CN107146949B - 提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线 - Google Patents

提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，包括天线通信组件和支撑组件；所述天线通信组件包括第一反射面、第二反射面、合为一体的馈源射频机构、设备盒；所述馈源射频机构位于第一反射面和第二反射面之间；所述设备盒位于所述第一反射面的底部或支撑组件上，并且与馈源射频机构电连接；所述馈源射频机构内含有对信号进行放大处理的功率放大器和低噪声放大器。采用本发明所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，减少了发射损耗，提高接收信号的G/T值。

Description

提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线。
背景技术
VSAT卫星通信天线被称为微型站、小型数据站或甚小孔径终端，VSAT远端小站可以具有“全业务”，即双向的语音、数据和射频单收业务。VSAT具有：可支持多种业务类型，包括数据、语音、图像等；可以工作在C波段或Ku波段；其终端天线小、设计结构紧密、功耗小、成本低、安装方便、对环境要求低等特点。
在卫星与地面地球站之间，信息是利用电磁波来承载的。通常使用较高的频率，天线才能有效地进行电磁波的辐射，同时有利于承载更高的信息速率。卫星通信***常用的频率范围为150MHz～300GHz。多数商用卫星固定业务使用C频段6/4GHz(上/下链路频率)，Ku频段14/12GHz正在被大量利用，同时Ka频段30/20GHz的应用已逐渐增多。
天线按照馈电方式分为正馈和偏馈两种，是根据馈源头安装的位置进行区分的，如下图1(a)和图1(b)所示。正馈式天线按照天线反射面的数量又可以分成单反射面天线和双反射面天线，如下图2(a)和图2(b)所示。同时，根据第二反射面的不同，双反射面天线可以分为卡塞格伦天线、格里高利天线和环焦天线等。
其中，正馈式双反射面卫星天线较为常见结构如图3所示，其有源射频组件基本位于抛物面天线的后端(其中，抛物面朝向其焦点的方向称之为抛物面的前端，后端即相反方向)，接收到的卫星信号从馈源头传输到天线发射面后端的射频组件上，这段距离传输的信号属于射频信号。发射的中频信号经过射频组件转化成射频信号后，然后传输到馈源头(射频组件到馈源头的距离比较远)，再发射出去。发射过程中的信号损耗较大，并且射频信号的损耗远远大于中频信号的损耗。其中，有源器件：指的是电子元器件工作时，其内部有电源的存在，即需要能量来实现它特定的功能。无源器件是不需要外加电源的情况下就可以显示其特性的电子元件。
另外，天线发射或接收的无线电波信号极化方向是根据电波的电场矢量的取向来确定的。工程上，通常采用圆极化和线极化，市面上的Ku段通信卫星信号基本是线极化的方式。线极化分为水平极化和垂直极化两种，所以在使用卫星天线的时候，存在需要修改极化方向的问题。正馈式卫星天线结构中极化方式的调整，需要调整天线反射面后面整个射频组件的方向，操作起来相当麻烦，工作量大。这种结构的馈源部分和射频组件需要分开拆装，步骤相对较复杂。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，减少了发射损耗，提高接收信号的G/T值。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，包括天线通信组件和支撑组件；所述天线通信组件包括第一反射面、第二反射面、合为一体的馈源射频机构、设备盒；所述馈源射频机构位于第一反射面和第二反射面之间；所述设备盒位于所述第一反射面的底部或支撑组件上，并且与馈源射频机构电连接；所述馈源射频机构内含有对信号进行放大处理的功率放大器和低噪声放大器。
进一步地，所述馈源射频机构内设有用于线极化与圆极化转换的极化转换器。
进一步地，所述馈源射频机构的底部设有用于调整极化的旋转关节。
进一步地，所述馈源射频机构的底部设有安装轴；所述安装轴靠近第一反射面的端部设有用于发射和接收的接口。
进一步地，通过所述接口发射和接收的信号为中频信号。
进一步地，所述第一反射面位于所述安装轴的底部，第二反射面位于所述馈源射频机构的顶部。
进一步地，所述第一反射面位于所述安装轴的底部，第二反射面通过安装于第一反射面上的固定杆支撑于馈源射频机构顶部的正上方。
进一步地，所述安装轴的接口处还设有用于与第一反射面连接的固定座。
进一步地，所述固定座包括安装于第一反射面上的安装槽、设于所述安装轴底部并且***所述安装槽内的卡柱和位于卡住顶部四周的卡圈；所述安装槽上设有可上下活动并且与所述卡圈相配合连接的凸起。
