TW578329B - Antenna for use in interactive satellite terminals - Google Patents

Description

578329 A7 _______ B7 五、發明説明（彳） 本發明之背景： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種天線，其與一饋電號角相結合，被 最佳化以使用於互動衛星終端中。 爲了成功地介紹由幾十或幾千個個別互動使用者終端 所存取之大型互動網路，各互動使用者終端係由一室內設 備及相關之室外設備（亦即，天線及發射/接收電子裝置 )所構成的，基本上，在市場上需要具有低成本、高性能 、發射/接收衛星天線。已知天線構成這些終端之重要組 件的其中一者，目前，總是將無法以合理的價格來製造高 性能發射天線認爲是理所當然的。 本發明之槪述： 本發明之目的在於提出一種高性能天線系統，以符合 現存之管理及操作規格，但是，能夠以合理的價格來製造 此天線系統。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了實現此目的，一種依據本發明之衛星互動終端天 線之特徵在於其包括一橢圓形天線及一波紋狀饋電號角， 此波紋狀饋電號角具有一外部橢圓形孔徑及一其中有段差 之內部圓柱形波導部分，並且其特徵在於空腔元件被添加 於段差部分，用以補償交叉極化組件。除此之外，需要實 施一些基本的機械特色，以便最佳化而成爲有效率的。 附圖之簡略說明： 本發明將會有較好的了解，並且其目的、特徵及詳細 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐） — ' -4- 578329 A7 B7 五、發明説明（2 ) 內容將會更淸楚地顯現在下面的解釋說明中，參照所附力口 之示意圖，被引証做爲僅例舉本發明之實施例的示例，其 中： 圖1到圖3分別例舉依據本發明之橢圓形補償饋電天 線配置的側視圖、前視圖、及後視圖； 圖4示意例舉依據本發明之橢圓形饋電號角裝置，藉 由以a ，b及c所指示的三個不同圖形； 圖5及圖6係例舉由本發明所提出之饋電號角較佳實 施例的示意圖，包含由本發明所提出之空腔元件； 圖7顯示具有用來調整天線極化平面之旋轉角度輪廓 的地圖。 元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 反射器 2 饋電號角 3 饋電臂狀物 4 旋轉盤 5 第二饋電號角 7 內部圓柱形波導部分 8 段差區段 10 凹槽（空腔元件） 11 段差 12 有槽孔 13 分度規 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -5- 578329 A7 B7___ 五、發明説明（3 ) 較佳實施例之詳細說明： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1、圖2及圖3顯示由本發明所提出之互動多重-衛星終端天線的不意圖’此終端基本上包括一*機圓形則端 -饋電主反射器1 ; 一補償之饋電號角2，由饋電臂狀物 3所承載而固定於反射器1的下側周邊部分；一旋轉盤4 ，而主反射器1被安裝於其上；以及做爲一選擇性可能項 ，一第二饋電號角5，安裝在相鄰於饋電號角2之饋電臂 狀物3上，用以接收另一鄰近的衛星。橢圓形反射器1能 夠爲一商業上可供使用之反射器。 當選擇橢圓形組態時，將會獲得到高的衛星間隔離， 並且將會幫助多重-衛星操作。但是，前端-饋電反射器 形狀由於其短的焦距而具有一缺點，即交叉極化圖形顯示 相當高的波瓣，其能夠高於2 0 d B，並且接近指向之天 線主方向，而且這意謂著甚至相當高度準確的指向，也不 能夠獲得到良好的交叉極化鑑別性能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由補償之饋電系統來克服此問題，而補償之饋電系 統電氣地抵消由主反射器所造成的去極化，亦即，藉由產 生一指定之微波模式做爲由主反射器所感應的去極化組件 ，而此指定之微波模式具有相同的振幅但相反的相位。 圖4到圖6例舉一饋電號角組態之實施例，而此饋電 號角組態被想像來補償上面所提出之去極化組件。此補償 之饋電組態已經被發展，以便能夠應用到橢圓形天線、提 高傳輸交叉極化鑑別、能夠被大量生產、及不需要任何調 諧。如圖4所示，所使用之饋電號角具有波紋狀饋電號角 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐1 ~ -6- 578329 A7 _B7 _ 五、發明説明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的一般設計，其具有一橢圓形孔徑A p ，連同一寬的直徑 D w及一窄的孔徑直徑D η (分別顯示於圖4 b，4 c中 )，以及一具有波導直徑D g之圓柱形波導部分7，接著 爲一具有直徑D s之段差區段8。 所使用之饋電設計和習知波紋狀饋電號角的不同處特 別是在饋電號角的喉嚨區段。 已經發現到，藉由在圓柱形波導部分中產生不對稱， 以激發圓柱形波導部分中的T E 2 ζ模式，而能夠獲得到前 述的補償。的確，T E 2 i模式爲一非對稱模式，而因此在 饋電結構上需要不對稱。