CN101919118A - 用于接收圆偏振波的缝隙波导天线 - Google Patents

用于接收圆偏振波的缝隙波导天线 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种用于接收圆偏振波的缝隙波导天线，该缝隙波导天线能够通过在具有波导的导体板与最上层的偏振器之间附加地形成绝缘板来提高阻抗匹配、轴比和轴比带宽。该用于接收圆偏振波的缝隙波导天线包括：下部导体板和中间导体板，彼此相接合以形成卫星频率信号所传输至的馈线和波导；以及上部导体板，接合至中间导体板的上部，并具有多个空腔和缝隙，以与所述波导相连通，以便传输和接收卫星频率信号，所述缝隙波导天线包括：偏振器，具有用于将线偏振波转换为圆偏振波的带状导体和在上部导体板的上部处形成的匹配短截线；以及绝缘板，设置在上部导体板与偏振器(100)之间，以执行与空间阻抗的阻抗匹配。

Description

用于接收圆偏振波的缝隙波导天线
技术领域
本发明涉及一种用于接收圆偏振波的缝隙波导天线，更具体地，涉及一种能够通过在具有波导的导体板与最上层的偏振器之间附加形成绝缘板来提高阻抗匹配、轴比和轴比带宽的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线。
背景技术
在卫星天线中的缝隙波导天线中，卫星信号所传输至的馈线形成为波导，以将在传统的微带接线阵列天线(microstrip patch arrayantenna)中发射信号的过程中产生的馈电损耗(feeding loss)最小化。
通常，通过堆叠具有馈线和波导的下部导体板、中间导体板和上部导体板来形成缝隙波导天线。具有这种多层结构的缝隙波导天线通过经由波导来发射卫星信号而具有低电阻损耗和低辐射损耗。
由于由下部导体板、中间导体板和上部导体板形成的天线通常是用于接收线偏振波的缝隙波导天线，因此，当天线接收圆偏振波而非线偏振波时，其具有低接收效率。
因此，在上部导体板上设置具有用于将线偏振波转换为圆偏振波的带状导体的偏振器，以接收圆偏振波。即使在将偏振器设置在上部导体板上时，仍存在由于非常低的阻抗匹配、轴比和轴比带宽而导致的低接收效率的问题。
为了解决该问题，本发明的申请人已经提出了题为“用于接收圆偏振波的缝隙波导卫星天线”的韩国专利第686606号，其中，在用于将线偏振波转换为圆偏振波的偏振器上形成带状导体和匹配短截线(stub)，以提高圆偏振波的轴比和轴比带宽，并且在上部导体板的缝隙(slot)上端处形成凹槽，以提高天线的阻抗匹配和圆偏振波的轴比和轴比带宽，从而高效地接收圆偏振波。
然而，在上述专利中，由于将偏振器直接堆叠在上部导体板的上端上，因此在移动卫星信号和通信的频带时会偶尔产生阻抗不匹配，从而降低了天线的增益，在轴比频率变动时会使轴比特性恶化，或者减小了轴比带宽。
发明内容
技术问题
因此，鉴于上述问题我们完成了本发明，本发明的目的是提供一种用于接收圆偏振波的缝隙波导天线，该缝隙波导天线能够通过在上部导体板与用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的偏振器之间附加地接合具有特定介电常数和厚度的绝缘板，来提高阻抗匹配、轴比和轴比带宽，从而高效地接收圆偏振波的卫星信号。
技术方案
根据本发明的一方面，可以通过提供一种用于接收圆偏振波的缝隙波导天线来实现上述和其他目的，该缝隙波导天线包括：下部导体板和中间导体板，彼此相接合以形成卫星频率信号所传输至的馈线和波导；以及上部导体板，接合至中间导体板的上部，并具有多个空腔和缝隙，以与波导相连通，以便传输和接收卫星频率信号，该缝隙波导天线包括：偏振器，具有用于将线偏振波转换为圆偏振波的带状导体和在上部导体板的上部处形成的匹配短截线；以及绝缘板，设置在上部导体板与偏振器之间，以执行与空间阻抗的阻抗匹配。
优选地，通过双面胶带将绝缘板接合至偏振器和上部导体板，该偏振器和该上部导体板分别设置在绝缘板上方和下方。优选地，在双面胶带上的与形成在上部导体板上的缝隙相对应的位置处形成通孔，该上部导体板设置在双面胶带的下方。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，其中：
图1示出了根据本发明的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的组合透视图；
