CN101322284B - 双极化平面阵列天线及用于其的辐射元件 - Google Patents

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Abstract

一种RF天线结构，其包括具有导电壳体及位于壳体中不同高度上的上部探针和下部探针的至少一个辐射单元。壳体在上部探针与单元底部之间具有至少两个不同的横截面。

Description

双极化平面阵列天线及用于其的辐射元件
技术领域
本发明涉及天线，尤其涉及背腔天线(cavity backed antennas)。
背景技术
一种适用于(例如)卫星通讯的天线是平面阵列天线(planar arrayantennas)。平面阵列天线通常由至少部分地限定在印制电路板上的一个阵列的许多(例如几百个)单元(cells)构成。
在简单的天线中，每个单元包括单个电探针(electric probe)，其或者接收来自远程天线(例如卫星携带的天线)的电磁信号，或者向远程天线发射电磁信号。平面天线的底部反射层反射向下传播的电磁信号，使得信号朝向远程天线向上反射。
建议使用双波束和双极化(dual polarization)天线，其中各单元均包括两个在分开的层中正交的电探针，使得探针共享一个公共的单元孔。为了防止单个单元内探针之间的相互干扰，需要使用单元内的隔离。
授予Rammos的美国专利U.S.5,872,545描述了这种双波束和双极化天线，该专利的公开内容以引用的方式结合到本文中。然而，波束间单元内的隔离只局限于Rammos天线，因此，天线不能用于对信号极化敏感的应用场合。
单个单元波束间隔离的问题在于混合于相对较大的平面阵列中，其中平面阵列用于在相对较宽的频带宽度上(例如用于通讯)发射。在这种阵列中，单元之间也需要单元间的隔离。为了防止单个单元之间的相互干扰，(例如)各单元可用金属框架包围。虽然这种金属框架提高了各单元的辐射效率，但是，它们干扰单元内的隔离，并使得双极化单元的使用更加困难。
授予Shelley等人的美国专利公布说明书2003/0122724描述了带有具有两个正交探针的元件的平面阵列天线，该专利的公开内容以引用的方式结合到本文中。该说明书描述了用来增强与各探针相关联的信号之间的隔离的部件。
发明内容
一个示范性的实施例涉及包括多个辐射单元(本文称作辐射器)微波平面天线，其中辐射单元具有位于不同层的正交的激励/接收探针。各单元被金属壳体(metallic enclosure)所包围，其中金属壳体在激励探针之间的空间中限定至少两个不同的横截面。在一些实施例中，不同的横截面具有截然不同的形状。备选地或附加地，不同的横截面可在尺寸上有所不同。在激励探针之间的空间中壳体的横截面可备选地选择成使来自下方激励探针的辐射最大限度地向上通过，而同时使来自上方激励探针的辐射向下的传播达到最小。其中，这种布置降低了来自上方探针向下的交叉耦合(cross coupling)，并提高天线的发射和/或接收效率。
天线可可选地在单个天线面板(antenna panel)中包括至少10、20、50或者甚至100个单元。在示范性的实施例中，单个天线面板可包括超过200、500或者甚至超过一千个单元。在一些实施例中，正交的电探针可能够同时支持双极化。
可选地，为了改善相邻单元之间的隔离，沿着单元壳体的整个高度/深度上保持连续的电导性。
在一些实施例中，为了降低单元的截止频率并提高单元的频率响应，单元的金属壳体至少部分地填充介电填料(dielectric fillers)。
可选地，几层(例如2-4层)介电覆盖层(dielectric overlays)可按发射方向覆盖单元的顶部，以使单元的阻抗更好地与开放空间的阻抗(377欧姆)相匹配。这种布置提高了辐射器和阵列整体上的辐射效率。
一些实施例的一方面涉及包括多个波导辐射单元的微波平面天线，其中波导辐射单元具有一个或多个在不同的单元中具有不同介电特性的层(例如一个或多个覆盖层)。
在一些实施例中，不同单元的封盖(covers)可根据各单元上方天线罩(radome)的平均介电特性而具有不同的介电特性。备选地或附加地，为了给天线的视向增加倾斜角度，不同单元可具有不同的介电特性。
