TWI460924B - 雙極化的反射器天線元件 - Google Patents

Description

雙極化的反射器天線元件

本發明涉及反射器天線。更具體地，本發明涉及一種雙極化的反射器天線元件，其具有提供改進的電性能的通道和正交模式轉換器(OMT)配置。

雙極化微波通信鏈路採用一對使用不同極化的信號，因此同單信號/雙極通信鏈路相比，能使鏈路容量顯著地增加。但是，由於信號分離的要求和/或每個信號之間的干擾，因此相對於每個信號，電性能會降低。隨著在地面通信系統中，尤其是在有限的RF頻譜環境中，對鏈路容量不斷增加的需求，雙極化通信鏈路的使用正在增加。

與單信號/雙極性通信鏈路一起使用的傳統地面通信反射器天線可被設置在緊湊組件中，其中收發機緊接反射盤的背部安裝。從而，對天線回波損耗的要求可放寬，插入損耗和鏈路預算得到改進。

由於額外的通道和功能複製能使雙信號處理成為可能，典型的雙極化通信鏈路使用具有遠端收發機座架的反射器天線，因此需要額外的波導管和/或收發機座架要求。

反射器天線接收的雙極化電信號由插入通道中的OMT分離。分離後的信號之後各自運送至專用的收發機。

雙極化反射器天線元件需要考慮的電性能包括天線饋送和收發機上的兩個正交極化埠之間的埠間隔離(IPI)。OMT的IPI性能對整個天線元件的交叉極化鑒別特性作貢獻。如果雙極化天線元件的XPD降低，交叉極化串擾消除(XPIC)將會變弱，這意味著正交通道之間將會相互干擾，整個通信鏈路的性能降低。但是，如果OMT/通道在物理意義上很大，由於信號能量不得不在無線電埠和饋送埠之間傳播的距離增加，因此去極化成為額外因素。

國際專利申請公佈WO 2007/088183和WO 2007/088184分別公開了OMT和互連波導元件，可一同使用於具有緊接反射器背部安裝的收發機的雙極化反射器天線元件中。WO 2007/088183中的OMT的內部信號表面包括一個複雜凸台隔板極化器特徵，由於OMT元件剖面對通道正交對準，因此該特徵難以成本有效地進行精確地機加工。因為OMT還是反射器天線的饋送轂，協調不同的反射器天線配置之間的部分和/或將可選擇的OMT配置應用到已有的設施，例如在已有的反射器天線元件從單極化到雙極化操作的場轉換/升級中的設施，可能是困難的。

需要OMT內的90度通道變化以使在OMT/饋送轂收發機側的OMT輸出埠同反射器天線的縱軸對準。WO 2007/088184中在OMT和收發機的輸入埠之間的互連波導元件因此必須具有額外的90度的彎曲部以在同反射器天線的縱軸正交的近耦接配置中與收發機配合。每個額外的90度通道的變化使製造複雜，延長了總的通道，並且引入了用於IPI和/或信號的去極化衰減的額外機會。微波工作頻率在一個寬的頻率範圍內擴展，通常在6-42GHz之間。現有的反射器天線的解決方案典型地僅針對該頻段的窄帶設計，因此需要全部重新設計、加工、製造和完全不同的反射器天線元件的庫存以滿足市場需求。

反射器天線市場的競爭將注意力集中於提高電性能和將總的製造、庫存、分配、安裝和維護成本減到最小。因此，本發明的目的是提供一種能夠克服現有技術缺陷的雙極化反射器天線配置。

發明人發明了一種雙極化反射器天線元件，其中可安裝於反射器/反射器饋送轂的背面上的OMT/互連波導元件，能使收發機座架緊接反射器的背面且改進電性能。此外，OMT/波導元件的模組特徵還能使便於互換/配置，用於以不同工作頻率和/或要求的電性能折衷特性進行工作。

在雙極化反射器天線元件2的第一個實施例中，如圖1和2中所示，為了清楚起見收發機(可選擇為單獨的接收機和/或發射機)被去掉，收發機托架4緊接反射盤6的背面耦接，固定於反射器天線10的饋送轂8上。例如，OMT/饋送元件12可在近端16耦接至饋送轂8的饋送埠14，並且在遠端18由收發機托架4支承。本領域技術人員可認識到，近端16和遠端18是便於解釋元件取向和/或互連關係而引入的端部名稱。元件中的每個元件還具有近端16和遠端18，即，元件的端部分別面向相關元件的近端16或遠端18。

