专利名称：极化器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于电磁辐射的极化器，其中该极化器具有相互平行且按特定间隔排列的导电元件。
为了获得两个环形的右或左极化的电磁波，将设置在辐射天线开口上的平面极化器用于排列成双线性极化天线的平面天线。
极化器将入射波的E矢量分成两个正交分量，并在这些分量之间产生±90度的相位差[间隔相位]，通过以后的重叠产生环形极化。相同的作用模式应用到环形向线性极化的转换。
两种不同的结构类型是已知的。一种类型的极化使用以λ／4(四分之一λ)间隔排列的数个极化构件，一方面电感性地和另一方面电容性地作用在相应的E场分量并由此产生相位差。经常用在矩阵(薄金属片)上的腐蚀复合折叠的线性电路实现这些极化构件。这种情况下，一个极化器需要至少两个这种构件(电感，电容)。利用低介电材料形成所需的间距或间隔。该实施例中的缺点是其对工程容限的高度敏感。同样，必须确保所使用的薄金属片具有良好平坦性和非常精确定位。这经常以用于粘结和粘合的定位波导的形式和需要多层挤压而导致额外费用。
另一种极化类型也以与线性极化成45度角排列的金属支柱的形式使用导电元件。由于不同的电气制约，形成两种不同场类型并由极化器扩展。由于不同的传播时间，在极化器的输出端以这些相位类型的叠加产生±90度的相位差，并因此产生右或左环形波。电特性由相互关联的金属支柱的间隔和其在天线辐射的主要方向中的长度确定。金属支柱被包覆在金属框架中，其端部粘合或焊接到该框架。这类极化器的优点是电气结构简单并满足诸如宽频带，对工程容限的相对不敏感性，非常低的介入损耗，非常好的椭圆[波]值和适应性之类的电气特性。由于每个金属支柱涉及到两个粘合或焊接步骤，这类极化器的缺点是成本高并且因此造成将金属支柱固定到框架的费用昂贵。此外，在制造金属支柱和将该金属支柱插入安装框架时，频繁产生由工程容限造成的金属应力。由于经常用金属制造安装框架，其重量不适宜地高。
因此，本发明的目的是提供一种结构简单和制造经济的极化器。
一方面，根据其中利用至少一个隔板部件将元件固定到位的本发明解决了由前面描述的那种类型的极化器所提出的问题，其中每个隔板部件是由低介电材料制造的。如果这些元件可移动或不可移动地插入板或带形隔板并利用至少一个隔板部件将这些元件相互关联地固定到位，可提供进一步的解决方案。
在本发明描述的极化器中，完全取消了安装框架。这样有利于降低极化器的重量。利用由特定的低介电材料制造的隔板来实现通常由金属支柱或金属带制成的导电元件的定位。由于在低介电材料中形成槽、狭缝或钻孔的同时，铣、腐蚀或用其它方式产生用于接受导电元件所设置的凹槽，槽或狭缝相对于另一方的间隔和宽度或间距总是相同的，并且仅承受低工程容限。该解决方案表明了对极化器的电器特征的实质改进。
例如，泡沫形式的聚苯乙烯适合作为低介电材料。
以与线性极化成45度角、比导电元件略窄实现槽或狭缝的排列对确保导电元件不脱离隔板部件是有利的。通过将导电元件插入槽或狭缝来推开狭缝的侧壁，从而产生防止元件脱离狭缝的压力。然而，该过程也可导致在最好是以板或带构成的隔板中产生非常高的张力。如果在隔板中设置附加的凹槽，可减小或完全消除这些张力。所述凹槽可位于包含该槽或狭缝的一侧上和／或与该侧相对的一侧上。这样，可延伸由插入的导电元件置换的材料而不会在隔板内出现使其变形[使其″弯曲″]的内张力。补充的凹槽也可是例如槽或狭缝。凹槽的形状是任选的并使其适合于局部要求。
为了防止金属支柱与导电元件脱离，还有用与隔板中使用的同一低介电材料覆盖或包覆极化器的另一种可能性。这可通过粘合工艺或通过应用泡沫涂覆或在槽或狭缝的表面上发泡来进行。也可以将元件与隔板部件粘合在一起。在本发明另一个有利的实施例中，导电元件不放置在槽或狭缝中，而是在低介电材料中的钻孔中。根据导电元件的截面形状，可用适合于该形状的凹槽代替钻孔。
使每个槽或狭缝的深度大于导电元件的高度可有利于防止导电元件脱离槽或狭缝，以此法可将每个槽或狭缝与设置在其中的元件一起用密封胶或填充材料填充或覆盖，并最好与隔板部件的表面齐平。这样能使极化器的表面平整，同时保护导电元件免受腐蚀。
