雙圓極化波導(dǎo)陣列天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，包括波導(dǎo)，所述波導(dǎo)包括依次層疊設(shè)置的輻射層、圓極化轉(zhuǎn)換層、水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層；所述輻射層和圓極化轉(zhuǎn)換層波導(dǎo)橫截面為正方形；所述水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層波導(dǎo)橫截面為矩形；所述輻射層為正方形喇叭用于接收雙圓極化電磁信號(hào)；所述圓極化轉(zhuǎn)換層包括介質(zhì)片，所述介質(zhì)片與波導(dǎo)軸線平行、其兩側(cè)邊連接于波導(dǎo)該層內(nèi)壁對角處、將波導(dǎo)該層內(nèi)腔分隔成二個(gè)空間，所述介質(zhì)片介電常數(shù)為5.5-6.5，通過介質(zhì)片將雙圓極化信號(hào)分離為等幅的垂直極化信號(hào)和水平極化信號(hào)；水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層包括上下兩層正交模耦合器。一副天線能同時(shí)接收處理雙圓極化電磁信號(hào)。
【專利說明】雙圓極化波導(dǎo)陣列天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種衛(wèi)星信號(hào)接收天線，尤其涉及一種雙圓極化波導(dǎo)陣列天線。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在，通信及電視信號(hào)傳輸已經(jīng)廣泛使用衛(wèi)星傳輸。衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)有些是雙圓極化信號(hào)，即包括左旋和右旋電磁信號(hào)，如常用的中星九號(hào)衛(wèi)星的KU波段(11.7-12.3G)信號(hào)。地面信號(hào)接收需要使用圓極化信號(hào)波導(dǎo)陣列天線。目前使用的天線是一種圓極化信號(hào)平板陣列天線，其工作在單圓極化狀態(tài)，即只能接收左旋或者右旋信號(hào)，不能同時(shí)接收、處理左旋和右旋信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)雙圓極化信號(hào)的接收，都是通過使用兩副天線分別接收左旋或右旋電磁信號(hào)，然后分別通過各自的高頻頭輸出，根據(jù)需要采用電子開關(guān)切換極化狀態(tài)。它的不足之處在于:由于采用了兩幅天線，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，而且等效面積天線面的工作效率低，成本高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、工作效率高、成本低、一副天線能同時(shí)接收處理雙圓極化電磁信號(hào)的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，包括波導(dǎo)，所述波導(dǎo)包括依次層疊設(shè)置的輻射層、圓極化轉(zhuǎn)換層、水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層；所述輻射層和圓極化轉(zhuǎn)換層波導(dǎo)橫截面為正方形；所述水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層波導(dǎo)橫截面為矩形；所述輻射層為正方形喇叭用于接收雙圓極化電磁信號(hào)；所述圓極化轉(zhuǎn)換層包括介質(zhì)片，所述介質(zhì)片與波導(dǎo)軸線平行、其兩側(cè)邊連接于波導(dǎo)該層內(nèi)壁對角處、將波導(dǎo)該層內(nèi)腔分隔成二個(gè)空間，所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為5.5-6.5，以通過介質(zhì)片將雙圓極化信號(hào)分離為等幅的垂直極化信號(hào)和水平極化信號(hào)；所述水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層包括上下兩層正交模稱合器。
[0005]所述介質(zhì)片兩端為內(nèi)凹形、兩端最近點(diǎn)距離小于其兩側(cè)邊長。
[0006]所述介質(zhì)片兩端內(nèi)凹形剖線形狀為等腰三角形的腰。
[0007]所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為5.5-6.5，超過該范圍將影響接收效果，優(yōu)選為
5.8-6.2，更優(yōu)選為6。
[0008]所述介質(zhì)片兩側(cè)邊長優(yōu)選為12_16mm，超過該范圍將影響接收效果或增加體積、提高成本，再優(yōu)選為13_15mm,更優(yōu)選為14mm。
