专利名称：用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线的制作方法
技术领域：
本发明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。
技术背景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 曰益普及，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常用反射面型天线，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，因而口径较大，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和空 间，不便于在狭小的场合使用。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还要低。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。常见的裂缝天线是用传输线型材料组成(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，其中 有些类型还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，设计和制造的难度急剧增大。因此，市场上很少 看到较大口径的裂缝天线。申请号为ZL200520U07426、发明名称为波导裂缝阵列天线的中 国专利是一款与本申请相近的专利，其占用空间小，是天线效率较高 的天线，但是其缺点为工作频率不够宽，馈电损失较大，因而不适合 在卫星通讯领域应用。波导裂缝阵天线传统上是针对某一个连续的频率段设计的，此种 天线技术近年来常常被用在雷达和制导领域。至今为止，此种天线从 来没有在卫星通讯方面获得应用。因为卫星通讯与雷达应用有两个不 同的特殊要求，这两个特殊要求对此种天线在卫星通讯领域的应用带 来了极大的困难。这两个特殊要求是l)卫星通讯要求发射与接收频 率必须在不同的频段，而且两者频率相差有2GHz之多。 一副波导裂 缝天线很难覆盖如此宽的频率范围，因此此种天线技术无法用于卫星 通讯目的；2)卫星通讯要求发射信号和接收信号必须使用不同的极化，比如对于线极化形式信号来说，如果发射信号采用垂直极化，
则接收信号必须采用水平极化。反之亦然。这种特征同样造成了波导裂缝天线技术在卫星通讯领域应用的困难。发明内容本发明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、天线使用频率更宽，馈电损失较小，结构更加优化的天线，同 时又要能满足卫星通讯的两个特殊要求，使能应用于卫星发射与接收 的卫星通讯天线。本发明选择波导裂缝阵列技术来实现天线设计。本发明的具体实施方案如下用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述的波导裂缝 阵列天线的三层的每层采用两种不同规格的波导组成，此两种不同规 格的波导分别在天线辐射层上生成两种不同尺寸的辐射裂缝，以产生 接收和发射两种不同的频率，所述的两种不同尺寸的辐射裂缝中，一 种裂缝在波导长度方向上，另一种裂缝在波导宽度方向上，两种裂缝 互为正交，此两种带有不同尺寸且互为正交裂缝的辐射波导并列交替 紧密排列，在共用同一天线口径面的同时，又生成相互垂直的极化特 性。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；为第三层为馈 电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述的波导裂 缝阵列天线的辐射层由刻有裂缝的矩形波导构成，称为辐射层波导， 波导采用并联的方式排列，波导的外向面为辐射面，每根波导的辐射 面上刻有一个以上的辐射裂缝，辐射层波导可以由多个结构和尺寸相 同的辐射单元模块组合而成，也可以由单一辐射单元模块组成，典型的辐射面采用的辐射单元模块数量为整个辐射层由1个单元模块组 成、或由2个单元模块组合而成、或由4个单元模块组合而成、或由 8个单元模块组合而成、或由16个单元模块组合而成、或采用32个 单元模块组合而成，辐射层波导有三种规格:一种是宽边为14-15mm， 