CN1011009B - 微波天线 - Google Patents

Abstract

一种悬线馈电式平面微波天线，具有一个夹在一对导电板之间的基片，每个板上用定位孔限定辐射元件。利用固定部分使基片围绕孔和孔间装有许多平行悬线的宽槽安装。

Description

本发明涉及微波天线，特别是用于接收高频卫星广播传输的圆极化波的平面天线。

关于高频平面天线，特别是有关用于接收12GHz波段的天线方面已经提出了大量的设计。 一个先前的设计是适用于微带线馈电的天线阵，该天线阵具有可以用基片浸蚀而构成的优点。然而当使用聚四氟乙烯或类似的低损耗基片时，这种形式的天线有相当大的介质损耗和辐射损耗。因此不能达到高效率，并且当使用具有低损耗特性的基片时，成本相对较高。

提出的另一种天线设计是一种径向线隙缝天线阵和一种波导隙缝天线阵，与微带线馈电天线阵相比。这些天线有助于减少介质损耗和辐射损耗，然而，它的结构相对地复杂了，因此，这种天线结构带来了一个难于制造的问题。此外，由于这些设计中的每一个都形成一个谐振结构，要获得宽频带的增益是有困难的，例如300至500MHz，此外，隙缝间的耦合损失使这些设计复杂化了，从而很难获得良好的效率特性。

另一个先前提出的设计是一个悬线馈电孔结构天线阵。这个设计中有一个克服上述缺陷的结构，并且使用便宜的基片就能提供一个宽频带特性。悬线馈电天线在欧洲专利申请No.108463-A和123350-A以及1984年3月出版的MSN（微波系统新闻）PP.110～126中已作出说明。

上面提到的第一份申请中所揭示的天线，它的铜箔必须相对于作为基片的介质层的两个表面垂直构成，由于该结构是在基片的两个表面上构成的，因而，这种天线互连加工复杂，相对地需要较大的尺寸。

上面引用的另一个申请中所揭示的天线，要求铜箔在两个分离的介质层上构成，难以使这些箔片精确定位，结构变得相对复杂并且昂贵。在出版的MSN中所揭示的天线，一个激励探头固定在每个孔中，组成一个用于线性极化波的天线，这一种天线不能用于有效地接收圆极化波，由于增益差，并且必须使用两个分离的基片，因此，使其结构相对复杂并且昂贵。

此外，该发明的代理人已经提出了一个高效率的视频通带圆极化平面天线阵（美国专利申请号888，117）。这种天线呈悬线馈电式平面天线的形式，该天线具有一个夹在一对金属片间的基片，金属片可以是铝或喷镀金属的塑料，每一个金属片具有许多彼此隔开的孔以限定辐射元件。在这种天线中，这些隔开的孔具有一对激励探头，而这对激励探头接收的信号以相同的相位送到悬线。

这个先前提出的圆极化波平面天线阵参考图1至图5来说明。

图1是这种天线中使用的圆极化波辐射元件的平面图。图2是图1沿Ⅰ-Ⅰ线的横截面图。

参照图1和图2，一个介质基片3被夹在第一和第二金属板1和2之间（金属片或板可以用铝或喷镀金属的塑料构成）。板1和2中形成许多个孔4和5，孔4在板1中做成凹形面或凹槽，孔5在板2中形成一个开口。

一对相互垂直的激励探头8和9装在基片3的一个公共平面上，与图1中说明的孔4和5对准。激励探头8和9每个都与设置在谐振空腔6内的悬线导体7连结，从而构成一个同轴线，用于传递在激励探头8和9与一个遥控点之间的能量。基片3以薄胶膜的形式夹在第一和第二金属板或喷镀金属板1和2之间。最好，孔4和5是直径相同的圆形孔，上方的孔5做成锥形，如图2所示。

悬线导体7构成一个导电箔，该导电箔固定在谐振空腔6中的基片3上，形成一个悬同轴馈线。

图3是图2按Ⅱ-Ⅱ剖线的横截面图。如图3所示，导电箔7构成中心导体，板1和2的导电表面构成同轴的外导体。

最好，箔7是利用腐蚀基片3上的导体表面形成一个印制电路，除要求留下的如箔7和激励探头8和9等以外的所有导体表面部分都去掉，导电箔具有一定的厚度，例如25至100微米。由于基片3较薄，只作为箔7的支承体，即使不使用低损耗材料制造，在同轴线中的传输损耗也较小。例如在12GHz使用聚四氟乙烯玻璃基片的开路带线，典型的传输损耗是4至6dB/m，而使用25微米厚的基片，悬线的传输损耗只有2.5至3dB/m，与聚四氟乙烯玻璃基片相比，柔性基片3较便宜，因此这种装置更为经济。

