[發明專利]提高手持移動衛星通信終端天線效率的方法和裝置

在審

• 申請號: 96103422.X
• 申請日: 1996-02-16
• 公開（公告）號: CN1142695A
• 公開（公告）日: 1997-02-12
• 發明（設計）人: E·赫什菲爾德
• 申請（專利權）人: 環球星有限合伙人公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 董江雄,鄒光新

本發明總的來說涉及天線，更具體地說涉及四臂螺旋天線。

已知的一種常規天線是四臂螺旋天線，其中發射和接收天線單元可以相互交錯。這種類型的天線通常提供半球形覆蓋區。結果，如果這種類型的天線用作衛星通信系統中用戶終端的天線，特別是用作非對地同步軌道的衛星通信系統中用戶終端的天線，那么低仰角衛星的增益大于直接在頭頂上的衛星的增益，因此對接近地平線的衛星的較大的路徑損失進行一定程度的補償。

然而，常規的四臂螺旋天線的一個缺點是其實際尺寸大于通常的手持用戶終端，如蜂窩電話。第二個缺點是工作部件和天線之間的損失比所要求的大。再一個缺點是交錯的發射和接收天線單元之間的相互耦合可以引起不希望的損耗。

本發明的第一個目的是提供一種改進的天線結構，它克服了以上的和其它的缺點。

本發明的第二個目的是提供一種四臂螺旋天線結構，它相對于常規的天線結構尺寸和損耗都減小了。

本發明的第三個目的是提供一種交錯螺旋天線結構，其中發射和接收天線單元或振子被進行寬度調整進而阻抗調整，并且其中發射振子的線寬與相鄰的接收振子的線寬對齊，以便最大限度地減小它們之間的耦合。

本發明的再一個目的是提供一種螺旋天線結構，它為振子、放大器、濾波器和混合耦合器提供最佳的安放位置，最大限度地實現大功率的發射放大器和較低功率的接收放大器之間的熱和電隔離，并進一步將所有這些部件放在旋轉天線連接件的上面，從而減小損耗。

通過這樣一種天線結構解決了以上和其它問題，并實現了本發明的目的，該天線結構包括相互平行放置的多個發射線性單元和相互平行放置的多個接收線性單元。多個發射線性單元的每個相互隔開，并且它們之間具有多個接收線性單元中的一個。根據本發明，多個發射線性單元和多個接收線性單元的每一個的寬度沿線性單元的長度方向周期性地改變，從而也對每個單元進行周期性的阻抗調整。此外，發射線性單元最窄的部分靠近相鄰放置的接收線性單元最寬的部分，反之亦然，由此最大限度地減小單元之間的耦合。

根據本發明的第二方面，發射放大器和相關的部件以及接收放大器和相關的部件位于天線桿的相反端，因此發射放大器和接收放大器與各自的天線單元緊密相連，從而進一步減小了損耗。此外，由于放大器可以產生相當大的熱量，因此本發明的結構技術能夠將較小功率的接收放大器與較大功率的發射放大器熱隔離。此外，發射放大器最好位于靠近用戶的無線電收發機的天線桿的端部，從而改善散熱。

本發明的再一方面是利用天線單元和它們各自的放大器之間的有源阻抗匹配來最大限度地將發射單元的能量與它們相關的放大器耦合。在帶通濾波器中也存在阻抗匹配，帶通濾波器最好是多個盤形諧振器。此外，選擇發射線寬度，以便最大限度地減小在放大器和自由空間之間進行阻抗變換的需要。

通過結合附圖對本發明所作的詳細描述，本發明的上述和其它特征會看得更清楚，附圖中：

圖1是根據本發明的天線系統的框圖；

圖2A是圖1的天線系統的示意圖；

圖2B是根據本發明的用戶終端天線結構的簡化的示意圖；

圖3表示圖2A和2B的交錯的發射和接收天線單元的一個放大部分，并表示根據本發明的一個方面的寬度調整進而阻抗調整；以及

圖4是其中采用了本發明的天線系統的衛星通信系統的框圖。

下面參照圖1、2A、2B和3描述本發明的最佳實施例。

在圖1中，RF輸入信號加到天線系統10的輸入節點12上。輸入節點12與90°混合網絡14相連，90°混合網絡14向第一大功率放大器(HPA)16a提供第一輸入，并向第二HPA?16b提供正交輸入。HPA?16a和16b是適合于將RF輸入信號放大到足以驅動發射天線的程度的功率放大器。在本發明的最佳實施例中，HPA?16a和16b包括在小尺寸的單片微波集成電路(MMIC)中。HPA?16a和16b的輸出(相互偏移90°)施加到帶通濾波器18，然后到180°混合網絡20a和206。混合網絡20a和20b的輸出(相互偏移180°)與發射天線的四臂或振子(此處也稱為單元22a-22d)的每個相連。由于混合網絡14、20a和20b，每個臂中的RF信號相互偏移90°(即正交)。

天線10的接收部分包括具有與發射單元22a-22d交錯的單元24a-24d的四臂接收天線，圖2A中非常清楚地畫出來了。交錯的發射和接收單元螺旋地繞在構成天線10的本體的介質圓柱體或管36上(圖2B)。發射和接收單元也如圖3所示進行寬度調整，以便減小由于相互耦合引起的損耗。下面將進一步詳細描述本發明的這一方面。