窄边为4.5-7.5mm的矩形波导；另一种是宽边为16-17mm窄边为 4,5-8.5mm的矩形波导；第三种是宽边为8-llmm，窄边为4-7mm的 矩形波导，波导除矩形波导之外也可以采用类似尺寸的脊形波导，矩 形波导可以宽边朝外放置，也可以窄边朝外放置，也可以混合放置， 朝外的波导面上刻有辐射裂缝，朝内的波导面上刻有耦合裂缝，每个 辐射单元模块内并列放置多根波导，每根波导外向面上刻有辐射裂 缝，并以阵列方式排列放置，单元模块的最小辐射裂缝数量为每单元 2 X2个裂缝，裂缝的最大规模不限，但一般不超过96 X 96个辐射 裂缝，如果采用同一规格裂缝，则每个模块单元所含辐射裂缝的典型 规模为32X32， 16 X16， 8X8， 4 X4， 2 X2个，如果采用两种以 上的裂缝尺寸组成单元模块，典型的裂缝规模一般在64 X 64个以下， 辐射单元模块在辐射面上所刻的裂缝可以是同一长度和同一宽度的 裂缝，也可以是长度和宽度按一定规律变化的，尺寸不完全相同的辐 射裂缝，无论辐射裂缝是否采用同一尺寸，所有辐射裂缝可以归纳为 两种 一种为长度在10-13mm之间，宽度在0.8-3mm之间的辐射裂 缝；另一种为长度在3-7mm之间，宽度在0.8-1.5mm之间的辐射裂 缝，在辐射层波导上与刻有辐射裂缝一面相对的另一面刻有耦合裂 缝，耦合裂缝的尺寸有两种，其尺寸可以与上述的辐射裂缝的两种尺寸相同，馈电层波导同样可采用三种波导 一种是宽边为14-15mm 窄边为4.5-7.5mm的矩形波导，另一种是宽边为16-17tnm窄边为 4.5-8.5mm的矩形波导，第三种是宽边为8-llmm，窄边为4-7mm的 矩形波导，馈电层可以使用其中一种尺寸的波导或同时使用两种以上 尺寸的波导，馈电层由馈电波导和耦合裂缝组成，馈电波导向外的一 面与辐射层波导向内的面重合形成公共面，在公共面上辐射波导的耦 合裂缝与馈电波导耦合裂缝共用，形成辐射层与馈电层的电气和机械 连接，采用馈电波导将辐射层每个辐射单元模块经过串联或并联的形 式连接起来，汇合形成一个或两个输出/输入端口，典型的馈电网络 采用一分二， 二分四，四分八，八分十六，十六分三十二的对称均匀 馈电分配结构。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述天线的波导 的辐射面上所刻的辐射裂缝，辐射裂缝为两种 一种为长度在 lO-Bmm之间，宽度在0.8-3mm之间的辐射裂缝；另一种为长度在 3-7mm之间，宽度在0.8-1.5mm之间的辐射裂缝,如果采用单一尺寸 裂缝，则裂缝长度在10-13mm之间，宽度在0.8-2mm之间，在同时 采用上述的两种辐射裂缝时， 一种裂缝生成在波导长度方向上，另一 种裂缝生成在波导宽度方向上，两种不同裂缝的波导交替放置并行紧 密排列，两种辐射裂缝的方向相互正交(或近似正交)。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为
辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述天线的波导 的辐射面采用两种不同尺寸的辐射裂缝组成，所述的两种裂缝的长度 和宽度不同，其长度均在10-13mm之间，其宽度均在0.8-3mm之间， 两种裂缝都在上述的第一种裂缝的尺寸范围之内，较长的裂缝生成在 波导长度方向上，较短的裂缝生成在波导宽度方向上，带有两种不同 裂缝的波导交替放置，并行排列，共用同一个口径面，两种辐射裂缝 在方向上相互正交或近似正交。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述天线的两种 不同尺寸的裂缝波导形成的辐射面分区独立放置而成分区排列结构 形式，分别形成接收天线裂缝区域和发射天线裂缝区域，不同区域的 裂缝在方向上相互垂直，所述的接收天线裂缝区域和与其连接的馈电 波导可以单独取出使用。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述天线的两种 尺寸的裂缝波导相互交织混合并列紧密放置，两种裂缝共同使用同一 个面积，共同使用同一天线口径，两种不同尺寸的裂缝相互交替排列， 较长裂缝形成的一维阵列与较短裂缝形成的一维阵列之间彼此相邻， 而在裂缝方向上相互垂直正交。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为
辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，所述天线的波导 的辐射面上所刻的辐射裂缝为一字型裂缝组成的阵列，裂缝长度在 10-13mm之间，宽度在0.8-3mm之间。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接在一起，所述天线的波导的辐射 面上所刻的辐射裂缝为十字交叉型裂缝，裂缝长度在9-13mm之间， 宽度在0.8-3mm之间，并以此种交叉裂缝组成阵列。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接在一起，所述天线馈电网络采用 一分二， 二分四，四分八，八分十六，十六分三十二的对称均匀馈电 分配结构，第二层即耦合层可省略，而组成两层结构，即第一层为辐 射层，第二层为馈电层，以上两层直接焊接/连接在一起。用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为 辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电 层，在底层；以上三层依次直接焊接在一起，在所述天线馈电网络的 分支接头中心位置处有一个金属隔板，隔板的厚度为0.8-1.5mm,长 度为7-10mm，波导弯头接口处略口径收縮约0.8-3mm，收縮部分长 度为2-5mm。通讯收发双工型天线采用两种不同规格的波导，分别用这两种不 同规格的波导在天线辐射层上生成两种不同尺寸的辐射裂缝，以此来 针对卫星通讯要求的接收和发射的不同频率(即一种波导其规格和其 上的裂缝针对发射频率设计，另 一种波导其规格和其上的裂缝针对接 收频率设计)。同时，在辐射层波导裂缝设计时，有意将以上两种裂 缝设计为一种裂缝在波导长度方向上，另一种裂缝在波导宽度方向 上，当这两种带有不同裂缝尺寸并且在裂缝方向上互为垂直的辐射波 导并列交替紧密排列时，便可以实现两个目的1)发射和接收部分 共用同一个夭线口径面(即同一 口径的天线实现对卫星信号接收和信 号发射两种频率的覆盖)；2)辐射面上生成两种尺寸不同且互为垂直 的辐射裂缝。这样通过将这两种具有不同口径和不同尺寸裂缝的辐射 层波导交替排列所组成的天线，既实现了对不同的收、发频率的覆盖， 同时也由于这两种辐射面上生成的两种辐射裂缝互为正交，从而生成 相互垂直的极化特征，解决卫星通讯的发射和接收频率在正交极化方 面的要求。采用以上设计可以使得波导裂缝形式的天线满足卫星通讯 特有的频率带宽及正交极化的特殊技术需要，使得传统上在雷达领域使用的波导裂缝阵列天线技术可以扩展到卫星通讯领域，从而生成一 类卫星通讯天线。天线的辐射层采用同样形式的单元模块拼接组合形成天线辐射 表面。辐射层波导可以由多个结构和尺寸形同的辐射单元模块组合而 成，也可以由单一辐射单元模块组成。典型的辐射层采用的辐射单元 模块数量为整个辐射层由1个单元模块组成、或由2个单元模块组合而成、或由4个单元模块组合而成、或由8个单元模块组合而成、 或由16个单元模块组合而成、或采用32个单元模块组合而成。辐射层波导有三种规格 一种为宽边14-15mm、窄边4.5-7.5mm
的矩形波导；另一种为宽边16-17mm窄边4.5-8.5mm的矩形波导； 第三种为宽边8-llmm、窄边4-7mm的矩形波导。波导除矩形波导之 外也可以采用类似尺寸的脊形波导。波导可以宽边朝外放置，也可以 窄边朝外放置。通讯型收发共口径天线采用波导的宽边和窄边交替混 合放置(见图2)。不共口径的通讯天线采用接收和发射波导分区放 置(见图1)。朝外的波导面上刻有多个辐射裂缝，朝内的波导面上 刻有耦合裂缝。天线辐射面上的每个单元模块结构相同。每个辐射单元模块内并 列放置多根波导，每根波导外向面上刻有多个辐射裂缝，并以阵列方 式排列放置。单元模块的最小辐射裂缝数量为每单元2 X2个裂缝， 裂缝的最大规模不限。但一般不超过96 X96个辐射裂缝。如果采用 同一规格裂缝，则每个模块单元所含辐射裂缝的典型规模为32X32， 16 X16， 8X8， 4X4， 2 X2个。如果采用两种以上尺寸的裂缝组 成单元模块，典型的裂缝规模一般在64 X 64个以下。辐射单元模块在辐射面上所刻的裂缝视其天线是接收和发射共 口径天线还是接收和发射分区放置天线两种情况对于接收和发射分区放置型天线，天线分为接收区域和发射区域 两部分。