专利名称：圆极性椭圆形喇叭天线的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及设计成接收圆极性广播信号的天线系统，具体涉及数字视频广播卫星(DVBS)天线系统。
背景技术：
不断增加的各种应用，例如，数字视频卫星广播电视系统，利用椭圆形天线反射器以提高沿所需方向的增益和干扰抑制。对于设计成从对地静止卫星上接收和/或发射的地面天线系统，如果其他潜在的干扰卫星是密集排列，例如，相距2度，则尤其需要提高增益和干扰抑制。单单增加圆形天线的接收面积可以提高沿所有方向的增益和干扰抑制。增加天线尺寸还应当考虑到成本和美观。在干扰抑制最重要的方向上更多地增大天线反射器的尺寸，椭圆形天线反射器可以更好地平衡这些竞争的设计目标。制成的椭圆形天线保持相对小的反射器尺寸(收集面积)，而同时在所需方向上改进多余信号的抑制。典型的是，通过对准天线反射器的长轴与对地静止弧实现这个目的。若多个馈电用于接收和/或发射到多个位置(例如，多个卫星)，则椭圆形反射器还可以设计成提高天线的性能。
一般地说，椭圆形天线馈电喇叭应当与椭圆形反射器结合使用以实现椭圆形反射器的最佳性能。虽然椭圆形天线馈电喇叭比普通的圆形馈电喇叭更复杂，但椭圆波束馈电有若干个成熟的设计方法。此外，许多应用现在利用圆极性。这是出现挑战的原因。在利用有圆极性极化器(也称之为CP极化器)的椭圆波束馈电时，很难实现良好的圆极性交叉极化隔离(也称之为x极化隔离或x-pol隔离)。问题的出现是因为椭圆形喇叭(或大多数非轴向对称喇叭)在平行(准平行)于喇叭宽边或窄边的正交电场之间引入微分相移。其结果是，当圆极性信号被椭圆形喇叭接收时，喇叭的非对称性在两个正交电场之间引入相位微分，从而在喇叭输出端把圆极性改变成椭圆极性。仅仅连接常规的CP极化器到有椭圆形部分的馈电喇叭可以导致不良的交叉极化性能，这是由于馈电喇叭的椭圆形部分产生的微分相位和幅度特征。
以下附加的背景信息有助于更详细地讨论CP极化器和椭圆形天线馈电喇叭。首先，应当知道圆极性可以表示成两个正交直线分量的矢量和，这两个直线分量有90度的相差。例如，正交直线分量可以是+45FV0P(与垂直方向的夹角为+45度和0度相位基准)和-45FV+90P(与垂直方向的夹角为-45度和+90度相位)。典型的CP极化器与-45FV+90P分量对准，并相对于45FV+90P分量延迟90度，因此，它变成与+45FV0P分量同相。在发生这种情况时，其结果是接收功率从圆极性到直线极性(在这种情况下是垂直极性)的转换在理论上是无损耗转换。然后，利用简单的直线探针，波导缝隙等，可以容易地拾取这个直线极性。若同时存在右旋圆极性(RHCP)和左旋圆极性(LHCP)，则该转换产生垂直和水平的直线极性分量。
现在考虑入射到图1A-1C所示椭圆形接收喇叭的理论上完全圆极性波束。再次回想到圆极性可以表示成两个正交直线分量的矢量和，这两个直线分量有90度的相差。为了简化，在这个情况下，正交直线分量分别是沿H(水平)和V(垂直)方向，在常规直角坐标系中H是与x轴对准(平行)，而V是与y轴对准。当圆极性波束进入喇叭时，喇叭的椭圆形状使H分量和V分量以不同的相速传播通过该喇叭，因此，当这两个分量到达喇叭的末端(极化器部分的始端)时，H分量和V分量不再是有90度的相差。因此，在极化器部分的始端存在椭圆极性。所以，设计成转换圆极性成直线极性的极化器有图1b所示不良的CP交叉极化(交叉极化)性能。
作为设计的折衷，许多椭圆形反射器系统在试图保存良好圆极性交叉极化隔离时利用有常规CP极化器的圆波束馈电。这种方法是容易实现的，但它可以导致反射器系统效率，增益，噪声温度，波束宽度，和旁瓣性能的重大折衷(退化)，因为圆波束馈电源不能合适地照射椭圆形反射器。这种情况是图2表示，其中沿反射器短轴的天线喇叭照射强度太强，从而导致大量浪费的溢出能量，它使增益，效率，和噪声温度退化。此外，沿反射器长轴的天线喇叭照射强度太弱，从而导致退化的递减效率和增益。此外，这种不合适照射可以使实现所需波束宽度和旁瓣性能变得非常困难。即，沿天线短轴的高照射强度使旁瓣退化(升高)，而沿天线长轴的低照射强度使波束宽度退化(加宽)。此外，在多波束应用中，单个反射器用于从多个波束源(通常是卫星)接收信号，而这些波束源是密集排列的，利用圆形馈电可以增加两个馈电源之间所需的物理间隔，它不能得到可接受的增益和干扰抑制特征。
人们在提供圆极化的椭圆波束馈电喇叭领域已做了一些工作。US专利No.6,570,542对天线喇叭给出一个模糊的描述，该天线喇叭包含一个分割椭圆形喇叭部分，其中相位补偿器是“弧结构金属”形式，它扩展到椭圆形喇叭的整个长轴。我们不清楚是否利用“弧结构金属”以去掉天线喇叭引入的相位微分，因此，常规的CP极化器可以与它连接，或者，若“弧结构金属”与喇叭结合使用以实现CP极化器所需的正确相位微分，从而不需要单独的CP极化器。不管如何，这种金属结构使喇叭的制造工艺复杂化，从而使模铸造或机械加工更加困难。此外，增加通过喇叭中心的弧可能要求该喇叭比许多应用中所需要的喇叭宽。
所以，我们需要这样的单波束和多波束椭圆形天线系统，它具有提高的效率，增益，干扰抑制，增益噪声温度，波束宽度，旁瓣尺寸和成本以及其他的特性。
发明内容
本发明满足上述用于接收圆极性波束的天线馈电喇叭和相关天线系统的要求。可以利用单个喇叭或一个或多个多喇叭天线馈电部件实现这种类型天线系统，该系统设计成在宽频带和多个宽频带上获得良好的圆极性性能。
图1a是有椭圆形过渡部分和常规CP极化器的现有技术天线馈电喇叭正视图。
图1b是图1a所示天线喇叭的透视图，它还展示作为参照系的直角坐标系。
图1c是图1a所示天线喇叭的剖面透视图。
图1d是图1a所示天线喇叭的圆极性交叉极化隔离特性曲线图。
图2是现有技术配置的曲线图，它说明利用有椭圆形反射器的圆形天线馈电喇叭得到的不合适照射。
图3a是包括椭圆形反射器，中央位置三喇叭天线馈电部件，和偏心或外装二喇叭天线馈电部件的天线系统顶视图。
图3b是图3a所示天线系统的正视图。
图3c是图3a所示天线系统的馈电喇叭结构透视图。
图3d是图3a所示天线系统的后透视图。
图4a是具有CP极化器功能的椭圆形天线馈电喇叭透视图。
图4b是图4a所示天线喇叭的剖面透视图。
图4c是图4a所示天线喇叭的圆极性交叉极化隔离特性曲线图。
图5a是有椭圆形过渡部分和相加相位微分部分的天线喇叭正视图。
图5b是图5a所示天线喇叭的透视图。
图5c是图5a所示天线喇叭的剖面透视图。
图5d是图5a所示天线喇叭的圆极性交叉极化隔离特性曲线图。
图6a是有椭圆形过渡部分和反向倾斜相位微分部分的天线喇叭透视图。
图6b是图6a所示天线喇叭的剖面透视图。
图6c是图6a所示天线喇叭的圆极性交叉极化隔离特性曲线图。
图7是典型CP极化器的相位微分与频率之间关系曲线图，它说明在频带上的相位微分斜率。
图8是图6a-c所示天线喇叭的相位微分与频率之间关系曲线图，它说明由于反向倾斜相位微分部分导致的宽带响应改进。
