[发明专利]带有喇叭天线的地面微波交互式自适应应答器和用于这种应答器的天线罩

说明书

技术领域

本发明涉及以下方面：

首先，本发明涉及这种优选的低功率地面微波交互式自适应应答器(transponder)，它们-

设计用于无线电和TV节目无线传输(通常以数字格式)，并且同时用于提供给许多客户的信息服务(具体来说是因特网)，以及

它们能够工作在密集的大气降水条件下，例如季风雨、持续降雪或者沙尘暴。

其次，本发明涉及用于定向扇区(即扇形)微波辐射的喇叭抛物面天线的设计；以及

第三，本发明涉及用于保护所述应答器免受大气液态和固态降水影响的天线罩的设计。

为了便于本描述，本文中和所附权利要求书中使用的以下术语表示如下概念：

“地面应答器”表示发射-接收(收发)无线电系统，它-

安装在地面空气中的适当基座处，

配备有到适当电源的连接器，以及

包括发射和接收电路，所述发射和接收电路各自包括用于任意数字和/或模拟数据的数据隔离发射和接收单元组，以上所述全部由自适应控制系统来控制；

“微波应答器”表示优选地设计用于SHF和EHF频带操作的应答器；

“交互式应答器”表示设计用于与客户进行双工模式数据交换的应答器；

“自适应应答器”表示设计用于根据地面空气的当前湿度和/或含尘量值灵活调整无线电发射和接收功率水平的应答器。

背景技术

多媒体服务(即，为数量上飞速增长的公司和个体客户提供可靠的无线电和TV广播、有效的双工移动无线通信和高速因特网接入)已经成为世界市场的最重要部分之一。

仅使用微波频带来满足对这类服务的高度增长的有偿付能力的市场需求确实是可能的。

实际上，从电磁波(以下称作EMW)的UHF频带到SHF和EHF频带的载波频率的变化允许充分获得无线电-电话信道以及无线电和TV广播的吞吐量，并且允许以对电磁干扰不太敏感的数字格式传送大多数数据。

但是，所述优点伴随两个基本缺点，即：

(1)集中微波电磁辐射对人的危害，这《在生理学上》限制无线电和电视发射器及应答器的功率通量密度，以及

(2)随着与无线电和电视发射器或应答器的距离的增加，无线电信号的强烈衰落以及相应的其服务区域的减小。

考虑因素(1)，国际无线电通信咨询委员会(ICCR)在其Recommendation 406-6(1990，p.2)中已作如下定义：

在任何地面无线电系统的发射天线的输入端的功率对于频带1-10GHz和10-15GHz分别不可超过+13dBW和+10dBW，以及

任何这种无线电系统的等效的各向同性辐射功率的最大值不可超过+55dBW。

因素(2)，即大气中无线电信号的强烈衰落基于三个主要原因。

功率损耗的第一个原因是自由空间中的EMW散射。这些损耗与从发射器天线到接收器的距离的平方成正比，而与辐射波长的平方成反比。因此，

对于无线电频带中的任何EMW，距离从1km增加到50km使无线电信号减弱2500倍，以及

波长从1m减少到1mm使无线电信号减弱10⁶倍(即，60dB，而不管距离)。

EMW功率损耗的第二个原因是电磁能量被氧气和大气水吸收。这些损耗对于单独的窄频率子带具有显著峰值。具体来说，存在已知的两个吸收最大值：

对于氧，在大约60GHz频率处为15dB/km而在大约120GHz频率处为2dB/km，以及

对于大气水，在大约22GHz频率处为0.15dB/km而在大约165GHz频率处为25dB/km.

在地面空气中氧浓度实际上是恒定的。

因此，在设计无线电和TV广播站、应答器和客户收发信机(transceiver)时易于考虑自由空间中的EMW散射和氧对EMW能量的吸收所引起的上述损耗。

但是，空气湿度可在大范围内变化。

此外，在浓雾、降雨和/或降雪条件下，空气可充满水滴和/或雪花，以致于SHF和EHF频带中的EMW传输因加热大气水引起的电磁能量损耗而实际上变为低效。

这种吸收按数字是任何地面应答器的能量损耗和操作不稳定性的第三原因(但是按重要性对于潮湿的热带气候区域是主要原因)。

请查照(ad notam)，与载波频率12、18、28和38GHz有关的、垂直极化EMW的衰减系数(γ，dB/km)与降雨强度(R，mm/h)之间的关系在下表1中给出：

表1