CN105075003B

CN105075003B - 扭转间隔件偏振旋转器

Info

Publication number: CN105075003B
Application number: CN201480011560.5A
Authority: CN
Inventors: A·汤姆森; C·希尔斯; C·比安科托; E·埃布拉希米
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: WO2014189583A3; US9214711B2; EP2973843A2; US20140254976A1; CN105075003A; WO2014189583A2

Abstract

一种波导偏振旋转器，该波导偏振旋转器具有单体主体，所述单体主体具有第一孔；所述单体主体的径向第一间隔件在第一孔的侧壁之间延伸。所述第一间隔件在第一间隔件的第一端部和所述第一间隔件的第二端部之间扭转。波导偏振旋转器可以设置成具有多个第二孔的方阵结构，每个所述第二孔均具有在所述第二孔的侧壁之间延伸的单体元件的径向第二间隔件；所述第一孔的纵向轴线和每个所述第二孔彼此平行。波导偏振旋转器可以通过模制、浇铸等方法进行制造。

Description

扭转间隔件偏振旋转器

技术领域

本发明涉及用于高频射频通信系统中的装置。更具体地，本发明涉及用于改变穿过波导的信号的偏振的偏振旋转器。

背景技术

旋转器元件被放置成与波导方向一致，用于在对信号进行进一步处理之前改变信号的偏振方向。与天线关联的波导可以包括偏振旋转功能，例如允许天线在水平偏振方向和竖直偏振方向之间的转换，而不需要旋转整个天线组件。

在线偏振旋转元件的几何构型在技术领域中是广泛已知的。插入到电信号通道中的转换元件通过期望的角度的旋转逐步地旋转信号，例如从“竖直偏振”到“水平偏振”(或从“水平偏振”到“竖直偏振”)旋转90度。转换元件可以具有多个板、层、或者类似物。但是，这些额外的元件增加了部件的总数量，使得制造复杂化。另外，多层结构会在多个板/层的各层间引入对准和/或信号泄漏的问题。

可替代地，转换元件可以采用延伸穿过波导的多个销状件。但是，波导侧壁上的每个销状件的插入和密封会是劳动密集型的。于1951年9月20日向J.F.Zaleski发布的美国专利号2628278"Apparatus for Rotating Microwave Energy"(“用于旋转微波能量的装置”)公开了一种可调的圆形波导偏振旋转器，其能使用通过销状件悬挂在波导内部的扭转间隔元件，所述销状件的每个端部联接到波导的两个可旋转的主体部分的侧壁。通过使得主体部分相对于彼此扭转，间隔件被扭转以获得期望的偏振角度转换。虽然所需的侧壁销状件互连的数量被减少，但是悬挂在销状件之间的薄的间隔件元件经过一段时间易受到振动、下垂和/或其他形式的畸变的影响。

取决于所使用的设备组合，还需要例如在圆形到矩形波导之间的波导的截面转换件，以作为设置在例如天线和转换件或接收件之间的又一额外部件。

波导和射频设备产业中的竞争主要集中在提升导电性能，减少整体特殊元件的数量，以及减少制造、安装和/或配置的开销上。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能克服现有技术中的缺陷的装置。

附图说明

附图并入并且构成本说明书的一部分，说明了本发明的实施例，其中附图中相同的参考标记表示相同的特征或元件，并且可能不是每个标号出现的附图都做了详细说明，结合本发明的上述大体说明，本发明的实施例的详细描述将如下给出，用来解释本发明的原理。

图1是示例的扭转间隔件偏振旋转器的示意性的某角度等距视图。

图2是图1中的旋转器的示意性正视图。

图3是图1中的旋转器的示意性后视图。

图4是可替代的扭转间隔件偏振旋转器的示意性的某角度正视等距视图，示出了一体的圆形截面到矩形截面的转换。

图5是图4中的旋转器的示意性正视图。

图6是图4中的旋转器的示意性某角度的等距后视图。

图7是图4中的旋转器的示意性后视图。

图8是可替代的扭转间隔件偏振旋转器的示意性的某角度等距视图，示出了单体主体中的多个旋转器。

图9是图8中的旋转器的示意性正视图。

图10是图8中的旋转器的示意性后视图。

图11是可替代的扭转间隔件偏振旋转器的示意性等距视图，示出了含有平板天线和平行格栅元件的多个旋转器方阵。

图12是说明相对于用于共极化和交叉极化信号部件的间隔件的纵向长度的插入损耗。

图13示出了用于共极化、交叉极化的、有平行格栅和无平行格栅的信号分量的辐射图案性能的图表。

具体实施方式

发明人意识到当注意避免悬垂边缘时，具有扭转间隔件的偏振旋转器通过注塑模制、浇铸等方法进行制造可以有效节省开销，并具有高精度，并且能减少与多层偏振旋转组件有关的对准或密封问题。另外，在需要高密度阵列的偏振旋转器的应用中，与接入各自的侧壁有关的现有问题(例如用于施加穿过侧壁的销状件的互连件等的问题)可以被消除。

