专利名称：高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信广播及测控领域中的一种高增益双线极化 或双圆极化波导阵列天线，特别适用于工作在双线极化或双圆极化应 用情况下的各种卫星通信或单收站天线。
背景技术：
通常电视直播卫星或通信广播卫星都工作在双线极化或双圆极 化状态，而目前使用的平板阵列天线大都工作在单线极化或单圆极化 状态，为完成双极化的接收一般采取两种办法完成
--是采用机械控制的方法，即天线平常处于接收水平方向极化状 态，当需要接收垂直方向极化时，天线利用旋转机构人工或电动转动
90度。它的不足之处在于结构复杂，需要控制和转动机构，而ti双 极化不能同时兼容。
二是用两副天线分别接收两种极化信号，根据需要采用电子开关 切换极化状态。它的不足之处在于天线占用体积大，成本高，等效口 面效率低。
中国专利号为02805774.0、名称为《波导缝隙天线及其制造方 法》专利中公幵了-1中波导缝隙天线，中国专利号为200520110435. 8、 名称为《高增益波导喇叭阵列平板天线》专利中公开了一种高增益波 导喇叭阵列平板天线，这两种天线均具有高增益的特性，但这两种天
线存在共同的不足之处①辐射喇叭口、天线腔体、辐射缝隙均为导
管结构，只能激励起单个极化的电磁信号；②两专利均只有.层馈电 线路，每层只能传输一个极化的电磁信号，双圆极化与双线极化均不 能同时传输，大线只能单线极化工作。
PCT中分类号(International patent classification) H()1Q /13/10， 21/00题目为DUAL POLARIZED SLOTTED ARRAY ANTENNA专 利，它采吊两种单极化波导缝隙天线组阵的形式，天线存在分层结构 M杂，口面利用效率低等缺点.，
实用新型内容
木实W新型的13的在于避免上述竹误技术'i'的不足之处而提供 一种采叫正方形或關形波导聽謹!li /J式，能进f/双极化i li磁信号
辐射的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线。本实用新型还具有 当天线需要工作在圆极化时，可以增加圆极化器，实现双圆极化辐射， 且馈电效率高、结构紧凑、低加工成本等特点。 本实用新型的目的是这样实现的-
它包括辐射层l、水平极化或圆极化馈电波导层2、垂直极化馈 电波导层3、垂直极化馈电波导盖板4;
所述的辐射层1包括有MXN个辐射单兀11组合成阵列辐射U 面，M或N为大于1的自然数，每个辐射单元11上表面设有1至16 个辐射口 12，每个辐射争元11下表面设有谐振腔体13，辐射LI 12 与谐振腔体13之间设有耦合通孔14;
所述的水平极化或圆极化馈电波导层2设置在辐射层1的下部， 水平极化或圆极化馈电波导层2上表面设有耦合通孔21，耦合通孔 21与辐射层1下表面的谐振腔体13相对应，耦合通孔21下方设有 波导孔22，耦合通孔21与波导孔22之间对应连接，水平极化或圆 极化馈电波导层2下表面设有波导凹槽23，波导孔22侧壁上设有耦 合通孔24，耦合通孔24与波导凹槽23相连接，波导凹槽23的弯角 处设有过渡台阶25;
所述的垂直极化馈电波导层3设置在水平极化或圆极化馈电波 导层2的下部，垂直极化馈电波导层3的上表面设有波导凹槽31， 垂直极化馈电波导层3下表面设有波导凹槽32，波导凹槽31与水平 极化或圆极化馈电波导层2下表面的波导四槽23相对应，波导四槽 31的末端设有耦合孔35，耦合孔35与水平极化或圆极化馈电波导层 2下表面设有的波导孔22相对应，波导凹槽32末端设有耦合孔33， 耦合孔33与耦合孔35之间设有过渡台阶34，波导四槽32的弯角处 设有过渡台阶36;
所述的垂直极化馈电波导盖板4设置在乖H极化馈电波导結3的 下部，垂t':I极化馈电波导盖板4上表面设有波导凹槽41，波导朋槽 41与乖1":极化馈电波导U 3下表而的波^凹槽32相对应，波导凹槽 41的弯角处设有过渡台阶42，垂il:极化馈电波导盖板4下表而为平
本实Hj新，辐射单元ii上表面设有的辐Wn 12其形状乂j正万'
形、或ll:多边形、或圆形、或卜字缝隙形、或带有倒角的正方形、或 带有倒角的正多边形。
本实用新型辐射口 12与谐振腔体13之问设有的耦合通孔14其 形状为iE方形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的
