專利名稱：一種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及的技術(shù)領(lǐng)域不僅僅在通信領(lǐng)域，在電子對抗、雷達(dá)、遙感等也具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用背景。本發(fā)明特別適用于制造低輪廓衛(wèi)星移動通信、雷達(dá)以及其他系統(tǒng)中的雙線極化陣列天線，也特別適用于雙線極化一維或者兩維相控陣天線或極化角可調(diào)的線極化陣列天線。
背景技術(shù)：
目前在通信系統(tǒng)中使用的雙線極化天線或相控陣天線有以下幾種形式，在性能上雖各有特點(diǎn)，但均存在某種不足。I、利用兩個(gè)方向的波導(dǎo)縫隙陣列天線可以形成雙線極化天線，但是兩個(gè)極化的天線無法共用孔徑，因此孔徑利用率低，并且無法用作相控陣天線。2、利用波導(dǎo)寬邊縫隙天線與窄邊縫隙天線形式實(shí)現(xiàn)雙線極化共用的孔徑，但是兩者一體化設(shè)計(jì)后，組陣間距至少為波導(dǎo)的寬邊與窄邊之和，如果用作相控陣天線，則無法滿足掃描范圍的要求，因此無法用作相控陣天線。3、利用微帶陣列形式可以形成共用孔徑雙線極化陣列天線，但是由于微帶天線效率較低和微帶饋電網(wǎng)絡(luò)損耗較大，因此其效率較低。4、利用窄邊波導(dǎo)裂縫天線以及窄邊波導(dǎo)壁組成喇叭天線實(shí)現(xiàn)雙極化的陣列天線形式，這列天線效率相對較低，組裝難度較大，工序稍顯繁瑣，做為相控陣天線使用時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)一維相掃功能，不能實(shí)現(xiàn)兩維掃描。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種高效率、低損耗的 雙線極化陣列天線。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，包括雙極化天線單元和波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)，所述的雙極化天線單元10由輻射口 I、主波導(dǎo)2、過渡波導(dǎo)4、垂直極化波導(dǎo)5、水平極化波導(dǎo)9和極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7組成；主波導(dǎo)2的上端與輻射口 I相連，主波導(dǎo)2的下端與過渡波導(dǎo)4的上端相連，過渡波導(dǎo)4的下端與垂直極化波導(dǎo)5相連；水平極化波導(dǎo)9與極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7 的側(cè)端口相連，極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7通過設(shè)置在主波導(dǎo)2側(cè)壁的耦合縫隙6與主波導(dǎo)2相連通。其中，在主波導(dǎo)2的腔體內(nèi)的下部設(shè)置有極化片3。其中，在水平極化波導(dǎo)9的頂部設(shè)置有用于調(diào)節(jié)信號電壓駐波比的匹配塊8。其中，所述的陣列天線由MXN個(gè)雙極化天線單元組成，M和N為自然數(shù)。其中，輻射口 I的口面尺寸為O. 65至O. 75倍波長，主波導(dǎo)2的截面尺寸為O. 55至O. 65倍波長；垂直極化波導(dǎo)5的饋電端口寬邊尺寸為O. 55至O. 65倍波長，窄邊尺寸O. 15至O. 2倍波長；水平極化波導(dǎo)9的饋電端口寬邊尺寸為O. 63至O. 78倍波長；耦合縫隙6的長度尺寸為O. 28至O. 35倍波長，寬度尺寸O. 08至O. I倍波長。
其中，所述的波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)極化饋電的H-T雙層波導(dǎo)槽洗結(jié)構(gòu)，雙總口的寬邊尺寸均為O. 63至O. 78倍波長；窄邊尺寸均為O. 15至O. 2倍波長。其中，所述的波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)由與射頻總口相連接的一級垂直極化功分器、一級水平極化功分器和與雙極化天線單元10相連接的二級垂直極化功分器、二級水平極化功分器組成；M個(gè)垂直極化波導(dǎo)與一個(gè)二級垂直極化功分器相連接，M個(gè)水平極化波導(dǎo)與一個(gè)二級水平極化功分器相連接；N個(gè)二級垂直極化功分器與一個(gè)一級垂直極化功分器相連接，N個(gè)二級水平極化功分器與一個(gè)一級水平極化功分器相連接。本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明利用水平極化與垂直極化共用同一孔徑的方法，提高天線的孔徑利用效
