CN1075250C - 馈源罩、主辐射器和微波天线 - Google Patents

馈源罩、主辐射器和微波天线 Download PDF

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Abstract

一种馈源罩被安置在一辐射器主体的一开口的侧面，且包括一电介质板，该电介质板具有与无线电波的波长相比足够小的厚度，以及一电介质突起，固定地安装在该电介质板的内侧面的大致的中心位置上，且具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为无线电波的波长，以及大约等于电介质突起高度的直径。

Description

馈源罩、主辐射器和微波天线
本发明涉及一种微波天线，该微波天线用于接收通过卫星的电讯和广播卫星通讯，并且特别涉及其馈源罩(“馈电喇叭罩”的简称)的一种改进。
卡塞格伦(Cassegrainian)天线和偏焦天线被列为抛物面天线，抛物面天线是微波天线的一种。偏焦天线包括一个用于反射无线电波的反射器，一个被安置在被反射器反射的无线电波聚焦的位置附近的主辐射器(初级辐射器)，以及一个使被主辐射器接收的无线电波得以变频的变频器。主辐射器包括一个带有一开口的辐射器主体，无线电波由该开口入射，且馈源罩一般被安装到该开口上以防止雨水、尘土等侵入。但是安装馈源罩具有下列的影响：
由辐射器主体辐射并入射到馈源罩的无线波I被分解成在辐射器主体边沿上反射的电能量R，以及穿过馈源罩的电能量T。除非馈电罩非常薄，且具有2这个数量级的相对介电常数，由入射无线电波工与被反射的无线电波R的电能量比值R/I确定的反射损耗通常会因为安装馈源罩而增大，结果使天线的增益降低。
要指出的是，为减小带有馈源罩的主辐射器的反射损耗，一般采取下列的措施。第一种措施是将馈源罩做成非常薄的薄膜的形状，安置在与辐射器主体的开口紧密接触或邻近的位置。第二种措施是将馈源罩做得与无线电波波长相比足够薄，安置在与辐射器主体的开口相距大约半个波长(λ0：大气中波长)的位置上。第三种措施是将馈源罩做成具有大约半个波长(λ：在馈源罩上的波长)的厚度，安置在与辐射器主体的开口相距大约半个波长(λ0：大气中波长)的位置上。第二和第三种措施是基于一种理论，如“电磁理论”(“ELECTROMAGNETIC THEORY”),PP511-515,J.A.Stratton，由MCGRAW-HILL Book Company于1941年出版中所述，即当空气或电介质的厚度为被传输波长的一半时，穿过介质传输的无线电波的反射损耗最小。
但是，上述常规的措施产生下列的问题。第一种措施由于馈电罩厚度极小，产生容易被损的问题，结果是安装于户外时不实用。第二种措施因为馈源罩被安置得远离辐射器主体的开口而产生主辐射器尺寸加大的问题。第三种措施则产生不仅使尺寸更为加大而且因为馈源罩自身有较大的厚度，而使重量增加的问题。
因此，本发明的一个目的就是提供一种馈源罩等，它具有优良的反射损耗特性和足够的强度，并有助于减小主辐射器的尺寸和重量。
根据本发明的一个方面，提出一馈源罩包括：
一电介质板，具有与无线电波的波长相比足够小的厚度，该电介质板具有一第一侧面：以及
一电介质突起，固定地安装在所述电介质板的所述第一侧面的大致的中心位置上，该电介质突起具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为所述无线电波的波长，以及大约等于所述电介质突起高度的直径。
本发明的另一个方面在于提出一主辐射器包括：
一辐射器主体，它具有一无线电波入射的开口；以及
一馈源罩，安置在所述辐射器主体的所述开口的一侧，
所述馈源罩包括：
一个根据所述辐射器主体的所述开口配置的，厚度与无线电波的波长相比足够小的电介质板，该电介质板具有一第一侧面；以及
一电介质突起，固定地安装在所述电介质板的所述第一侧面的大致的中心位置上，该电介质突起具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为所述无线波的波长，以及大约等于所述电介质突起的高度的直径。
本发明的再一个方面在于提出一微波天线，包括：
一设置用于反射无线电波的反射器；以及
一根据所述反射器配置的主辐射器，该主辐射器接收被反射器反射的无线电波，
所述主辐射器包括一带有一开口的辐射器主体，以及一安置在所述辐射器主体的所述开口的一侧的馈源罩，
所述馈源罩包括：
