CN112385077B - 一维有源阵列的开放式波导天线 - Google Patents

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Abstract

一种用于一维(ID)有源电子可控阵列(AESA)的双极化天线阵列，包括彼此交错的开放式波导元件的第一和第二阵列，每个阵列包括横向延伸至扫描平面SP的多个企业网络，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列元件，并且其中，每个元件通过波导扭曲耦合到相应的企业网络并倾斜于扫描平面。一个阵列的波导元件与另一个阵列的波导元件正交定向。

Description

一维有源阵列的开放式波导天线
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月2日提交的美国临时专利申请编号62/693,290的优先权，所述申请特此以引用的方式整体并入。
技术领域
一般而言，本申请涉及用于有源电子扫描阵列的天线系统及其使用方法。
背景技术
具有波导馈电网络的天线阵列具有理想的低损耗水平。随着波导馈电元件数量的增加，波导馈电网络变得越来越复杂和占用空间。
波导的最小宽壁尺寸与天线阵列的最低工作频率成反比，而波导馈电元件之间的最大元件间距与最高工作频率和所需的最大扫描角范围成反比。随着所需工作带宽的增加，这种天线阵列的波导馈电网络尤其难以满足所需的元件间距。此外，波导馈电元件之间的元件间距可能受到波导馈电网络尺寸的约束，尤其是宽壁尺寸的约束，从而限制天线的扫描范围性能。
Jensen等人的美国专利9,559,428和Seifried等人的美国专利8,477,075描述了全波导宽带双极化天线阵列的示例。这种天线可用于产生固定波束，但不适用于电子扫描。
Runyon的美国专利8,587,492描述了全波导宽带双极化天线阵列，可以在二维(2D)中进行电子扫描。然而，这种2D电子可扫描阵列通常需要为阵列中的每个辐射单元提供一个有源波束成形通道，这导致了巨大的成本和功耗。
因此，鉴于上述情况，提供一种基于波导的宽带双极化天线阵列将是有用的，该天线阵列可以在一维上被电子扫描，且该一维可以与合适的定位器互补以克服已知天线阵列的上述和其他缺点。
发明内容
本发明一方面涉及一种用于一维(1D)有源电子可控阵列(AESA)的双极化天线阵列，包括：第一开放式波导元件阵列(“第一元件”)，第一元件阵列包括多个第一企业网络，每个第一企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第一元件，并且其中，每个所述第一元件通过第一波导扭曲耦合到相应的第一企业网络，使得每个所述第一元件都相对于扫描平面倾斜地定向；与所述第一元件交错的第二开放式波导元件阵列(“第二元件”)，第二元件阵列包括多个第二企业网络，每个第二企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第二元件，并且其中，每个所述第二元件通过第二波导扭曲耦合到相应的第二企业网络，使得每个所述第二元件都相对于扫描平面倾斜地定向并且与相邻的第一元件正交；并且其中，多个所述第一企业网络和多个所述第二企业网络沿着所述天线列阵的扫描平面SP交替间隔。
每一个所述第一和第二企业网络可以包括用于天线阵列的全双工操作的波导双工器。
每一个所述第一和第二企业网络可以包括波束形成器。
每一个第一波导扭曲使相应的第一元件相对于所述天线阵列的扫描平面以45°角定向。
每一个所述第一和第二企业网络可以包括所述一系列第一元件中相邻元件和所述一系列第二元件中相邻元件之间的H面(H-plane)元件间距离Dh，在天线系统的最高工作频率下，所述H面间隔距离可以≥0.8λ，并且其中，每一个所述第一和第二企业网络可以包括所述一系列第一元件中相邻元件和所述一系列第二元件中相邻元件之间的E面(E-plane)元件间距离De，在天线系统的最高工作频率下，所述E面间隔距离可以≤0.7λ。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以是介质加载的波导元件。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以是脊波导元件。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以包括宽角阻抗匹配层。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以包括用于改进匹配的开放式波导元件中的虹膜。
