專利名稱：波導管結構的天線及其制造方法
技術領域：
本發明涉及波導管結構的天線及其制造方法，特別涉及一種開槽波導管結構的天線及其制造方法。
我們常知波導管結構的天線是用以接收衛星廣播節目的一種天線。這種天線有一個發射盤，在該盤中以預定間隔形成槽，用以在中心頻率為11.85GHz的頻段內，執行電磁波的傳輸和接收，這種天線還包括多個平行的波導管，用以傳輸電磁波。
上面所描述的那種開槽波導管結構的天線用諸如鋁和銅的金屬制成的，它包括一個主體和一個發射盤。主體包括一個平底盤和多個垂直固定到底盤的細長的長方形側壁。發射盤為一平面盤，與底盤平行且有一給定的距離，從而在底盤的一個表面和發射盤的一個表面之間有一空間。多個側壁用以把空間分成一個細長的饋送波導管和多個平行的發射波導管(它們都在饋送波導管的一個端頭形成)。這樣，每個側壁縱向的一邊被固定到底盤的一個表面，另一邊被固定到發射盤的一個表面，在底盤和發射盤之間，形成一個饋送波導管和多個被側壁分開的發射波導管。還有，在面對每個發射波導管的發射盤的表面的一部分上形成多個槽。比如，下面的文獻描述了上面所述的開槽波導管結構的天線。
(1)Furukawa等″Beam—Tilt Planar Waveguide SlotAntenna of Single Layer Structure for Satellite TV″，TheInstitute of Electronics and Information CommunicationEngineers in Japan，AP88—40.July 1988.
(2)Hirokawa等″Design of a Crossed Slot Array Antennaon a Leaky Waveguide″，The Institute of Electronics andInformation Communication Engineers in Japan，AP92—37.May 1992.
(3)Kiyohara等″An Analysis and a Design of Cross Slotsfor a Leaky—wave Antenna″，The Institute of Electronics andInformation Communication Engineers in Japan AP91—75.September 1991.
(4)Hirokawa等″Single—Layer Slotted Leaky WaveguideArray for Mobile DBS Reception″，Technial Report of IEICEAP93—25，SAT 93—8.1993—05.
(5)日本專利中請第5—276152號(相應于美國專利申請第08/169/215號，加拿大專利申請第2111394號，南韓專利申請第24577.93號和臺灣專利申請第82109579號)。
在常規導波管結構的天線中，通過用螺釘把發射盤固定到波導管的側壁，完成發射盤和波導管的彼此相連。可以用鉚接和鑿緊的方法把發射盤5與波導管相連。在這些傳統的方法中，制造步驟增加。還有，每個側壁都必須很厚，以提供螺釘的緊固或鉚緊所要求的空間，以防止緊固力所產生的偏移或變形。同樣，發射盤也必須足夠厚，以保證螺釘緊固等所要求的長度，以防止變形。由于前述原因，天線價格變得昂貴且重量增加。結果，很難得到所希望的天線性能。還有，側壁和發射盤的過厚，引起驅動控制部分能量的增大。當該天線用作探測跟蹤的相似的機理移動天線時，裝置的小型化更加困難。還有，變形導致波導管發射效率的降低。
本發明的一個目的是提供一種質量輕、變形小且制造方法簡單的波導管結構的天線，以及該天線的制造方法。
按照本發明的一個方面，一個波導管結構的一個天線包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它平行于底盤且與底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間提供了一空間；以及安置在該空間的多個薄平金屬側壁，該側壁固定到底盤和發射盤，從而把底盤和發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管。其中，通過一預定間隔的多個點焊，把發射盤連接到多個側壁。
