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抛物面反射器天线的制作方法

  目前,移动电话已经成为信息生活中所不可或缺的一种通讯产品,且有越来越普及的趋势,移动电话与一般的有线电话相似,使用移动电话的双方可同时发送,且为保护
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抛物面反射器天线的制作方法_凯发K8国际·首页_凯发娱乐vip网址

  目前,移动电话已经成为信息生活中所不可或缺的一种通讯产品,且有越来越普及的趋势,移动电话与一般的有线电话相似,使用移动电话的双方可同时发送,且为保护个人隐私,每个移动电话用户,都有专属电话号码,而用户则可经基站以编码信号呼叫所需的受话者。

  然而,目前的基站多使用蜂窝式(Cellular)通讯原理,不再使用高功率发射机以涵盖全区域的广播方式,改以应用为数众多的低功率发射机,分散用于小区域中,称之为蜂窝(Cells),如此,便需要为数众多的蜂窝,亦即基站来确保收讯的品质与范围,因此,基站的发送功率、水平角度范围、垂直角度范围亦成为相当重要的参数。

  其中,天线中有一种抛物面反射器天线,它是一种具有方向性的高增益天线,多用于雷达系统、微波(Micro-wave)系统以及卫星系统,其将反射镜的形状作成容易收集电波的形状的天线,或称为开口面天线,且反射镜因比波长大很多,故可用于电磁波辐射。抛物面反射器天线的主要组件有二一为抛物面反射器,一为馈源装置的主动单元。基本上,主动单元即为馈源信号的原始天线,一般可应用偶极子、偶极子阵列,以及波导管等设计,用于将电磁能量输向反射器。反射器为一无能源的被动装置,仅将原始天线供应的电磁能量,以反射方式使之集中而具有方向性后,再传播于空间。

  抛物面反射器为一碟型圆盘,一般亦常以碟型天线(Dish antenna)称之。抛物面反射器的工作原理,可通过抛物线的几何特性加以说明,请参考图1所示,抛物线在x-y座标上,可表示为y2=4f′x(1)式中f′为抛物线顶点至焦点F的距离,F点为抛物线的焦点(Focus),依据抛物线的几何特性,在抛物线上的任意点,设为A、B及C等,至焦点F的距离与其至平行准线的距离和为一常数,亦即FA+AA′=FB+BB′=FC+CC′=K(2)式中K为常数。抛物面反射器为抛物线以x-轴为转轴旋转所成的圆盘型曲面,称为抛物面(Parabolid),常应用于汽车头灯,用为聚光照明。设若将电磁能量置于焦点F辐射,经抛物面反射器反射后,依据抛物线特性,所有辐射波在到达y1y2之位置时,所行经的距离都为相等,而此处的所有波形、相位皆为相等,结果可使电磁能量在x-轴向集中成束,成为高增益的方向性辐射。

  其中,抛物反射天线的馈源装置,是辐射电磁能量的实际供应者,故以主天线(Primary antenna)称之,主天线都置于抛物面反射器的焦点位置上,可得最佳的发射或接收效果,而主天线除了应用偶极天线外,在微波频段的应用上,多以波导管设计成为喇叭型馈源器(Horn feed)。

  本实用新型的主要目的即是要提供一种作为无线电通讯基站与移动式终端装置间的信号收发端且效果良好的抛物面反射器天线。

  抛物面反射器天线包含有一第一盖与一第二盖、一具有主反射面的主碟(Main-dish)、一具有副反射面的副碟(Sub-dish)以及一馈源装置等主要部分,本实用新型通过决定主反射面与副反射面的较佳曲率及其彼此的相关位置,配合决定馈源装置的尺寸与其间的距离的手段,通过定义主反射面的抛物线与定义副反射面的双曲线中的各参数,以决定出主反射面与副反射面的最佳外型,而提供一种较以往整体接收与发射信号效果更为进步的抛物面反射器天线。

  另外,根据本实用新型所公开的抛物面反射器天线,还提供有一种彼此衔接的方形喇叭型波导管与圆形喇叭型波导管的馈源装置,用于将电连接至方形喇叭型波导管的信号源转换至圆形喇叭型波导管以辐射电磁波。

  又本实用新型通过一螺丝将具有副反射面作用的副碟固定于第一盖,可相当方便地调整副碟的位置。

  而第一盖与第二盖还包括有一凸缘部位及凹缘部位,两者间利用超声波熔接的方式结合,具有美观、可防水等特点。

  此外,馈源装置利用包覆射出成形而制造,再与第二盖以超声波熔接的方式成为一体而结合,亦具有制造容易、防水等特点。

  本实用新型的抛物面反射器天线.提供一种具有高增益值的天线结构,且此天线结构不仅能应用于移动电话的通讯天线,亦能适用于所有的无线电通讯系统,如区域多点传输服务(LMDS)中;2.提供一种彼此衔接的方形喇叭型波导管与圆形喇叭型波导管的馈源装置,用以将电连接至方形喇叭型波导管的信号源转换至圆形喇叭型波导管以辐射电磁波;3.通过一螺丝将具有副反射面作用的副碟固定于第一盖,可方便地调整副碟的位置;4.第一盖的凸缘部位与第二盖的凹缘部位利用超声波熔接的方式结合,具有美观、防水等优点;以及5.馈源装置先以金属射出成形后,再将材质为ABS的第二盖以超声波熔接成为一体而结合,具有制造容易、防水等优点。