每个区域采用同一长度和同一宽度的裂缝，裂缝可以是一字 形裂缝(对应线极化天线类型)，也可以是十字交叉形的裂缝(对应 圆极化天线类型)。如果具有更高的波瓣要求，可以采用长度和宽度 按一定加权规律(如泰勒加权法)变化的，尺寸不完全相同的辐射 裂缝。对于接收和发射共口径型天线，天线的接收和发射混合在一个区 域之内。 一般采用两种不同的裂缝混合生成辐射单元模块，而且两种 裂缝或为垂直。如果具有更高的波瓣要求，可以采用长度和宽度按一 定加权规律(如泰勒加权法)变化的，尺寸不完全相同的辐射裂缝。 无论两种辐射裂缝是否混合在同一区域内，本设计的所有辐射裂缝选用两种规格 一种为长度在10-13mm之间，宽度在0.8-3mm之 间的辐射裂缝；另一种为长度在3-7mm之间，宽度在0.8-1.5mm之 间的辐射裂缝。接收和发射部分分区域放置时，同一区域内辐射面可 以采用统一规格的辐射裂缝(此种技术可以用于卫星电视接收天线)。 接收和发射部分混合在一个区域内放置时(共口径设计)，采用两种 规格的辐射裂缝，两种辐射裂缝交错排列组合(用于卫星通讯收发双 向天线)，并使两种裂缝相互正交。采用两种裂缝组合时， 一般采用 以上两种尺寸。但也可以在第一种裂缝的尺寸范围内，分别选取一种尺寸相对较大的裂缝和一种尺寸相对较小的裂缝(比如 一种长度为 11.5-12mm之间，另一种长度为10-10.5mm之间的两种裂缝，以此来形成两种不同裂缝组合)。如果采用单一尺寸裂缝(接收天线)，则裂 缝长度在10-13mm之间，宽度在0.8-3mm之间。如果采用加权的设 计，每个裂缝无论在分布的位置上，还是在缝隙的长度和宽度上，都 可能会有小量差别，即每个裂缝都不完全相同。但是，这些裂缝一般 不超出以上两种尺寸范围。收发双工天线采用两种不同尺寸的辐射裂缝组成辐射面，这两种 辐射裂缝互为垂直(或近似垂直)。两种裂缝波导形成的辐射面可以 分区独立放置(图l辐射层两种裂缝波导分区排列结构形式)，也可 以相互交替混合排列放置，以分别满足卫星通讯11.7GHz-12. 75GHz
的接收频率和14. 0GHz-14. 5GHz的发射频率所需要的频率覆盖和正 交极化要求(见图2辐射层两种裂缝波导相互交替混合排列放置情 况)。天线可以采用一字型裂缝组成阵列(线极化方式)(见图3辐 射层一字裂缝排列结构形式)，也可以采用十字交叉型裂缝组成阵列 (圆极化方式)(见图4辐射层裂缝交叉排列结构形式)。如上所述的卫星接收和发射分区放置的设计可以导致另一个直 接的应用即把接收区域单独取出构成卫星接收天线独立使用，这种 天线可直接用于卫星电视接收。当然，也可以把发射区域单独取出构 成卫星发射天线独立使用，但这种应用需求较为罕见。在辐射层波导上，与刻有辐射裂缝面相对的另一面刻有耦合裂 缝。对于通讯型天线耦合裂缝的尺寸有两种，其尺寸可以与辐射裂缝 相同。馈电层波导同样可采用三种波导 一种为宽边14-15mm，窄边 4.5-7.5mm的矩形波导；另一种为宽边16-17mm，窄边4.5-8.5mm的 矩形波导。第三种为宽边8-llmm，窄边4-7mm的矩形波导。馈电层 可以使用其中的一种尺寸的波导或两种以上尺寸的波导同时使用。馈电层由馈电波导和耦合裂缝组成。馈电波导向外的一面与辐射 层波导向内的面重合形成公共面。在公共面上辐射波导的耦合裂缝与 馈电波导耦合裂缝共用，形成辐射层与馈电层的电气和机械连接。 采用馈电波导将辐射层每个辐射单元模块经过串联或并联的形式连 接起来，汇合形成一个或两个输出/输入端口。典型的馈电网络采用 一分二， 二分四，四分八，八分十六，十六分三十二的对称均匀馈电 分配方式。图5.馈电波导结构形式。为使馈电网络在同一层实现以
减少馈电层的层数，降低加工难度。我们设计了如图7所示的天线的 馈电层波导结构布线方式，此种馈电网络的走线方式使得通常要多层 馈电波导才能实现的网络，可以在一层结构上实现。大大降低了加工 难度和费用。为使天线的馈电网络具有更好的阻抗和带宽特性，在馈电网络的 分支接头中心位置处设计了一个金属隔板。隔板的厚度为0.8-1.5mm， 长度为7-10mm。同时，波导弯头接口处略口径收縮约0.8-3mm，收 縮部分长度为2-5mm。见图6.天线的辐射面整体结构图。图7为波导 裂缝阵列天线的馈电层波导结构图。本发明的波导裂缝阵列天线中，可省略第二层，即耦合层，而组 成两层结构，即第一层为辐射层，第二层为馈电层，以上两层直接焊 接在一起。
