CN1075828A - 球面多颗卫星电视接收天线 - Google Patents

Abstract

一种卫星电视接收天线，特别是球面多颗卫星电 视接收天线，天线反射面为球面，其口径形状的正投 影呈矩形；天线馈源为同轴馈源，其数目为2个以上 并和所接收的卫星数相对应；馈源定位架的工作面为 圆柱面，馈源固定其上能实现在三维空间移动。按上 述方案构成的本发明，球反射面被重复照射，实现了 用一部天线代替多部天线对大空域内多颗卫星同时 接收的目的。

Description

本发明涉及一种卫星电视接收天线，特别是球面多颗卫星电视接收天线，能在大空域内同时接收多颗卫星电视广播节目。

在我国上空现已有多颗电视卫星在轨工作。而且，随着空间技术的发展，空间电视卫星的数量必将大大增加，如何实现同时对多颗卫星电视节目的接收，已成为卫星电视技术发展中日益受到重视的一个问题。当前主要采用安装多部天线的方法，即一部天线对准一颗卫星，此法虽然也能实现对多颗卫星的同时接收，但既不经济，也不便于管理和维护，而且还需占用较大的安装场地。能否只用一部天线取代多部天线来实现对多颗卫星电视的同时接收呢？

作为解决问题的第一步，北京双星公司提出了“双星多波束卫星电视接收天线”。这种双星天线可以同时接收经度相近的两颗卫星电视节目，由于提高了天线的利用率，所以占有一定市场。然而双星多波束卫星电视接收天线在基本原理上仍然应用抛物面天线的馈源偏焦技术，根据抛物面天线理论，馈源的横向偏焦可以使波束偏移抛物面轴线，当此偏焦量较小时，天线增益仅有稍许减小，而当偏焦量较大时，天线增益则急剧降低，所以基于偏焦原理的抛物面天线，仅能在小空域内实现双星或是多星接收，而在大空域内则不能有效的工作，我国的两颗东方红二甲卫星（分别定点于87.5°E和110.5°E），经度相差达23°，欲要对该空域里包括这两颗卫星在内的双星或多星作同时接收，上述双星天线就无能为力了。

本发明的目的在于避免了上述现有技术的不足之处而提供了一种完全新型的球面多颗卫星电视接收天线。这种天线覆盖的空域可达30°左右，能对我国上空的两颗东方红二甲、静止6（定点于90°E），静止14（定点于96.5°E）和亚洲一号（定点于105.5°E）等多颗卫星进行同时接收，且收看效果优良。

本发明的目的可以通过以下措施来实现。天线的反射面为球面，其口径形状的正投影呈矩形;天线馈源为同轴馈源，其数目为2个以上并和所接收的卫星数相对应;馈源定位架的工作面为园柱面，馈源固定其上能实现在三维空间移动。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到。当给定的等效抛物面的焦距为f、口径为D、球反射面的半径R满足数学式

1／4f×[R³arcsinD/2R-DR $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/R)}{}^2}\mathrm{/2］-RarcsinD/2R}$

×[ $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/2)}{}^2}{\mathrm{+2R}}^2\mathrm{/D}$ ×arcinD/2R+D²/24f]+DR=0

而抛物面顶点到球心的距离B满足数学式

B= $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/2)}{}^2}{\mathrm{/2+R}}^2\mathrm{/D}$ ×arcinD/2R+D²/48f

球反射面与其等效的抛物面为最佳拟合;其次，当天线反射面的垂直尺寸D确定后，水平尺寸由所接收空域决定，用2β表示构成球面天线的园心角，则水平尺寸H符合数学式H＝2Rsinβ，再其次，当用λ表示天线的中心工作频率时，同轴馈源的同轴环外导体为2～2.2λ、内导体径尺寸为0.7～0.9λ、环深为0.4～0.5λ。按照以上技术措施所设计的发明能够出色地完成对大空域内多颗卫星电视的同时接收。

附图的图面说明：

图1、球面多颗卫星电视接收天线结构图

图2、球面多颗卫星电视接收天线原理图

图3、曲面吻合图

图4、同轴馈源

图5、馈源定位架

如图1、图2、图4、图5所示。1为球面反射面、2为同轴馈源、3为馈源定位架、4为馈源园波导、5为阻抗变换器、6为馈源同轴环、7为波导法兰盘、8为馈源夹架、9为紧固件、10为支撑杆、11为天线座架。

下面结合附图对本发明进行说明：

如图1所示球面多颗卫星电视接收天线，1为球反射面，其口径形状的正投影呈矩形。2为一组同轴馈源，其数目在2个以上，并和所接收的卫星数相对应。3是馈源定位架，由四根支杆固定在反射面内，馈源定位架的工作面为园柱面，馈源分别安装在园柱面方框上的馈源夹架8内，这种定位架可以保证天线在水平面上有大的覆盖空域，使馈源在空间能作三维移动。

图2是球面多颗卫星电视接收天线原理图。图中O点为球心。F点为馈源的相位中心，要使一部天线能有效地同时接收多颗卫星的电视节目，则天线反射面必须被重复使用，即：反射面的某一部分接收一颗卫星电视信号，而其中的一部分还可为收看另一颗卫星电视信号使用，而天线的尺寸增加不大，这样一部天线就可替代多部天线的接收功能。球反射面具有完全对称性，当馈源绕球心转动时，波束指向同步转动，而方向图形状则不会改变，如图2所示在与球反射面同心的适当球面上设置多个馈源，对于每个馈源，天线都有一波束，波束的指向为馈源的相位中心与球心的连线，这样多个馈源即可形成多波束，由于球面的对称性，各波束的方向图和增益都相同，若每一波束对准一颗卫星，则可以实现多颗卫星电视同时兼收且接收能力相同。由于球面被重复照射，所以面积利用率很高。

