TWI497826B

TWI497826B - 號角天線

Info

Publication number: TWI497826B
Application number: TW101141613A
Authority: TW
Inventors: Chang Hsiu Huang; Shun Chung Kuo; Chao Kai Chan
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2015-08-21
Also published as: TW201419661A; US20140125537A1; US8902116B2

Description

號角天線

本發明係指一種號角天線，尤指一種用於集波器的號角天線，利用其環體上的缺口結構而產生干涉效應，以調整號角天線的波束場型及降低溢出耗損。

一般來說，衛星通訊接收裝置的集波器(Low Noise Block Down-converter with Feedhorn，LNBF)設於碟型反射面(Dish Reflector)的焦點位置，用來接收碟型反射面所反射之無線電波訊號，將無線電波訊號降頻至中頻，再傳送至後端之一衛星訊號處理器進行訊號處理，使大眾能夠收看衛星電視節目。

集波器由一號角天線(Feed horn)、一導波管(Waveguide)及一低雜訊降頻放大器(Low Noise Block Down-converter，LNB)所組成。其中，號角天線用來將衛星天線所反射的訊號蒐集導引入導波管，接著輸出至低雜訊降頻放大器。號角天線的功能除了接收衛星訊號外，在不同應用中也可發射訊號(經碟型反射面反射)給衛星。

請參考第1圖，第1圖為習知一號角天線10之示意圖。號角天線10包含有一錐體11以及一連接器12。錐體11用來接收碟型反射面所反射之衛星訊號。連接器12耦接於錐體11，用來將號角天線10耦接至波導管，以傳遞衛星訊號至波導管。

如第1圖所示，傳統的號角天線10設計，錐體11內側包含有環體(corrugation)110、111，其作用在於改善號角天線10的輻射場型，使輻射場型對稱及降低溢出耗損(spillover loss)。溢出耗損越低，可使號角天線10由碟型反射面蒐集的衛星訊號能量更集中，因此可提升衛星訊號的訊號品質。

傳統上，增加環體110、111的圈數或加大號角天線10的張口半徑R雖有助於改善溢出耗損，如此卻增加了號角天線10的體積，也增加了生產成本。因此，為了因應小型化的趨勢以及降低成本，在產品設計之初，製造廠商皆會竭盡所能的將產品設計到最小化。因此，如何不增加號角天線的張口半徑尺寸，有效降低溢出耗損的設計實為本領域的重要議題之一。

因此，本發明的主要目的在於提供一種用於集波器的號角天線，利用其環體上的缺口結構而產生干涉效應，以調整號角天線的波束場型及降低溢出耗損。

本發明揭露一種號角天線，用於一集波器，包含有一錐體，用來蒐集衛星訊號，該錐體包含有複數個環體，該複數個環體之一者形成有複數個第一缺口；以及複數個第二缺口，每一第二缺口形成於該複數個第一缺口中兩相鄰第一缺口之間；以及一連接器，耦接於該錐體，用來將號角天線耦接至該集波器之一波導管，以傳遞該衛星訊號至該波導管；其中，該複數個第一缺口及該複數個第二缺口用來作為該環體上之狹縫而產生干涉效應，以調整該號角天線之波束場型。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一號角天線20之示意圖。號角天線20包含有一錐體21以及連接器12。錐體21用來接收碟型反射面(未繪於第2圖)所反射之衛星訊號。連接器12耦接於錐體21，用來將號角天線20耦接至波導管(未繪於第2圖)，以傳遞衛星訊號至波導管。錐體21內側包含有環體210、211，其中環體210上形成有複數個第一缺口P1以及複數個第二缺口P2。

如第2圖所示，每一第二缺口P2形成於複數個第一缺口P1中兩相鄰第一缺口P1之間，反之亦然，每一第一缺口P1形成於複數個第二缺口P2中兩相鄰第二缺口P2之間。在此架構下，第一缺口P1及第二缺口P2用來作為環體210上的狹縫而產生干涉效應，如此可調整號角天線20之波束場型(即輻射場型)，以降低號角天線20的溢出耗損。

值得注意的是，為了能夠產生電磁波的干涉效應，第一缺口P1 及第二缺口P2的數量至少為大於三的正整數。也就是說，每一環體上可形成有六、八或十個以上的偶數個缺口，以在錐體21中產生干涉效應。

進一步地，可藉由調整環體211的環體高度H₂₁₁ 及第一、第二缺口P1、P2的缺口高度H_P 來調整波束寬度(beam width)及降低次要波束(side lobe)。

