CN100555737C - 极化旋转器 - Google Patents

Abstract

一个具有两个旋转零件的波导结构以两个步骤或一个步骤变换无线电频率信号的极化。波导结构包括输入和输出波导以及一个极化旋转器。输出波导包括相应于两个极化的两个空腔。旋转器包括两个矩形的切开部分，它们相互之间以及相对于第一波导旋转预定的角度。当第二波导从一个空腔旋转到另一个空腔时，旋转器也旋转，由此变换了通过波导的信号极化。此外，如果旋转器和第二波导相互结合，则完成极化变换所需步骤次数可以减少到一次，因为第二波导的旋转将引起极化旋转器的旋转。

Description

极化旋转器

技术领域

本发明的标的是指高频通信系统中所用的天线。确切地说，本发明涉及了一个在高频天线中所用的极化旋转器，当信号通过一个波导时，容许将变换的信号极化。

背景技术

在现有技术中已经熟知了包括变换无线电信号极化的旋转器元件的波导系统。通常，例如在Rohr等的美国专利6,404,298中公布的常规波导系统，包括位于两个波导之间的至少3个单独的旋转器。每个旋转器具有一个中心通道孔，其截面相应于波导的开口截面。每个旋转器相对于相邻的旋转器和波导旋转，以完成从第一波导到第二波导的极化变换。

在高频通信系统中，在信号处理之前往往需要变换引入的无线电信号的极化。尤其是，用于高频无线电通信系统的波导系统包括至少一个输入波导和一个输出波导，在它们之间具有一系列的旋转器元件，设计成可变换信号的极化。

常规的高频天线需要在输入和输出波导之间具有多个旋转器元件的波导系统来完成极化的变换。

确切地说，为了变换极化90度，每个旋转器元件相对于相邻的旋转器元件旋转一个小量，从而跨过波导之间所有旋转器元件的累积变换将是所希望的90度极化变换。

但是，在波导之间引入大量旋转器存在许多问题。相邻旋转器之间的对接面必须尽可能紧密封接，因为在旋转盘之间的不良接触可明显减少信号流，由此减少了天线的实用性和效率。此外，相邻旋转器元件之间的紧密连接需要高精度的制造、安装和装配，它大大地增加了工作时间和成本。

此外，附加的盘增大了天线波导系统的总尺寸。所以，制造部门和维护部门力图保持尽可能少的盘数，以减轻这些问题。

根据常规的波导系统，三个旋转盘是容许极化变换和在制造与维护上费用有效的最少数目。采用三个旋转盘，意味着常规的波导系统将具有四个对接面，一个在第一波导和一个旋转器之间，两个对接面在中间旋转器和相邻它的旋转器之间，以及另一个对接面在第二波导和相邻它的旋转器之间。另外，这个常规的波导系统需要多个步骤来完成极化变换。

需要的是有一个天线馈源，能够在最少步骤中以最少的工作量，以可以费用上有效地制造的最少对接面和零件数目来完成所需的极化变换。

发明内容

根据上述，本发明提供了一个用于发送和接收高频无线电信号的组合天线馈源。在一个实施例中，天线馈源包括一个具有一个空腔和一个空腔壁的第一波导，以及一个具有一个第一空腔壁和一个与第一空腔壁垂直的第二空腔壁的第二波导。第二波导可以环绕一条轴线旋转，以把第一空腔壁或第二空腔壁与第一波导的空腔壁对准。波导之间的一个旋转器具有相邻于第一波导的第一部分和相邻于第二波导的第二部分。每个部分具有一个可通过无线电信号的开口。

第二波导的第一和第二空腔分别相应于天线的第一和第二极化，这些极化相互正交。

在一个实施例中，第一波导的空腔和第二波导的空腔具有一个基本上为矩形的截面，第二波导的第二空腔壁宽度大于第二波导的第一空腔壁宽度。

在一个实施例中，在旋转器第一部分和第二部分上旋转器开口的宽度和高度是相同的。此外，第一部分的开口相对于第二部分的开口旋转一个γ角。在另一个实施例中，旋转器第一和第二部分的厚度均等于旋转器厚度的一半。

在相应于第一极化的第一构形中，旋转器相对于第一波导的空腔设置成一个锐角α。

在相应于第二极化的第二构形中，旋转第二波导，使得上述第二空腔壁与第一波导的空腔壁对准，并且旋转器相对于第一波导旋转一个锐角β。

以下采用被详细阐明并在附图中表示的各个具体实施例来说明本发明。

附图说明

附图以高度简化的示意方式描绘了反映本发明原理的实施例。为熟悉该技术领域的人员所易于理解的许多零件和细节已被略去，使得本发明更为清晰。在附图中：

图1是本发明一个实施例的极化旋转器的剖视图，其中第一和第二波导具有垂直极化。

图2是极化旋转器的一个剖视图，其中第一波导具有一个垂直极化，以及第二波导已经旋转到水平极化位置。

图3是在第一极化位置中极化旋转器的正视图。

图4是在第二极化位置中极化旋转器的正视图。

具体实施方式

现在采用各种实施例来说明本发明。虽然详细描述了实施例，可以理解到，本发明并不仅限于这些实施例，而可以具有明显更宽的范围。应该查阅所附的权利要求来确定本发明的真实范围。