图3中t表示基片3的厚度，L表示谐振腔6的宽度，d表示谐振空腔6的高度，w表示悬线导体7的宽度。已知的实用中的圆极化波辐射元件，t是25微米，d是1.4微米，L是2微米，w是1微米。在12GHz的频率下，如图4中虚线所示传输损耗大约为3dB/m。

图5说明导电箔7被做成细长的馈线，互相垂直配置，与激励探头8和9连结，并用公共引线连结在一起。如图5所示，箔在点11处与馈线连 结，该点偏离公共引线的中点，以致向激励探头9馈送的线的长度比向激励探头8馈送的线长度长四分之一波长，延长部分用标号10表示。这里的波长（也是本申请中其它地方的）被称为波导或悬线7中能量的波长，用λg/4表示，该波长可以从能量的频率或波导的几何形状测定。利用这种装置（把该天线考虑为发射天线），由于激励探头8和9发射的线性极化波相位差为π/2（90°）或者说四分之一波长，就产生了一个圆极化波。

如图5所示，加到激励探头8（发射天线）的信号的相位比提供给激励探头9的信号的相位超前四分之一波长（相对于传输频带的中心频率）。由于激励探头8与四分之一波长的旋转向量E和H成一直线，在探头9也同样成一直线6，因此，这种装置作为接收天线使用时，可以允许接收顺时针的圆极化波。由于与激励探头9连在一起的箔线的延长部分10，激励探头8和9对在T处或结点11处的一个复合信号产生几乎相同的相位分量。

如果把附加长度10安插在与激励探头8连接在一起的箔线上，这种装置可以接收逆时针的圆极化波。这也可以理解成，仅仅把固定的激励探头8和9及馈线7的基片3翻转过去就可完成。因此，在安装时作很少的改变，这种天线结构就可以接收两种圆极化波。

图6说明一个具有许多辐射元件的电路装置，每一个都类似图1-5中所说明的，这些辐射元件用印制在基片3上的箔线互相连接，在馈电点12连接在一起的辐射元件，每一个辐射元件提供的信号与其它辐射元件提供的信号相同。这可以从图6的测定中理解，从点12到各个激励探头8和9的箔线7的长度形成等距离，因此，从每个辐射元件接收的信号到达馈电点12时与其它的信号同相位。图6的阵列表示基片3上的印制表面，以及板2中孔4的排列位置。基片3被夹在导电板1和2之间，导电板1和2具有与每一个辐射元件对准的孔4和5（图2），因此，它们与上述的图1至图5同样的方法连接。使用图6所示的一般装置，利用改变导线特性，能够得到多种辐射图。例如，如果从公共馈点12到一些辐射元件的激励探头8和9的距离变化，这些辐射元件提供的功率相位也要改变。此外，如果利用减小或增加悬线在分支地方（如图5所示）的厚度来改变阻抗比，就能改变从分支向分支公共线所提供信号的幅度。就影响了以每个接收元件提供信号的相对功率和相位，引起天线幅射图的变化。

图7是图6按Ⅲ-Ⅲ剖线的横截面图。图7中的虚线表示，图6中的电路被第二金属板2所覆盖。从图7可以了解谐振空腔6与各个导电箔7对准。

上述的圆极化平面天线阵存在下列缺陷。

对应于自由空间的12GHz波导，水平相邻的辐射元件之间的间隔必须是0.9至0.95波长的范围内选择（距离范围从22.5至23.6mm），以获得高增益（高效率）。这使得通过辐射元件连接的悬线的沟纹宽度或谐振空腔6的宽度被限制在大约2mm以下，于是，限制了传输损耗的减小。此外，为保证足够的沟纹宽度，所设计天线的自由度被限制了。具有狭窄宽度的沟纹（谐振空腔）必须沿着导电箔在整个阵列的表面形成，因此，制造工艺复杂，沟纹必须被金属板1和2夹住，要求严格的精度。另外，对金属的去除和形成喷镀金属塑料板所要求尺寸的精度，特别是对于大量生产，则很难保证。对于悬线的沟纹，这个问题更为严重。