图1本发明的天线辐射层两种裂缝波导分区排列结构形式图2本发明的天线辐射层的两种不同尺寸裂缝及两种不同尺寸波导相互交替并且使裂缝方向相互正交的混合排列结构形式图3本发明的天线辐射层一字裂缝排列结构形式图4本发明的天线辐射层裂缝交叉排列结构形式图5本发明的馈电波导结构形式图6本发明的波导裂缝天线的辐射面整体结构7本发明的波导裂缝天线的馈电层波导结构8本发明的波导裂缝天线实例
具体实施方式
在以上所述的天线结构的技术方案指导下，可以有多种不同的实施 方案。其中的一种如下 本天线采用波导材料制造。天线由两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 量或者向卫星辐射微波能量。第二层为馈电波导层，第一层和第二层 中间刻有耦合裂缝。并在第二层通过波导接口馈接输出/输入。以上 两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16 个较小辐射裂缝单元模块和4个较大裂缝辐射单元组成。每个辐射裂 缝单元采用六根波导并列而成，每根波导上刻有6个裂缝，所以每个 模块共有6 X6辐射裂缝组成阵列。因此辐射面共有较小尺寸的辐射 裂缝576个，较大辐射裂缝144个。较大辐射裂缝的长度为12mm。 较小的辐射裂缝长度为10mm。两种辐射裂缝分区放置并使两种裂缝 相互正交排列(如图6所示)。本设计的天线第一层(辐射波导层)的波导条数为24个，波导 单元模块数量为16个。波导的条数、波导单元模块也可以根据排列 几何面的形状不同而不同。其排列形状最典型的为矩形、圆形、椭圆 形等排列形式(图7为矩形实例)。本实施例为矩形排列形式。第2层馈电层采用两种规格波导。 一种波导的宽边尺寸为 16.5mm，另一种波导的宽边尺寸为14.5mm。波导走线形式完全采用 图8结构形式，并采用图7所示的隔板结构，隔板长度为8mm厚度 为lmm，接口收缩3mm。本实施方案经过制造和测试证明天线使用频率覆盖11.7-12.75GHz和12-14.75GHz卫星通讯范围，天线效率高达95%， 收发极化隔离度达到33db。本发明的有益效果是在良好的设计下天线效率可以高达93-95% 量级。相比专利ZL2005201107426，本申请的设计使得天线在专利 ZL2005201107426的基础上，具有更宽的使用频带和更小的馈电损 失。本天线可以使专利ZL2005201107426的使用频率范围从 12-12,75GHz扩展到12-14.75GHz，从而满足了卫星通讯天线的应用 要求。同时天线由三层结构减少为两层，使之更便于加工，天线也可 以更薄。总之本发明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，结构紧凑，占用空间更小，同时工作频率宽。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 等空间狭小的场合。
权利要求
1. 用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一起，其特征在于所述的波导裂缝阵列天线的三层的每层采用两种不同规格的波导组成，此两种不同规格的波导分别在天线辐射层上生成两种不同尺寸的辐射裂缝，以产生接收和发射两种不同的频率，所述的两种不同尺寸的辐射裂缝中，一种裂缝在波导长度方向上，另一种裂缝在波导宽度方向上，两种裂缝互为正交，此两种带有不同尺寸且互为正交裂缝的辐射波导并列交替紧密排列，在共用同一天线口径面的同时，又生成相互垂直的极化特性。
2. 根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三 层波导组成，第一层为辐射层，在上层第二层为耦合层或馈电层， 在中间；为第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接 在一起，其特征在于所述的波导裂缝阵列天线的辐射层由刻有裂缝的 矩形波导构成，称为辐射层波导，波导采用并联的方式排列，波导的 外向面为辐射面，每根波导的辐射面上刻有一个以上的辐射裂缝，辐 射层波导可以由多个结构和尺寸相同的辐射单元模块组合而成，也可 以由单一辐射单元模块组成，典型的辐射面采用的辐射单元模块数量为整个辐射层由1个单元模块组成、或由2个单元模块组合而成、 