CN101160691A - 用于安装旋转反射器天线从而最小化掠过弧的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于在飞机外表面上安装旋转反射器天线从而最小化主反射器掠过弧的设备和方法。其允许主反射器的有效前面积减小，使得可以将具有更小前面积的天线罩用于覆盖天线系统。主反射器围绕设置在主反射器轴中心(即，顶点)前的方位轴旋转。在一个实施例中，方位轴位于在限定出天线孔径的主反射器最外侧沿之间延伸的平面内。在另一个实施例中，方位轴位于主反射器最外侧沿前。在再一个实施例中，方位轴位于辅助反射器与天线的馈电喇叭之间，或在主反射器的顶点与辅助反射器之间。

Description

用于安装旋转反射器天线从而最小化掠过弧的方法和设备

本申请为提交于2001年9月27日的待审查美国专利申请No.09/965,688的部分继续申请。上述申请的公开内容在此作为参考引入。

技术领域

本发明涉及天线系统，并且更加特别地涉及一种按照在天线围绕其方位轴旋转时最小化天线掠过弧的方式安装反射器天线的方法和设备。

背景技术

安装在飞机上天线罩下的天线的前表面积对飞机的空气动力学非常重要。这是因为由天线罩产生的空气阻力和对飞机性能和燃料消耗产生的影响。对于必须围绕其方位轴旋转的反射器天线，天线的“掠过弧”比天线的主反射器的总宽度大。这就使相当宽度的天线罩成为必要，由此增加天线罩的前表面积并且由此增加了飞机的阻力。

参照图1，在对于现有反射器天线系统常见的方位旋转轴位于主反射器轴中心向后或后面时，可见现有技术天线系统主反射器的掠过弧“A”的直径。主反射器的最外沿也已标出。此直径标注为“B”。在方位旋转轴位于主反射器中心或其后时，由主反射器产生的掠过弧的直径明显大于主反射器本身的直径。

因此，在满足天线电磁性能的情况下保持反射器天线的高度和宽度最小化极其重要。更加特别地，对于待安装在飞机外表面上的天线的主反射器而言，按照使天线围绕其方位轴旋转时天线掠过弧最小的方式来安装十分重要。最小化天线的掠过弧将由此最小化需要覆盖天线的天线罩的尺寸，并由此最小化其上安装了天线罩的飞机飞行时天线罩产生的相应空气阻力。

发明内容

上述缺点通过一种新型天线系统和用于安装天线系统的方法来解决。该天线系统通常包括安装在安装平台上的主反射器。安装平台围绕方位角轴旋转，从而允许天线的方位扫描角按照需要调整。方位电机用于按照需要旋转平台从而根据期望的方位扫描角度瞄准主反射器。

一个主要特征在于，主反射器围绕其旋转的方位轴设置在主反射器的顶点前，而非在主反射器的顶点处或之后。在一个优选形式中，方位轴位于平分主反射器最外沿的平面内的点上。在另一个优选实施例中，方位轴位于主反射器最外沿前。在每一种设置中，主反射器的掠过弧同方位轴位于与主反射器顶点一致的平面或在主反射器顶点后的情况下产生的相比减小。掠过弧的最大减小通过将方位轴设置在平分主反射器的最外端之间的平面处来提供。

通过将天线的主反射器支撑在横向偏离(即，之后)安装平台围绕其旋转的方位轴，天线的掠过弧明显减小。这减小了在将该系统安装在飞机外表面时需要用来容纳天线系统的天线罩的前表面积。这种安装设置不会使天线系统本身的组装或构造明显复杂，或者需要对其上要安装该天线系统的飞机外体表面进行重大的修改。

在再一个替换优选实施例中，天线系统的方位旋转轴位于馈电喇叭与辅助反射器之间。在又一个替换优选实施例中，天线系统的方位旋转轴位于主反射器的顶点与辅助反射器之间。与方位旋转轴位于主反射器后产生的相比，这些实施例都减小了主反射器的掠过弧，同时仍提供了极其紧凑的设置，其可以良好地适用于高速移动平台上，而天线系统需要容纳在天线罩内。

