专利名称：透镜天线组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜天线组件，该透镜天线组件能够使用球面透镜会聚无线电波和适于使用在譬如卫星通信系统中。
背景技术：
已提出了多种透镜天线组件，例如椤勃(luneberg)透镜天线，其包含由电介质材料形成的将无线电波会聚至焦点的球面透镜和可移动至焦点以收集无线电波的馈源馈源。这种透镜天线组件仅通过移动馈源馈源至焦点，而无需如同抛物面天线一样移动整个设备，就可接收和发射无线电波。因此，这种透镜天线可被做的尺寸较小并紧凑。
这种透镜天线组件被披露在JP专利公告6-504659中。在该公告中披露的天线组件包括用于接收和发射电磁波的透镜和螺旋形线圈形式的馈线。其是小型化天线组件，能够从不同方向接收微波形式的电磁波信号。该透镜是半球形透镜，为了减小天线组件的尺寸并从而降低其制造成本。这个公告还提出减少孔径遮光(aperture blocking)，从而改进接收效率和减少必需的馈线电缆长度。
名称为“用于天线电介质的材料技术”的JP专利公告7-505018披露了制造电介质透镜天线的方法和由此制造的透镜天线组件。通过将中空、球形电介质珠熔接在一起形成该电介质透镜，该电介质片具有小于被接收的或被发射的无线电波的波长的直径，以使其介电常数是常数或可变的。在该公告中披露的天线组件包括上面提及的电介质透镜和从透镜的外沿凸出的反射板。
在这个公告的说明书中，说明了在这种有效(virtual)电介质透镜天线中，假如入射角不垂直于反射板，则其增益的损耗减少。这个公告还教导从反射板凸出的反射板部分的长度l由方程l＝Rx((1/cos(be))-1)来计算。使用这种装置，用于一次馈源馈源，假如该透镜外沿外侧的天线被用于接收无线电波，则该组件可更灵活地从不同方向接收无线电波。该说明书解释，这是因为馈线(电源线)具有较大的物理分布，以使没有孔径遮光发生。
在JP专利申请2001-25732中，本发明的申请人之一提出一种透镜天线组件，该透镜天线组件包括用于会聚无线电波的半球形透镜、支撑半球形透镜的平坦圆形表面用于反射从天空引入的无线电波的无线电波反射板、能被移动至进入的无线电波在此会聚的半球形透镜焦点并具有用于接收无线电波的天线部件的馈源、通过围绕半球形透镜的方位轴移动馈源来控制无线电波方位角的方位角调整装置、和通过围绕仰角轴移动馈源来调整进入的无线电波仰角的仰角调整装置。
这种透镜天线组件包括尺寸小并且重量轻的透镜，使得整个透镜天线组件也尺寸小且重量轻。而且，该透镜易于操纵、制造和组装。作为透镜，使用半球形透镜，这种透镜可以从同步卫星接收无线电波。所接收的无线电波可以由无线电波反射板所反射，并可以由设置在与半球形透镜的入射一侧相对的侧周边表面上的焦点处的馈源所接收。相反，来自馈源的无线电波可以被指向同步卫星。由于这种半球形透镜是传统球形透镜的尺寸和重量的一半，因此整个组件可以做得尺寸小、重量轻。
披露在第一个公告中的透镜天线是相当原始的一种，并因为即使透镜是半圆形透镜，反射板也没有从透镜凸出，无线电波不能足够高效被接收。对于第二和第三公告的透镜天线组件，假如入射角是大的(即大于80度)，则天线图形(antenna pattern)趋于不稳定，这反过来降低了增益。这是因为，若入射角是大的，则由反射板反射的无线电波的大部分趋于通过反射板的末端面的附近，以使朝向焦点的无线电波的会聚角增加，因此使方向性不稳定。即使入射角是大的，因反射板不能从其水平位置倾斜，所以也不可能减小它。
