TWI699928B - 雙波段天線裝置 - Google Patents

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Abstract

一種雙波段天線結構包括：一波導，該波導從近端部分向高頻帶部分延伸；一第一高頻帶埠，從該波導的該高頻帶部分延伸；一第一低頻帶埠，由該波導的一低頻帶部分的一外表面沿一第一徑向路徑延伸；一第二低頻帶埠，由該波導的該低頻帶部分的該外表面沿一第二徑向路徑延伸，該第二徑向路徑正交於該第一徑向路徑；以及一180度混合式耦合器，其中該180度混合式耦合器的一第一埠與該第一低頻帶埠電性連通，以及不同於該第一埠的該180度混合式耦合器的一第二埠與該第二低頻帶埠電性連通。

Description

雙波段天線裝置
本發明涉及一般衛星通信和天線系統的領域，特別地涉及雙波段天線結構用於雙頻帶傳輸。
衛星通信被廣泛地用於許多應用，例如電視和無線電廣播，和互聯網的數據傳輸。通常情況下，衛星和家用衛星碟形天線的通信是在Ku頻段，即12-18GHz。為了允許用戶和衛星間之雙向通信，Ku波段的較下部分被用於從衛星接收數據，以及Ku波段的上部被用於將數據傳輸到衛星。不幸的是，Ku波段的上部和下部都彼此接近，因而可用頻率的數量對於必要的數據傳輸是不夠的。
此外，一般希望同時提供給一個單天線結構具一對的信號，表現出相同的頻率和正交極性，或圓形極性相對的雙端，從而在相同頻率數量下來提供增加一倍信號的量。為了隔離彼此不同的信號，必須提供適當的結構。2004年4月20日頒發給霍頓(Holden)等人之美國專利S/N 6,724,277，其經由引用併入本文的全部內容中，該專利描述了其中提供隔板，以隔離彼此信號的一個這樣結構。不幸的是，這樣的隔板會干擾一個單獨的頻帶，而防止天線結構的多個頻率使用。為解決此一問題，霍頓建議針對每一頻率提供一個分離的導體，其沿波導的長度延伸。然而，這樣 的結構增加了成本和天線結構的複雜性。
於2013年12月26日公開給UHER的美國專利申請公開號US 2013/0342282，其描述使用四個埠以接收分離的信號，每個信號對應兩個相對的埠，及每對埠正交於另一對埠。這樣的結構還是增加天線結構的成本和複雜性。
在此為所期望且習知技術提供未能提供的是，一種簡化的多頻帶天線結構，其允許兩個分離的信號的同時接收/發送，表現出具有相同的頻率和彼此正交的極性，或圓形極性的相對端。
因此，本發明的主要目的是克服至少一些習知技術的缺點。在某些實施例中，提供一個雙波段天線結構包括：一波導，該波導從近端部分向一高頻帶部分延伸；一第一高頻帶埠，從該波導的該高頻帶部分延伸；一第一低頻帶埠，由該波導的一低頻帶部分的一外表面沿一第一徑向路徑延伸；一第二低頻帶埠，由該波導的該低頻帶部分的該外表面沿一第二徑向路徑延伸，該第二徑向路徑正交於該第一徑向路徑；以及一180度混合式耦合器，其中該180度混合式耦合器的一第一埠與該第一低頻帶埠電性連通，以及不同於該第一埠的該180度式混合式耦合器的一第二埠與該第二低頻帶埠電性連通。
在一個實施例中，該天線結構更包含：一第一短截端，該第一短截端由該波導的該外表面延伸，並反向於該第一低頻帶埠；以及一第二短截端，該第二短截端由該波導的該外表面延伸，並反向於第二低頻帶埠。在另一個實施例中，該180度混合式耦合器是個T形波導(magic tee)，該 180度混合式耦合器的第一埠為該T形波導的一第一共線埠，該180度混合式耦合器的第二埠為該T形波導管(magic tee)的一第二共線埠。
在一個實施例中，該波導之近端部分和低頻帶部分各自是沒有任何障礙。在另一個實施例中，該波導是從該低頻帶部分到該高頻帶部分漸尖。再一個的一實施例中，該天線結構更包含一第二高頻帶埠，其由該波導在該高頻帶部分的該外表面上沿一第三徑向路徑延伸，該第一高頻帶埠沿該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於該第二高頻帶埠的極性，其中，該第一以及該第二高頻帶埠係被安排來傳送信號至該波導上或自該波導接收信號，其中該信號之頻率係在一高頻帶，其中，該第一以及該第二低頻帶埠係配係被安排來傳送信號至該波導上或自該波導接收信號，其中該信號之頻率係在一低頻帶，且其中，該漸尖的尺寸係設定為使得：該低頻帶信號不會由該低頻帶部分行進到該高頻帶部分；以及該高頻帶信號為多模匹配。
在一個實施例中，更包含一對高頻帶濾波器，其中，該第一高頻帶埠係被安排來傳送信號至該波導上或自該波導接收信號，其中該信號之頻率係在一高頻帶，以及其中，每個該高頻帶濾波器係被安排來衰減在該高頻帶範圍內的信號頻率，該對高頻帶濾波器中各高頻帶濾波器的輸入分別耦合到該180度混合式耦合器的一加總埠以及一差分埠中的相應一個。在另一個實施例中，天線結構，更包含：一第二高頻帶埠，由該波導在該高頻帶部分的該外表面上沿一第三徑向路徑延伸，該第一高頻帶埠沿該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於該第二高頻帶埠的極性；以及更包含一偏振器，設置在該波導中。
在一個實施例中，天線結構更包含一個90度混合式耦合器，該90度混合式耦合器的一對端子中的各個端子分別電性連通到該180度混合式耦合器的一加總埠以及一差分埠中的相應一個。在另一個實施例中，該第一高頻帶埠係被安排來傳送信號至該波導上或自該波導接收信號，其中該信號之頻率係在一高頻帶，其中，該第一以及該第二低頻帶埠被安排來傳送信號至該波導上或自該波導接收信號，其中該信號之頻率係在一低頻帶，以及其中該高頻帶是Ka波段的一預設部份以及該低頻帶是Ku波段的一預設部分。
在一個實施例中，提供一種雙波段天線傳輸方法，該方法包含：傳輸一第一低頻帶信號於一波導的一近端部分和一第一低頻帶埠之間，該第一低頻帶埠由該波導的一外表面沿第一徑向路徑延伸；傳輸一第二低頻帶信號於該波導的該近端部分和一第二低頻帶埠之間，該第二低頻帶埠由該波導的外表面沿第二徑向路徑延伸，該第二徑向路徑正交於該第一徑向路徑；傳輸一第一高頻帶信號於該波導的該近端部分和一第一高頻帶埠之間，該第一高頻帶埠由該波導的一第一高頻帶部分延伸；以及分別傳輸該第一和第二低頻帶信號於該第一和第二低頻頻帶頻率埠與一180度混合式耦合器的各別第一埠之間。
