天线设备及其系统和天线方向调整的方法

                            技术领域

一般而言，本发明涉及一种天线设备，接收系统和天线方向的调整方法， 本发明尤其涉及天线设备，接收系统和天线方向的调整方法，它们适合于调 整天线的方向以接收通过卫星传播的无线电波。

                            背景技术

近年来，接收通讯和广播卫星传播的无线电波的系统越来越普及，在这 样的系统中，必须调整天线的方向，使得由卫星发射的无线电波能被天线正 确地接收。

一个有关这种天线的调整方法的发明在“日本专利公布号Sho 59- 47883”中公开。

更具体而言，依照上述公开的发明，如图5所示，由卫星1发送的无线 电波被抛物面天线11所接收，由抛物面天线11接收的无线电波产生的信号 被户外转换器单元12转换为具有预定的中间频率的信号。具有预定的中间频 率的信号通过电缆15然后提供给装在房子屋顶21下的室内转换器单元31。 室内转换器单元31对中间频率信号进行解调，输出解调的结果到电视接收机 32。

抛物面天线11的方向受到方向调整单元13的调整使得抛物面天线11正 确地对准卫星1。能让天线调整人知道是否抛物面天线11正确地对准卫星1 的仪表14被设置在户外转换器单元12上。

仪表14按如下进行工作。如图6所示，在户外转换器12内，带通滤波 器(BPF)41从抛物面天线11接收的信号中提取预定的频带信号，由BPF 41 输出的信号被放大器42放大，然后被送到变频器43，以便将其信号转换为 一个具有预定的中间频率的、被称之为IF信号的输出信号。由变频器43输 出的IF信号被中间频率放大器44放大，中间频率放大器44的输出信号提供 给信号分离电路45，以便将信号通过电缆15传送到室内转换单元31。

由中间频率放大器44输出的部分IF信号通过信号分离电路45提供给检 测电路46。检测IF信号的检测电路46输出一个表示IF信号电平的直流信号， 从检测电路46输出的直流信号由直流放大器47加以放大，然后提供给仪表 14。

最后，IF信号的电平显示在仪表14上，调整抛物面天线11方向的人在 观察仪表显示的同时调整抛物面天线11的方向来对准卫星，使得在该方向IF 信号的电平为最大。

通过如上所述的在户外转换器单元12上的仪表14，调整抛物面天线11 方向的人就能进行调整，使得他或她很容易地使抛物面天线11正确地对准卫 星1。

然而，在这种传统的设备中，IF信号电平是在户外转换器单元12上进行 监视的，这就出现了这样的问题，即户外转换器单元12的结构变得复杂，因 此，价格也就变得十分昂贵。

除此以外，由于被监视着的是IF信号电平，因而在有多个卫星1存在的 情况下，就不能区别所监视的是哪一个卫星发出的无线电波，结果是，人们 担心这种调整由于失误会使抛面天线11对准错误的卫星。

                            发明内容

本发明提出了上述的问题，本发明的一个目的是提供低价格的天线设备 和低价格的接收系统，而且它们那具有简单的结构。本发明的另一个目的是 提供天线设备和接收系统，它们能使抛物面天线在多个存在的卫星当中对准 预定的卫星。

根据本发明的一方面，提供一种天线设备，从预定方向发送来的无线电 波被天线作为信号接收，且所述的接收信号通过电缆被提供给接收设备，所 述接收设备从所述接收信号中检测表示天线方向的信号，并根据检测结果通 过所述电缆向所述天线设备输出信号，所述天线设备包括：提取装置，用于 从所述接收设备输出的信号中提取表示天线方向的信号；和显示装置，用于 显示由所述提取装置提取的所述信号。

根据本发明的另一方面，提供一种接收系统，该系统包括：天线设备， 用于从预定的方向接收作为信号的无线电波并通过电缆输出所述的接收信 号；和接收设备，用于调谐和解调通过所述电缆从所述天线接收的所述信号， 其特征在于：在所述接收设备中所使用的调谐装置调谐通过所述电缆提供的 所述信号；在所述接收设备中所使用的解调装置对所述调谐装置输出的信号 进行解调；在所述接收设备中所使用的检测装置检测从所述调谐和解调装置 输出的代表所述天线方向的信号；在所述接收设备中所使用的输出装置从由 所述检测装置产生的检测结果中产生输出信号和通过所述的电缆传送所述输 出信号；在所述天线设备中所使用的提取装置从由所述输出装置中产生的所 述输出信号中提取表示所述天线方向的信号；所述提取装置输出的所述提取 信号通过LED的闪烁被显示出来。