因此，为了有效提高增益，必需使用具有比透镜的直径大的直径的反射板，并因此使用大天线组件。具体地，为了获得最大的增益，反射板必须具有不小于R/cosθ的直径(其中R是透镜的直径和θ是入射角)。这个值随θ值即入射角按指数规律增加。因此，为了在高入射角度处获得最大的增益，将需要非常大的反射板(参见图8(a))。
假如入射角象图8(b)中所示一样小，则馈源将在进入的无线电波的路径中(in the way of)，从而降低增益。馈源因其必须被定位在进入的无线电波的焦点上，所以不能从所示的位置被移动，该反过来由进入的无线电波的入射角来确定。
本发明的目的是提供一种小型的是椤勃(luneberg)透镜天线的透镜天线组件，该透镜天线组件包括半球形透镜和反射板，以使将进入的无线电波会聚在馈源上，并且该组件不仅从同步卫星还从轨道卫星高增益地接收无线电波，即使引入的无线电波的入射角是大的。
发明内容
根据本发明，提供一种透镜天线组件，其包括由电介质材料制造的用于会聚无线电波的半球形透镜、具有比所述半球形透镜大的直径并位于所述半球形透镜的切割平面上的无线电波反射板、包含用于接收和发射无线电波的天线部件并可移动至在其上会聚进入的无线电波的所述半球形透镜焦点的馈源、支撑所述反射板的反射板支撑装置以使所述反射板可在任何所需方向上倾斜，藉此调节所述反射板的倾斜角，使入射到所述半球形透镜的无线电波的入射角处于预定范围内。
根据本发明的透镜天线组件不仅可被安装在建筑物的屋顶或侧面(墙壁或阳台的围栏)，还可安装在譬如汽车、飞行物或轮船的移动物体上，以接收来自同步卫星或轨道卫星的无线电波或向同步卫星或轨道卫星发射无线电波。在说明书中，主要说明从一个卫星或多个卫星接收无线电波的透镜天线组件的操作。但是可以理解，依据本发明的透镜天线组件可被用于发射无线电波至一个卫星或多个卫星。在发射无线电波时，反射板被倾斜以调整输出无线电波的出射角度。然而，若入射角不太大并且不太小，则反射板就不被倾斜。
不仅直接入射到半球形透镜的无线电波、还有在被从该透镜凸出的反射板部分反射后入射到该透镜的无线电波会聚在焦点上，这是由于，半球形透镜包括由电介质材料形成的多层，每层具有不同于其它层电介质材料的介电常数。馈源被移动至焦点以收集无线电波。
因此，可以高增益接收或发射无线电波。
假如要被接收的无线电波的卫星刚好位于透镜天线上方，以及假如反射板没有倾斜并保持水平，则焦点将位于半球形透镜的顶部附近。由于馈源必须被移动至焦点，所以馈源将处于进入的无线电波的路径中。这降低了增益。因而，为了避免这种情况，反射板被倾斜以抬高其无线电波进入透镜的侧边，从而增加无线电波的入射角。通过在这个方向上倾斜反射板，馈源将从进入的无线电波中移出，以使保持高增益。
假如要被接收的无线电波的卫星在天空中的低角度处，因此引入无线电波的入射角是大的，焦点将在半球形透镜中的低位置。在这种情况中，由从该透镜凸出的反射板部分反射的任意无线电波将进入该透镜最大直径部分附近的半球形透镜，因而使方向性不稳定。在这个情况中，反射板被在这个方向倾斜，以使包含被从透镜凸出的反射板部分反射那些在内的进入无线电波的入射角降低。通过在这个方向上倾斜反射板，由在从该透镜凸出部分的外边沿附近的反射板反射的无线电波现将在半球形透镜附近被反射，以使方向性稳定，并因此无线电波可高效率地会聚在焦点上，无需增加反射板的尺寸。从而提高了增益。
