CN1250954A - 微波信号接收装置 - Google Patents

Abstract

一种微波信号接收装置,用以接收自至少两个不同信号来源的微波信号,包括:集波装置,用以收集与反射微波信号;第一信号馈送器,位于集波装置的焦点处;还包括:形成微带阵列的第二信号馈送器,位于相对于集波装置上某一预定位置,用以补偿由集波装置所反射的偏焦微波信号;预定位置由信号来源的位置决定;还包括预定位置的微带元素及调整装置,用以调整反射的偏焦微波信号的振幅与相位。本发明的信号接收装置体积小巧,成本低。

Description

微波信号接收装置

本发明有关于一种微波信号接收装置，特别有关于一种天线馈送装置(antenna feed)，其用以接收反射自卫星碟形天线的偏焦微波信号的接收装置。

直播卫星(DBS)为一种单点对多点的系统，在系统中各用户装置有小型接收天线与调谐器(tuner device)，直接自同步卫星接收信号。卫星接收自地面基地所传送出的数字式声音与视频信号，并直接将这种信号转送给用户。接收天线包括有抛物面碟形集波器，用以收集卫星信号并将其聚于焦点上，另外还安装了LNBF(Low NoiseBlock with Integrated Feed)模组以将输入信号转换为较低频带并传送至调谐器。同时LNBF模组具有滤波器与放大器的功能，以选择性地放大由碟形集波器所接收的信号。LNBF模组包括有用以接收微波的馈送器与用以处理由碟形集波器所反射收集的微波电路。

由于这些装置的高敏感性与相对较高的卫星传送能量，在日本及美国的DBS系统中的传统抛物面碟形集波器的尺寸可以小至0.45公尺。碟形集波器一般都安装在用户外，并利用诊断显示器(diagnostic display)以手动调整判断所接收信号的强弱。在用户内，锁相(phase-lock)回路调谐器将来自LNBF模组的信号解调，以调整出适于电视机或音响的视频与声频信号。

一般而言，每个卫星碟形天线皆被安排成用以接收来自特定方向的卫星群组(cluster)所发出的信号。从地球上的碟形天线来说，属于相同群组的卫星的位置非常接近，而使得这些来自于相同卫星的信号将难以分辨。对准于抛物面碟形集波器轴线的微波信号会被集中于焦点处，而LNBF模组即位于焦点上。现今许多人致力于此馈送器的结构设计，以期增加碟形天线(dish)的增益、极化绝缘性(polarization isolation)与选择性(selectivity)。许多研究也致力于一些利用调制技术(modulation technique)在传送信号时增加频宽的方法，或是使用不同的极化方法传送不同频道的信号。当自不同的卫星群组接收信号时，会将多个碟形天线朝向不同角度，也可以利用电动机转动此天线以朝向不同的卫星。然而，使用多个天线或是电动方向装置都会使得碟形天线系统太昂贵，而阻碍其普及至一般的家庭用户。

一种解决此问题的习知技术，是在单个碟形天线前布属两个不同位置的LNBF模组，用以接收同时来自两个不同卫星(丛集)的微波信号。这两个LNBF模组的馈送器分开的距离与两卫星分开的角度与碟形天线的焦距成正比。其中，一个LNBF可以安置在焦点上，另一个LNBF则安装在焦点外的位置。然而，当这两个卫星分离的角度很大时，位于非焦点处的天线信号增益将大幅降低，而信号本身也将发生严重的扭曲。

为了改善信号的质量，需用波型整形器以调整位于非焦点的LNBF所接收的输入波的振幅与相位。为达此目的，过去使用了一种散布阵列馈送技术。习知的接收器使用号角阵列(horn array)或具有相位偏移器与加权电源连接器的开口式导波管阵列(open-endwaveguide arrays)。图1表示了习知的号角天线阵列、相位偏移器与加权连接器的接收装置。很明显，这些相位偏移器与加权连接器既笨重又昂贵。

本发明的目的在于提供一种小巧的波前整形器(wave frontreshaper)的信号接收装置，包括微带阵列元素与功率分布馈线(patterned feedline)，用以将接收自位于碟形天线偏焦处的馈送器微波信号的相位与振幅进行整形处理。藉此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

为达到上述目的，本发明采取如下措施：

本发明所提供的信号接收装置，用以接收于传送自两个来源的微波信号。该信号接收装置包括集波装置，用以收集与反射微波信号，适当地位于接收装置焦点处的第一信号馈送器与位于相对于集波装置上的第一预定位置(predetermined configuration)的第二信号馈送器，其中，该预定位置由信号来源的相对位置所决定。第二信号馈送器使用一种微带阵列，用以补偿反射自集波装置的微波信号。