請參考第3A圖及第3B圖，第3A圖為習知號角天線10與號角天線20在12.2GHz的工作頻率下，模擬水平切面波束場型之比較圖，第3B圖為習知號角天線10與號角天線20在12.2GHz的工作頻率下，模擬垂直切面波束場型之比較圖。在第3A圖及第3B圖中，號角天線10的波束場型以虛線表示，號角天線20的波束場型以實線表示。

如第3A圖所示，比較水平切面的波束場型，具有第一、第二缺口P1、P2設計之號角天線20的次要波束明顯低於習知號角天線10的次要波束。並且，在10dB波束寬度(beam width)下，號角天線20的主要波束的波束角度θ₂₀ 較低於習知號角天線10的主要波束的波束角度θ₁₀ ，即θ₂₀ <θ₁₀ 。相似地，在第3B圖中，比較垂直切面的波束場型也可觀察到類似於第3A圖的比較結果。由此可見，具有第一、第二缺口P1、P2設計之號角天線20的波束場型，在水平及垂直切面上皆較習知號角天線10的波束場型來得集中，號角天線20的溢出耗損較低於習知號角天線10，因此在搭配碟型反射面下可得到較佳的收訊品質。

簡單來說，本發明主要係在號角天線20中的環體210設計有第一、第二缺口P1、P2，用來作為狹縫而產生干涉效應，如此可調整號角天線20之波束場型，以降低號角天線20的溢出耗損，等效上可調整號角天線20的天線增益。

本發明的優點在於，在未增加號角天線20的張口半徑R尺寸的狀況下，相當於不增加天線體積及製造成本的狀況下，即可調整束波場型及降低溢出耗損。此外，第一、第二缺口P1、P2的設計可提供天線設計者新的設計參數，如此亦可增加號角天線的設計彈性。

請注意，舉凡符合上述設計宗旨皆屬本發明之範疇，本領域具通常知識者當可據以修飾或變化，而不限於此。舉例來說，設計者可調整第一、第二缺口P1、P2的弧度、高度、形狀以及位置。請參考第4A圖及第4B圖，第4A圖為號角天線20之上視圖，第4B圖為本發明實施例一號角天線40之上視圖。以第4A圖為例說明，四個第一缺口P1分別形成於環體210上0、90、180及270度的位置，四個第二缺口P2分別形成於環體210上45、135、225及315度的位置，因此具有上述相位角度的衛星訊號可在環體210上交互作用而產生建設性/破壞性干涉，以調整號角天線20的波束場型。

另一方面，第4A圖及第4B圖的差異在於，在第4A圖中，第一缺口P1的第一弧度ARC1等於第二缺口P2的第二弧度ARC2；在第4B圖中，第一缺口P1的第一弧度ARC1不等於第二缺口P2的第二弧度ARC2。第一弧度ARC1及第二弧度ARC2可分別表示為如下：ARC1=R₀ *θ₁

ARC2=R₀ *θ₂

其中，R₀ 為環體210的環體半徑，θ₁ 為第一弧度ARC1的圓心角，θ₂ 為第二弧度ARC2的圓心角。在本發明實施例中，第一缺口P1的圓心角θ₁ 及第二缺口P2的圓心角θ₂ 較佳地介於10~40度之間。在其他發明實施例中，第一缺口P1的圓心角θ₁ 及第二缺口P2的圓心角θ₂ 較佳地介於15~25度之間。

請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一號角天線50之上視圖。號角天線50的錐體51包含有三圈環體510、511及512，其中，不同環體上的第一、第二缺口，其可交錯排列、相對應的缺口相差特定的相對角度，設計者可視情況調整第一、第二缺口的位置。當然，不同環體上的第一、第二缺口也可形成於相同角度的位置。

請參考第6圖至第10圖，其繪示了不同形狀之第一、第二缺口以及不同形狀之環體。第6圖的號角天線60中，環體610的第一、第二缺口P1、P2具有階梯形狀。第7圖的號角天線70中，環體710具有階梯形狀。第8圖的號角天線80中，環體810的環體高度H₈₁₀ 與環體811的環體高度H₈₁₁ 之間具有一相對深度D，使環體高度H₈₁₀ 在相同水平面下較低於環體高度H₈₁₁ 。

第9圖的號角天線90中，錐體91包含有三圈環體910、911及912。環體911上的第一、第二缺口P1₁ 、P2₁ ，其缺口高度H_P1 小於環體高度H₉₁₁ 。環體910上的第一、第二缺口P1₀ 、P2₀ ，其缺口高度H_P0 等於環體高度H₉₁₀ 。