如上所述，根据本发明的具有无线电波反射板的透镜天线组件通常被安装在水平位置。但它也可被安装在垂直墙壁上，以使反射板平行于垂直墙壁。在这种情况中，入射角和在天空中卫星的角度之间的关系与天线组件被安装在水平表面上时的该关系是相反的。也就是，假如天线组件被安装在垂直表面上，进入无线电波的入射角越大，则天空中卫星的角度越高。但在任一情况中，倾斜反射板，以将入射角度一直保持在增益为最大的范围内。
图1是根据第一实施例的透镜天线组件的透视图；图2是该透镜天线组件的垂直截面图；图3(a)和3(b)显示反射板支撑装置；图4(a)至4(c)显示图1中的透镜天线组件的操作；图5是根据第二实施例的透镜天线组件的透视图；图6(a)和6(b)是该透镜天线组件的垂直截面图；图7是显示根据本发明的透镜天线组件增益的曲线；和图8(a)和8(b)显示传统透镜天线组件。
具体实施例方式
现参考
实施例。图1是根据本发明第一实施例的透镜天线组件A的部分剖开的透视图。所示的透镜天线组件是椤勃(luneberg)透镜天线组件，并包含透镜天线体10和支撑安装在天线体10中的反射板使之可在任何二维方向中倾斜的反射板支撑装置20。首先，简要说明透镜天线体10，该天线体在结构上基本上与披露在前述申请人的先前专利申请JP2001-025732的第一实施例中透镜天线组件的透镜天线体相同。
透镜天线体10包括固定至反射板支撑件20的可移动支撑件的盘状底板11，该将被在后面说明；盘状无线电波反射板13，其在直径上与底板11基本上相等，并被固定至安装在底板11上的转台12，以使绕方位轴(AZ)可旋转；被固定至反射板13上的半球形透镜14，其中心在AZ轴上；可沿导轨15滑动的第一和第二馈源16a和16b；和被固定至底板11的帽状天线屏蔽器17，以覆盖半球形透镜14。
如图2所示，转台12具有轮毂12b，该轮毂12形成在转台的底部，并通过一轴承可旋转围绕短凸起12a装配，该短凸起12a被形成在盘状底板11的顶部、在其中心。理想地，反射板13具有尽可能大的平坦表面区域。但实际上，其表面区域受天线的各种参数(譬如增益和旁瓣)可允许范围的限制。半球形透镜是通过沿包含球形透镜中心的平面切割球形透镜获得的球形透镜的两个二等分中之一。因为沿其分割半球形透镜的平坦表面与反射板13相接触，所以半球形透镜14实际上作为球形透镜。
典型的楞勃透镜天线组件包含半球形电磁透镜，该半球形电磁透镜包括多个具有互相不同的内直径和外直径的半球形壳体，并且这些壳体同心地一个层压另一个上以形成半球。每个半球形层由具有介电常数εr的电介质材料形成，εr满足下面关系εr＝2-(r/R)2其中R是透镜的外直径，以及r是透镜中心与相应壳体之间的距离。
通过这种布置，入射到透镜的无线电波会聚在焦点。壳体具有这样的介电常数，每个壳体具有一个比位于在所述壳体内的任一壳体低的介电常数。电介质材料具有仲电性(paraelectricty)、铁电性或反铁电性，但不具有导电性。
导轨15适于通过第一电动机(未显示)围绕上升(EL)轴15a和15b被枢转至这个仰角，以使引入的无线电波会聚在馈源16a和16b。该EL轴15a和15b具有在包含反射板13的表面的平面内互相对准的各个轴线，以使导轨15可沿半球形透镜14围绕EL轴枢转180度。
第一电动机被安装在电动机支架5c上，该电动机支架5c被安装至EL轴15正下的转台12上。第一电动机具有通过滑轮和皮带连接至EL轴15a的输出轴，以在两个方向上旋转EL轴15a。通过安装在各自馈源16a和16b上的驱动单元，第一和第二馈源16a和6b可单独沿导轨15移动。
