專利名稱：極化旋轉(zhuǎn)器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明的標(biāo)的是指高頻通信系統(tǒng)中所用的天線。確切地說，本發(fā)明涉及了一個(gè)在高頻天線中所用的極化旋轉(zhuǎn)器，當(dāng)信號通過一個(gè)波導(dǎo)時(shí)，容許將變換的信號極化。
先前技術(shù)的描述在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)熟知了包括變換無線電信號極化的旋轉(zhuǎn)器元件的波導(dǎo)系統(tǒng)。通常，例如在Rohr等的美國專利6,404,298中公布的常規(guī)波導(dǎo)系統(tǒng)，包括位于兩個(gè)波導(dǎo)之間的至少3個(gè)單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)器。每個(gè)旋轉(zhuǎn)器具有一個(gè)中心通道孔，其截面相應(yīng)于波導(dǎo)的開口截面。每個(gè)旋轉(zhuǎn)器相對于相鄰的旋轉(zhuǎn)器和波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)，以完成從第一波導(dǎo)到第二波導(dǎo)的極化變換。
在高頻通信系統(tǒng)中，在信號處理之前往往需要變換引入的無線電信號的極化。尤其是，用于高頻無線電通信系統(tǒng)的波導(dǎo)系統(tǒng)包括至少一個(gè)輸入波導(dǎo)和一個(gè)輸出波導(dǎo)，在它們之間具有一系列的旋轉(zhuǎn)器元件，設(shè)計(jì)成可變換信號的極化。
常規(guī)的高頻天線需要在輸入和輸出波導(dǎo)之間具有多個(gè)旋轉(zhuǎn)器元件的波導(dǎo)系統(tǒng)來完成極化的變換。
確切地說，為了變換極化90度，每個(gè)旋轉(zhuǎn)器元件相對于相鄰的旋轉(zhuǎn)器元件旋轉(zhuǎn)一個(gè)小量，從而跨過波導(dǎo)之間所有旋轉(zhuǎn)器元件的累積變換將是所希望的90度極化變換。
但是，在波導(dǎo)之間引入大量旋轉(zhuǎn)器存在許多問題。相鄰旋轉(zhuǎn)器之間的對接面必須盡可能緊密封接，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)盤之間的不良接觸可明顯減少信號流，由此減少了天線的實(shí)用性和效率。此外，相鄰旋轉(zhuǎn)器元件之間的緊密連接需要高精度的制造、安裝和裝配，它大大地增加了工作時(shí)間和成本。
此外，附加的盤增大了天線波導(dǎo)系統(tǒng)的總尺寸。所以，制造部門和維護(hù)部門力圖保持盡可能少的盤數(shù)，以減輕這些問題。
根據(jù)常規(guī)的波導(dǎo)系統(tǒng)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)盤是容許極化變換和在制造與維護(hù)上費(fèi)用有效的最少數(shù)目。采用三個(gè)旋轉(zhuǎn)盤，意味著常規(guī)的波導(dǎo)系統(tǒng)將具有四個(gè)對接面，一個(gè)在第一波導(dǎo)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)器之間，兩個(gè)對接面在中間旋轉(zhuǎn)器和相鄰它的旋轉(zhuǎn)器之間，以及另一個(gè)對接面在第二波導(dǎo)和相鄰它的旋轉(zhuǎn)器之間。另外，這個(gè)常規(guī)的波導(dǎo)系統(tǒng)需要多個(gè)步驟來完成極化變換。
需要的是有一個(gè)天線饋源，能夠在最少步驟中以最少的工作量，以可以費(fèi)用上有效地制造的最少對接面和零件數(shù)目來完成所需的極化變換。
發(fā)明概述根據(jù)上述，本發(fā)明提供了一個(gè)用于發(fā)送和接收高頻無線電信號的組合天線饋源。在一個(gè)實(shí)施例中，天線饋源包括一個(gè)具有一個(gè)空腔和一個(gè)空腔壁的第一波導(dǎo)，以及一個(gè)具有一個(gè)第一空腔壁和一個(gè)與第一空腔壁垂直的第二空腔壁的第二波導(dǎo)。第二波導(dǎo)可以環(huán)繞一條軸線旋轉(zhuǎn)，以把第一空腔壁或第二空腔壁與第一波導(dǎo)的空腔壁對準(zhǔn)。波導(dǎo)之間的一個(gè)旋轉(zhuǎn)器具有相鄰于第一波導(dǎo)的第一部分和相鄰于第二波導(dǎo)的第二部分。每個(gè)部分具有一個(gè)可通過無線電信號的開口。
第二波導(dǎo)的第一和第二空腔分別相應(yīng)于天線的第一和第二極化，這些極化相互正交。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一波導(dǎo)的空腔和第二波導(dǎo)的空腔具有一個(gè)基本上為矩形的截面，第二波導(dǎo)的第二空腔壁寬度大于第二波導(dǎo)的第一空腔壁寬度。