所述第一和第二元件、第一和第二企业网络，和/或第一和第二波导扭曲可以由一层或多层注塑成型塑料形成。
所述第一和第二元件、第一和第二企业网络，和/或第一和第二波导扭曲可以由3D打印材料形成。
多个第一和第二企业网络中的至少一个可以包括用于改变高频信号在其中传播方向的波导弯曲。所述波导弯曲可以包括拐角和多个隔板，其中，所述隔板可以彼此间隔，其中，所述隔板可以与所述拐角相邻但与其间隔，并且其中，最接近拐角的隔板可以比最远离拐角的隔板高。
所述拐角可以由相交的平面壁限定，其中所述隔板可以与所述相交平面壁中的一个平行。
所述多个隔板可以包括三个隔板，其中最接近所述拐角的隔板可以高于中间隔板，并且其中最远离拐角的隔板可以短于中间隔板。
至少一个所述企业网络可以是注塑成型的，并且多个隔板中的至少一个可以包括拔模斜度，以便于其从注模中取出。
所述拔模斜度可以约为0.5°。
天线系统可以包括一维有源电子可控阵列，其包括上述任何双极化天线阵列。
本发明另一方面涉及用于双极化天线系统的天线阵列，该天线阵列包括：第一开放式波导元件阵列(“第一元件”)，第一元件阵列包括多个第一通道，多个第一通道横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有沿所述第一通道间隔的一系列第一元件，其中，每一个所述第一元件通过第一波导扭曲耦合到相应的第一通道，使得每一个所述第一元件都相对于扫描平面倾斜地定向；与所述第一元件交错的第二开放式波导元件阵列(“第二元件”)，第二元件阵列包括多个第二通道，每个第二通道横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有沿所述第一元件间隔的一系列第二元件，并且其中，每一个所述第二元件通过第二波导扭曲耦合到相应的第二通道，使得每一个所述第二元件都相对于扫描平面倾斜地定向并且与相邻的第一元件正交；其中，在天线系统的最高工作频率下，所述一系列第一元件中相邻元件和所述一系列第二元件中相邻元件之间的H面(H-plane)元件间距离Dh≥0.8λ；其中，所述多个第一企业网络和所述多个第二企业网络沿着所述天线列阵的扫描平面SP交替间隔；并且其中，在天线系统的最高工作频率下，所述一系列第一元件中相邻元件和所述一系列第二元件中相邻元件之间的E面(E-plane)元件间距离De≤0.7λ。
每一个所述第一和第二企业网络可以包括用于天线阵列的全双工操作的波导双工器。
每一个所述第一和第二企业网络可以包括波束形成器。
每一个第一波导扭曲使相应的第一元件相对于所述天线阵列的扫描平面以45°角定向。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以是介质加载元件。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以是脊波导元件。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以包括宽角阻抗匹配层。
所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个可以包括用于改进匹配的开放式波导元件中的虹膜。
所述第一和第二元件、第一和第二企业网络以及第一和第二波导扭曲可以由一层或多层注塑成型塑料形成。
所述第一和第二元件、第一和第二企业网络以及第一和第二波导扭曲可以由3D打印材料形成。
多个第一和第二企业网络中的至少一个可以包括用于改变高频信号在其中传播方向的波导弯曲。所述波导弯曲可以包括拐角和多个隔板。所述隔板可以彼此间隔，其中，所述隔板可以与所述拐角相邻但与其间隔，并且其中，最接近拐角的隔板可以比最远离拐角的隔板高。
所述拐角可以由相交的平面壁限定，其中所述隔板可以与所述相交平面壁中的一个平行。
所述多个隔板可以包括三个隔板，其中最接近所述拐角的隔板可以高于中间隔板，并且其中最远离拐角的隔板可以短于中间隔板。