反射板13和半球形透镜14被固定安装在转台12上，转台12通过第二电动机围绕AZ轴相对于底板11旋转，以调整各馈源的方位，以使进入的无线电波会聚在馈源上。更具体地，第二电动机被安装电动机支架15d上，该电动机支架5d被安装至EL轴15b下的转台12，并且第二电机在其输出轴上带有与环状齿条11b啮合的小齿轮11c，该环状齿条11b被固定至形成在基板11中并具有略大于转台12的直径的环形凹槽11a的内壁上。从而，通过使用第二电动机转动小齿轮11c，小齿轮11c将沿着环状齿条11b移动。即，转台12将围绕其凸起12a相对于底板11转动。底板11和转台12通过安装在由凸起12a和轮毂12b限定的间隙中的旋转接头12c电连接在一起。
通过在转台12上设置的旋转接头12c和上/下(U/D)转换器，电能被从安装在底板上的电源提供给第一和第二电动机以及用于第一和第二馈源的驱动单元，并且信号在这些驱动单元、还有第一和第二馈源、以及安装在底板上的各种控制单元之间传递。每个馈源16a和16b具有通过它发射和接收无线电波的天线部件和用于处理无线电波的电路，该电路连接至U/D转换器。用于每个馈源的驱动单元是具有与固定至导轨的齿条相啮合的输出轴的电动机。因此，通过驱动相应电动机，各个馈源可沿着导轨移动。
半球形透镜14由电介质材料制造，一般为泡沫或非泡沫合成树脂。可在其中添加氧化钛或钛酸盐碱土金属盐(titante alkali earth metallic salt)。泡沫合成树脂可通过化学发泡被形成，该化学发泡包括将气体生成发泡剂添加至合成树脂或树脂合成物、将其通过加热分解、并在具有想要的形状的模具中将其发泡的步骤。
另外，通过在模具外预膨胀浸渍挥发性发泡剂的颗粒状合成树脂或树脂合成物，将其放入具有预定形状的模具中，并通过在水蒸气中加热再膨胀，以及同时熔合相邻的珠球(bead)(珠球膨胀(bead expansion))来获得泡沫合成树脂。
反射板可由任意金属形成，但优选由铝形成，因为铝重量轻并且相当便宜。同样，反射板可以是在其上叠压薄金属板的泡沫或非泡沫的合成树脂板或FRP板，或是这镀有金属的板。另外，反射板可是具有相比于进入无线电波的波长是足够小的孔的金属板，或金属筛网，该金属筛网具有相比于进入无线电波的波长的足够小的网眼尺寸。但这种金属板或筛网必须具有足够平滑表面，以如预想反射无线电波。同样原因，反射板必须足够平坦，即，其必须不是翘曲的或有缺陷的。
天线屏蔽器可由对无线电波足够高穿透性的任意材料形成，并能充分保护天线组件的内部组件不受各部件影响。例如，天线屏蔽器可由耐候性高的任意合成树脂形成，但优选由碳氢化合物家族的热塑性塑料合成树脂形成，譬如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯，这是因为这些合成树脂的介电损耗是低的。
现在说明反射板支撑装置20。它包括短柱状底板21、半球形部件22和多个牵引装置23(在图中为3个)，该半球形部件22可枢转地容纳在形成在底板21的顶部的凹陷中并且在其平坦表面支撑反射板13，从顶部看去所述多个牵引装置23互相成角度地间隔，用于在想要的方向上倾斜半球形部件22。
半球形部件22在其半球形表面上形成有许多凹槽，以在凹槽中容纳滑润剂，从而允许在凹陷21a中的半球形部件22平滑滑动，并因此反射板13的平滑枢转。牵引装置23被安装在通过轴承24a旋转安装在底板21上的支座24上，且每个牵引装置23包含电动机25，该电动机25具有与旋转传动装置25a中的螺纹杆25b螺纹啮合的输出轴。因此，每个螺纹杆25b通过旋转相应电动机25的输出轴可伸出或缩回。螺纹杆25b具有与固定在底板11上的耦接部件26耦接的尖端，以通过同步地伸出或缩回各自螺纹杆25d使底板11枢转。