在一個(gè)實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)器第一部分和第二部分上旋轉(zhuǎn)器開口的寬度和高度是相同的。此外，第一部分的開口相對于第二部分的開口旋轉(zhuǎn)一個(gè)γ角。在另一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)器第一和第二部分的厚度均等于旋轉(zhuǎn)器厚度的一半。
在相應(yīng)于第一極化的第一構(gòu)形中，旋轉(zhuǎn)器相對于第一波導(dǎo)的空腔設(shè)置成一個(gè)銳角α。
在相應(yīng)于第二極化的第二構(gòu)形中，旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)，使得上述第二空腔壁與第一波導(dǎo)的空腔壁對準(zhǔn)，并且旋轉(zhuǎn)器相對于第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)一個(gè)銳角β。
以下采用被詳細(xì)闡明并在附圖中表示的各個(gè)具體實(shí)施例來說明本發(fā)明。
附圖簡述附圖以高度簡化的示意方式描繪了反映本發(fā)明原理的實(shí)施例。為熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員所易于理解的許多零件和細(xì)節(jié)已被略去，使得本發(fā)明更為清晰。在附圖中

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的極化旋轉(zhuǎn)器的剖視圖，其中第一和第二波導(dǎo)具有垂直極化。
圖2是極化旋轉(zhuǎn)器的一個(gè)剖視圖，其中第一波導(dǎo)具有一個(gè)垂直極化，以及第二波導(dǎo)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到水平極化位置。
圖3是在第一極化位置中極化旋轉(zhuǎn)器的正視圖。
圖4是在第二極化位置中極化旋轉(zhuǎn)器的正視圖。
實(shí)施例詳述現(xiàn)在采用各種實(shí)施例來說明本發(fā)明。雖然詳細(xì)描述了實(shí)施例，可以理解到，本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施例，而可以具有明顯更寬的范圍。應(yīng)該查閱所附的權(quán)利要求來確定本發(fā)明的真實(shí)范圍。
圖1和2表示了本發(fā)明一個(gè)本發(fā)明實(shí)際實(shí)施例的剖視圖。圖1表示了第一波導(dǎo)10、第二波導(dǎo)12和位于其中的極化旋轉(zhuǎn)器14。第一波導(dǎo)作為輸入波導(dǎo)，而第二波導(dǎo)作為輸出波導(dǎo)。第二波導(dǎo)可以環(huán)繞一條平行于波導(dǎo)的軸線旋轉(zhuǎn)。
波導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)器均由常規(guī)材料制成，如模制金屬或鍍金屬的塑料，可以設(shè)想，采用在常規(guī)天線、波導(dǎo)和極化旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)中常用的材料來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
圖1表示了均處于垂直極化位置的第一和第二波導(dǎo)。圖2表示了垂直極化的第一波導(dǎo)和水平極化的第二波導(dǎo)。
第一波導(dǎo)10具有一個(gè)空腔16，第二波導(dǎo)12具有如圖1所示的第一空腔18?？涨?6和18具有基本上為矩形的截面。波導(dǎo)可以構(gòu)成四角為直角的矩形截面或者四角倒圓的矩形截面。熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員會想到這些形狀的變化。
空腔16和18的截面具有基本上相同的寬度4并且相互對準(zhǔn)，使得無線電波可以在不希望的反射和干擾為最小情形下，通過第一波導(dǎo)10，通過極化旋轉(zhuǎn)器14，以及通過第二波導(dǎo)12。
現(xiàn)在更詳細(xì)地描述極化旋轉(zhuǎn)器14。尤其是，極化旋轉(zhuǎn)器14位于波導(dǎo)10和12之間，構(gòu)成一個(gè)單件，包括一個(gè)相鄰于并面對著第一波導(dǎo)10的部分20，以及一個(gè)相鄰于并面對著第二波導(dǎo)12的部分22。