此外，虽然没有实际叙述上面的结构，用简单的机械装置能够把这种天线做得很薄，即使用便宜的基片，从这种天线得到的增益也大于使用比较昂贵的微带线基片技术的天线。

对应于自由空间12GHz波段，当辐射元件的间隔在0.9至0.95波长范围选择时（距离范围从22.5至23.6mm）用于悬线的谐振空腔的宽度选择为1.75mm，在板1和2上制成的辐射元件或孔4和5的直径选为16.35mm。然而，为了最有效地接收卫星广播频带（11.7～12.7GHz），希望选择宽度超过2mm的线，并减少辐射元件的直径。例如，为了最有效地接收，直径必须从16.35mm减少到约15.6mm

然而，如果辐射元件的直径选择为15.6mm，具有这个直径的波导主模（TE₁₁模）的截止频率变为11.263GHz。其结果，使孔4和5与激励探头8和9构成的谐振空腔之间难以达到阻抗匹配，天线的频带宽度也相应变窄了。这样，回波损耗特性改变，工作频率（11.7～12.7GHz）附近的回波损耗变坏。“回波损耗”称为由于阻抗不匹配造成反射引起的损耗。因此，本发明的代理人先前提出了 同一结构的悬线馈电型平面天线阵，该天线阵中特别设置了与每一辐射元件中的激励探头对准的导电片，以获得较好的阻抗匹配（参见美国专利申请No.888.117）。

特别是一个导线被用作各种接收12GHz波段的卫星广播传输的平面天线阵的带线馈电系统时，由馈电线引起的损耗是决定天线增益（放大增益）的主要因素。特别是当增益达到30dB或更大时，上述情况变得很严重。

所以，如果馈线实现了低损耗，上述问题在一定程序上能得到解决。然而，如前面所叙述的，当馈电电路网络用来接收以功率和相位提供的圆极化波时，为获得最大增益，如果相邻辐射元件之间的间隔在0.9至0.95波长范围选择，用于12GHz波段时，铺设悬线的沟纹宽度大约是2mm。因此，传输损耗较大。

此外，为了获得高增益，元件和圆极化波混频部分之间的间隔，所选择的线的宽度应较窄并且不变，以致馈送损耗（传输损耗）不能达到最小。另外，在辐元件间隔不变的条件下，即使辐射元件的直径尽可能减小，馈线宽度尽可能增加，要把传输损耗减至最少仍有一个限度。

一个卫星广播接收系统一般包括一个设置在户外的接收天线，一个低噪声变换器，一根联接电缆和一个设置在户内的接收机，通过联接电缆实现电联接以接收电视图象和伴音。一般用抛物面天线作为接收天线，它包括一个设置在焦点的主发射器，以获得利用反射镜收集的无线电波，在其后有一个低噪声转换器。

另外，本发明的代理人先前提出了一个用于接收卫星广播的平面天线阵（参看美国专利申请，序号No.888，117）。在这个先前提出的平面天线中，激励探头装在基片的一个公共面上，并与孔对准，与构成辐射元件的每个部件对准，并且用一个馈点取消和替代一个靠近中心探头的辐射元件，使馈线的传输损耗减小，天线的结构简化，并具有高增益，更经济。

当用一个类似的抛物面天线接收卫星广播时，这种装置配置在三维空间中，天线的安装比较困难并需要较大的空间。另外，由于主发射器和低噪声转换器都置在这个空间的曲线表面内，下雪或其它情况会影响天线的性能，效率变坏。

因此，本发明的一个总目的是提供一个用来发射和接收电磁波的平面天线阵，而实现结构简单、成本低和极好性能的特征。

本发明的一个目的是提供一个圆极化波平面天线阵，该天线阵的基片被夹在具有许多孔的导电极之间，用一对相互垂直的激励探头与每个孔对准设置，从激励探头来的信号互相构成一个预定的相位关系。

本发明的另一个目的是提供一个圆极化波平面天线阵，该天线阵的两个附加导电元件与激励探头对准安装，以便为导电层中的孔提供改进的阻抗匹配。

本发明的再一个目的是提供一个圆极化波平面天线阵，该天线阵有一个与每一对激励探头相连的连接网络，它包括一对馈线，每一馈线的长度为四分之一波长，馈线间由一电阻元件连接。

本发明的再一个目的是提供一个圆极化波平面天线阵，该天线阵的馈电点靠近它的中心设置，占据了通常由一对激励探头中的一个探头所占据的位置。

本发明的再一个目的是提供一个圆极化波平面天线阵，该天线阵包括一个固定部件，固定部件环绕每一个孔安装，以便固定基片。还有一个相邻孔间形成的较宽沟纹，在这种结构中，许多悬线平行安装在沟纹槽中。