所發現之用來引進所需要的不對 稱之最好方法爲使用波導中的縱向凹槽1 0，如圖5及圖 6所示。當直徑從內部部分7增加到段差區域8時，這些 凹槽被形成在波導的不連續處，這樣的凹槽被形成而和內 部部分7中的波導軸平行，並且從有點逐漸變窄之段差 1 1延伸出。藉由改變凹槽的尺寸，能夠控制此模式的振 幅。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖5及圖6顯示一具有3個凹槽1 0之波紋狀饋電號 角組態，其中一個凹槽係位於y軸，使其產生爲水平極化 用所需之交叉極化場，其他的兩個凹槽被安裝在相對於此 凹槽爲+ /— 4 5°的角度處。 凹槽尺寸在決定所產生之模式的位準方面係有決定性 的，凹槽的長度S及凹槽的寬度w在所產生之模式的位準 以及波導大小中的段差上扮演重要的角色，凹槽長度S愈 長，所產生之T E 2 i模式的位準愈大。基本上，凹槽的深 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -7- 578329 A7 ______B7_ 五、發明説明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 度D爲波導直徑D g與段差直徑D s間之差値的一半，此 深度需要稍微小於此，以確保凹槽的外緣總是位於段差直 徑之內，這是爲了確保此段差能夠被模鑄。段差區段上的 錐度T對操作號角來說係不需要的，但是被包含以確保此 號角易於模鑄。如果一垂直區段被使用在此點處，則工具 能夠黏著住且難以去除。 發現到兩個在4 5°處的凹槽產生較高階TE21模式 的明顯位準，用於垂直極化之由此二凹槽所產生之模式的 位準非常類似於用於水平極化之由單一凹槽所產生之模式 的位準。發現到在具有相同的饋電配置之兩種極化上皆已 達成交叉極化抵消，做爲例子，具有外側凹槽之長度爲 6 . 5mm之中央凹槽的長度爲7 · 5mm，中央凹槽爲 3 m m寬，而外側凹槽爲2 m m寬，段差長度L s爲1 9 m m，輸入波導的長度L g爲1 〇mm，而直徑D s及 D g分別爲2 4mm及1 8mm，孔徑的主軸爲橢圓形， 該等凹槽被定向於號角的副軸上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 注意，3個凹槽1 0之中央凹槽爲控制沿著號角之主 軸之水平極化的模式產生之凹槽，相對於號角之+ / - 4 5°角度的兩個凹槽產生用於垂直極化之較高模式， 段差長度被調整，以使交叉極化波瓣的相位和交叉極化圖 案的相位同相或反相。 注意，因爲該補償沒有有耗損的元件，所以絕對的發 射及接收增益沒有被影響。此外，應該提到補償效應係依 頻率而變的，但是已經被證實可工作於至少5 %的頻帶， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 578329 A7 _ B7___ 五、發明説明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此，在14GHz處，大槪能夠涵蓋500MHz ，而 在30GHz處，大槪能夠涵蓋1 000MHz。有了這 個，天線之發射交叉極化隔離實際上被改善，且交叉極化 波瓣被大幅地降低至和3 0 d B —樣的低，或者甚至更好 〇 在下面，參照圖1到圖3來敘述本發明的一些進一步 特徵及優點。 因爲補償之饋電被匹配以抵消由主反射器1所造成之 去極化，所以阻礙了應用饋電轉動來調整天線極化平面。 本發明提出此目的，以轉動整個天線系統，以低成本方式 ，藉由旋轉盤4能夠達成此轉動，而旋轉盤4被設置有延 伸於周邊方向上的有槽孔1 2，及顯示於1 3處的分度規 ，旋轉角度的設定係根據終端的位置，並且，舉例來說， 一顯示旋轉角度輪廓的簡單地圖能夠被提供給安裝者，圖 7顯示此例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 注意，原則上，有可能在天線的電氣軸或機械軸附近 實施此旋轉偏移，在產生不同的旋轉輪廓圖形方面能夠考 慮在所需之旋轉角度上的差異。在這兩種情況中，正確的 對齊能夠被達成。 以如上所述之方式有效地對齊意謂著，橢圓形反射器 1被對齊而平行於同步軌道，如同從地球站所看到的，其 具有兩個主要的額外優點。 第一，其僅藉由安裝一第二饋電號角來致能另一鄰近 衛星之接收，例如，在主補償饋電號角2之旁邊的饋電號 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -9- 578329 A7 _____B7 五、發明説明（7 ) 角5，但沒有額外的垂直位移。由於天線和軌道對齊之事 實，這幫助了多重衛星的操作。 第二’應該注意，依據工業規定，對橢圓形天線來說 ，假如主天線軸和同步軌道對齊，能夠獲得到最大各向同 性（E I R P )。在此情況中，爲了決定此E I R P，將 僅會考慮更有利的方位_射圖案，其導致較高的核准功率 位準。很明顯地，所提出之組態符合此要求，因此，達成 目標之高的最大容許EIRP分配。 總而言之，由於補償之饋電號角，其能夠藉由使用標 準及大量製造技術來予以製造，但不需要任何調諧，所以 本發明得以使用具有橢圓形基準反射器之商用天線。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10-