至少一个所述企业网络可以是注塑成型的，并且多个隔板中的至少一个可以包括拔模斜度，以便于其从注模中取出。
所述拔模斜度可以约为0.5°。
双极化天线系统可以包括上述任何天线阵列。
本发明另一方面涉及一种用于引导高频信号的天线波导，该天线波导包括用于改变高频信号在其中传播方向的波导弯曲，所述波导弯曲包括拐角和多个隔板，其中，所述隔板彼此间隔，其中，所述隔板与所述拐角相邻但与其间隔，并且其中，最接近拐角的隔板比最远离拐角的隔板高。
所述拐角可以由相交的平面壁限定，并且所述隔板可以与相交平面壁中的一个平行。
所述多个隔板可以包括三个隔板，其中最接近所述拐角的隔板可以高于中间隔板，并且其中最远离拐角的隔板可以短于中间隔板。
多个隔板中的至少一个可以包括拔模斜度，以便于其从注模中取出。
所述拔模斜度可以约为0.5°。
用于一维(1D)有源电子可控阵列(AESA)的天线阵列可以包括上述任何的天线波导，并且可以包括：第一开放式波导元件阵列(“第一元件”)，第一元件阵列包括多个第一企业网络，每个第一企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第一元件，并且其中，每一个所述第一元件通过第一波导扭曲耦合到相应的第一企业网络，使得每一个所述第一元件都相对于扫描平面倾斜地定向；并且，与所述第一元件交错的第二开放式波导元件阵列(“第二元件”)，第二元件阵列包括多个第二企业网络，每个第二企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第二元件，并且其中，每一个所述第二元件通过第二波导扭曲耦合到相应的第二企业网络，使得每一个所述第二元件都相对于扫描平面倾斜地定向并且与相邻的第一元件正交；并且其中，多个所述第一企业网络和多个所述第二企业网络沿着所述天线列阵的扫描平面SP交替间隔。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点将在附图中显而易见或在附图中更详细地阐述。在此结合附图和以下详细描述，一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是根据本发明各个方面的用于一维(1D)扫描的双极化天线阵列的示例性有源阵列的前透视图。
图2是图1中所示的示例性天线阵列的后透视图。
图3A是根据本发明各个方面的并入有图1中所示天线阵列的示例性双极化天线系统的示意图。
图3B是根据本发明各个方面的并入有类似于图3A中所示的天线阵列但包括波导双工器的另一示例性双极化天线系统的示意图。
图4是图1中所示天线阵列的平面图。
图5是根据本发明各个方面的类似于图4中所示的并且包括介质加载波导的另一天线阵列的平面图。
图6是根据本发明各个方面的类似于图4中所示的并且包括脊加载波导的另一天线阵列的平面图。
图7是根据本发明各个方面的类似于图6中所示的并且包括基于贴片的宽角阻抗匹配层的另一天线阵列的平面图。
图8是根据本发明各个方面的类似于图4中所示的并且包括具有阻抗匹配虹膜的波导的另一天线阵列的平面图。
图9是形成图1中所示天线阵列的分层波导组件的分解透视图，每一层的横截面均示出了其中的波导通道。
图9B是类似于图9A中所示天线阵列的另一分层波导组件的分解透视图，其包括根据本发明各个方面的波导双工器，每一层的横截面均示出了其中的波导通道和双工器。
图10是根据本发明各个方面的非常适合于注塑成型的示例性企业波导网络的前视图，其中分隔线示出了所述企业波导的各个层可以分别通过注塑成型来形成。
图11示出了根据本发明各个方面的常规RF弯曲和RF隔板弯曲的波导回波损耗比较，以及简单的塑料拐角。
图12是另一分层波导组件的分解透视图，该组件并入有图10中所示企业波导网络配置，以形成类似于图1中所示的天线阵列，每一层的横截面均示出了其中的波导通道。
图13是图12中所示的一层的横截面图，以及根据本发明各个方面用于注塑该层的模具。
图14是图13中所示的放大横截面详图。
图15是类似于图14中所示的另一放大的横截面详图，其示出了根据本发明各个方面的另一示例性波导层和相应的模具半部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各个实施例，其实施例在附图中示出并且描述如下。尽管将结合示例性实施例描述本发明，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且还涵盖各种替代方案、修改、等效和其他实施例，其可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