该系统可以应用的其它领域通过以下提供的详细介绍将更加明显易懂。应理解，详细介绍和具体示例在指出各种优选实施例的同时，仅是出于说明的目的。

附图说明

本系统将从详细介绍和附图得到更加全面的理解，附图中：

图1为由其中主反射器方位旋转轴设置在主反射器中心稍微向后一点处的现有技术安装方式产生的掠过弧的简化示意图；

图2为现有技术反射器天线的平面图；

图3为根据本系统优选实施例的天线系统的侧示图，其示出方位轴位于沿着天线主反射器的最外沿之间延伸的平面内；

图4为示出由如图3所示地设置方位旋转轴产生的掠过弧的减小的直径的图示；

图5为本发明天线系统的侧示图，其中方位轴设置在位于天线系统主反射器最外沿前的平面内；

图6为由图5所示天线系统产生的掠过弧的图示；

图7示出天线系统替换优选实施例的局部侧截面图，其中方位旋转轴位于馈电喇叭与该系统辅助反射器之间；以及

图8示出了天线系统的另一替换优选实施例，其中方位旋转轴位于主反射器顶点与辅助反射器之间。

具体实施方式

以下对优选实施例的介绍仅是出于示例的性质，并且并非打算对该系统、其应用或使用构成任何限制。

参照图2，其中示出了非常适于安装在飞机外表面上的现有技术天线系统10。天线系统10包括具有中心(即，顶点)12a和最外沿部分12b的主反射器12。辅助反射器14位于处在主反射器12中心12a处的馈电喇叭16前。使用一对低噪声放大器(LNA)18和20，以及一对天线共用器22和24，用于对所接收的和发送的信号执行信号调节操作。仰角电机26用于定位主反射器12在期望的仰角，同时使用方位电机28围绕方位轴旋转主反射器12从而将主反射器定位在期望的方位。编码器30用于跟踪主反射器12的方位并向方位电机28提供反馈。

现在参照图3，示出了根据本发明优选实施例的天线系统100。天线系统100在使用具有轴中心(即，顶点)102a和最外侧沿部分102b的主反射器102方面与天线系统10类似。馈电喇叭104设置在主反射器102的中心102a。主反射器102支撑在平台106上，这使得主反射器102的方位旋转轴108处于通过主反射器最外沿102b延伸的平面内。平台106通过方位电机110围绕方位旋转轴108旋转从而将主反射器102定位在期望的方位。优选采用一个两路同轴旋转接头112使得馈电喇叭104与延伸通过飞机外表面114的传输线112a之间形成必要的电性连接。为简化起见，通常用于封闭整个天线系统100的天线罩并未示出。

参照图4，由天线系统100的主反射器102的旋转运动产生的掠过弧116以高度简化的形式示出。在方位旋转轴108定位为使得其延伸通过主反射器102的最外侧沿102a时，如结合图3所介绍，掠过弧116的半径最小化至最大范围。在此构造中，掠过弧116近似为反射器102总长度118的一半。由此，将方位旋转轴108定位在主反射器102中心(即，顶点)102a前(即图3中中心点102a右侧)明显减小了由主反射器产生的掠过弧。这种对掠过弧总面积、体积的减小也可以由图1和4中看到。

然而，在某些应用中，图3所示天线系统100的方位旋转轴的位置会导致通过天线系统100发送和/或接收信号阻挡达到让人难以接受的程度。因此，会期望将图3所示的方位旋转轴108定位在主反射器102最外沿102b前。这种安装方式在图5中示出。除了安装平台206具有更长的总长度从而使方位旋转轴108位于主反射器202的最外沿202b前(即，图5所示中的右侧)外，图5所示的天线系统200与图3所示的天线系统100一致。另外，天线系统200的部件与天线系统100一样的，标注为在用于表示天线系统100的部件的附图标记增加因数100。由天线系统200产生的掠过弧在图6中示出。掠过弧由虚线圆220表示。主反射器202的最大有效前宽度因此由箭头222表示，其仅稍稍大于主反射器的直径226。反射器202的旋转半径由线条224表示。在比较图6的掠过弧220与图4所示的掠过弧116时，可以见到，由天线系统200的安装方式产生的掠过弧稍大于由天线系统100产生的。然而，方位轴在主反射器202最外沿202b前的位置有助于消除由安装平台206和旋转接头212产生的阻挡程度。