可将天线与极化器的导电元件之间的所需间隔与低介电材料的整个平面成为一体。
为了将极化器固定到平面[平坦的床簧式]天线，延伸现有的平面天线外壳的外部边缘就足够了，在将极化器放置在天线上之后，将极化器重叠在天线上，以使极化器与天线形成一个单元。
如果在导电元件之间的中间间隔部分或全部填充低介电材料，将会得到极化器另一个有利的实施例。低介电材料可以与隔板部件中使用的低介电材料相同，但不限于此。以后可通过例如膨胀泡沫填充工艺将其推入或填充在元件之间。由于这样设计的极化器在导电元件之间的中间间隔没有进行填充，不必用低介电材料填充这些间隔。该决定主要取决于连同平面天线一起的极化器的稳定性和电气特性。
为了确保极化器与相关的扁平或平面天线彼此经常处在正确的位置关系，如上所述，可将它们封装在一个壳体或外壳中。还可以将扁平天线粘结到极化器。此外，通过使用最好是低介电材料包围或埋封极化器和扁平天线，能够将极化器和扁平天线固定到相互对应的位置。通过用泡沫包围它们或埋封两个元件，有利于将两个元件与环境密封隔离，以便最适宜地保护它们免受机械或大气的相关影响。
此外，本发明的目的是提供一种制造本发明中描述的极化器的方法，通过该方法以最少的步骤并且最经济地制造极化器。
通过下面的方式可实现该目的，首先，在由特定的低介电材料制造的隔离部件中，至少是在其上铣、腐蚀、切削、锯、气割、钻孔或压出凹槽，特别是槽或狭缝或钻孔，然后把元件插入、粘结、或压入槽或狭缝中。因此，可将元件顺序或单独地引入或插入隔板部件。
由于隔板部件中没有用于导电元件的凹槽，可简单地将元件压入隔板部件的材料中。然而，在进行这项工作时，由于用元件代替了相对大量的材料，经常在材料本身中出现明显的应力。如果适当地加热导电元件，能使隔板部件的材料，最好是聚苯乙烯熔化或烧毁，以便可用相对小的力将该元件压入隔板部件的材料中，从而在隔板部件的材料中几乎不同时出现任何应力。
根据隔板部件的类型和形式，在元件插入后仍可不填充它们之间的间隔。然后，可用低介电材料填充该间隔或在其中发泡。尽管如此，把由低介电材料制成的预制装配元件准确地插入该间隔以便完全填充这些间隔。
也可用下面的方式完成如本发明中所描述的极化器的制造，以相互平行且正确的间隔固定导电元件，然后用特定的低介电材料埋封或发泡。以相互对应的正确隔离间隔将元件排列到扁平天线以使用适当的材料将元件与扁平天线埋封或发泡在一起也是有效和可行的。在该例子中，集成中不必包括扁平天线。也可以利用埋封或发泡工艺生产与扁平天线分离的极化器。
利用下面的附图详细说明如本发明所描述的下列实施例。其中
图1是具有容纳条状导电元件的槽或狭缝的插片状的极化器；图2是具有容纳导电元件的槽或狭缝的两部分隔板部件；图3和4是具有容纳导电元件的槽或狭缝的框架形隔板部件；图5和6是如本发明所描述的极化器的制造和构成形式；图7和8是公用外壳中的极化器和扁平天线；图9是具有扁平天线的埋封极化器；图10是极化器的制造工艺；图11是具有棒状导电元件的极化器。
图1表示呈现具有纵向槽或狭缝4的平板的极化器1，槽或狭缝将平板分成各个段3，各个段用作将要插入的导电元件5的隔离部件并在组装条件下填充导电元件之间的间隔6。各个隔板部件3通过连接点2相互连接。狭缝4具有导电元件5的形状，以使后者完全放置在狭缝4并且不伸出狭缝4的边缘。导电元件5沿用M标出的箭头的方向最简单地插入狭缝中。可用手或通过单一的机械步骤单独地进行。
为进一步减轻极化器的重量，也可提供用其狭缝4容纳导电元件5的两端部的两个条状隔板7。导电元件的间隔6在借助隔板部件7与相互相互分开的导电元件5之间的间隔8插入隔板部件7后保持自由。为了改善极化器的机械稳定性，如图3所示，可借助连接壁7a连接隔板部件7。然而，如果图2所示实施例中的导电部件与隔板部件7粘结，则不需要借助该连接壁连接。
图4示出与图3所示的相似的框架型隔板部件9，但是在该实施例中，设置垂直于辐射平面延伸的框架狭缝9b以容纳元件5。仅将端部5＇放置在狭缝9b中，以便不再填充导电元件5之间的间隔6。