根据本发明的各个方面，天线阵列被配置为仅在一维(1D)中可电子扫描，并且因此对于辐射波导元件的每一行或每一列，仅需要一个有源波束成形通道。将1D阵列安装在合适的定位器上可以提供二维(2D)扫描功能，同时避免了现有2D阵列的显著成本和功率降低的缺点。例如，当本发明的1D阵列安装在跟踪基座上时，例如在Adada等人的美国专利申请No.62/639,926中所描述的，其可以具有2D扫描功能，所述专利申请的全部内容通过引用合并于此。
现在转向附图，在各个附图中，相似的部件由相似的附图标记表示。根据本发明的各个方面，图1中所示天线阵列30，其可用于如图3A中所示的一维(1D)有源电子可控阵列(AESA)32中。在各个实施例中，该天线阵列为如图1中所示的双极化天线阵列。
所述1D AESA可通过电子方式配置为在扫描平面SP内聚焦不同方向的无线电波束(参见图4)。另外，所述双极化天线系统非常适合于促进双向通信的全双工操作，例如，使用双工器在一个频率中进行发射并在另一频率中进行接收。
一般而言，所述天线阵列30包括第一开放式波导元件阵列(“第一元件”)33(1)，该阵列以横向于扫描平面SP的行和平行于扫描平面SP的列的形式排列，以及第二开放式波导元件阵列(“第二元件”)33(2)，该阵列类似地排列成行和列，分别横向且平行于扫描平面。
如图1和图2所示，第一元件33(1)的每一行是一系列开放式波导元件，其通过第一企业波导网络37(1)可操作地连接到公共波导35(1)。为每一个企业波导网络提供多个H面合成/分配器39，以将传输信号从其公共波导35分配到其相应的第一元件33，并且以其他常规方式将来自其第一元件的接收信号合成到其公共波导。
类似地，如图1和图2所示，第二元件33(2)的每一行通过第二企业波导网络37(2)可操作地连接到公共波导35(2)。
参考图4，第二元件33(2)相对于第一元件33(1)正交定向，从而提供天线阵列和天线系统的双极化。例如，第一元件33(1)的宽壁尺寸(例如，所述H面尺寸)向扫描平面SP的右侧延伸45°，以便于接收和传输第一偏振信号，而第二元件33(2)的宽壁尺寸向扫描平面SP的左侧延伸45°，以便于第二正交极化的接收和传输。
并且由于每个企业波导网络37(1)、37(2)与其各自的波导元件33(1)、33(2)互连，因此每个企业网络都与其波导元件的基本极化相关联。例如，每个第一企业波导网络37(1)与第一元件33(1)的第一极化相关联，而每个第二企业网络37(2)与第二元件33(2)的第二正交极化相关联。
根据本发明的各个方面，如图1所示，每个开放式波导元件33通过波导扭曲40可操作地连接到其企业波导网络37。具体地，每个第一元件33(1)通过第一波导扭曲40(1)耦合到相应的第一企业网络37(1)，从而将相应的开放式波导元件定位成倾斜于扫描平面。类似地，每个第二元件33(2)通过第二波导扭曲40(2)耦合到相应的第二企业网络37(2)，从而将相应的开放式波导元件定位成倾斜于扫描平面并且与第一元件33(1)正交。
继续参考图1，第一波导扭曲40(1)逆时针扭曲，以使第一元件33(1)相对于其第一企业波导网络37(1)的H面在第一方向上定向，而第二波导扭曲40(2)顺时针扭曲，以使第二元件33(2)相对于其第二企业波导网络37(2)的H面在第二方向上定向。这样的配置允许相邻的第一和第二元件的紧密交错和紧凑封装，从而减小沿着有源阵列的扫描平面SP和横向于扫描平面SP的元件间距。这样的配置还允许更大的辐射元件，这些元件适用于给定的元件间距布局范围内。
例如，参考图2，每一个所述第一和第二企业网络37(1)、37(2)可以包括一系列第一元件33(1)中相邻元件和所述一系列第二元件33(2)中相邻元件之间的H面元件间距离Dh(如图4所示)，所述H面元件间距离≥0.8λ，其中λ是对应于天线最高工作频率下的波长。在各个实施例中，所述H面元件间距离Dh在大约0.8至1.0λ的总体范围内，优选在大约0.87至0.97λ的范围内，并且更优选在0.90至0.96λ的范围内。