或由4个单元模块组合而成、或由8个单元模块组合而成、或由16 个单元模块组合而成、或采用32个单元模块组合而成，辐射层波导 有三种规格 一种是宽边为14-15mm，窄边为4.5-7.5mm的矩形波导； 另一种是宽边为16-17mm窄边为4.5-8.5mm的矩形波导；第三种是 宽边为8-llmm,窄边为4-7mm的矩形波导，波导除矩形波导之外也 可以采用类似尺寸的脊形波导，矩形波导可以宽边朝外放置，也可以 窄边朝外放置，也可以混合放置，朝外的波导面上刻有辐射裂缝，朝 内的波导面上刻有耦合裂缝，每个辐射单元模块内并列放置多根波 导，每根波导外向面上刻有辐射裂缝，并以阵列方式排列放置，单元 模块的最小辐射裂缝数量为每单元2 X2个裂缝，裂缝的最大规模不 限，但一般不超过96 X 96个辐射裂缝，如果采用同一规格裂缝，则 每个模块单元所含辐射裂缝的典型规模为32X32， 16X16， 8X8， 4X4, 2X2个，如果采用两种以上的裂缝尺寸组成单元模块，典型 的裂缝规模一般在64 X 64个以下，辐射单元模块在辐射面上所刻的 裂缝可以是同一长度和同一宽度的裂缝，也可以是长度和宽度按一定 规律变化的，尺寸不完全相同的辐射裂缝，无论辐射裂缝是否采用同 一尺寸，所有辐射裂缝可以归纳为两种 一种为长度在10-13mm之 间，宽度在0.8-311 11之间的辐射裂缝；另一种为长度在3-7mm之间， 宽度在0.8-1.5mm之间的辐射裂缝，在辐射层波导上与刻有辐射裂缝 一面相对的另一面刻有耦合裂缝，耦合裂缝的尺寸有两种，其尺寸可 以与上述的辐射裂缝的两种尺寸相同，馈电层波导同样可采用三种波 导 一种是宽边为14-15mm窄边为4.5-7.5mm的矩形波导，另一种 是宽边为16-17mm窄边为4.5-8.5mm的矩形波导，第三种是宽边为 8-llmm，窄边为4-7mm的矩形波导，馈电层可以使用其中一种尺寸 的波导或同时使用两种以上尺寸的波导，馈电层由馈电波导和耦合裂 缝组成，馈电波导向外的一面与辐射层波导向内的面重合形成公共 面，在公共面上辐射波导的耦合裂缝与馈电波导耦合裂缝共用，形成 辐射层与馈电层的电气和机械连接，采用馈电波导将辐射层每个辐射 单元模块经过串联或并联的形式连接起来，汇合形成一个或两个输出 /输入端口，典型的馈电网络采用一分二， 二分四，四分八，八分十 六，十六分三十二的对称均匀馈电分配结构。
3.根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层 波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在 中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一 起，其特征在于所述天线的波导的辐射面上所刻的辐射裂缝，辐射裂 缝为两种 一种为长度在10-Bmm之间，宽度在0.8-3mm之间的辐 射裂缝；另一种为长度在3-7mm之间，宽度在0.8-1.5mm之间的辐 射裂缝,如果采用单一尺寸裂缝，则裂缝长度在10-Bmm之间，宽度 在0.8-2mm之间，在同时采用上述的两种辐射裂缝时， 一种裂缝生成 在波导长度方向上，另一种裂缝生成在波导宽度方向上，两种不同裂 缝的波导交替放置并行紧密排列，两种辐射裂缝的方向相互正交或近 似正交。
4.根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三 层波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层， 在中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在 一起，其特征在于所述天线的波导的辐射面采用两种不同尺寸的辐射 裂缝组成，所述的两种裂缝的长度和宽度不同，其长度均在10-Bmm 之间，其宽度均在0,8-3mm之间，两种裂缝都在上述的第一种裂缝的权利要求书第4/5页尺寸范围之内，较长的裂缝生成在波导长度方向上，较短的裂缝生成 在波导宽度方向上，带有两种不同裂缝的波导交替放置，并行排列， 共用同一个口径面，两种辐射裂缝在方向上相互正交或近似正交。
