专利名称：波导裂缝阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卫星通讯用的天线，尤其是一项卫星通讯或卫星电视接收用的波导裂缝阵列天线。
背景技术：
卫星通讯技术近年来被广泛的应用于许多领域，尤其在卫星电视和卫星广播领域发展最快。与此同时，随着汽车、飞机等交通工具的日益普及，人们希望能够在移动的汽车、飞机上保持移动通讯或者收看卫星电视节目或者收听卫星无线广播。要实现移动卫星通讯和移动电视接收或移动卫星广播接收，小型化的、高效的卫星通讯天线是必需的关键设备。
传统的卫星通讯天线较多使用反射面型天线，例如人们经常说的“碟形天线”或“锅盖型天线”。但是此种天线需要在其焦点处安装天线馈源，往往口径较大，天线占用空间较大。同时此种天线的效率不是很高，一般只有65％-75％，而且天线前后均要占用一定的距离，不便于在狭小场合使用。为了克服此缺点，人们提出了平板高效天线的需求。由于平板型天线均可以做成完全平面的形状，因而体积较小，便于在狭小空间内安装，同时，对安装载体外形的改变也较小，深受用户的欢迎。
近年来人们设计了多种平板类型的天线，其中，应用较多的是微带印刷电路型天线和波导裂缝型天线微带印刷电路型天线是一种在带有导体接地板的介质基片上加贴导体薄片而构成的平面印刷天线。根据幅射单元形式的不同，微带天线包括微带贴片天线、微带振子天线、微带行波天线和微带裂缝天线等四大类。但此类天线的效率较传统的反射面天线要低。
波导裂缝型天线是一种利用谐振器的储能和选频特性设计的平板型天线。常见的裂缝天线一般是用传输线型材料生成(如微带线、介质波导、槽线等)。此种天线具有平板类天线的扁平形状特征，有一些类型又具有较高的天线效率。但是一般来说，裂缝类天线随着天线阵元数目的增加，设计的难度急剧增大。因此，市场上很少看到较大口径的裂缝天线。
发明内容
本实用新型的目的是要克服以上现有技术不足之处，设计一种占用空间小、天线效率高的天线。本实用新型选择波导裂缝阵列技术来实现天线设计。
本实用新型的具体实施方案如下一种波导裂缝阵列天线，由第一层辐射波导层、第二层耦合波导层、第三层馈电波导层组成，第一层在上层，第二层在中间，第三层在底层，以上三层依次直接焊接在一起，所述天线的第一层由4根以上波导并列组成，第二层、第三层各由单根波导组成，第一层的每根波导正面开凿4个以上的直缝，第二层正面及第一层背面在相同的位置上开凿4个以上斜缝，第一层的每根波导对应第二层的一个斜缝，两层焊接时第二层的斜缝与第一层上的斜缝对齐，第三层的正面和第二层背面上各开一个斜缝，此两层焊接时斜缝对齐，所述天线的第三层波导截面的内壁尺寸为波导宽17.0～17.4mm，波导高8.4～8.8mm，波导外部尺寸为宽18.0～18.4mm，高10.5～10.7mm，第三层波导正面与第二层波导背面上各开一个斜缝，斜缝尺寸为长12.4～12.7mm，宽1.5～1.7mm，斜缝居于波导中央，偏转角度为42～46°，两端焊接标准法兰盘；第二层的波导截面尺寸与第三层波导截面尺寸相同，第二层波导的长度≥第一层相邻波导中心距(18.0～18.4mm)×波导数量，波导两端各焊接一个短路片，第二层波导正面及第一层波导背面上开凿与第一层波导数量相同的斜缝，斜缝长度为12.4～12.7mm，宽度为1.5～1.7mm，两缝中心距18.0～18.4mm，斜缝左、右偏转放置，偏转角度为42～46°；第一层相邻辐射波导中心线相距18.0～18.4mm，波导并列放置形成平面，每根波导长度≥两缝中心距(18.0～18.4mm)×裂缝数量，所有的波导两端均焊接短路片，第一层每根波导上开列4个以上直缝，直缝的尺寸与第二、第三层的斜缝尺寸相同，在第一层波导面中心线两侧各有4根以上波导并列组成，并列的波导与每根波导上的垂直裂缝一起构成裂缝面阵，相邻直缝中心轴线距离为18.0～18.4mm，每根波导上的直缝中心线与该波导轴线相距2.0-2.3mm。