率。 2、本發(fā)明的水平極化與垂直極化均采用波導(dǎo)饋電方式，減小了饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗，具有很聞天線效率。3、本發(fā)明中，對輻射單元的兩個(gè)極化，采用了同一極化的饋電方式，其中垂直極化為直接饋電，而對于水平極化的輻射，采用垂直極化饋電，通過波導(dǎo)階梯過渡以及縫隙耦合的方式實(shí)現(xiàn)了輻射的極水平極化。4、本發(fā)明的陣列在俯仰方向可以采用相控陣形式，可進(jìn)行較大范圍的電掃描，滿足通信天線掃描范圍的要求。5、整個(gè)陣列可以采用一體加工的方式，簡單可行，可以采用純金屬材料，或者塑料成型鍍金屬的形式。


圖I是本發(fā)明的雙極化天線單元的兩維示意圖。圖2是本發(fā)明波導(dǎo)陣列的俯視圖。圖3是本發(fā)明帶有饋電網(wǎng)絡(luò)的兩維陣列組成示意圖。
具體實(shí)施例方式參照圖I至圖3，本發(fā)明的一種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，包括雙極化天線單元和波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)，所述的雙極化天線單元10由輻射口 I、主波導(dǎo)2、過渡波導(dǎo)4、垂直極化波導(dǎo)5、水平極化波導(dǎo)9和極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7組成；主波導(dǎo)2的上端與輻射口 I相連，主波導(dǎo)2的下端與過渡波導(dǎo)4的上端相連，過渡波導(dǎo)4的下端與垂直極化波導(dǎo)5相連；水平極化波導(dǎo)9與極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7的側(cè)端口相連，極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7通過設(shè)置在主波導(dǎo)2側(cè)壁的耦合縫隙6與主波導(dǎo)2相連通。在主波導(dǎo)2的腔體內(nèi)的下部設(shè)置有極化片3。在水平極化波導(dǎo)9的頂部設(shè)置有用于調(diào)節(jié)信號電壓駐波比的匹配塊8。所述的陣列天線由MXN個(gè)雙極化天線單元組成，M和N為自然數(shù)，實(shí)施例中，M為12，N 為 10。輻射口 I的口面尺寸為O. 65至O. 75倍波長，實(shí)施例中輻射口 I的口面尺寸為可為O. 65倍波長、O. 7倍波長或O. 75倍波長；主波導(dǎo)2的截面尺寸為O. 55至O. 65倍波長，實(shí)施例中主波導(dǎo)2的截面尺寸可為O. 55倍波長、O. 6倍波長或O. 65倍波長；垂直極化波導(dǎo)5的饋電端口寬邊尺寸為O. 55至O. 65倍波長，窄邊尺寸為O. 15至O. 2倍波長；水平極化波導(dǎo)9的饋電端口寬邊尺寸為O. 63至O. 78倍波長；耦合縫隙6的長度尺寸為O. 28至O. 35倍波長，寬度尺寸O. 08至O. I倍波長。所述的波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)極化饋電的H-T雙層波導(dǎo)槽洗結(jié)構(gòu)，雙總口的寬邊尺寸均為O. 63至O. 78倍波長；窄邊尺寸均為O. 15至O. 2倍波長。所述的波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)由與射頻總口相連接的一級垂直極化功分器、一級水平極化功分器和與雙極化天線單元10相連接的二級垂直極化功分器、二級水平極化功分器組成；M個(gè)垂直極化波導(dǎo)與一個(gè)二級垂直極化功分器相連接，M個(gè)水平極化波導(dǎo)與一個(gè)二級水平極化功分器相連接；N個(gè)二級垂直極化功分器與一個(gè)一級垂直極化功分器相連接，N個(gè)二級水平極化功分器與一個(gè)一級水平極化功分器相連接。本發(fā)明的波導(dǎo)口內(nèi)部實(shí)施傾斜設(shè)計(jì)，由波導(dǎo)口的寬度逐漸過渡到饋電波導(dǎo)的寬 度；該波導(dǎo)陣列可以實(shí)現(xiàn)兩維掃描，在不影響結(jié)構(gòu)安裝的情況下，單元的排布可以盡可能的緊湊，以實(shí)現(xiàn)較大的掃描范圍；饋電網(wǎng)絡(luò)采用雙H面波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，兩網(wǎng)路可以一體加工，并能實(shí)現(xiàn)良好的匹配和較小的插入損耗。