一个根据所述辐射器主体的所述开口配置的厚度与无线电波的波长相比足够小的电介质板，该电介质板具有一第一侧面；以及
一电介质突起，固定地安装在所述电介质板的所述第一侧面的大致的中心位置上，该电介质突起具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为所述无线电波的波长，以及大约等于所述电介质突起的高度的直径。
以下结合附图来详述本发明的优选实施例。附图中：
图1A是与本发明相应的一主辐射器的分解透视图；
图1B是该主辐射器的剖视图；
图2A是与本发明相应的一微波天线的前视图；
图2B是该微波天线的侧视图；
图3是安置了馈源罩的主辐射器的反射损耗特性曲线图；
图4与图3相似，是未安置馈源罩的主辐射器的反射损耗特性曲线图；
图5与图4相似，是安置了馈源罩的主辐射器的反射损耗特性曲线图；
图6A与图1B相似，为馈源罩的一个变型的剖视图；以及
图6B为馈源罩的变型的透视图。
参照图1A至5，将说明本发明的一个优选的实施例。首先参看图2A和2B，一微波天线包括一用于反射无线电波的反射器1，通过一装配件2，它被固定地安装到支架3上。反射器1的内侧表面形成一旋转抛物面，或一抛物面。一主辐射器4被大致地安置在被旋转抛物面反射的无线电波聚焦的位置。
主辐射器4包括一辐射器主体5和一馈源罩(“馈电喇叭罩”的简称)6，该辐射器主体5通过一安装臂7被固定地安装到装配件2上。另外，一变频器8被固定地安装在辐射器主体5的后端表面。
参看图1A和1B，辐射器主体5包括一圆波导段5a和一连接在其前端的圆锥形喇叭段5b，该圆锥形喇叭段5b有一尖端形成一开口5c。
馈源罩6由电介质材料，例如AES(丙烯腈-乙烯-苯乙烯)树脂构成，包括一电介质板6a，被安置得与开口5c紧密接触或与其邻近，以及一电介质突起6b，固定地安装在电介质板6a的内侧面的大致的中心位置上。电介质板6a被做成象一个具有略微弯折的外沿的碟子的形状，且厚度t与在电介质板6a中的无线电波的波长相比足够小。电介质突起6b被做成象一圆柱体的形状，其高度h被确定为大约等于(1/2)·λ的整数倍，其中λ为在电介质突起6b中无线电波的波长。另外，电介质突起6b的直径d被确定为与其高度h大致相等。换言之，电介质突起6b的高度h和直径d被确定为大约等于半波长的整数倍(1,2,3,4……)。
在本实施例中，设定主辐器4应用于12GHz频段附近的线极化波，电介质板6a的厚度t，电介质突起6b的高度h，电介质突起6b的直径d，介电常数ε(无线电波在馈源罩6中的波长λ为15-16mm)，辐射器主体5的开口5c的直径A，辐射器主体5的开口5c与馈源罩6的电介质板6a之间的距离L被确定为：t=0.8mm,h=8.0mm，d=8.0mm,ε=3.0,A=31mm和L=0mm。
根据上述的结构，被反射器1反射的无线电波向前传播汇聚在聚焦位置的附近。然后穿过馈源罩6。并通过开口5c被辐射器主体5收集。上述主辐射器4的反射损耗特性被测量，其结果如图3所示。另外，一未安置馈源罩的主辐射器4的反射损耗特性也被测量，其结果如图4所示。两次测量的结果显示带有馈源罩6的主辐射器4具有相当于或优于未安置馈源罩的主辐射器4的反射损耗特性。
另外，由于馈源罩6的电介质板6a的厚度t为0.8mm，馈源罩6可得到足够的强度。此外，不仅因为馈源罩6的电介质板6a的厚度t为0.8mm，是很小的，而且因为电介质板6a被安置得与辐射器主体5的开口5c紧密接触，且电介质突起6b被安置在电介质板6a的内侧面，因此主辐射器4具有减小了的尺寸和重量。
另一方面，在本实施例中，当馈源罩6的电介质板6a的厚度t被定为1.1mm，电介质突起6b的高度h被定为7.5mm，直径d被定为10.0mm，主辐射器4的反射损耗特性也很优良，如图5所示。
参照图6A和6B，将说明馈源罩的一个变型。参看图6A，一馈源罩10包括一形状大致象一个碟子的电介质板10a，以及一形状大致象一圆柱体的电介质突起10b，该电介质突起10b具有一空腔10c构成的中心部分。使用馈源罩10，也能够得到与使用馈源罩6时大致相同的反射损耗特性，重量则进一步减轻。
要指出的是，电介质突起6a,10a的截面形状可以不是圆形，可以是多边形，例如如图6B所示的方形。当电介质突起6a,10a为多边形时，其对角线的长度被确定为大约等于其高度。
另外，主辐射器4可以不仅是圆锥型喇叭，而且可以是竹节喇叭，多模喇叭等的型式。此外，微波天线可以不是偏焦天线，而是卡塞格伦天线。再有，极化波可以不仅是线极化波，而且可以是圆极化波。

