[发明专利]用于多卫星波束接收的具有连续的反射器的天线

说明书

本发明涉及用于接收或发射通信卫星波束的天线。

更具体地说，本发明涉及一组具有一个单独的反射器的天线，它具有宽的视场，可以在不使用机动装置来移动反射器的条件下，同时接收从互相隔开50°的对地静止广播卫星上发出的多个波束。该天线特别适用于私人住宅的户内安装，在建筑物中的集群安装或者馈送给电缆网络前端的社区安装，用于接收由各无线通信卫星发射的多个波束。

本发明的天线还可以用于专业的应用场合，例如数据广播网络。

当前为消费者最广泛地使用的个别的卫星波束接收天线包括一个固定的反射器，其反射表面是一个旋转抛物面，它是圆形的，其直径(若为椭圆则指长轴)为50cm到90cm。反射器的对称轴指向卫星。通常用臂来固定接收头，并且将其定位于反射器的单独的焦点之上。

若目标卫星具有非常接近于其他对地静止卫星的轨道位置，则该天线借助于一或两个接收头检出来自不同的卫星的发射。然而，若用户希望接收分隔于10°以上的各卫星的多个波束，则必须用手工方式或借助于一部电动机来转动反射器，使之指向所选定的卫星。因此，这种反射器型的天线不能同时接收来自多个卫星的信号。

通常用于多卫星接收的天线具有采取抛物面的或球形的圆台形式的反射器。由于在任何给定的方向上，反射器都只有很小的一部分受到照射，所以这种类型的反射器具有低的效率，最多为24％。因而，只能以显著地增加反射器的表面面积为代价来增加在这个反射器前面的一个接收一次源的扫描能力。

美国专利第5,140,337号描述了具有高孔径效率的天线反射器，它具有基本上为圆柱形的凹形反射表面，可以从两个相同的抛物面(二者的轴互相倾斜，而且对称于一个方位平面)来导出其截面。由William P.Craig，Carey M.Rappaport和Jeffrey S.Mason等合写的题为“高孔径效率，宽角度扫描的偏移反射器天线”的论文，刊登于《IEEE天线与传播汇刊》1993年11月，第41卷，第11期，第1481-1490页，也涉及从两个倾斜的和对称的抛物面导出的反射器的反射表面，但是在这个实例中形成一个圆台的选择。由同一个发明者Carey M.Rappaport提出的美国专利第5,175,562号公开了一组高效率的偏移天线，它能保证从-30°到+30°的宽视场；可以从两个相同的抛物面(二者的轴互相倾斜，而且对称于该天线的瞄准轴)来导出该天线的反射器的凹形反射表面，并且由一个6次多项方程式给出其定义。

然而，由于这些反射器的焦距太长，所以上述反射器的几何尺寸用于个人接收时是不能令人满意的。他们需要大直径的具有极高方向性的接收一次源，由此增加了天线的总体尺寸，并且介于相继的波束之间的辐射分离角大于6°。

欧洲专利申请第0,700,118号公开了一种连续的凹形反射器的反射表面，通过线性地改变在平行于抛物面的轴的方向上一个点的高度(作为波长的一个函数)，从预定的抛物面的一部分来导出该反射表面。

实际上，这个反射表面在散布于该抛物面的焦点的几十度范围内的辐射方向上产生相对地低的增益。

本发明的目的是提供一种固定的天线反射器，可以通过一种最佳的方程式公式算法从一个单独的抛物面导出该反射器的反射表面，以便使用定位于50°量级的宽孔径中的多个一次源，从互相之间显著地分开的各卫星同时地接收多个波束，上述一次源具有稳定的方向性和相对低的分离角，其量级仅为几度，从而跟上述的现有技术反射器相比，达到40％到50％量级的较高的孔径效率。

反射表面的优化改进了在天线的整个视场上的平均效率，并且当各波束跟踪对地静止轨道时，不会产生高度不对称的二次瓣。

如同上述欧洲专利申请第0,700,118号那样，本发明涉及一种天线，它包括一个用于(接收)各通信卫星波束的反射器，后者具有一个连续的凹形反射表面，通过将一个校正平面的方程式添加到一个偏移抛物面的方程式，就能导出该反射表面的方程式，上述校正表面对称于抛物面的对称的一个焦平面，上述抛物面的具有一个焦点和一个偏角。根据上述目标，校正平面的方程式是下列的二次多项式，它使用涉及垂直于抛物面的对称轴的坐标轴的两个坐标x，y该表面校正的方程式还包括尤其依赖于在与对称平面垂直的一个平面上的反射表面的某个点的投影与在上述垂直平面上伸展并被对称平面限制的一个栅网的N(2N-1)个控制点的投影之间的距离的N(2N-1)项的和，N是大于或等于2的整数。