在一些实施例中，覆盖的介电层(dielectric layers)可平行于单元的探针并在其介电值上有所不同。备选地，一些或全部单元的一些或全部介电封盖(dielectric covers)可相对于它们各自单元的探针倾斜一定的角度。在一些实施例中，至少一些单元的至少一些介电封盖可具有非均匀的厚度和/或不同单元的封盖可具有不同的厚度。
因此，根据本发明的实施例提供了RF天线结构，其包括至少一个具有导电壳体(conductive enclosure)以及位于壳体内不同高度上的上部探针(probe)和下部探针的辐射单元，上部探针与单元底部之间的壳体具有至少两个不同的横截面。可选地，天线结构包括至少16个辐射单元或者甚至至少64个辐射单元。可选地，导电壳体将该至少一个单元内产生的波与天线结构中相邻的单元隔离。可选地，导电壳体包括基本上连续的金属壳体。可选地，上部探针和下部探针彼此大致呈90°定向。可选地，天线包括平面阵列天线结构。可选地，上部探针之下壳体的上部比壳体的下部具有更长的宽度。可选地，上部具有的宽度允许上部探针产生的频率至少低至12GHz的波传播，而下部施加(impose)有截止频率，该截止频率不允许来自上部探针的频率低于13GHz的波传播。
可选地，使该至少一个辐射单元适应于发射预定频带的波，其中上部允许上部探针产生在预定频带内的波传播，而下部基本上不允许上部探针产生在预定频带内的波传播。
壳体的下部在下部探针之上或在下部探针之下。可选地，壳体上部的高度大致等于可穿过上部但不能从上部之下穿过的频率的四分之一波长。可选地，上部探针与下部探针之间单元的横截面面积小于100平方毫米。可选地，壳体内单元的横截面至少在其部分高度上具有大写“T”的形状。可选地，天线结构在单元导电壳体之上包括至少一个介电封盖。可选地，单元上方的该至少一个介电封盖有效地将单元与环境中的污物和湿气隔离。可选地，该至少一个介电封盖不垂直于单元波束的方向。可选地，该至少一个介电封盖具有非均匀的厚度。可选地，壳体包括小于上部探针并且用作单脊波导结构的金属脊。
根据本发明的实施例还提供了平面天线阵列，其具有发射面并包括多个排成阵列的单元，各单元包括第一天线探针、与第一天线探针间隔开的第二天线探针、以及位于第一和第二天线探针之间的反射器结构，此反射器结构构造成使第二天线探针发射/接收的RF波通过，而反射第一天线探针发射/接收的RF波。
可选地，第一天线探针具有第一RF极化，而第二天线探针具有不同的RF极化。可选地，反射器结构包括波导段，该波导段使带有第二天线探针极化的RF波通过，而截止带有第一天线探针极化的RF波。可选地，反射器结构与第一天线探针间隔开一定的距离，使得自反射器结构反射的RF波加强第一天线探针产生或接收的RF波。可选地，第一和第二天线探针彼此垂直定向。
附图说明
具体的非限制性的示范性实施例将参照以下实施方式结合附图进行描述。在多于一个附图中出现的相同的结构、元件或零件优选地用相同或类似的数字在它们出现的所有附图中进行标注，其中：
图1是根据示范性的实施例用于天线面板的共同馈电导体阵列(corporate feed conductor array)的示意性布置；
图2是根据示范性的实施例的辐射单元的剖视图；
图3是根据示范性实施例的天线的激励探针在其相应的框架内的示意性俯视图；
图4是根据示范性实施例沿着图2中的虚线A-A′平行于示范性天线的前部截取的下部壳体及其相应的介电填料的截面图；
图5是根据示范性的实施例图2的示范性辐射单元在其上部探针之下沿着图2中的虚线B-B′的截面图；
图6是根据示范性的实施例天线罩之下的天线面板的示意性截面图。
具体实施方式
总体结构
图1是根据示范性的实施例用于示范性的天线面板100的共同导电馈电阵列的示意性俯视图布置。天线面板100在每个馈电点的末梢端包括多个单元102，其中馈电点在馈电线路的共同阵列中连接到通常称为共同馈电网络(CFN)中的单一的中心主馈电线路104。尽管图1中只示出了一个CFN，天线面板100一般包括位于两个平行层中的两个CFN。CFN可选地由隔离层隔开并可选地夹在隔离层之间。可选地，CFN可用微带线、悬带线和/或波导来实现，不过还可使用用于RF发射线路的其它物理结构。