图9a表示有圆形接收部分，第一相位微分部分，频率双工器，和第二相加相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9b表示有椭圆形过渡部分，第一反向倾斜相位微分部分，频率双工器，和第二相加相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9c表示有整体椭圆形接收和CP极化器部分，频率双工器，和相加相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9d表示有椭圆形过渡部分，第一相加相位微分部分，频率双工器，和第二相加相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9e表示有圆形过渡部分，第一相位微分部分，频率双工器，和第二反向倾斜相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9f表示有椭圆形过渡部分，第一反向倾斜相位微分部分，频率双工器，和第二反向倾斜相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9g表示有整体椭圆形接收和CP极化器，频率双工器，和反向倾斜相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图9h表示有椭圆形过渡部分，第一相加相位微分部分，频率双工器，和反向倾斜相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭的各种视图。
图10a表示三喇叭天线馈电部件的透视图。
图10b表示图10a所示三喇叭天线馈电部件的剖面透视图。
图11a表示有椭圆形过渡部分，CP极化器和相位补偿部分的天线喇叭剖面透视图。
图11b表示图11a所示天线喇叭的圆极性交叉极化隔离特性曲线图。
图12a是在两个圆形馈电喇叭之间有椭圆形馈电喇叭的三喇叭天线馈电部件顶视图。
图12b是图12a所示三喇叭天线馈电部件的透视图。
图12c是图12a所示三喇叭天线馈电部件的正视图。
具体实施例方式
本发明可以体现在单波束或多波束天线的天线馈电喇叭和相关的圆极性天线系统中，它设计成在宽频带和多个频带上获得良好的圆极性性能。一般地说，在正交直线分量之间引入所需相位微分的几种方法可用在描述天线馈电喇叭实施例2的反向倾斜相位微分部分，它包括但不限于，利用椭圆形，矩形或长椭圆形波导的部分，圆形，正方形，椭圆形，矩形或长椭圆波导中的隔板，膜片，脊，螺钉，介质。此外，借助于LNBF中的探针或OMT(或其他装置)中的缝隙，通过拾取或分割正交分量，然后相对于其他分量延迟(借助于简单长度或建立的相移方法)一个分量的合适量，为的是在再组合之前获得所需标称总90度的相位微分，可以实现所需的相位微分。
我们在这个公开内容的许多例子中描述椭圆形喇叭孔径，然而，本发明可应用于在两个正交直线分量之间引入相位微分的任何装置，需要补偿相位微分以获得良好的CP转换和交叉极化(x-pol)隔离，它包括但不限于，任何非圆波束馈电，矩形馈电，其他类型长椭圆形馈电，轮廓波纹馈电，馈电天线罩，特定反射器光学元件，反射器天线罩，选频面等。
为了简化讨论，这个公开内容中的例子主要涉及信号的接收，并一般涉及单个圆极性。然而，互易性适用于所有给出的实施例，只要它们大致是低损耗无源结构。此外，喇叭，CP极化器和相位补偿部分明显地支持两个方向CP(RHCP和LHCP)。若两个方向CP入射到喇叭上，则它们被转换成两个正交直线极性，利用两个正交探针和/或缝隙，可以容易地拾取它们。所以，实施例1和2中描述的方法可用于发射和/或接收任何圆极性组合的功率在每个频带上实现的单个CP或双重CP，其中包括实施例5的多个宽间距频带。
应当指出，为了简化，在这些例子中往往给出具体的相位值，但是以上解释的相位补偿概念是通用的。例如，以下的情况适用于实施例#2若椭圆形喇叭引入X度相位微分，则反向倾斜相位微分部分应当引入90-X度相位微分，因此，引入的总相位微分是90度＝X+(90-X)。
为了简化，本发明者提供的例子是利用两个正交直线分量之间有标称90度相位微分作为实现CP转换的目标。然而，应当明白，标称-90度或任何-90度或90度的奇整数倍也可以实现良好的CP(...，-630，-450，-270，-90，90，270，450，630等)，且本发明也覆盖这些情况。作为实施例2的例子，该喇叭可以引入470度相位微分，而反向倾斜相位微分部分可以引入-200度相位微分，从而得到总数为270度相位微分。
此外，专业天线设计人员可以明白，术语“CP极化器”不局限于理论上实现从圆极性完全转换成直线极性的装置，而是包括在具体应用中可接受设计约束下实现从圆极性转换成直线极性的各种装置。
现在参照附图，图1a-1c表示现有技术的天线馈电喇叭100正视图，它有馈电到常规CP极化器104的椭圆形接收锥和过渡部分102。过渡部分102是从喇叭前端的孔径106延伸到CP极化器104的前端，CP极化器104延伸到波导端口108，在此处放置直线极性拾取器。因此，这种配置的目的是在波导端口108产生直线极性信号，但不考虑过渡部分102产生的30度微分相移。这导致不良的交叉极化(x-pol)隔离，如图1d所示，图1d是天线喇叭100的圆极性交叉极化隔离特性曲线图120。
图2是现有技术配置的曲线图200，它说明利用有椭圆形反射器的圆形天线馈电喇叭导致的不合适照射。失配区域202a-b代表接收模式中浪费能量的区域，这是由于圆形馈电喇叭在沿椭圆形反射器长轴方向不足照射造成的。类似地，失配区域204a-b代表圆形馈电喇叭在沿椭圆形反射器短轴的浪费照射区域，该区域延伸到反射器的实际周边以外。这也称之为过照射溢出能量。
图3a-3d表示包含椭圆形反射器302，中央位置三喇叭天线馈电部件304，和偏心或外装二喇叭天线馈电部件306的天线系统300。这个说明书中描述的任何馈电喇叭可用在这些位置中的任何位置。例如，参照图16描述的整体三喇叭馈电部件1600可以作为中央位置三喇叭天线馈电部件304，而外装喇叭306可以是常规的波纹馈电喇叭。
图4a-4c表示椭圆形天线馈电喇叭400，它包含从孔径404延伸到圆形咽喉部分406的椭圆形接收锥和过渡部分402，圆形咽喉部分406连接到放置直线极性拾取器的波导端口408。过渡部分402的功能是90度CP极化器，而咽喉部分406对传播信号不产生任何微分相移。因此，馈电喇叭400的功能是CP极化，而不需要任何内部极化元件。这是通过仔细地选取过渡部分402的高度，宽度，长度，张角和内表面形状实现的。请注意，张角不必是恒定或平滑的，而过渡部分可以包含喇叭口或圆形台阶和其他类型阶梯，只要当入射CP波束传播通过过渡部分之后，最终的结果是90度的微分相移。图4c是天线喇叭400的圆极性交叉极化隔离特性曲线图420。比较这个结果与现有技术天线喇叭100的曲线图120，它说明天线喇叭400可以实现大大改进的x-pol隔离特性。
图5a-5c表示有椭圆形接收锥和过渡部分502的天线喇叭500，它是从孔径504连接到相加相位微分部分506，相位微分部分506连接到放置直线极性拾取器的波导端口508。在这个实施例中，过渡部分502产生小于所需微分相移的35度，而相加相位微分部分506沿与过渡部分相同方向产生微分相移55度(即，相加的+55度)。因此，最终的结果是通过天线喇叭500后产生90度微分相移，它在直线极性拾取器中产生良好的x-pol隔离，如图5d中曲线图520所示。同样，比较这个结果与现有技术天线喇叭100的曲线图120，它说明天线喇叭500可以实现大大改进的x-pol隔离特性。