图1和2表示了本发明一个本发明实际实施例的剖视图。图1表示了第一波导10、第二波导12和位于其中的极化旋转器14。第一波导作为输入波导，而第二波导作为输出波导。第二波导可以环绕一条平行于波导的轴线旋转。

波导和旋转器均由常规材料制成，如模制金属或镀金属的塑料，可以设想，采用在常规天线、波导和极化旋转器结构中常用的材料来实现本发明。

图1表示了均处于垂直极化位置的第一和第二波导。图2表示了垂直极化的第一波导和水平极化的第二波导。

第一波导10具有一个空腔16，第二波导12具有如图1所示的第一空腔18。空腔16和18具有基本上为矩形的截面。波导可以构成四角为直角的矩形截面或者四角倒圆的矩形截面。熟悉该技术领域的人员会想到这些形状的变化。

空腔16和18的截面具有基本上相同的宽度4并且相互对准，使得无线电波可以在不希望的反射和干扰为最小情形下，通过第一波导10，通过极化旋转器14，以及通过第二波导12。

现在更详细地描述极化旋转器14。尤其是，极化旋转器14位于波导10和12之间，构成一个单件，包括一个相邻于并面对着第一波导10的部分20，以及一个相邻于并面对着第二波导12的部分22。

这些部分20和22包括了分别形成在其中的开口24和26。在一个实施例中，开口24和26基本上为矩形截面，具有相同的长度和宽度，两个部分的中心在旋转器平面中对准。另外，最好是，开口的边和它们矩形截面的四角被倒圆，以有利于在构造时开口的机加工。

从相邻于波导的旋转器侧面到旋转器中心度量的开口深度6最好是相互相等，并且为旋转器本身厚度的一半。本发明的说明不限于这些规定，可以设想，旋转器的一个开口可具有大于旋转器厚度一半的深度，而另一个开口可具有小于旋转器厚度一半的深度。

在部分20和22中的开口24和26具有相同的尺寸和形状，它们相互旋转一个角度γ。此外，在两个波导均具有垂直极化的图1所示的方位中，定位旋转器使得旋转器14的部分20中的开口24相对于第一波导的空腔16旋转一个角度α。图3详细地表示了这些开口的旋转。

图3表示了在图1所示方位上旋转器14的一个视图，从面对着旋转器的第一波导10观察。尤其是，尽管在旋转器中开口24和26具有基本上为矩形的截面，通过旋转器的通道25不为矩形。这是因为开口24和26相互旋转一个角度γ，并且旋转器14旋转成使得第一开口24相对于第一波导10中的空腔16旋转一个角度α。

在一个优选实施例中，角度γ近似等于45度，角度α等于-22.5度。所以，相邻于第二波导的部分22的第二开口26也相对于第二波导旋转一个角度-22.5度。因此，因为所有旋转的最后效果为零度，当一个信号通过第一波导，跨过旋转器，并且通过第二波导时，其极化没有变换。

参照图1和3的上述讨论涉及了波导和旋转器的方位，使得第一和第二波导均垂直极化。然而，旋转第二波导和旋转器，不需要添加或替换任何零件，本实施例可以定位成使得第一波导10具有一个垂直极化，而第二波导12具有一个水平极化。这样，本发明的天线能够具有两个正交的极化。

在图2中表示了采用正交极化波导的本发明天线的这个方位。

图2表示了与图1相同的结构，包括第一波导10、空腔16、带有部分20和22以及开口24和26的旋转器14。第二波导12已经相对于第一波导旋转了90度。空腔壁30具有大于空腔壁16和18宽度4的宽度5，但在旋转第二波导之后，现在空腔壁30与第一波导的空腔壁16共面。

如图4详细地表示，当第二波导具有一个与第一波导正交的极化时，旋转旋转器，使得部分20相对于第一波导的空腔壁16旋转一个偏置角β。所以，当旋转第二波导把第二空腔壁30与第一波导的空腔壁16对准时，旋转器旋转了一个角度α+β。

图5表示了波导10和16以及旋转器14的自上到下的剖视图。因为旋转器中独特的开口形状，在第一和第二波导中的反射是相同的，无线电波可以从第一波导中的垂直极化平滑过渡到第二波导中正交的水平极化。

在另一个实施例中，第二波导和旋转器是相互结合的，使得旋转第二波导来把第二空腔壁30与第一波导10的空腔壁16对准时，也旋转旋转器一个角度α+β。因此，只要第二波导旋转到正交方位，在部分20中的开口24总是设置成相对于空腔壁16一个偏置角度β。这消除了常规极化旋转器所需的旋转器元件的精细而费时的旋转，把变换极化的过程减少到仅有一步。

在一个优选实施例中，旋转第二波导90度将造成旋转器旋转45度，使得从第一波导、跨过旋转器和通过第二波导的积累的极化变换为90度。

选择由深度6给出的转体厚度，开口24和26的长度和宽度，以及偏置角度α、β和γ，对于一个宽频率范围上的给定带宽，可以优化天线来同时对垂直和水平极化得到最佳的电压标准波比和回波损失。