在一些实施例中，天线面板100包括至少16，20或者甚至至少50(例如64)个单元。可选地，天线面板100包括至少100，250或者甚至至少500个单元。天线面板100可能包括超过1000个或者甚至超过1500个单元。为一些示范性实施例建议的实际的单元数目为128、144、256和576和/或优选地被16整除的其它数目和/或其它数字的平方。
各单元可选地可具有小于2平方厘米、小于1.4厘米或者甚至不超过1平方厘米的面积。可选地，天线面板100可在宽频带内(例如，当设计为Ku-频带操作时至少1GHz或者甚至至少4GHz或5GHz)用于高效的数据发射和/或接收。在一些实施例中，天线可具有小于8GHz、小于6GHz及在一些情况下小于4GHz的频带宽度。天线100可选地可用于以大于10％，20％或甚至大于30％的相对频带宽度发射。在示范性的实施例中，天线100设计成以Ku频带(即10-18GHz之间的频带)内的中心频率工作，并且绝对频带宽度为至少3GHz或为至少3.5GHz，例如大约3.8GHz。可选地，天线可设计成用于10.7-14.5GHz的频带。
在一些实施例中，各单元102具有大约5-8dB之间的增益，例如6dB，尽管可使用具有其它增益的单元。可选地，天线面板100可包括足够数量的单元，以达到至少为20dB，25dB或甚至至少30dB的总体增益。
在RF信号发射中，携带数据的待发射RF电信号可馈给中心馈电线路104，信号可从中心馈电线路104分送给整个CFN内所有的单元102。在一些实施例中，电信号可均匀地(例如等幅度及等相对相位)分送给各单元102，各单元102从电信号中产生传播RF电磁波(propagating RF electromagnetic wave)，使得所有单元102发出的RF波结合成RF电磁波束传播模式，其具有等相位波前，并具有足够的强度与远程的接收器(诸如卫星)进行通讯。可以理解，当天线面板100从远程发射器接收RF波时，发生反方向的彼此相反的过程。
图2是根据示范性的实施例的一个单元102的透视图。单元102包括上部电探针151和下部电探针121。探针151和121将RF电信号转变成用于发射的传播RF电磁波(例如微波)，并在接收时将收到的RF微波转变成RF电信号。上部电探针151位于金属框架150内，金属框架150将上部电探针151与其周围环境(例如其它单元102)隔离。类似地，下部探针121可选地位于用于单元间隔离的金属框架120内。
在一些实施例中，为了达到与相邻单元良好的隔离效果，单元102在其大部分高度或者甚至整个高度上被金属隔离所包围。如图2中所示，除了框架150和120之外，隔离可选地包括探针151和121之间的中部壳体140、下部探针121下方的下部壳体128以及上部探针151上方的上部壳体144。可选地，壳体128，140和/或144由连续的金属壁构成。备选地或附加地，一个或多个壳体可具有金属网格结构。示范性单元102的其它部分在以下进行描述。
探针
探针121和151可选地为四分之一波长的单极辐射元件。备选地，探针121和151可为本领域中已知的任何其它类型的可用于面板天线的辐射元件，诸如以上所提到的授予Rammos的美国专利U.S.5,872,545中所描述的任何探针。在一些实施例中，探针151和121形成于位于探针各自的框架150和120中的介电基底154和124上(例如用于各单元的薄PCB基底或带有形成阵列的用于各单元的导电线路(conductive traces)151，121，150，120的更大的基底)。在示范性的实施例中，探针151和121由铜制成，尽管其它导电金属(诸如银或金)也可以使用。
探针121和151可选地具有矩形的形状，以易于设计和/或电气操作。在一些实施例中，探针121和151具有的长度为其宽度的至少50％，至少65％或者甚至至少两倍。可选地，探针121和151两者均为同一尺寸，以便于以相同的幅度和/或频率响应的天线增益来操作。备选地，探针121和151可具有不同的尺寸，例如对应于它们所要操作的各自不同的波长。在示范性的实施例中，探针121和151为大约2.5mm长和大约1.5mm宽。