  如下图1为抛物线为双曲线为本实用新型抛物面反射器天线为本实用新型抛物面反射器天线为本实用新型抛物面反射器天线的指向性图。

  首先,请参阅图3所示,它是本实用新型的抛物面反射器天线的原理示意图,其包含有一主反射面11与一副反射面12,其中,主反射面11与副反射面12以同轴心配置,为了减少馈源装置40的供电线所造成的电磁波屏蔽及缩小整支天线的尺寸(Blocking),故配置了形成旋转双曲线,用来做高增益值的通讯天线。另外,虽然希望来自馈源装置40和副反射面12的所有电磁波照射到主反射面11,但极少部分会从端部泄漏,这种泄漏叫做溢失信号(Spillover),此种溢失信号会降低天线增益值和降低旁瓣(Side lobes)特性。

  其中,主反射面11为抛物线,而其顶点位于x-y座标的原点,抛物线的焦点位于y轴上距原点距离F处,抛物线可依据

  的公式得出其外型,且主反射面11的直径为D;另外,副反射面12为双曲线的一条曲线,其中心点与双曲线的顶点位于y轴上,双曲线可依据

  公式得出其外型,且副反射面12的直径为d,另外,双曲线具有一内焦点与一外焦点,内焦点恰重叠于抛物面的焦点,而外焦点为馈源装置40的收/发信号口的中心,其中,内焦点与外焦点间的距离为f,副反射面12与抛物线焦点的距离为p。根据双曲线的几何学关系可得知(参考图2),双曲线的中心点至顶点的距离为a,而中心点至焦点f1、f2的距离为c,故f=2c (3)p=c-a(4)又a、b、c间的关系为c2=a2+b2(5)故决定a、b值的范围后,即可决定c值,亦即确定f值与p值。

  另外,主反射面11与焦点的距离F可由F/D值(F/D ratio)所决定,一般而言,取F/D=0.3-0.4之间,而取0.4较为恰当且可有较高的天线增益值,再决定主反射面11直径D,即可得焦距F值,因此,即可由抛物线公式确定出抛物线的外型。

  而从馈源装置40所发出信号首先射至副反射面12,根据双曲线的特性,此信号会被反射且沿着双曲线的内焦点与反射点的延伸方向前进,到达主反射面11,再依据抛物线后的反射信号再平行y轴向外传送,即可达到传送信号的作用,反之,若是由远方所传送来的信号,亦可经由相同的路径反相由馈源装置40接收,因此,可达到抛物面反射器天线的收/发信号作用。

  图4为本实用新型的抛物面反射器天线的结构剖视图,其中,抛物面反射器天线(Main-dish)、一副碟32(Sub-dish)以及一馈源装置,如喇叭型馈源器41(Hornfeed)等主要部分。

  第一盖20与第二盖30的外型如圆顶状(Radome),且其材质为ABS,在其周缘还各具有一凸缘201及一凹缘301,而第一盖凸缘201与第二盖凹缘301的结合是以超声波熔接的方式结合,可以达到美观、防水的作用,较以往利用胶合的结合方式有明显的进步与优点。

  而主碟31连接于第二盖30的内部且材质为镀锌铁板,并具有一主反射面11,主反射面11依据

  公式定义的抛物面且具有一焦点,再由如前所述的F/D值决定焦距F值,一般F值介于75与100之间。

  另外,副碟32通过由一螺丝50连接于第一盖20的内部,且副碟32的材质为镀锌铁板,并具有一副反射面12,副反射面12依据

  公式定义的双曲面且具有一内焦点与一外焦点,内焦点重叠于抛物面的焦点,一般而言,取a值介于11与25之间,b值介于24与36之间,即可得如前所述的c值,进一步决定f值与p值;另外,螺丝50的材质为聚碳酸脂(PC),其作用除了安装、固定副碟32于第一盖20之外,还有一作用为调整副碟32的位置,以达到副反射面12的内焦点与主反射面11焦点的重叠位置。