如图1到图3所示，示例性波导偏振旋转器1具有带孔10的单体主体5，其中，单体主体5的径向间隔件在侧壁20之间延伸。间隔件15在间隔件15的第一端部25和间隔件15的第二端部30之间扭转。因此，射频信号与沿孔10具有与间隔件15的第一端部25和间隔件15的第二端部30之间的角度相一致的偏振偏移。

本领域中的技术人员可以理解的是，本发明所采用的径向被限定为穿过图形例如圆形或者矩形(包括正方形)中心的直线段。虽然径向间隔件15的扭转改变了与直线段的侧壁20在沿径向间隔件15的连续的纵向位置处的交叉位置，但是直线段总是穿过中心，导致形成了径向间隔件15的螺旋特性。另外，本文所述的“单体”被限定为描述主体为同种材料的单一连续部分。因此，单体主体5和径向间隔件15不是由通过软焊、硬焊、粘合或类似方法一体化的分离的子元件形成的。

本领域中的技术人员可以理解的是，孔10可以具有圆形截面，如图1到图3所示，或者具有可替代的椭圆截面或者矩形的截面。另外，孔10可以具有在单体主体的第一侧35和第二侧40之间(例如在如图4到图7所示的圆形截面和矩形截面之间)的过渡的截面。因此，波导偏振旋转器1可以并入波导截面转换件，而不需要向天线组件中添加额外的独立元件。间隔件15的尺寸可以被设置成使第一端部25和单体主体5的第一侧35齐平，并且使间隔件15的第二端部30与单体主体5的第二侧40齐平。可替代地，间隔件15可以与单体主体的一侧或者另一侧齐平，或者从单体主体的两侧凹陷进入孔10中。

波导偏振旋转器1可以被配置成方阵结构，例如如图8到图11所示。在方阵结构中，多个额外的孔10可以被添加到单体主体5中，孔10的纵向轴线和每个额外的孔10彼此平行。每个额外的孔10可以相似地具有在额外的孔10的侧壁20之间延伸的单体主体5的径向间隔件15。孔10和多个额外的孔10的布置可以例如排列成相邻的行和列或者可替代的交错的行和列、同轴环或者根据期望的波导方阵的类似物，波导偏振旋转器1与所述期望的波导阵列配合。因此，波导偏振旋转器1可以被配置成例如与相应的平板阵列天线的输出层45上的多个输出喇叭配合，如图11所示。可替代地，波导偏振旋转器方阵可以被用作平板天线的内层。

本领域的技术人员可以理解的是，通过模制和/或浇铸工艺(例如聚合物材料注塑模制或金属材料浇铸)制造波导偏振旋转器1可以有效节省开销。当采用聚合物材料注塑模制时，可以采用导电聚合物，或是进行金属化至少单体主体5的孔和间隔件区域的额外的步骤。

如图1到图3所示，孔10内的特征是可以不采用沿纵向轴线的悬垂边缘，使得能通过沿孔10(并且如果存在额外的孔10，则每个孔彼此平行)的纵向轴线分隔开的两部分模具进行模制或浇铸。另外，沿间隔件15的交叉部的边缘和孔10的侧壁20可以设置圆角嵌条50或者切成圆角，如图4到图7所示。

在期望的偏振扭转角度需要使得模制分离困难的孔的纵向延伸范围的情况下，多个补充单体主体10可以堆叠于彼此之上，每个孔10沿其纵向对准，以获得期望的最终扭转角度。可替代地，为了减少单体主体5所需要的纵向延伸范围，所获得的扭转角度可以通过将平行格栅55应用到单体主体而减小并且得到额外的扭转，例如如图11所示。平行格栅55例如可以集成到天线罩中。平行格栅55例如在格栅线57之间可以具有小于孔10的直径的间隔。

扭转间隔件偏振旋转器1的插入损耗可以非常小，即使间隔件15被缩短，如图12所示。增加平行格栅55还可以具有明显减少不需要的交叉极化信号的令人惊讶的效果，而不会明显地冲击射频信号的期望的共极化部件，如图13进一步所示。

本领域的技术人员还可以理解的是，平行格栅55的好处是不会限制于扭转间隔件类型的偏振旋转器1。平行格栅55可以与任意形式的波导偏振旋转器联接，以抑制交叉极化信号和/或减少偏振旋转器的总长度。