探针121和151优选地彼此正交，在探针产生(或检测到)的传播RF电磁波之间的极化中形成90°的旋转。可以理解，探针连接到CFN中相应的远端馈电点。探针和/或其馈电线路从包围的金属单元框架中的小间隙中穿过，因此不与接地的框架短路。在示范性的实施例中，上框架150具有正方形的形状，并且上部探针151从上框架150的一个侧边的中部垂直地延伸。下部探针121可选地平行于上部探针151从中延伸的上框架150的侧边，只不过是在框架的下面。可选地，上框架150对称地环绕探针151的长轴线，并环绕探针121的长轴线。
框架
图3是根据示范性的实施例的探针121在其相应的框架120内的示意图。框架120可选地形成在基底124的外周缘上，并可能形成于基底的两面。在一些实施例中，框架120位于基底124的反向表面上的部分连接有覆盖基底厚度(外边缘)的金属。备选地或附加地，一个或多个穿过基底124的通孔(via holes)122电气性地连接到框架120位于基底124的反向表面上的部分。可选地，框架120包括铜，尽管任何其它适当的导电金属(例如银、金)也可以使用。在一些实施例中，框架120包括被其它金属(诸如银或金)覆盖的铜。
在一些实施例中，基底124包括微波隔离材料，其具有恒定的预定介电常数，例如，大约2-2.6之间的介电常数，例如2.2或2.3。在示范性的实施例中，可自位于Connecticut的Rogers Corporation获得的R/TDuroid5880用作绝缘基底的材料。
框架150(图2)具有类似于框架120的结构，包括类似于基底124的基底154，以及类似于框架120中的通孔122的通孔152。对比而言，在一些实施例中，上框架150与下框架120相比具有不同的尺寸和/或形状。
介电填料
在一些实施例中，单元102的部分或全部内容积，例如由壳体140和144所限定的内容积，填充有相应的介电填料。在示范性的实施例中，下部壳体128由具有介电常数为εr1的下部填料132(图2)填充，上部壳体144由具有介电常数为εr3的上部填料封盖138填充，而中部壳体140由具有介电常数为εr2的中部填料130填充。
可选地，介电填料132，138和130具有相同的相对介电常数值，即εr1＝εr2＝εr3。备选地，不同的填料可具有不同的介电常数值，以更好地匹配探针121和151所设计的具体的波长。在示范性的实施例中，εr1＝εr2＝3，而εr3在3与4之间。
自下部探针的传播通道
框架120可选地足够大，以便不干涉来自下部探针121的传播RF微波信号的产生和/或发射。在示范性的实施例中，对于Ku频带发射，框架120具有的长度B2(图3)大于8mm或者甚至大于9mm(例如10mm)。可选地，长度B2并不显著地大于所需的允许波向上传播的长度(例如使用常规的矩形波导设计标准)，以便使各单元120的尺寸达到最小，并由此使包括在给定区域内的单元的数量达到最大。在一些实施例中，长度B2不大于允许波传播所需最小长度的20％，或者甚至不超过10％。在示范性的实施例中，对于Ku频带发射，框架120具有的长度B2小于12mm、小于11mm，或者甚至小于10mm。探针121可选地位于框架长度B2的中部。
框架120可选地具有足够大的宽度W1(图3)，以便不干涉传播到下部探针121或从下部探针121传播的RF微波信号的产生和/或发射。在示范性的实施例中，对于Ku频带发射，框架120具有的宽度至少为3，4或者甚至5mm。因此，在一些实施例中，探针121和/或151具有的长度为其各自框架120和150长度的至少40％，50％或者甚至70％。
图4是根据示范性实施例单元102沿着图2的A-A′线的截面图。可选地，按箭头190(图2)的方向位于单元102内框架120上方的壳体140和144的外壁(图2)和框架150没有位于框架120所限定的区域上面，以便不干涉波传播到下部探针121或来自下部探针121的波传播。在一些实施例中，为了使单元102的尺寸达到最小，单元102在探针121之上具有的长度B1(图4)基本上等于长度B2(图3)。备选地，长度B1大于长度B2(例如)至少5％或者甚至10％。