本发明采取如下具体结构：

本发明的一种微波信号接收装置，用以接收传送自至少两个不同信号来源的微波信号，包括：

集波装置，呈椭圆形，用以收集与反射微波信号；

第一信号馈送器，位于集波装置的焦点处；其特征在于，还包括：

第二信号馈送器，位于相对于集波装置上某一预定位置，第二信号馈送器形成微带阵列，用以补偿由集波装置所反射的偏焦微波信号；

上述预定位置由至少两个信号来源的相对位置所决定。

其中，所述第二信号馈送器包括：

至少二个位于所述预定位置的微带元素，用以接收所反射的偏焦微波信号；

调整装置，用以调整反射的偏焦微波信号的振幅与相位，以产生与焦点微波信号基本相似的校准微波信号。

本发明的另一种微带阵列馈送器，用以接收与调整一反射自天线碟型集波器的偏焦信号，其特征在于，包括：

至少二个微带元素，微带元素位于一预定位置，用以接收偏焦微波信号；

调整装置，用以调整所述非焦点信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

本发明的一种微带阵列馈送器，用以接收一收集自天线碟型集波器非焦点的微波信号，其特征在于，包括：

微带元素层，其具有至少二个位于预定位置的微带元素，用以接收偏焦微波信号；

信号校准层，其具有一预定馈线分布，用以调整偏焦点微波信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

狭缝层，其层位于所述微带元素层与信号调整层之间，且狭缝层具有含狭缝开口的传导层，用以将来自微带元素的偏焦微波信号传输至信号校准层。

其中，所述信号校准层包括有预定分布的微带馈线。

本发明另一种微带阵列馈送器，用以接收由天线碟型集波器所收集的非焦点微波信号，其特征在于，包括：

第一信号校准层，其具有多个至少二个微带元素与位于预定位置的第一分布馈线，以接收与调整在第一方向上极化的偏焦微波信号；

第二信号校准层，其具有位于预定位置的第二分布馈线，用以调整传送自第一信号校准层的信号，该信号在第二方向上被极化；

其中由微带元素所接收的偏焦微波信号电连接至第一分布馈线与第二分布馈线，用以调整微波信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

与现有技术相比，本发明具有如下效果：

本发明的多重馈送器信号接收装置体积小巧，成本效益佳，用以与抛物面碟形天线连接，并接收来自多个卫星群组的信号。

本发明的接收装置可接收自位于抛物面碟形焦波器非焦点处馈送器的信号，可以进行补偿，以产生具有较佳信号杂信比(signal-to-noise ratio)的接收信号。

结合附图及实施例对本发明的技术特征详细说明如下：

附图简单说明：

图1为习知技术中使用相角偏移器与加权连接器的微波接收装置的示意图。

图2为本发明实施例的立体示意图。

图3为本发明实施例中微带阵列馈送器的分解示意图。

图4为本发明所使用的馈线分布图案示意图。

图5为表示微带阵列元素所需要的电流振幅与相位的校准数据。

图6为本发明较佳实施例中微带阵列馈送器的分解示意图。

图7为本发明较佳实施例中所使用的微波电连接图案示意图。

图8为本发明实施例中双线性(dual-1inear)极化微带阵列馈送器的分解示意图。

图9为本发明实施例中环形微波微带阵列馈送器的分解示意图。

本发明以一个平面微带阵列馈送器(patch-array feed)加以说明。

如图2所示，一多种重馈送微波接收器200用以接收来自两个不同卫星的信号，包括有碟形集波器202、第一信号馈送器204、第二信号馈送器206与延伸臂208。第二信号馈送器206电连接于第一信号馈送器204，并藉由延伸臂固定于碟形集波器202上。碟形集波器202为一典型的抛物面碟形集波器。第一信号馈送器204被安放在碟形集波器202的焦点处，第二信号馈送器206安放在非焦点处，例如远离碟形集波器202焦点的位置。

由第一卫星所送出的信号收集于第一信号馈送器204。第一信号馈送器204可以是习知的号角状、柱状、螺旋状的单一馈送器，也可以将多于一个的馈送器安放于相近的位置，以接受来自不同位置却彼此相近的卫星信号。由第二卫星送出的信号向着第二信号馈送器206的方向反射与收集。由于第二信号馈送器206位于非焦点处，波前的相位与振幅会被扭曲，同时信号也会变得微弱与模糊。如图3至图9所表示，第二信号馈送器206包括微带阵列元素，用以校正被扭曲的相位与振幅。

图3表示用于第二信号馈送器206中的微带阵列馈送器。狭缝耦合微带阵列(slot-coupling patch array)300包括覆盖层302、微带层304、狭缝层306、信号校准层308与接地层310。一般覆盖层302由塑料制成，用以保护其下各层免受尘土和雨水的侵害。微带层304包括多个位于底材318上以矩阵状排列的微带元素312。微带元素312接收入射的微波信号并将其经由狭缝层306的狭缝电连接至信号校准层308。微带元素312为薄金属片，一般为正方形或长方形但仍可依应用上的需要而设计成不同的形状。

