專利名稱：同軸直排陣列天線的導電殼體結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及場陣列天線，具體涉及按直線對準方式排列的同軸單元陣列。
先有技術的同軸單元直線陣列由多條同軸電纜組成，每條同軸電纜在其內外導體之間都有固態電介質材料，其中，一條電纜的內導體與下一條電纜的外導體相連接。在一個電纜段(cable section)內傳播的波的波長是其電介質材料介電常數的函數，用
來給出，其中λ是自由空間的波長，ε是電介質材料的介電常數。每段電纜的長度是電纜波長的一半。因為電纜外層上的電介質是空氣，而空氣的介電常數比固態電介質的介電常數小，故自由空間中傳播的波的波長大于電纜波長。據此，每段電纜小于自由空間波長的一半，而總長度是
。先有技術的同軸直排陣列的性能由于電介質的加載而劣化，表現在以下三方面第一，各單元段上的電流分布不均勻；第二，因電介質材料有損耗，故天線效率變低；第三，每段電纜的長度按透視法縮短了，對天線增益有不利的影響。再則，各單元段是由半剛性的同軸電纜構成的，這些同軸電纜必須以緊公差切斷，其端部剝露，還須精細地操作以使一段的內導體焊接到下一段的外導體上。焊接操作尤其是在電介質材料具有低熔融溫度時(例如聚乙烯泡沫材料，因其低損耗特性而得到普遍應用)難以執行。
在同軸單元的內外導體之間具有空氣電介質的同軸直排陣列已在Herper等人的
公開日為1994年2月8日的美國專利5,285,211中公開了，該專利已轉讓給本發明的受讓人。該陣列使用了位于每個半波長段之間的一個耦合器，該耦合器具有用于外導體的支托和用于相鄰段內導體的通孔。外導體支托和內導體通孔可保持內外導體的定位，而無需附加的電介質支托，從而提供了具有空氣電介質的諸多同軸線段。可是，這種設計仍需將一個同軸段的內導體焊接到相鄰同軸段的外導體上。盡管現已解決了關于電介質支托單元的許多焊接問題，但可能存在冷焊接縫，這在運輸中會因振動或應變而降低強度。
根據本發明的原理，一種同軸直排陣列天線具有一個殼體結構，該殼體結構具有兩個不同直徑的環形截面部分，它們由一個垂直臂接合在一起。較大直徑部分有半波長長度，就位后形成該直排陣列的同軸線單元的外導體，而較小直徑部分是一個導向器，供相鄰同軸單元的內導體用。一個桿條構成該相鄰同軸單元的內導體，穿過該較小直徑部分并與之連接，以建立優良的電接觸，借此，在陣列單元接合處產生180°反相。這個連接雖然可以利用焊接，但最好利用波浪形卷邊來實現。先有技術的焊接缺點借助于該桿條與較小直徑部分的內表面之間的焊料容存量可以克服。據此，由于180°反相發生在每個單元上，因而發生在相鄰單元接合處的180°反相使該陣列的輻射單元上相應的區域同相地被激勵，這些相應區域是同軸傳輸線的外導體。在較大直徑部分的外表面上提供了一個平坦區域來容納平衡-不平衡轉換器，能量通過該平衡-不平衡轉換器可以耦合到該陣列上。
圖1示出本發明的示意圖。
圖2A和2B分別示出本發明的側視圖和前視圖。
圖3示出利用本發明的同軸直排天線的耦合區的一個剖面圖。
圖4示出利用本發明的同軸直排天線的一種四單元結構示意圖。
參照圖1、2A和2B，一種用于同軸直排天線的殼體結構10整體性地由導電材料制成。第一環形部分11由一個垂直臂15聯接到第二環形部分13上，借此，提供一個整體部件。第一環形部分的內徑D1選擇得可容易通過一個桿條，該桿條用以作為該同軸直排陣列中同軸單元的內導體。直徑D1稍大于該陣列中同軸單元的內導體直徑，以使第一環形部分11可以波浪形卷邊于內導體上(該內導體是從該同軸直排陣列天線中一個相鄰同軸單元上延伸出的)，以建立可靠的電連接。第二環形部分的長度等于在空氣電介質同軸傳輸線中傳播的電磁波波長λ的一半，其內徑D2等于該同軸直排陣列天線中同軸單元的外導體的內徑。如下文將要描述的，第二環形部分13是該陣列天線中一個同軸單元的外導體，而第一環形部分11是一個導向器、支托和用以將一個相鄰同軸單元的內導體電耦合到一個同軸單元外導體上的裝置。第一環形部分的長度如圖所示，等于第二環形部分的長度。雖然這兩環形部分的長度無需相等，但長度相等是優選的。