如圖3中最好地被示出，OMT/饋送組件12包括圓-方波導轉換器22、方波導模組24、OMT26和一對極化適配器28，它們串聯耦接以形成從饋送轂8的饋送埠14到收發機輸入埠的波導通道。

圓-方波導轉換器22可形成為一整體式元件，消除沿通道側壁的縫隙，縫隙可引入信號衰減。

在近端16與圓-方波導轉換器22耦接且在遠端18與OMT 26耦接的方波導模組24具有在近端16和遠端18之間延伸的方波導30。如圖4和5中最好地被示出，方波導30的三個側壁34被形成在方波導模組24的凹槽部分32中，並且方波導30的第四側壁34被形成在方波導模組24的蓋部分36中。凹槽部分32和蓋部分36可通過鍵部件38比如插入插口內的銷釘和/或多個緊固件40比如螺釘等配合在一起。

由於方波導30的三個邊形成於凹槽部分32中，在凹槽部分32和蓋部分36之間沿著方波導30的縫隙位於方波導30的兩個角內，遠離波導側壁34的中心，在方波導信號傳播過程中所述中心處電流密度最高，因此降低信號的衰減。此外，本領域技術人員可領會到，在經由機加工的製造過程中，方波導30的高容差方形度可用非常高的容差以成本有效的方式獲得，由於沿波導側壁34的中心配合的部分之間的緊密斜向對準不是問題。

為了允許OMT 26(圖3)的輸出埠42與OMT/饋送元件12的縱軸對稱對準，同時使OMT 26的矩形波導44的要求長度最小化，可採取方波導30的遠端18橫向偏移，使得OMT/饋送組件12成流線型並且不需要一對90度彎曲部和矩形波導30路徑上的過渡部分。方波導30的縱向長度被選擇成以將輸出埠42設置于相對於收發機托架4的所需耦接位置31，用於同收發機的輸入埠對準。

如圖6和7中示出的，OMT 26可由兩個OMT半片46形成，該兩個OMT半片通過鍵部件比如銷釘和插口和/或多個緊固件比如螺釘等配合在一起。OMT 26分離且轉換從方波導輸入埠48進入到彼此成90度取向的矩形波導44的每個極性，即，在OMT的交叉口49處轉換為垂直和水準極化信號。根據本領域熟知的微波傳播理論，OMT交叉口49的設計和尺寸取決於輸入和輸出波導的尺寸和工作頻率，因而在此不再進一步詳細描述。雖然兩個OMT半片46之間的縫隙位於各自矩形波導側壁34的中心，但是僅通過將方波導30的一個極小的部分設置於OMT 26的方波導輸入埠48，可使出現在中心側壁縫隙的通道部分最小化。此外，OMT 26的兩個OMT半片結構極大地簡化了方波導30和每個矩形波導44之間過渡表面的加工，例如消除了任何精密凸台特徵。

如圖3中最好地被示出，饋送埠14和輸出埠之間的波導通道包括僅三個的90度彎曲部，每個彎曲部位於OMT 26內。

90度彎曲部的數量的減少可縮短總的通道長度並且提高電性能。

極化適配器28可與每個輸出埠42相耦接以將各自通道同每個收發機的輸入埠對準。每個收發機可取向為在同另一收發機成鏡像的位置，保持收發機的任何散熱、引流和/或環境封焊優選/要求的取向。

在13Ghz工作頻段評估，根據第一個實施例的雙極化反射器天線元件2與常規的遠端安裝收發機裝置相比在IPI方面具有顯著的改進。

雙極化反射器天線元件2的第二個實施例中，如圖8和9中示出的，為了清楚起見收發機(可選擇為單獨的接收機和/或發射機)被去掉，收發機托架4緊接反射盤6的背面耦接，並固定在反射器天線10的饋送轂8上。OMT/饋送組件12在近端16耦接於饋送轂8的饋送埠14，並且在遠端18由收發機托架4支承。

如圖10中最好地被示出，OMT/饋送組件12包括圓-方波導轉換器22、OMT 26和極化適配器28，它們串聯耦接以形成從饋送轂8的饋送埠14到收發機輸入埠的通道。