根据本发明的另一方面，提供一种天线方向调整方法，包括：天线设备， 用于接收从预定方向来的作为信号的无线电波并通过电缆输出所述的接收信 号；和接收设备，用于解调通过所述电缆从所述天线接收的所述信号，所述 天线方向调整方法包括以下步骤：从已解调的信号中检测表示所述天线方向 的信号，此已解调的信号是由于对通过所述电缆从所述天线提供的所述信号 进行解调而产生的；输出从所述接收设备通过所述电缆提供的所述被检测的 信号；从所述被检测的信号提取表示所述天线方向的所述信号，所述被检测 的信号是通过所述电缆由所述接收设备提供的；显示所述被提取的信号。

                            附图说明

图1给出了本发明所提供的接收设备的一个典型结构的方框图；

图2给出了图1所示的转换器52和接收机71典型结构的方框图；

图3给出了接收载波噪声(CN)比和发光二极管(LED)闪烁周期之间的关 系；

图4给出了本发明提供的接收设备的另一个典型结构的方框图；

图5给出了传统接收设备的典型结构的方框图；

图6给出了在图5所示的户外转换器单元12的典型结构方框图。

                            具体实施方式

在参照附图对实施例的如下详细讨论中，本发明将更清楚地被描述。

图1给出了本发明提供的接收设备的典型结构的方框图。在该实施例中， 由卫星50发射的无线电波由抛物面天线51所接收，抛物面天线51由基座 53所支持，该基座允许抛物面天线51被定在任何方向且固定在所定方向的 位置上。该抛物面天线51包括转换器52，用以把接收的信号转换为被称为 IF信号的中间频率的信号。IF信号通过IF电缆55输出，另外，发光管(LED)54 配置在转换器52上。

由安装在房子屋顶61外面的抛物面天线51输出的信号通过IF电缆55 提供给安装在屋顶下的户内接收机71。由户内接收机71输出的信号然后再 馈送给电视接收机72。

图2是转换器52和接收机71的更详细的典型结构的方框图，在转换器 52内，抛物面天线51的初级喇叭51a所接收的信号被提供给RF电路81，包 括图6所示的带通滤波器41、放大器42、变频器43和中间频率放大器44的 RF电路81把从卫星50所接收的信号频率转换为中间频率，即，转换信号为 IF信号，该信号然后通过IF电缆55输出到接收机71。

另外，转换器52也包括作检测装置用的带通滤波器(BPF)82，该带通滤 波器82并不提取由RF电路输出的信号，相反地，带通滤波器82提取以后要 描述的接收机71的脉冲调制单元95输出的具有48KHz频率的分量。具有频 率范围从950MHz到1,770MHz的IF信号是约为1GHz带宽的信号。这样，带 通滤波器82能容易地从脉冲调制单元95传送到IF电缆55的信号中分离出 从RF电路81传送到IF电缆55的IF信号。

从带通滤波器82输出的信号送往自动增益控制(AGC)检测电路82以进行 检测。由AGC检测电路83输出的检测过的信号被馈送给LED驱动电路84， 以驱动LED 54，LED作为显示装置。

另一方面，在接收机71内，作为解调装置的调谐单元91对从IF电缆 55提供的IF信号进行解调。从解调产生的数据被输出到作为解调装置一部 分的信号处理单元92。信号处理单元92对馈送给它的数字视频和音频信号 进行处理，并使用具有预定频率的时钟信号把数据转换为模拟信号，在信号 处理单元92中被处理完毕的信号被输出到电视接收机72。

调谐单元91按如上所述对IF信号进行解调，并输出从解调产生的AGC 信号到控制单元93。信号处理单元92校正数字数据的误差，如果有必要的 话，对输出信号误差进行补偿。此时获得的有关比特差错率的信息也输出到 控制单元93，控制单元93使用从调谐单元91接收的自动增益控制(AGC)信 号或由信号处理单元92提供的比特差错率信号中的至少一个来监视抛物面 天线51的方向。