本发明的再一个目的是提供一个转换器波导装置，它能够附加在本发明的圆极化波平面天线阵中。

根据本发明的一个观点，提供了一个悬线馈电式平面天线阵，该天线阵具有一个被夹在一对导电板之间的基片，每一个所述的板具有许多彼此隔开的孔以限定辐射元件，一对相互垂直的激励探头装在基片3的一个公共面中，并对准所述的孔，用于把所述的激励探头接收的信号以同相位联接到悬线的装置，用于固定装在所述的导电板上的所述基片的一个固定部件环绕每一个所述的孔和导电板上相邻孔间形成的较宽沟纹，其中许多所述的悬线在所述的沟纹中互相平行设置。

以上本发明的这些目的、特征和优点，从下面的优选实施例，结合提交的附图、类似元件及零件的参考标号，在详细描述中了解。

图1是已有的圆极化波辐射元件的顶视图。

图2是图1按Ⅰ-Ⅰ剖线的横截面图。

图3是图2按Ⅱ-Ⅱ剖线的横截面图。

图4是说明图1和图2的装置的悬线导体的宽度和传输损耗之间关系的曲线图。

图5是已有天线的辐射元件之一的顶视图，表示向激励探头馈电的悬线。

图6是许多辐射元件互连的平面图。

图7是图6按Ⅲ～Ⅲ剖线的横截面图。

图8是根据本发明许多辐射元件互连的实施例的平面图。

图9是图8按Ⅳ-Ⅳ剖线的横截面图。

图10是另一个圆极化波辐射元件实施例的顶视图。

图11是图10按Ⅴ-Ⅴ剖线的横截面图。

图12是本发明天线辐射元件之一的顶视图。表示向激励探头馈电的悬线。

图13是本发明许多辐射元件互连的平面图。

图14是根据本发明的薄膜形基片的另一实施例的平面图。

图15和图16分别表示本发明中使用的滤波装置。

图17是图15和图16所示滤波器的频率特性曲线图。

图18是根据本发明的波导结构转换器的另一实施例的顶视图。

图19是转换器的后视图。

图20是图18中的转换器附加在本发明天线上的后视图。

图21是图20的装置的侧视图。

图22是图18至图21所示的实施例总体配置的侧视图。和图23是图22的后视图。

下面参考附图详细介绍本发明。

图8说明本发明的一个实施例，该装置中许多圆极化波辐射元件（图1至图5）从馈电点12全部以同相位供给能量。图8与图6中相对应的类似零件用同一参考号标明，不需作详细描述。图9是图8按Ⅳ-Ⅳ剖线的横截面图。图9中的虚线说明组装时，第二金属板2装在图8的阵列上面。

在图8和图9所示的实施例中，钻通在第一金属板1上的每一个孔4的周围装有一个固定部件13以固定基片3。此外，穿过金属板1形成的馈送点12周围安装有一个固定部件13a，以固定基片3。还有一个固定部件13b装在阵列外部的四周。其余部分做成相等的深度，例如图2中所示的谐振空腔6形成沟纹或如图9所示的金属板1上的谐振空腔14。由于许多导电箔7安装在同一谐振腔14中，因此可能被耦合，这种可能性可以利用选择导电箔7间的距离以及谐振空腔14上壁和下壁的间隔使在其间建立所需的隔离来消除。这时迫使电力线集中在谐振空腔14的上壁和下壁上，因此基本上消除了沿基片3产生的电场。其结果，介质损耗减小，悬线的传输损耗也减小。

参看图8，所示的整个区域15没有悬线通过。因此不需要降低区域15的厚度以构成谐振空腔，但要留下一个固定区。这样馈送点12不需要有一个环绕它的专门固定部件13a，而把区域15作为固定部件。如果馈送点12安装在被移去的中心辐射元件的位置，用小馈线长度来减小传输损耗（参看美国专利申请No.888，117），专用的固定部件13a环绕馈送点12设置，如图8所示。

形成在第二金属板2上的固定部件和谐振空腔与形成在第一金属板1上的这些部件对准。虽然没有表示出，固定部件围绕钻通在第二金属板2上的每一个孔5和馈电部件（它的上表面是闭合的）以及天线阵外部边缘安装。其它部分形成凹形面或凹形槽以构成谐振空腔。

由于基片3被固定部件13、13a、13b均匀地固定，防止了基片3的变形。另外，第一和第二金属板1和2紧紧地夹住辐射元件，馈送点等的四周，避免了在特殊频率下的共振现象。