图6a-6c表示有椭圆形接收锥和过渡部分602的天线喇叭600，它是从孔径604连接到反向倾斜相位微分部分606，相位微分部分606连接到放置直线极性拾取器的波导端口608。在这个实施例中，过渡部分602产生大于所需微分相移的130度，而反向倾斜相位微分部分606沿与过渡部分相反方向产生微分相移40度(即，相减的-40度)。因此，最终的结果是通过天线喇叭600后产生90度微分相移，它在直线极性拾取器中产生良好的x-pol隔离，如图6c所示的曲线图620。重要的是，比较这个结果与现有技术天线喇叭400的曲线图420和现有技术天线喇叭500的曲线图520，它说明天线喇叭600在更宽的频带范围内可以实现大大改进的x-pol隔离特性。
图7是典型CP极化器的相位微分与频率之间关系曲线图700，它说明在其工作频带上的相位微分斜率。图8是天线馈电喇叭600的相位微分与频率之间关系曲线图800。曲线802代表过渡部分602的相位微分特性，而曲线804代表反向倾斜相位微分部分606的相位微分特性。这两个微分相位特性的组合产生通过喇叭600的总相位微分曲线806，它说明这个喇叭在更宽的频带上实现大大改进的CP极化性能(即，接近于90度的微分相移)。
图9a包括图9a1至图9a5，它表示有圆形接收部分902的多频带多端口天线馈电喇叭900，圆形接收部分902给第一相位微分部分904馈电，而第一相位微分部分904再给频率双工器906馈电，它分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号。频率双工器传送低频带信号到第一组波导端口908a-b(每个直线极性一个端口)，还传送高频带信号到第二相加相位微分部分910，相位微分部分910传送高频带信号到第二波导端口912。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口908a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口912。
圆形接收部分902对传播信号不产生任何微分相移。第一相位微分部分904产生90度低频带微分相移和50度高频带微分相移。然后，第二相加相位微分部分910对高频带信号产生相加的40度微分相移。因此，在第一组波导端口908a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口912完成高频带CP极化。
图9b包括图9b1至图9a4，它表示有椭圆形接收部分922的多频带多端口天线馈电喇叭920各种视图，椭圆形接收部分922给第一相位微分部分924馈电，而第一相位微分部分924再给频率双工器926馈电，它分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号。频率双工器传送低频带信号到第一组波导端口928a-b(每个直线极性一个端口)，还传送高频带信号到第二相位微分部分930，相位微分部分930再传送高频带信号到第二波导端口932。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口928a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口932。
椭圆形接收部分922产生130度的低频带微分相移和70度的高频带微分相移。第一相位微分部分924产生-40度的低频带微分相移和-25度的高频带微分相移。然后，第二相位微分部分910对高频带信号产生相加的45度微分相移。因此，在第一组波导端口928a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口932完成高频带CP极化。此外，由于第一相位微分部分924的-40度反向倾斜相位微分特性，它对低频带信号完成改进的x-pol隔离。类似地，由于第一相位微分部分924的-25度反向倾斜相位微分特性，它对高频带信号完成改进的x-pol隔离。
图9c包括图9c1至9c3，它表示有整体椭圆形接收和CP极化器部分942，频率双工器944，和相加相位微分部分948的天线馈电喇叭940。频率双工器944分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号，并传送低频带信号到第一组波导端口946a-b(每个直线极性一个端口)。频率双工器944还传送高频带信号到相加相位微分部分948，相位微分部分948再传送高频带信号到第二波导端口949。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口948a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口949。
椭圆形接收部分942产生90度的低频带微分相移和50度的高频带微分相移。相加相位微分部分948对高频带信号产生相加的40度微分相移。因此，在第一组波导端口946a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口949完成高频带CP极化。
图9d包括图9d1至9d4，它表示有椭圆形过渡部分952，第一相加相位微分部分954，频率双工器956，和第二相加相位微分部分958的多频带多端口天线馈电喇叭950各种视图。频率双工器956分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号。频率双工器传送低频带信号到第一组波导端口957a-b(每个直线极性一个端口)，还传送高频带信号到第二相加相位微分部分958，相位微分部分958再传送高频带信号到第二波导端口959。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口957a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口959。
椭圆形接收部分952产生60度的低频带微分相移和35度的高频带微分相移。第一相位微分部分954产生30度的低频带相加微分相移和20度的高频带微分相移。然后，第二相加相位微分部分958对高频带信号产生相加的35度微分相移。因此，在第一组波导端口957a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口959完成高频带CP极化。
图9e包括图9e1至9e5，它表示有圆形接收部分961的多频带多端口天线馈电喇叭960各种视图，圆形接收部分961给第一相位微分部分962馈电，第一相位微分部分962再给频率双工器964馈电，频率双工器964分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号。频率双工器传送低频带信号到第一组波导端口966a-b(每个直线极性一个端口)，还传送高频带信号到反向倾斜相位微分部分968，相位微分部分968再传送高频带信号到第二波导端口969。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口966a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口969。
