的所有喇叭抛物面天线的微波发射器和输入波导以及所述接收电路的所有喇叭抛物面天线的输出波导和微波接收器位于与其相应的所述喇叭之上。

4.如权利要求1所述的应答器，其中-

为了形成广播和与客户的交互式交换数据的、相互补充的直达和返回信道，每个所述发射和接收电路包括具有角值为90°/N的4N个(其中N＝1、2、3等)所述方位扇区，

所述发射和接收喇叭抛物面天线通过每两对所述方位扇区来适应于无线电信号的相同类型的相互正交极化。

5.如权利要求1所述的应答器，其中采用每个所述微波接收器中的增益控制器来补充每个所述微波发射器中的所述自适应功率控制单元。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的应答器，其中所述直达和返回信道的所述形成器具有准备用于连接到模拟TV信号源的至少一个附加输入。

7.一种用于所述地面微波交互式自适应应答器的喇叭抛物面天线，它包括整体具有导电性或者至少在内部由导电材料部件层覆盖，诸如：

(1)配备了用于将它固定到所述相应微波发射器的波导或接收器的波导的适当装置的矩形馈电或接收波导，

(2)与所述矩形波导刚性组装的喇叭，并且所述喇叭具有：

与所述矩形波导的两个相对壁刚性组装的两个分叉壁，以及

(3)与喇叭的所述平坦侧壁刚性组装的抛物面反射器；以及

(4)至少一个两级喇叭口，其作为所述喇叭的延续并且其具有在面积范围超过所述喇叭孔径的孔径。

8.如权利要求7所述的喇叭抛物面天线，其中所述喇叭口在剖面级具有两个梯形，而且第一级的张角超过第二级的张角。

9.如权利要求7或8所述的喇叭抛物面天线，其中所述矩形馈电波导或所述接收波导具有正方形截面。

10.一种用于所述地面微波交互式自适应应答器的天线罩，它包括：

(1)圆顶状顶部，以及

(2)大气降水和灰尘难以渗透并且与所述圆顶状顶部刚性组装的圆柱状外壳，所述圆柱状外壳包括：

交替突出缘，在平面图中其数量对应于所述应答器的方位扇区的数量，并且它们每个都具有至少一个无线电透明窗口，

偏转器，将其放置在每个所述无线电透明窗口之上。

11.如权利要求10所述的天线罩，其中防冲隔板固定在所述圆顶状顶部和所述圆柱状外壳的接合处附近，并且每个所述防冲隔板带有间隙地包围所述对应突出缘的上部。

12.如权利要求10所述的天线罩，其中所述圆顶状顶部是球形段。

13.如权利要求10所述的天线罩，其中所述圆顶状顶部是尖锥。

14.如权利要求10所述的天线罩，其中每个所述突出缘具有两个在高度上隔开的实际相同的无线电透明窗口。