并且继续参考图2，每一个所述第一和第二企业网络37(1)、37(2)包括所述一系列第一元件33(1)中相邻元件和所述一系列第二元件33(2)中相邻元件之间的E面元件间距离De(如图4所示)，所述E面元件间距离≤0.75λ，其中λ是对应于天线最高工作频率下的波长。在各个实施例中，所述E面元件间距离De在大约0.4至0.75λ的总体范围内，优选在0.45至0.65λ的范围内，并且更优选在0.47至0.55λ的范围内。
上述波导元件的45°方位非常适合于提供紧凑的阵列设计，特别是当所述企业波导网络与所述有源阵列的扫描平面SP正交地延伸时。这种配置允许天线对两种极化都具有相同的扫描丢失性能。然而，这可以理解为具体的角度配置可以变化。
参考图1和图2，第一企业网络37(1)和第二企业网络37(2)沿有源阵列的扫描平面SP交替间隔。如图3A所示，为每个企业网络提供波束成形通道42，用以共同形成波束形成器43，该波束形成器43允许有源阵列的扫描波束在扫描平面内沿着扫描平面以特定的角度方向进行控制。如图3A所示，提供了控制器44以控制每个波束形成器，使得信号可以按顺序地延迟(例如，逐渐相移)到顺序间隔的企业波导网络37，以便在扫描平面内以其他常规方式控制扫描光束计划，例如，通过相移、实时延迟和/或其他合适的方法。
并且参考图3B，每个企业网络37还可以设置有双工器46，用于在传输和接收模式中在不同的频率范围上进行操作。例如，所述双工器可以以其他常规方式促进在第一频率范围上的传输和在第二频率范围上的接收。
参考图5，有源阵列30的开放式波导元件33a可以是介质加载元件。具体而言，波导元件可以装载介电材料47，以缩小在最低工作频率下工作所需的波导的最小宽壁尺寸，并适合于在最高工作频率下无光栅波瓣工作所需的最大允许元件间距内。这可以理解为波导元件可以如图所示被介电材料部分加载或者完全加载。
参考图6，开放式波导元件33b可以是脊加载元件。具体而言，波导元件可以设置有脊部49，以缩小在最低工作频率下工作所需的波导的最小宽壁尺寸，并适合于在最高工作频率下无光栅波瓣工作所需的最大允许元件间距内。这可以理解为波导元件可以是如图所示的双脊波导元件，或者可以是单脊的，其中该波导元件是不对称的，仅在一个壁上具有脊部。
参考图7，开放式波导元件33c可以设置有宽角阻抗匹配层51，以改善天线系统的宽角扫描性能。所述宽角阻抗匹配层可以由印刷在基板上的金属贴片状的元件阵列组成，并且以其他常规方式固定在远离开放式波导元件的特定距离处。
参考图8，开放式波导元件33d可以设置有虹膜53，以根据需要调谐波导并改善匹配。所述虹膜可包括横跨相应波导开口的薄金属板，以调谐波导元件。尽管所示的虹膜具有单个孔，但这可以理解为所述虹膜可以具有多个孔。
参考图9A，这可以理解为，天线阵列30可以通过各种制造方法来制造。例如，有源阵列可以包括多层注塑成型材料，其可以被组装以形成多个开放式波导元件33、波导扭曲40、合成/分配器39以及公共波导35，这些元件共同形成多个企业波导网络37。类似地，图9B示出了有源阵列进一步包括有在其底层形成的双工器。这可以理解为诸如3D打印之类的添加制造方法特别适合于形成包括波导扭曲40等在内的多个企业波导网络。
现在转向图10，企业波导网络37e可以根据本发明的各个方面进行修改，以简化注塑成型过程。如上述图1所示，波导通道可以包括具有圆形或圆角轮廓的RF弯曲54。尽管常规RF弯曲的圆形或圆角波导通道为RF设计提供了理想的形状，但此类常规RF弯曲可能并不理想地适合于注塑成型。例如，此类常规RF弯曲的圆角或倒圆角可能在弯曲后面留下过多的壁厚或大量的塑料，并且当塑料层冷却时，这些壁厚或体积可能会容易下沉。这种下沉可能会导致波导通道的形状变形，如果严重的话，可能会导致RF和结构问题。为了改善注塑成型并提供更均匀的壁厚，波导通道可以设置有直线拐角56和多个隔板58'、58”、58”'，其近似于上述波导的常规RF弯曲曲线。
特别地，高隔板58'、中隔板58”和短隔板58”'的组合可以用于近似圆形或圆角的“理想”RF弯曲。就性能而言，隔板弯曲结构非常接近于常规RF弯曲的RF损耗性能，并且优于简单的塑料拐角，如图11所示。
尽管图10和图11中示出了三个隔板，用以近似理想RF弯曲的弯曲角，但是，这可以理解为可以使用两个、三个、四个或更多个隔板。优选地，相邻隔板之间的间隔约为0.4λ或更小。更优选地，相邻隔板之间的距离(D)大约在0.05λ和0.35λ之间，其中λ是在操作的目标频率下的自由空间波长。