圆形接收部分961对传播信号不产生任何微分相移。第一相位微分部分962产生90度的低频带微分相移和50度的高频带微分相移。然后，反向倾斜相位微分部分968对高频带信号产生-140度的微分相移。因此，在第一组波导端口966a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口969完成高频带CP极化。此外，由于相位微分部分968的-140度反向倾斜相位微分特性，对高频带信号完成改进的x-pol隔离。
图9f包括图9f1至9f4，它表示有椭圆形过渡部分971，第一反向倾斜相位微分部分972，频率双工器974，和第二反向倾斜相位微分部分978的多频带多端口天线馈电喇叭970各种视图。频率双工器974分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号。频率双工器传送低频带信号到第一组波导端口976a-b(每个直线极性一个端口)，还传送高频带信号到第二相加相位微分部分978，相位微分部分978再传送高频带信号到第二波导端口979。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口976a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口979。
椭圆形接收部分971产生130度的低频带微分相移和70度的高频带微分相移。第一相位微分部分972产生-40度的低频带微分相移和-25度的高频带微分相移。然后，第二相位微分部分978对高频带信号产生反向倾斜-135度微分相移。因此，在第一组波导端口976a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口979完成高频带CP极化。此外，由于第一相位微分部分972的-40度反向倾斜相位微分特性，对低频带信号完成改进的x-pol隔离。类似地，由于第一相位微分部分972的-25度反向倾斜相位微分特性和第二相位微分部分978的-135度反向倾斜相位微分特性，还对高频带信号完成改进的x-pol隔离。
图9g包括图9g1至9g4，它表示有整体椭圆形接收和CP极化器982，频率双工器984，和反向倾斜相位微分部分的多频带多端口天线馈电喇叭980各种视图。频率双工器984分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号，还传送低频带信号到第一组波导端口986a-b(每个直线极性一个端口)。频率双工器984还传送高频带信号到相加相位微分部分988，相位微分部分988再传送高频带信号到第二波导端口989。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口986a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口989。
椭圆形接收部分982产生90度的低频带微分相移和50度的高频带微分相移。相加相位微分部分988对高频带信号产生反向倾斜-160度微分相移。因此，在第一组波导端口986a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口989完成高频带CP极化。此外，由于反向倾斜相位微分部分988的-160度反向倾斜相位微分特性和-135度反向倾斜相位微分特性，对高频带信号完成改进的x-pol隔离。
图9h包括图9h1至9h4，它表示有椭圆形过渡部分991，第一相加相位微分部分992，频率双工器994，和反向倾斜相位微分部分998的多频带多端口天线馈电喇叭990各种视图。频率双工器994分开传播通过该双工器的低频带信号和高频带信号。频率双工器传送低频带信号到第一组波导端口996a-b(每个直线极性一个端口)，还传送高频带信号到反向倾斜相位微分部分998，相位微分部分998再传送高频带信号到第二波导端口999。低频带直线极性拾取器放置在第一组波导端口996a-b，而高频带直线极性拾取器放置在第二波导端口999。
椭圆形接收部分991产生60度的低频带微分相移和35度的高频带微分相移。第一相位微分部分992产生30度的低频带相加微分相移和20度的高频带相加微分相移。然后，反向倾斜相位微分部分998对高频带信号产生反向倾斜-145度微分相移。因此，在第一组波导端口996a-b完成低频带CP极化，而在第二波导端口999完成高频带CP极化。此外，由于相位微分部分998的-145度反向倾斜相位微分特性，对高频带信号完成改进的x-pol隔离。
图10a-10b表示三喇叭天线馈电部件1000，它包含位于第一椭圆形馈电喇叭1002与第二椭圆形馈电喇叭1004之间基本矩形中央馈电喇叭1002。馈电部件1000是包含三个馈电喇叭1002，1003和1004以及复合LNB的整体结构，它可以在单个铸件内形成三喇叭整体LNBF。在这个说明书中描述的任何馈电喇叭可以把中央喇叭改变成基本矩形馈电喇叭外形(或任何喇叭的任何其他外形)，它可用作不同的实施例。在一个具体实施例中，中央馈电喇叭1002从位于西经101度的卫星上接收频带为12.7-12.7GHz(Ku BSS频带)的波束。左馈电喇叭1004从位于西经102.8度的卫星上接收频带为18.3-18.8和19.7-20.2GHz(Ka频带)的波束。右馈电喇叭1006从位于西经99.2度的卫星上接收频带为18.3-18.8和19.7-20.2GHz(Ka频带)的波束。
图11a-11b表示有椭圆形过渡部分1102，相位补偿部分1104，和CP极化器1106的天线喇叭1100，CP极化器1106传送传播信号到放置直线极性拾取器的波导端口1108。椭圆形接收部分1102产生35度的微分相移，相位补偿部分1104产生-35度的微分相移，和CP极化器1106产生90度的微分相移。因此，在波导端口1108完成CP极化，而在第二波导端口999完成高频带CP极化。此外，由于相位补偿部分1104的-35度反向倾斜相位微分特性，如图11b所示，完成改进的x-pol隔离。
图12a-12c表示在两个圆形馈电喇叭1204与1206之间有椭圆形馈电喇叭1202的三喇叭天线馈电结构1200。在这个实施例中，每个天线喇叭馈电部件1202，1204和1206是包含LNB的整体结构，它可以在单个铸件内形成单喇叭整体LNBF。所有三个馈电喇叭安装在共同馈电支承架1208上。在这个说明书中描述的任何馈电喇叭可以改变成有任何外形的任何喇叭，它可以用作不同的实施例。在一个具体实施例中，中央馈电喇叭1202从互相邻近(从喇叭的透视图考虑)的两个卫星上接收信号。第一个卫星从西经119度位置发射频带为12.7-12.7GHz(Ku BSS频带)的信号，而第二个卫星从西经118.7度位置发射频带为11.7-12.2GHz(Ku BSS频带)的信号，从而产生11.7-12.2CP宽带信号。因此，参照图6描述的宽带天线馈电喇叭600适合于这种应用。左馈电喇叭1204从位于西经129度的卫星上接收频带为12.2-12.7GHz(Ku BSS频带)的信号。右馈电喇叭1206从位于西经110度的卫星上接收频带为12.2-12.7GHz(Ku BSS频带)的信号。
以下，参照某些现有技术配置进一步描述本发明实施例的优点，功能和配置。