這些部分20和22包括了分別形成在其中的開口24和26。在一個(gè)實(shí)施例中，開口24和26基本上為矩形截面，具有相同的長度和寬度，兩個(gè)部分的中心在旋轉(zhuǎn)器平面中對準(zhǔn)。另外，最好是，開口的邊和它們矩形截面的四角被倒圓，以有利于在構(gòu)造時(shí)開口的機(jī)加工。
從相鄰于波導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)器側(cè)面到旋轉(zhuǎn)器中心度量的開口深度6最好是相互相等，并且為旋轉(zhuǎn)器本身厚度的一半。本發(fā)明的說明不限于這些規(guī)定，可以設(shè)想，旋轉(zhuǎn)器的一個(gè)開口可具有大于旋轉(zhuǎn)器厚度一半的深度，而另一個(gè)開口可具有小于旋轉(zhuǎn)器厚度一半的深度。
在部分20和22中的開口24和26具有相同的尺寸和形狀，它們相互旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度γ。此外，在兩個(gè)波導(dǎo)均具有垂直極化的圖1所示的方位中，定位旋轉(zhuǎn)器使得旋轉(zhuǎn)器14的部分20中的開口24相對于第一波導(dǎo)的空腔16旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α。圖3詳細(xì)地表示了這些開口的旋轉(zhuǎn)。
圖3表示了在圖1所示方位上旋轉(zhuǎn)器14的一個(gè)視圖，從面對著旋轉(zhuǎn)器的第一波導(dǎo)10觀察。尤其是，盡管在旋轉(zhuǎn)器中開口24和26具有基本上為矩形的截面，通過旋轉(zhuǎn)器的通道25不為矩形。這是因?yàn)殚_口24和26相互旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度γ，并且旋轉(zhuǎn)器14旋轉(zhuǎn)成使得第一開口24相對于第一波導(dǎo)10中的空腔16旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，角度γ近似等于45度，角度α等于-22.5度。所以，相鄰于第二波導(dǎo)的部分22的第二開口26也相對于第二波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度-22.5度。因此，因?yàn)樗行D(zhuǎn)的最后效果為零度，當(dāng)一個(gè)信號通過第一波導(dǎo)，跨過旋轉(zhuǎn)器，并且通過第二波導(dǎo)時(shí)，其極化沒有變換。
參照圖1和3的上述討論涉及了波導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)器的方位，使得第一和第二波導(dǎo)均垂直極化。然而，旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)器，不需要添加或替換任何零件，本實(shí)施例可以定位成使得第一波導(dǎo)10具有一個(gè)垂直極化，而第二波導(dǎo)12具有一個(gè)水平極化。這樣，本發(fā)明的天線能夠具有兩個(gè)正交的極化。
在圖2中表示了采用正交極化波導(dǎo)的本發(fā)明天線的這個(gè)方位。
圖2表示了與圖1相同的結(jié)構(gòu)，包括第一波導(dǎo)10、空腔16、帶有部分20和22以及開口24和26的旋轉(zhuǎn)器14。第二波導(dǎo)12已經(jīng)相對于第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)了90度。空腔壁30具有大于空腔壁16和18寬度4的寬度5，但在旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)之后，現(xiàn)在空腔壁30與第一波導(dǎo)的空腔壁16共面。
如圖4詳細(xì)地表示，當(dāng)?shù)诙▽?dǎo)具有一個(gè)與第一波導(dǎo)正交的極化時(shí)，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)器，使得部分20相對于第一波導(dǎo)的空腔壁16旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏置角β。所以，當(dāng)旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)把第二空腔壁30與第一波導(dǎo)的空腔壁16對準(zhǔn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度α+β。