各个螺纹杆25具有接合在相应耦接元件26中形成的细长孔中的尖端，以便当其被伸出或缩回时可被倾斜。如图3(b)所示，三个牵引装置23被互相角度间隔120度。而在图3(a)中，为了便于理解牵引装置23，三个牵引装置23中的两个被显示为间隔180度被放置。在实际应用前，支座24被通过固定装置27固定至底板21，以避免牵引装置23相对于底板21旋转。所示的固定装置27包括与固定至支座24的螺母元件螺纹啮合的螺栓。通过旋转螺栓，其尖端抵靠底板21，从而阻止了支座相对于底板21的旋转。但是固定装置27若能阻止支座24的旋转，其不限于所示结构。
根据本发明的透镜天线组件可被安装在建筑物屋顶的顶部或侧面(譬如墙壁或阳台的围栏上)，或可被安装在譬如汽车、飞行物或轮船的移动物上。同样，依据本发明的透镜天线组件可被用于不仅在地面站和同步卫星之间、还在在地面站和轨道卫星之间的通信。在第一和第二实施例的两个说明中，主要说明了无线电波怎样被从卫星接收。但是天线组件也可向卫星发射无线电波。
为了从定位于从天线组件观察的天空高处的同步卫星接收无线电波(向卫星发射无线电波)，反射板13被保持水平以便如图4(a)所示以中间入射角接收无线电波。
互相平行进入半球形透镜14的无线电波通过反射板13被反射和弯曲，以会聚在焦点上，这是由于形成半球形透镜14的壳体由互相具有不同介电常数的电介质材料形成。这个焦点是根据引入的无线电波方位角和入射角来计算的，并且馈源16之一预先被移动至该焦点，以收集来自同步卫星的无线电波。由于反射板13具有比半球形透镜14大的直径，进入的无线电波被半球形透镜14外侧的反射板13部分反射，进入半球形透镜14，并会聚在焦点上。这提高了天线的增益。
第一实施例的透镜天线组件具有两个馈源16a和16b，以使其能从多个同步卫星接收无线电波。在图4(a)至4(c)中，仅显示了馈源中之一。可理解的是，另一个馈源被在这些图中的透镜掩盖。当从轨道卫星接收无线电波时，必需根据轨道卫星变化的位置来移动在图4(a)至4(c)中所示的馈源。但是就轨道卫星处于高处而言，从那里来的无线电波处于中间入射角，没有必要倾斜反射板13。
为了从定位于这种高处的同步卫星接收无线电波，且从卫星的无线电波入射角小于20度(参见图4(b))，反射板支撑装置20的牵引装置23被启动以倾斜反射板13直到来自卫星的无线电波的入射角达到20度或更高，优选45度或更高。具体地，计算进入的无线电波的方位角和入射角，并且牵引装置23被同步驱动，以升高反射板13的无线电波进入的那一侧。
通过以上面方式调整反射板13的倾斜角度，馈源将离开引入无线电波的路径，从而不与引入的无线电波干涉。这提高了天线的增益。
相反地，假如如图4(c)所示无线电波的入射角高于80度，则牵引装置23被控制以降低反射板13中无线电波进入的那一侧，从而降低无线电波的入射角至80度或更低，优选60度或更低。譬如，当接收来自轨道卫星的无线电波和/或假如天线组件位于赤道附近时，这种控制是必须的。不仅通过入射角的计算、还可通过进入无线电波的方位角的计算来同样实施这种控制。
如上所述，假如无线电波的入射角在20至80度的优选范围之外，则牵引装置23被启动以倾斜反射板23，以使无线电波的入射角进入20至80度的范围内，优选45至60度的范围内。牵引装置23必须具有足够大的行程，以实现这个目的。反射板支撑装置20不限于所示的种类。例如，其可包括在底端具有腿的短支撑柱、具有球形耦接件并被安装在支撑柱的顶端的万向节、以及牵引装置，支撑柱通过该牵引装置耦接至底板11。