正方形、或带有倒角的正多边形。
本实用新型辐射单兀11 - F表面设置的谐振腔体13其形状为正方
形、或正多边形、或圆形、或带有倒角的正方形、或带有倒角的正多 边形。
本实用新型水平极化或圆极化馈电波导层2上表面设有的耦合 通孔21其形状为正方形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或 带有倒角的正方形、或带有倒角的正多边形。
本实用新型耦合通孔21下方设有波导孔22其形状为正方形、或 正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的正方形、或带有倒 角的正多边形。
本实用新型波导孔22的另外侧壁设有水平耦合探针26、垂直耦 合探针27，水平耦合探针26、垂直耦合探针27与微带线馈电网络、 或带状线馈电网络连接。
本实用新型所述的辐射层1、水平极化或圆极化馈电波导层2、 垂直极化馈电波导层3、垂直极化馈电波导盖板4由合成树脂材料、 或铝合金板、或钢板、或铜板材料制成，合成树脂材料表面涂覆有导 电层。
本实用新型与背景技术相比具有如下优点
1. 本实用新型采用了辐射单元11，使天线从谐振腔到辐射口西l 都问时存在水平极化和垂直极化两种极化力—式，解决丫双极化电磁信 号的舰容问题。
2. 本实用新型采用了波导分层馈电的方式，水平极化采用耦合
馈电的方式，垂直极化釆月]总接馈电的方式，分离出两个极化分量， 成功地解决了双极化馈电网络相互干涉的问题。
3. 本实ffl新型在天线需要工作在阅极化时，增加圆极化器，可 以实现双圆极化短射，馈电效率高。
4. 本实用新型辐射争元11采用水平偶t^探针26、亚直隅含探针27馈电时，水平耦合探针26、垂直耦合探针27与微带线馈电网络、 或带状线馈电网络连接，实现大线双极化传输，使天线剖面厚度大幅 度降低，结构紧凑、加工成本低。
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型辐射层1实施例2X2个辐射单元11的主视结 构示意图。
图3是本实用新型图2中的A—A向剖视示意图。
图4是本实用新型水平极化或圆极化馈电波导层2结构示意图。
图5是本实用新型垂直极化馈电波导层3结构示意图。
图6是本实用新型垂直极化馈电波导盖板4结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图6，本实用新型它包括辐射层1、水平极化或圆极 化馈电波导层2、垂直极化馈电波导层3、垂直极化馈电波导盖板4。 安装结构参见图1所示。
本实用新型所述的辐射层1包括有MXN个辐射单元11组合成 阵列辐射口面，M或N为大于1的自然数，参见图2所示。实施例 为2X2个辐射单元11组合成阵列辐射口面，每个辐射争元11采用 铝合金材料精密加工制成，其尺寸长X宽X高为60mmX60mmX 9mm。辐射层1完成水平、垂直两个极化电磁信号的谐振和辐射，实 现信号的接收或发射。每个辐射单元11上表面设有1至16个辐射LJ 12，实施例辐射口 12为4个组成-个辐射争元11，每个辐射单元11 下表面设有谐振腔体13，辐射口 12与谐振腔体13之间设存耦合通 孔14，参见图3所示。辐射L」12的作用是辐射或接收水平、垂直两 个极化的电磁信兮，谐振腔体13的作用是使水平、垂!';[两个极化的 ili磁倍号在腔体内谐振，耦合通孔14的作用是完成铜射口 12和谐振 腔体13之间水平、垂直两个极化电磁信号的耦合，实施例扭;射口 12 与谐振腔体13、偶合通孔14 1J1I工成整体结构。
本实叫新顺粘射单元11上表面设有的扭，射口 12艽形状为正方
形、或i:t多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带存倒^的正tr形、或
带有倒角的正多边形。实施i列辐肘匚l 12加工成正方形，组合成阵列
天线辐射口面，便于兼容水平、垂直两个极化电磁信号。
本实用新型辐射口 12与谐振腔体13之间设有的耦合通孔14其 形状为正方形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的
正方形、或带有倒角的正多边形。实施例耦合通孔14加T.成圆形， 便于兼容水平、垂直两个极化电磁信号。
