CN1171859A - 同轴直排阵列天线的导电壳体结构 - Google Patents

Abstract

一种直排同轴单元阵列天线,其壳体结构由导电材料制成,含有由垂直臂(15)分隔开的第一(11)和第二(13)环形部分。第一环形部分的内径稍大于该阵列天线同轴线单元中内导体的直径,而第二环形部分的内径等于同轴传输线单元外导体的直径。第一和第二环形部分的中心距由该垂直臂来确立,等于该阵列天线中两相邻同轴传输线单元的中心距(S)。同轴传输线单元的内导体插入第一环形部分中,与其电连接。这使一个同轴传输线单元的内导体电连接到第二环形部分上,第二环形部分用以作为与这个同轴传输线单元相邻的一个同轴传输线单元的外导体;借此,使一个同轴传输线单元的内导体电连接到它的相邻同轴传输线单元的外导体上。

Description

同轴直排阵列天线的导电壳体结构

本发明涉及场阵列天线，具体涉及按直线对准方式排列的同轴单元阵列。

先有技术的同轴单元直线阵列由多条同轴电缆组成，每条同轴电缆在其内外导体之间都有固态电介质材料，其中，一条电缆的内导体与下一条电缆的外导体相连接。在一个电缆段(cable section)内传播的波的波长是其电介质材料介电常数的函数，用 来给出，其中：λ是自由空间的波长，ε是电介质材料的介电常数。每段电缆的长度是电缆波长的一半。因为电缆外层上的电介质是空气，而空气的介电常数比固态电介质的介电常数小，故自由空间中传播的波的波长大于电缆波长。据此，每段电缆小于自由空间波长的一半，而总长度是

。先有技术的同轴直排阵列的性能由于电介质的加载而劣化，表现在以下三方面：第一，各单元段上的电流分布不均匀；第二，因电介质材料有损耗，故天线效率变低；第三，每段电缆的长度按透视法缩短了，对天线增益有不利的影响。再则，各单元段是由半刚性的同轴电缆构成的，这些同轴电缆必须以紧公差切断，其端部剥露，还须精细地操作以使一段的内导体焊接到下一段的外导体上。焊接操作尤其是在电介质材料具有低熔融温度时(例如聚乙烯泡沫材料，因其低损耗特性而得到普遍应用)难以执行。

在同轴单元的内外导体之间具有空气电介质的同轴直排阵列已在Herper等人的、公开日为1994年2月8日的美国专利5,285,211中公开了，该专利已转让给本发明的受让人。该阵列使用了位于每个半波长段之间的一个耦合器，该耦合器具有用于外导体的支托和用于相邻段内导体的通孔。外导体支托和内导体通孔可保持内外导体的定位，而无需附加的电介质支托，从而提供了具有空气电介质的诸多同轴线段。可是，这种设计仍需将一个同轴段的内导体焊接到相邻同轴段的外导体上。尽管现已解决了关于电介质支托单元的许多焊接问题，但可能存在冷焊接缝，这在运输中会因振动或应变而降低强度。

根据本发明的原理，一种同轴直排阵列天线具有一个壳体结构，该壳体结构具有两个不同直径的环形截面部分，它们由一个垂直臂接合在一起。较大直径部分有半波长长度，就位后形成该直排阵列的同轴线单元的外导体，而较小直径部分是一个导向器，供相邻同轴单元的内导体用。一个杆条构成该相邻同轴单元的内导体，穿过该较小直径部分并与之连接，以建立优良的电接触，借此，在阵列单元接合处产生180°反相。这个连接虽然可以利用焊接，但最好利用波浪形卷边来实现。先有技术的焊接缺点借助于该杆条与较小直径部分的内表面之间的焊料容存量可以克服。据此，由于180°反相发生在每个单元上，因而发生在相邻单元接合处的180°反相使该阵列的辐射单元上相应的区域同相地被激励，这些相应区域是同轴传输线的外导体。在较大直径部分的外表面上提供了一个平坦区域来容纳平衡-不平衡转换器，能量通过该平衡-不平衡转换器可以耦合到该阵列上。

