专利名称：波导管结构的天线及其制造方法
技术领域：
本发明涉及波导管结构的天线及其制造方法，特别涉及一种开槽波导管结构的天线及其制造方法。
我们常知波导管结构的天线是用以接收卫星广播节目的一种天线。这种天线有一个发射盘，在该盘中以预定间隔形成槽，用以在中心频率为11.85GHz的频段内，执行电磁波的传输和接收，这种天线还包括多个平行的波导管，用以传输电磁波。
上面所描述的那种开槽波导管结构的天线用诸如铝和铜的金属制成的，它包括一个主体和一个发射盘。主体包括一个平底盘和多个垂直固定到底盘的细长的长方形侧壁。发射盘为一平面盘，与底盘平行且有一给定的距离，从而在底盘的一个表面和发射盘的一个表面之间有一空间。多个侧壁用以把空间分成一个细长的馈送波导管和多个平行的发射波导管(它们都在馈送波导管的一个端头形成)。这样，每个侧壁纵向的一边被固定到底盘的一个表面，另一边被固定到发射盘的一个表面，在底盘和发射盘之间，形成一个馈送波导管和多个被侧壁分开的发射波导管。还有，在面对每个发射波导管的发射盘的表面的一部分上形成多个槽。比如，下面的文献描述了上面所述的开槽波导管结构的天线。
(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)日本专利中请第5—276152号(相应于美国专利申请第08/169/215号，加拿大专利申请第2111394号，南韩专利申请第24577.93号和台湾专利申请第82109579号)。
在常规导波管结构的天线中，通过用螺钉把发射盘固定到波导管的侧壁，完成发射盘和波导管的彼此相连。可以用铆接和凿紧的方法把发射盘5与波导管相连。在这些传统的方法中，制造步骤增加。还有，每个侧壁都必须很厚，以提供螺钉的紧固或铆紧所要求的空间，以防止紧固力所产生的偏移或变形。同样，发射盘也必须足够厚，以保证螺钉紧固等所要求的长度，以防止变形。由于前述原因，天线价格变得昂贵且重量增加。结果，很难得到所希望的天线性能。还有，侧壁和发射盘的过厚，引起驱动控制部分能量的增大。当该天线用作探测跟踪的相似的机理移动天线时，装置的小型化更加困难。还有，变形导致波导管发射效率的降低。
本发明的一个目的是提供一种质量轻、变形小且制造方法简单的波导管结构的天线，以及该天线的制造方法。
按照本发明的一个方面，一个波导管结构的一个天线包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它平行于底盘且与底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间提供了一空间；以及安置在该空间的多个薄平金属侧壁，该侧壁固定到底盘和发射盘，从而把底盘和发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管。其中，通过一预定间隔的多个点焊，把发射盘连接到多个侧壁。
按照本发明的另一方面，波导管结构的一个天线包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它平行于底盘且与底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间提供了一空间；以及安置在该空间的多个薄平金属侧壁，该侧壁固定到底盘和发射盘，从而把底盘和发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管。其中，多个侧壁与底盘一体由一块金属材料构成。
按照本发明的一个方面，一种制造波导管结构天线的方法，包括通过激光焊接，把发射盘连接到每个多侧壁的步骤。其中该波导管结构的天线包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它平行于底盘且与底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间提供了一空间；以及安置在该空间的多个薄平金属侧壁，该侧壁固定到底盘和发射盘，从而把底盘和发射盘之间的空间分成多个彼此相边的波导管。