如圖11和12中示出，OMT 26可由兩個OMT半片46形成，該兩個OMT半片也通過鍵部件38比如銷釘和插口和/或多個緊固件40比如螺釘等配合在一起。OMT 26分離並且轉換從方波導輸入埠48進入彼此成90度取向的矩形波導44的每個極性，即，在OMT的交叉口49處轉換為垂直和水準極化信號。根據本領域熟知的微波傳播理論，OMT交叉口49的設計和尺寸取決於輸入和輸出波導的尺寸和工作頻率，因而，在此不再進一步詳細描述。矩形波導44的縱向長度被選擇為以將輸出埠42設置于相對於收發機托架4的所需耦接位置31，用於同收發機的輸入埠對準。OMT 26的兩個OMT半片結構極大地簡化了方波導30和每個矩形波導44之間過渡表面的加工，例如消除了任何精密凸台特徵。

如圖10中最好地示出的，饋送埠14和輸出埠之間的通道包括僅五個90度的彎曲部，每個彎曲部位於OMT 26內。90度彎曲部的數量的減少可縮短總的通道長度並且提高電性能。

極化適配器28(圖10)可與每個輸出埠42耦接以將各自通道同每個收發機的輸入埠對準。從而每個收發機可被取向在同另一收發機成鏡像的位置，保持收發機的任何散熱、引流和/或環境封焊優選/要求的取向。

本領域技術人員可領會到，隨著頻率增加，高性能的雙模式波導信號傳播會更加依賴於波導的高尺寸公差特性。因此，第二個實施例通過盡可能靠近饋送埠設置OMT使方波導的長度最小化，而不是使用單極性矩形波導44獲得要求的用於將收發機靠近反射盤6背面安裝的通道偏移。

在雙極化反射器天線元件2的第三個實施例中，如圖13和14中示出的，為了清楚起見收發機(可選擇為單獨的接收機和/或發射機)被去掉，收發機托架4緊接反射盤6的背面耦接，並固定在反射器天線10的饋送轂8上。OMT/饋送組件12在近端16耦接於饋送轂8的饋送埠14，並且在遠端18由收發機托架4支承。

如圖15中最好地示出的，OMT/饋送組件12包括饋送埠適配器50、圓波導52、圓-方波導轉換器22、OMT 26和極化適配器28，它們串聯耦接以形成從饋送轂8的饋送埠14到收發機輸入埠的通道。

如圖16和17中示出的，OMT 26可由兩個OMT半片46形成，該兩個OMT半片也通過鍵部件38比如銷釘和插口和/或多個緊固件40比如螺釘等配合在一起。OMT 26分離並且轉換從方波導輸入埠48進入彼此成90度取向的矩形波導44的每個極性，即，在OMT的交叉口49處轉換為垂直和水準極化信號。根據本領域熟知的微波傳播理論，OMT交叉口49的設計和尺寸取決於輸入和輸出波導的尺寸和工作頻率，因而，在此不再進一步詳細描述。圓波導52的縱向長度被選擇為以將輸出埠42設置于相對於收發機托架4的所需耦接位置31，用於同收發機的輸入埠對準。因此，矩形波導44的長度可顯著縮短。OMT 26的兩個OMT半片結構極大地簡化了方波導30和每個矩形波導44之間過渡表面的加工，例如消除了任何精密凸台特徵。

如圖15中最好地示出的，饋送埠14和輸出埠之間的通道包括僅三個90度的彎曲部，每個彎曲部位於OMT 26內。90度彎曲部的數量的減少可縮短總的通道長度並且提高電性能。

極化適配器28(圖15)可與每個輸出埠42耦接以將各自通道同每個收發機的輸入埠對準。從而每個收發機可被取向在同另一收發機成鏡像的位置，保持收發機的任何散熱、引流和/或環境封焊優選/要求的取向。

本領域技術人員可領會到，隨著頻率增加，在圓波導52中高性能的雙模式波導信號傳播變得更加依賴於圓波導52的橢圓率。由於柱狀圓波導52從副反射器(未示出)延伸過饋送轂8到達圓-方波導轉換器22，沒有尺寸上的變化或縱向側壁縫隙，因此，就橢圓率來說，延伸的圓波導通道的高容差可成本有效地得到保持。此外，因為OMT 26的單極性矩形波導44部分通過使OMT 26緊接收發機設置得以最小化，因此OMT 26中的90度彎曲部的數量和互連矩形波導44的總長度得以最小化。

