專利名稱：圓極化波導(dǎo)平板陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓極化波導(dǎo)平板陣列天線，它具有天線效率高、制作成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
在衛(wèi)星電視、通信等系統(tǒng)中天線增益與成本是非常重要的指標(biāo)。微帶平板天線一般由微帶、帶狀線等形成饋電網(wǎng)絡(luò)，輻射單元通常選擇微帶貼片、縫隙等，構(gòu)成的平板天線由于含有介質(zhì)材料，當(dāng)頻率升高時(shí)(特別是X Ka波段)，饋電損耗增加很快，嚴(yán)重影響增益。而且在需要大批量生產(chǎn)的直播衛(wèi)星電視接收天線應(yīng)用中，居高不下的微波板材成本及蝕刻加工費(fèi)用決定了微帶天線在這種產(chǎn)品中很難得到應(yīng)用。波導(dǎo)裂縫陣主要有駐波陣和行波陣兩大類，它們和微帶等采用印刷工藝的天線相比，制做成本更高。通常需要焊接工藝， 不易大批量生產(chǎn)。因此上述兩類常見平板天線無法制作低成本、高效率的衛(wèi)星直播電視接收天線。由波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)激勵(lì)的矩形開口波導(dǎo)陣列可構(gòu)成一種寬帶線極化天線，在其上加裝圓極化罩可得到良好的圓極化性能，但是當(dāng)天線波束較寬時(shí)需要圓極化罩的尺寸大于天線陣面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種相比于上述現(xiàn)有技術(shù)更好的圓極化平板天線方案，它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)天線效率高、制作成本低廉的目的。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種圓極化波導(dǎo)平板陣列天線，包括完全相同的兩層用導(dǎo)電油墨絲印有斜“十”字圖案11的PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)介質(zhì)薄膜10、ABS材料制作的開有若干窗口 21的介質(zhì)隔框20、一個(gè)輻射層30、矩形激勵(lì)腔體層40、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層50和波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60。其特征在于1)所述的輻射層30、矩形激勵(lì)腔體層40、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層50和波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60構(gòu)成波導(dǎo)平板陣列天線2 ；2)所述的輻射層30、矩形激勵(lì)腔體層40、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層50和波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60完全采用表面鍍涂金屬的塑料制品及空氣制作波導(dǎo)平板陣列天線2，使電磁波完全不通過有耗介質(zhì)，提升效率，從而得到高增益，同時(shí)制作成本低廉；3)在所述的輻射層30之上安裝有圓極化器1，它由完全相同的兩層用導(dǎo)電油墨絲印有斜“十”字圖案11的PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)介質(zhì)薄膜10( —般取厚度0. 2mm) 中間夾一層ABS材料制作的開有若干窗口 21的介質(zhì)隔框20構(gòu)成。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果天線制作成本低廉、增益高且工作于圓極化。子陣技術(shù)使得饋電網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)減小到在一層平面上也能布置，顯著縮小天線厚度。輻射層、矩形激勵(lì)腔體層、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層和波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層完全采用表面鍍涂金屬的塑料制品制作，便于大批量生產(chǎn)及實(shí)現(xiàn)極低的成本。完全相同的兩層用導(dǎo)電油墨絲印有斜“十”字圖案的厚0. 2mm的PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)介質(zhì)薄膜與ABS材料制作的介質(zhì)隔框構(gòu)成的圓極化器實(shí)現(xiàn)圓極化波接收與發(fā)射能力，它同樣具有極低的加工成本。所述及的圓極化器在XY平面上的尺寸與輻射層完全相同。以上3點(diǎn)設(shè)計(jì)使得本發(fā)明與以往的圓極化平板天線相比減小了饋電損耗、 降低了產(chǎn)品制作成本。