按照本發明的另一方面，波導管結構的一個天線包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它平行于底盤且與底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間提供了一空間；以及安置在該空間的多個薄平金屬側壁，該側壁固定到底盤和發射盤，從而把底盤和發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管。其中，多個側壁與底盤一體由一塊金屬材料構成。
按照本發明的一個方面，一種制造波導管結構天線的方法，包括通過激光焊接，把發射盤連接到每個多側壁的步驟。其中該波導管結構的天線包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它平行于底盤且與底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間提供了一空間；以及安置在該空間的多個薄平金屬側壁，該側壁固定到底盤和發射盤，從而把底盤和發射盤之間的空間分成多個彼此相邊的波導管。
按照本發明的另一方面，一種制造波導管結構天線的方法，包括以一塊金屬材料的形式，把底盤和固定到底盤的多個側壁的步驟。其中該波導管結構的天線包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它平行于底盤且與底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間提供了一空間；以及安置在該空間的多個薄平金屬側壁，該側壁固定到底盤和發射盤，從而把底盤和發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管。
包括底盤、多個側壁和發射盤的主體是由鋁、銅或相似金屬制成的。特別的，就可加工性和導電特性而言，鋁是優選的。還有，最好在波導管的內表面鍍金或銀，以提高傳輸效率。諸如YAG(釔鋁柘榴石)激光器和紅寶石激光器的固態激光器適用于激光焊接。對激光焊接來說，希望以一預定間距執行點焊。這種情況下，希望把點焊的間距設置為等于或小于所用電磁波波長的1/10(在11.85GHz的情況下，等于或小于2.6mm)。這是因為可以得到與連續焊接實質上一樣的效果。
還有，最好通過鑄造法制造主體。當使用鑄造法制造主體時，可以低價格地制造高精度的主體。模鑄法、熔模法或殼型造型法都適合于這種鑄造方法。當離開發射盤的上表面執行激光焊接時，有很好的焊可加工性。通過沖壓或其它方法，先在每個焊接位置處形成凹坑的情況執行激光焊接時，可以節省所需激光的能量，并還可以防止發射盤上的過量焊接金屬的突起膨脹。凹坑的最大直徑和深度最好分別是發射盤厚度的1/3到1/2和1/4到1/2。
由于激光焊接時，熱集中在很小的一點上，所以可以由少量的焊接金屬把主體固定到發射盤上，從而焊接引起的變形減小。因此，可以把側壁和發射盤做的更薄些。
圖1按照本發明的一個實施例，給出了開槽波導管結構天線的外形透視圖；圖2為一透視圖，示出了圖1所示開槽波導管結構天線的主體結構；圖3是圖1沿線III—III的剖面圖；圖4為一放大的剖面圖，示出了位于發射盤和側壁間點焊接的一個例子；圖5為一放大的剖面圖，示出了位于發射盤和側壁間點焊接的另一個例子；
圖6按照本發明的另一實施例，示出了開槽波導管結構天線外形的透視圖；圖7為一透視圖，示出了圖6所示開槽波導管結構天線的主體結構。
參照圖1至圖4描述本發明的一個實施例。圖1按照本發明的一個實施例，示出了一個開槽波導管結構天線的外形透視圖。按照本發明的波導管結構的天線的外形基本上與傳統的波導管結構一樣。換句話，波導管結構天線，是由主體2和由金屬材料如鋁或銅制成的發射盤5構成的。如圖1和圖3所示，圖3示出了沿圖1線III—III的一個剖面圖，主體2包括一個平底盤3和實質上由細長的長方體薄盤組成的多個側壁4A、4B和4C。通過鑄造，如壓模的方法，用一塊鋁制成底盤3和側壁4A、4D和4C。每個側壁包括縱向平行的上邊4a和下邊4b，且下邊4b一體地與底盤相連，從而把側壁垂直地固定到底盤上。如圖2所示，側壁4A彼此平行，包括交替出現的長側壁和短側壁，沿著與4A的縱向成直角的橫向，按預定間隔安排側壁4B，并且每個側壁4B的中央部分與長的側壁4A的一個端頭連成一體。側壁4C平行于側壁4B。
用一平的鋁盤構成發射盤5，并使它與底盤3平行，從而在底盤3和發射盤5之間有一定距離。通過點焊，把發射盤5的一個側面固定到側壁4A、4B和4C的上邊4a上。這樣，靠側壁，底盤3和發射盤5間的空間被分為互相連通的且以預定方式放置的多個波導管。換句話，形成了互相平行的波導管7A，它們由相臨兩側壁4A的底盤3和發射盤5所定義，并且在側壁4B和4C之間形成一個與發射波導管方向相垂直的饋送波導管7B。通過縫隙18，把饋送波導管7B分為兩個相臨的發射波導管7A，從而形成一個π分支。在波導管的縱向方向，以一定間隔，面對發射波導管7A，在發射盤5的一部分上形成交叉槽6。還有，相應于π分支，在面對饋送波導管7B的底盤3上，提供了電感性型心10。這些電感性型心10與底盤3做成一體，它們都是由鋁制成的。上述所描述的發射波導管，饋送波導管，電感性型心，π分支以交叉槽都已公知。由于在文獻(4)中已提及上述描寫，所以要求參閱相同的文獻。