当前折衷方案#1(CCA#1)图1a-1d说明第一个当前(现有技术)折衷方案#1(CCA#1)。许多椭圆形反射器系统仅仅利用有常规CP极化器的圆波束馈电，为的是保存良好的圆极性交叉极化隔离。这种方法是容易实施的，但导致反射器系统效率，增益噪声温度，波束宽度，和旁瓣性能有很大的折衷(退化)，因为圆波束馈电不能合适地照射椭圆形反射器。
如图2所示，沿反射器短轴的照射强度太高，从而导致大量浪费的溢出能量，它使增益，效率和噪声温度退化，和/或沿反射器长轴的照射强度太低，从而导致退化的递减效率和增益。此外，这种不合适照射很难实现所需的波束宽度和旁瓣性能。沿天线短轴的高照射强度使旁瓣退化(升高)。沿天线长轴的低照射强度使波束宽度退化(加宽)。此外，在要求单个反射器从多个密集排列源(卫星)接收和/或发射的多波束应用中，圆形馈电源往往太宽，它不允许两个馈电源之间有密集的物理间隔。
本发明的几个实施例(即，除了图9a和图9e以外的所有实施例)解决CCA#1的基本性能和实施限制问题，其中利用椭圆波束馈电喇叭优化椭圆形反射器性能(效率，增益，噪声温度，旁瓣，和波束宽度)，与此同时实现包括可接受交叉极化隔离的良好或优良圆极性性能。利用椭圆波束馈电可以合适地照射整个椭圆形反射器(沿所有的轴)以减小溢出，与此同时保持良好的递减效率，并给设计者提供照射圆形反射器的自由度，可以最佳地优化具体应用和用户要求的性能。事实上，在一些应用中，这种椭圆波束馈电可用于圆形反射器作为改进(变窄)波束宽度的装置，与此同时保持合理的效率，增益，和噪声温度。具体地说，圆形反射器上的椭圆形照射仅在所需的方向上(通常是沿卫星带的方向)增加照射强度，它改进(变窄)该方向上的波束宽度，与此同时在正交方向(垂直于卫星带)上保持相对低的照射强度，这有助于保持合理的增益和噪声温度性能。此外，这些椭圆形馈电源可以做得比圆形馈电源窄得多，它在各种多波束单个反射器应用中适应密集排列馈电源的要求。
当前折衷方案#2(CCA#2)还有一些在椭圆形(或长椭圆形)反射器上利用椭圆形(或长椭圆形)波束喇叭的其他现有技术方案。然而，当CP极化器只是连接到椭圆形馈电喇叭部分上时，如图1a-1d所示，这些现有技术配置导致不良的x-pol隔离。我们考虑入射到椭圆形接收喇叭上的一个完全圆极性波束，如这些附图所示。回想到圆极性可以表示成两个正交直线分量的矢量和，这两个直线分量有90度的相差。为了简化，这两个直线分量可以称之为H(水平)和V(垂直)分量，其中H是与x轴对准(平行)，而V是与y轴对准。当圆极性进入该喇叭时，喇叭的椭圆形状使H分量和V分量以不同的相速传播通过该喇叭，因此，当这两个分量到达喇叭的末端(极化器部分的始端)时，H分量和V分量不再有90度的相差。例如，现在的H分量和V分量可能有60度或120度的相差，它取决于CP极化器的取向，如果初始CP是RHCP或LHCP。因此，在极化器部分的始端现在是椭圆极性。利用圆极性极化器可以导致不良的交叉极化隔离，如图1b所示，因为常规的圆极性极化器设计成把圆极性(而不是椭圆极性)转换成直线分量，其中借助于一个直线分量相对于另一个直线分量延迟90度相位。
此外，如图1a-1c所示，许多应用是使CP极化器的取向为45度，因此，线性探针或波导缝隙在与极化器连接的LNB或OMT中是垂直和/或水平取向。这对于机械封装是方便的。然而，在椭圆形喇叭中就出现问题，因为椭圆形喇叭在与馈电源宽壁或窄壁(它不是与CP极化器取向相同的45度取向矢量)对准的矢量中已引入相位微分。所以，喇叭和CP极化器的总相位微分大于所需的90度，因此，相位微分作用在这样的正交分量上，这些正交分量并不与极化器90度相位微分作用的正交分量对准。不正确的相位微分量和不正确的对准可以严重地限制CP交叉极化的性能。
本发明某些实施例相对于CCA#2的优点本发明的所有实施例可以克服CP极化器产生不正确取向和不正确相位微分所造成CCA#2基本性能的缺点。
当前折衷方案#3(CCA#3)在US专利No.6,570,542中描述称之为CCA#3的第三个折衷方案。本发明实施例包含未分割的椭圆形天线馈电喇叭部分，它优于CCA#3的分割椭圆形喇叭部分。
本发明某些实施例相对于CCA#3的优点具体地说，图4a-4b所示的天线馈电喇叭400包含有整体CP极化器功能的椭圆波束喇叭。为了实现这个实施例，本发明者认识到，椭圆形天线馈电喇叭可以设计成接收圆极性并提供良好的交叉极化隔离，它不需要单独极化器部分或分割的椭圆形馈电喇叭部分，例如，一种包含横跨椭圆形喇叭部分的隔板。这是有纪念性的向前进阶段，因为它大大减小椭圆形喇叭极化器的尺寸和复杂性。这是因为椭圆形喇叭部分和极化器现在整体地形成在相同结构内，它去掉多余的元件，从而使这个实施例可以较容易并有较低成本利用模铸造，机械加工或其他手段制造。此外，这个实施例的内部尺寸可以有都沿相同方向的角斜度，它意味着内部横截面是从输入波导向外逐渐增大到喇叭开孔或孔径。这对于把喇叭与模铸造LNBF，OMT，双工器或其他装置制成整体是方便的。
图4a-4b所示的喇叭过渡部分是平滑过渡的，在这个具体例子中，它是从椭圆形过渡到圆形波导。然而，在本发明的所有实施例中，喇叭过渡部分可以是非线性和/或以各种速率变化(过渡)的多个部分，事实上，它可以包含凸变的台阶以及用于控制喇叭性能和长度的装置。本发明者还认识到，可以仔细地选取各个部分和台阶的尺寸以限制多余的模式，为的是保持优良的照射，匹配，和CP交叉极化性能。
椭圆形喇叭的不同高度和宽度(长轴和短轴)使传播通过该喇叭后的两个正交直线分量之间引入相位微分。本发明者认识到，通过合适地选取喇叭过渡部分的尺寸(H，W和长度)，相位微分“X”在给定频率下几乎可以是正好90度或90度的任何奇整数倍(例如，-630度，-450度，-270度，-90度，90度，270度，450度，630度)。因此，在中心频带附近，喇叭过渡部分引入的标称相位微分“X”可以用X＝90度*n描述，其中n是奇整数。这可以导致从CP到LP的优良功率转换和在单个频率下的优良交叉极化隔离性能以及在适当带宽上的良好交叉极化隔离。
图4a-4b所示的第一个实施例在直线极性探针，缝隙以45度取向时工作得最好。然而，本发明的原理也适用于探针/缝隙有不同取向角构成的任何其他实施例。
参照图6a-6b描述的天线馈电喇叭600所示第二个实施例是宽带高性能椭圆波束圆极性设计，它采用椭圆波束喇叭，仔细地设计成与附加的反向倾斜相位微分部分结合工作，可以在图6c所示非常宽的频带上获得大大改进的性能。为了实现这个实施例，本发明者认识到，第一个实施例中大多数圆极化器和椭圆形喇叭引入的相位微分在工作带宽上不是恒定的。它与频率之间的关系通常是倾斜的，如图7所示。因此，对于第一个实施例的椭圆形喇叭，以及对于大多数的圆极性极化器，实现完全CP转换所需的90度总相位微分仅仅发生在单个频率上。相位微分与频率之间关系的这种倾斜在带宽上基本限制交叉极化性能。
在这个实施例中，本发明者还认识到，椭圆形孔径接收装置可以设计成包含椭圆形过渡部分和反向倾斜相位微分部分，反向倾斜相位微分部分在沿与椭圆形过渡部分相反的方向上引入相位微分(两个正交直线模式之间)。具体地说，若这些元件(过渡部分或反向倾斜相位微分部分)中的一个元件在两个正交分量之间引入相位滞后，则另一个元件可以设计成在这两个正交分量之间引入相位超前。还可以协同地设计这两个部分，它使总相位微分是90度或90度的奇整数倍。超前和滞后相位微分元件的组合产生它们相反的微分相位倾斜效应，它允许天线喇叭组合部分引入的两个直线分量之间总相位微分在很宽频带上是90度。换句话说，形成的交叉极化隔离在工作频带上是更佳和更恒定。