在一個實施例中，介於該波導的該近端部分與該第一和第二低頻帶埠之間該第一和第二低頻信號的傳輸是相應於：一第一短截端，由該波導的該外表面延伸，並反向於該第一低頻帶埠；以及一第二短截端，由該波導的該外表面延伸，並反向於該第二低頻帶埠。在另一個實施例中，該180度混合式耦合器是一T形波導管(magic tee)，該180度的混合式耦合器 的該相應第一埠是T形波導管(magic tee)的共線埠。
在一個實施例中，介於該波導的該近端部分和該第一低頻帶埠之間的該第一低頻帶信號傳輸，以及介於該波導的該近端部分和該第二低頻帶埠之間的該第二低頻帶信號傳輸，是只通過該波導沒有任何障礙的一部分。在另一個實施例中，介於該波導的該近端部分和該第一高頻帶埠之間的該第一高頻帶信號傳輸位，是經由該波導的一錐形部分。
在一個進一步實施例中，該方法更包含：傳輸一第二高頻帶信號介於該波導的該近端部分和一第二高頻帶埠之間，該第二高頻帶埠由該波導的該外表面沿第三徑向路徑延伸，該第一高頻帶埠沿該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於第二高頻帶埠的極性；以及相應於該波導的該錐形部分的尺寸：防止該第一低頻帶信號和該第二低頻帶信號通過該波導的該錐形部分；以及多模匹配該第一和第二高頻帶信號。
在一個實施例中，該方法更包含：衰減位於該高頻帶的一頻率的一信號，該高頻帶的信號是在朝向180度混合式耦合器來離開該第一低頻帶埠；以及衰減位於該高頻帶的一頻率的一信號，該高頻帶的信號是在朝向180度混合式耦合器來離開該第二低頻帶埠。在另一個實施例中，該方法更包含：傳輸一第二高頻帶信號介於該波導的近端部分和一第二高頻帶埠之間，其中該第二高頻帶埠從波導的外表面沿第三徑向路徑延伸；及極化該發送的第一和和第二高頻帶信號，其中，該第一高頻帶埠沿著該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於第二高頻帶埠的極性。
在一個實施例中，該方法更包含：在所述180度混合式耦合器的一個總和埠和一個90度混合式耦合器的一個相應的埠之間傳輸該第一 和第二低頻帶信號；和在所述180度混合式耦合器的一個差分埠和該90度混合式耦合器的一個相應的埠之間傳輸該第一和第二低頻帶信號。在另一個實施例中，該高頻帶是Ka波段的一預定部分和該低頻帶是Ku波段的一預定部分。
此外，本發明的特徵和優點從下面的附圖和描述中將變得明顯而可理解。
10‧‧‧天線結構
20‧‧‧喇叭
30‧‧‧波導
35‧‧‧縱軸
40‧‧‧底座
50‧‧‧第一低頻帶埠
60‧‧‧第二低頻帶埠
62‧‧‧長度
64‧‧‧寬度
70‧‧‧短截端
75‧‧‧端部
80‧‧‧偏振器(polarizer)
82‧‧‧近端部分
84‧‧‧遠端部分
90‧‧‧第一高頻帶埠
92‧‧‧長度
94‧‧‧寬度
95‧‧‧第二高頻帶埠
100‧‧‧T形波導管(magic tee)
100‧‧‧180度混合式耦合器(180 degree hybrid coupler)
105‧‧‧高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)
115‧‧‧近端
120‧‧‧遠端
125‧‧‧近端部分
126‧‧‧近端
127‧‧‧遠端
130‧‧‧低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)
132‧‧‧近端
134‧‧‧遠端
135‧‧‧高頻帶匹配部(high frequency band matching section)
136‧‧‧近端
137‧‧‧遠端
140‧‧‧高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)
142‧‧‧近端
144‧‧‧遠端
150‧‧‧外表面
160‧‧‧徑向路徑
165‧‧‧徑向路徑
170‧‧‧徑向路徑
180‧‧‧徑向路徑
190‧‧‧共線埠(collinear port)
200‧‧‧第一低頻帶信號
210‧‧‧sum port加總埠
220‧‧‧差分埠(difference port)
225‧‧‧連結
230‧‧‧第一低頻帶信號
232‧‧‧半部(half)
234‧‧‧半部(half)
240‧‧‧第二低頻帶信號
300‧‧‧天線結構
310‧‧‧90度混合式耦合器(90 degree hybrid coupler)
320‧‧‧連接通路
330‧‧‧連接通路
340‧‧‧低頻帶信號
342‧‧‧半部(half)
344‧‧‧半部(half)
350‧‧‧低頻帶訊號
352‧‧‧半部(half)
354‧‧‧半部(half)
為了本發明各種實施例的更好理解，以及說明其如何可被有效地實施，現在將參考製成純粹以舉例的方式，附圖中類似的標號表示整個相應的元件或部分。
隨著現在具體參考詳細的附圖，要強調的是所示的特點是通過舉例的方式，其僅為本發明優選實施例的說明性討論的目的，及是為了提供被認為是本發明的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述而被呈現。在這點上，在此是未試圖顯示較基本了解本發明所須以外之詳細細節，結合附圖的描述，以下的說明是可使對於本領域技術熟悉人員來明白了解如何實施本發明的幾種形式。在附圖中：第1A圖-第1D圖，圖示根據某些實施例之一第一雙波段天線結構的各個元件的各種高階視圖；第2圖圖示根據某些實施例之一第二雙波段天線結構的低頻帶部分的一個高階剖視圖；以及第3圖示出根據某些實施例之一雙波段天線傳輸的方法的一個高階流程圖。
在詳細解釋至少一個實施例之前，應當理解本發明並不限於其應用到闡述在下述或附圖中所示的元件的構造和配置的細節。本發明適用於其它實施例以各種方式的實施或實現。此外，應當理解這裡採用的措辭和術語是為了描述的目的，而不應被認為是限制。