本發(fā)明主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是雙極化天線單元10，如圖I所示，二是由雙極化天線單元10與波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)組成的波導(dǎo)陣列，饋電網(wǎng)絡(luò)為普通I :N的等功分或者不等功分波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。雙極化天線單元采用整體加工的方式，可以開磨具整體加工或者分段加工，在焊接拼裝的方式均可。饋電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方式本發(fā)明可以用于陣列天線、一維相控陣天線以及二維相控陣天線。如對于兩維陣列天線，如在圖2和圖3中，饋電網(wǎng)絡(luò)可以一體化設(shè)計(jì)，首先在水平面方向上進(jìn)行波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)合成，即從H1到Hn合成，各需2*M套水平面雙極化波導(dǎo)功分器，即二級垂直極化功分器11和二級水平極化功分器12，如圖3中所示的。將水平方向上的通道合成后，再在垂直方向上將每一行的雙極化端口進(jìn)行合成，即從V1到Vm合成，共需2套雙極化波導(dǎo)功分器，即一級垂直極化功分器13、一級水平極化功分器14，即可以完成整個(gè)陣列的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。如對一維相控陣天線，首先在不需要相控的方向上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)合成，合成后在端口接移相組件，即可以再進(jìn)一步進(jìn)行端口合成，基本原理與前述的陣列天線網(wǎng)絡(luò)類似。如對于二維相控陣天線，則在每一個(gè)單元的饋電端連接移相器件后，按照陣列天線的饋電形式即可以完成整個(gè)陣列的信號合成。工作原理以陣列天線為為例，闡述該發(fā)明的工作原理。當(dāng)發(fā)射信號時(shí)，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生兩路相同形式的信號(信號I和信號2)，兩信號具有相同的極化形式，分別進(jìn)入圖3中的垂直極化總端口 15和水平極化總端口 16，通過圖3中的13和14饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一維的I :M功率分配，并進(jìn)入下一級的I :N功率分配的饋電端口，而后到達(dá)各個(gè)單元的雙極化饋電端口，如圖I中所示。其中垂直極化信號經(jīng)過阻抗變換的波導(dǎo)，到達(dá)輻射端口 ；而水平極化信號進(jìn)入水平極化饋電通道后，經(jīng)過極化轉(zhuǎn)換，此時(shí)原來的垂直極化形式的電磁波轉(zhuǎn)化為水平極化的電磁波，并由耦合縫隙6進(jìn)入主波導(dǎo)2，最終通過輻射口 I輻射到空間中。當(dāng)接收信號時(shí)，空間來的兩種線極化方式的信號經(jīng)過如圖I所示的輻射口 1，進(jìn)入主波導(dǎo)2，其中水平極化信號經(jīng)過耦合縫隙6，耦合至極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)7，信號轉(zhuǎn)化為垂直極化，經(jīng)過水平極化波導(dǎo)9，到達(dá)水平極化饋電端口，而后陣列信號經(jīng)過以及I :N的功分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號一維合成，再經(jīng)過一級I :M的功分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號兩維合成，到達(dá)圖3中的水平極化總端口 16 ;而垂直極化信號經(jīng)過過渡波導(dǎo)4后，到達(dá)垂直極化饋電端口，而后陣列信號經(jīng)過以及I :M的功分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號一維合成，再經(jīng)過一級I :N的功分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號兩維合成，到達(dá)垂直極化饋電端，即圖3中的水平極化總端口 15。如果所研究的陣列為由該發(fā)明單元部分組成的一維或者兩維相控陣天線，則原理與上述類似，對于一維相控陣天線，只需在一維信號合成后連接，而后再通過饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號合成；而對于兩維相控陣天線，則需在每一個(gè)單元的后端先連接有源或者無源器件 (如TR組件、雙工器以及移相器等)，然后再進(jìn)行如圖3所示的饋電網(wǎng)路進(jìn)行信號合成即可。
權(quán)利要求