5. 根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在 中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一 起，其特征在于所述天线的两种不同尺寸的裂缝波导形成的辐射面分 区独立放置而成分区排列结构形式，分别形成接收天线裂缝区域和发 射天线裂缝区域，不同区域的裂缝在方向上相互垂直，所述的接收天 线裂缝区域和与其连接的馈电波导可以单独取出使用。
6. 根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层 波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在 中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一 起，其特征在于所述天线的两种尺寸的裂缝波导相互交织混合并列紧 密放置，两种裂缝共同使用同一个面积，共同使用同一天线口径，两 种不同尺寸的裂缝相互交替排列，较长裂缝形成的一维阵列与较短裂 缝形成的一维阵列之间彼此相邻，而在裂缝方向上相互垂直正交。
7. 根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层 波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在 中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接/连接在一 起，其特征在于所述天线的波导的辐射面上所刻的辐射裂缝为一字型 裂缝组成的阵列，裂缝长度在10-13mm之间，宽度在0.8-3mm之间。
8. 根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在 中间；第三层为馈电层，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波导的辐射面上所刻的辐射裂缝为十字交叉型 裂缝，裂缝长度在9-13mm之间，宽度在0.8-3mm之间，并以此种交 叉裂缝组成阵列。
9. 根据权利要求1所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层 波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层，在 中间；第三层为馈电层，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馈电网络采用一分二， 二分四，四分八，八分十 六，十六分三十二的对称均匀馈电分配结构，第二层即耦合层可省略， 而组成两层结构，即第一层为辐射层，第二层为馈电层，以上两层直 接焊接/连接在一起。
10. 根据权利要求l所述的用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三 层波导组成，第一层为辐射层，在上层；第二层为耦合层或馈电层， 在中间；第三层为馈电层，在底层；以上三层依次直接焊接在一起， 其特征在于在所述天线馈电网络的分支接头中心位置处有一个金属 隔板，隔板的厚度为0.8-1.5mm，长度为7-10mm，波导弯头接口处 略口径收縮约0.8-3mm,收縮部分长度为2-5mm。
全文摘要
用于卫星通讯的波导裂缝阵列天线，由三层波导组成，第一层为辐射层，第二层为耦合层或馈电层，第三层为馈电层，以上三层依次直接焊接/连接在一起，每层采用两种不同规格的波导组成，此两种不同的波导分别在天线辐射层上生成两种不同尺寸的辐射裂缝，以产生接收和发射两种不同的频率，所述的两种不同尺寸的辐射裂缝中，一种裂缝在波导长度方向上，另一种裂缝在波导宽度方向上，两种裂缝互为正交，此两种带有不同尺寸且互为正交裂缝的辐射波导并列交替紧密排列，在共用同一天线口径面的同时，生成相互垂直的极化特性，能满足卫星通讯的特殊要求。本发明提供一种占用空间小、天线使用频率更宽，馈电损失较小，天线可由三层结构减少为两层，使之更便于加工，能满意地应用于卫星发射与接收的卫星通讯天线，尤其适用于机载、车载等空间狭小的场合。
文档编号H01Q13/00GK101399402SQ200810166870
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者郝志强 申请人:郝志强