图1示出本发明的示意图。

图2A和2B分别示出本发明的侧视图和前视图。

图3示出利用本发明的同轴直排天线的耦合区的一个剖面图。

图4示出利用本发明的同轴直排天线的一种四单元结构示意图。

参照图1、2A和2B，一种用于同轴直排天线的壳体结构10整体性地由导电材料制成。第一环形部分11由一个垂直臂15联接到第二环形部分13上，借此，提供一个整体部件。第一环形部分的内径D₁选择得可容易通过一个杆条，该杆条用以作为该同轴直排阵列中同轴单元的内导体。直径D₁稍大于该阵列中同轴单元的内导体直径，以使第一环形部分11可以波浪形卷边于内导体上(该内导体是从该同轴直排阵列天线中一个相邻同轴单元上延伸出的)，以建立可靠的电连接。第二环形部分的长度等于在空气电介质同轴传输线中传播的电磁波波长λ的一半，其内径D₂等于该同轴直排阵列天线中同轴单元的外导体的内径。如下文将要描述的，第二环形部分13是该阵列天线中一个同轴单元的外导体，而第一环形部分11是一个导向器、支托和用以将一个相邻同轴单元的内导体电耦合到一个同轴单元外导体上的装置。第一环形部分的长度如图所示，等于第二环形部分的长度。虽然这两环形部分的长度无需相等，但长度相等是优选的。

第一和第二环形部分的中心距S在该直排阵列的两相邻同轴单元之间建立一个偏置。在第二环形部分上设置的平坦区域17可容纳平衡-不平衡转换器或其它的用以激励该阵列天线的电路。这个平坦区域还含有一个端子19，用以将激励电路耦合到该阵列上。各种各样的端子类型都可使用，其中包括：线柱、铆钉孔或其它固定件孔、焊片连接器或其它连接装置。

参照图3，图中示出在两个同轴传输线单元的耦合区域处同轴直排阵列天线的剖面图。第一壳体结构21的第二环形部分安装在电介质耦合器23的一侧的外导体支托23a上，该电介质耦合器可以是上述的美国专利5,285,211中公开的耦合器，而第二壳体结构25的第二环形部分安装在电介质耦合器23的另一侧的外导体支托23b上。外导体支托23a和23b之间偏离一个间距，该间距使壳体结构25的第一和第二环形部分25a和25b分别对准壳体结构21的第二和第一环形部分21b和21a。

第一杆条27与第一壳体结构21的第一环形部分21b同轴地定位，以建立一个同轴传输线阵列单元，该同轴传输线阵列单元以杆条27作为内导体，以第一壳体结构21的第二环形部分21b作为外导体。这个杆条27延伸穿过耦合器23中的通孔23c，进入第二壳体结构25的第一环形部分25a，以在杆条27与第二壳体结构25的第一环形部分25a之间形成电连接。这个电连接是借助于将第一环形部分25a在区域29中波浪形卷曲到杆条27上而形成的，这是优选的方法，也可以借助于将第一环形部分25a焊接到杆条27上来形成。

同样，将第二杆条31与第二壳体结构的第一环形部分25b同轴地定位，以建立一个同轴传输线阵列单元，该同轴传输线阵列单元以杆条31作为内导体，以第二壳体结构25的第二环形部分25b作为外导体。这个杆条31延伸穿过耦合器23中的通孔23d，进入第一壳体结构21的第一环形部分21a，以在杆条31与第一壳体结构21的第一环形部分21a之间形成电连接。这个电连接如上文所述，可以借助于将第一环形部分21a在区域33中波浪形卷曲到杆条31上来形成，这是优选的方法，也可以借助于将第一环形部分21a焊接到杆条31上来形成。