图2示出了根据本发明的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的分解透视图；以及
图3示出了根据本发明的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的组合截面图；
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明实施例的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的组合透视图。图2示出了用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的分解透视图。图3示出了用于接收圆偏振波的缝隙波导天线的组合截面图。
如图1至图3所示，根据本发明的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线包括顺次堆叠的下部导体板400、中间导体板300、上部导体板200、绝缘板500以及偏振器100。在下部导体板400、中间导体板300和上部导体板200的对应位置处分别形成紧固孔401、301和201，使得通过诸如螺栓的紧固装置将下部导体板400、中间导体板300和上部导体板200彼此相接合。
在下部导体板400和中间导体板300上形成用于传输卫星信号的波导420和320以及用于分配信号的分配器421、422和423。
同时，下部导体板400包括用于接收卫星信号并改变所接收的卫星信号的方向以将卫星信号传输至波导420的凸起(bulge)440和辐射管(radiation pipe)430。在波导420的末端形成馈线410以将卫星信号输出到外部。此外，在中间导体板300上的通过分配器分配的波导320的末端处形成辐射凹槽310，以与上部外侧相连通(communicate)。
上部导体板200具有：穿过上部导体板200的多个缝隙210；凹槽230，其围绕缝隙210的上部而形成并具有去除特定深度的上部；以及上表面240，用于限定凹槽230之间的边界。此外，在上部导体板200的下部形成空腔220，使得空腔220的下侧开启，并使空腔220的上侧与缝隙210相连通。以一定尺寸形成空腔220，以与四个相邻的缝隙210相连通。
缝隙210用于接收卫星信号。凹槽230和上表面240用于将分别接收到缝隙210的卫星信号之间的干扰最小化。空腔220用于扩展天线的阻抗带宽，并将通过相应的缝隙210接收的卫星信号传输至中间导体板300的辐射凹槽310。凹槽230形成为具有等于或近似于缝隙210的长度的直径的圆柱形，以便使线偏振波以某个角度旋转。限定多个凹槽230之间的边界的上表面240用于防止施加到相应缝隙210的卫星信号泄漏从而引起干扰。
偏振器100以薄膜形式配置。该偏振器100包括形成在上部导体板200的上部上的带状导体110和匹配短截线120，其中，带状导体110将线偏振波转换为圆偏振波，匹配短截线120形成为在带状导体110的相对侧突出以改变阻抗。带状导体110用于通过与缝隙210的辐射干扰将线偏振波转换为圆偏振波。带状导体110相对于缝隙210以约45度形成，使得频率信号在影响带状导体110的同时而从缝隙210被适当地辐射。匹配短截线120用于提高通过带状导体110所转换的圆偏振波的轴比(axial ratio)和轴比带宽。将用作电感或电容元件的匹配短截线120接合至带状导体110，以改变天线的阻抗。因此，匹配短截线120用于通过移动天线的共振频率或扩展带宽来提高轴比带宽。此外，匹配短截线120改变通过带状导体100而转换为圆偏振波的频率信号的相位，以产生具有提高了的轴比的圆偏振波。
绝缘板500是具有特定介电常数和厚度的板。绝缘板500设置在偏振器100与上部导体板200之间。绝缘板500形成为具有低插入损耗和低介电常数，从而阻止表面波并增大频带宽度。绝缘板500形成为其介电常数近似于空气的介电常数，以用作插入在偏振器100与上部导体板200之间的空气层。在本实施例中，绝缘板500形成为具有1～2的介电常数。
绝缘板500用于支撑偏振器100和上部导体板200，以使偏振器100和上部导体板200在绝缘板500的一定介电常数下保持间隔绝缘板500的厚度。