由于图2至4所示的实施例的稳定性不够并且不足以保护其抵抗外部，特别是大气的影响，如图10所示，可以用材料21填充导电元件5之间的间隔6。该材料同样可以是低介电材料。然而，也可以将导电元件与隔板部件一起埋封在材料21中，以便保护整个极化器免受外部影响并且更稳定。
图5表示极化器的各种实施例A、B、C和其制造方法。在根据A的极化器中，首先，在隔板部件4的材料中制作出狭缝4。
同时，也可例如以狭缝或槽的形式在极化器的后壁设置调节凹槽12，以便在插入导电元件5时在极化器内部不产生内部张力或应力。然而，甚至除了后壁外可在前壁上设置调节凹槽。然后将导电元件5a压入或插入隔板部件的预制狭缝4。由于狭缝的宽度小于导电元件的宽度，导电元件5稳固地安置在狭缝中并且不容易脱离。根据要求可相应地选择表示在图5所示的极化器右侧的厚度D2至D4。利用厚度D2至D4可确定导电元件和具有辐射元件15的扁平天线14之间的间隔。
B区表示极化器和其制造方法，其中在极化器的后壁上设置调节凹槽12。这是必需的，由于在插入导电元件5d至5f前还未在隔板部件中设置凹槽。借助压力将导电元件5d至5f推入隔板部件，从而将隔板部件的材料推向该侧。还可以在将导电元件5d至5f安装到隔板部件中之前和／或期间将其导电元件加热，以便在导电元件与隔板部件的材料接触时，使材料熔化或烧毁，并以此为插入的导电元件做准备。
在C区中，根据部分A或B的制造工艺将导电元件安装到隔板部件中。在极化器背向扁平天线14的一侧上，已将覆盖或保护涂层13粘结或用其它方法施加到隔板部件以及安装在其中的导电元件5。涂层13起到保护导电元件免受腐蚀的作用并另外起到稳定极化器的机械特性的作用。可任意选择涂层13的厚度D1。
同样，图6表示如本发明中描述的极化器的制造和设计变化。在用E标出的极化器的区域中，它突出了已形成用于容纳导电元件5g至5j的最初的狭缝4，随后将粘合剂6喷在狭缝4中。尽管如此，可以想象在把导电元件5g至5j插入隔板部件之前用粘合剂涂覆导电元件5g至5j。通过采用粘结剂，能够消除以后插入导电元件5g至5j和以后经过的凝固周期所需的时间。调节狭缝12是任选的。
F区表示极化器的另一个实施例，其中在沟道状的凹槽中安置导电元件。沟道状凹槽可以是相互平行并与扁平天线14的辐射平面平行延伸的例如钻孔或盲孔。形成沟道状凹槽后，将具有特定的圆形截面的棒状导电元件推入适当形成的凹槽。在该例子中，导电元件5j可如该图的左部所示那样粘合到隔板部件。另外，以后可封闭钻孔或盲孔。
G区表示另一个实施例，调节凹槽12＇排列在偏离导电元件5k的位置。在该例子中，导电元件5k完全平放在狭缝4＇中。安装导电元件5k后用填充材料填充在狭缝4＇中的导电元件5k上方的区域，该填充材料是一种与隔板部件的材料相同的材料。所述层的厚度D6与导电元件高度D5一起对应于狭缝4＇的高度。在该实施例中，并不需要如图5所示在极化器上提供覆盖层。
图7表示使扁平天线14和极化器1横向重叠的公用外壳18的截面图，在这方面，不用将扁平天线14粘接到极化器1，把它们固定的一起。外壳18可以例如用铝制成，由此用横向围绕包括极化器1和扁平天线14的结构的带缠绕外壳，随后将带的侧边缘18a和18b重叠在边缘13a和13b上。然而，将外壳制成罐或盆状部分也是可行的，向罐或盆状部分中放置包括扁平天线14和极化器1的结构，此后把罐或盆状部分的顶部边缘重叠在极化器的盖的边缘13a。
图8表示与图1至4和10所示的实施例对应的极化器1，其中还提供如图7所示的外壳18。
图9表示极化器1和扁平天线14的公用外壳20，由侧壁20a至20c构成的外壳是注塑成型的外壳。在该注塑成型外壳的制造中，可以立刻用外壳2的材料喷涂天线14和极化器1的结构，或是至少以两个部分提供外壳2，在组装外壳20后将该结构安装在外壳中。
图11表示另一种极化器，其中两个棒状隔板部件23相互平行排列。棒状隔板部件23具有均等间隔的穴孔[盲孔]，用于容纳导电元件24的两端部。对其进行组装后，可将极化器发泡或埋封在材料中，从而增强极化器的机械稳定性。