反射板13的直径理论上为R/cosθ(其中R是半球形透镜的直径，θ是无线电波的入射角)。在本发明中，反射板13的直径被确定为R/cos20°或以上。
图5显示根据第二实施例的透镜天线组件的透视图。总地被表示为B的第二实施例的透镜天线组件也是楞勃透镜天线组件。虽然第一实施例的天线组件包含两个馈源以接收来自两个同步或轨道卫星的无线电波，可第二实施例的天线组件仅具有一个馈源16，并因此仅从一个卫星接收无线电波，并适合于悬挂在墙壁上。第二实施例包含许多与第一实施例的部件相同或类似的部件。这些部件由相同标记表示，且它们的说明被省略。
如图所示，透镜天线组件B包括盘状底板11、转台12、无线电波反射板13、半球形透镜14、引导板15′、单一馈源16和天线屏蔽器17。在这些部件中，除了引导板15′和馈源16外的部件都与第一实施例的部件相同。引导板15′与安装在天线屏蔽器17的内表面的导轨15协作相对于半球形透镜14引导和移动馈源16至预定角度位置，以相对引导板15′倾斜延伸。转台12通过轴承(未显示)旋转安装在底板11。天线屏蔽器17被安装在转台12，以相对于转台12在限定的范围内旋转。
引导板15′沿着半球形透镜14的表面弯曲，并接近其顶端形成有细长孔(狭缝)15a，馈源16可滑动地安装在该细长孔中。馈源16包括天线部件16a、滑动体16b、偏振角调整器16c和销钉16d。偏振角调整器16c调整要接收的无线电波和/或要被发射的无线电波的偏振角。销钉16d被固定在两个导轨15之间，其相对于引导板15′倾斜地延伸。因此，当天线屏蔽器17相对于转台12围绕AZ轴旋转时，销钉16d将沿导轨15移动。从而，馈源16在引导板15′的细长孔15a中沿半球形透镜14的表面移动。
柔性电缆16f具有连接至馈源16的偏振调整器16c的一端和连接至偏振角调整器分度盘16g的另一端。偏振角调整器分度盘16g被连接至外面的发射器/接收器(未显示)。因此，通过转动调整器分度盘16b，偏振轴被调整至想要的角度。附图标记18a是用于搬运天线组件的把手，18b是方向磁铁，18c是杠杆，18d是用于锁定转台12以阻止其转动的锁定件，而18e是用于调整EL轴的刻度。附图标记17a表示用于阻止围绕EL轴旋转并设置于在天线屏蔽器17和转台12之间的连接部分的锁定旋钮。
为了使透镜天线组件B能被悬挂在墙壁上，如图6(a)所示，反射板支撑装置20’被设置在基板11的背面。反射板支撑装置20’包括球轴21’、旋转支撑球轴21’的承载部分22’和用于在预定角度范围内调整反射板的支撑角度的三个角度调整器23’。球轴21’在其一端形成有球部而在其另一端固定至基板11的背面。球部被容纳在轴承件22’中形成的球形凹陷中。承载部分22’通过譬如穿过其凸缘部的螺栓被固定至建筑物的垂直壁上。
三个角度调整器23’被设置在基板11上，以在圆周方向上互相间隔120度。每个角度调整器包括中空杆和螺纹杆，该中空杆一端被固定至基板11上并形成有内螺纹，而螺纹杆插入中空杆内并具有外螺纹，该外螺纹与中空杆的内螺纹螺纹啮合。螺纹杆具有被挤压在垂直墙壁上的圆形端，优选通过固定至墙壁上的支撑件。通过旋转螺纹杆，可调整每个角调整部件23’的长度。
如同第一实施例，透镜天线组件B也可被用于从卫星接收无线电波或通过馈源16向卫星发射无线电波。如同第一实施例的馈源，这个实施例的馈源16被移动至无线电波可以最高增益接收或发射的位置。因该实施例的天线组件被悬挂在垂直墙壁上，所以无线电波的入射角和卫星间的相互关系不同于例如第一实施例中的天线组件。