下部壳体128限定的容积与基底124的厚度一起可选地具有高度H1(图4)，其选择成使得壳体128的底部表面113将下部探针121产生的向下传播的微波信号反射回来。因此，不是所产生的波中一半的能量向下传播，同时只有所产生微波的一半按天线的发射方向向上传播，底部表面113的反射使得基本上所有产生的微波的能量按发射方向传播(在图2中由箭头190所指定)，以致底部表面113可用作反射器结构。在一些实施例中，底部表面113和探针121之间的高度H1选择成探针121产生(或接收)的波的代表频率(例如天线设计波宽的中心频率)的四分之一波长(λ/4)，使得向下行进的信号直到返回探针121时传播的距离为λ/2。当从壳体128的底部表面113反射时，自探针121向下传播的微波信号经历180°的相移，使得返回的信号经历总共360°的相移(相当于整个λ的行程)，这相当于根本没有发生相移。
壳体128可选地具有与框架120的长度B2相同的长度，使得框架120整个区域的波可以经由高度H1向下传播。
自上部探针的传播通道
由中部壳体140(图2)限定的单元102的内容积可选地设计成这种方式，即使来自上部探针151的微波信号只能有限度地向下传播，使得向下传播的波以这种方式向上反射，即与初始从上部探针151向上传播的波结构性地合并在一起。如前述，设计结构还使得允许来自下部探针121向上的微波经由其中通过。
图5是根据示范性的实施例单元102在上部探针151之下的高度沿着图2的B-B′线的截面图。就在上部探针151和框架150之下，壳体140的上部142具有宽度A1，其允许在天线面板100(图1)的设计频带内从上部探针151中无阻挡地产生并传播波。在示范性的实施例中，宽度A1大于8mm或者甚至大于9mm。可选地，A1为大约10mm。在一些实施例中，宽度A1基本上等于长度B1。
壳体140的中部149具有较小的宽度A2，其施加波导截止频率，此截止频率防止上部探针151产生的波向下传播到壳体140的中部149中。因此，中部149用作用于上部探针151所产生信号的衰减模式(evanescent-mode)的波导。在示范性的实施例中，可选地取决于天线面板所设计的具体波长，宽度A2小于8mm或者甚至小于7mm。例如，阻止14.5GHz以下频率的宽度可用于Ku频带天线中。在一些实施例中，如以上关于下部探针121就高度H1所讨论的，上部142具有高度H3，其选择为探针151产生(或接收)的波的代表频率的四分之一波长(λ/4)。
因此，在一些实施例中，在上部探针151与下基底124之间的壳体140具有至少两个不同的宽度(A1和A2)。上部宽度A1可选地使用以便不干涉上部探针151的运行，而较小的中部宽度A2阻止来自探针151的波向下传播。
可选地，壳体128具有还更小的宽度A3，其甚至小于中部149的宽度A2，以便使单元102的宽度上逐渐增加(即获得更好的阻抗匹配)，并由此减少来自下部探针121向上行进的波中向下的信号反射。在示范性的实施例中，壳体128的宽度A3为大约5mm。
在其它实施例中，宽度A2大于施加截止频率所需的宽度，但是壳体128的宽度A3足够小，以阻止来自上部探针151的波向下传播。可选地，在这些实施例中，中部149的高度H1等于天线100所操作的微波信号的中频带频率的四分之一波长，使得从探针151向下传播的信号向上反射，以致它们与从探针151中产生的初始向上传播的信号具有相同的相位。
如所示，框架120的宽度W1等于中部149的宽度A2。在其它实施例中，框架120的宽度W1等于壳体128的宽度A3，或者等于A2与A3之间的中间宽度。
中部壳体
除了具有变化的宽度之外，中部壳体140和/或填料130的内容积至少在与上部探针151正交的方向上具有沿着上部探针151和下部探针121(图2)之间的单元102高度(箭头190所指示)而变化的横截面形状。在一些实施例中，中部壳体140和/或填料130的内容积沿着单元的高度具有至少两个不同的横截面形状。可选地，在下部探针121附近，中部壳体140和/或填料130的内容积(图2)具有矩形的横截面形状，例如类似于下框架120的形状。在一些实施例中，在下部探针121附近，中部壳体140和/或填料130的内容积对称地环绕穿过下部探针121长度的轴线。可选地，在下部探针121附近的横截面形状也关于穿过探针151的轴线而对称。
在上部探针151附近，中部壳体140和/或填料130的内容积可选地具有大写“T”的形状，其对称于穿过上部探针151的轴线，但是不对称于穿过下部探针121长度的轴线。作为“T”形状的备选，上部142可具有由宽度A1和长度B1所限定的矩形横截面，也可以具有由宽度A1和长度B1所限定的正方形横截面。当需要带有倾斜波束的天线面板时，可选地使用该备选实施例，因为正方形形状在上部探针151产生的波中引起偏斜(即波束角度中的倾斜角)。
