[發明專利]集成波導管天線和陣列

無效

• 申請號: 200780023793.7
• 申請日: 2007-04-03
• 公開（公告）號: CN101479887A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: D·D·哈茲扎
• 申請（專利權）人: 韋夫班德爾公司
• 主分類號: H01Q13/00
• 分類號: H01Q13/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王永建

技術領域

本發明的主要領域涉及一種獨特的電磁式結構單元，其可以用于輻射和非輻射電磁設備。本發明的實施例主要涉及天線結構，并且更特別地，涉及具有集成到波導管上的輻射元件的天線結構，并涉及具有集成到波導管上的輻射元件陣列的天線。

背景技術

現有技術中已知用于接收和傳輸電磁輻射的各種天線。物理上，天線由利用導體制成的輻射元件組成，所述導體響應施加的電場和相應的磁場而產生輻射的電磁場。該過程是雙向的，即，當被放入電磁場中時，磁場將在天線中感應產生交變電流并且將在天線的末端之間產生電壓。饋(電)線或傳輸線在天線和收發器(無線電收發機)之間傳輸信號。饋線可包括與網絡和/或波導管耦合的天線。天線陣指與公共源或公共負載耦合以便產生定向輻射圖的兩條或多條天線。各天線之間的空間關系影響天線的方向性。

盡管此處所公開的天線是通用的并且可適用于許多應用中，但能夠很大程度地獲益于本發明的天線的一種特定的應用是靜止和可移動地設置的衛星電視(直播衛星或“DBS”)的接收。對于固定DBS，利用瞄準地球同步衛星的定向天線來完成接收。在移動DBS中，天線位于移動運載工具(陸地、海上或空中)上。在所述情況下，當運載工具移動時，天線需要持續地對準衛星。在衛星運動期間，利用各種機構使得天線追蹤衛星，例如機動化機構和/或相移天線陣的應用。例如在美國專利6,529,706中可以找到關于移動DBS的其他通用信息，該文獻通過引用結合于此。

一種已知的二維波束控制天線使用相控天線陣設計，其中天線陣的各元件具有移相器和連接到其上的放大器。用于平面天線陣的典型天線陣設計使用微帶技術或開槽波導管技術(參見例如美國專利5,579,019)。利用微帶技術，天線的效率隨著天線的尺寸增大而大大降低。利用開槽波導管技術，系統包括復雜的部件和彎管以及非常狹窄的槽，在制造過程中必須嚴格地控制它們的尺寸和幾何結構。移相器和放大器用于提供二維的半球覆蓋域。然而，移相器很昂貴，并且特別地，如果相控天線陣包括許多元件，則整個天線的成本會相當高。此外，移相器需要單獨的、復雜的控制電路，其帶來不合理的成本和系統復雜性。

一種類似于DBS的被稱為GBS(全球廣播服務)的技術使用商業現成技術來通過衛星為與美國政府有關的各種用戶群體提供寬帶數據和實時視頻。由美軍電子通信司令部的空間和地面通信管理局的空間技術分部開發的GBS系統使用帶有機械化跟蹤系統的開槽波導天線。盡管據稱所述天線具有低外形—延伸到“僅”14英寸的高度而沒有雷達天線屏蔽器(雷達天線罩)—其尺寸可為軍事應用所接受，但不能為消費應用(例如，私人汽車)所接受。對于消費應用，天線的外形應該低到使其不會影響運載工具的美觀性并且不顯著增大其阻力系數。

當前的移動系統昂貴且復雜。在實際的消費產品中，尺寸和成本是主要因素，并且使得尺寸和成本大幅度減小是困難的。除了成本之外，已知系統的移相器固有地增加了相應系統的損耗(例如3分貝或更高的衰減)，因而為了補償所述損耗需要大幅度增加天線的尺寸。在特定的情況下，例如在DBS天線系統中，尺寸可達到4英尺乘4英尺，這對于消費應用而言是不實用的。

如從上述論述中可以了解到的那樣，為了開發用于消費的移動DBS或GBS系統，至少必須解決以下問題：提高的信號采集效率、尺寸上的減小，以及價格上的降低。當前的天線系統對于商業用途來說相對太大，具有采集效率的問題，并且價格為數千乃至數萬美元，從而超出了普通消費者的消費能力?？傮w上來說，此處所討論的效率是指天線接收到射頻信號被采集為電信號的天線效率。所述問題對任何天線系統都是常見的，并且對用于無論是靜止還是移動的任何應用的任何天線系統來說，此處提供的解決方案都解決了上述問題。

發明內容

為了提供對本發明的一些方面和特征的基本認識，提供了本發明的以下概要內容。所述概要內容不是本發明的詳盡評述，并且同樣地，其并非意在特別指出本發明的關鍵或重要部件，也并非意在描述本發明的范圍。其唯一的目的是以簡化的形式提出本發明的一些概念，以作為下面所陳述的更為詳細的說明的先導部分。

根據本發明的一些方面，提供了一種新型輻射元件，其提供了高轉換效率，同時小、簡單并且可低成本地制造。

根據本發明的一些方面，提供了一種具有輻射元件的新型天線，所述輻射元件提供了高轉換效率，同時小、簡單并且可低成本地制造。

根據本發明的一些方面，提供了一種具有輻射元件陣列的新型天線，所述輻射元件陣列提供了高轉換效率，同時小、簡單并且可低成本地制造。