图6(b)-1和6(b)-2分别显示来自卫星的无线电波在第二实施例的天线组件中的入射角和该无线电波在第一实施例的天线组件中的入射角。无线电波的入射角是在半球形透镜14的中心轴CL和进入的无线电波之间的角度。在图6(b)-1中，中心轴CL是水平的。在图6(b)-2中，中心轴CL是垂直的。因此，在图6(b)-1中，入射角值和卫星高度之间的关系完全与在图6(b)-2中的这种关系相反。具体地，在图6(b)-1中，入射角越大，则卫星位置越高；然而在图6(b)-2中，入射角越大，则卫星位置越低。
根据上面说明可清楚的是，即使透镜天线组件以底板11平行于垂直墙壁垂直延伸的方式被悬挂在垂直墙壁上时，也可以可靠的和有效的方式接收和发射无线电波。使用悬挂在垂直墙壁上的天线透镜组件，转台12和反射板13被转动以将馈源16移动至与进入无线电波的方位角对应的位置。然后，天线屏蔽器17相对于转台12转动以移动馈源至半球形透镜14的焦点。
假如因天线组件被固定在日本之外或无线电波被从轨道卫星发射而使进入无线电波的入射角在20至80度范围外，或入射角接近20或80度，并且想要修正入射角为在优选45至60度范围内的值，角度调整器23’中的一个、两个或全部被延伸或收缩以倾斜反射板13，从而调整入射角为理想值。
如在第一实施例中，通过选择地延伸或收缩各个角度调整器23’，转台12、反射板13和半球形透镜14可以在任何方向上倾斜以将无线电波的入射角修正至优化范围内的值。
代替悬挂在墙壁上，第二实施例中的天线组件B可以如第一实施例中的天线组件或任何其他传统天线组件的同样方式被水平设置。相反地，通过用第二实施例的反射板支撑装置20’代替第一实施例的反射板支撑装置20，第一实施例中的透镜天线组件A可被悬挂在垂直的墙壁上。
第二实施例中的透镜天线组件B可接收来自单一卫星的无线电波和向单一卫星发射无线电波。但是，这可以改变的，以接收来自互相充分靠近的多个(譬如4至5个)卫星的无线电波或向互相靠的足够近的多个(譬如4至5个)卫星发射无线电波。为了这个目的，与所示引导板15’相同的附加(3至4个)引导板15’被安装为互相邻近并与所示引导板邻近，并且与所示馈源16相同的附加馈源16被安装在相应的附加引导板15’中，以使每个所示馈源和附加馈源与多个卫星中之一对应。还有，与附加引导板15’对应，附加导轨15被提供在天线屏蔽器17的内表面。
如果第一或第二实施例中任一的天线组件被用于接收来自轨道卫星的无线电波或向轨道卫星发射无线电波，馈源中之一或馈源跟随卫星移动。
例子(例子1)根据第二实施例的透镜天线组件B如图6(b)-1所示被准备和安装，以45至60度范围内变化的入射角来接收无线电波。例子1中天线组件的增益和入射角之间的关系通过由在图7中符号■指示的曲线来显示。
反射板13直径640mm半球形透镜14直径450mm形成透镜的层数8根据图7中的表可明白，在天线的任意位置获得最大增益，虽然例子1中天线组件的尺寸是相当小的。
(例子2)根据第二实施例的透镜天线组件B如图6(b)-1所示被准备和安装，以在20至80度范围内变化的入射角来接收无线电波。例子2中天线组件的增益和入射角之间的关系通过由在图7中符号△指示的曲线来显示。
反射板13直径900mm半球形透镜14直径450mm形成透镜的层数8根据图7中的表可明白，增益在任意天线位置是足够高的。
(对比例)除了反射板被固定外，与例子2相同的透镜天线组件如图6(b)-1所示被准备和安装，以接收无线电波。对比例中天线组件的增益和入射角之间的关系通过由在图7中符号▲指示的曲线来显示。