在一些实施例中，框架150具有与中部壳体140的上部142相同的尺寸和形状。备选地，为了简单起见，框架150可具有正方形的形状，而不管上部142的形状如何。在一些实施例中，框架150相对于壳体140而言较薄(沿着图2中的高度190)，因此，框架150的形状不如壳体140的形状重要。可选地，壳体140、框架150和/或单元102的其它壳体和框架具有呈90°的角度相交的壁。作为90°角度的备选，可使用倒圆的形状，例如在其至少一些角上带有0.5mm的半径。在一些情况下使用倒角可允许更简便的制作。
上部壳体
在一些实施例中，上部壳体144(图2)具有正方形的形状，其允许来自探针121和151两者的信号通过，并允许相对更简便的制作。备选地，上部壳体144具有类似于壳体140上部142横截面的形状，以使单元102的面积达到最小。
可选地，上部壳体144包括形成单脊波导的小金属脊160(图2)，其中单脊波导对于频率范围中的低频提高单元增益。脊160可选地降低上部壳体144的截止频率，并由此提高单元102的频带宽度。
金属脊160可选地足够小，以不覆盖上部探针151显著大的部分。可选地，金属脊160覆盖上部探针151不超过20％，或者甚至不超过10％。在示范性的实施例中，金属脊160不覆盖探针151的任何部分。在一些实施例中，金属脊160从上部壳体144中突出不超过1.5mm、不超过1mm，或者甚至不超过0.5mm。可选地，脊160从上部壳体144中突出至少0.2mm，或者甚至至少0.4mm。金属脊160可选地具有超过1mm、超过1.5mm，或者甚至超过1.8mm的宽度。
在一些实施例中，填料封盖138(图2)的介电值εr3根据天线面板100所设计的频带宽度范围中较高频率的要求进行选择，而金属脊160修正频带宽度范围中的较低频率。
覆盖层封盖
在一些实施例中，单元102在介电填料封盖138之上包括一个或多个介电覆盖层封盖134和136(图2)，其用来改善单元102与周围空间(例如大气)之间的阻抗匹配。改善的阻抗匹配可选地减少单元102与大气之间的信号反射。封盖134和136的介电值可选地使用本领域中已知的方法为改善的阻抗匹配而进行选择。
图6是根据示范性的实施例天线罩602下方的天线面板600的示意性截面图。天线面板600包括多个单元102，其中各单元包括主要的主体610(例如包括壳体128，140和144)和覆盖层封盖134(在图6中标注为134A，134B和134C)，136和138。备选地，一个或多个单元102包括较少的覆盖层封盖或较多的覆盖层封盖，例如包括额外的覆盖层封盖192。
天线罩602将天线面板600与外界的湿气、灰尘和/或环境中的其它干扰颗粒隔离。
在一些实施例中，不同单元的封盖134具有不同的介电特性。可选地，封盖134具有至少部分地根据各单元上方的天线罩的平均介电特性而选择的介电特性。在示范性的实施例中，位于天线罩602的前部610之下的单元封盖134A具有第一介电值，位于天线罩602的中部612之下的单元封盖134B具有第二介电值，而位于天线罩602的后部614之下的单元封盖134C具有第三介电值。当天线面板600不旋转，或者与天线罩602一起旋转时可选地使用该实施例。
在一些实施例中，天线面板600相对于天线罩602旋转。封盖134的介电值可选地进行选择，其中根据单元上方的天线罩的平均介电值进行选择。
介电特性的变化可用多种方法获得，其中一种或多种可恰当地使用。在一些实施例中，介电封盖134平行于单元102的探针，并且其介电值上有所区别，例如形成它们的材料有所区别。可选地或附加地，不同单元102的介电封盖134在其尺寸上有所不同，例如在其厚度上。另外备选地，一些或全部单元102的一些或全部介电封盖134相对于单元探针倾斜一定的角度。在本发明的一些实施例中，至少一些单元的至少一些介电封盖134具有非均匀的厚度和/或不同单元的封盖具有不同的厚度。
尽管以上描述涉及封盖134的介电值的变化，但是，在一些实施例中，封盖136和/或138的介电值也有(或备选地有)变化。
