CN108475852A - 具有集成极化旋转器的平板阵列天线 - Google Patents

Abstract

一种面板阵列天线包括输入层和输出层，输入层包括将在输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在输入层的第二侧的多个主耦合腔体的波导网络，并且输出层位于输入层的第二侧。输出层包括喇叭辐射器的阵列、与喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合至主耦合腔体的相应槽形输出端口。喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口和相应槽形输出端口集成在单片层中，该单片层配置为提供来自喇叭辐射器的相应输出信号，该相应输出信号的极化取向相对于在耦合至喇叭辐射器的相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度。

Description

具有集成极化旋转器的平板阵列天线

优先权要求

本申请要求2016年3月15日提交的美国临时专利申请No.62/308,436的优先权，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及通信系统，并且更具体地涉及蜂窝通信系统中使用的平板阵列天线。

背景技术

平板阵列天线技术可能不被广泛用于许可的商业微波点对点或点对多点市场，其中符合有效频谱管理的更严格的电磁辐射包络特性可能更常见。源自传统反射器天线配置的天线解决方案(诸如主焦点馈电轴对称几何形状)可以以相对低的成本提供高水平的天线方向性和增益。然而，反射器盘和相关馈电件的广泛结构可能需要增强的支撑结构以承受风荷载，这可能增加总体成本。此外，所需的反射器天线组件和支撑结构的增大尺寸可能被视为视觉上的负面影响。

阵列天线通常利用印刷电路技术或波导技术。与自由空间接合的阵列部件(称为元件)通常利用微带几何结构(诸如贴片、偶极子和/或槽)或波导部件(诸如喇叭(horn)和/或槽)。各种元件可以通过馈电网络互连，使得所得到的天线的电磁辐射特性(诸如天线波束指向、方向性和/或旁瓣分布)能够符合期望的特性。

平板阵列可以例如使用波导或印刷槽阵列形成为谐振配置或行波配置。谐振配置通常不能在陆地点对点市场扇区中利用的带宽上实现期望的电磁特性，而行波阵列通常提供角位置随频率移动的主波束辐射图案。由于陆地点对点通信通常以正在使用的频带的不同部分上间隔开的去程/回城信道操作，所以主波束相对于频率的移动可以防止两个信道的链路同时有效的对准。

在固定波束天线的设计中可以使用组合式(corporate)馈电波导或槽元件以提供期望的特性。然而，可能有必要选择通常小于一个波长的元件间隔，以避免产生被称为栅瓣的次级波束，这可能不符合管理要求，和/或可能降低天线效率。这种紧密元件间隔可能与馈电网络尺寸发生冲突。例如，为了适应阻抗匹配和/或相位均衡，可能需要较大的元件间隔来提供足够的体积以不仅容纳馈电网络，而且容纳足够的材料以用于相邻传输线之间的电和机械壁接触件(由此隔离相邻线路并防止不想要的线路间耦合/串扰)。

天线阵列的元件可以由阵列尺寸表征，诸如N×M元件阵列，其中N和M是整数。在典型的N×M组合式馈电阵列中，为了提供可接受的VSWR性能，可以采用(N×M)-1个T型功率分配器以及N×M馈电弯曲(feed bend)和多个N×M步进式转换件(transition)。因此，馈电网络的要求可能是空间高效的组合式馈电平板天线阵列的限制因素。

发明内容

根据本文描述的一些实施例，一种面板阵列天线包括输入层和输出层，输入层包括将在输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在输入层的第二侧的多个主耦合腔体的波导网络，并且输出层位于输入层的第二侧。输出层可以是单片层，包括喇叭辐射器的阵列、与喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合至主耦合腔体的相应槽形输出端口。单片层配置为提供来自喇叭辐射器的相应输出信号，该相应输出信号的极化取向相对于在耦合至喇叭辐射器的相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度。

在一些实施例中，单片层的喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口耦合的相应槽形输出端口可以具有相应形状和/或取向，该相应形状和/或取向相对于彼此旋转期望极化旋转角度的至少一部分。

在一些实施例中，相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线可以相对于与相应喇叭辐射器入口端口耦合的相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转期望极化旋转角度的至少一部分。