[0009]所述介質(zhì)片兩端最近點(diǎn)距離優(yōu)選為3_6mm，超過該范圍將影響接收效果或增加體積、提高成本，再優(yōu)選為4-5mm,更優(yōu)選為5mm。
[0010]所述介質(zhì)片厚度優(yōu)選為1.5-2mm，超過該范圍將影響接收效果或增加體積、提高成本，再優(yōu)選為1.8_2mm,更優(yōu)選為2mm。
[0011]所述圓極化轉(zhuǎn)換層內(nèi)壁對角處設(shè)有插槽，所述介質(zhì)片兩側(cè)邊插接固定于該插槽。
[0012]所述介質(zhì)片用塑料介質(zhì)材料制成。
[0013]所述正方形喇叭單元格的邊長優(yōu)先為25-30mm，再優(yōu)先為26_28mm ;不超過1.2倍工作電磁波波長。
[0014]所述天線為6 X 16的單元格陣列形式。
[0015]天線可以由表面涂鍍導(dǎo)電層的合成樹脂材料制成。
[0016]采用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，由于依次層疊設(shè)置輻射層、圓極化轉(zhuǎn)換層、水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層，圓極化轉(zhuǎn)換層設(shè)置有介質(zhì)片將波導(dǎo)該層內(nèi)腔分隔成二個(gè)空間，輻射層信號(hào)接收口采用了正方形喇叭結(jié)構(gòu)，通過輻射層的喇叭結(jié)構(gòu)的輻射單元接收雙圓極化電磁信號(hào)，使得進(jìn)入天線面的電磁信號(hào)兼具左右旋信號(hào)，解決了雙極化信號(hào)的兼容問題；通過圓極化轉(zhuǎn)換層的介質(zhì)片將雙圓極化電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為等幅的垂直和水平極化電磁信號(hào)便于下一層傳輸和接收，尤其是介質(zhì)片采用燕尾形結(jié)構(gòu)即介質(zhì)片兩端為內(nèi)凹形、兩端最近點(diǎn)距離小于其兩側(cè)邊長、特別是介質(zhì)片兩端內(nèi)凹形剖線形狀為等邊三角形的邊，更有利于提高接收效果、減少體積、從而降低天線的高度和成本；傳輸層正交模耦合器用于傳輸?shù)诙拥鸟詈贤讉鬏斚聛淼乃綐O化和垂直極化電磁信號(hào)，最后匯合于高頻頭，從而實(shí)現(xiàn)了一副天線同時(shí)接收處理雙圓極化電磁信號(hào)的目的。采用波導(dǎo)分層傳輸?shù)姆绞剑荒ｑ詈掀?OMT)層分上下兩層分別傳輸水平極化和垂直極化電磁信號(hào)，能極大縮小天線的結(jié)構(gòu)體積，也節(jié)省了制造成本，有利于制作出結(jié)構(gòu)小巧、外觀精美的衛(wèi)星天線。本實(shí)用新型的天線克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了一副天線同時(shí)接收處理雙圓極化電磁信號(hào)的目的，而且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，工作效率高，雙圓極化信號(hào)單面接收效率可達(dá)到95%，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的天線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型的天線波導(dǎo)俯視圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型天線的介質(zhì)片一種燕尾形形狀示意圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型的天線6X 16單元格陣列形式俯視圖
[0021]圖5為本實(shí)用新型天線的波導(dǎo)傳輸層雙層正交模耦合器其中一層的結(jié)構(gòu)局部放大圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型天線的波導(dǎo)傳輸層雙層正交模耦合器另一層的結(jié)構(gòu)局部放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述:
[0024]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，包括波導(dǎo)，波導(dǎo)包括依次層疊設(shè)置的輻射層1、圓極化轉(zhuǎn)換層2、水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層4。輻射層和圓極化轉(zhuǎn)換層波導(dǎo)橫截面為正方形。水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層波導(dǎo)橫截面為矩形。輻射層為正方形喇叭用于接收雙圓極化電磁信號(hào)。圓極化轉(zhuǎn)換層包括介質(zhì)片3。介質(zhì)片與波導(dǎo)軸線平行、其兩側(cè)邊連接于波導(dǎo)該層內(nèi)壁對角處、將波導(dǎo)該層內(nèi)腔分隔成二個(gè)空間，以通過介質(zhì)片將雙圓極化信號(hào)分離為等幅的水平極化信號(hào)和垂直極化信號(hào)。水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層包括上下兩層正交模稱合器(Orthogonal modular Transducer,即OMT)。水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層的每層正交模耦合器傳輸結(jié)構(gòu)可以采用現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)。