1.一種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，包括雙極化天線單元和波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的雙極化天線單元(10)由輻射ロ(I)、主波導(dǎo)(2)、過渡波導(dǎo)(4)、垂直極化波導(dǎo)(5)、水平極化波導(dǎo)(9)和極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(7)組成；主波導(dǎo)(2)的上端與輻射ロ(I)相連，主波導(dǎo)(2)的下端與過渡波導(dǎo)(4)的上端相連，過渡波導(dǎo)(4)的下端與垂直極化波導(dǎo)(5)相連；水平極化波導(dǎo)(9)與極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(7)的側(cè)端ロ相連，極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(7)通過設(shè)置在主波導(dǎo)(2)側(cè)壁的耦合縫隙(6)與主波導(dǎo)(2)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于在主波導(dǎo)(2)的腔體內(nèi)的下部設(shè)置有極化片(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于在水平極化波導(dǎo)(9)的頂部設(shè)置有用于調(diào)節(jié)信號電壓駐波比的匹配塊(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于所述的陣列天線由MXN個(gè)雙極化天線單元組成，M和N為自然數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于輻射ロ(I)的ロ面尺寸為O. 65至O. 75倍波長，主波導(dǎo)(2)的截面尺寸為O. 55至O. 65倍波長；垂直極化波導(dǎo)(5)的饋電端ロ寬邊尺寸為O. 55至O. 65倍波長，窄邊尺寸O. 15至O. 2倍波長；水平極化波導(dǎo)(9)的饋電端ロ寬邊尺寸為O. 63至O. 78倍波長；耦合縫隙￠)的長度尺寸為O. 28至O. 35倍波長，寬度尺寸O. 08至O. I倍波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于所述的波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)極化饋電的H-T雙層波導(dǎo)槽洗結(jié)構(gòu)，雙總ロ的寬邊尺寸均為O. 63至O. 78倍波長；窄邊尺寸均為O. 15至O. 2倍波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于所述的波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)由與射頻總ロ相連接的ー級垂直極化功分器(13)、ー級水平極化功分器(14)和與雙極化天線單元(10)相連接的ニ級垂直極化功分器(11)、ニ級水平極化功分器組成(12) ;Mf垂直極化波導(dǎo)與ー個(gè)ニ級垂直極化功分器(11)相連接，M個(gè)水平極化波導(dǎo)與一個(gè)ニ級水平極化功分器(12)相連接；N個(gè)ニ級垂直極化功分器(11)與一個(gè)ー級垂直極化功分器(13)相連接，N個(gè)ニ級水平極化功分器(12)與一個(gè)ー級水平極化功分器(14)相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種收發(fā)共用雙線極化波導(dǎo)陣列天線，包括雙極化天線單元和波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)，所述的雙極化天線單元由輻射口、主波導(dǎo)、過渡波導(dǎo)、垂直極化波導(dǎo)、水平極化波導(dǎo)和極化轉(zhuǎn)換波導(dǎo)組成。本發(fā)明利用水平極化與垂直極化共用同一孔徑的方法，提高天線的孔徑利用效率，水平極化與垂直極化均采用波導(dǎo)饋電方式，減小了饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗，具有很高天線效率，對輻射單元的兩個(gè)極化，采用了同一極化的饋電方式，其中垂直極化為直接饋電，而對于水平極化的輻射，采用垂直極化饋電，通過波導(dǎo)階梯過渡以及縫隙耦合的方式實(shí)現(xiàn)了輻射的極水平極化。
文檔編號H01Q15/24GK102738585SQ20121022466
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者杜彪, 武偉, 韓國棟 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所