第一和第二環形部分的中心距S在該直排陣列的兩相鄰同軸單元之間建立一個偏置。在第二環形部分上設置的平坦區域17可容納平衡-不平衡轉換器或其它的用以激勵該陣列天線的電路。這個平坦區域還含有一個端子19，用以將激勵電路耦合到該陣列上。各種各樣的端子類型都可使用，其中包括線柱、鉚釘孔或其它固定件孔、焊片連接器或其它連接裝置。
參照圖3，圖中示出在兩個同軸傳輸線單元的耦合區域處同軸直排陣列天線的剖面圖。第一殼體結構21的第二環形部分安裝在電介質耦合器23的一側的外導體支托23a上，該電介質耦合器可以是上述的美國專利5,285,211中公開的耦合器，而第二殼體結構25的第二環形部分安裝在電介質耦合器23的另一側的外導體支托23b上。外導體支托23a和23b之間偏離一個間距，該間距使殼體結構25的第一和第二環形部分25a和25b分別對準殼體結構21的第二和第一環形部分21b和21a。
第一桿條27與第一殼體結構21的第一環形部分21b同軸地定位，以建立一個同軸傳輸線陣列單元，該同軸傳輸線陣列單元以桿條27作為內導體，以第一殼體結構21的第二環形部分21b作為外導體。這個桿條27延伸穿過耦合器23中的通孔23c，進入第二殼體結構25的第一環形部分25a，以在桿條27與第二殼體結構25的第一環形部分25a之間形成電連接。這個電連接是借助于將第一環形部分25a在區域29中波浪形卷曲到桿條27上而形成的，這是優選的方法，也可以借助于將第一環形部分25a焊接到桿條27上來形成。
同樣，將第二桿條31與第二殼體結構的第一環形部分25b同軸地定位，以建立一個同軸傳輸線陣列單元，該同軸傳輸線陣列單元以桿條31作為內導體，以第二殼體結構25的第二環形部分25b作為外導體。這個桿條31延伸穿過耦合器23中的通孔23d，進入第一殼體結構21的第一環形部分21a，以在桿條31與第一殼體結構21的第一環形部分21a之間形成電連接。這個電連接如上文所述，可以借助于將第一環形部分21a在區域33中波浪形卷曲到桿條31上來形成，這是優選的方法，也可以借助于將第一環形部分21a焊接到桿條31上來形成。
可以理解，殼體結構21和25的第一和第二環形部分是分別由垂直臂21c和25c進行電連接的。據此，由桿條27和殼體結構21的第二環形部分21b所形成的同軸傳輸線的內導體已電連接到由桿條31和殼體結構25的第二環形部分25b所形成的同軸傳輸線的外導體上。同樣，由桿條31和殼體結構25的第二環形部分25b所形成的同軸傳輸線的內導體已電連接到由桿條27和殼體結構21的第二環形部分21b所形成的同軸傳輸線的外導體上。這些電連接使該耦合區域中激勵該天線的電磁波的相位反向。據此，由于在同軸傳輸單元(根據同軸傳輸單元的半波長長度)上相位已經反向，故這兩個傳輸線單元的每個區域分別被同相地激勵。
參照圖4，圖中示出同軸直排陣列天線中有四個同軸傳輸單元的結構示意圖。如上所述那樣，同軸傳輸線單元35a-35d是由中心導體穿過殼體結構的第二環形部分而形成的，它們由電介質耦合器37a-37c支持，并借助于將一個同軸傳輸線單元的內導體延伸穿過一個耦合器進入相鄰殼體結構的第一環形部分而耦合到相鄰同軸傳輸線單元上。同軸傳輸線的殼體結構被取向得具有均勻定位的平坦部分39a-39c。該天線是借助于將該組裝單元插入一個天線罩41中并將兩個選定的平坦部分上的接線柱40a和40b通過平衡-不平衡轉換器43耦聯到該陣列天線端子45上而構成的。