[0025]輻射層為正方形喇叭，可以充分利用矩形平板天線面的面積以提高接收圓極化信號(hào)效果，實(shí)現(xiàn)等面積接收效果最大化。
[0026]介質(zhì)片的介電常數(shù)為5.5-6.5，優(yōu)選為5.8-6.2，更優(yōu)選為6。介質(zhì)片用塑料介質(zhì)材料制成，這樣可以減輕重量、降低成本，當(dāng)然也可以采用其他介質(zhì)材料制作。
[0027]介質(zhì)片兩側(cè)邊長優(yōu)選為12_16mm，超過該范圍將影響接收效果或增加體積、提高成本，再優(yōu)選為13_15mm,更優(yōu)選為14mm。
[0028]介質(zhì)片厚度優(yōu)選為1.5_2mm，超過該范圍將影響接收效果或增加體積、提高成本，再優(yōu)選為1.8_2mm,更優(yōu)選為2mm。
[0029]天線波導(dǎo)用表面涂鍍導(dǎo)電層的合成樹脂材料制成，也可以采用其他常用的天線波導(dǎo)材料。
[0030]針對常用的ku波段信號(hào)，正方形喇叭單元格的邊長優(yōu)選為25_30mm，再優(yōu)選為26-28mm,即不超過1.2倍工作電磁波波長。
[0031]如圖2所示，介質(zhì)片的連接方式優(yōu)選為:在波導(dǎo)圓極化轉(zhuǎn)換層內(nèi)壁對角處設(shè)有插槽，介質(zhì)片兩側(cè)邊插接固定于該插槽。當(dāng)然也可以用其他常用固定方式固定連接。
[0032]如圖3所示，介質(zhì)片的形狀優(yōu)選為兩端為內(nèi)凹形、兩端最近點(diǎn)距離小于其兩側(cè)邊長。最好的是介質(zhì)片兩端內(nèi)凹形剖線形狀為等腰三角形的腰。當(dāng)然，介質(zhì)片兩端內(nèi)凹形剖線形狀也可以是其他形狀如弧形。介質(zhì)片兩端內(nèi)凹形的形狀，可以提高天線的接收效果、減輕重量、降低成本。介質(zhì)片兩端最近點(diǎn)距離優(yōu)選為3-6_，超過該范圍將影響接收效果或增加體積、提高成本，再優(yōu)選為4-5mm,更優(yōu)選為5mm。
[0033]如圖4所示，本實(shí)用新型的天線可以制成6X16個(gè)單元格陣列形式。當(dāng)然也可以制成其他常用的單元格陣列形式。單元格的數(shù)量可以根據(jù)對天線使用地區(qū)的衛(wèi)星落地場強(qiáng)所需的增益要求設(shè)定。
[0034]如圖5、圖6所示，水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層的二層正交模耦合器傳輸結(jié)構(gòu)為矩形波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的常用結(jié)構(gòu)，通過1:1或1:2功率合路器及阻抗匹配將各個(gè)單元接收的電磁波能量匯聚起來最終進(jìn)入高頻頭。該二層正交模耦合器的位置是可以互換的，分別傳輸水平極化和垂直極化信號(hào)。其與高頻頭的連接方式是現(xiàn)有技術(shù)。
[0035]如96單元雙圓極化衛(wèi)星天線是針對中九衛(wèi)星所做的電視接收天線，其接收頻率為11.7G-12.3GHz的KU波段信號(hào)，根據(jù)頻率設(shè)計(jì)單元格大小約為一個(gè)波長；根據(jù)使用地區(qū)的落地場強(qiáng)分析其增益要求，設(shè)置為6X 16的96單元格形式。天線由表面涂鍍導(dǎo)電層的合成樹脂材料制成，體積大小為401mmX 151mmX55.7mm。輻射單元為方形喇叭口，朝下將信號(hào)接受傳入圓極化轉(zhuǎn)換層。水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層的每層正交模耦合器傳輸結(jié)構(gòu)為矩形波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)，矩形截面為15 mm X 3.2 mm，通過1:1或1:2功率合路器及阻抗匹配將各個(gè)單元接收的電磁波能量匯聚起來最終進(jìn)入高頻頭。該天線實(shí)現(xiàn)了一副天線同時(shí)接收處理雙圓極化電磁信號(hào)的目的，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，雙極化信號(hào)單面接收效率可達(dá)到95%，成本低。