在这个具体例子中，喇叭过渡部分引入标称相位微分“X”(例如，在中心频带上X＝130度)和放置在过渡部分之后的反向倾斜相位微分部分在所需标称频率下引入相反的相位微分“Y”(例如，Y＝-40度)，因此，通过喇叭过渡部分和反向倾斜相位微分部分形成的总相位微分是CP极化所需的90度。这可以利用反向倾斜相位微分补偿(在这个例子中是130度-40度)的任何组合或90度的奇整数倍(例如，-630度，-450度，-270度，-90度，90度，270度，450度，630度等)完成。换句话说，在中心频带附近，这两个部分引入的相位微分可以描述成如下的公式90*n＝X+Y，其中“n”是奇整数在这个公式中，X是喇叭过渡部分在两个正交直线分量之间引入的标称中心频带相位微分，而Y是反向相位倾斜部分引入的标称中心频带相位微分，其中Y和X有相反的斜率(即，一个是正的，而另一个是负的)。
重要的是，“反向倾斜相位微分部分”的相位微分与频率响应之间关系和喇叭过渡部分的相位微分与频率响应之间关系是沿相反的方向倾斜，因此，形成的总相位微分与频率之间关系是相对平坦的，它在很大的带宽上保持接近于90度或90度奇整数倍。例如，如图8所示，在11.2GHz，相位微分是93度(149度-56度)；在12.2GHz，相位微分是90度(130度-40度)；和在13.2GHz，相位微分是93度(114度-24度)。这导致在很大的带宽上有优良的CP转换和优良的CP交叉极化性能，如图6c所示。
作为另一个例子，椭圆形喇叭过渡部分可以引入标称70度相位微分，而反向相位倾斜部分可以引入-160度相位微分，从而得到标称-90度总相位微分。这还意味着，例如，椭圆形喇叭过渡部分可以引入标称470度相位微分，而反向相位倾斜部分可以引入标称-200度相位微分，从而得到标称270度总相位微分。
参照图6a-6c描述的这个实施例600通常是略微长于参照图4a-4c描述的第一个实施例400，但它仍然是相对容易和低成本制造的(模铸造，机械加工等)，并整合到LNBF模铸造外壳中。若反向相位倾斜部分是与脊对准，这些脊与椭圆形喇叭孔径的长轴对准，且直线极性探针，缝隙等的取向是45度，则实施例600可以最佳地工作。然而，我们应当认为这个专利覆盖各种不同设计的实施例，其中极化器和/或探针/缝隙有其他的取向角。本发明的原理也适用于任何其他的实施例，其中相位补偿极化器的功能/部分分割成多个部分。
图5A-5C所示的第三个实施例500是椭圆波束圆极性设计，它采用有相加相位微分部分的椭圆波束喇叭，可以在适当的带宽上实现CP极化转换。在这个实施例中，本发明者认识到，椭圆形喇叭在两个正交直线分量之间引入的相位微分“X”往往不同于90度(例如，X＝35度)，并可以添加相加相位微分部分以提供附加的相位微分“Y”(在这个例子中，Y＝55度)，从而在中心频带附近得到90度或90度奇整数倍(-630度，-450度，-270度，-90度，90度，270度，450度，630度，...)的总相位微分。喇叭过渡部分和相加相位微分部分的标称相位微分部分确实是可相加的或沿相同的方向(若一个部分在两个正交直线分量之间引入相位滞后，则另一个部分在这两个分量之间也引入相位滞后)。因此，在中心频带附近，这两个部分引入的相位微分可以描述为90*n＝X+Y，其中“n”是奇整数在这个公式中，X是喇叭过渡部分在两个正交直线分量之间引入的标称中心频带相位微分，而Y是相加相位倾斜部分引入的标称中心频带相位微分，且Y与X必须有相同的符号。
通常，喇叭过渡部分和相加相位微分部分的相位微分与频率之间关系曲线是沿相同的方向倾斜，因此，形成的总相位曲线是倾斜的，且相位微分在频带边缘不是90度。所以，这个实施例在中心频带附近提供优良的CP转换和CP交叉极化性能以及在频带边缘提供良好的性能。虽然这个实施例#3没有实施例#2那样宽的频带，但是它可以作为另一个具体的设计方案，其中对物理尺寸(特别是长度)有限制，而对带宽的要求适度的。
若相加相位倾斜部分是与脊对准，这些脊与椭圆形喇叭孔径的短轴对准，如图5a-5c所示，且直线极性探针，缝隙等的取向是45度，则参照图5a-5c描述的天线馈电喇叭500所示第三个实施例可以最佳地工作。然而，本发明的原理也适用于极化器和/或探针/缝隙有不同取向角构成的任何其他实施例。本发明的原理还适用于任何其他的实施例，其中相位补偿极化器的功能/部分被分割成多个部分。
包含图9a-9h所示天线馈电喇叭900-990的第四个实施例利用多个相位微分部分，用于在椭圆(或长椭圆)或圆波束接收和/或发射装置中实现多频带圆极性性能。许多应用要求在反射器天线系统上通过相同的馈电喇叭接收和/或发射多个频带。例如，接收频带可以是在19.7-20.2GHz上，而发射频带可以是在29.5-30GHz上。很难设计在这两个频带上都能工作得很好的圆极性极化器，若还要求喇叭有椭圆形照射，则该喇叭(以上讨论的)引入的相位微分更增加了困难。可以采用实施例1，2，3中使用的方法以提高有椭圆馈电的圆极性性能，但是在频率间隔很宽的多个频带应用中，即使利用实施例#2，也不可能提供合适的性能。
为了实现这些实施例，本发明者认识到，在这种情况下可以利用多级相位微分部分与双工器部分的组合以提取和隔离频带。为了简化，我们描述仅仅有频率间隔很宽的两个频带作为例子(然而，这种技术可应用于多个频带)。本发明者还认识到，与较高频率比较，相位微分部分或喇叭过渡部分在较低频率下可以引入较大的相位微分，而且我们明白，利用这个特点可以在多个频带上实现优良的CP性能。
具体地说，在参照图9a描述的天线馈电喇叭900中，本发明者认识到，喇叭过渡部分(HTS)和第一个相位微分部分(IPDS)可以在最低频带(例如，12.2-12.7GHz)上引入所需的标称90度相位微分，而不是在较高频带上(例如，在标称18.3-20.2GHz频带上仅有50度相位微分)，因此，较低频带(LB)可以从CP完全转换成LP(单极性或双极性)，并借助于典型的OMT或共极性双工器(或其他装置)使它与中央波导分开，从而允许上频带传输通过。上频带继续通过第二个相位微分部分(SPDS)，它引入高频带所需的其余相加相位微分(在这个例子中是标称40度)，因此，总的相位微分在上频带中心是标称90度(50+40)。在这种情况下，SPDS在高频带上引入的相位微分(40度)是相加的，且SPDS中的这些脊是与IPDS中的脊对准(除非椭圆形喇叭过渡部分比IPDS引入更大的相位微分)。图9b，9c，9d表示这个椭圆形喇叭概念的其他实施方案，且我们知道，椭圆形喇叭过渡部分在高频带和低频带上引入所需的部分相位微分。
作为另一个例子，参照图9b描述的天线馈电喇叭920包括椭圆形过渡部分，它引入标称130度的低频带相位微分和70度的高频带相位微分。IPDS引入标称-40度的低频带反向倾斜相位微分和-25度的高频带相位微分。所以，在双工器的输入端，在低频带上引入90度(＝130度-40度)的相位微分，从而实现从CP到LP的优良低频带转换性能，因此，双工器可以提取产生的低频带直线极性信号进入侧边端口，并传输仅有45度(＝70度-25度)相位微分的高频带信号。然后，SPDS引入所需的标称45度相加高频带相位微分，因此，得到总数为90度(＝70度-25度+45度)的高频带相位微分，并在高频带上发生从CP到LP的良好转换。