按照本发明的另一方面，一种制造波导管结构天线的方法，包括以一块金属材料的形式，把底盘和固定到底盘的多个侧壁的步骤。其中该波导管结构的天线包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它平行于底盘且与底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间提供了一空间；以及安置在该空间的多个薄平金属侧壁，该侧壁固定到底盘和发射盘，从而把底盘和发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管。
包括底盘、多个侧壁和发射盘的主体是由铝、铜或相似金属制成的。特别的，就可加工性和导电特性而言，铝是优选的。还有，最好在波导管的内表面镀金或银，以提高传输效率。诸如YAG(钇铝柘榴石)激光器和红宝石激光器的固态激光器适用于激光焊接。对激光焊接来说，希望以一预定间距执行点焊。这种情况下，希望把点焊的间距设置为等于或小于所用电磁波波长的1/10(在11.85GHz的情况下，等于或小于2.6mm)。这是因为可以得到与连续焊接实质上一样的效果。
还有，最好通过铸造法制造主体。当使用铸造法制造主体时，可以低价格地制造高精度的主体。模铸法、熔模法或壳型造型法都适合于这种铸造方法。当离开发射盘的上表面执行激光焊接时，有很好的焊可加工性。通过冲压或其它方法，先在每个焊接位置处形成凹坑的情况执行激光焊接时，可以节省所需激光的能量，并还可以防止发射盘上的过量焊接金属的突起膨胀。凹坑的最大直径和深度最好分别是发射盘厚度的1/3到1/2和1/4到1/2。
由于激光焊接时，热集中在很小的一点上，所以可以由少量的焊接金属把主体固定到发射盘上，从而焊接引起的变形减小。因此，可以把侧壁和发射盘做的更薄些。
图1按照本发明的一个实施例，给出了开槽波导管结构天线的外形透视图；图2为一透视图，示出了图1所示开槽波导管结构天线的主体结构；图3是图1沿线III—III的剖面图；图4为一放大的剖面图，示出了位于发射盘和侧壁间点焊接的一个例子；图5为一放大的剖面图，示出了位于发射盘和侧壁间点焊接的另一个例子；
图6按照本发明的另一实施例，示出了开槽波导管结构天线外形的透视图；图7为一透视图，示出了图6所示开槽波导管结构天线的主体结构。
参照图1至图4描述本发明的一个实施例。图1按照本发明的一个实施例，示出了一个开槽波导管结构天线的外形透视图。按照本发明的波导管结构的天线的外形基本上与传统的波导管结构一样。换句话，波导管结构天线，是由主体2和由金属材料如铝或铜制成的发射盘5构成的。如图1和图3所示，图3示出了沿图1线III—III的一个剖面图，主体2包括一个平底盘3和实质上由细长的长方体薄盘组成的多个侧壁4A、4B和4C。通过铸造，如压模的方法，用一块铝制成底盘3和侧壁4A、4D和4C。每个侧壁包括纵向平行的上边4a和下边4b，且下边4b一体地与底盘相连，从而把侧壁垂直地固定到底盘上。如图2所示，侧壁4A彼此平行，包括交替出现的长侧壁和短侧壁，沿着与4A的纵向成直角的横向，按预定间隔安排侧壁4B，并且每个侧壁4B的中央部分与长的侧壁4A的一个端头连成一体。侧壁4C平行于侧壁4B。
用一平的铝盘构成发射盘5，并使它与底盘3平行，从而在底盘3和发射盘5之间有一定距离。通过点焊，把发射盘5的一个侧面固定到侧壁4A、4B和4C的上边4a上。这样，靠侧壁，底盘3和发射盘5间的空间被分为互相连通的且以预定方式放置的多个波导管。换句话，形成了互相平行的波导管7A，它们由相临两侧壁4A的底盘3和发射盘5所定义，并且在侧壁4B和4C之间形成一个与发射波导管方向相垂直的馈送波导管7B。通过缝隙18，把馈送波导管7B分为两个相临的发射波导管7A，从而形成一个π分支。在波导管的纵向方向，以一定间隔，面对发射波导管7A，在发射盘5的一部分上形成交叉槽6。还有，相应于π分支，在面对馈送波导管7B的底盘3上，提供了电感性型心10。这些电感性型心10与底盘3做成一体，它们都是由铝制成的。上述所描述的发射波导管，馈送波导管，电感性型心，π分支以交叉槽都已公知。由于在文献(4)中已提及上述描写，所以要求参阅相同的文献。
底盘3的厚度为1.5mm，且发射盘5的厚度为0.3mm。每个侧壁4A、4B和4C的厚度为1.0mm，且它们的高度(位于平行边4a和4b间的距离)为4.0mm。还有，相临两侧壁4A的距离，即发射波导7A的宽度为17mm，并且侧壁4B和侧壁4C间的距离即馈送波导管7B的宽度为34mm。