第1A圖-第1D圖示出根據某些實施例的一天線結構10的各種元件的各種高階視圖。天線結構10包括：一喇叭20；一波導30，呈現一縱軸35；一底座40；一第一低頻帶埠50；一第二低頻帶埠60；一對短截端70，優選地為封閉的短截端；一偏振器(polarizer)80；一第一高頻帶埠90；一第二高頻帶埠95；一180度混合式耦合器(180 degree hybrid coupler)100；和一對高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)105。在一個實施例中，喇叭20包括波紋喇叭。在另一個實施例中，喇叭20包括一光滑的錐形喇叭。在一個實施例中，偏振器(polarizer)80包括一個90度移相器。再一個的實施例中，90度移相器包括介電材料。優選的，如圖1D中所示。180度混合式耦合器(180 degree hybrid coupler)100是T形波導管(magic tee)，並在此將被如此所描述。
波導30由近端115延伸到遠端120，穿過一個近端部分125、低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)130、高頻帶匹配部135(high frequency band matching section)和一高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)140。特別地，波導30的近端115由近端部分125的近端126來限定，即近端部分125的端部是最遠離遠端120。低頻頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)130的近端132接合近端部 分125的遠端127，以及低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)130的遠端134接合高頻帶匹配部(high frequency band matching section)135的近端136。高頻帶的匹配部分(high frequency band matching section)135的遠端137接合高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)140的近端142，以及波導30的遠端120由高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)140的遠端144來界定。波導30被描述為包括多個部分，然而，這並不意味著限制波導30具有多個部分彼此連接。在一個實施例中，如下面將要描述的，波導30被製造為一體成型，即由單件材料，並不由數塊彼此來連接。低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)130由近端132逐漸變細到其遠端134。在一個實施例中，如下面將要描述的，低頻帶正交模部130相較高頻帶匹配部135的錐形是以不同的角度逐漸變細。波導30被視為例示為圓波導，然而，這並不意味著是以任何方式限制，並且波導30可被成形為任何適當的幾何形狀，如矩形，而不超出本發明範圍。
喇叭20耦合到波導30的近端115。首先第一低頻帶埠50由波導30的低頻帶正交模部130的外表面150相應的開口沿徑向路徑160延伸，使得第一低頻帶埠50的極性(polarities)正交(orthogonal)於徑向路徑160。特別是，在一個實施例中，第一低頻帶埠50包括一個細長的矩形波導，所述矩形波導的長度62平行縱軸35，以及矩形波導的寬度64正交於縱軸35。第二低頻帶埠60由波導30的低頻帶正交模部130的外表面150相應的開口沿徑向路徑170延伸，使得第二低頻帶埠60的極性正交徑向路徑170。特別是，在一個實施例中第二低頻帶埠60包括一個矩形波導，矩形波導的長度62平行 縱軸35，以及矩形波導的寬度64正交(orthogonal)縱軸35。徑向路徑160和170分別正交(orthogonal)於縱軸35，並且彼此正交(orthogonal)，使得第一低頻帶埠50正交於第二低頻帶埠60。“徑向路徑(radial path)”的術語，如本文所使用的，是指作為一路徑從任何幾何結構延伸出來，並且不意味著被限定到從一圓形結構延伸的一路徑。在本實施例，其中每一個第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60包括細長的矩形波導，第二低頻帶埠60的矩形波導的寬度64是平行的徑向路徑160，以及第一低頻帶埠50的矩形波導的寬度64是平行的徑向路徑170。其結果是第一低頻帶埠50的極性(polarities)是平行徑向路徑170，以及第二低頻帶埠60的極性(polarities)是平行徑向路徑160。上述已經被描述在一實施例中，其中第一低頻帶埠50的極性(polarities)是平行徑向路徑170，以及第二低頻帶埠60的極性(polarities)是平行徑向路徑160，然而，並非意味著以任何方式來限定。具體地，第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60可以是任何適當的幾何形狀，使得它們的極性是相互正交(orthogonal)的。
每個短截端70從在波導30的低頻帶正交模部130的外表面150中的一相應開口延伸沿著各自的徑向路徑165，其中該徑向路徑165正交於縱軸35。每個短截端70相對於第一和第二低頻帶埠50，60的相應一個，即界定了與第一和第二低頻帶埠50，60所相應一個的一共同平面。其結果是，短截端70是彼此正交的。如下面將要描述的，在一個實施例中每個短截端70的延伸長度，從外表面150測量到其端部75是一預定的低頻帶的中心頻率的波長的四分之一。任選地，在該實施例，其中每一個第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60包括細長的矩形波導，每個短截端70是細長的矩形狀，其長度平行於第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60的相應的一個的長度 62，以及其寬度平行於第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60的相應的一個的寬度64。