第10圖的號角天線100中，錐體101包含有三圈環體1010、1011及1012，其中環體1011具有階梯形狀。第11圖的號角天線120中，錐體121包含有兩圈環體1211及1212，其中環體1211具有階梯形狀。

綜上所述，本發明主要係在號角天線的環體形成有第一、第二缺口，用來作為狹縫而產生干涉效應，如此可調整號角天線之波束場型，以降低號角天線的溢出耗損，等效上可調整號角天線的天線增益。因此，在未增加號角天線的張口半徑尺寸的狀況下，相當於不增加天線體積及製造成本的狀況下，即可調整束波場型及降低溢出耗損，以改善整體衛星天線及號角天線的效能。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、20、40、50、60、70、80、90、100、120‧‧‧號角天線

11、21、41、51、61、71、81、 91、101、121‧‧‧錐體

12‧‧‧連接器

110、111、210、211、410、411、510、511、512、610、611、710、711、810、811、910、911、912、1010、1011、1010、1211、1212‧‧‧環體

P1、P1₀ 、P1₁ ‧‧‧第一缺口

P2、P2₀ 、P2₁ ‧‧‧第二缺口

H₂₁₁ 、H₉₁₀ 、H₉₁₁ 、H₈₁₀ 、H₈₁₁ ‧‧‧環體高度

H_P 、H_P0 、H_P1 ‧‧‧缺口高度

R‧‧‧張口半徑

R₀ ‧‧‧環體半徑

D‧‧‧相對深度

ARC1‧‧‧第一弧度

ARC2‧‧‧第二弧度

θ₁ 、θ₂ ‧‧‧圓心角

θ₁₀ 、θ₂₀ ‧‧‧波束角度

第1圖為習知一號角天線之示意圖。

第2圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

第3A圖為第1圖之號角天線與第2圖之號角天線在12.2GHz的工作頻率下，模擬水平切面波束場型之比較圖。

第3B圖為第1圖之號角天線與第2圖之號角天線在12.2GHz的工作頻率下，模擬垂直切面波束場型之比較圖。

第4A圖為第2圖之號角天線之上視圖。

第4B圖為本發明實施例一號角天線之上視圖。

第5圖為本發明實施例一號角天線之上視圖。

第6圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

第7圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

第8圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

第9圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

第10圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

第11圖為本發明實施例一號角天線之示意圖。

20‧‧‧號角天線

21‧‧‧錐體

12‧‧‧連接器

210、211‧‧‧環體

P1‧‧‧第一缺口

P2‧‧‧第二缺口

H₂₁₁ ‧‧‧環體高度

H_P ‧‧‧缺口高度

Claims

一種號角天線，用於一集波器，包含有：一錐體，用來蒐集衛星訊號，該錐體包含有複數個環體，該複數個環體之一者形成有：複數個第一缺口；以及複數個第二缺口，每一第二缺口形成於該複數個第一缺口中兩相鄰第一缺口之間；以及一連接器，耦接於該錐體，用來將號角天線耦接至該集波器之一波導管，以傳遞該衛星訊號至該波導管；其中，該複數個第一缺口及該複數個第二缺口用來作為該環體上之狹縫而產生干涉效應，以調整該號角天線之波束場型。
如請求項1所述之號角天線，其中該複數個第一缺口及該複數個第二缺口至少為大於三的正整數。
如請求項1所述之號角天線，其中該環體具有一環體高度，該環體高度用來調整該波束場型的主要波束之寬度。
如請求項3所述之號角天線，其中該環體與另一環體之間具有一相對深度，使該環體高度在相同水平面下較低於另一環體之環體高度。
如請求項1所述之號角天線，其中該第一、第二缺口具有一第一缺口高度，該缺口高度用來調整該波束場型的次要波束的大小。
如請求項1所述之號角天線，其中該第一缺口具有一第一弧度，該第二缺口具有一第二弧度，形成有該第一、第二缺口之該環體具有一環體半徑，該第一、第二弧度分別表示為：ARC1=R₀ *θ₁ ARC2=R₀ *θ₂ 其中，ARC1為該第一弧度，ARC2為該第二弧度，R₀ 為該環體半徑，θ₁ 為第一缺口之圓心角，θ₂ 第二缺口之圓心角。
如請求項6所述之號角天線，其中該第一缺口之圓心角等於或不等於該第二缺口之圓心角。
如請求項7所述之號角天線，其中該第一缺口之圓心角及該第二缺口之圓心角介於10~40度之間。
如請求項1所述之號角天線，其中該複數個環體之一者具有一階梯形狀。
如請求項1所述之號角天線，其中該第一缺口及該第二缺口具有一階梯形狀。