但是球反射面不能完全聚焦。为了使天线口径面上尽可能地接近同相分布，球反射面被一个馈源所照射的部分应在局部上与等效抛物面逼近，其关系图见图3，图中粗实线是球反射面，半径为R，细实线是等效抛物面，焦点为F，抛物面顶点到球心的距离表明了等效抛物面与球反射面之间的相对位置，用B表示。在给定等效抛物面的焦距f和口径D时，要使球反射面与等效抛物面最佳拟合，半径R应满足数学式：

1／4f×[R³arcsinD/2R-DR $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/R)}{}^2}\mathrm{/2］-RarcsinD/2R}$

×[ $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/2)}{}^2}{\mathrm{+2R}}^2\mathrm{/D}$ ×arcinD/2R+D²/24f]+DR=0 ……（1）

位置尺寸B应为

B= $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/2)}{}^2}{\mathrm{/2+R}}^2\mathrm{/D}$ ×arcinD/2R+D²/48f ……（2）

例如：当取等效抛物面的f＝1165，D＝2500时，根据数学式（1）和（2），分别得出R＝2476，B＝2478。

从计算可以看出，R和B值十分接近，抛物面和球面达到最佳拟合，可以看作为等效。这样，就可以用熟知的抛物面天线的有关技术来完成球反射面天线的设计。并且得到满意的增益。当球反射面的垂直口径D值给定以后，根据接收卫星的空域大小可确定反射面的园心角2β，根据数学式H＝2Rsinβ，就可以计算出球反射面的水平口径。例如，当球反射面的垂直口径D＝2500时，根据所接收卫星的空域，取反射面的园心角2β＝100°，H＝3793;又如，当取园心角2β＝80°，H＝3690等等。

目前已经制造出垂直口径为2500，水平口径为3700的球面多颗卫星电视接收天线。

为了提高天线的增益，采用了专门研制的同轴馈源，如图3所示，馈源由园波导4，阻抗变换器5，同轴环6和法兰盘7组成。经过分析计算和大量测试，对馈源的几何参数作了优化选择，取同轴环的外导体内径为2～2.2λ，内导体外径为0.7～0.9λ，环深为0.4～0.5λ，λ表示天线中心工作频率。这种馈源的方向图呈台阶状，在球反射面的工作区域内，场幅度接近均匀分布，而在工作区外则急剧下降到零。这样使反射面就既有高的照射效率，又有低的漏失损耗，所以天线的效率很高。

综上所述，本发明利用球面技术，曲面最佳拟合技术设计了球面反射面天线，加上宽带高效率馈源和特制的馈源夹架等，本发明已成功地实现了用一部分天线代替多部天线对大空域内多颗卫星电视节目进行同时接收，且接收效果优良。

本发明首次解决了大空域内对多颗卫星电视同时兼收的技术难点，对卫星电视技术的发展起到了推动作用。和现有技术相比，有显著的优点：

1、本发明实现了用一部天线代替多部天线对多颗卫星电视节目同时进行接收，其安装方便，便于管理、维护，节省了大量的安装场地，减少天线的制造数量，其经济效益、社会效益非常显著。

2、球反射面的加工制造工艺简单，不需大型设备，材料利用率很高，反射面精度高，重量轻。

3、同轴馈源工作频带宽，方向图可在15%的频带内等化且波瓣宽度基本不变，因此效率很高。

Claims (4)

1、一种卫星电视接收天线，特别是球面多颗卫星电视接收天线，其特征在于：

(1)天线反射面为球面，其口径形状的正投影呈矩形；

(2)天线馈源为同轴馈源，其数目为2个以上并和所接收的卫星数相对应；

(3)馈源定位架的工作面为圆柱面，馈源固定其上能实现在三维空间移动。

2、根据权利要求1所述的卫星电视接收天线，其特征在于当给定的等效抛物面焦距为f，口径为D时，球反射面的半径尺寸满足数学式

1／4f×[R³arcsinD/2R-DR $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/R)}{}^2}\mathrm{/2］-RarcsinD/2R}$

×[ $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/2)}{}^2}{\mathrm{+2R}}^2\mathrm{/D}$ ×arcinD/2R+D²/24f]+DR=0

而抛物面顶点到球心的距离B满足数学式

B= $\sqrt{R^2\mathrm{-(D/2)}{}^2}{\mathrm{/2+R}}^2\mathrm{/D}$ ×arcinD/2R+D²/48f

球反射面和其等效抛物面为最佳拟合。

3、根据权利要求1和权利要求2所述的卫星电视接收天线，其特征在于天线反射面的垂直尺寸D确定后，其水平尺寸由所接收的空域决定，用2β表示球面天线的园心角，则其水平尺寸H符合数学式H＝2Rsinβ。

4、根据权利要求1所述的卫星电视接收天线，其特征在于当用λ表示天线的中心工作频率，同轴馈源的同轴环外导体内径为2～2.2λ，内导体外径为0.7～0.9λ，环深为0.4-0.5λ。

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