因此，本发明的原理提供了一个具有极化旋转器的天线，它的构成可以采用最少的零件数目，需要最少的装配步骤，以及能够在两个极化中起作用。

对上述实施例可以有许多变化而不偏离本发明的范围和精神。通过以上的讨论已经提出了可能的各种变化。

对于熟悉该技术领域的人员会想到上述各种实施例的组合和再组合，而不偏离本发明的范围和精神。

Claims (22)

1.一种发送和接收高频无线电信号的整体天线馈源，包括：

第一波导(10)，具有一个带空腔壁的空腔(16)；

第二波导(12)，具有一个带第一壁和与所述第一壁垂直的第二壁的空腔(18)，上述第二波导可相对于第一波导的空腔绕一条轴线旋转；

其特征在于包括旋转器(14)，其被构造成单件并设置在上述第一波导和第二波导之间，上述旋转器可相对于第一波导的空腔绕一条轴线旋转，上述旋转器具有一个相邻于第一波导的第一部分(20)和一个相邻于第二波导的第二部分(22)；以及旋转器的上述第一部分和上述第二部分的每一个具有一个可通过无线电信号的开口，其中所述第一部分(20)的开口(24)相对于所述第二部分(22)的开口(26)旋转一个预定的角度γ。

2.权利要求1的天线馈源，其中第二波导可从分别相应于天线馈源的第一和第二极化位置的第一位置旋转到第二位置。

3.权利要求2的天线馈源，其中第一极化和第二极化相互正交。

4.权利要求1的天线馈源，其中：

上述第一和第二波导的空腔具有基本上为矩形的截面，以及

上述第二波导的上述空腔的第一壁宽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宽度。

5.权利要求4的天线馈源，其中第二波导空腔的宽度相同于第一波导空腔的宽度。

6.权利要求1的天线馈源，其中上述旋转器的上述第一和第二部分中的上述开口基本上相对于上述第一波导空腔中心对准。

7.权利要求6的天线馈源，其中旋转器的上述第一和第二部分的开口宽度是相同的，以及其中旋转器的上述第一和第二部分的开口高度是相同的。

8.权利要求1的天线馈源，其中上述第一和第二部分的每一个的厚度等于旋转器厚度的一半。

9.权利要求1的天线馈源，还包括一个相应于天线第一极化的第一构形，其中上述第一构形包括：

第二波导设置成使得第二波导空腔的第一壁与第一波导空腔壁对准；以及

旋转器设置成相对于第一波导空腔成一个预定角度α。

10.权利要求9的天线馈源，其中上述角度α是锐角。

11.权利要求1的天线馈源，还包括一个相应于天线第二极化的第二构形，其中上述第二构形包括：

第二波导设置成使得第二波导空腔的第二壁与第一波导的空腔壁对准；以及

旋转器设置成相对于第一波导成一个预定角度β。

12.权利要求11的天线馈源，其中上述角度β是锐角。

13.权利要求1的天线馈源，其中：

上述旋转器与第二波导结合，以及

当旋转第二波导来把第二波导的第一空腔对准第一波导的空腔时，旋转器相对于第一波导的空腔成一个角度α。

14.权利要求13的天线馈源，其中当旋转第二波导来把第二波导的第二空腔对准第一波导的空腔时，旋转器相对于第一波导的空腔成一个角度β。

15.权利要求1的天线馈源，其中第一波导，第二波导和旋转器的表面是金属的。

16.权利要求1的天线馈源，其中旋转器的上述第一和第二部分的开口具有一个矩形截面。

17.权利要求1的天线馈源，其中开口的矩形截面的角被倒圆。

18.权利要求1的天线馈源，其中上述第一和第二部分的开口的边被倒圆。

19.权利要求1的天线馈源，其中上述角度γ近似为45度。

20.权利要求9或13的天线馈源，其中上述角度α近似为-22.5度。

21.权利要求9或13的天线馈源，其中上述角度α近似为+22.5度。

22.一种变换通过一个天线馈源的无线电信号极化的方法，天线馈源包括：

第一波导(10)，具有一个带空腔壁的空腔(16)；第二波导(12)，具有一个带第一壁和第二壁的空腔(18)，上述第二波导可相对于第一波导的空腔绕一条轴线旋转；所述天线馈源的特征在于包括旋转器(14)，其被构造成单件并设置在上述第一波导和第二波导之间，上述旋转器相对于第一波导的空腔绕一条轴线旋转，上述旋转器具有一个相邻于第一波导的第一部分(20)和一个相邻于第二波导的第二部分(22)；其中旋转器的上述第一部分和上述第二部分的每一个具有一个可通过无线电信号的开口；所述方法的特征在于：在上述第一部分(20)的开口(24)和上述旋转器的第二部分(22)之间以一个角度γ变换上述信号的极化；

把上述信号通过上述第一波导和上述旋转器之间的一个对接面；以及

把上述信号通过上述旋转器和上述第二波导之间的另一个对接面。

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