可以理解，壳体结构21和25的第一和第二环形部分是分别由垂直臂21c和25c进行电连接的。据此，由杆条27和壳体结构21的第二环形部分21b所形成的同轴传输线的内导体已电连接到由杆条31和壳体结构25的第二环形部分25b所形成的同轴传输线的外导体上。同样，由杆条31和壳体结构25的第二环形部分25b所形成的同轴传输线的内导体已电连接到由杆条27和壳体结构21的第二环形部分21b所形成的同轴传输线的外导体上。这些电连接使该耦合区域中激励该天线的电磁波的相位反向。据此，由于在同轴传输单元(根据同轴传输单元的半波长长度)上相位已经反向，故这两个传输线单元的每个区域分别被同相地激励。

参照图4，图中示出同轴直排阵列天线中有四个同轴传输单元的结构示意图。如上所述那样，同轴传输线单元35a-35d是由中心导体穿过壳体结构的第二环形部分而形成的，它们由电介质耦合器37a-37c支持，并借助于将一个同轴传输线单元的内导体延伸穿过一个耦合器进入相邻壳体结构的第一环形部分而耦合到相邻同轴传输线单元上。同轴传输线的壳体结构被取向得具有均匀定位的平坦部分39a-39c。该天线是借助于将该组装单元插入一个天线罩41中并将两个选定的平坦部分上的接线柱40a和40b通过平衡-不平衡转换器43耦联到该阵列天线端子45上而构成的。

虽然本发明是以优选实施例来描述的，但可以理解，本文是描述性的而非限制性的，在所附的权利要求书所限定的范围内可以变化，从广义上说，不会偏离本发明的实际范畴和真实精神。

Claims (10)

1.一种用于同轴传输线单元阵列中的导电整体结构，每个同轴传输线单元都具有内导体和外导体，该内导体具有外径，该外导体具有内径，其特征在于，包括第一和第二环形部分和一个垂直臂：

所述的第一环形部分具有内表面，该内表面的直径等于所述内导体的所述外径加上所述内导体穿过时所需的余量；

所述的第二环形部分具有内表面，该内表面的直径等于所述的外导体内径，还具有外表面，该外表面具有预定的直径；

所述的垂直臂用以在所述的第一和第二环形部分的两个中心之间提供一个间距，该间距等于该阵列中同轴传输线单元的内导体中心与一个相邻同轴传输线单元的外导体中心之间的间距。

2.根据权利要求1所述的整体结构，其特征在于，还包括一个平坦部分，位于所述的第二环形部分的所述外表面上。

3.根据权利要求1所述的整体结构，其特征在于，所述的第二环形部分的长度等于所述的同轴传输单元阵列的设计频率上电磁波的半波长。

4.根据权利要求1所述的整体结构，其特征在于，所述的第一和第二环形部分具有相等的长度。

5.一种天线，具有同轴传输线单元，其耦合形式使同轴传输线单元的内导体连接到相邻同轴传输单元的外导体上，其特征在于，包括：

一个导电的整体结构，具有第一和第二环形部分和一个垂直臂：

所述的第二环形部分具有内表面，该内表面具有内径，该第二环形部分安排得使所述的内表面用以作为所述天线的一个同轴传输线单元的外导体；

所述的第一环形部分电连接到与所述的一个同轴传输线单元相邻的同轴传输线单元的内导体上，借此，可将所述的一个同轴传输线单元的所述外导体电连接到所述相邻同轴传输线单元的所述内导体上。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述的第一环形部分借助于波浪形卷曲电连接到与所述的一个同轴传输线单元相邻的所述同轴传输单元的所述内导体上。

7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述的第一环形部分借助于焊接来电连接到与所述的一个同轴传输线单元相邻的所述同轴传输单元的所述内导体上。

8.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，还含有电耦联端子，位于所述的第二环形部分的外表面上。

9.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述的第二环形部分的长度等于所述的同轴传输单元阵列的设计频率上电磁波的半波长。

10.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述的第一和第二环形部分具有相等的长度。

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