进一步地，所述馈源射频机构安装轴的外壁还设有与所述安装槽活动连接的卡环；所述卡环内壁设有与所述安装槽外壁相适配的螺纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，通过一体化设计的馈源射频机构，即将现有的馈源头和射频组件综合为一体，同时省略了馈源杆，从而大大缩短了馈源头到射频组件之间的距离。在发射端，信号经过功率放大器后，经过很短距离的传输到达馈源头，然后发射出去，比传统卫星天线中的信号经过功率放大器后再经过很长的距离传输到馈源头，这部分的损耗要小很多(该部分传输的属于射频信号，射频信号在波导中传输损耗相当大)。但是，在本发明中的接收端，信号经过低噪声放大器后，对应的提高了接收端的G/T值。
同时，该种一体化的设计使得其拆装简单，从而其极化调节也相应就简单，方便。
另外，馈源射频机构底部的安装轴有用于发射和接收的接口，其信号输入输出均为中频信号，大大方便了接线。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1(a)和图1(b)是本发明背景技术中现有的正馈式和偏馈式卫星天线的结构示意图；
图2(a)和图2(b)本发明背景技术中现有的正馈式天线中单反射面天线和双反射面的卫星天线的结构示意图；
图3是本发明背景技术中常见的正馈式双反射面卫星天线的结构示意图；
图4是本发明实施例1所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线的立体结构示意图；
图5是图4标识了接收信号反射线路的侧视图；
图6是本发明实施例1所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线的正视图；
图7是图6中A的放大图；
图8(a)是本发明实施例1所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线中导轨底座的结构示意图；
图8(b)是本发明实施例1所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线中导轨底座的分段式组合的结构示意图；
图8(c)是本发明实施例1所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线中导轨底座拆装并且收藏后的结构示意图；
图9是本发明实施例2所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线的立体结构示意图；
图10是本发明实施例3所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线的立体结构示意图。
图中：
101：天线反射面 102：馈源头 103：馈源杆
104：有源射频组件 105：设备盒 106：支撑架
201：第一反射面 202：第二反射面 203：馈源射频机构 204：第一反射面支撑
205：固定座 206：接口 207：支撑脚 208：支撑柱 209：支撑头
210：驱动支架 211：驱动轮 212：马达 213：设备盒
214：翻转支撑杆 215：俯仰推杆 216：导轨底座 217：固定杆 218：安装轴
219：安装槽 220：卡柱 221：卡圈 222：卡环 223：旋转关节 224：馈源头
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，通过一体化设计的馈源射频机构203，即将现有的馈源头和射频组件综合为一体，即具有馈源头的作用，同时还具有用于接收和发射信号的功能，因此，在结构上将馈源头与射频都位于馈源射频机构203内，从而大大缩减了二者之间的距离。
在发射端，信号经过功率放大器后，经过很短距离的传输到达馈源头，然后发射出去，比传统卫星天线中的信号经过功率放大器后再经过很长的距离传输到馈源头，这部分的损耗要小很多(该部分传输的属于射频信号，射频信号在波导中传输损耗相当大)。在接收端，信号经过低噪声放大器后，对应的是提高了接收端的G/T值。
为了更好的了解本发明所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线的结构，以下结合附图所示，做具体说明：
实施例1：
如图4-图7所示，所述提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线包括天线通信组件和支撑组件。