现在转向图10和图12，企业波导网络可以被划分为多个层，以促进注塑成型过程。在所示的实施例中，企业波导网络37(1)e被划分为九层，其中层60.1形成开放式波导虹膜，层60.2形成开放式波导元件和波导扭曲的上部，层60.3形成波导扭曲的下部，层60.4形成四阶合成/分配器，层60.5形成三阶合成/分配器的上部，层60.6形成三阶合成/分配器的下部和二阶合成/分配器的上部，层60.7形成二阶合成/分配器的下部和一阶合成/分配器的上部，层60.8形成一阶合成/分配器的下部和双工器的上部，以及层60.9形成双工器的下部。这可以理解为，企业波导网络可以包括或多或少的开放式波导元件以及相应数量的合成/分配器，并且该企业波导网络可以设置为有或没有集成双工器。
参考图13，隔板通常在如箭头A和B所示的脱模方向上延伸。特别地，58'、58”和58”'基本上平行于脱模方向，这样一旦冷却和凝固，上下半模61'、61”可以轻易地从层60中取出。在各种实施例中，隔板可以包括轻微的拔模斜度DA，以便于脱模。例如，图14所示隔板58'、58'和58”'具有0.5°的拔模斜度。这可以理解为，可以使用其他拔模斜度，以及拔模斜度不必在各种情况下都使用(例如，具有短隔板)。
参考图15，可对一个或两个半模具进行修改，以使波导具有更均匀的壁厚并避免较大的塑料体积，从而减少或最小化下沉。例如，半模61”可以具有形成空隙65的突起63，该空隙65使层60.6f具有更均匀的壁厚，且没有大量易于收缩的塑料。避免这种塑料收缩，使得最终波导组件基本上不会因为收缩而变形。在各种实施例中，所得壁厚优选在1mm至5mm的范围内，并且更优选在约1mm至3mm的范围内。
可以理解为，隔板也可以用于近似其他常规波导特征的性能。例如，可以使用多个隔板来近似合成/分配器的弯曲和角度(例如，参见图13中合成/分配器的弯曲67)。
为了便于解释和精确限定所附权利要求，术语“左”和“右”用于参照如图中所示的那些特征的位置来描述示例性实施例的特征。
在许多方面，各个附图的各种修改特征类似于先前的那些特征，并且，相同的附图标记后接下标(1)和(2)分别表示与第一和第二元件相关联的部分，以及，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”和“f”表示相应的部分。
出于说明和描述的目的，已经给出了本发明的具体示例性实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变化是可实现的。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代和修改。本发明的范围旨在由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (36)

1.一种用于一维有源电子可控阵列的双极化天线阵列，包括：
第一开放式波导元件阵列，第一元件阵列包括多个第一企业网络，每个第一企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第一元件，并且其中，每个所述第一元件通过第一波导扭曲耦合到相应的第一企业网络，使得每个所述第一元件都相对于扫描平面倾斜地定向；
与所述第一元件交错的第二开放式波导元件阵列，第二元件阵列包括多个第二企业网络，每个第二企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第二元件，并且其中，每个所述第二元件通过第二波导扭曲耦合到相应的第二企业网络，使得每个所述第二元件都相对于扫描平面倾斜地定向并且与相邻的第一元件正交；
其中，所述多个第一企业网络和所述多个第二企业网络沿着所述天线阵列的扫描平面SP交替间隔；并且
其中，多个第一和第二企业网络中的至少一个包括用于改变高频信号在其中传播方向的波导弯曲，所述波导弯曲包括直线拐角和多个隔板，所述直线拐角具有两个垂直表面，所述多个隔板从一个垂直表面延伸并平行于另一个垂直表面。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，每一个所述第一和第二企业网络包括用于天线阵列的全双工操作的波导双工器。