本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施及其附圖給出。圖1是天線從斜上方觀察時(shí)的分解構(gòu)造示意2是天線從斜下方觀察時(shí)的分解構(gòu)造示意3是天線組裝在一起的斜視4是天線組裝在一起的端視5是天線工作于右旋圓極化時(shí)的斜“十”字圖案圖6是天線工作于左旋圓極化時(shí)的斜“十”字圖案圖7是斜“十”字圖案上電場(chǎng)分量示意圖8是軸比/頻率關(guān)系曲線圖9是增益/頻率關(guān)系曲線附圖中1.圓極化器、2.波導(dǎo)平板陣列天線、10.介質(zhì)薄膜、11.斜“十”字圖案、 20.介質(zhì)隔框、21.窗口、30.輻射層、31.矩形開口波導(dǎo)、32.扼流槽、33.匹配階梯、40.矩形激勵(lì)腔體層、41.矩形窗口、42.矩形腔體、43.匹配階梯、50.波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層、51.波導(dǎo)段、60.波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層、61.終端、62.輸入輸出波導(dǎo)口
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示天線由七層結(jié)構(gòu)組成，按順序分別是介質(zhì)薄膜10、介質(zhì)隔框20、介質(zhì)薄膜10、輻射層30、矩形激勵(lì)腔體層40、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層50、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層 60。前三層形成圓極化器1，后四層形成波導(dǎo)平板陣列天線2，圓極化器1疊在波導(dǎo)平板陣列天線2之上構(gòu)成圓極化波導(dǎo)平板陣列天線，位于波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60中部的輸入輸出波導(dǎo)口 62是信號(hào)的最終輸入輸出口。圖3、4示出了上述七層結(jié)構(gòu)裝配在一起后形成的圓極化波導(dǎo)平板陣列天線。介質(zhì)薄膜10通過在厚0. 2mm(或其它厚度)的PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)或其它介質(zhì)材料上用導(dǎo)電油墨絲印斜“十”字圖案11制成。斜“十”字圖案11的兩條相互正交的直線段長(zhǎng)度不等，當(dāng)線極化波的電場(chǎng)方向與這兩條直線段成45度時(shí)可以在兩條正交直線段上感應(yīng)出電流，電流的幅度及相位和直線段長(zhǎng)度有關(guān)。當(dāng)兩直線段長(zhǎng)度之比在1附近時(shí)，兩直線段上的幅度比也較接近1，相位卻可以有明顯差異。調(diào)整兩直線段長(zhǎng)度比，能夠得到接近90度的感應(yīng)電流相位差，同時(shí)感應(yīng)電流幅度比卻接近1，于是就實(shí)現(xiàn)了線極化波到圓極化波的轉(zhuǎn)換。如圖7所示，當(dāng)矩形開口波導(dǎo)31上的線極化入射波&照射到斜“十” 字圖案11上時(shí)，在斜“十”字圖案11的兩個(gè)線段上將分別激勵(lì)起&(長(zhǎng)線段上的場(chǎng)分量) 與& (短線段上的場(chǎng)分量)。長(zhǎng)線段上場(chǎng)分量的相位滯后于短線段，因此如圖5所示的方向工作于右旋圓極化，圖6為左旋圓極化。介質(zhì)隔框20由ABS板材制作，其上開有若干窗口 21，厚度約為0. 25 λ c (中心工作波長(zhǎng))。一層介質(zhì)薄膜10在線極化波的激勵(lì)下會(huì)向膜的兩面輻射，會(huì)嚴(yán)重影響駐波比。兩層介質(zhì)薄膜10中間夾一層介質(zhì)隔框20的結(jié)構(gòu)能夠極大地改善駐波比，構(gòu)成一個(gè)性能良好的圓極化器。這是由于間隔0. 25 λ c的兩層介質(zhì)薄膜10的反射波相位差180度，兩個(gè)反射波正好被抵消。輻射層30、矩形激勵(lì)腔體層40、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層50、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60構(gòu)成工作于線極化波的波導(dǎo)平板陣列天線，它激勵(lì)上述由兩層介質(zhì)薄膜10中間夾一層介質(zhì)隔框20構(gòu)成的圓極化器實(shí)現(xiàn)線極化波到圓極化波的轉(zhuǎn)換。輻射層30由若干矩形開口波導(dǎo)31、匹配階梯33和扼流槽32構(gòu)成。每個(gè)矩形開口波導(dǎo)31內(nèi)有一個(gè)匹配階梯33。矩形開口波導(dǎo)31作為輻射單元，為保證不出現(xiàn)柵瓣，兩兩間距d必須小于最高工作頻率對(duì)應(yīng)自由空間波長(zhǎng)入時(shí)11，一般取(1 = 0.9入時(shí)11。若干扼流槽 32用于抑制矩形開口波導(dǎo)31在E面上的互耦，同時(shí)還具有減重的功能。