更进一步地讲，抛物面天线51正确地对准卫星50时的AGC信号的电平 不同于抛物面天线51没有正确对准卫星50时的AGC信号的电平。类似地， 抛物面天线51正确地对准卫星50时比特差错率是低的，而当抛物面天线51 不正确地对准卫星50时比特差错率会增加。因此，控制单元93能从这些信 号中检测抛物面天线51对准卫星50的方向。

另外，控制单元93可以输入预定的指令，这些指令是通过操作输入单元 94的键或按钮而产生的，或通过操作在图中没有示出的遥控指令器而产生的。

具有48KHz频率的时钟信号由数字信号处理电路92提供给脉冲调制单元 95。数字信号处理电路92使用的时钟信号把数字音频数据转换为模拟信号， 另外，表示抛物面天线51对准方向的脉冲信号也是通过使用控制单元93来 提供到脉冲调制单元95的，也作为输出装置用的脉冲调制单元95使用由控 制单元93提供的脉冲信号，对由数字信号处理电路92提供的48KHz的时钟 载频信号进行脉冲调制并输出脉冲调制所产生的已调制的信号。

供电单元98通过线圈99和IF电缆55提供必要的电源电压到转换器52 里的电路，线圈99插在此处是使由供电单元98提供的直流电压通过IF电缆 55加到转换器52上和防止由转换器52提供到调谐单元91的IF信号通过IF 电缆55被馈送给供电单元98。

脉冲调制单元95输出的已调制的信号通过电容96、线圈97、和由线圈 99和IF电缆55组成的通路被送到转换器52。而该通路用于将供电单元98 的直流电压供给转换器52。使用电容器96是为了防止供电单元98输出的直 流电压加到脉冲调制单元95，而使用线圈97是为了消除噪音。

下面简述天线和接收设备的操作，首先，调整抛物面天线51方向的人操 作输入单元94向控制单元93提出请求，使得预定通道的信号被接收。控制 单元在收到请求以后，控制调谐单元91以执行接收所请求的频道信号的操 作。

抛物面天线51接收从卫星50发送的无线电波，RF电路81把接收的无 线电波转换为具有预定的中间频率的IF信号，并且通过电缆55把IF信号输 出给接收机71的调谐单元91。调谐单元91对输入的IF信号进行解调并输 出由解调而产生的数字视频和音频数据到数字信号处理电路92。

数字信号处理电路92从输入的数字数据提取比特差错率，并将该比特差 错率输出到控制单元93。另外，通过操作输入单元94，接收位置(接收机71 被安装的地点)、卫星所传送的电波强度(即，EIRP：等效各向同性的辐射功 率)和天线口面直径(即，性能指数或GT比率)14都被事先输入到控制单元 93。控制单元93从事先输入的数据计算所期望的最大的接收载波噪声比率 (CN比率)。如果预期的最大接收CN比率被发现比事先设置的第一参考值大， 就设置一高的CN比率模式。如果发现预期的最大接收CN比率比第二参考值 小(该第二参考值比第一参考值小)，就设置一低的CN比率模式，如果预期 的最大接收CN比率是在第一和第二参考值之间，就设置标准的CN比率模式。

作为替换的方法，预定的模式能用手动方式从输入单元94中输入。

根据设定的模式，控制单元93找出代表比特差错率的CN比率并确定依 照该CN比率的LED闪烁周期，这就是说，接收CN比率和LED闪烁周期的的 变化关系取决于设置的模式是高、低还是标准CN比率模式，如图3所示。对 于同样的接收CN比率或同样的比特差错率，在高CN比率模式下，所设置LED 54的闪烁周期在数值上要比在低CN比率模式下的大。在标准CN比率模式下 的闪烁周期设置在高和低CN比率模式闪烁周期之间的中间值上。

所设置的闪烁周期数值随着接收CN比率对数性地变化。以这样的数值来 设置闪烁周期，根据人类具有的视觉特性，调整抛物面天线51的人就很容易 识别信号电平的最高点。

如图3所示，水平轴表示接收CN比率(dB)。然而，值得注意的是，水平 轴可以直接表示比特差错率。

如上所述，对所得到的一个比特差错率，控制单元93就找出一个接收 CN比率并进一步确定对应接收CN比率的闪烁周期。然后，对应于该闪烁周 期的脉冲信号被输出到脉冲调制单元95。