在一些实施例中，相应槽形输出端口可以具有椭圆形端部，椭圆形端部通过沿相应槽形输出端口的相应纵向轴线在相应槽形输出端口之间延伸的细长槽耦合。

在一些实施例中，喇叭辐射器中的每个可以具有从基部延伸的多个侧壁，基部包括与喇叭辐射器耦合的相应喇叭辐射器入口端口中的对应一个喇叭辐射器入口端口。该多个侧壁可以限定围绕相应喇叭辐射器入口端口中的对应一个喇叭辐射器入口端口的多边形形状(例如，正方形、六边形或八边形形状)。

在一些实施例中，单片层还可以包括与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合至相应槽形输出端口的相应极化旋转器元件。相应极化旋转器元件的相应纵向轴线可以相对于与相应极化旋转器元件耦合的相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线旋转

在一些实施例中，在平面图中，相应极化旋转器元件可以被限制在与相应极化旋转器元件耦合的相应喇叭辐射器入口端口的边缘内。

在一些实施例中，相应极化旋转器元件由相应多边开口限定，在平面图中，该相应多边开口的一个或多个边缘可以与耦合至该相应多边开口的相应喇叭辐射器入口端口的一个或多个边缘对准。

在一些实施例中，相应多边开口可以被限制在与相应多边开口耦合的相应槽形输出端口的边缘内和/或具有相对于与相应多边开口耦合的相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转的相应纵向轴线。

在一些实施例中，相应多边开口的相应纵向轴线可以相对于与相应多边开口耦合的相应槽形输出端口和/或相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分。

在一些实施例中，喇叭辐射器中的每个可以具有从基部围绕喇叭辐射器的周边均匀延伸的多个侧壁。

在一些实施例中，相应槽形输出端口、相应喇叭辐射器入口端口和/或喇叭辐射器可以具有圆角端。

在一些实施例中，单片层中可以包括在其中机械加工的喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口和相应槽形输出端口。在一些实施例中，单片层中可以包括在其中通过注塑、压铸和/或其他技术形成的喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口和相应槽形输出端口。

根据本文描述的其他实施例，一种面板阵列天线包括输入层和输出层，输入层包括将在输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在输入层的第二侧的多个主耦合腔体的波导网络，并且输出层位于输入层的第二侧。输出层包括多个细长端口，该多个细长端口通过在细长端口与每个主耦合腔体之间的相应细长槽耦合至每个主耦合腔体。细长端口和与细长端口耦合的相应细长槽集成在单片层中，该单片层配置为旋转在相应细长槽处接收的相应输入信号的极化取向。

在一些实施例中，相应细长槽可以沿相对于与相应细长槽耦合的端口的相应纵向轴线旋转的相应纵向轴线具有椭圆形端部。

在一些实施例中，单片层还可以包括耦合在细长端口和与细长端口耦合的相应细长槽之间的相应菱形槽。在平面图中，相应菱形槽可以包括与耦合至相应菱形槽的细长端口的边缘对准的一个或多个边缘。

在一些实施例中，细长端口可以是喇叭辐射器入口端口，并且单片层还可以包括在与输入层的第二侧相对的单片层的第二侧上集成在单片层中的喇叭辐射器的阵列。每个喇叭辐射器都可以通过在喇叭辐射器的基部处的一个喇叭辐射器入口端口耦合至相应细长槽中的对应一个细长槽。喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线可以相对于与喇叭辐射器入口端口耦合的相应细长槽的相应纵向轴线旋转期望极化旋转角度的至少一部分。

根据本文描述的其他实施例，一种制造面板阵列天线的方法包括：设置输入层，该输入层包括将在输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在输入层的第二侧的多个主耦合腔体的波导网络；并且在输入层的第二侧设置输出层。输出层可以是单片层，该单片层包括喇叭辐射器的阵列，与喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口，以及与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合至主耦合腔体的槽形输出端口。单片层配置为提供来自喇叭辐射器的相应输出信号，相应输出信号具有相对于在耦合至喇叭辐射器的相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度的极化取向。

在一些实施例中，设置输出层可以包括：在单片层中形成喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口耦合的相应槽形输出端口，以限定相应形状和/或取向，该相应形状和/或取向相对于彼此旋转期望极化旋转角度的至少一部分。

在一些实施例中，形成相应槽形输出端口可以包括：形成椭圆形端部，椭圆形端部通过沿相应槽形输出端口的相应纵向轴线在相应槽形输出端口之间延伸的细长槽耦合。相应喇叭辐射器入口端口可以形成为限定相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线相对于与相应喇叭辐射器入口端口耦合的相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转期望极化旋转角度的至少一部分。