矩形激勵(lì)腔體層40上部與輻射層30相接。其上有若干個(gè)矩形腔體41，每個(gè)矩形腔體41都為四個(gè)矩形開口波導(dǎo)31提供TElO模激勵(lì)。這四個(gè)矩形開口波導(dǎo)31組成一個(gè) 2X2子陣，整個(gè)輻射陣面由多個(gè)子陣在平面上按矩形陣列方式排列組成。如圖1、2所示，波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層50與波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60合起來形成波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)，它們的聯(lián)接面正好位于所形成的矩形波導(dǎo)長(zhǎng)邊的中心線上。每個(gè)終端61都對(duì)應(yīng)一個(gè)2X2子陣，為其饋電，它與對(duì)應(yīng)子陣的輸入輸出端口——矩形窗口 41通過波導(dǎo)段51相聯(lián)。波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層60中部的輸入輸出波導(dǎo)口 62是信號(hào)的最終輸入輸出口。如圖5、6所示，斜“十”字圖案11的長(zhǎng)短線段的方向決定了圓極化波導(dǎo)平板陣列天線能夠輻射或接收?qǐng)A極化波的旋向。圖5為右旋，圖6為左旋。圖7為天線在IlGHz 12. 5GHz的圓極化軸比，在1. 4GHz的帶寬內(nèi)軸比都小于 6dB，具有很大的軸比帶寬。圖8為天線在IlGHz 12. 5GHz的增益，在1. 5GHz的帶寬內(nèi)都大于27dBi，可見天線有很高的效率。
權(quán)利要求
1.一種圓極化波導(dǎo)平板陣列天線，包括完全相同的兩層用導(dǎo)電油墨絲印有斜“十”字圖案(11)的介質(zhì)薄膜(10)、介質(zhì)材料制作的開有若干窗口的介質(zhì)隔框(20)、一個(gè)輻射層(30)、矩形激勵(lì)腔體層(40)、波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)上層(50)和波導(dǎo)E-T饋電網(wǎng)絡(luò)下層(60) 構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的圓極化波導(dǎo)平板陣列天線的介質(zhì)薄膜(10)其特征在于，由導(dǎo)電油墨絲印有大量斜“十”字圖案(11)制成，每層介質(zhì)薄膜(10)上的斜“十”字圖案(11)的數(shù)量與矩形開口波導(dǎo)(31)相等，且上層介質(zhì)薄膜(10)上的每個(gè)斜“十”字圖案(11)的中心與其下矩形開口波導(dǎo)(31)的中心及下層介質(zhì)薄膜(10)上的對(duì)應(yīng)斜“十”字圖案(11)的中心在XY平面的投影上重合。
3.如權(quán)利要求1所述的斜“十”字圖案(11)其特征在于，由兩個(gè)正交的直線段構(gòu)成，兩個(gè)直線段的長(zhǎng)度不等，任一線段的方向與窗口或者矩形開口波導(dǎo)(31)的任一邊交45 度。
4.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)隔框(20)，其特征在于，由介質(zhì)材料制作，其上開有若干窗口(21)，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)一個(gè)矩形開口波導(dǎo)(31)、上層介質(zhì)薄膜(10)上的一個(gè)斜“十” 字圖案(11)、下層介質(zhì)薄膜(10)上的一個(gè)斜“十”字圖案(11)。
5.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)薄膜(10)、介質(zhì)隔框(20)，其特征在于，兩層介質(zhì)薄膜 (10)中間夾一個(gè)介質(zhì)隔框(20)構(gòu)成圓極化器(I)0
全文摘要
本發(fā)明提供一種圓極化波導(dǎo)平板陣列天線，它具有天線效率高、制作成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。它在由波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)激勵(lì)的矩形開口波導(dǎo)31陣列構(gòu)成的寬帶線極化波導(dǎo)平板陣列天線2上安裝圓極化器1實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的圓極化波接收與發(fā)射能力。所述及的圓極化器1在XY平面上的尺寸與輻射層30完全相同，它由完全相同的兩層用導(dǎo)電油墨絲印有斜“十”字圖案11的介質(zhì)薄膜10與ABS材料制作的介質(zhì)隔框20構(gòu)成。本發(fā)明相比于現(xiàn)有圓極化平板天線有圓極化帶寬大、成本低、饋電損耗小的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102255138SQ20111007451
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者李峰 申請(qǐng)人:李峰