其中，所述天线通信组件包括第一反射面201、第二反射面202、馈源射频机构203和设备盒213；所述馈源射频机构203位于第一反射面201和第二反射面202之间，具体地，在本实施例中，所述第一反射面201位于所述馈源射频机构203的底部，第二反射面202位于所述馈源射频机构203的顶部。所述设备盒204位于所述天线反射面201的底部或支撑组件上，并且与馈源射频机构203电连接。
所述馈源射频机构203直接与设备盒213连接，从而方便了接线。具体地，所述馈源射频机构203的底部设有安装轴218；所述安装轴218靠近第一反射面201的端部设有用于发射和接收的接口206，通过该接口206的信号都为中频信号，如图7所示。
具体地，所述第一反射面201位于所述安装轴218的底部，第二反射面202位于所述馈源射频机构203的顶部。
同时，在本实施例中，所述馈源射频机构203为有源器件，即需要供电电源，其还包含上变频模块、功率放大器(图中未示出，都位于所述馈源射频机构203内)和馈源头224，其工作原理是：发射的信号通过所述上变频模块转换为射频信号，经由所述功率放大器进行功率放大，并通过馈源头发射至所述第二反射面202，经第一反射面201反射发送至卫星；接收信号时，通过馈源头接收信号，通过所述低噪声放大器放大，经由所述下变频模块处理变成中频信号。
为了极化调整，即天线在不同地域使用时，由于经纬度的变化，所述天线馈源射频机构203的极化角度需要持续与卫星载波信号的极化方向(垂直或水平极化)保持一致，以保证信号顺利的发射和接收。
具体地，如果信号处于Ku端的线极化信号，则只需调整极化的方向；即先手动地拧动所述安装轴218上设置的旋转关节224实现圆周转动，参考卫星在不同区域的载波信号极化方向的对照表，将馈源射频机构203按标识上的角度刻度拧到当地位置进行粗对准，再通过左右旋转微调到最高信号值来完成精对准，极其方便。
如果信号处理Ka段的圆极化信号，则需要先通过极化转化器进行圆极化到线极化的调整。所述极化转化器设于馈源射频机构203内。如果还需要进行极化方向的调整，则通过以上手段完成即可。
另外，为了便于拆装，所述馈源射频机构203的接口206处还设有用于与第一反射面旋转连接的固定座205，其具体包括安装于第一反射面上的安装槽219、设于所述安装轴218底部并且***所述安装槽219内的卡柱220和位于卡住顶部四周的卡圈221；所述安装槽219上设有可上下活动并且与所述卡圈221相配合的凸起(图中未示出)；所述安装轴218的外壁还设有与所述安装槽219活动连接的卡环222；所述卡环222内壁设有与所述安装槽外壁相适配的螺纹。
在具体安装中，只需要将卡柱220***所述安装槽219内，并且通过卡圈221与凸起进一步配合，再通过卡环222旋转进一步加固与安装槽219的外壁，简单便捷，并且结构简单。
同时，在具体的拆装过程中，只需先通过反转卡环222，使得其与安装槽219脱离，然后将卡柱220从所述安装槽219中抽出即可。
所述馈源射频机构203呈圆台状或柱状，其中柱状包括圆柱、三棱柱等，该形状只是作为馈源射频机构203具有馈源头和射频作用的载体，因此对其形状不做限制。
所述第一反射面201既可以是拼接的，也可以是一整块的设计。对于拼接设计而言，其更方便拆装后的携带或搬运。
所述支撑组件还连接有用于提供所述支撑组件进行水平转动的驱动组件；所述驱动组件位于所述支撑组件的端面上；所述支撑组件滑动连接于导轨底座216上；其中，所述驱动组件至少设置有三组。
所述驱动组件设置有至少三组，即对支持组件提供水平动力的驱动组件是独立设置动力源的，具体的，所述驱动组件包括驱动支架210、驱动轮211和马达212；所述马达212用于提供精确的动力，以保证驱动轮211在导轨底座216上的滑动的精度；所述驱动支架210作为一个支撑件，使得固定于所述驱动支架210的一端部的驱动轮211提供有力的支撑；所述驱动轮211滑动卡接于所述导轨底座216上，并且位于所述驱动支架210的一端部，与所述马达212传动连接。在实际操作过程中，所述马达212转动时，带动所述驱动轮211在所述导轨底座216上按照动力对应下的精度滑动，从而实现对支撑组件水平转动的精度要求。
需要说明的是：所述驱动支架210根据具体的驱动组件的数目确定，在本实施例中，驱动组件采用的是三组，则所述驱动支架210也就相应设置为三根。其数目还可以是四组、五组，或者更多，同样属于本发明保护的范围，但是相对于本实施例而言，三组就足以完成稳固的支持以及驱动，并且结构也最为简单，成本也就相应最低。
其中，所述导轨底座216为片状的圆环，其可以是可卷曲的圆环，具体如图8(a)所示的状态，该状态代表导轨底座216可以是不可分拆的整段圆环，也可以是首尾可分拆的圆环；也可以是分段式组合的圆环，具体如图8(b)所示的状态。在分拆后，完全卷起来后，则缩为一卷，方便携带，具体如图8(c)所示。