本实用新型辐射单元11 —卜一表面设置的谐振腔体13其形状为正方 形、或正多边形、或圆形、或带有倒角的.iE方形、或带有倒角的正多 边形。实施例谐振腔体13加工成正方形，便于兼容水平、垂直两个 极化电磁信号。
本实用新型所述的水平极化或圆极化馈电波导层2设置在辐射 层1的下部，水平极化或圆极化馈电波导层2作用为耦合出水平极化 的电磁信号并进行合成，如图4所示。实施例水平极化或圆极化馈电 波导层2采用一块铝合金材料精密加工成长X宽X高为120mmX 120mmX7mm的水平极化馈电波导层。水平极化或圆极化馈电波导 层2上表面设有耦合通孔21，耦合通孔21与辐射层1下表面的谐振 腔体13相对应，耦合通孔21下方设有波导孔22，耦合通孔21与波 导孔22之间对应连接，水平极化或圆极化馈电波导层2卜'表面设有 波导凹槽23，波导孔22侧壁上设有耦合通孔24，耦合通孔24与波 导凹槽23相连接，波导凹槽23的弯角处设有过渡台阶25。耦合通 孔21的作用是完成谐振腔体13和波导孔22之间水平、垂直两个极 化电磁信号的耦合，波导孔22的作用传输水平、垂直两个极化电磁 信号，波导M槽23的作用是传输水平极化电磁信号，耦介通孔24的 作用是耦合水平极化电磁信号，隔离垂直极化电磁信号，过渡台阶 25的作用是使电磁信号能够无损的传输。实施例耦合通孔21、波导 孔22、波导凹槽23、耦合通孔24、过渡f 阶25加[—:成整体结构。
本实用新型水，极化或關极化馈Hi波导层2上表面设有的耦合 通孔21 J:l;形状为正力—形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或 带有倒角的i卜:力'形、或带有倒角的正多边形。实施例耦合通孔21加
i:成ii:力'形，便丁-掩容和耦合水平、亚直两个极化电磁信^。
木实阳新型偶合通孔21下t)设有波导孔22 K-形状为『-方形、或
H:多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的正方形、或带有倒
角的止多边形。实施例波导孔22加工成正方形，便于兼容和传输水 平、垂直两个极化的电磁信号。
本实用新型波导孔22的另外侧壁设有水平极化耦合探针26、垂 直极化耦合探针27，水平极化耦合探针26、垂直极化耦合探针27与 微带线馈电网络、或带状线馈电网络连接。水平极化耦合探针26、 垂直极化耦合探针27的作用是分别耦合水平、垂直两个极化电磁信 号给双极化微带线馈电网络、或带状线馈电网络。实施例水平极化耦 合探针26、垂直极化耦合探针27采用黄铜片状材料制成，设置在波 导孔22侧壁上与带状线馈电网络连接完成信号的收发。
本实用新型所述的垂直极化馈电波导层3设置在水平极化或圆 极化馈电波导层2的下部，垂直极化馈电波导层3作用为传输垂直极 化的电磁信号并进行合成，如图5所示。实施例垂直极化馈电波导层 3采用-块铝合金材料精密加工成长X宽X高为120mmX120mmX 9mm的垂直极化馈电波导层。垂直极化馈电波导层3的上表面设冇 波导M槽31，垂直极化馈电波导层3下表面设有波导凹槽32，波导 凹槽31与水平极化或圆极化馈电波导层2下表面的波导凹槽23相对 应，波导凹槽31的末端设有耦合孔35，耦合孔35与水平极化或圆 极化馈电波导层2下表面设计的波导孔22相对应，波导M槽32末端 设有耦合孔33，耦合孔33与耦合孔35之间设有过渡台阶34，波导 凹槽32的弯角处设有过渡台阶36。波导四槽31的作用是传输水平 极化电磁信号，波导凹槽32的作用是传输垂直极化电磁信号，耦合 孔33的作用是耦合垂直极化电磁信号，隔离水平极化电磁信号，过 渡台阶34、过渡台阶36的作用是使电磁信号能够无损传输，耦合孔 35的作ffl是传输垂直极化电磁信号。实施例波导四槽31、波导卩'l槽 32、耦合孔33、过渡台阶34、耦合孔35、过渡台阶36加工成整休 结构。
水实用新型所述的亚i:i极化馈电波导盖板4设置在范直极化馈 柳雄)3的下部，垂l'l:极化馈电波3盖板4作用为传输承虹极化的 i[l磁f,'i兮并进ff合成,把阵列天线进行封闭，如阁6所示。实施例垂 il极化馈电波导盈板4采用 -块铝合金材料桔密加工成t^X宽X高 ;Aj 120mmX 120mmX6mni的垂直极化馈电波导,&板4U乖直极化馈