虽然没有表示出，第一和第二金属板1和2中的一个上面装有许多定位销，在这些部分没有悬线通过，穿过基片3和另一金属板构成的通孔以承接上面提到的定位销。因此，金属板1和2以及基片3的定位可以利用把定位销拧入通孔中而轻易实现。

根据这个实施例，由于公共谐振腔是利用移去先有技术中每根导线的谐振腔间壁形成的，因此，这种平面天线阵不需要如此高的精度，可以用机器容易地制造。此外，设计悬线的自由度增加，传输损耗减小，因此天线的增益（或效率）能够提高。

根据本发明上述的实施例，象上面所表示的那样，由于固定部件环绕许多孔形成，所以每个孔都装有辐射元件，并且做成沟纹的谐振空腔做在至少 相邻的孔之间，则悬线不受空腔部件的限制，因此天线阵容易用机械加工和模压而成。同时那儿尺寸的精度可降低。线的传输损耗可减小。结果是天线的增益（或效率）可得到提高。此外，平面天线阵可以通过一个薄膜状的基片得到改进，同时可以收到圆极化波。另外由于薄膜状的基片由环绕圆辐射元件的固定元件牢固地固定住，悬线可以均匀地铺设在上面。另外，既然圆形辐射元件的圆周和馈电元件紧密地夹在上、下两个金属板之间，谐振的出现或者在某一特殊频率下的类似现象都可以避免。

另一个根据本发明制成的圆极化波平面天线阵的实施例将在下面介绍。

图10和图11描述了在这个具体装置中，圆极化波辐射元件的构造。图10是一个平面图，图11是在图10按Ⅴ-Ⅴ剖线横截面图。图10和图11与图1和图2中对应的部分用相同的标记表示，因此不需要详细说明。

参看图10和图11，绝缘基片3夹在金属板1和2之间（金属板是由金属片做成的，例如铝或者喷镀金属塑料），孔4和孔5是在金属板1和2上制成的，孔4在金属板1上做成凹形面或凹形槽，孔5在金属板2上做成锥形孔口。

一对互相垂直的激励探头8和9装在基片3的公共面上，与前面图10中描述过的孔4和孔5对准，激励探头8和9每个都与位于谐振空腔元件6内的悬线导体7连结，这个导体做成同轴线以便在激励探头8和9与一个远点之间传递能量，基片3形如一个柔性薄膜，夹在第一和第二金属板或喷涂金属塑料板1和2之间，最好，孔4和孔5是相同直径的圆形，上面的孔5如在图11中所示的那样做成锥形。

悬线导体7构成一个导电箔，固定在谐振空腔元件6中间的基片3上，形成一个悬起的同轴馈线，导电箔7组成中间导体，金属板1和2的导电表面构成同轴的外导体，根据这样的结构，由于激励探头8和9辐射线性极化波，相位差为π/2（90°）或者说1/4波长，就产生一个圆极化波。

参看图10，在每个辐射元件内，导电金属片22和23分别与激励探头8和9对准。如图10和11所示，这些元件22和23分别与激励探头8和9在一条直线上，头对头安装，并且彼此隔开一段距离，导电金属片22和23是细长的矩形，并且它是由印制电路或用其他的方法涂复在基片3的表面上制成的，它们向孔5圆周外延伸，并且每个金属片的一端都与金属板2有电连接，使用导电金属片22和23使得有可能降低辐射元件的截止频率，改进回波损耗，或者改进从悬线到波导型的转换（激励）探头的VSWR（电压驻波比）耦合探头8和9之间的隔离大于20dB，因此，辐射元件可以象前面描述的方式一样，有效地接收（传输）圆极化辐射波。

因为导电金属片22和23降低了截止频率，因此能建立匹配，改善回波损耗，当辐射元件的孔4和孔5的直径选择在15.6mm时，可使用小直径的波导以改进镜象抑制。

图12示出一个合成圆极化波的实际电路结构。

参看图12，一对激励探头8和9用悬线把导电箔7连接在基片3的公共面上，在种情况下线10的波长（这个λg是中心频率的线波长），相当于π/2，与箔片7中的一个有超前相位的箔片连接，因此这个波与组合段11处在相位相同，由于激励探头8与具有1/4周波的旋转向量E和H成一条直线之后，激励探头9也同样成一条直线，所以作为接收天线使用时，这样的结构可以允许接收顺时针的圆极化波。由于增加了与激励探头9连在一起的箔线延长部分10，激励探头8和9对在T处和结点11处的合成信号产生几乎同相位的分量。