圖5表示了波導(dǎo)10和16以及旋轉(zhuǎn)器14的自上到下的剖視圖。因?yàn)樾D(zhuǎn)器中獨(dú)特的開口形狀，在第一和第二波導(dǎo)中的反射是相同的，無線電波可以從第一波導(dǎo)中的垂直極化平滑過渡到第二波導(dǎo)中正交的水平極化。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第二波導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)器是相互結(jié)合的，使得旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)來把第二空腔壁30與第一波導(dǎo)10的空腔壁16對準(zhǔn)時(shí)，也旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)器一個(gè)角度α+β。因此，只要第二波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)到正交方位，在部分20中的開口24總是設(shè)置成相對于空腔壁16一個(gè)偏置角度β。這消除了常規(guī)極化旋轉(zhuǎn)器所需的旋轉(zhuǎn)器元件的精細(xì)而費(fèi)時(shí)的旋轉(zhuǎn)，把變換極化的過程減少到僅有一步。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)90度將造成旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45度，使得從第一波導(dǎo)、跨過旋轉(zhuǎn)器和通過第二波導(dǎo)的積累的極化變換為90度。
選擇由深度6給出的轉(zhuǎn)體厚度，開口24和26的長度和寬度，以及偏置角度α、β和γ，對于一個(gè)寬頻率范圍上的給定帶寬，可以優(yōu)化天線來同時(shí)對垂直和水平極化得到最佳的電壓標(biāo)準(zhǔn)波比和回波損失。
因此，本發(fā)明的原理提供了一個(gè)具有極化旋轉(zhuǎn)器的天線，它的構(gòu)成可以采用最少的零件數(shù)目，需要最少的裝配步驟，以及能夠在兩個(gè)極化中起作用。
對上述實(shí)施例可以有許多變化而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。通過以上的討論已經(jīng)提出了可能的各種變化。
對于熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員會想到上述各種實(shí)施例的組合和再組合，而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一個(gè)發(fā)送和接收高頻無線電信號的組合天線饋源，包括一個(gè)第一波導(dǎo)，具有一個(gè)帶空腔壁的空腔；一個(gè)第二波導(dǎo)，具有一個(gè)帶第一壁和第二壁的空腔，上述第二波導(dǎo)可相對于第一波導(dǎo)的空腔繞一條軸線旋轉(zhuǎn)；一個(gè)旋轉(zhuǎn)器，設(shè)置在上述第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)之間，上述旋轉(zhuǎn)器具有一個(gè)相鄰于第一波導(dǎo)的第一部分和一個(gè)相鄰于第二波導(dǎo)的第二部分；以及旋轉(zhuǎn)器的上述第一部分和上述第二部分的每一個(gè)具有一個(gè)可通過無線電信號的開口。
2.權(quán)利要求1的天線饋源，其中第二波導(dǎo)可從分別相應(yīng)于天線饋源的第一和第二極化位置的第一位置旋轉(zhuǎn)到第二位置。
3.權(quán)利要求2的天線饋源，其中第一極化和第二極化相互正交。
4.權(quán)利要求1的天線饋源，其中上述第一和第二波導(dǎo)的空腔具有基本上為矩形的截面，以及上述第二波導(dǎo)的上述空腔的第一壁寬度不同于基本上垂直于上述第二空腔第一壁的上述第二空腔的第二壁寬度。
5.權(quán)利要求4的天線饋源，其中第二波導(dǎo)空腔第一壁的寬度相同于第一波導(dǎo)空腔的寬度。
6.權(quán)利要求1的天線饋源，其中上述旋轉(zhuǎn)器的上述第一和第二部分中的上述開口基本上對準(zhǔn)上述第一波導(dǎo)空腔的中心。
7.權(quán)利要求6的天線饋源，其中旋轉(zhuǎn)器的上述第一和第二部分的開口寬度是相同的，以及其中旋轉(zhuǎn)器的上述第一和第二部分的開口高度是相同的。
8.權(quán)利要求7的天線饋源，其中第一部分的開口相對于第二部分的開口旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定的角度γ。
9.權(quán)利要求8的天線饋源，其中上述第一和第二部分的每一個(gè)的厚度等于旋轉(zhuǎn)器厚度的一半。