Claims (1)

1. 578329 A8 B8 C8 D8 修正丨，充I —, - n B , -一一"·__[ 「、申請專利範圍 附件2··第9 1 1 1 595 1號專利申請案 ’中文申請專利範圍無劃線替換本 民國92年10月15日修正 1 · 一種互動衛星終端天線系統，包括一天線，其與 一饋電號角相結合，其特徵在於其包括一橢圓形主反射器 (1 )及一波紋狀饋電號角（2 )，該波紋狀饋電號角（ 2 )具有一外部橢圓形孔徑及一內部圓柱形波導，而該內 部圓柱形波導具有一內部部分（7 )及一段差區段（8 ) ’以及在於空腔元件（1 〇 )·被添加到段差區段（8 )， 用以補償交叉極化組件。 2 ·如申請專利範圍第1項之互動衛星終端天線系統 ’其特徵在於，該空腔元件係藉由在y軸或X軸上至少一 延伸於內部圓柱形波導部分（7 )中，且開口進入段差區 段（8 )內之縱向凹槽（1 〇 )來予以構成的。 3 ·如申請專利範圍第2項之互動衛星終端天線系統 ，其特徵在於，該補償饋電號角（2 )在其內部圓柱形波 導部分（7 )中包括3個凹槽 〇 )，其中一個凹槽係 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 位於y軸或X軸上，其他兩個凹槽被安裝在相對於此中心 凹槽爲+ / — 4 5°的角度處。 4 ·如申請專利範圍第1項到第3項任一項之互動衛 星終端天線系統，其特徵在於，爲了調整天線極化平面， 整個天線系統就整體來看係可以繞著其機械軸或電氣軸而 轉動。 5 ·如申請專利範圍第4項之互動衛星終端天線系統 私紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4現格（210 X 297公釐） 578329 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ’其特徵在於，整個天線系統之轉動係藉由一旋轉盤（4 )$予以做成，而天線系統係可角度地調整於旋轉盤（4 )上’因此’導致方位平面和軌道弧線的緊密對齊。 6 ·如申請專利範圍第1項到第3項任一項之互動衛 星終端天線系統，其特徵在於其能夠包括一第二饋電號角 (5 )，被橫向地安裝於補償饋電號角（2 )，用以接收 另一鄰近衛星。 -----莽-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） -2 - 578329 附件3:第91115951號專利申請案中文圖式替換頁 % 民國92年10月15日修

   丽