在参照图9c描述的天线馈电喇叭940中，椭圆形喇叭引入标称90度的低频带相位微分和50度的高频带相位微分。在这种情况下不需要IPDS，因为椭圆形喇叭引入全部标称90度低频带相位微分，从而实现从CP到LP的良好低频带转换性能，因此，双工器可以提取产生的低频带直线极性信号进入侧边端口并传输仅有50度相位微分的高频带信号。然后，SPDS引入所需标称40度的相加高频带相位微分，因此，我们得到总数为90度(＝50度+40度)的高频带相位微分，并在高频带上发生从CP到LP的良好转换。
在参照图9d描述的天线馈电喇叭950中，椭圆形喇叭引入标称60度的低频带相位微分和35度的高频带相位微分。IPDS引入标称30度的低频带相加相位微分和20度的高频带相位微分。因此，在双工器的输入端，在低频带已引入90度(＝60度+30度)的相位微分，从而实现从CP到LP的良好低频带转换性能，因此，双工器可以提取形成的低频带直线极性信号进入侧边端口并传输仅有55度(＝35度+20度)相位微分的高频带信号。然后，SPDS引入所需的标称35度相加高频带相位微分，因此，我们得到总数为90度(＝35度+20度+35度)的高频带相位微分，并在高频带上发生从CP到LP的良好转换。
参照图9e描述的天线馈电喇叭960给出这样一个例子，其中SPDS引入标称-140度相位微分，而且它与HTS和IPDS在上频带引入的相位微分反向倾斜。如同在第二个实施例中，这种反向倾斜在整个上频带导致非常接近于-90度的总相位微分(例如，在上频带底部为-92＝60-152，在上频带中心为-90＝50-140，和在上频带顶部为-88＝40-128)，并在整个上频带获得改进的CP交叉极化隔离性能。在这种情况下，SPDS或IPDS中的脊垂直于IPDS的脊(除非椭圆形喇叭过渡部分比IPDS引入更大的相位微分)。图9f，g，h表示这种椭圆形喇叭概念的其他实施方案，且我们知道椭圆形喇叭过渡部分在高频带和低频带上引入所需的部分相位微分。
在参照图9f描述的天线馈电喇叭970中，椭圆形过渡部分971引入标称130度的低频带相位微分和70度的高频带相位微分。IPDS引入标称-40度的低频带反向倾斜相位微分和-25度的高频带相位微分。因此，在双工器的输入端，在低频带上已引入90度(＝130度-40度)相位微分，从而实现从CP到LP的优良低频带转换性能，因此，双工器可以提取形成的低频带直线极性信号进入侧边端口并传输仅有45度(＝70度-25度)相位微分的高频带信号。然后，SPDS引入所需的标称-135度反向倾斜高频带相位微分，因此，我们得到总数为-90度(＝70度-25度-135度)的高频带相位微分，并在高频带上发生从CP到LP的良好转换。
在参照图9g描述的天线馈电喇叭980中，椭圆形过渡部分982引入标称90度的低频带相位微分和50度的高频带相位微分。在这种情况下，我们不需要IPDS，因为椭圆形喇叭引入全部标称90度低频带相位微分，从而实现从CP到LP的良好低频带转换性能，因此，双工器可以提取形成的低频带直线极性信号进入侧边端口并传输仅有50度相位微分的高频带信号。然后，SPDS引入所需的标称-160度反向倾斜高频带相位微分，因此，我们得到总数为-90度(＝50度-160度)的高频带相位微分，并在高频带上发生从CP到LP的良好转换。
在参照图9h描述的天线馈电喇叭990中，椭圆形过渡部分991引入标称60度的低频带相位微分和35度的高频带相位微分。IPDS引入标称30度的低频带相加相位微分和20度的高频带相位微分。因此，在在双工器的输入端，在低频带上已引入90度(＝60度+30度)相位微分，从而实现从CP到LP的良好低频带转换性能，因此，双工器可以提取形成的低频带直线极性信号进入侧边端口并传输仅有55度(＝35度+20度)相位微分的高频带信号。然后，SPDS引入所需的标称-145度反向倾斜高频带相位微分，因此，我们得到总数为-90度(＝35度+20度-145度)高频带相位微分，并在高频带上发生从CP到LP的良好转换。
还应当注意，相位IPDS和SPDS可以设计成这样，在低频带和高频带上形成的标称相位微分是90度的整数倍。我们还容易地看到相同的原理不但可以改进两个频带的性能，而且可以改进多个频带的性能，只要在分割的不同频带中每个相继部分增加更多个相位补偿部分。此外，我们还容易看到这些频带中的任何频带可以是直线极性，只要使拾取探针，缝隙等与极化器和/或相位补偿部分对准。
参照图11描述的天线馈电喇叭1100的第五个实施例是有相位补偿部分与常规CP极化器结合使用的椭圆(或长椭圆)波束喇叭。为了实现这个实施例，本发明者认识到，相位补偿部分可以设计成放置在椭圆形喇叭与CP极化器之间，因此，可以利用图11a-11c所示沿传统45度取向的常规CP极化器。这对于某些应用中的机械封装是方便的，因为拾取探针或缝隙(在OMT和/或双工器件中)可以沿垂直方向或水平方向取向。
相位补偿部分1104在两个正交分量(在这个例子中是H分量和V分量)之间引入相位微分(例如，30度)，它与椭圆形喇叭已引入的相位微分(30度)相等和反向。因此，椭圆形喇叭和相位补偿部分引入的总相位微分是零(＝30度-30度)。理论上，这在相位补偿部分与CP极化器之间重新建立完全的CP，因此，可以利用沿45度取向的常规CP极化器，并得到垂直或水平取向的直线极性拾取探针，缝隙等，它对于某些LNB，LNBF，OMT和其他波导或其他馈电组件是方便的。事实上，常规的CP可以取向任何的角度，为了使拾取探针/缝隙可以沿多个任何方向取向。
若相位补偿部分是沿垂直方向对准，如图11a所示，则这第五个实施例1100工作得最好。然而，本发明的原理适用于相位补偿部分沿任何其他角度取向构成的其他实施例。本发明的原理还适用于把相位补偿部分/功能分割成多个部分或把CP极化器分割成多个部分/功能构成的其他实施例。
在这第五个实施例中，喇叭，相位补偿部分和常规极化器的总长度相对于第一个实施例通常是略微长一些且它的制作较困难，而相对于第二个实施例，它的长度要长得多且更难制作。然而，这第三个实施例的相位补偿部分可以容易地和成本低整合到喇叭铸件中。
现在参照图10a-10b和12a-12c，所有这些实施例可用于单馈电或多馈电反射器系统，其中这些馈电可以分开或整体安装到一个或多个外壳中，而外壳安装在天线反射器上，可以产生多个接收和/或发射波束，用于接收或发射到多个标称源和/或接收器位置，例如，多个卫星位置，它们的间隔可以是最小为1度和最大为180度。图3a-3d表示这样一种系统，该系统在反射器中心附近有整合到LNBF外壳中(三重LNBF＝有整体馈电的低噪声部件下变换器)三个这种馈电以及整合到另一个LNBF外壳(双重LNBF)中的其他两个常规馈电，它远离反射器中心。三重LNBF上的喇叭是相对密集排列的，可以提供反射器波束以接收来自三个卫星的信号，这三个卫星之间的间隔约为1.8度。双重LNBF馈电的间隔要宽得多，用于接收相隔约为9度的卫星信号。
更具体地说，在中央位置三重喇叭部件的LNBF中，外侧两个馈电用于西经99.2度和102.8度标称卫星位置的Ka卫星频带(下行链路频率18.3-18.8GHz和19.7-20.2GHz)。中央馈电用于西经101度标称卫星位置的Ku BSS(广播卫星业务)频带(下行链路频率12.2-12.7GHz)。
