组合式卫星和地面天线
2019-11-22

组合式卫星和地面天线

本发明提出了一种组合式天线系统,可用于车辆和结构,其中一个卫星天线围着一个可用于普通的FM无线电通信和地面转发的卫星广播信号的桅杆式天线同心设置。这种组合式天线系统,在一个车辆实现中,配置成只使用在车辆制造过程中所创设的唯一的孔,从而不需要为卫星天线再钻第二个孔,这样就减轻了对车辆主体的损坏。此外,这种组合式天线系统可以有益地设置成使将它与接收机盒连接起来的RF电缆比将卫星天线设置在车辆的窗或顶上的情况短一些。在另一个实施例中,卫星天线可以安装在固定或可伸缩的地面天线上,从而可以将卫星天线升高到比车辆或结构上任何障碍还高。

多频带地面天线302用来接收AM和FM无线电信号和地面转发的卫星发射信号。AM和FM无线电设备通常只是用来接收音频无线电广播,也就是说从本地无线电台用包括音乐、新闻、体育、“访谈”等各种广播节目格式传送的音频无线电。这些广播节目的格式为许多人所熟悉,是今天用户在他们的车辆和移动或固定结构内通常所接收的类型。然而,多频带地面天线302也可以用于双向蜂窝电话通信和接收地面转发的卫星发射信号。后一种应用将在下面说明。

第二个天线,卫星天线304,直接从一个或多个处于同步或非同步地球轨道上的卫星接收卫星发射信号。卫星传输可以用于音频广播节目,但是也可以用于其他用途。

其次,顶上安装的天线不好看,不仅对于外部的观察者,而且对于乘用人员也是这样,在安装中RF电缆必须走线通过车辆的内部。在窗上安装天线的情况下,耦合器可能会妨碍视线,通常使车辆外观不好看。

下面将结合这些附图说明优选实施例的各个功能部件,在这些附图中同样的部分标以相同的标记字符。

多频带地面天线302用来接收AM和FM无线电信号和地面转发的卫星发射信号。AM和FM无线电设备通常只是用来接收音频无线电广播,也就是说从本地无线电台用包括音乐、新闻、体育、“访谈”等各种广播节目格式传送的音频无线电。这些广播节目的格式为许多人所熟悉,是今天用户在他们的车辆和移动或固定结构内通常所接收的类型。然而,多频带地面天线302也可以用于双向蜂窝电话通信和接收地面转发的卫星发射信号。后一种应用将在下面说明。

图1和2的窗上安装系统和顶上磁安装系统这两种天线安装系统都有着一些严重的缺点。首先,无论是图1还是图2的天线都很可能是一个第二个甚至是第三个天线,因此使车辆或结构外观不雅。对于图1的窗上安装系统来说,通过玻璃的RF耦合损耗通常为1dB或者更高一些。这增大了噪声系数,导致接收机灵敏度降低。

图8为按照本发明的另一个实施例设计的用来接收AM、FM、卫星信号和地面转发的卫星信号的组合式多频带地面和卫星天线系统的原理方框图。在大多数情况下,SDARS/RX 314和SDARS/AM/FM分路器802设置在车辆的车身内,而如果无线电设备是在一个移动或固定结构内,就将它们设置在组合式多频带地面/卫星天线350附近。如以上所说明的那样,SAT/LNA 704的输出端上接的是SDARS/SAT电缆312,而TER/LNA 710的输出端上接的是SDARS/TER电缆316。SDARS/TER电缆316于是可以与AM/FM电缆322归并成AM/FM/SDARS/TER电缆718,连接到SDARS/AM/FM分路器802上。这两根电缆都可以长到15英尺。

SDARS/RX 314接纳SDARS/SAT电缆312和SDARS/AM/FM分路器802的第一输出端(SDARS电缆806)。前者直接接收卫星发送的RF信号,而后者接收地面转发的同一个卫星发射的信号。SDARS/AM/FM组合器716的输出端上接的是AM/FM/SDARS/TER电缆718。含有AM/FM电缆322和SDARS/TER电缆316的AM/FM/SDARS/TER电缆718连接到SDARS/AM/FM分路器802的输入端上。SDARS/AM/FM分路器802将AM/FM与地面转发的卫星信号分离。SDARS/AM/FM分路器802的另一个输出端上接的是AM/FM/分路器电缆808,它连接到AM/FM调谐器324的输入端上,而FM调谐器324的输出端通过AM/FM调谐器输出电缆810连接到头单元320上。头单元320还接收SDARS/RX314的输出,这个输出是经下变频的卫星发射信号,头单元320于是可以对这信号进行处理,将它变换为音频信号。经下变频的信号由SDARS/音频电缆330承载。同样,AM/FM调谐器324的输出是一个经下变频的信号,可以由头单元320处理成音频信号,输出给扬声器(未示出)。SDARS音频电缆330和AM/FM调谐器输出电缆810内所含的信号可以是模拟信号,也可以是数字信号。如果组合的头单元AM/FM调谐器328设置在一个家庭、办公室或其他大结构内,可以将它放置在一个便于结构的使用者使用的位置。

图1和2的窗上安装系统和顶上磁安装系统这两种天线安装系统都有着一些严重的缺点。首先,无论是图1还是图2的天线都很可能是一个第二个甚至是第三个天线,因此使车辆或结构外观不雅。对于图1的窗上安装系统来说,通过玻璃的RF耦合损耗通常为1dB或者更高一些。这增大了噪声系数,导致接收机灵敏度降低。

再来看图3,可以看到卫星天线304围着多频带地面天线302同心设置(这也可以从图5A和5B更为清楚地看出)。优选的是,卫星天线304是一个四分螺旋天线。由一个四分螺旋天线(quadrifilar helixantenna)组成的卫星天线304在从同步轨道卫星接收卫星传输上具有良好的性能。由于卫星天线304围着多频带地面天线302同心设置,因此可以通过售后添加或原设备制造厂或OEM(汽车制造厂)安装卫星天线304。在这两种情况下,来自两个天线的RF电缆都将套入现有的预先开好的已经装有多频带地面天线302的孔内。

SAT/LNA 704的输出端连接到SDARS/SAT电缆312上。再来看图3,SDARS/SAT电缆312直接连接到SDARS/RX 314上,承载经放大的由卫星天线304接收的信号。TER/LNA710的输出端连接到SDARS/TER电缆316上。这根电缆承载经放大的由多频带地面天线302接收的信号。由多频带地面天线302接收然后经TER/LNA放大的信号将包括很宽的信号范围,即,AM、FM、地面转发的卫星信号,或许甚至还有蜂窝信号,因此称为“多频带”信号。适当选择TER/LNA 710可以具有过滤掉或者不过滤掉不合需要的信号(在一定程度上),这取决于具体设计准则。

因此,可以看到,在一些情况下角Φ会太大,如果配置成所示出的那样。在这些情况中,可以将一个衬垫放在卫星天线304下垫高,使第一h增大,从而使角Φ减小。这些关系如下所示:AngleΦ=tan-1(H-hl)]]>Tan20=0.363∴H-hl≤0.363]]>图7A为按照本发明的一个实施例设计的多频带地面天线、卫星天线、低噪声放大器和安装点处的电缆线路的原理方框图。图7A示出了使组合式多频带地面/卫星天线350适当进行工作的必要电器部件。每个天线各有一根从它引出的RF电缆。在卫星天线304的情况下,它为卫星天线输出电缆702,而在多频带地面天线302的情况下,它为多频带地面天线输出电缆706。这两根电缆都引入LNA外壳326。