底盤3的厚度為1.5mm，且發射盤5的厚度為0.3mm。每個側壁4A、4B和4C的厚度為1.0mm，且它們的高度(位于平行邊4a和4b間的距離)為4.0mm。還有，相臨兩側壁4A的距離，即發射波導7A的寬度為17mm，并且側壁4B和側壁4C間的距離即饋送波導管7B的寬度為34mm。
每個側壁的上邊4a和發射盤5之間點焊最好用激光點焊。用波長為1.06μm的YAG激光的8焦耳能量照射發射盤5的上表面，從而以2.5mm的間隔把發射盤點焊到側壁的上表面。如圖4所示，被激光照射的部分被融化，從而形成了焊縫金屬8，因此，牢固地把側壁4A的上邊4a連接到發射盤5。
當11.85GHz的電磁波傳送到天線1時，通過饋送波導管7B、縫隙18、發射波導7A和槽6，把電磁波發送到外部。
圖5示出了一種采用另外的點焊接方法的一個焊接點的典型剖面圖。在這種點焊中，具有園錐形的凹坑9是通過先前在發射盤5上面部分(相對點焊位置)沖壓而形成的，并且點焊施加到凹坑9的那部分。在這種情況下，節省了激光所施加的能量，并且可能防止圖4所示那樣的過多的焊縫金屬8溶化在發射盤的上表面。
下面，參閱圖6和圖7，將描述本發明的另一實施例。
在本實施例中，象圖1和圖2所示的實施例那樣，波導管結構的天線11包括一個主體12和主要用鋁制成的一個發射盤15。主體12由平底盤13和多個實質由細長的長方形側壁14A、14B和14C組成。通過鑄造，如壓模的方法，用一塊鋁制成底盤13和側壁14A、14B和14C。每個側壁包括縱向平行的上邊14a和下邊4b，并且下邊14b與底盤13連接到一體，從而把側壁垂直地固定到底盤。象7所示那樣，以一定間隔，按縱向方面平行的安排側壁14A。沿著側壁14A的縱向方面的垂直方向安排側壁14B，并且在側壁14B之間有縫隙20。每個側壁14B的中央部分都與一個側壁14A的未端牢固的連成一體。側壁14C平行于側壁14B。
用平的鋁盤制成發射盤15，并且使它平行于底盤13。通過點焊，發射盤15的一個表面被固定到側壁14A、14B和14C的上邊14a。這樣，相臨的兩側壁14A，底盤13和發射盤15形成了發射波導管17A，且在側壁14B和側壁14C之間形成饋送波導管17B。通過每個縫隙20，饋送波導管17A與發射波導管14A連通。在面對每一個發射波導管17A的發射盤15的一部分上，沿著波導管的縱向的兩條線，以一定間隔形成了橫向槽16。
底盤13的厚度為1.5mm，且發射盤15的厚度為0.3mm。每個側壁14A、14B和14C的厚度為1.0mm，并且它們的厚度即位于平行邊14a和14b的距離為4.0mm。還有，兩相臨側壁14A間的距離，即波導17A的寬度，以及位于側壁14B和側壁14C間的距離，即波導17B的寬度都為17mm。
位于每個側壁上邊14a和發射盤15之間的點焊最好是用激光點焊。用波長為1.06μm的YAG激光的8焦耳能量照射發射盤15的上表面，從而以2.5mm的間隔把發射盤點焊到側壁的上表面。
當11.85GHz的電磁波傳送到天線11時，通過饋送波導17B，縫隙20，發射波導17A和槽16，把電磁波發送到外部。
按照本發明的波導管結構的天線及其制造方法，由于通過激光焊接，側壁和發射盤牢固的連在一起，所以可以靠少量焊接金屬，把主體和發射盤固定在一起。相應地，與傳統的諸如螺絲夾緊法相比減少了制造步驟，并且側壁和發射盤可以做得更薄，從而可以制造一個價廉且質量輕的天線。還有，由于所形成的薄的側壁變形很小，所以波導的內表面平滑度高，且電磁波的傳輸損耗小。
權利要求
1.一種波導管結構的天線，包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它與所述底盤平行，并與所述底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間有一定的空間；以及多個薄平的金屬側壁，安排在所述空間內，固定所述底盤和所述發射盤，從而把所述底盤和所述發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管；其中所述發射盤是通過以一定間隔多個點焊被焊接到所述受側壁上的。