3.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，每一个所述第一和第二企业网络包括波束形成器。
4.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，每一个第一波导扭曲使相应的第一元件相对于所述天线阵列的扫描平面以45°角定向。
5.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，每一个所述第一和第二企业网络包括所述一系列第一元件中相邻元件和所述一系列第二元件中相邻元件之间的H面元件间距离Dh，在天线系统的最高工作频率下，所述H面间隔距离≥0.8λ，并且其中，每一个所述第一和第二企业网络包括所述一系列第一元件中相邻元件和所述一系列第二元件中相邻元件之间的E面元件间距离De，在天线系统的最高工作频率下，所述E面间隔距离≤0.7λ。
6.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个是介质加载的波导元件。
7.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个是脊波导元件。
8.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个包括宽角阻抗匹配层。
9.根据权利要求8所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个在开放式波导元件中包括虹膜，用于改进匹配。
10.根据权利要求1所述的天线阵列，所述第一和第二元件、所述第一和第二企业网络和/或所述第一和第二波导扭曲由一层或多层注塑成型塑料形成。
11.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述第一和第二元件、所述第一和第二企业网络和/或所述第一和第二波导扭曲由3D打印材料形成。
12.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述隔板彼此间隔，其中，所述隔板与所述拐角相邻但与其间隔，并且其中，最接近拐角的隔板比最远离拐角的隔板高。
13.根据权利要求12所述的天线阵列，其中，所述多个隔板包括三个隔板，其中最接近所述拐角的隔板高于中间隔板，并且其中最远离拐角的隔板短于中间隔板。
14.根据权利要求12所述的天线阵列，其中，至少一个所述企业网络是注塑成型的，并且其中，所述多个隔板中的至少一个包括拔模斜度，以便于其从注模中取出。
15.根据权利要求14所述的天线阵列，其中，所述拔模斜度为0.5°。
16.一种天线系统，包括一维有源电子可控阵列，其包括权利要求1所述的双极化天线阵列。
17.一种用于一维有源电子可控阵列的双极化天线 阵列，包括：
第一开放式波导元件阵列，第一元件阵列包括多个第一通道，多个第一通道横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有沿所述第一通道间隔的一系列第一元件，其中，每一个所述第一元件通过第一波导扭曲耦合到相应的第一通道，使得每一个所述第一元件都相对于扫描平面倾斜地定向；
与所述第一元件交错的第二开放式波导元件阵列，第二元件阵列包括多个第二通道，每个第二通道横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有沿所述第一元件间隔的一系列第二元件，并且其中，每一个所述第二元件通过第二波导扭曲耦合到相应的第二通道，使得每一个所述第二元件都相对于扫描平面倾斜地定向并且与相邻的第一元件正交；
其中，在天线系统的最高工作频率下，一系列第一元件中相邻元件和一系列第二元件中相邻元件之间的H面元件间距离Dh≥0.8λ；
其中，多个第一企业网络和多个第二企业网络沿着所述天线阵列 的扫描平面SP交替间隔；
其中，在天线系统的最高工作频率下，一系列第一元件中相邻元件和一系列第二元件中相邻元件之间的E面元件间距离De≤0.7λ；并且
其中，多个第一和第二企业网络中的至少一个包括用于改变高频信号在其中传播方向的波导弯曲，所述波导弯曲包括直线拐角和多个隔板，所述直线拐角具有两个垂直表面，所述多个隔板从一个垂直表面延伸并平行于另一个垂直表面。