电波导盖板4上表面设有波导四槽41，波导M槽41与垂直极化馈电 波导层3卜"表面的波导凹槽32相对应，波导凹槽41的弯角处设有过 渡台阶42。波导凹槽41的作用是传输垂直极化电磁信号，过渡台阶 42的作用是使垂直极化电磁信号能够无损的传输。实施例波导凹槽 41、过渡台阶42加工成整体结构。垂直极化馈电波导盖板4 T表面 为平板结构，完成天线的封闭。
本实用新型实施例加工过程中在辐射层1、水平极化或圆极化馈 电波导层2、垂直极化馈电波导层3、垂直极化馈电波导盖板4的耦 合传输结构以外的空余部分，加工不同的孔形、或槽形结构，以便减 轻天线的重量。
本实用新型所述的辐射层1、水平极化或圆极化馈电波导层2、 垂直极化馈电波导层3、垂直极化馈电波导盖板4由合成树脂材料、 或铝合金板、或钢板、或铜板材料制成，合成树脂材料表面涂覆有导 电层。实施例辐射层1、水平极化或圆极化馈电波导层2、垂直极化 馈电波导层3、垂直极化馈电波导盖板4均采用铝合金材料精密加工 而成，采用螺钉安装连接组合成阵列天线。
本实用新型在天线需要工作在圆极化时，通过两种办法可以实现 双圆极化电磁辐射，-一是在水平极化或圆极化馈电波导层2的波导孔 22内增加圆极化器；二是在波导凹槽31和波导凹槽23、波导H槽 41和波导凹槽32相对应的水平极化与垂直极化馈电网络输出端增加 圆极化器，可以实现双圆极化辐射。
本实用新型的简要I:作原理
当采用波导馈电网络接收时，来自空间的水平、垂直双极化无线 电信^通过辐射层1的辐射l—」12进入天线，信号通过耦合通孔14耦 合并聚集到谐振腔体13，通过水'l々极化或圆极化馈电波3层2的偶 合通孔21传递到波导孔22。波导孔22内部问时存l^水平、垂直双 极化无线电信号，水平极化尤线屯信兮通过耦合通孔24进入波^凹 槽23 ^哉亂极化馈电波y^3上友面设^的波g凹槽31所绍.成的波 导馈屯M络屮进行M相叠加输出。波导孔22屮的垂直极化无线电信 ^"接进入垂直极化馈电波导层3的耦合孔33，经过渡台阶34进入 波Wi槽32与,l'〔极化馈电波导盖板4上表而设"波^凹槽4i听组
成的波导馈电网络中进行同相叠加输出。发送时，信号工作流程与接 收相反。
当天线采用微带线馈电网络、或带状线馈电网络接收时，来自空
间的水平、垂直双极化无线电信号通过辐射层1的辐射UJ 12进入天 线，信号通过耦合通孔14耦合并聚集到谐振腔体13，通过水平极化 或圆极化馈电波导层2的耦合通孔21传递到波导孔22。波导孔22 内部同时存在水平、垂直双极化无线电信号，水平极化耦合探针26 把耦合到的水平极化无线电信号传送给水平极化微带线馈电网络、或 水平极化带状线馈电网络，在水平极化微带线馈电网络、或水平极化 带状线馈电网络中进行同相叠加输出；垂直极化耦合探针27把耦合 到的垂直极化无线电信号传送给垂直极化微带线馈电网络、或垂直极 化带状线馈电网络，在垂直极化微带线馈电网络、或垂直极化带状线 馈电网络中进行同相叠加输出。发送时，信号工作流程与接收相反。 本实用新型安装结构如下本实用新型辐射层l、水平极化或圆 极化馈电波导层2、垂直极化馈电波导层3、垂直极化馈电波导盖板 4采用紧固件安装成整体结构，组装成阵列天线。
权利要求1.一种高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特征在于它包括辐射层(1)、水平极化或圆极化馈电波导层(2)、垂直极化馈电波导层(3)、垂直极化馈电波导盖板(4)；所述的辐射层(1)包括有M×N个辐射单元(11)组合成阵列辐射口面，M或N为大于1的自然数，每个辐射单元(11)上表面设有1至16个辐射口(12)，每个辐射单元(11)下表面设有谐振腔体(13)，辐射口(12)与谐振腔体(13)之间设有耦合通孔(14)；所述的水平极化或圆极化馈电波导层(2)设置在辐射层(1)的下部，水平极化或圆极化馈电波导层(2)上表面设有耦合通孔(21)，耦合通孔(21)与辐射层(1)下表面的谐振腔体(13)相对应，耦合通孔(21)下方设有波导孔(22)，耦合通孔(21)与波导孔(22)之间对应连接，水平极化或圆极化馈电波导层(2)下表面设有波导凹槽(23)，波导孔(22)侧壁上设有耦合通孔(24)，耦合通孔(24)与波导凹槽(23)相连接，波导凹槽(23)的弯角处设有过渡台阶(25)；所述的垂直极化馈电波导层(3)设置在水平极化或圆极化馈电波导层(2)的下部，垂直极化馈电波导层(3)的上表面设有波导凹槽(31)，垂直极化馈电波导层(3)