使用了共同的反射盤6、饋送轂8和收發機托架4，每個OMT/饋送元件12的實施例可彼此互換，因此可獲得在典型微波頻率的寬頻段範圍內的最優操作的簡單配置，而不必要求單獨設計、製造和庫存多個頻率專用的反射器天線配置。此外，能使現有的單極性天線元件裝置簡單地就地升級到雙極化配置，因為饋送轂8和相聯繫的副反射器/饋送元件不需要被打亂，包括副反射器/饋送、饋送轂8和/或反射盤6之間的對準和/或封焊。

在上述的描述中，已經參考了具有已知等同物的材料、比率、整數或部件，然後這些等同物被結合於此，就像被單獨闡述一樣。

雖然已通過其中的實施例的描述對本發明進行了示出，以及雖然對實施例的描述相當詳細，但是申請人的意圖不是限制或以任何方式限定附屬的權利要求的範圍於這些細節。額外的優點和改進對本領域的技術人員而言是顯而易見的。因此，本發明在其更廣的方面沒有限定於示出和描述的具體的細節、代表性的器件、方法和示出的例子。因此，不背離申請人總體發明構思的精神或範圍可以背離這些細節。此外，要意識到的是，在不背離本發明由隨後的權利要求所限定的範圍和精神內可進行改進和/或修改。

2．．．雙極化反射器天線元件

4．．．收發機托架

6．．．反射盤

8．．．饋送轂

10．．．反射器天線

12．．．OMT/饋送組件

14．．．饋送埠

16．．．近端

18．．．遠端

22．．．圓-方波導轉換器

24．．．方波導模組

26．．．正交模式轉換器(OMT)

28．．．極化適配器

30．．．方波導

31．．．耦接位置

32．．．凹槽部分

34．．．側壁

36．．．蓋部分

38．．．鍵部件

40．．．緊固件

42．．．輸出埠

44．．．矩形波導

46．．．OMT半片

48．．．方波導輸入埠

49．．．OMT交叉口

50．．．饋送埠適配器

52．．．圓波導

結合於且組成本說明書一部分的附圖圖示了本發明的實施例，其中附圖中相似的附圖標記代表同一特徵或元件，並且可能不會在每一幅它們出現的附圖中，都作詳細描述，並且同上面給出的本發明的大體說明和下面給出的實施例的詳細說明一起，用於解釋本發明的原理；

圖1是雙極化反射器天線元件的第一個實施例的示意性的等角背面視圖，為了清楚起見收發機被去掉；

圖2是圖1所示組件的示意性的等距背面視圖，為了清楚起見收發機被去掉，並且OMT/饋送組件被抽出；

圖3是圖1中OMT/饋送元件的示意性的等距背面分解視圖；

圖4是圖3中的方波導模組裝配後的示意性的等距底部視圖；

圖5是圖3中的方波導模組的示意性的等距底部分解視圖；

圖6是圖3中OMT的示意性的等距背面分解視圖；

圖7是圖3中OMT裝配後的示意性的等距背面視圖；

圖8是雙極化反射器天線元件的第二個實施例的等角的示意性的背面視圖，為了清楚起見收發機被去掉；

圖9是圖8所示組件的示意性的等距背面視圖，為了清楚起見收發機被去掉，並且OMT/饋送組件被抽出；

圖10是圖8中OMT/饋送元件的示意性的等距背面分解視圖；

圖11是圖10中OMT的示意性的等距背面分解視圖；

圖12是圖10中OMT裝配後的示意性的等距背面視圖；

圖13是雙極化反射器天線元件的第三個實施例的示意性的等角的背面視圖，為了清楚起見收發機被去掉；

圖14是圖13所示組件的示意性的等距背面視圖，為了清楚起見收發機被去掉，並且OMT/饋送組件被抽出；

圖15是圖13中OMT/饋送元件的示意性的等距背面分解視圖；

圖16是圖13中OMT的示意性的等距背面分解視圖；

圖17是圖13中OMT裝配後的示意性的等距背面分解視圖。

2．．．雙極化反射器天線元件

4．．．收發機托架

6．．．反射盤

8．．．饋送轂

10．．．反射器天線

12．．．OMT/饋送組件

31．．．耦接位置

Claims (20)