  喇叭型馈源器41连接于第二盖30,而其最佳实施例彼此结合为一体,且利用超声波熔接的方式结合,首先,将材质铝(Al)利用射出成型机以金属射出成形的方式形成喇叭型馈源器41,再利用超声波将喇叭型馈源器41与原料为ABS的第二盖30熔接成一体,具有制造容易、可防水等优点。另外,喇叭型馈源器41包含有彼此衔接的方形喇叭型波导管(Wave guide)与圆形喇叭型波导管,且在圆形喇叭型波导管的开口处具有一收/发信号口410,用于接收与发射信号,且收/发信号口410的中心重叠于前述双曲面的外焦点,而方形喇叭型波导管末端连接已规格化的同轴转波导管接头WR34或WRJ260,其尺寸为4.318mm*8.636mm,将其电连接至一信号源(图中未示)用以将方形喇叭型波导管的信号转换至圆形喇叭型波导管以辐射电磁波。其中,喇叭型馈源器41的各部最佳尺寸以及与各部位间的最佳距离关系为喇叭型馈源器41的长度介于40mm至80mm之间,而其收/发信号口410的直径介于18mm至30mm之间,且收/发信号口410突出第二盖30的长度介于36mm至40mm之间,收/发信号口410与副碟32的距离介于36mm至46mm之间。

  因此,在整体设计时,先考虑喇叭型馈源器41的尺寸与效能,决定后即可确定副碟32的尺寸,例如a值、b值及其直径d等,以及由前述F/D值决定的主碟31的直径D等,再通过彼此间的配合关系即可得出最佳的设计尺寸。

  另外,关于整体组装的先后关系为先安装主反射面11的位置并得出其焦点,并依据(F-f)的值决定喇叭型馈源器41申出主反射面11的长度,此步骤在制造时已一并完成,再通过螺丝50将副反射面12安装于距离喇叭型馈源器41的收/发信号口410中心(f-p)位置,且可由调整螺丝50以达到精确定位,并同时达到将副反射面12的内焦点重叠于主反射面11的焦点,以完成整体抛物面反射器天线为本实用新型抛物面反射器天线经过实验测量后的指向性图,其中当工作频率于26.125GHz时,其-3dB频宽(Bandwidth)所夹的角度为2.6 degree,故为一具有高方向性的天线,而其增益值(Gain)为33dBi,的确为一具有且高增益值的天线。

  虽然本实用新型前述的较佳实施例披露如上,然其并非用以限定本实用新型,任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围内,所作的改进和替换,应被认为属于本实用新型的保护范围。

  权利要求1.一种抛物面反射器天线,其特征在于,包括第一盖及第二盖;主碟,连接于该第二盖的内部,且具有一主反射面,该主反射面为依据公式定义的抛物面且具有一焦点,其中该F值介于75与100之间;一副碟,连接于该第一盖的内部,且具有一副反射面,该副反射面为依据

  公式定义的双曲面且具有一内焦点与一外焦点,该内焦点重叠于该抛物面的焦点,该a值介于11与25之间,该b值介于24与36之间;以及一馈源装置,连接于该第二盖且具有一收/发信号口,且该收/发信号口的中心重叠于该双曲面的外焦点,并电连接至一信号源以辐射电磁波。

  2.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该第一盖与该第二盖的材质为ABS。

  3.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该第一盖的周缘包括有一凸缘,而该第二盖的周缘包括有一凹缘。

  4.如权利要求3所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该第一盖的凸缘与该第二盖的凹缘以超声波熔接方式结合。

  5.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该馈源装置与该第二盖彼此结合为一体。

  6.如权利要求5所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该馈源装置与该第二盖以超声波熔接方式结合为一体。

  7.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该副碟与该第一盖以螺丝结合。

  8.如权利要求7所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该螺丝的材质为聚碳酸脂(PC)。

  9.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该主碟的材质为镀锌铁板。

  10.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该副碟的材质为镀锌铁板。

  11.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该馈源装置为喇叭型馈源器(Horn feed)。

  12.如权利要求11所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该喇叭型馈源器包含有彼此衔接的一方形喇叭型波导管(Wave guide)与一圆形喇叭型波导管,用于将电连接至该方形喇叭型波导管的该信号源转换至该圆形喇叭型波导管以辐射电磁波。

  13.如权利要求11所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该喇叭型馈源器的材质为铝(Al)。

  14.如权利要求11所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该喇叭型馈源器的收/发信号口直径介于18mm至30mm之间。

  15.如权利要求11所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该喇叭型馈源器的长度介于40mm至80mm之间。

  16.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该馈源装置的收/发信号口突出该第二盖的长度介于36mm至40mm之间。

  17.如权利要求1所述的抛物面反射器天线,其特征在于,该馈源装置的收/发信号口与该副碟的距离介于36mm至46mm之间。

  专利摘要本实用新型为一种抛物面反射器天线,其中公开了一种作为无线电通讯基站与移动式终端装置间信号收发端的抛物面反射器天线;本实用新型通过决定一具有主反射面的主碟与一具有副反射面的副碟的曲率及彼此的相关位置,配合决定馈源装置的尺寸与其间相关距离等手段以达到增进抛物面反射器天线的信号接收与发射效果的目的。

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