如果把附加部分10安插在与激励探头8连在一起的箔线7上，这种装置可以接收一个逆时针的圆极化波，这也可以理解成，只把固定激励探头8和9及馈线7的基片3翻转过去就可完成。这样图12所示的本发明的实施例的这种结构形式，在安装时做很小的改进就可以接收两种圆极化波。

参看图13，它表示了一个天线阵，在这天线阵中，许多象图10和图13所示的圆极化波辐射元件，从一个公共馈点24，由所有同相的悬线供给能量。实际上，对于12GHz的频率天线阵由256（16×16）个圆极化波辐射元件组成，这个天线阵的面积为40cm×40cm，在这种情况下，第一金属板1和第二金属板2上制成的孔4和孔5分别与圆极化波辐射元件对准，每个辐射元件的激励探 头8和9通过悬线把导电箔7连接在公共馈点24上，这种形式下，所有连接线的长度相等。

使用这样设计的结构，通过改变导线的特性可以得到多种辐射图。

例如，如果改变从公共馈点24到一些辐射元件的激励探头8和9的距离，则从这些辐射元件提供的能量的相位也随之改变，此外，如果减小阻抗比，或者增大悬线分支处的宽度，就有可能改变从分支到公共分支线产生的信号幅度，同时改变天线的方向性。

如图13所示，把一个最靠近天线阵中心的辐射元件移去，然后把一个馈电波导转换器，其外形如图中虚线所表示的矩形盒25，安放在天线阵的这个点处。一个波导管（没有图示）通过这个波导转换器25连到公共馈电点24上，从一个矩形波导管到一个同轴线间的转换是使用常规的方法实现的，在此不再细述了。用一个电阻26装在那个能常连接在被移去的有馈线阻抗特性的辐射元件的线的终端，以防移去那个辐射元件后产生的反射影响，通过使用图13所示的这种装置，馈线的长度可缩短，这样由馈线所降低的天线增益，可以得到改善。

在这个实施例中，各自独立装置的悬线宽度增大，如标号7′所示，也就是，悬线是由谐振空腔6和导电箔7组成，这样如果悬线单独地装设在辐射元件之间，悬线的宽度增大。参照图13，悬线导电箔7单独装设在辐射元件间，因此宽度就比其他的悬线7的宽度大，当然悬线穿过的谐振空腔6的宽度也就相应地增大，但没有图示。

参看图3与图4来介绍这个实施例的效用，在图3中t表示基片3的厚度，L表示空腔谐振器6的宽度，d是空腔谐振器的高度，W是悬线导体7的宽度。实际上，在所熟悉的圆极化波辐射元件中，t是25微米，d是1.4毫米，L是2毫米，W是1毫米，对应于12GHz频率，在图4中用虚曲线表示的传输损耗大约为3dB/m，在这个实施例中，t选为25微米，d为1.4毫米，L为4毫米，W为2毫米，对应12GHz频率，在图4中用实曲线表示的传输损耗为1.8dB/m，相应地，如果元件的长度，即悬线导体7的宽度增加到50厘米，这就有可能比先前技术增加天线增益约为0.6dB/m。

象上面所述的本发明是应用在圆极化波平面天线阵上的，但是并不仅仅限制在圆极化波平面天线上的应用，也可以引用到类似的其它平面天线阵。此外，本发明也不仅仅限于悬线构造型的平面天线阵，也适用于微带线结构型的平面天线。

根据上述本发明的实施例，由于馈电线的线宽，例如悬线的宽度可以部分增加，则馈线损耗或者传输损耗可以减小，同时天线的增益得到改善。

图14所示的是根据本发明的具有薄膜状的基片3的平面天线阵的另一个实施例。在图14中相应于图13中类似的部件都是以同一符号标示，在此不再详细介绍。

显然，根据图13和图14相比较，在图13中最靠近天线阵中心被移去辐射元件的地方用一个辐射元件来替换，正好在公共馈点24前安装一个滤波器27。如图15中所示，滤波器27是把导电箔27A切成1/2λg（例如1/2λg＝11.5～1.5cm）形成的岛形元件27B制成的，在这种情况下，两个相邻岛形元件27B之间的缝隙G选择在端部较窄、中部较宽，（例如两个元件端部之间为0.1mm，而中部为1mm。如图15中所示，滤波器27是由5个岛形元件27B组成，但是滤波器27可以由2个或3个或5个以上岛形部件27B构成。这样的滤波器叫做端部耦合型滤波器，发表在1986年7月的《微波杂志》的第75～84页上。