脉冲调制单元95使用由控制单元93馈送的脉冲信号对由数字信号处理 电路92提供的48KHz时钟载频信号进行脉冲调制，并输出脉冲调制所产生的 信号。说得更详细一点，由脉冲调制单元95输出的已调制信号在LED 54的 接通期间是具有48KHz频率的时钟载频信号本身，而在LED 54关闭期间什么 也没有。已调制的信号通过电容器96、线圈97和99以及IF电缆55提供给 转换器52。

在转换器52内，已调制信号成份通过带通滤器82被提取并且送到检测 电路83，检测电路83把由带通滤波器82提供的已调制信号转换为初始的脉 冲信号，然后将它馈送给LED驱动电路84。LED驱动电路84按照检测电路 8 3提供的脉冲信号驱动LED 54。更详细地说，在48KHz的载频信号存在期间， LED 54是接通的，在48KHz的载频信号不存在期间LED 54正如上所述是关 闭的。

抛物面天线51越对准卫星50，接收CN比率值就越大，比特差错率就越 小，结果是图3所示的LED 54的闪烁周期就越短，依此，调整抛物面天线 51的人调整它的方向，使得LED 54的闪烁周期为最短。在图3所示的实施 例的情况下，抛物面天线51就被如此来调整，使得产生0.2秒的闪烁周期。

由于LED 54附在转换器52上，调整抛物面天线51的人能够由他或她自 已来调整到正确的方向而无须监视电视接收机72的显示状态。

值得注意的是，为了获得比特差错率，在数字信号处理电路92内的数字 数据必须处在与时钟信号同步的锁定状态，在图3所示的实施例的情况下， 当接收CN比率的值比4dB小时，数字数据不在锁定状态，就不可能获得比特 差错率。其结果是，抛物面天线51的方向不能被调整。这就是说，当抛物面 天线51的方向偏离对准卫星50的正确方向的角度等于或大于预定的值时， 就不知道抛物面天线51应向哪个方向来进行调整。

为了解决上述问题，在本发明实施例的情况下，当调谐单元91对IF信 号进行解调时而获得的AGC信号也提供给控制单元93。当数字信号处理单元 92提供未锁定的信号时，控制单元93用AGC信号作为参考来取代比特差错 率而产生脉冲信号，由于AGC信号电平的变化取决于接收地点，在这种情况 下也取决于EIRP和GT比率，因而控制单元93所设置的LED 54的闪烁周期 取决于如图3所示的那个情况下的模式。因此，同样在这种情况下，调整抛 物面天线51的人能够调整其方向，使得LED 54的闪烁周期为最短。

当然，应当注意的是，使用AGC信号能使抛物面天线51正确地对准卫星 50而仅仅无须求助于比特差错率的信息。

当使用比特差错率时，通过操作输入单元94而输入命令来指定一预定通 道的接收状态，这状态的比特差错率就可得到了。因此，甚至在多个卫星存 在的情况下，仍可以防止由于失误而使抛物面天线51对准错误的卫星。

另外，因为抛物面天线51的方向是通过使用接收机71的控制单元93在 接收机71内被判断的，所以除了如图3所示的每一个模式下调整外，还可能 实现方向的细微调整。

在控制单元93使用CPU的情况下，由CPU执行的程序事先规定个方式， 控制单位93就以这个方式来判断方向。

值得注意的是，在本发明图3的实施例中当接收CN比率等于或小于4dB 时，LED的闪烁周期被固定在2.0秒。因而，在基于比特差错率的调整中， 当抛物面天线51不能从卫星接收无线电波，或抛物面天线51从卫星50正在 接收电平非常低的无线电波时，LED 54的闪烁周期是2.0秒。当从卫星50 接收到的无线电波处在一定的电平或在较高的电平时，闪烁的周期逐渐地减 小。当从卫星50接收的无线电波在预定的电平时，闪烁周期减少至0.1秒。

当抛物面天线51的方向调整完毕时，通过操作输入单元94输入一结束 调整的命令，此时，控制单元93停止提供脉冲信号到脉冲调制单元95，因 此，LED 54就处于关闭状态。

如上所述，在本实施例的情况下，通过使用LED 54的闪烁周期使调整天 线的人知道抛物面天线所对准的方向。值得注意的是，用其它方法，如使用 蜂呜器或类似的器件输出所产生的音量或声音周期也同样可以告诉调整天线 方向的人，在哪个方向上抛物面天线51对准卫星。