在与外装天线馈电部件连接的双重LNBF中，两个馈电用于西经110度和119度标称卫星位置的Ku BSS(广播卫星业务)频带(下行链路频率12.2-12.7GHz)。
图12a-12c表示这样的系统，该系统在反射器中心附近有一个这种馈电(与LNB连接并被覆盖在屏蔽罩内)以及两个其他常规圆形馈电LNBF(有整体馈电喇叭的低噪声部件下变换器)，它们远离反射器中心。中央馈电设计成从两个位置非常接近的卫星上接收圆极性。一个卫星是用于Ku BSS频带，它的标称位置是西经119度；另一个卫星是用于Ku FSS频带，它的标称位置是西经118.7度。中央馈电是椭圆波束圆极性宽带馈电，如参照第二个实施例和图6所描述的。通过在所需宽频带范围内改进增益，噪声温度，相邻卫星抑制和交叉极性隔离，它可以使椭圆形反射器系统的性能最大化。外侧馈电与外装支架之间有间距，用于从西经110度和西经128度接收Ku BSS频带业务。
所有这些业务要求和馈电同时支持右旋圆极性和左旋圆极性。当然，这是一种特定的几何结构，但是如以上所讨论的，本发明可用于各种频率，极性和卫星位置的许多组合。
在单极性应用中，值得注意的是，过渡部分可以是从椭圆形辐射孔径变化到矩形或其他长椭圆形波导(包括脊形波导)，而不是到圆形或正方形波导。相对于椭圆形辐射孔径的长轴或短轴，矩形波导的取向通常是45度。
本发明者还认识到，所有以上讨论的实施例还可以包含附加的金属或塑料脊，板，柱或其他结构，它们是从长轴壁和/或短轴壁上凸出或与它们紧靠，它们凸出到喇叭过渡部分的咽喉。这样做是为了更好地控制实际长度，满足通用产品尺寸要求/约束和/或便于整合到多馈电组件的单个模铸件部分。还可以利用它更好地控制过渡部分的相位微分与频率之间关系相位微分量和曲线斜率。作为一个例子，图10中的中央馈电表示有正方形天线馈电喇叭的实施例，在这个例子中，这些脊是在顶壁和底壁。在这两个壁上添加脊可以迫使喇叭过渡部分(从长椭圆形到正方形波导)变得较长，为的是提供所需的相位微分量(在这个情况下略大于90度)，而它也使反向倾斜相位微分部分伸长，因此，形成的总相位微分是90度。使这个中央馈电伸长是必要的，为了使它与外侧馈电的长度匹配，因此，它们可以容易地模铸造成单个部件。若这些脊形成在两个侧壁上，或在所有四个壁上，而不仅仅是在顶壁和底壁，则馈电可以做得短一些。
所以，我们应该明白，本发明的各个实施例有以下描述的特征和优点。
1.椭圆形(或其他长椭圆形)波束圆极性接收和/或发射装置包含可拆卸或整体电路(例如，低噪声部件下变换器，放大器，发射器或收发器)，任何必需的波导接口元件和简单的喇叭，它是在一个或多个部分突然过渡和/或平滑过渡，从圆形，或正方形波导变化到椭圆形，矩形或其他长的辐射孔径，其中孔径尺寸(高度和宽度)，圆形波导尺寸，和过渡部分尺寸(长度，高度，宽度，张角和台阶尺寸)是这样选取的，它可以获得良好的圆极性性能(匹配和交叉极化隔离)，和所需的辐射图形特征，而不需要利用麻烦的金属或介质隔板或在喇叭内部伸展的结构以实现相位补偿。这些尺寸的选取是为了在两个正交直线模式之间得到相位微分，这两个模式是与长椭圆形喇叭的宽轴(长轴)和窄轴(短轴)对齐。相位微分通常设计成在标称频率下为+90度或-90度，和在频带上有一定程度的变化，但可以是90度的任何奇整数倍，例如，-630度，-450度，-270度，-90度，90度，270度，450度，630度，等等。
2.椭圆形(或其他长椭圆形)圆极性接收和/或发射装置包含可拆卸或整体电路(例如，低噪声部件下变换器，放大器，发射器或收发器)，任何必需的波导接口元件和简单的喇叭，它是在一个或多个部分突然过渡和/或平滑过渡，从圆形，或正方形波导变化到椭圆形，矩形或其他长的辐射孔径，和反向倾斜相位微分部分。
3.椭圆形(或其他长椭圆形)波束圆极性接收和/或发射装置包含可拆卸或整体电路(例如，低噪声部件下变换器，放大器，发射器或收发器)，任何必需的波导接口元件和简单的喇叭，它是在一个或多个部分突然过渡和/或平滑过渡，从圆形，或正方形波导变化到椭圆形，矩形或其他长的辐射孔径，和相加相位微分部分。
4.椭圆形(或其他长椭圆形)波束圆极性接收和/或发射装置包含附加的金属或塑料脊，平板，柱或其他结构，它们是从长轴的侧壁和/或短轴的侧壁凸出或紧靠侧壁，因此，它们凸出到喇叭过渡部分的咽喉，其目的是
a)更好地控制实际长度，满足通用产品尺寸要求/约束和/或便于整合到多馈电LNBF组件的单个模铸件中，和b)好地控制过渡部分的相位微分与频率之间的特定相移量和斜率。
5.椭圆形(或其他长椭圆形)波束圆极性接收和/或发射装置安装在天线反射器上以产生接收波束和/或发射波束，用于接收或发射到标称源和/或接收器位置，例如，标称对地静止位置，它在该位置有几个卫星，其中一个或多个频带和/或一个或多个极性可以被接收和/或发射到该位置。
6.多个椭圆形(或其他长椭圆形)波束圆极性接收和/或发射装置分开安装或整合到一个或多个外壳内，该外壳安装在天线反射器上以产生接收和/或发射波束，用于接收或发射到多个标称源和/或接收器位置，例如，多个卫星位置，其中这些位置的最小间隔为1度和最大间隔为180度，且其中在一个或多个频带和/或一个或多个极性可以被接收和/或发射到每个位置。
7.上述优点1和/或优点2和/或优点3和/或优点4中所述类型的一个或多个椭圆形(或其他长椭圆形)波束圆极性接收和/或发射装置，它有一个或多个圆极性和/或直线极性圆形孔径接收装置和/或一个或多个直线极性椭圆形(或其他长椭圆形)直线极性装置安装在天线反射器上以产生多个接收和/或发射波束，用于接收或发射到标称源和/或接收器位置，例如，多个卫星位置，其中这些位置的最小间隔为1度和最大间隔为180度。
权利要求
1.一种包括椭圆形反射器和多个天线馈电喇叭的圆极性天线系统，每个天线馈电喇叭配置成从不同卫星接收下行链路信号，该天线馈电喇叭包括位于两个外侧椭圆形馈电喇叭之间有正方形中心天线馈电喇叭的中央位置三喇叭天线馈电部件，其中一个外侧椭圆形馈电喇叭，配置成从西经99.2度标称位置的卫星上接收Ka卫星频带的下行链路频率信号，另一个外侧椭圆形馈电喇叭，配置成从西经102.8度标称位置的卫星上接收Ka卫星频带的下行链路频率信号，和中央正方形天线馈电喇叭，配置成从西经101度标称位置的卫星上接收Ku BSS卫星频带的下行链路频率信号；和偏心二喇叭外装天线馈电部件，其中一个外装天线馈电喇叭配置成从西经110度标称位置的卫星上接收Ku BSS卫星频带的下行链路频率信号，和另一个外装天线馈电喇叭配置成从西经119度标称位置的卫星上接收Ku BSS卫星频带的下行链路频率信号。
全文摘要
一种相对低成本、容易安装和美观的数字视频广播卫星(DVBS)的椭圆形喇叭天线，它设计成作为部分的反射器天线系统(300)，用于接收圆极性卫星电视广播信号。这种类型天线可以利用有多个馈电喇叭的单个天线馈电喇叭实现，这些喇叭可以分开排列或构成一个或多个整体馈电喇叭部件(304，306)。利用反向倾斜的微分相位部分，该天线可以设计成在宽频带和多个频带上获得可接受的圆极性性能。
文档编号H01Q13/00GK1906810SQ200580001574
公开日2007年1月31日 申请日期2005年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者斯科特·J·库克 申请人:斯科特·J·库克