另一方面，象图16所示，不同的岛形元件27B每个可以倾斜一定的角度排列，例如大约45°，在这种情况下，可以在岛形元件27B的两端做成带有凹槽的元件N，以便减少阻抗匹配的影响，这种型式的滤波器叫做并联耦合型滤波器，发表在1980年10月的《微波杂志》的第67～71页上。

图15与图16所示的滤波器27设计成一个带通滤波器，如图17所示，这种滤波器的带通特性在一个期望的频率f。（11.7～12.7GHz）的前后有f₁～f₂为800MHz的带宽，使用这种滤波器27使得截止不期望的频率分量和防止如图象干扰及其类似的各种干扰成为可能。

此外，在每一个圆15和图16所示的实施例中，滤波器27与其它元件使用导电箔在公共薄膜状基片上一次制成。这样，可使滤波器27的构造相应地简化。

不用说，滤波器27可以与图6所示的电路装置一起制成。

图18和图19说明了用上述本发明的实施例的波导转换器装置。图18是这个波导转换器的平面图，图19是它的后视图（图示后表面，在此安装天线）。

参看图18与图19，展示了一个转换器主体31在它的上部，装有输入元件32，以便与平面天线阵连接（没有图示），这个输入元件32是一个波导结构，并且周围有法兰盘33，用于把转换器接到天线。在法兰盘33的四个角上开有螺孔34。由于在螺孔34a中离转换器主体31最近的一个螺孔不能安放螺钉，可把它做成例如半球形状的凸面体以便定位。一个与转换器31内部电路连接的转换探头35，象图19所示的，插入输入元件32内，则转换器主体31就通过一个两端开有一对螺孔37的钢带36固定在平面天线阵上，（图中没有示出）。转换器主体31上有一个输出接头38用于连接同轴电缆（图中没有标出）。

上面描述的波导转换器象图20与图21所示的那样，安装在平面天线阵上，图20是平面天线阵的后视图（正如天线阵的后表面所见的那样，波导转换器就连在其上面），图21是本发明波导转换器连在平面天线阵的侧视图。

如上所述的，平面天线阵包括第一和第二金属板（或者喷镀金属塑料板）1和2，以及夹放在第一和第二金属板1和2中间的薄膜状的基片3（柔性薄膜状的基片）。第一金属板1上制有许多孔4，每一个孔都做成凹状的或者凹面状的。第二金属板2上做有与孔4直径相同的孔5，而每个孔5在该元件的上面做成锥形。这样孔4与孔5都可以互通。当基片3夹放在第一和第二金属板1和2之间时，孔4与孔5在同一轴线上相互重合，则为精确定位。

此外，馈电元件24装在天线中心，在此处的一个辐射元件被移去。馈电元件24插入平面天线阵的后表面（图21中的左面）。

在馈电元件24的周围，第一金属板1的外表面或后表面上装有一个凹口元件45，被做成法兰盘33相应的形状，这个凹口元件45做成一个凹面以与法兰盘33牢固地对接，通过凹口元件45三个角上的螺孔46并与法兰盘33上的螺孔对齐。在凹口元件45的角上有一个凹面元件46a与法兰盘33上的凸角34a对齐。连在导电箔（没有标出）上的转换探头47插入馈电元件24中。在金属板1的后面有螺孔48与钢带36上的孔37相联。此外，在金属板1的后面，有许多螺孔49以使金属板1与2固定在一起。当然，也要通过基片3与第二金属板2上的许多螺孔与螺孔49相联接（图中没有标出）。

下面介绍如何把转换器安装在平面天线阵上：

沿着第一金属板1的后表面安放转换器主体31，把法兰盘33装在凹口元件45中，凸面部件34a和凹面部件46a按定位互相啮合。然后把螺孔34、46和孔37、48对齐叠合，中间用一个螺钉穿过（没有标出），把转换器连接到天线上。接着把输入部件32上的转换探头35与馈电元件24上的转换探头47连接在一起，这样平面天线与转换器就有了电气连接。

图22和图23表示了连接在平面天线阵上的外壳50和屏蔽罩51，它们背面装有波导转换器31，图21是它的侧视图，图23是它的后视图。外壳50可以是塑料材料制成的，例如有很好抗天气变化性能的加强型纤维塑料。屏蔽罩51也是由塑料材料制成的，几乎不衰减高频电磁波，并且也要有很好的抗天气变化的性能，第二金属板2和屏蔽罩51之间形成一个预定尺寸的空间以减小任何反射损耗。