[0036]本實(shí)用新型的工作原理是:第一層輻射層為方形喇叭口陣列，用于接收雙圓極化電磁信號(hào)，接收來的信號(hào)通過耦合通孔進(jìn)入第二層，即圓極化轉(zhuǎn)換層，此層結(jié)構(gòu)是在方形喇叭后面方形對角線方向放置燕尾形介質(zhì)片，通過改變介質(zhì)片的介電常數(shù)和增加介質(zhì)片厚度，可降低將圓極化信號(hào)轉(zhuǎn)化為線極化接收所需的介質(zhì)片長度，繼而可以降低天線的高度，這對于實(shí)現(xiàn)高增益而外觀小巧是很有幫助的。圓極化信號(hào)在經(jīng)過介質(zhì)片時(shí)，可分離為垂直于介質(zhì)片方向的信號(hào)和平行于介質(zhì)片的幅值相等的信號(hào)，但平行于介質(zhì)片的信號(hào)相位領(lǐng)先或落后(由左右旋決定)于垂直于介質(zhì)片的信號(hào)相位90度，經(jīng)過特定設(shè)計(jì)的介質(zhì)片后，使平行介質(zhì)片的信號(hào)相位減慢90度，垂直介質(zhì)片的信號(hào)則沒有受影響，所以最后平行信號(hào)的相位與垂直信號(hào)相位相同或者相反，又因?yàn)樗麄冇蓤A極化信號(hào)分離而來，是等幅的，所以最后合成的信號(hào)與介質(zhì)片夾角為45度，為水平極化或垂直極化信號(hào)。轉(zhuǎn)化而來的水平極化和垂直極化信號(hào)進(jìn)入第三層中，在上下兩層OMT結(jié)構(gòu)中分別傳輸，最后匯合于高頻頭。
【權(quán)利要求】
1.一種雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，包括波導(dǎo)，其特征在于:所述波導(dǎo)包括依次層疊設(shè)置的輻射層(I)、圓極化轉(zhuǎn)換層(2)、水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層(4);所述輻射層和圓極化轉(zhuǎn)換層波導(dǎo)橫截面為正方形；所述水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層波導(dǎo)橫截面為矩形；所述輻射層為正方形喇叭用于接收雙圓極化電磁信號(hào)；所述圓極化轉(zhuǎn)換層包括介質(zhì)片(3)，所述介質(zhì)片與波導(dǎo)軸線平行、其兩側(cè)邊連接于波導(dǎo)該層內(nèi)壁對角處、將波導(dǎo)該層內(nèi)腔分隔成二個(gè)空間，所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為5.5-6.5，以通過介質(zhì)片將雙圓極化信號(hào)分離為等幅的垂直極化信號(hào)和水平極化信號(hào)；所述水平極化和垂直極化波導(dǎo)傳輸層包括上下兩層正交模稱合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)片兩端為內(nèi)凹形、兩端最近點(diǎn)距離小于其兩側(cè)邊長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)片兩端內(nèi)凹形剖線形狀為等腰三角形的腰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)片兩側(cè)邊長為 12_16mm0
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在:所述介質(zhì)片兩端最近點(diǎn)距離為3-6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)片厚度為1.5_2mm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述波導(dǎo)圓極化轉(zhuǎn)換層內(nèi)壁對角處設(shè)有插槽，所述介質(zhì)片兩側(cè)邊插接固定于該插槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6或7所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)片用塑料介質(zhì)材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6或7所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述正方形喇叭單元格的邊長為25-30mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6或7所述的雙圓極化波導(dǎo)陣列天線，其特征在于:所述天線為6X16的單元格陣列形式。
【文檔編號(hào)】H01Q15/24GK204088575SQ201420410776
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】王晨笛, 周曉輝 申請人:郴州希典科技有限公司