现在参照图7，其示出了根据本发明另一替换优选实施例的天线300。天线300的构造与天线100和200一致，并且形成了具有盘形主反射器302、馈电喇叭304、辅助反射器305和支撑主反射器的安装平台306的卡塞格伦天线。辅助反射器305离开主反射器302通过支撑结构307支撑在馈电喇叭304前。辅助反射器305设置在位于馈电喇叭304与主反射器302的最外沿302b之间的平面内。将平台支撑起来用于通过适合的电机310围绕方位旋转轴308在方位平面内旋转。同轴旋转接头312与传输线路312a连接。传输线312a可以包括同轴电缆或任何时何的电导体。天线300与天线100和200的区别在于，方位旋转轴设置在主反射器302的顶点302a前，但在主反射器的最外沿302b后。在图7所示的实施例中，方位旋转轴设置在辅助反射器305与馈电喇叭304之间。与将方位轴设置在顶点302a所产生的相比，这种方位轴308的设置提供了一定程度的主反射器302掠过弧直径的减小，但并非达到将方位轴302a设置在最外沿302b相同程度。

图8示出了天线系统300’的另一实施例。与图7中相对应的部件以相同并且还具有上角标的附图标记表示。天线系统300’的构造与天线系统300相同，区别仅在于方位旋转轴308’设置在位于主反射器302’的最外沿302b’与辅助反射器305’之间的平面内。天线300和300’两者都比图1所示的现有天线减小了掠过弧。

本系统的优选实施例由此提供了用于按照最小化反射器天线有效前面积的方式支撑反射器天线的手段，并由此允许在天线位于飞机外表面时将具有更小前面积的天线罩应用于覆盖天线。优选实施例并未明显使天线系统的构造复杂，也未使天线系统在飞机外表面上的安装复杂。另外，优选实施里并未明显增加天线系统的构造成本。

本领域技术人员现在可以前面的介绍了解到，本发明所一般教导的内容可以应用于各种形式。因此，本发明已经结合其特定示例作出介绍，本发明的真实范围不应因此受到限制，因为通过学习附图、说明书和以下权利要求，其它改进对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (27)

1.一种用于安装可旋转盘形反射器天线的方法，该天线具有最外沿和顶点的主反射器、安装在主反射器前面的辅助反射器和安装在辅助反射器前面的馈电喇叭，该方法按照最小化在所述主反射器围绕方位旋转轴旋转时所述主反射器的掠过弧的半径的方式，所述方法包括：

将所述主反射器支撑在安装部件上；

围绕所述方位旋转轴旋转所述安装部件；以及

使所述方位旋转轴位于所述主反射器的所述顶点与所述最外沿之间。

2.如权利要求1所述的方法，其中旋转所述安装部件包括使用设置在所述安装部件上的电机。

3.如权利要求1所述的方法，还包括使用与所述安装部件操作结合的同轴旋转接头，从而电性耦合馈电喇叭至外部传输电缆。

4.一种用于安装可旋转盘形反射器天线的方法，该天线包括具有最外沿和顶点的主反射器、安装在顶点前面的辅助反射器和安装在顶点处的馈电喇叭，该方法按照最小化在所述主反射器围绕方位旋转轴旋转时所述主反射器的掠过弧的半径的方式，所述方法包括：

将所述主反射器支撑在安装部件上；

围绕所述方位旋转轴旋转所述主反射器；以及

使所述方位旋转轴位于所述馈电喇叭与所述辅助反射器之间。

5.如权利要求4所述的方法，其中支撑所述主反射器包括在具有旋转同轴接头的安装平台上安装所述主反射器。

6.如权利要求4所述的方法，其中旋转所述主反射器包括使用电机。

7.如权利要求6所述的方法，其中使用电机包括使用从安装部件支撑的电机。

8.一种用于安装可旋转盘形反射器天线的方法，该天线包括具有最外沿和顶点的主反射器、安装在主反射器前面的辅助反射器和安装在顶点处的馈电喇叭，该方法按照最小化在所述主反射器围绕方位旋转轴旋转时所述主反射器的掠过弧的半径的方式，所述方法包括：