根据图18至图23所示的本发明的实施例，因为波导结构的馈电部件是安装在天线的后表面并且与波导输入方式的转换器在天线后表面相结合，以致减小其厚度，这样与常规的天线，例如抛物面天线及其类似的天线相比，天线可较容易安装，以任何形式安装的天线的自由度可增加，物理条件，例如风压载荷可以降低。

此外，由于天线暴露在外的只是平面天线阵元件，平面天线阵元件，即平面天线阵可以防雪，也不需要占有过多的空间。

在图15中所示的滤波器的一个实施例，从上面一个缝隙开始往下，各种缝隙的宽度分别为0.1mm，0.5mm，1mm，1mm，0.5mm和0.1mm，在图16中，相应的宽度分别为：0.5mm，1mm，1mm，和0.5mm。

上面是对本发明优选实施例的描述，但是很明 显，由于在基于本发明的基本思想及适用范围内，使用某种更高的技术，该装置也会有些改变，因此本发明的范围，不仅仅受权利要求限定。

Claims (17)

1、一种悬线馈电式平面天线阵，包括：一个夹在一对导电板(1、2)之间的基片(13)，每个所述导电板(1、2)具有多个彼此隔开、限定着辐射元件的孔(4、5)，所述多个孔(4、5)具有至少一个在所述基片(3)上的激励探头(8、9)；用于将所述至少一个激励探头(8、9)接收的信号按照相同的相位连接到一个悬线去的装置(7)；用于将形成在所述导电板(1、2)上的所述基片(3)固定在各所述多个孔(4、5)周围的固定部件(13)；用于将信号馈送到所述悬线的馈电部件(24)；和一个连接到所述馈电部件(24)的转换器(31、32)；

其特征在于，所述天线阵还包括：所述导电板(1、2)上在邻近的所述孔(3、4)之间所形成的宽的沟纹部件(14)；并且多少所述悬线共同安置在其中某些所述沟纹部件(14)内。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的孔（4、5）是圆形的，和环绕每一个孔（4、5）用于固定所述的基片（3）的固定部件（13）是环状的。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的导电板（1、2）为矩形结构，并有所述的固定部件（13）在所述导电板（1、2）的外周边上。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于所述的用于连接的装置包括用于把所述的多个激励探头（8、9）连接到一个馈电点（12）的悬线连接装置（7）。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的馈电点（12）设置在一个孔中，所述导电板（1、2）的另一个固定部件（13a）环绕所述的孔安装配置。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在独立地设置一个单独悬线（7）的悬线部分（10），其宽度增大。

7、根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述馈电部件（24）为安装在所述天线背面的波导结构;所述转换器部件（31、32）安装在所述天线背面;所述馈电部件（24）和所述转换器部件（31、32）整个地安装在一个薄的单独结构单元中。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的馈电部件（24）设置在天线阵的中央。

9、根据权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于，一个滤波器（27）安装在所述的馈电部件（12）和所述的悬线（7）之间。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的滤波器是一个悬线结构的带通滤波器（27）。

11、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的至少一个激励探头（8、9）包括在所述基片（3）上的一个公共平面里互相垂直地形成的、与所述孔（4、5）对准的一对激励探头（8、9）。

12、一种悬线馈电式平面天线，包括一个夹在一对导电表面之间的基片，其中一个所述表面具有多个限定着辐射元件彼此间隔的孔的阵列;相应的多个辐射器的阵列在所述基片上形成，分别与所述孔相对准;还具有供所述导电表面在其上淀积的顶板和底板;用于对所述辐射器馈电的馈电部件;和将所有的所述辐射器互连到所述馈电部件的悬线，其特征在于，悬线的一部分的线宽有所增加。

13、根据权利要求12所述的天线，其特征在于，在所述线宽有所增加的悬线的一部分处，独立地设置一个单独悬线。

14、根据权利要求12所述的天线，其特征在于，它还包括设在所述天线的后表面的波导结构的馈电部件，和附在所述天线的后表面的一转换器结构，所述馈电部件和所述转换器整体地形成薄的单独结构单元。

15、根据权利要求14所述的天线，其特征在于，所述馈电部件位于阵列中部。

16、根据权利要求12所述的天线，其特征在于，所述馈电部件与所述悬线之间设有一滤波器。

17、根据权利要求16所述的天线，其特征在于，所述滤波器是个悬线结构的带通滤波器。

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