下表面设有波导凹槽(32)，波导凹槽(31)与水平极化或圆极化馈电波导层(2)下表面的波导凹槽(23)相对应，波导凹槽(31)的末端设有耦合孔(35)，耦合孔(35)与水平极化或圆极化馈电波导层(2)下表面设有的波导孔(22)相对应，波导凹槽(32)末端设有耦合孔(33)，耦合孔(33)与耦合孔(35)之间设有过渡台阶(34)，波导凹槽(32)的弯角处设有过渡台阶(36)；所述的垂直极化馈电波导盖板(4)设置在垂直极化馈电波导层(3)的下部，垂直极化馈电波导盖板(4)上表面设有波导凹槽(41)，波导凹槽(41)与垂直极化馈电波导层(3)下表面的波导凹槽(32)相对应，波导凹槽(41)的弯角处设有过渡台阶(42)，垂直极化馈电波导盖板(4)下表面为平板结构。
2. 根据权利要求1所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特 征在于辐射单元(11)上表面设有的辐射口 (12)其形状为正方形、或正多 边形、或圆形、或-卜字缝隙形、或带有倒角的正方形、或带有倒角的正多边形。
3. 根据权利要求l所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特征在于辐射口 (12)与谐振腔体(13)之间设有的耦合通孔(14)其形状为 正方形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的正方形、或带有 倒角的正多边形。
4. 根据权利要求1所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特 征在于辐射单元(11) —F表面设置的谐振腔体U3)其形状为正方形、或正 多边形、或圆形、或带有倒角的正方形、或带有倒角的正多边形。
5. 根据权利要求l所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特 征在于水平极化或圆极化馈电波导层(2)上表面设有的耦合通孔(21)其形 状为正方形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的正方形、或 带有倒角的正多边形。
6. 根据权利要求1所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特 征在于耦合通孔(21)下方设有波导孔(22)其形状为正方形、或正多边形、或圆形、或十字缝隙形、或带有倒角的正方形、或带有倒角的正多边形。
7. 根据权利要求l所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特 征在于波导孔(22)的另外侧壁设有水平耦合探针(26)、垂直耦合探针(27)， 水平耦合探针(26)、垂直耦合探针(27)与微带线馈电网络、或带状线馈电网 络连接。
8. 根据权利要求1所述的高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，其特征在于所述的辐射层(1)、水平极化或圆极化馈电波导层(2)、垂直极化馈电波导层(3)、垂直极化馈电波导盖板(4)由合成树脂材料、或铝合金板、或 钢板、或铜板材料制成，合成树脂材料表面涂覆有导电层。
专利摘要本实用新型公开了一种高增益双线极化或双圆极化波导阵列天线，它涉及通信广播及测控领域中的一种波导阵列天线。它包括有辐射层、水平极化或圆极化馈电波导层、垂直极化馈电波导层、垂直极化馈电波导盖板。本实用新型采用正方形或圆形波导谐振腔馈电方式，解决了双极化电磁信号的辐射；水平极化采用耦合馈电的方式，而垂直极化采用直接馈电的方式，完成两个极化分量的分离，同时可以实现双圆极化工作。本实用新型具有双极化辐射、馈电效率高、结构紧凑、低加工成本等优点，特别适用于工作在双线极化或双圆极化应用情况下的各种卫星通信或单收站天线。
文档编号H01Q21/24GK201060943SQ20072010190
公开日2008年5月14日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者冯贞国, 兵 杨, 杨可忠, 毛贵海, 牛传峰, 耿京朝, 阮云国 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所