偏振器80被定位在波導30中，偏振器80的近端部分82位於內高頻帶匹配部135內，以及偏振器80的遠端部分84位於高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)140內。第一高頻帶埠90從在波導30的高頻帶正交模部140的外表面150上的一開口延伸沿著一徑向路徑180，徑向路徑180正交於縱軸35，使得第一高頻帶埠90的極性(polarities)正交於徑向路徑180和縱軸35。特別是，在一個實施方案中，第一高頻帶埠90包括一個細長的矩形波導，該矩形波導的長度92平行縱軸35，矩形波導的寬度94正交縱軸35。第二高頻帶埠95從波導30的遠端120延伸沿著縱軸35，使得第一高頻帶埠90正交於第二高頻帶埠95。特別地，第一高頻帶埠90中的極性正交於徑向路徑180和縱軸35，以及第二高頻帶埠95的極性是與徑向路徑180平行。在一個實施例中，第二高頻帶埠95包括細長的矩形波導，矩形波導的長度92正交縱軸35和徑向路徑180，且矩形波導的寬度94平行徑向路徑180。在另一個實施例中，第一高頻帶埠90和第二高頻帶埠95可以是任何適當的幾何狀態，使得它們的極性(polarities)彼此正交(orthogonal)。在一個實施例中，第一和第二高頻帶埠90，95中每個被耦合到偏振器80的遠端部分84上。
以上在一實施例中所述，其中提供了一種偏振器80，從而兩個線性偏振高頻帶信號通過偏振器80被極化(polarized)成為一右手圓形極化(circularly polarized)信號和一左手圓形極化(circularly polarized)信號，如下所述。在另一個實施例(未示出)，偏振器80沒有設置，並且第一和第二高 頻帶埠90，95提供了雙重線性極化(dual linear polarization)。在這種實施例中，第一和第二高頻帶埠被佈置為使得第一高頻帶埠90的極性呈現與第一低頻帶埠50的極性(polarities)和第二低頻帶埠60的極性(polarities)中每個的角度為一45度角，同時保持和第二高頻帶埠95的極性(polarities)為正交(orthogonal)。特別地，第一高頻帶埠90的寬度94呈現與徑向路徑160和徑向路徑170中每個的角度為一45度角。
如第1C圖所示，第一和第二低頻帶埠50，60分別在與T形波導管(magic tee)100的相應埠電性連通，如第1D圖所示。具體地，每個第一和第二低頻帶埠50，60各自電性連通T形波導管(magic tee)100的相應的共線埠(collinear port)190，共線埠(collinear port)190呈現一個共同縱軸以及正交於一個加總埠210和差分埠220。在一個實施例中，每個第一和第二低頻帶埠50，60係抵接並和T形波導管(magic tee)100中的各自共線埠190相鄰並置。T形波導管(magic tee)100的加總埠(sum port)210和差分埠(difference port)220中每個電性連通各自的高頻阻濾波器105的一輸入端。在一個實施例中，T形波導管(magic tee)100的加總埠(sum port)210和差分埠(difference port)220中的每個係抵接並和相應高頻阻濾波器(high frequency rejection tilter)105的該輸入端相鄰並置。在另一實施例(未示出)中，高頻阻濾波器105在第一和第二低頻帶埠50，60是被耦連介於第一和第二低頻帶埠50，60以及T形波導管(magic tee)100的共線埠190之間。位於第一和第二低頻帶埠50，60以及T形波導管(magic tee)100的共線埠190之間的連結225，被示出為比第一和第二低頻帶埠50，60更窄。然而這不意味著以任何方式來限制本發明。優選的，連結225呈現出和第一和第二低頻帶埠50，60及共線埠190 相同的橫截面尺寸。
波導30耦合到底座40。優選地，近端部分125和低頻帶正交模部130是無任何障礙，如在1972年6月6日頒發給羅森(Rosen)的美國專利S/N 3,668,567所描述的，其中該專利的全部內容通過引用併入本文，以及在2004年4月20日頒發給Holden等人之美國專利S/N 6,724,277所描述的。另外，近端部分125和低頻帶正交模部130不包含任何附加內部導體，如在2004年4月20日頒發Holden等人之在美國專利S/N 6,724,277所描述的。在一個實施例中，波導30的近端部分125和低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)130是中空的。在另一個實施例中，波導30，第一和第二低頻帶埠50，60，偏振器80，第一和第二高頻帶埠90，95，T形波導管(magic tee)100和高頻阻濾波器105被製造成為一體成型，即一單件材料。
在操作中，線性偏振第一低頻帶信號230是在喇叭20和第一低頻帶埠50之間被傳輸，並且線性偏振第二低頻帶信號240是在喇叭20和第二低頻帶埠60之間被傳輸。第二低頻帶信號240的偏振正交於該第一低頻帶信號230的偏振。在一個實施例中，第一和第二低頻帶信號230，240分別從外部天線接收在喇叭20中，外部天線任選的是一個衛星的天線，進一步任選地，第一和第二低頻帶信號230，240係從外部天線通過和喇叭20並置的反射器來被接收在喇叭20中。在另一實施例，外部天線是一個位於地面的天線。第一和第二低頻帶信號230，240通過波導30來被傳播到第一和第二低頻帶埠50，60，即天線結構10處於一低頻帶接收模式(receiving mode)。在另一個實施例中，第一和第二低頻帶信號230，240是由第一和第二低頻帶埠50，60所輸出至波導30上，即天線配置10是在一低頻帶發射模式 (transmission mode)。第一和第二低頻帶信號200，240通過波導30傳播到喇叭20，在那裡它們被隨後發送到外部天線，其如上所述外部天線任選地是一個衛星的天線，進一步任選地，第一和第二低頻帶信號230，240係通過和喇叭20並置的反射器來被發送到外部天線上。下面將描述用於實施例，其中天線結構10是在一個低頻帶的接收模式(receiving mode)。天線配置10的低頻帶發射模式(transmission mode)下的操作是和接收模式(receiving mode)反向，而其它方面與上述低頻帶接收模式相同，為了簡潔起見將不再描述。