1. 一種雙極化反射器天線元件，包括：反射盤，該反射盤耦接至具有饋送埠從其穿過的饋送轂；收發機托架，該收發機托架耦接至該饋送轂的背面；圓-方波導轉換器，該圓-方波導轉換器耦接至該饋送埠；方波導，該方波導耦接至該圓-方波導轉換器；正交模式轉換器(OMT)，該正交模式轉換器(OMT)耦接至該方波導；該正交模式轉換器(OMT)設置有在一方波導和一對彼此成90度取向的矩形波導之間的正交模式轉換器(OMT)交叉口，每個矩形波導的輸出埠佈置成垂直於該雙極化反射器天線元件的縱軸。
2. 如申請專利範圍第1項所述的元件，其中設置該方波導縱向尺寸以將所述輸出埠置於相對於所述收發機托架的耦接位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述的元件，其中該方波導是該方波導三個側壁的凹槽部分和該方波導一個側壁的蓋部分，該凹槽部分和該蓋部分耦接在一起。
4. 如申請專利範圍第1項所述的元件，其中該方波導具有在該方波導的近端和遠端之間相對於該方波導的縱軸的橫向偏移。
5. 如申請專利範圍第1項所述的元件，其中該正交模式轉換器(OMT)是沿著該正交模式轉換器(OMT)的縱軸一個耦接至另一個的兩個正交模式轉換器(OMT)半片。
6. 如申請專利範圍第1項所述的元件，其中從該饋送埠到每個該輸出埠的通道具有三個90度的波導彎曲部。
7. 如申請專利範圍第1項所述的元件，還包括耦接至每個輸出埠的極化適配器。
8. 如申請專利範圍第1項所述的元件，其中該正交模式轉換器(OMT)的遠端由該收發機托架支承。
9. 一種雙極化反射器天線元件，包括：反射盤，該反射盤耦接至具有饋送埠從其穿過的饋送轂；收發機托架，該收發機托架耦接至該饋送轂的背面；圓-方波導轉換器，該圓-方波導轉換器耦接至該饋送埠；正交模式轉換器(OMT)，該正交模式轉換器(OMT)耦接至該圓-方波導轉換器上；該正交模式轉換器(OMT)設置有在一方波導和一對彼此成90度取向的矩形波導之間的正交模式轉換器(OMT)交叉口，每個矩形波導的輸出埠佈置成垂直於該雙極化反射器天線元件的縱軸。
10. 如申請專利範圍第9項所述的元件，其中設置該矩形波導縱向尺寸以將所述輸出埠置於相對於所述收發機托架的耦接位置。
11. 如申請專利範圍第9項所述的元件，其中從該饋送埠到每個該輸出埠的通道具有五個90度的波導彎曲部。
12. 如申請專利範圍第9項所述的元件，其中該正交模式轉換器(OMT)是沿該正交模式轉換器(OMT)的縱軸一個耦接至另一個的兩個正交模式轉換器(OMT)半片。
13. 如申請專利範圍第12項所述的元件，其中該兩個正交模式轉換器(OMT)半片通過鍵部件相互對準。
14. 如申請專利範圍第9項所述的元件，其中該正交模式轉換器(OMT)的遠端由該收發機托架支承。
15. 一種雙極化反射器天線元件，包括：反射盤，該反射盤耦接至具有饋送埠從其穿過的饋送轂；收發機托架，該收發機托架耦接至該饋送轂的背面；圓波導，該圓波導耦接至饋送埠適配器，該饋送埠適配器耦接至該饋送埠；圓-方波導轉換器，該圓-方波導轉換器耦接至該圓波導；正交模式轉換器(OMT)，該正交模式轉換器(OMT)耦接至該圓-方波導轉換器；該正交模式轉換器(OMT)設置有在一方波導和一對彼此成90度取向的矩形波導之間的正交模式轉換器(OMT)交叉口，每個矩形波導的輸出埠佈置成垂直於該雙極化反射器天線元件的縱軸。
16. 如申請專利範圍第15項所述的元件，其中設置該圓波導縱向尺寸以將所述輸出埠置於相對於所述收發機托架的耦接位置。
17. 如申請專利範圍第15項所述的元件，其中從該饋送埠到每個該輸出埠的通道具有三個90度的波導彎曲部。
18. 如申請專利範圍第15項所述的元件，其中該正交模式轉換器(OMT)由沿該正交模式轉換器(OMT)的縱軸一個耦接至另一個的兩個正交模式轉換器(OMT)半片。
19. 如申請專利範圍第18項所述的元件，其中該兩個正交模式轉換器(OMT)半片通過鍵部件相互對準。
20. 如申請專利範圍第15項所述的元件，其中該正交模式轉換器(OMT)的遠端由該收發機托架支承。