2.根據權利要求1的波導管結構的天線，其特征在于，所述底盤和所述多側壁是用鋁一體制成的。
3.根據權利要求1的波導管結構的天線，其特征在于，所述發射盤是由鋁制成的。
4.根據權利要求1的波導管結構的天線，其特征在于，位于所述發射盤和所述側壁的多個點焊內的每個預定間隔要等于或小于用于所述天線的電磁波波長的1/10。
5.根據權利要求1的波導管結構的天線，其特征在于，每個所述多波導管包括一個饋送波導管和所述饋送波導管垂直的平行排列的多個發射波導管。
6.根據權利要求5的波導管結構的天線，其特征在于，在面對每個所述多發射波導管的所述發射盤的一部分處形成多個槽。
7.一種波導管結構的天線，包括一平薄的金屬底盤；一平薄的金屬發射盤，它與所述底盤平行，并與所述底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間有一定的空間；以及多個平薄的金屬側壁，安排在所述空間內，固定所述底盤和所述發射盤，從而把所述底盤和所述發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管；其中所述多側壁用一塊金屬材料一體地與所述底盤制成。
8.根據權利要求7的波導管結構的天線，其特征在于，通過預定間隔的多個點焊把所述多側壁焊接到所發射盤。
9.根據權利要求9的波導管結構的天線的制造方法，包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它與所述底盤平行，并與所述底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間有一定的空間；以及多個薄平的金屬側壁，安排在所述空間內，固定所述底盤和所述發射盤，從而把所述底盤和所述發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管；所述方法包括通過激光焊接，把每個所述多側壁焊接到所述發射盤的一個表面上的步驟。
10.根據權利要求9的方法，還包括用鋁把所述底盤和所述多側壁制成一體的步驟。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于所述發射盤是由鋁制成的。
12.根據權利要求9的方法，還包括通過鑄造，把所述底盤和所述多側壁制成一體的步驟。
13.根據權利要求9的方法，還包括通過模鑄鋁，制造所述度盤和所述多側壁的步驟。
14.根據權利要求9的方法，還包括通過熔模法，制造所述底盤和所述多側壁的步驟。
15.根據權利要求9的方法，還包括殼型造型的方法，制造所述底盤和所述多側壁的步驟。
16.根據權利要求9的方法，其特征在于，通過預定間隔的多個點焊，把所述多側壁焊接到所述發射盤一個表面。
17.根據權利要求16的方法，其特征在于，每個所述預定間隔等于或小于用在所述天線的電磁波波長的1/10。
18.根據權利要求9的方法，其特征在于，用激光焊接，把所述多側壁焊接到所述發射盤的一個表面的步驟，是通過把激光束照射到與所述表面相對的所述發射盤的另一表面完成的。
19.根據權利要求18的方法，其特征在于，通過預定間隔的多個點焊，把所述多側壁焊接到所述發射盤的一個表面。
20.根據權利要求19的方法，在所述多側壁被點焊到所述發射盤的一個表面之前，還包括在相應于所述發射盤另一表面的所述點焊位置處的每個位置上形成一個凹坑。
21.根據權利要求19的方法，其特征在于，所述預定間隔等于或小于用在所述天線的電磁波波長的1/10。
22.一種制造波導管結構的天線的方法，包括一薄平的金屬底盤；一薄平的金屬發射盤，它與所述底盤平行，并與所述底盤有一定間隔，從而在底盤和發射盤之間有一定的空間；以及多個薄平的金屬側壁，安排在所述空間內，固定所述底盤和所述發射盤，從而把所述底盤和所述發射盤之間的空間分成多個彼此相連的波導管；所述方法包括，形成所述底盤和用一塊金屬材料一體化固定到所述底盤的所述多個側壁的步驟。
全文摘要
一種波導管結構的天線，包括一平薄的金屬底盤，一平薄金屬發射盤，它與底盤平行且有一定間隔，從而底盤和發射盤之間有一定空間，和多個平薄的金屬側壁，安排在所述空間內，且固定該底盤和發射盤，從而在它們之間形成多個彼此相連的波導管，其中發射盤，通過一預定間隔的多個點焊被焊接到多側壁上，并且最好用一塊金屬材料，一體地形成底盤和多個側壁。還敘述了天線的制造方法。
文檔編號H01L23/373GK1117770SQ9419115
公開日1996年2月28日 申請日期1994年4月6日 優先權日1994年2月14日
發明者森谷正晴, 松野敬司, 后藤尚久 申請人:新日本制鐵株式會社, 后藤尚久