所述天线的第一层由24根波导并列组成，每根开24个直缝，第二层上开24个斜缝，第三层上开一个斜缝。
所述天线的第一层波导的长短取值不同，可以排列成形状为方形面、圆形面、椭圆形面等。
所述天线的第一层波导可以横向放置也可以竖向放置，从而产生横向裂缝阵列或竖向裂缝阵列。
在以上所述的天线结构原则指导下，可以有多种不同的实现。其中的一种实现如下第一层由24根波导并列组成，每根开24个直缝，第二层上开24个斜缝，第三层上开一个斜缝。
所述的波导裂缝阵列天线，其特征在于所述天线的第一层波导的排列形状为方形、圆形、椭圆等。天线在方形、圆形、椭圆形排列的波导上按一定的规律开缝，生成由576个裂缝构成的裂缝阵列。
本天线采用波导材料制造。天线由三层组成第一层即上层为辐射波导层，负责接收来自卫星发射的微波能量。第二层即中间层为耦合波导，开多个斜缝，将第一层的微波能量耦合传递到第二层的一根波导上。第三层即底层为馈电波导层，开一个斜缝，将第二层的能量收集到第三层，并通过波导接口馈接输出。以上三层之间采用焊接方式直接连接在一起。第一层(辐射波导层)由4根以上波导并列形成波导裂缝的阵列面。在每条波导的前平面上开裂缝，由天线增益、波长、方向性以及其它要求，决定设计不同数量的特定间隔、特定角度、特定长度、特定宽度和厚度的裂缝，形成一个单根波导线阵(一维)天线，如图1所示。然后，将多条波导线阵阵列天线合并形成两维的面阵列天线。面阵列天线层及第二、第三层的透视图见图4所示。考虑到天线的馈接需求，三层需要焊接在一起。其侧视图如图5所示。其中第二层、第三层均为一个矩形单根波导，其形状如图2、图3所示。
本设计的天线第一层(辐射波导层)的波导条数、长度和波导裂缝数量根据不同的频率、不同的增益要求、不同形状要求等技术指标来设计。即波导的条数和长度可以根据排列几何面的形状不同而不同。其排列形状最典型的为方形、圆形、椭圆形等排列形式(图4为方形实例)。但当排列成圆形和椭圆形面时，每根波导的长度和所开的裂缝数量将随形状不同、排列位置不同而变化(中间的波导长，边沿的波导短)，但每个裂缝的长度、宽度、间隔等参数一般不变(另有其它考虑情况除外)。裂缝数量随波导长度适应性变更。本设计的第一层(辐射波导层)一般取4根以上的波导并列组成。每根波导上至少开凿4个以上的裂缝。裂缝长度随用户技术要求不同而变，一般为裂缝长度在5-20mm之间。裂缝宽度在0.5-2mm之间。裂缝厚度在0.5-2mm之间。
第2层的波导长度、宽度、厚度和裂缝数量和裂缝角度、裂缝宽度、裂缝长度都将随第一层的几何形状、面几何尺寸及裂缝形状不同而做相应的调整。
本实用新型的有益效果是采用这种天线技术，在良好的设计下天线效率可以很高(本天线设计已经取得天线效率95％量级的成绩)。因此本实用新型天线在满足使用要求的前提下，口径比传统抛物面天线小很多，占用空间更小。本天线可以广泛地应用于卫星通讯或卫星接收领域，尤其适用于机载、车载等应用空间狭小的场合。
图1本实用新型的单根波导的辐射波导层的结构图图2本实用新型的耦合波导层的结构层图3本实用新型的馈电波导层的结构层图424根波导并列的辐射波导层—面阵天线及第2、第3层透视图图5.本实用新型的天线侧视图具体实施方式
整个天线为三层结构第三层为馈电波导，开一个斜缝(附图3)；第二层为耦合波导，开24个斜缝(附图2)第一层为辐射波导，共24条，每条开24个直缝(附图1)。
第三层(底层)的波导内壁尺寸为波导宽17.0～17.4mm，波导高8.4～8.8mm；波导外部尺寸为宽18.0～18.4mm，高10.5～10.7mm，耦合缝尺寸为12.4～12.7mm长，1.5～1.7mm宽，波导长度为449～465mm.，耦合缝居中，偏转角度为42～46°。两端焊接标准法兰盘。
第二层(中间层)的波导尺寸与第一耦合波导一致，全长为(449～465)mm+2mm，后面的加2mm是波导两端口的短路片厚度之和，耦合缝结构同上一样，居中，两缝中心距18.0～18.4mm，偏转角度为左右各42～46°。