图4给出了另一个实施例，在本实施例中，接收机71是这样设计的，使 得接收机71能解调多个系统信号。说得更详细一些，接收机71能够对卫星 50A和50B传送的信号进行解调。在这种情况下，抛物面天线51A和51B分 别对准卫星50A和50B。

抛物面天线51A的转换器52A输出的信号通过IF电缆55A提供给信号开 关器111的一个输入端，同时抛物面天线51B的转换器52B输出的信号通过 IF电缆55B馈送给信号开关111的另一个输入端，信号开关器111用来选取 从IF电缆55A或55B接收的任一个信号和通过IF电缆55C把选取出的信号 传递给接收机71。LED 54(严格地讲，还包括图2所示的带通滤波器82，检 测电路83和驱动电路84)被安置在信号开关器111上，该开关器111安装在 户外并且在紧靠着抛物面天线51A和51B的位置上，使得LED 54能被调整天 线的人看见。

在本实施例的情况下，例如，为了要求通过卫星50A传送的一频道信号 能被调谐单元91所接收，操作输入单元94可以输入一个命令，抛物面天线 51A然后就被调整在这样的方向，在该方向上LED的闪烁周期为最小，这和 前面描述的实施例的情况一样。

其次，为了使通过卫星50B传送的频道信号被调谐单元91所接收，可以 通过操作输入单元94输入命令。抛物面天线51B然后就被调整到这样的方向， 在该方向上LED 54的闪烁周期为最小，这和抛物面天线51A的情况相似。

在本实施例的情况下，该接收机有一对如图2所示的调谐单元91和一对 如图2所示的数字信号处理电路92。说得更详细一点，接收机71具有调谐 单元91A和数字信号处理电路92A，以接收从卫星50A传送的信号；还具有 调谐单元91B和数字信号处理电路92B，以接收从卫星50B传送的信号。

由于抛物面天线51A的方向是使用比特差错率和AGC信号加以调整的， 当调谐单元91A对与抛物面天线51A相关的系统卫星50A传送的信号进行解 调时就可获得此比特差错率和AGC信号，同样抛物面天线51B的方向是使用 比特差错率和AGC信号加以调整的，当调谐单元91B对与抛物面天线51B相 关的系统卫星50B传送的信号进行解调时就可获得此比特差错率和AGC信号， 因此抛物面天线51A决不会对准和抛物面天线51B相关系统的卫星50B，同 样地，抛物面天线51B将决不会对准和抛物面天线51A相关系统的卫星50A。

在上述的实施例中，抛物面天线51被对准卫星50，然而，应当注意， 本发明同样也应用这样的情况，即天线被对准安装在地面上的发射机旁的天 线。

在权利要求1中的接收设备中和在以后将要描述的权利要求8的信号解 调方法中，通过电缆提供的信号被解调；从解调产生的解调过的信号中检测 表示天线方向的信号；检测过的信号通过电缆输出，从而使议器结构简单， 成本低廉。另外，天线的方向可以由一个人来调整而无须他人的帮助。此外， 甚至在从各个不同方向传送无线电波的情况下，仍可防止由于失误而使天线 对准错误的方向，并且，也可以在低成本下进行精细调整。

在以后将要描述的权利要求9的天线设备中和在权利要求13的天线方向 调整方法中，由接收设备提供的表示天线方向的信号通过电缆被提取，并且 按照所提取的信号显示预定的信息，使得天线设备的结构变得简单、天线的 方向能在降低成本的情况下来加以调整。

在以后将要描述的权利要求14的接收系统中和在权利要求15的天线方 向调整方法中，表示天线方向的信号从被接收设备解调的信号中被检测出来； 通过接收设备把代表检测结果的信号通过电缆输出；该信号被提取；按照所 提取的信号输出预定的信息；这样在从不同方向发射无线电波的情况下，每 一个天线都能对准正确的方向，另外，本发明不是使用二进制指示器，通过 这二进制指示器，当天线对准正确的方向时有信息输出，如果天线没有对准 正确的方向时没有信息输出，而本发明依照当前天线的方向就可以输出更详 细的信息。这样就可以快速地、高度可靠地调整天线的方向。

本申请是1996年4月25日提交的中国专利申请号为No.96108001.9，题 为“天线和接收设备及其系统、信号解调和天线方向调整的方法”的发明的 分案申请。