为了设计上的方便，一般来说微带元素312皆具有相同的尺寸，但同样可依需要而设计成不同尺寸。在模拟分析中显示可以移除一些微带元素，而仍能得到相同的接收效果。这些微带元素也可以随机排列，并不需要按照特别的图案来安排，而这些也都是依照使用者的需要所决定。

狭缝层306包括位于底材320上的金属层314。金属层314包括多个排成阵列的狭缝324，其中每个狭缝与微带元素312排成一条线。狭缝324将带来自微带元素312的信号传输至信号校准层308。为了设计方便，各狭缝可以具有相同的宽度与长度，但也可以有不同的尺寸。接地层310包括有作为电荷接地的金属层。信号校准层308包括有位于底材322上的馈线316。

图4为馈送线316的详细构造示意图。为了得到如图5所示的6×6微带阵列，线路的图形被设计为可同步化所需的电流分布与相位校正的样式，并藉此产生近似聚于焦点上的校准微波信号。藉由产生这样的电流分布，可以对位于非焦点处的狭缝电连接至阵列馈送器所接收的微波信号的增益做适当的补偿。微波信号由标记为F点处电连接的功率分布馈线(pattern feedline)316，传送到第二信号馈送器206的输出接口。

图5表示一个具有6×6微带元素的平面阵列馈送器所需的电流分布与相位校准数据。电流分布代表对应于微波信号的等效电流，并不是实际的直流电流。图中的数字只是一个例子，用来表示平面微带阵列如何实施，并不应被视为本发明范围的限制。以位于第三列第四行的微带元素作为比较参考值，振幅为1相位为0度。其中每一个微带元素含有两个数值，上方的数值代表电流分布所需的振幅减弱值，下方的数值代表微波信号所需的相位偏移量，而这些减弱值与偏移量由预定的馈线分布的几何形状所决定。微波信号被微带阵列接收并适当加权，接着被传输至LNB(low-noise-block，图中未表示)用以放大信号并将频率向下偏移。

如图6所示，其为本发明中一个较佳实施例的分解示意图。共面馈送微带阵列(coplanar feed patch-array)600包括覆盖层602、信号电连接校准层604，与接地层606。覆盖层一般由塑料制成。校准层604包括位于底材610顶端且具有图案化馈线612的微带阵列608。

如图7所示，其为微带阵列608与图案化馈线612组合的详细结构图。馈线图案调整着电流的分布与如图5所示电连接至每一个微带阵列元素的信号的相位。微波信号由标记为F点(如图4所示)电连接出馈线分布层。

如图8所示，其表示本发明的另一实施例，包括使用两层馈线图案的双线性微波微带阵列天线。微带阵列天线800包括覆盖层802、第一信号校准层804、狭缝层806、第二信号校准层808与接地层810。第一信号校准层804包括多个微带元素与功率分布馈线，与图6中的信号传输至校准层604类似。第一信号校准层804的微带元素接收微波入射信号，并将这些信号电连接至同层的图案馈线以及第二信号校准层808。在本实施例中，第一信号校准层804接收极化的微波信号，而第二信号校准层808则接收另一个极化的微波信号。因此，本实施例可以同时接收水平与垂直极化的微波信号。

如图9所示，其为本发明的再一实施例，该实施例为圆形极化微带阵列天线，包括环形微波微带阵列天线。微带阵列天线900包括覆盖层602、微带阵列层904、狭缝层906、信号校准层908与接地层910。微带阵列层904的微带元素与信号校准层908的馈线分布的排列方式，使得圆形极化微波可以被接收与补偿，以产生与焦点上的微波信号似的相位与能量。

以上为几个特定实施例的完整描述，许多图案、选择性的结构与等效系统都可以同时选用。例如，调整微带元素的数量、调整微带元素的相对位置与调整电源分布层的馈线分布等等。同时微带阵列也可加以调整，以接收圆形极化微波信号。

多重馈送微波接收装置也可包括调整装置，用以调整位于非焦点处的信号馈送器的位置。当多重馈送微波接收装置使用在不同经纬度的地理位置时，此时卫星信号的接收角度将会改变，故需要做一些调整。

以上叙述是借较佳实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。

Claims (18)