每个侧壁的上边4a和发射盘5之间点焊最好用激光点焊。用波长为1.06μm的YAG激光的8焦耳能量照射发射盘5的上表面，从而以2.5mm的间隔把发射盘点焊到侧壁的上表面。如图4所示，被激光照射的部分被融化，从而形成了焊缝金属8，因此，牢固地把侧壁4A的上边4a连接到发射盘5。
当11.85GHz的电磁波传送到天线1时，通过馈送波导管7B、缝隙18、发射波导7A和槽6，把电磁波发送到外部。
图5示出了一种采用另外的点焊接方法的一个焊接点的典型剖面图。在这种点焊中，具有园锥形的凹坑9是通过先前在发射盘5上面部分(相对点焊位置)冲压而形成的，并且点焊施加到凹坑9的那部分。在这种情况下，节省了激光所施加的能量，并且可能防止图4所示那样的过多的焊缝金属8溶化在发射盘的上表面。
下面，参阅图6和图7，将描述本发明的另一实施例。
在本实施例中，象图1和图2所示的实施例那样，波导管结构的天线11包括一个主体12和主要用铝制成的一个发射盘15。主体12由平底盘13和多个实质由细长的长方形侧壁14A、14B和14C组成。通过铸造，如压模的方法，用一块铝制成底盘13和侧壁14A、14B和14C。每个侧壁包括纵向平行的上边14a和下边4b，并且下边14b与底盘13连接到一体，从而把侧壁垂直地固定到底盘。象7所示那样，以一定间隔，按纵向方面平行的安排侧壁14A。沿着侧壁14A的纵向方面的垂直方向安排侧壁14B，并且在侧壁14B之间有缝隙20。每个侧壁14B的中央部分都与一个侧壁14A的未端牢固的连成一体。侧壁14C平行于侧壁14B。
用平的铝盘制成发射盘15，并且使它平行于底盘13。通过点焊，发射盘15的一个表面被固定到侧壁14A、14B和14C的上边14a。这样，相临的两侧壁14A，底盘13和发射盘15形成了发射波导管17A，且在侧壁14B和侧壁14C之间形成馈送波导管17B。通过每个缝隙20，馈送波导管17A与发射波导管14A连通。在面对每一个发射波导管17A的发射盘15的一部分上，沿着波导管的纵向的两条线，以一定间隔形成了横向槽16。
底盘13的厚度为1.5mm，且发射盘15的厚度为0.3mm。每个侧壁14A、14B和14C的厚度为1.0mm，并且它们的厚度即位于平行边14a和14b的距离为4.0mm。还有，两相临侧壁14A间的距离，即波导17A的宽度，以及位于侧壁14B和侧壁14C间的距离，即波导17B的宽度都为17mm。
位于每个侧壁上边14a和发射盘15之间的点焊最好是用激光点焊。用波长为1.06μm的YAG激光的8焦耳能量照射发射盘15的上表面，从而以2.5mm的间隔把发射盘点焊到侧壁的上表面。
当11.85GHz的电磁波传送到天线11时，通过馈送波导17B，缝隙20，发射波导17A和槽16，把电磁波发送到外部。
按照本发明的波导管结构的天线及其制造方法，由于通过激光焊接，侧壁和发射盘牢固的连在一起，所以可以靠少量焊接金属，把主体和发射盘固定在一起。相应地，与传统的诸如螺丝夹紧法相比减少了制造步骤，并且侧壁和发射盘可以做得更薄，从而可以制造一个价廉且质量轻的天线。还有，由于所形成的薄的侧壁变形很小，所以波导的内表面平滑度高，且电磁波的传输损耗小。
权利要求
1.一种波导管结构的天线，包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它与所述底盘平行，并与所述底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间有一定的空间；以及多个薄平的金属侧壁，安排在所述空间内，固定所述底盘和所述发射盘，从而把所述底盘和所述发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管；其中所述发射盘是通过以一定间隔多个点焊被焊接到所述受侧壁上的。
2.根据权利要求1的波导管结构的天线，其特征在于，所述底盘和所述多侧壁是用铝一体制成的。
3.根据权利要求1的波导管结构的天线，其特征在于，所述发射盘是由铝制成的。
4.根据权利要求1的波导管结构的天线，其特征在于，位于所述发射盘和所述侧壁的多个点焊内的每个预定间隔要等于或小于用于所述天线的电磁波波长的1/10。
5.根据权利要求1的波导管结构的天线，其特征在于，每个所述多波导管包括一个馈送波导管和所述馈送波导管垂直的平行排列的多个发射波导管。