反射板13直径1400mm
半球形透镜14直径450mm形成透镜的层数8增益明显落入低于20度和高于80度的范围内。大的天线组件是那么大的，以使控制是不方便的。
本发明的优点如上所述，依据本发明的透镜天线组件包括由电介质材料制造的半球形透镜、具有比半球形透镜大的直径并且位于半球形透镜的切割面的无线电波反射板、具有天线部件并可移动至引入无线电波在其上会聚的半球形透镜焦点的馈源、和支撑反射板以使反射板支撑装置能倾斜反射板的反射板支撑装置。因为使用反射板支撑装置能调整反射板的倾斜角，以使无线电波的入射角在预定的范围内，所以通过变化反射板的倾斜角，不仅对同步卫星而且对轨道卫星，可高增益地接收和发射无线电波，而与卫星所处的纬度无关，譬如，即使卫星在赤道上。
权利要求
1.一种透镜天线组件，其包括由电介质材料制造的用于会聚无线电波的半球形透镜；具有比所述半球形透镜大的直径并位于所述半球形透镜的切割平面上的无线电波反射板；包括用于接收和发射无线电波的天线部件并可移动至在其上会聚进入无线电波的半球形透镜焦点的馈源；反射板支撑装置，该反射板支撑装置支撑所述反射板使之可在任何所需方向上倾斜，藉此，调节所述反射板的倾斜角，使得入射到所述半球形透镜的无线电波的入射角处于预定范围内。
2.根据权利要求1所述的透镜天线组件，还包括位置设定装置，其用于移动所述馈源至所述焦点，所述位置设定装置包括方位角设定装置和仰角设定装置，其中，通过围绕所述半球形透镜的方位轴移动所述馈源，该方位角设定装置用于在无线电波进入所述半球形透镜的方向上控制所述馈源的方位角；通过围绕所述半球形透镜的仰角轴移动所述馈源，该仰角设定装置用于在无线电波进入所述半球形透镜的方向上控制所述馈源的仰角。
3.根据权利要求1或2所述的透镜天线组件，其中所述反射板支撑装置包括底板、枢转安装在底板上并支撑所述反射板的半球形或球形部件、连接于所述底板的倾斜角设定装置。
4.根据权利要求3所述的透镜天线组件，其中所述倾斜角设定装置包括一机构，如果进入所述半球形透镜的无线电波的入射角在预定的20至80度范围之外，则该机构用于通过倾斜所述反射板来调节反射板的倾斜度以使所述入射角在20度到80度的范围内。
5.根据权利要求4所述的透镜天线组件，其中入射角在45至60度内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的透镜天线组件，还包括用于保护所述半球形透镜和所述馈源的天线屏蔽器。
全文摘要
一种小型且紧凑的透镜天线系统，其中通过将半球形透镜和反射器结合为一种楞勃型天线以便馈源在会聚的同时接收无线电波，可以在不减小增益的情况下接收来自同步卫星以及轨道卫星的大入射角的无线电波。透镜天线系统包括透镜天线体(10)，该透镜天线体(10)包括反射器(13)和半球形透镜(14)，该半球形透镜由层叠的电介质材料构成，并可旋转地安装在底板(11)上，同时与天线屏蔽器(17)和馈源(16a、16b)整体设置，该馈源可以沿着导轨(15)移动到任意位置，并包括反射器支撑装置(20)，该反射器支撑装置能够在任意方向上在底板(21)上倾斜反射器，其中，通过倾斜反射器(13)，来自卫星的无线电波的入射角可以被调整到理想的范围内。
文档编号H01Q15/14GK1735997SQ03825879
公开日2006年2月15日 申请日期2003年1月30日 优先权日2003年1月30日
发明者黑田昌利, 岸本哲夫, 小川隆也 申请人:住友电气工业株式会社, 株式会社东芝