如第1C圖所示，第一低頻帶信號230的極性正交於第二低頻帶信號240的極性。第一低頻帶信號230的極性與徑向通道160和170中的每一個呈現一45度角，以及第二低頻帶信號240的極性與徑向路徑170呈現一45度角，和與徑向路徑160呈現一135度角。結果，第一低頻帶信號230的半部232和第二低頻帶信號的半部242進入第一低頻帶埠50。第一低頻帶信號230的半部232的極性與第二低頻帶信號240的半部242的極性相同。另外，第一低頻帶信號230的半部234和第二低頻帶信號240的半部244進入第二低頻帶埠60。第一低頻帶信號230的半部234的極性相異於第二低頻帶信號240的半部244的極性。半部232是第一低頻帶信號230沿著一個坐標系統的第一軸的分量(component)，以及半部234是第一低頻帶信號230的沿該坐標系統的第二軸的分量(component)。半部242是第二低頻帶信號240的沿該坐標系統的第一軸的分量(component)，以及半部244是第二低頻帶信號240的沿該坐標系統的第二軸的分量(component)。
第一低頻帶信號230的半部232和第二低頻帶信號240的半部 242各自輸入T形波導管(magic tee)100的共線埠190，該共線埠190係耦合到第一低頻帶埠50。此外，第一低頻帶信號230的半部234和第二低頻帶信號240的半部244輸入T形波導管(magic tee)100的共線埠190，其中，該共線埠190耦合到第二低頻帶埠60。第一和第二低頻帶信號230，240是輸出在T形波導管(magic tee)100的加總埠210和差分埠220。如習知本技術之人在本發明的時間所公知的，T形波導管(magic tee)100被配置成在加總埠210輸出進入共線埠190的信號的一個加總信號，並進一步被設置成在差分埠220輸出進入共線埠190的信號的一個差分信號。特別地，進入共線埠190的信號，第一低頻帶信號230是從加總埠210輸出，以及第二低頻帶信號240是從差分埠220輸出。T形波導管(magic tee)100的結構導致共線埠190被相互隔離，從而不容許第一和第二低頻帶信號230，240返回到波導30。
波導30的壁呈現一電性連接位於第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60之間，從而第一和第二低頻帶信號230，240的部分可能進入第一和第二低頻帶埠50，60中錯誤的一個。短截端70被設置來提高第一低頻帶埠50和第二低頻帶埠60之間的隔離。特別地，每個短截端70被設置來做為一信號的開路，其中，該信號的波長的四分之一等於該短截端70之延伸長度。因此，每個短截端70的延伸長度，從外表面150測量到其端部75，被設置成該低頻帶的中間頻率的波長的四分之一。例如，如果低頻帶是12-13G赫茲(GHz)，每個短截端70的延伸長度被設置成12.5G赫茲(GHz)的波長的四分之一，即約6毫米(mm)。
波導30的漸縮結構防止第一和第二低頻帶信號230，240往高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)140去推進，以及防止 第一和第二低頻帶信號230，240干擾第一和第二高頻帶埠90，95的信號發送/接收。特別是，在低頻帶正交模部130的遠端134的橫截面的尺寸被設置成使得第一和第二低頻帶信號230，240不能進入高頻帶匹配部135，如本發明時為本領域技術人員所習知的。如上面關於第一和第二低頻帶埠50，60所述，第一和第二高頻帶埠90，95可以操作作為發送埠(transmitting port)或接收埠(receiving port)。該操作作為接收埠，儘管是相反方向操作，是相同於作為發送埠(transmitting port)的操作，在此為了簡潔，只在第一和第二高頻帶埠90，95作為發送埠(transmitting port)的操作將被描述。第一和第二高頻帶埠90，95被設置為輸出高頻帶的信號到波導30，該高頻帶信號彼此呈現正交極性(orthogonal polarities)。偏振器80被設置來極化(polarize)由第一和第二高頻帶埠90，95所輸出信號的相位，使得信號變成被圓形極化(circularly polarized)。圓形極化(circularly polarized)信號通過波導30傳播到喇叭20。高頻帶匹配部135的漸尖的尺寸，即，其角度和長度上，被設置以提高高頻帶信號的多模匹配以及保持它們所需的模式，如本發明時為本領域技術人員所習知的。如上所述，高頻帶匹配部135的漸尖的角度和長度是被設置來減少低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)130的遠端134的橫截面，使得第一和第二低頻帶信號230，240不能進入高頻帶匹配部135。
如上所述，近端部分125和低頻帶正交模部130是沒有任何障礙。有利的是，缺乏任何障礙係允許對高頻帶信號不被扭曲的傳輸(transmission)。
高頻帶信號的部分可能進入低頻帶埠50，60而干擾被接收的 低頻帶信號230，240。高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)105，因此被設置來在高頻帶信號離開天線結構10之前，衰減該高頻帶信號。在一個實施例中，低頻帶是Ku波段的一預定部分，以及高頻帶是Ka波段的一預定部分。如上所述，Ku波段被定義為12-18G赫茲(GHz)的頻段。Ka波段被定義為26.5-40G赫茲(GHz)的頻段。