由导电元件本身的形状来决定将导电元件安装在相应的隔板部件中的方式。由于用聚苯乙烯材料作隔板部件，可以相对容易地形成必须为导电元件设置的凹槽。因此，例如可利用相互平行排列的几个锯条同时形成所需的狭缝。在特定的实施例中，也可以生产具有埋封的导电元件的非常大的板，可将该板分成与扁平天线的相应尺寸对应的分段。
所使用的参考标号列表1极化器2隔板部件的间隔部件23之间的连接点3间隔部件4凹槽／槽或狭缝4a插入导电元件的隔板部件区5导电元件5＇平放在槽或狭缝内部的导电元件5的端部5″形成间隔6的扁平侧5a，5b，5c A区的导电元件55d，5e，5f B区的导电元件55g，5h，5i E区的导电元件55j F区的导电元件55k G区的导电元件56导电元件5之间的间隔7条状隔板7a条状隔板7的连接侧8条状隔板7之间的间隔9具有用于容纳导电元件5的垂直于辐射平面延伸的槽／狭缝9b的框架状隔板部件9a没有槽或狭缝的连接侧9b安装狭缝10安置的元件和调节凹槽12之间的区域11调节凹槽之间的区域12调节凹槽或调节狭缝13导电元件的覆盖物13a覆盖物13的重叠边缘14扁平天线14a扁平天线14的重叠边缘15天线14的辐射元件16粘合剂17密封材料18扁平天线14和极化器的公用外壳18a，18b外壳18的重叠边缘19导电元件5之间的填充材料20封闭极化器和扁平天线的外壳20a，20b，20c注塑成型的外壳的侧壁21容器中的填充材料21a填充材料22容器23棒状隔板(两个部件)24导电元件25容纳导电元件24的穴孔A具有预制狭缝的隔板B没有预制狭缝的隔板C具有覆盖物的极化器D1覆盖物13的厚度D2，D5导电元件5的高度D3狭缝4与调节凹槽12之间的间隔D4调节凹槽12之间的高度D6填充狭缝的密封材料17的高度E具有粘合的导电元件的隔板F具有棒状导电元件的隔板G具有偏离导电元件排列的调节凹槽的隔板，其中另外用密封材料填充狭缝M导电元件5的插入方向
权利要求
1．一种用于电磁辐射的极化器(1)，其中极化器(1)具有相互平行且按特定间隔排列的导电元件(5，24)，其特征在于，利用至少一个隔板部件(3，7，9，23)将元件(5，24)固定到位，其中每个隔板(3，7，9，23)由低介电材料制成。
2．一种用于电磁辐射的极化器(1)，其中极化器(1)具有相互平行且按特定间隔排列的导电元件(5，24)，其特征在于，在至少一个平坦的或条状隔板部件(3，7，9，23)中可移动或不可移动地安置元件(5，24)，并且至少相互对应地固定到位。
3．根据权利要求2所述的极化器(1)，其特征在于，隔板部件(3，7，9，23)由低介电材料制成。
4．根据权利要求1至3之一所述的极化器(1)，其特征在于，用低介电材料全部或部分地填充元件(5，24)之间的间隔(6)。
5．根据权利要求1至4之一所述的极化器(1)，其特征在于，用至少一个隔板部件(3，7，9，23)至少部分地填充间隔(6)。
6．根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)，其特征在于，将元件(5，24)粘结到隔板部件(3，7，9，23)。
7．根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)，其特征在于，隔板部件(3，7，9，23)具有可移动或不可移动地将元件(5，24)插入其中的凹槽(4)。
8．根据权利要求7所述的极化器(1)，其特征在于，作为槽或狭缝(4)的凹槽的深度(D2)与元件(5，24)的高度相对应。
9．根据权利要求7所述的极化器(1)，其特征在于，狭缝(4)的深度大于元件(5，24)的高度，以便可用密封／填充材料(17)填充或密封每个狭缝(4)以及设置在其中的元件(5，24)，特别是与隔板部件(3，7，9，23)的表面齐平。
10．根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)，其特征在于，隔板部件(3，7，9，3)具有在其中可移动或不可移动地密封元件(5，24)的钻孔。
