[发明专利]天线的在网平面内最优化的紧凑型直接式收发转换器装置

说明书

本发明涉及选择性地为阵列形式的发送器和/或接收器天线的领 域，更具体地，涉及装配在这种天线上的直接式收发转换器装置(或 “转换器”)。

“天线”在本文中被理解成表示连接至直接式收发转换器装置的 单独的基本放射源和阵列天线。

并且，“阵列天线”此文中被理解成表示能够起传输和/或接收作用 的天线，并包括基本放射源阵列和控制装置，该控制装置适于用来通 过有源系统而对被基本放射源按照选定图传送(或者沿着相反的方向， 以波的形式从空间接收)的射频信号的调幅和/或相进行控制。因此， 它可以等同于有源的或非常罕见地无源的所谓的直接放射天线(英语 缩写通常为DRA)、或者位于反射器系统前方的有源或者无源的阵列类 型源。

此外，“直接式收发转换器”在此文中被理解成表示本领域技术人 员通过缩写OMT则会得知的装置，也就是说，用于连接至诸如扩音器 的基本放射源的装置，以选择性地利用第一电磁模式或第二电磁模式 给它供给信号(以传送的方式)或从它接收信号(以接收的方式)，所 述第一电磁模式具有第一极化，所述第二电磁模式具有垂直于第一极 化的第二极化。所述第一和第二极化大致为线性的(水平(H)和竖直 (V))。然而，通过增加额外的零件也可以制造圆形极化，其目的在于 创造合适的相位态。

这种转换器包括例如：

-主(波)导向器，其用来沿着第一和第二电磁模式的主(无线电) 轴线进行传播，所述第一和第二电磁模式具有互相正交的第一和第二 极化，所述主导向器设有第一端(该第一端连接至适于所述第一和第 二模式的圆形端口，并被连接至基本放射源)和第二端；

-第一辅助(波)导向器，其用于沿着第一辅助(无线电)轴线进 行所述第一电磁模式的传播。该第一无线电轴线与所述主导向器的无 线电轴线在同一直线上，但不必与之重合。所述第一辅助导向器设有 第一端和第二端，所述第一端通过串联窗串联至所述主导向器的第二 端，所述第二端连接至适于所述第一模式的串联端口；以及

-至少一个第二辅助导向器，其用于沿着第二辅助(无线电)轴线 进行所述第二电磁模式的传播，并通过至少一个并联窗连接至所述主 导向器，且该第二辅助导向器设有第一端，所述第一端连接至适于所 述第二模式的并联端口。

正如本领域技术人员所熟知的那样，在阵列天线中，用来插入放 射元件(或基本放射源)的可用空间直接取决于阵列的网尺寸(或基 础式样)，该网尺寸被操作需求(预期的频率波段、性能优化、阵列瓣 的损耗减少(在DRA的情形下)、焦斑采样(在反射器天线和阵列型 源的情况下))所固定。

在本文想要进行的双极化应用中，并特别当双极化是线性的时候， 有必要将直接式收发转换器(OMT)恰好设于相对应的基本放射源的 后方。当利用波导技术来进行制造OMT的时候，它们在网平面(垂直 于主轴线)的尺寸迅速变得大于网的尺寸(典型地，大于或等于1.2λ， 其中λ是真空中的工作波长)。具体而言，在最常用的OMT中，至少 一个第二辅助导向器通过弯曲件连接至主导向器(或OMT的主体)， 尽管它们在网平面的尺寸典型地大约为3λ。在这种情况下，OMT的尺 寸和网的尺寸之间具有不兼容性。

在W.Steffe于1995年6月在IEEE天线和传播协会国际会议上的 AP-S文摘第一卷中收录的文献“在国际通讯卫星应用中的用于Ku波 段的新型紧凑型OMJ”中，提议制造缩小的紧凑型的直接式接头(或 OMJ)。这种类型的OMJ包括上述类型的主(波)导向器，其横截面 为正方形，并用来通过串联窗而串联至第一辅助导向器(适于第一电 磁模式的传播)；和第二辅助导向器，其横截面为矩形，并适于第二电 磁模式的传播，该第二辅助导向器通过并联窗连接至主导向器，并设 有第一端，该第一端用来连接至适于所述第二模式的并联端口。所述 并联窗限定在主导向器的侧壁和第二辅助导向器的侧壁(其延伸的高 度等于该第二辅助导向器的矩形横截面的短边的长度)之间，而第二 辅助导向器在网平面内延伸的距离等于它的矩形截面的长边的长度。 因此，所述OMJ在网平面内具有典型地大约为2λ的空间需求，其还 是被证明为需求太高。此外，接下来的端口的定位使得完整的天线结 构变得更加复杂，并且具有的影响是：增大了质量和尺寸需求的估算。

现有的解决方案都无法令人完全满意；因此本发明目地在于改进 这种状况。