第2圖示出根據某些實施例之天線結構300的一部分的一個階剖視圖。天線結構300在所有方面上類似於第1A圖-第1D圖的天線結構10，增加了一個90度的混合耦合器(90 degree hybrid coupler)310。90度混合耦合器310的第一和第二輸入的每一者是電性連通一對高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)105中的相應一者的輸出。在一個實施例中，90度混合耦合器(90 degree hybrid coupler)310的每個第一和第二輸入是和各自的高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)105並置和抵接。在另一個實施例中，90度混合式耦合器(90 degree hybrid coupler)310被印刷在一個系統的電路板(未示出)上，該系統係和天線結構300相連通。在另一替代實施例中，90度混合式耦合器310包括一個90度的波導混合耦合器。在天線結構300的實施例中，從喇叭20孔口至90度混合式耦合器310的每個輸入連結的電性長度(electrical length)應該相等，術語“電性長度(electrical length)”，意思是信號波長通過特定路徑傳播的數目。具體地，路徑的電性長度(electrical length)延伸通過第一低頻帶埠50，T形波導管(magic tee)100，各自的高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)105，和介於其間之任何連接通路(connection paths)320，其應等於該路徑的電性長度(electrical length)通過第二低頻帶埠60，T形波導管(magic tee)100，各自的高頻阻濾波器(high frequency rejection filter)105，和任何介於其間的連接通路(connection paths)330。其結果是，傳播通過從喇叭20的孔口至90度混合式耦合器310的第一輸入的路徑的一信號的相位偏移(phase shift)，等於傳播通過從喇叭20的孔口至90度混合式耦合器310的第二輸入的一路徑的該信號的相位偏移(phase shift)。
天線結構300的操作是在所有方面類似於第1A圖-第1D圖天線結構10的操作。不同之處在於天線結構300也可接收和發射圓形極化(circularly polarized)低頻帶信號340和350，低頻帶信號340的極性(polarity)相反於低頻帶信號350的極性(polarity)。如上述關於天線裝置10的說明，該操作是被揭示在低頻帶接收模式，然而，這並不意味著要以任何方式來限制本發明。如上所述，在低頻帶發射模式(transmission mode)是反向於(但其他方面相同於)低頻帶接收模式(receiving mode)，為了簡潔起見低頻帶發射模式(transmission mode)將不再描述。低頻帶信號340的半部342和低頻帶信號350的半部352進入第一低頻帶埠50。低頻帶信號340的半部342的極性(polarity)是相同於低頻帶信號350的半部352的極性(polarity)。此外，低頻帶信號340的半部344和低頻帶信號350的半部354進入第二低頻帶埠60。低頻帶信號340的半部344的極性(polarity)是相反於低頻帶信號350的半部354的極性。低頻帶信號340，350是由T形波導管(magic tee)100輸出，作為線性極化(linearly polarized)的信號，以及90度混合式耦合器(90 degree hybrid coupler)310被設置成轉換線性極化(linearly polarized)低頻帶信號340,350成圓形極化(circularly polarized)信號，以使所接收的左手信號340經由90度混合式耦合器310輸出作為一個左手信號，以及所接收的右手信號340是輸出作為一個右手信號。
第3圖說明根據某些實施例之雙頻帶天線傳輸的方法的一個高階流程圖。在步驟1000中，一第一低頻帶信號是在一喇叭和第一低頻帶埠之間傳送。該喇叭被耦合到一波導的一近端部分。自該波導的外表面，該第一低頻帶埠沿第一徑向路徑延伸。如上所述，在一低頻帶接收模式(receiving mode)中，該第一低頻帶信號從該喇叭傳送到該第一低頻帶埠。在一低頻帶發射模式(transmission mode)中，該第一低頻帶信號從第一低頻帶埠傳送至喇叭。任選地，第一低頻帶信號的傳輸只有通過該波導沒有任何障礙的一部分。如上所述，第一低頻帶信號傳輸通過該波導的一部份，即該波導30的近端部分125和低頻帶正交模部130，其是沒有任何隔離障礙。有利的是，缺乏隔離障礙意味著高頻帶信號可以在不失真下被傳輸至喇叭。
在步驟1010，一個第二低頻帶信號在喇叭和第二低頻帶埠之間傳送。第二低頻帶埠從波導的外表面沿第二徑向路徑延伸，該第二徑向路徑正交於該第一徑向路徑。如上所述，在一低頻帶接收模式中，第二低頻帶信號從喇叭傳輸到第二低頻帶埠。在一低頻帶發射模式(transmission mode)中，第二低頻帶信號從第二低頻帶埠傳輸至喇叭。任選地，第二低頻帶信號的傳輸只有通過波導沒有任何障礙的一部分。第二低頻帶埠的極性正交於步驟1000的第一低頻帶埠的極性。
在步驟1020中，第一高頻帶信號在喇叭和第一高頻帶埠之間傳輸，該第一高頻帶埠係從步驟1000的波導的一高頻帶部延伸。如上所述，第一高頻帶埠可以是一接收埠(receiving port)或一發送埠(transmitting port)，類似於步驟1000的第一低頻帶埠和步驟1010第二低頻帶埠，任選地，該第一高頻帶埠沿波導的縱軸延伸。任選地，第一高頻信號的傳輸是通過 該波導的一個錐形部分(漸尖部分)。如上所述，波導的漸尖部分是有一尺寸，以便防止在第一和第二低頻帶信號與第一高頻帶埠的干擾，並提高了第一高頻帶信號的多模匹配。任選地，高頻帶是Ka波段的一預定部分，而驟1000-1010中的該低頻帶是Ku波段的一預定部分。