6.根据权利要求5的波导管结构的天线，其特征在于，在面对每个所述多发射波导管的所述发射盘的一部分处形成多个槽。
7.一种波导管结构的天线，包括一平薄的金属底盘；一平薄的金属发射盘，它与所述底盘平行，并与所述底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间有一定的空间；以及多个平薄的金属侧壁，安排在所述空间内，固定所述底盘和所述发射盘，从而把所述底盘和所述发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管；其中所述多侧壁用一块金属材料一体地与所述底盘制成。
8.根据权利要求7的波导管结构的天线，其特征在于，通过预定间隔的多个点焊把所述多侧壁焊接到所发射盘。
9.根据权利要求9的波导管结构的天线的制造方法，包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它与所述底盘平行，并与所述底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间有一定的空间；以及多个薄平的金属侧壁，安排在所述空间内，固定所述底盘和所述发射盘，从而把所述底盘和所述发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管；所述方法包括通过激光焊接，把每个所述多侧壁焊接到所述发射盘的一个表面上的步骤。
10.根据权利要求9的方法，还包括用铝把所述底盘和所述多侧壁制成一体的步骤。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述发射盘是由铝制成的。
12.根据权利要求9的方法，还包括通过铸造，把所述底盘和所述多侧壁制成一体的步骤。
13.根据权利要求9的方法，还包括通过模铸铝，制造所述度盘和所述多侧壁的步骤。
14.根据权利要求9的方法，还包括通过熔模法，制造所述底盘和所述多侧壁的步骤。
15.根据权利要求9的方法，还包括壳型造型的方法，制造所述底盘和所述多侧壁的步骤。
16.根据权利要求9的方法，其特征在于，通过预定间隔的多个点焊，把所述多侧壁焊接到所述发射盘一个表面。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，每个所述预定间隔等于或小于用在所述天线的电磁波波长的1/10。
18.根据权利要求9的方法，其特征在于，用激光焊接，把所述多侧壁焊接到所述发射盘的一个表面的步骤，是通过把激光束照射到与所述表面相对的所述发射盘的另一表面完成的。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，通过预定间隔的多个点焊，把所述多侧壁焊接到所述发射盘的一个表面。
20.根据权利要求19的方法，在所述多侧壁被点焊到所述发射盘的一个表面之前，还包括在相应于所述发射盘另一表面的所述点焊位置处的每个位置上形成一个凹坑。
21.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述预定间隔等于或小于用在所述天线的电磁波波长的1/10。
22.一种制造波导管结构的天线的方法，包括一薄平的金属底盘；一薄平的金属发射盘，它与所述底盘平行，并与所述底盘有一定间隔，从而在底盘和发射盘之间有一定的空间；以及多个薄平的金属侧壁，安排在所述空间内，固定所述底盘和所述发射盘，从而把所述底盘和所述发射盘之间的空间分成多个彼此相连的波导管；所述方法包括，形成所述底盘和用一块金属材料一体化固定到所述底盘的所述多个侧壁的步骤。
全文摘要
一种波导管结构的天线，包括一平薄的金属底盘，一平薄金属发射盘，它与底盘平行且有一定间隔，从而底盘和发射盘之间有一定空间，和多个平薄的金属侧壁，安排在所述空间内，且固定该底盘和发射盘，从而在它们之间形成多个彼此相连的波导管，其中发射盘，通过一预定间隔的多个点焊被焊接到多侧壁上，并且最好用一块金属材料，一体地形成底盘和多个侧壁。还叙述了天线的制造方法。
文档编号H01L23/373GK1117770SQ9419115
公开日1996年2月28日 申请日期1994年4月6日 优先权日1994年2月14日
发明者森谷正晴, 松野敬司, 后藤尚久 申请人:新日本制铁株式会社, 后藤尚久