将所述主反射器支撑在安装部件上；

围绕所述方位旋转轴旋转所述安装部件；以及

使所述方位旋转轴位于所述辅助反射器与所述主反射器的所述顶点之间。

9.如权利要求8所述的方法，其中支撑所述主反射器包括在具有旋转同轴接头的安装平台上安装所述主反射器。

10.如权利要求8所述的方法，其中旋转所述安装部件包括使用电机旋转所述安装部件。

11.如权利要求10所述的方法，其中使用电机包括使用从安装部件支撑的电机。

12.一种天线系统，适于按照在旋转所述天线期间减小所述天线在其内移动的包络的半径的方式围绕方位旋转轴旋转，所述天线系统包括：

盘形主反射器，具有顶点和限定天线孔径的最外沿；

辅助反射器，设置在所述主反射器的所述顶点前并在所述最外沿后；

馈电喇叭，面对所述辅助反射器，所述馈电喇叭设置在所述主反射器的所述最外沿后；以及

其中所述反射器围绕方位旋转轴旋转，所属方位旋转轴在所述辅助反射器与所述馈电喇叭之间延伸。

13.如权利要求12所述的天线系统，还包括用于支撑所述主反射器的支撑平台。

14.如权利要求12所述的天线系统，其中所述辅助反射器和所述馈电喇叭都从所述主反射器支撑。

15.如权利要求12所述的天线系统，还包括用于在所述馈电喇叭与外部传输电缆间建立电性连接的旋转同轴接头。

16.如权利要求12所述的天线系统，还包括用于旋转所述主反射器的电机。

17.如权利要求13所述的天线系统，还包括安装在所述支撑平台上用于旋转所述支撑平台的电机。

18.一种天线系统，适于按照在旋转所述天线期间减小所述天线在其内移动的包络的半径的方式围绕方位旋转轴旋转，所述天线系统包括：

盘形主反射器，具有顶点和限定天线孔径的最外沿；

辅助反射器，设置在所述主反射器的所述顶点前并在所述最外沿后；

馈电喇叭，面对所述辅助反射器，所述馈电喇叭设置在所述主反射器的所述最外沿后并在所述辅助反射器前；以及

其中所述反射器围绕方位旋转轴旋转，所属方位旋转轴在所述主反射器的所述顶点与所述辅助反射器之间延伸。

19.如权利要求18所述的天线系统，还包括用于支撑所述主反射器的支撑平台。

20.如权利要求18所述的天线系统，其中所述辅助反射器和所述馈电喇叭都从所述主反射器支撑。

21.如权利要求18所述的天线系统，还包括用于在所述馈电喇叭与外部传输电缆间建立电性连接的旋转同轴接头。

22.如权利要求18所述的天线系统，还包括用于旋转所述主反射器的电机。

23.如权利要求19所述的天线系统，还包括安装在所述支撑平台上用于旋转所述支撑平台的电机。

24.一种天线系统，适于按照在旋转所述天线期间减小所述天线在其内移动的包络的半径的方式围绕方位旋转轴旋转，所述天线系统包括：

盘形主反射器，具有顶点和限定天线孔径的最外沿；

辅助反射器，设置在所述主反射器的所述顶点前并在所述最外沿后；

馈电喇叭，面对所述辅助反射器，所述馈电喇叭设置在所述主反射器的所述最外沿后；

安装部件，用于支撑所述主反射器；以及

其中所述反射器围绕方位旋转轴旋转，所属方位旋转轴在所述主反射器的所述顶点与所述最外沿之间延伸。

25.如权利要求24所述的天线系统，还包括用于旋转所述安装部件的电机。

26.如权利要求25所述的天线系统，其中所述电机支撑在所述安装部件上。

27.如权利要求24所述的天线系统，还包括与所述安装部件操作结合用于电性连接所述馈电喇叭与外部传输电缆的旋转同轴接头。

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