为了进一步提升精度，所述导轨底座216上还可设有与驱动组件相啮合的条形槽或孔，并且该条形槽或孔等距分布，目的在于使得驱动组件在运动过程中，可以进一步控制其运动的精度。
为了提高驱动轮211与导轨底座216之间的摩擦力，所述驱动轮211与导轨底座216之间设有橡胶圈，目的在于使得二者之间的摩擦力增大，从而防止驱动轮211在导轨底座216上打滑。
所述支撑组件包括设备盒213、翻转支撑杆214和俯仰推杆215；所述驱动支架210的另一端部固定于所述设备盒213上；所述翻转支撑杆214的顶部枢接于所述第一反射面支撑204的底部，底部固定于所述设备盒213的上表面；所述俯仰推杆215的顶部位于所述第一反射面201的底部，底部固定于所述设备盒213的上表面。
本实施例采用的是自动化进行水平和俯仰角度的调整，调整效率更高。
还需要说明的是：本发明所述适用的双反射抛物面卫星天线包括有卡塞格伦天线、格里高利天线、环焦天线等，其中，卡塞格伦天线的二次反射面为旋转双曲面；格里高利天线的二次反射面为一个椭球面；环焦天线的二次反射面是由椭圆弧绕天线的抛物面轴线旋转一周构成。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同点仅限于：所述第二反射面202的固定方式，具体地，如图9所示，其通过安装于所述第一反射面201上的固定杆217支撑于馈源射频机构203顶部的正上方，即第二反射面202与所述馈源射频机构203是分离的，但是工作原理与实施例1完全一致。
实施例3：
本实施例与实施例1的不同点在于：本实施例中在进行水平角度和俯仰角度调整时，是通过手动调节完成的。具体地，如图10所示，其包括底部的支撑脚207、位于支撑脚207顶部的支撑柱208和与所述支撑柱208顶部铰接的支撑头209。
在具体使用过程中，水平角度的调整则通过转动所述支撑柱208完成，俯仰角度的调整则通过调整支撑头209与支撑柱208之间的铰接夹角。
本实施例，虽然不能自动调整角度，但是整体的结构较为简单，轻便。
本实施例所述提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线自动调节水平角度和俯仰角的技术以及其它结构参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：包括天线通信组件和支撑组件；
所述天线通信组件包括第一反射面、第二反射面、合为一体的馈源射频机构、设备盒；
所述馈源射频机构位于第一反射面和第二反射面之间；
所述设备盒位于所述第一反射面的底部或支撑组件上，并且与馈源射频机构电连接；
所述馈源射频机构内含有对信号进行放大处理的功率放大器和低噪声放大器；馈源头与射频组件都位于馈源射频机构内；
所述馈源射频机构内设有用于线极化与圆极化转换的极化转换器；
所述馈源射频机构的底部设有用于调整极化的旋转关节；
所述馈源射频机构的底部设有安装轴；
所述第一反射面位于所述安装轴的底部，第二反射面位于所述馈源射频机构的顶部。
2.根据权利要求1所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：
所述安装轴靠近第一反射面的端部设有用于发射和接收的接口。
3.根据权利要求2所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：
通过所述接口发射和接收的信号为中频信号。
4.根据权利要求1或2所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：
所述第一反射面位于所述安装轴的底部，第二反射面通过安装于第一反射面上的固定杆支撑于馈源射频机构顶部的正上方。
5.根据权利要求2所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：
所述安装轴的接口处还设有用于与第一反射面连接的固定座。
6.根据权利要求5所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：
所述固定座包括安装于第一反射面上的安装槽、设于所述安装轴底部并且***所述安装槽内的卡柱和位于卡住顶部四周的卡圈；
所述安装槽上设有可上下活动并且与所述卡圈相配合连接的凸起。
7.根据权利要求6所述的提高正馈式双反射抛物面天线接收和发射效率的卫星天线，其特征在于：
所述馈源射频机构安装轴的外壁还设有与所述安装槽活动连接的卡环；
所述卡环内壁设有与所述安装槽外壁相适配的螺纹。
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