1、一种微波信号接收装置，用以接收传送自至少两个不同信号来源的微波信号，包括：

集波装置，呈椭圆形，用以收集与反射微波信号；

第一信号馈送器，位于集波装置的焦点处；其特征在于，还包括：

第二信号馈送器，位于相对于集波装置上某一预定位置，第二信号馈送器形成微带阵列，用以补偿由集波装置所反射的偏焦微波信号；

上述预定位置由至少两个信号来源的相对位置所决定。

2、根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，所述第二信号馈送器包括：

至少二个位于所述预定位置的微带元素，用以接收所反射的偏焦微波信号；

调整装置，用以调整反射的偏焦微波信号的振幅与相位，以产生与焦点微波信号基本相似的校准微波信号。

3、根据权利要求2信号接收装置，其特征在于，所述调整装置包括一具有预定分布的微带馈线。

4、根据权利要求2所述的信号接收装置，其特征在于，还包括一位于所述微带元素与所述调整装置间的狭缝层。

5、根据权利要求1所述的信号接收装置，其特征在于，还包括馈送器位置变换装置，馈送器位置变换装置电连接于所述集波装置与第一及第二信号馈送装置，用以变换相对于集波装置的第一及第二信号馈送装置的相对位置。

6、一种微带阵列馈送器，用以接收与调整一反射自天线碟型集波器的偏焦信号，其特征在于，包括：

至少二个微带元素，微带元素位于一预定位置，用以接收偏焦微波信号；

调整装置，用以调整所述非焦点信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

7、根据权利要求6所述的微带阵列馈送器，其特征在于，所述调整装置包括一具有预定分布的微带馈线。

8、根据权利要求6所述的微带阵列馈送器，其特征在于，所述微带元素与微带馈线，用以接收与调整具有线性极化的微波信号。

9、根据权利要求6所述的微带阵列馈送器，其特征在于，所述微带元素与微带馈线，用以接收与调整具有圆形极化的微波信号。

10、一种微带阵列馈送器，用以接收一收集自天线碟型集波器非焦点的微波信号，其特征在于，包括：

微带元素层，其具有至少二个位于预定位置的微带元素，用以接收偏焦微波信号；

信号校准层，其具有一预定馈线分布，用以调整偏焦点微波信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

狭缝层，其层位于所述微带元素层与信号调整层之间，且狭缝层具有含狭缝开口的传导层，用以将来自微带元素的偏焦微波信号传输至信号校准层。

11、根据权利要求10所述的微带阵列馈送器，其特征在于，所述信号校准层包括有预定分布的微带馈线。

12、一种微带阵列馈送器，用以接收由天线碟型集波器所收集的非焦点微波信号，其特征在于，包括：

第一信号校准层，其具有多个至少二个微带元素与位于预定位置的第一分布馈线，以接收与调整在第一方向上极化的偏焦微波信号；

第二信号校准层，其具有位于预定位置的第二分布馈线，用以调整传送自第一信号校准层的信号，该信号在第二方向上被极化；

其中由微带元素所接收的偏焦微波信号电连接至第一分布馈线与第二分布馈线，用以调整微波信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相似的校准微波信号。

13、根据权利要求12所述的微带阵列馈送器，其特征在于，还包括：

覆盖层，用以防止内部结构受环境影响；

接地层，其具有导电材料层，用以接地。

14、根据权利要求12所述的微带阵列馈送器，其特征在于，还包括：狭缝层，其具有含至少二个位于预定位置的狭缝开端的导电层，狭缝层介于第一信号校准层与第二信号校准层之间，其中，第一信号校准层的微带元素所接收的非焦点微波信号，经由狭缝层电连接至第二信号校准层。

15、根据权利要求12所述的微带阵列馈送器，其特征在于，所述偏焦微波信号为线性极化信号，所述第一极化方向第二极化方向垂直。

16、根据权利要求12所述的微带阵列馈送器，其特征在于，所述的偏焦微波信号为圆形极化信号，第一方向为顺时针方向，第二方向为逆时针方向。

17、一种微波微带阵列天线馈送器，用以接收具有非均匀常数的向角平面与振幅平面的微波信号，其特征在于，包括：

覆盖层，用以防止内部结构受环境影响；

微带元素层，其具有至少二个微带元素，用以接收微波信号；

信号校准层，其具有预定分布的馈线，用以调整微波信号的振幅与相位，由此产生基本与焦点微波信号相同的校准微波信号；

狭缝层，具有含狭缝开口的传导层，用以将来自微带元素的偏焦微波信号电连接至信号校准层；

接地层，具有导电材料层，用以提供信号校准层的接地板。

18、一种微波信号接收装置，用以接收传送自至少两个不同信号来源的微波信号，并利用一个碟形天线接收微波信号，其特征在于，包括：

至少一个杆状馈送器，其电连接至一碟形天线，并位于碟形天线焦点处；

微带阵列馈送器，电连接至碟形天线，并且位于碟形天线的偏焦处，微带阵列馈送器具有用以补偿非焦点微波信号相位扭曲与振幅扭曲的装置，偏焦微波信号由该碟形天线所反射，以产生与焦点微波信号相似的校准微波信号；

偏焦处由至少两个信号来源的相对位置所决定。

Images