本领域中的技术人员还可以理解的是，平板天线对于波导偏振旋转器1的方阵是特别有用的应用，这是由于如图1到图10所示的45度扭转是能够使得方阵平板天线组件的矩形波导呈现菱形的安装结构的偏振扭转，可以在悬垂边缘和/或其它预先考虑成为问题之前获得，这种结构能最大化沿水平偏振和竖直偏振的天线信号密度。另外，如果不是采用模制或浇铸的话，这种平板天线的输出喇叭阵列的尺寸的增加需要加工精度，这会使得这种偏振旋转方阵在商业上变得不切实际。

如上所述，本发明向现有技术中提出了一种高性能的波导偏振旋转器，这种波导旋转器特别适合用于高密度方阵结构和/或减少通过高精度的注塑或浇铸进行制造的开销。

部件列表

1 波导偏振旋转器

5 单体主体

10 孔

15 间隔件

20 侧壁

25 第一端部

30 第二端部

35 第一侧

40 第二侧

45 输出层

50 圆角

55 平行格栅

57 格栅线

上述说明中提及的材料、比例、整数或者部件具有已知的等价物，这些等价物被并入本说明书中，就好像单独阐述过一样。

虽然结合实施例对本发明进行了说明，并且虽然结合相当多的细节对实施例进行了描述，但是本申请的目的不在于将所附权利要求的范围局限于或者以任何一种方式限制于这些细节。本发明的另外的优点和改良对于本领域的技术人员来说是容易想到的，因此，本发明的扩展的方面不限制于具体的细节、代表性的装置、方法和已示出和描述的说明性示例。因此，可以脱离本发明的细节，而不脱离申请人的广义发明概念的精神和范畴。另外，可以理解的是，可以在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围和精神的条件下进行改良和/或调整。

Claims

1.一种波导偏振旋转器，所述波导偏振旋转器包括：

单体主体，所述单体主体被限定为同种材料的单一连续部分，所述单体主体包括第一孔和径向第一间隔件；所述单体主体的径向第一间隔件在所述第一孔的侧壁之间延伸；

所述径向第一间隔件在所述径向第一间隔件的第一端部和所述径向第一间隔件的第二端部之间扭转。

2.根据权利要求1所述的波导偏振旋转器，其中，所述第一孔具有圆形截面。

3.根据权利要求1所述的波导偏振旋转器，其中，所述第一孔在所述第一端部具有圆形截面，并且在所述第二端部具有矩形截面。

4.根据权利要求1所述的波导偏振旋转器，其中，所述径向第一间隔件的所述第一端部相对于所述径向第一间隔件的所述第二端部的角度是45度。

5.根据权利要求1所述的波导偏振旋转器，其中，所述径向第一间隔件的所述第一端部与所述单体主体的第一侧齐平，并且所述径向第一间隔件的第二端部与所述单体主体的第二侧齐平。

6.根据权利要求1所述的波导偏振旋转器，其中，所述波导偏振旋转器还包括与单体主体联接的平行格栅。

7.根据权利要求6所述的波导偏振旋转器，其中，所述平行格栅为天线罩。

8.根据权利要求1所述的波导偏振旋转器，所述波导偏振旋转器还包括多个第二孔，每个所述第二孔均具有所述单体主体的径向第二间隔件，所述径向第二间隔件在所述第二孔的侧壁之间延伸；所述第一孔的纵向轴线和每个所述第二孔彼此平行。

9.根据权利要求8所述的波导偏振旋转器，其中，所述第一孔和所述多个第二孔排列为相邻的行和列。

10.一种制造权利要求1中所述的波导偏振旋转器的方法，所述方法包括如下步骤：

在模具中形成所述单体主体。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，形成所述单体主体的方法是在模具中注塑模制聚合物材料。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括金属化所述单体主体的步骤。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述单体主体被设置成使所述第一孔与天线的输出喇叭对准。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述单体主体被设置成作为平板天线的一层。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述径向第一间隔件被配置成不具有悬垂边缘，由此所述模具是沿所述第一孔的纵向轴线分离的两部分模具。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，一对单体主体被设置成端靠端布置，使得每个所述单体主体的所述第一孔彼此对齐。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，在模具中形成所述单体主体包括用金属材料浇铸所述单体主体。

18.一种波导偏振旋转器，所述波导偏振旋转器包括：

单体主体，所述单体主体被限定为同种材料的单一连续部分，所述单体主体包括第一孔和径向第一间隔件，所述径向第一间隔件位于所述第一孔内；

所述径向第一间隔件在所述径向第一间隔件的第一端部和所述径向第一间隔件的第二端部之间扭转；

平行格栅，所述平行格栅联接到所述单体主体。

19.根据权利要求18所述的波导偏振旋转器，其中，所述波导偏振旋转器还包括多个第二孔，每个所述第二孔均具有在每个所述第二孔内的径向第二间隔件；所述第一孔的纵向轴线和每个所述第二孔彼此平行。

20.根据权利要求18所述的波导偏振旋转器，其中，所述平行格栅具有小于所述第一孔的直径的间隔。