11．根据权利要求7至10中的任何一项所述的极化器(1)，其特征在于，隔板部件具有排列在隔板部件的前和／或后壁上和／或隔板部件中，特别是背向支承该元件(5，24)的一侧的侧面上的调节凹槽(12，12＇)和／或凹陷空间，由此使凹槽(12，12＇)作为调节槽和／或调节孔。
12．根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)，其特征在于，极化器(1)在其朝向天线(14)的侧面上具有使其免受机械和／或大气影响和／或使元件(5，24)的密封免受腐蚀的保护涂层(13)。
13．根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)，其特征在于，极化器(1)直接平放在扁平天线(14)上。
14．根据权利要求13所述的极化器(1)，其特征在于，极化器(1)粘结到扁平天线(14)。
15．根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)，其特征在于，用特定的低介电材料埋封极化器(1)和相关的扁平天线(14)或用该低介电材料在极化器和相关的扁平天线中发泡。
16．根据权利要求13至15中的任何一项所述的极化器(1)，其特征在于，极化器(1)和扁平天线(14)排列在一个外壳(18)中。
17．一种制造根据前面的权利要求之一所述的极化器(1)的方法，其特征在于，首先在由低介电材料制成的至少一个隔板部件(3，7，9，23)中铣、腐蚀、切削、锯、气割、钻孔或压出凹槽(4)，特别是狭缝或槽或钻孔，然后将元件(5，24)插入、粘结、压或挤压到凹槽(4)中。
18．根据权利要求17所述的制造极化器(1)的方法，其特征在于，在产生容纳元件(5，24)的凹槽(4)之前、之后或过程中，铣、腐蚀、切削、锯、气割、或压出调节凹槽(12，12＇)，特别是调节狭缝。
19．根据权利要求1至18之一所述的制造极化器(1)的方法，其特征在于，把元件(5，24)单独或顺序地插入或压入隔板部件(3，7，9，23)，从而相互平行且相对按特定间隔排列元件(5，24)。
20．根据权利要求19所述的制造极化器(1)的方法，其特征在于，在元件(5，24)安装到隔板部件(3，7，9，23)中之前对其加热，以使与加热的元件(5，24)接触的隔板部件(3，7，9，23)的材料熔化或烧毁，从而形成元件(5，24)的凹槽。
21．根据权利要求17至20之一所述的制造极化器(1)的方法，其特征在于，把元件(5，24)安装在隔板部件(3，7，9，23)之后，用低介电材料填充元件(5，24)之间的间隔(6)或在其中发泡。
22．根据权利要求21所述的制造极化器(1)的方法，其特征在于，除间隔(6)外，完全埋封隔板部件(3，7，9，23)和元件(5，24)或通过发泡包围。
23．根据权利要求17至22之一所述的制造极化器(1)的方法，其特征在于，在组装隔板部件(3，7，9，23)和相关扁平天线(14)之后，使用特定的低介电材料埋封二者或用泡沫包围。
24．一种制造极化器(1)的方法，其特征在于，平行且以正确的间隔排列元件(5，24)并固定到位，然后用泡沫包围或以包围材料形成隔板部件的方式埋封元件(5，24)。
25．一种制造极化器(1)的方法，其特征在于，相互平行且以按相对正确的间隔将元件(5，24)排列到扁平天线(14)并固定到位，然后用泡沫包围扁平天线(14)以及元件(5，24)或以包围材料形成隔板部件的方式埋封扁平天线(14)和元件(5，24)。
全文摘要
本发明涉及用于电磁辐射的极化器(1)。该极化器具有相互平行且间隔给定距离排列的导电元件(5,24)。用至少一个隔板(3,7,9,23)将元件(5,24)固定到位。每个隔板(3,7,9,23)由低介电材料制成。
文档编号H01Q15/24GK1291364SQ98813960
公开日2001年4月11日 申请日期1998年10月13日 优先权日1998年2月20日
发明者弗兰克·费舍尔, 马丁·亨内曼 申请人:卫星和现代信息技术帕特斯技术专利应用有限公司