10.權(quán)利要求1的天線饋源，還包括一個(gè)相應(yīng)于天線第一極化的第一構(gòu)形，其中上述第一構(gòu)形包括第二波導(dǎo)設(shè)置成使得第二波導(dǎo)空腔的第一壁與第一波導(dǎo)空腔壁對準(zhǔn)；以及旋轉(zhuǎn)器設(shè)置成相對于第一波導(dǎo)空腔成一個(gè)預(yù)定角度α。
11.權(quán)利要求10的天線饋源，其中上述角度α是銳角。
12.權(quán)利要求1的天線饋源，還包括一個(gè)相應(yīng)于天線第二極化的第二構(gòu)形，其中上述第二構(gòu)形包括第二波導(dǎo)設(shè)置成使得第二波導(dǎo)空腔的第二壁與第一波導(dǎo)空腔壁對準(zhǔn)；以及旋轉(zhuǎn)器設(shè)置成相對于第一波導(dǎo)空腔成一個(gè)預(yù)定角度β。
13.權(quán)利要求12的天線饋源，其中上述角度β是銳角。
14.權(quán)利要求1的天線饋源，其中上述旋轉(zhuǎn)器與第二波導(dǎo)結(jié)合，以及當(dāng)旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)來把第二波導(dǎo)的第一空腔對準(zhǔn)第一波導(dǎo)的空腔時(shí)，旋轉(zhuǎn)器相對于第一波導(dǎo)的空腔成一個(gè)角度α。
15.權(quán)利要求14的天線饋源，其中當(dāng)旋轉(zhuǎn)第二波導(dǎo)來把第二波導(dǎo)的第二空腔對準(zhǔn)第一波導(dǎo)的空腔時(shí)，旋轉(zhuǎn)器相對于第一波導(dǎo)的空腔成一個(gè)角度β。
16.權(quán)利要求1的天線饋源，其中第一波導(dǎo)，第二波導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)器的表面是金屬的。
17.權(quán)利要求1的天線饋源，其中旋轉(zhuǎn)器的上述第一和第二部分的開口具有一個(gè)矩形截面。
18.權(quán)利要求1的天線饋源，其中開口的矩形截面的角被倒圓。
19.權(quán)利要求1的天線饋源，其中上述第一和第二部分的開口的邊被倒圓。
20.權(quán)利要求8的天線饋源，其中角度γ近似為45度。
21.權(quán)利要求1的天線饋源，其中上述角度α近似為-22.5度。
22.權(quán)利要求1的天線饋源，其中上述角度α近似為+22.5度。
23.一個(gè)變換通過一個(gè)天線饋源的無線電信號極化的方法，天線饋源具有第一和第二波導(dǎo)以及一個(gè)設(shè)置在其中的旋轉(zhuǎn)器，方法包括在上述旋轉(zhuǎn)器中以一個(gè)角度γ變換上述信號的極化，把上述信號通過上述第一波導(dǎo)和上述旋轉(zhuǎn)器之間的一個(gè)對接面；以及把上述信號通過上述旋轉(zhuǎn)器和上述第二波導(dǎo)之間的另一個(gè)對接面。
全文摘要
一個(gè)具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)零件的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以兩個(gè)步驟或一個(gè)步驟變換無線電頻率信號的極化。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括輸入和輸出波導(dǎo)以及一個(gè)極化旋轉(zhuǎn)器。輸出波導(dǎo)包括相應(yīng)于兩個(gè)極化的兩個(gè)空腔。旋轉(zhuǎn)器包括兩個(gè)矩形的切開部分，它們相互之間以及相對于第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)預(yù)定的角度。當(dāng)?shù)诙▽?dǎo)從一個(gè)空腔旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)空腔時(shí)，旋轉(zhuǎn)器也旋轉(zhuǎn)，由此變換了通過波導(dǎo)的信號極化。此外，如果旋轉(zhuǎn)器和第二波導(dǎo)相互結(jié)合，則完成極化變換所需步驟次數(shù)可以減少到一次，因?yàn)榈诙▽?dǎo)的旋轉(zhuǎn)將引起極化旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)。
文檔編號H01P1/06GK1484340SQ03154308
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月15日
發(fā)明者格爾德·博內(nèi)特, 格爾德 博內(nèi)特 申請人:無線電射頻系統(tǒng)公司