在步驟1030中，步驟1000的第一低頻帶信號和步驟1010的第二低頻帶信號是在相應的第一和第二低頻帶埠間和一180度混合式耦合器的各自的第一埠之間傳送。優選的，180度混合式耦合器是一個T形波導管，並且180度混合式耦合器的第一埠是T形波導管的共線埠。
在任選步驟1040中，步驟1000-1010的第一和第二低頻帶信號的傳輸是相應於：一第一短截端，由該波導的該外表面延伸，並反向於步驟1000的該第一低頻帶埠；以及一第二短截端，由該波導的該外表面延伸，並反向於步驟1010的該第二低頻帶埠。優選地，每個第一和第二短截端的是一個封閉的短截端。如上所述，在第一和第二短截端在該第一和第二低頻帶埠之間提供改良的隔離。
在任選步驟1050中，衰減一信號，該信號係離開該第一低頻帶埠並朝向該180度混合式耦合器，且該信號係有位於該高頻帶的一頻率。此外衰減一信號，該信號係離開該第二低頻帶埠並朝向該180度混合式耦合器，且該信號係有位於該高頻帶的一頻率。如上所述，該衰減防止高頻帶信號來失真該低頻帶信號。
在任選步驟1060中，第二高頻帶信號在喇叭和第二高頻帶埠之間傳送，該第二高頻帶埠係從該波導的外部表面沿一第三徑向路徑延伸。該第二高頻帶埠正交於該第一高頻帶埠，該第一高頻帶埠係沿著該波 導的縱軸延伸。此外，第二高頻帶埠的極性為正交於第一高頻帶埠的極性。
在任選步驟1070中，步驟1020的第一高頻帶信號和任選步驟1060的第二高頻帶信號被極化。任選的是，該極化是經由包含電介質材料的一90度移相器來實現之。
在任選步驟1080中，第一和第二低頻帶信號是在180度混合式耦合器的一個加總埠和一90度混合式耦合器的一個相應的埠之間傳輸，以及在180度混合式耦合器的一個差分埠和該90度混合式耦合器的相應的埠之間傳輸。
可以理解，本發明的某些特徵，為清楚起見，是在不同的實施例中來被揭示，然其也可以組合地被提供在單一實施例中。相反地，本發明的各種特徵，其中，為了簡潔而被揭示在單個實施例的說明中，然其也可以分別地或以任何合適的次組合來被提供。
除非另有定義，本文使用的所有技術和科學術語具有相同的含義，其為本發明所屬領域的普通技術人員可共同理解。雖然類似或等同於本文描述的方法可以在實施或測試本發明中使用，但適合的方法如本文中描述。
所有的出版物，專利申請，專利，以及本文提及的其他參考文獻通過引用整體併入本文中。在衝突的情況下，將以專利說明書(包含定義)為準。此外，材料，方法和實施例僅是說明性的，並不意在進行限制本發明。
本領域技術人員應可以理解的是，本發明不限於已經如上述特定的顯示和描述。而本發明的範圍是由所附的權利要求界定，並包括本 領域的技術人員在閱讀上述說明的情況後，可產生之如上所述不同特徵的的組合和次組合及其變化和調整。
10‧‧‧天線結構
20‧‧‧喇叭
30‧‧‧波導
40‧‧‧底座
50‧‧‧第一低頻帶埠
60‧‧‧第二低頻帶埠
62‧‧‧長度
64‧‧‧寬度
70‧‧‧短截端
80‧‧‧偏振器(polarizer)
90‧‧‧第一高頻帶埠
92‧‧‧長度
94‧‧‧寬度
95‧‧‧第二高頻帶埠
115‧‧‧近端
120‧‧‧遠端
125‧‧‧近端部分
126‧‧‧近端
127‧‧‧遠端
130‧‧‧低頻帶正交模部(low frequency band orthomode section)
132‧‧‧近端
134‧‧‧遠端
135‧‧‧高頻帶匹配部(high frequency band matching section)
136‧‧‧近端
137‧‧‧遠端
140‧‧‧高頻帶正交模部(high frequency band orthomode section)
142‧‧‧近端
144‧‧‧遠端
150‧‧‧外表面
160‧‧‧徑向路徑
165‧‧‧徑向路徑
170‧‧‧徑向路徑
180‧‧‧徑向路徑

Claims (22)

  1. 一種雙波段天線結構，包含：一波導，具有一錐形部分，該波導從近端部分向一高頻帶部分延伸；一第一高頻帶埠，從該波導的該高頻帶部分延伸；一第一低頻帶埠，由該波導的一低頻帶部分的一外表面沿一第一徑向路徑延伸；一第二低頻帶埠，由該波導的該低頻帶部分的該外表面沿一第二徑向路徑延伸，該第二徑向路徑正交於該第一徑向路徑；以及一180度混合式耦合器，其中該180度混合式耦合器的一第一埠與該第一低頻帶埠電性連通，以及不同於該第一埠的該180度式混合式耦合器的一第二埠與該第二低頻帶埠電性連通，其中該波導是從該低頻帶部分到該高頻帶部分漸尖。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包含：一第一短截端，該第一短截端由該波導的該外表面延伸，並反向於該第一低頻帶埠；以及一第二短截端，該第二短截端由該波導的該外表面延伸，並反向於第二低頻帶埠。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該180度混合式耦合器是一T形波導管(magic tee)，該180度混合式耦合器的該第一埠是該T形波導管(magic tee)的一第一共線埠，並且該180度混合式耦合器的該第二埠是該T形波導管(magic tee)的一第二共線埠。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該波導的該近端部分和該低頻帶部分各自是沒有任何阻礙。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包含一第二高頻帶埠由該波導在該高頻帶部分的該外表面上沿一第三徑向路徑延伸，該第一高頻帶埠沿該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於該第二高頻帶埠的極性，其中，該第一以及該第二高頻帶埠係配置以用於由該波導發射或接收其頻率在一高頻帶的信號，其中，該第一以及該第二低頻帶埠係配置以用於由該波導發射或接收其頻率在一低頻帶的信號，其中，該漸尖的尺寸係設定為使得：該低頻帶信號不會由該低頻帶部分行進到該高頻帶部分；以及該高頻帶信號為多模匹配。