如果上部导体板200非常接近偏振器100，则当对上部导体板200感应的信号被激发至偏振器100的带状导体110时，会产生阻抗不匹配，从而引起一定的问题，诸如激发至偏振器100的带状导体110的仅一部分信号被辐射到空间。此外，随着上部导体板200与偏振器100之间的距离变大，阻抗与轴比带宽也增大，而在带状导体110与缝隙210之间传递的能量强度变小。因此，阻抗匹配变得困难。
因此，应当适当地调整上部导体板200与偏振器100的带状导体110之间的距离。通过绝缘板500的厚度来调整上部导体板200与偏振器100的带状导体110之间的距离。在本发明的实施例中，相对于上部导体板200和偏振器100的带状导体110的阻抗匹配，绝缘板500形成为具有约1mm的厚度。
绝缘板500适当地调整上部导体板200与偏振器100的带状导体110之间的距离，并提供上部导体板200与偏振器100之间的特定介电常数，以减小天线的辐射部分的相对介电常数。因此，其有助于与空间阻抗的阻抗匹配，并能够通过根据在接收卫星信号并移动通信频带时所产生的阻抗不匹配而降低天线损耗，来提高天线的增益。此外，能够解决诸如在通过改变所使用的频带(band)而使轴比频率改变时所产生的轴比特性恶化和轴比带宽减小的问题。
通过双面胶带510将绝缘板500的上部接合至设置在绝缘板500上方的偏振器100。此外，通过使用双面胶带510将绝缘板500的下部接合至设置在绝缘板500下方的上部导体板200。在双面胶带510上的与形成在上部导体板200上的缝隙210和凹槽230相对应的位置处形成通孔511，该上部导体板设置于双面胶带510的下方。通孔511用于降低根据设置在上部导体板200与偏振器100之间的双面胶带510的介电常数所导致的相对介电常数的变化而可能产生的轻微损耗。优选地，双面胶带510由薄且透明的材料形成。
如上所述，在根据本发明的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线中，在偏振器100与上部导体板200之间插入绝缘板500，从而有助于与空间匹配的阻抗匹配，提高天线的增益，并提高圆偏振波的轴比和轴比带宽。
虽然为了说明性的目的已经公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应当理解，在不背离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，各种修改、添加和替换都是可行的。
工业实用性
在根据本发明的用于接收圆偏振波的缝隙波导天线中，在具有缝隙的上部导体板与用于将线偏振波转换为圆偏振波的偏振器之间形成具有特定介电常数和厚度的绝缘板，以有助于与空间阻抗的阻抗匹配。因此，其能够通过根据在改变使用频率时产生的阻抗不匹配而降低天线损耗，提高天线的增益并增大圆偏振波的轴比和轴比带宽。

Claims (4)

1.一种用于接收圆偏振波的缝隙波导天线，包括：下部导体板和中间导体板，二者彼此相接合以形成卫星频率信号所传输至的馈线和波导；以及上部导体板，接合至所述中间导体板的上部，并具有多个空腔和缝隙，以与所述波导相连通，以便传输和接收卫星频率信号，所述缝隙波导天线包括：偏振器(100)，具有用于将线偏振波转换为圆偏振波的带状导体(110)和在所述上部导体板(200)的上部处形成的匹配短截线(120)；以及绝缘板(500)，设置在所述上部导体板(200)与所述偏振器(100)之间，以执行与空间阻抗的阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的缝隙波导天线，其中，通过双面胶带(510)将所述绝缘板(500)接合至分别设置在所述绝缘板(500)的上方和下方的所述偏振器(100)和所述上部导体板(200)。
3.根据权利要求2所述的缝隙波导天线，其中，在所述双面胶带(510)上的与形成在所述上部导体板(200)上的缝隙(210)相对应的位置处形成通孔(511)，所述上部导体板设置在所述双面胶带(510)的下方。
4.根据权利要求1所述的缝隙波导天线，其中，所述绝缘板(500)形成为具有1～2的介电常数。
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