注意到使用具有不同介电特性的封盖134并非局限于用在匹配天线罩的特性中，也可能为了其它目的而使用，诸如在天线面板的波束方向上增加斜度(tilt)，使得波束方向不垂直于天线面板的表面。
结论
注意到尽管以上讨论在许多地方涉及通过探针151和121发射信号，但是，同样的原理也控制通过探针接收信号，并且一个或两个探针均可用于信号接收。
根据上述实施例的天线可用于所需的基本上任何类型的通讯，包括直播电视卫星(DBS)和/或经由卫星接入的互联网。天线可与轨道位置固定的(同步)卫星、低轨道卫星和/或任何其它卫星一起使用。
本文所述的天线面板结构可用作如2005年8月18日所提交的共同未决的美国专利申请10/546,264中所描述的分段式面板阵列(split-panel array)中的各子面板，该专利申请为2004年2月18日提交的PCT/IL2004/000149专利申请的美国国家阶段，其公开内容通过引用结合到本文中。
在示范性的实施例中，上述天线面板用于双极化中的微波信号，例如既使用水平极化又使用垂直极化，和/或使用RHCP(右旋圆极化)和LHCP(左旋圆极化)的一种或两者均使用和，或使用具有任何其它所需极化的传播RF电磁波。在一些实施例中，天线面板的波束方向垂直于天线的表面。备选地，波束方向可相对于天线表面的垂直面偏斜和/或倾斜。
可以想象，上述装置可按多种方式变化，包括改变所使用的材料和所使用的精确结构。基底层的数量可以调整，例如将探针和框架安放在不同的基底上。基本上可使用任何适当的用于天线的制作方法。还应当认识到，上述方法和装置的描述应解释为包括用于执行方法的装置和使用装置的方法。
以上示范性的实施例利用非限制性的具体实施方式进行了描述，其中具体实施方式通过实例提供，而且其并非旨在限制下文中所要求的发明的范围。应当理解，以上关于一个实施例所描述的特征和/或步骤可与其它实施例一起使用，而且并非所有的实施例具有在具体的图中所显示的或关于一个实施例所描述的全部特征和/或步骤。
注意到上述一些实施例描述了发明人所想到的最好方式，因此其包括对于本发明而言可能并非必需的结构、作用或结构和作用的细节，并且它们仅仅作为实例而描述。本文所描述的结构和作用也可由执行相同功能的等同物替换，即使如本领域中所知这些结构或作用是不相同的。因此，本发明的范围仅仅由如权利要求中所使用的成分和限制条件来限定。在以下权利要求中使用时，术语“包括”，“包含”，“具有”及其缀合物表示“包括但不限于”。

Claims (24)

1.一种RF天线结构，包括多个排成阵列的辐射单元(102)，各单元(102)包括：
上部探针(151)；
与所述上部探针(151)间隔开的下部探针(121)；和
位于所述上部探针(151)和下部探针(121)之间的导电壳体(140)，
所述壳体(140)包括带有不同矩形横截面的上部(142)和下部(149)，并具有介电填料(130)，所述横截面经所述导电壳体(140)与RF波的传播方向正交，
其中所述上部(142)的横截面包括与所述下部(149)的横截面的重叠部分，所述下部(149)的矩形横截面的较长尺寸相对于所述上部(142)的横截面的较长尺寸呈90°定向，从而限定了一T形横截面，
其中，所述下部探针(121)相对于所述上部探针(151)呈90°定向以便激励与由所述上部探针(151)激励的波相比呈正交的极化波，所述下部(149)限定一具有第一矩形横截面的波导，且其中所述下部的横截面配置成基本上通过由所述下部探针(121)发送/接收的RF波并基本上防止由所述上部探针(151)发送/接收的RF波通过，所述上部(142)限定一具有第二横截面的波导，并配置成基本上通过由所述下部探针(121)以及由所述上部探针(151)发送和/或接收的RF波。
2.根据权利要求1所述的RF天线结构，其特征在于，所述RF天线结构在所述单元导电壳体(140)之上包括至少一个介电封盖(134)。
3.根据权利要求2所述的RF天线结构，其特征在于，所述单元(102)上方的所述至少一个介电封盖(134)有效地将所述单元(102)与环境中的污物和湿气隔离。
4.根据权利要求2所述的RF天线结构，其特征在于，所述至少一个介电封盖(134)不垂直于所述单元(102)波束的方向。