第一层(上层)相邻辐射波导中心线相距18.0～18.4mm，长度为(438～443)mm+2mm，后面的+2mm为两个短路片的厚度之和。辐射缝尺寸与耦合缝一致，在波导中心线两端各有12个辐射波导。相邻辐射缝中心轴线距离为18.0～18.4mm(即半个波导波长)，辐射缝中心线与波导轴线相距2.0～2.3mm。
注意事项1.波导材料可用硬铝或铜。
2.全部波导内壁镀金，外壁防氧化处理。
3.波导内部光洁度7。
权利要求1.一种波导裂缝阵列天线，由第一层辐射波导层、第二层耦合波导层、第三层馈电波导层组成，第一层在上层，第二层在中间，第三层在底层，以上三层依次直接焊接在一起，其特征在于所述天线的第一层由4根以上波导并列组成，第二层、第三层各由单根波导组成，第一层的每根波导正面开凿4个以上的直缝，第二层正面及第一层背面在相同的位置上开凿4个以上斜缝，第一层的每根波导对应第二层的一个斜缝，两层焊接时第二层的斜缝与第一层上的斜缝对齐，第三层的正面和第二层背面上各开一个斜缝，此两层焊接时斜缝对齐，所述天线的第三层波导截面的内壁尺寸为波导宽17.0～17.4mm，波导高8.4～8.8mm，波导外部尺寸为宽18.0～18.4mm，高10.5～10.7mm，第三层波导正面与第二层波导背面上各开一个斜缝，斜缝尺寸为长12.4～12.7mm，宽1.5～1.7mm，斜缝居于波导中央，偏转角度为42～46°，两端焊接标准法兰盘；第二层的波导截面尺寸与第三层波导截面尺寸相同，第二层波导的长度≥第一层相邻波导中心距(18.0～18.4mm)×波导数量，波导两端各焊接一个短路片，第二层波导正面及第一层波导背面上开凿与第一层波导数量相同的斜缝，斜缝长度为12.4～12.7mm，宽度为1.5～1.7mm，两缝中心距18.0～18.4mm，斜缝左、右偏转放置，偏转角度为42～46°；第一层相邻辐射波导中心线相距18.0～18.4mm，波导并列放置形成平面，每根波导长度≥两缝中心距(18.0～18.4mm)×裂缝数量，所有的波导两端均焊接短路片，第一层每根波导上开列4个以上直缝，直缝的尺寸与第二、第三层的斜缝尺寸相同，在第一层波导面中心线两侧各有4根以上波导并列组成，并列的波导与每根波导上的垂直裂缝一起构成裂缝面阵，相邻直缝中心轴线距离为18.0～18.4mm，每根波导上的直缝中心线与该波导轴线相距2.0-2.3mm。
2.根据权利要求书1所述的波导裂缝阵列天线，其特征在于所述天线的第一层由24根波导并列组成，每根开24个直缝，第二层上开24个斜缝，第三层上开一个斜缝。
3.根据权利要求书1所述的波导裂缝阵列天线，其特征在于所述天线的第一层波导的长短取值不同，可以排列成形状为方形面、圆形面、椭圆形面等。
4.根据权利要求书1所述的波导裂缝阵列天线，其特征在于所述天线的第一层波导可以横向放置也可以竖向放置，从而产生横向裂缝阵列或竖向裂缝阵列。
专利摘要一种波导裂缝阵列天线，由三层组成，第一层在上层，第二层在中间，第三层在底层，以上三层依次直接焊接在一起，其特征在于所述天线的第一层由4根以上波导并列组成，第二层、第三层各由单根波导组成，第一层的每根波导正面开凿4个以上的直缝，第二层正面及第一层背面在相同的位置上开凿4个以上斜缝，第一层的每根波导对应第二层的一个斜缝，两层焊接时第二层的斜缝与第一层上的斜缝对齐，第三层的正面和第二层背面上各开一个斜缝，此两层焊接时斜缝对齐。本实用新型的波导裂缝阵列天线占用空间小、效率高，可达95％左右，可以广泛地应用于卫星通讯或卫星接收领域，尤其适用于机载、车载等应用空间狭小的场合。
文档编号H01Q21/00GK2814698SQ20052011074
公开日2006年9月6日 申请日期2005年6月27日 优先权日2005年6月27日
发明者庞江帆 申请人:庞江帆