18.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，每一个所述第一和第二企业网络包括用于天线阵列的全双工操作的波导双工器。
19.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，每一个所述第一和第二企业网络包括波束形成器。
20.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，每一个第一波导扭曲使相应的第一元件相对于所述天线阵列的扫描平面以45°角定向。
21.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个是介质加载元件。
22.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个是脊波导元件。
23.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个包括宽角阻抗匹配层。
24.根据权利要求23所述的天线阵列，其中，所述第一元件中的至少一个和/或所述第二元件中的至少一个在开放式波导元件中包括虹膜，用于改进匹配。
25.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，所述第一和第二元件、所述第一和第二企业网络以及所述第一和第二波导扭曲由一层或多层注塑成型塑料形成。
26.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，所述第一和第二元件、所述第一和第二企业网络以及所述第一和第二波导扭曲由3D打印材料形成。
27.根据权利要求17所述的天线阵列，其中，所述隔板彼此间隔，其中，所述隔板与所述拐角相邻但与其间隔，并且其中，最接近拐角的隔板比最远离拐角的隔板高。
28.根据权利要求27所述的天线阵列，其中，所述多个隔板包括三个隔板，其中，最接近所述拐角的隔板高于中间隔板，并且其中最远离拐角的隔板短于中间隔板。
29.根据权利要求27所述的天线阵列，其中，至少一个所述企业网络是注塑成型的，并且其中，所述多个隔板中的至少一个包括拔模斜度，以便于其从注模中取出。
30.根据权利要求29所述的天线阵列，其中，所述拔模斜度为0.5°。
31.一种天线系统，包括根据权利要求17所述的天线阵列。
32.一种用于引导高频信号的天线波导，该天线波导包括用于改变高频信号在其中传播方向的波导弯曲，所述波导弯曲包括直线拐角和多个隔板，所述直线拐角具有两个垂直表面，所述多个隔板从一个垂直表面延伸并平行于另一个垂直表面，其中，所述隔板彼此间隔，其中，所述隔板与所述拐角相邻但与其间隔，并且其中，最接近拐角的隔板比最远离拐角的隔板高。
33.根据权利要求32所述的天线波导，其中，所述多个隔板包括三个隔板，其中，最接近所述拐角的隔板高于中间隔板，并且其中最远离拐角的隔板短于中间隔板。
34.根据权利要求32所述的天线波导，其中，所述多个隔板中的至少一个包括拔模斜度，以便于其从注模中取出。
35.根据权利要求34所述的天线波导，其中，所述拔模斜度为0.5°。
36.一种用于一维有源电子可控阵列的双极化天线阵列，包括根据权利要求32所述的天线波导，所述天线阵列还包括：
第一开放式波导元件阵列，第一元件阵列包括多个第一企业网络，每个第一企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第一元件，并且其中，每一个所述第一元件通过第一波导扭曲耦合到相应的第一企业网络，使得每一个所述第一元件都相对于扫描平面倾斜地定向；
与所述第一元件交错的第二开放式波导元件阵列，第二元件阵列包括多个第二企业网络，每个第二企业网络横向延伸至天线阵列的扫描平面SP，并且具有与扫描平面横向间隔的一系列第二元件，并且其中，每一个所述第二元件通过第二波导扭曲耦合到相应的第二企业网络，使得每一个所述第二元件都相对于扫描平面倾斜地定向并且与相邻的第一元件正交；并且
其中，所述多个第一企业网络和所述多个第二企业网络沿着所述天线阵列的扫描平面SP交替间隔。
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