5.根据权利要求2所述的RF天线结构，其特征在于，所述至少一个介电封盖(134)具有非均匀的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述RF天线结构包括至少16个所述辐射单元(102)。
7.根据权利要求6所述的RF天线结构，其特征在于，所述导电壳体(140)将单元(102)内产生的波与所述天线结构中的相邻单元隔离。
8.根据权利要求6所述的RF天线结构，其特征在于，所述RF天线结构包括至少64个所述辐射单元(102)。
9.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述导电壳体(140)包括基本上连续的金属壳体。
10.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述天线构造成平面阵列天线结构。
11.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述至少一个辐射单元(102)适于发射预定频带的波，并且所述上部(142)允许所述上部探针(151)产生在所述预定频带内的波传播，而所述下部(149)基本上不允许所述上部探针(151)产生在所述预定频带内的波传播。
12.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述壳体(140)的所述下部(149)在所述下部探针(121)之上。
13.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述壳体(140)的上部(142)的高度大致等于可穿过所述上部(142)但不能从所述上部(142)之下穿过的频率的四分之一波长。
14.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述上部探针与所述下部探针(151，121)之间的所述单元(102)的横截面面积小于100平方毫米。
15.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述壳体(140)包括在尺寸上小于所述上部探针(151)并且用作单脊波导结构的金属脊(160)。
16.根据权利要求1所述的平面天线阵列，其特征在于，所述上部探针(151)具有第一RF极化，而所述下部探针(121)具有不同的RF极化。
17.根据权利要求16所述的平面天线阵列，其特征在于，所述导电壳体(140)包括波导段，所述波导段使带有所述下部探针(121)的极化的RF波通过，而使带有所述上部探针(151)的极化的RF波截止。
18.根据权利要求17所述的平面天线阵列，其特征在于，所述导电壳体(140)与所述上部探针(151)间隔开一定的距离，使得自所述导电壳体(140)反射的RF波加强在所述上部探针(151)处产生或接收的RF波。
19.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述上部的横截面关于穿过所述上部探针(151)的轴线对称，但不关于穿过所述下部探针(121)的轴线对称。
20.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述导电壳体(140)含有介电填料(130)。
21.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述RF天线结构适于在10.7GHz到14.5GHz的带宽上运行。
22.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述RF天线结构具有大于30％的相对带宽。
23.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述下部(149)的宽度施加有截止频率，所述截止频率阻止自上部探针(151)发射/接收的RF波向下部探针(121)传播。
24.根据权利要求1或2所述的RF天线结构，其特征在于，所述天线结构构造成用于同时发射和接收。
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