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包含一對高頻帶濾波器，其中，該第一高頻帶埠被配置為由該波導發送或接收其頻率在一高頻帶的信號，以及其中，每個該高頻帶濾波器被配置為衰減在該高頻帶範圍內的信號頻率，該對高頻帶濾波器中各高頻帶濾波器的輸入分別耦合到相應該180度混合式耦合器的一加總埠以及一差分埠中的一個。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包含：一第二高頻帶埠，由該波導在該高頻帶部分的該外表面上沿一第三徑向路徑延伸，該第一高頻帶埠沿該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於該第二高頻帶埠的極性。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，更包含一偏振器，設置在該波導的該錐形部分中。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包含一個90度混合式耦合器，該90度混合式耦合器的一對端子中的各個端子分別電性連通到該180度混合式耦合器的一加總埠以及一差分埠中的一個。
  10. 如申請專利範圍第1至9任一項所述之天線結構，其中，該第一高頻帶埠配置以用於由該波導發射或接收其頻率在一高頻帶的信號，其中，該第一以及該第二低頻帶埠配置以用於由該波導發射或接收其頻率在一低頻帶的信號，以及其中該高頻帶是Ka波段的一預設部份以及該低頻帶是Ku波段的一預設部分。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之天線結構，其中，該偏振器的一近端部分位於高頻帶匹配部內，以及該偏振器的一遠端部分位於高頻帶正交模部內，其中，該偏振器設置成極化第一與第二高頻帶埠輸出的信號的相位使得該信號變成圓形極化。
  12. 一種雙波段天線傳輸方法，包含：傳輸一第一低頻帶信號於一波導的一近端部分和一第一低頻帶埠之間，該第一低頻帶埠由該波導的一低頻帶部分的一外表面沿第一徑向路徑延伸；傳輸一第二低頻帶信號於該波導的該近端部分和一第二低頻帶埠之間，該第二低頻帶埠由該波導的該低頻帶部分的該外表面沿第二徑向路徑延伸，該第二徑向路徑正交於該第一徑向路徑；傳輸一第一高頻帶信號於該波導的該近端部分和一第一高頻帶埠之間，該第一高頻帶埠由該波導的一第一高頻帶部分延伸；以及分別傳輸該第一和第二低頻帶信號於該第一和第二低頻頻帶頻率埠與一 180度混合式耦合器的各別第一埠之間；其中該波導是從該低頻帶部分到該高頻帶部分漸尖。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該波導的該近端部分與該第一和第二低頻帶埠之間該第一和第二低頻信號的傳輸是相應於：一第一短截端，由該波導的該外表面延伸，並反向於該第一低頻帶埠；以及一第二短截端，由該波導的該外表面延伸，並反向於該第二低頻帶埠。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該180度混合式耦合器是一T形波導管(magic tee)，該180度的混合式耦合器的該相應第一埠是T形波導管(magic tee)的共線埠。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第一低頻帶信號傳輸位於該波導的該近端部分和該第一低頻帶埠之間，以及該第二低頻帶信號傳輸位於該波導的該近端部分和該第二低頻帶埠之間，是只通過該波導沒有任何障礙的一部分。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第一高頻帶信號傳輸於該波導的該近端部分和該第一高頻帶埠之間，是經由該波導的一錐形部分。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，更包含：傳輸一第二高頻帶信號，位於該波導的該近端部分和一第二高頻帶埠之間，該第二高頻帶埠由該波導的該外表面沿第三徑向路徑延伸，該第一高頻帶埠沿該波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於第二高頻帶埠的極性；以及相應於該波導的該錐形部分的尺寸：防止該第一低頻帶信號和該第二低頻帶信號通過該波導的該錐形部分； 以及多模匹配該第一和第二高頻帶信號。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：衰減一信號，該信號係離開該第一低頻帶埠並朝向該180度混合式耦合器，且該信號係有位於該高頻帶的一頻率；以及外衰減一信號，該信號係離開該第二低頻帶埠並朝向該180度混合式耦合器，且該信號係有位於該高頻帶的一頻率。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含該波導的近端部分和從波導的外表面沿第三徑向路徑延伸的第二高頻帶埠之間傳輸第二高頻帶信號，其中，第一高頻帶埠沿著波導的一縱軸延伸，使該第一高頻帶埠的極性正交於第二高頻帶埠的極性。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含極化該發送的第一和第二高頻帶信號。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：傳輸所述180度混合式耦合器的一個總和埠和一個90度混合式耦合器的一個相應的埠之間的第一和第二低頻帶信號；以及傳輸所述180度混合式耦合器的一個差分埠和該90度混合式耦合器的一個相應的埠之間的第一和第二低頻帶信號。
  22. 如申請專利範圍第12至21項所述之方法，其中該高頻帶是Ka波段的一預定部分和該低頻帶是Ku波段的一預定部分。
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