Claims (10)

1、一种馈源罩，包括：
一电介质板，具有比无线电波的波长足够小的厚度，该电介质板具有一第一侧面；以及
一电介质突起，固定地安装在所述电介质板的所述第一侧面的大致的中心位置上，该电介质突起具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为所述无线电波的波长，以及大约等于所述电介质突起高度的直径。
2、根据权利要求1所述的馈源罩，其中所述电介质突起的直径包括一多边形的对角线。
3、一种主辐射器，包括：
一辐射器主体，它具有一无线电波入射的开口；以及
一馈源罩，安置在所述辐射器主体的所述开口的一侧，
所述馈源罩包括：
一个根据所述辐射器主体的所述开口配置的，厚度比无线电波的波长足够小的电介质板，该电介质板具有一第一侧面；以及
一电介质突起，固定地安装在所述电介质板的所述第一侧面的大致的中心位置上，该电介质突起具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为所述无线电波的波长，以及大约等于所述电介质突起的高度的直径。
4、根据权利要求3所述的主辐射器，其中所述电介质板与所述辐射器主体的所述开口紧密接触。
5、根据权利要求3所述的主辐射器，其中所述电介质板与所述辐射器主体的所述开口邻近。
6、根据权利要求3所述的主辐射器，其中所述电介质突起的所述直径包括一多边形对角线。
7、一种微波天线，包括：
一设置用于反射无线电波的反射器；以及
一根据所述反射器配置的主辐射器，该主辐射器接收被反射器反射的无线电波，
所述主辐射器包括一带有一开口的主体，以及一安置在所述辐射器主体的所述开口的一侧的馈源罩，
所述馈源罩包括：
一个根据所述主体的所述开口配置的，厚度比无线电波的波长足够小的电介质板，该电介质板具有一第一侧面；以及
一电介质突起，固定地安装在所述电介质板的所述第一侧面的大致的中心位置上，该电介质突起具有大约等于(1/2)·λ的整数倍的高度，其中λ为所述无线电波的波长，以及大约等于所述电介质突起的高度的直径。
8、根据权利要求7所述的天线，其中所述电介质板与所述辐射器主体的所述开口紧密接触。
9、根据权利要求7所述的天线，其中所述电介质板与所述辐射器主体的所述开口邻近。
10、根据权利要求7所述的天线，其中所述电介质突起的所述直径包括一多边形的对角线。
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