雖然本發明是以優選實施例來描述的，但可以理解，本文是描述性的而非限制性的，在所附的權利要求書所限定的范圍內可以變化，從廣義上說，不會偏離本發明的實際范疇和真實精神。
權利要求
1.一種用于同軸傳輸線單元陣列中的導電整體結構，每個同軸傳輸線單元都具有內導體和外導體，該內導體具有外徑，該外導體具有內徑，其特征在于，包括第一和第二環形部分和一個垂直臂所述的第一環形部分具有內表面，該內表面的直徑等于所述內導體的所述外徑加上所述內導體穿過時所需的余量；所述的第二環形部分具有內表面，該內表面的直徑等于所述的外導體內徑，還具有外表面，該外表面具有預定的直徑；所述的垂直臂用以在所述的第一和第二環形部分的兩個中心之間提供一個間距，該間距等于該陣列中同軸傳輸線單元的內導體中心與一個相鄰同軸傳輸線單元的外導體中心之間的間距。
2.根據權利要求1所述的整體結構，其特征在于，還包括一個平坦部分，位于所述的第二環形部分的所述外表面上。
3.根據權利要求1所述的整體結構，其特征在于，所述的第二環形部分的長度等于所述的同軸傳輸單元陣列的設計頻率上電磁波的半波長。
4.根據權利要求1所述的整體結構，其特征在于，所述的第一和第二環形部分具有相等的長度。
5.一種天線，具有同軸傳輸線單元，其耦合形式使同軸傳輸線單元的內導體連接到相鄰同軸傳輸單元的外導體上，其特征在于，包括一個導電的整體結構，具有第一和第二環形部分和一個垂直臂所述的第二環形部分具有內表面，該內表面具有內徑，該第二環形部分安排得使所述的內表面用以作為所述天線的一個同軸傳輸線單元的外導體；所述的第一環形部分電連接到與所述的一個同軸傳輸線單元相鄰的同軸傳輸線單元的內導體上，借此，可將所述的一個同軸傳輸線單元的所述外導體電連接到所述相鄰同軸傳輸線單元的所述內導體上。
6.根據權利要求5所述的天線，其特征在于，所述的第一環形部分借助于波浪形卷曲電連接到與所述的一個同軸傳輸線單元相鄰的所述同軸傳輸單元的所述內導體上。
7.根據權利要求5所述的天線，其特征在于，所述的第一環形部分借助于焊接來電連接到與所述的一個同軸傳輸線單元相鄰的所述同軸傳輸單元的所述內導體上。
8.根據權利要求5所述的天線，其特征在于，還含有電耦聯端子，位于所述的第二環形部分的外表面上。
9.根據權利要求5所述的天線，其特征在于，所述的第二環形部分的長度等于所述的同軸傳輸單元陣列的設計頻率上電磁波的半波長。
10.根據權利要求5所述的天線，其特征在于，所述的第一和第二環形部分具有相等的長度。
全文摘要
一種直排同軸單元陣列天線,其殼體結構由導電材料制成,含有由垂直臂(15)分隔開的第一(11)和第二(13)環形部分。第一環形部分的內徑稍大于該陣列天線同軸線單元中內導體的直徑,而第二環形部分的內徑等于同軸傳輸線單元外導體的直徑。第一和第二環形部分的中心距由該垂直臂來確立,等于該陣列天線中兩相鄰同軸傳輸線單元的中心距(S)。同軸傳輸線單元的內導體插入第一環形部分中,與其電連接。這使一個同軸傳輸線單元的內導體電連接到第二環形部分上,第二環形部分用以作為與這個同軸傳輸線單元相鄰的一個同軸傳輸線單元的外導體;借此,使一個同軸傳輸線單元的內導體電連接到它的相鄰同軸傳輸線單元的外導體上。
文檔編號H01Q21/08GK1171859SQ9519728
公開日1998年1月28日 申請日期1995年2月21日 優先權日1994年11月9日
發明者托馬斯·J·西納基斯, 約翰·E·阿蘇三世, 小安托尼·M·布瑟里 申請人:尤尼西斯公司