在一些实施例中，设置输出层可以包括：在输出层中形成相应多边开口以在输出层中限定相应极化旋转器元件。相应多边开口的相应纵向轴线可以相对于与相应多边开口耦合的相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线旋转。

在一些实施例中，在单片层中形成喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口和与相应喇叭辐射器入口端口耦合的相应槽形输出端口可以包括机械加工、注塑和/或压铸。

在一些实施例中，相应多边开口的形成可以包括在输出层中机械加工相应多边开口。可以通过由喇叭辐射器和输出层中的相应端口限定的开口从输出层的第二侧执行机械加工，使得在平面图中，相应多边开口被限制在与相应多边开口耦合的相应端口的边缘内。

在一些实施例中，相应多边开口的相应纵向轴线可以相对于与相应多边开口耦合的相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转。

在一些实施例中，可以通过由喇叭辐射器和输出层中的相应端口限定的开口从输出层的第二侧执行相应多边开口的机械加工，和/或可以通过由相应槽形输出端口限定的开口从输出层的第一侧执行相应多边开口的机械加工。

根据以下附图和详细描述，根据一些实施例的其他设备和/或方法对于本领域技术人员而言将变得清楚。意图在于，除了上述实施例的任何和所有组合之外，所有这些附加实施例都包括在本说明书内、本发明的范围内，并且由所附权利要求保护。

附图说明

并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，其中，附图中的相似附图标记指代相似的特征或元件，并且可以不针对附图标记所出现的每个附图来进行详细描述，附图与上面给出的本发明的总体描述以及下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一些实施例的平板天线的示意性等距成角度的正视图。

图2是根据一些实施例的图1的平板天线的示意性等距成角度的后视图。

图3是根据一些实施例的图1的示意性等距分解图。

图4是根据一些实施例的图2的示意性等距分解图。

图5是根据一些实施例的图3的中间层的第二侧的放大图。

图6是根据一些实施例的图3的中间层的第一侧的特写图。

图7是根据一些实施例的图3的输出层的第二侧的特写图。

图8是根据一些实施例的图3的输出层的第一侧的特写图。

图9是根据其他实施例的平板天线的波导网络的示意性等距成角度正视图。

图10是根据其他实施例的图9的平板天线的示意性等距成角度后视图。

图11是根据一些实施例的包括集成极化旋转器元件的平板天线的示意性等距成角度正视图。

图12是根据一些实施例的图11中包括集成极化旋转器元件的平板天线的示意性等距成角度后视图。

图13是根据一些实施例的图11的示意性等距分解图。

图14是根据一些实施例的图12的示意性等距分解图。

图15是根据一些实施例的沿图13的线I-I'截取的截面的特写图。

图16是根据一些实施例的图13的中间层的第二侧的特写图。

图17A是根据一些实施例的图11的特写局部切除正视图。

图17B是根据一些实施例的图11的输出层的第二侧的特写图。

图17C是根据一些实施例的图11的输出层的第一侧的特写图。

图17D是根据一些实施例的图11的包括喇叭辐射器、入口端口、极化旋转器和输出端口的输出层中的腔体的顶部透视图。

图17H是例示根据一些实施例的图17D中示出的腔体的体积的顶部透视图。

图17E是根据一些实施例的图11的包括喇叭辐射器、入口端口、极化旋转器和输出端口的输出层中的腔体的底部透视图。

图17I是例示根据一些实施例的图17E中示出的腔体的体积的底部透视图。

图17F是根据一些实施例的图17D的包括喇叭辐射器、入口端口、极化旋转器和输出端口的输出层中的腔体的分解顶部透视图。

图17J是例示根据一些实施例的图17F中示出的腔体的体积的分解顶部透视图。

图17G是根据一些实施例的图17E的包括喇叭辐射器、入口端口、极化旋转器和输出端口的输出层中的腔体的分解底部透视图。

图17K是例示根据一些实施例的图17G中示出的腔体的体积的分解底部透视图。

图18是根据其他实施例的包括第二中间层的平板天线的示意性等距成角度正视图。

图19是根据其他实施例的图18的平板天线的示意性等距成角度后视图。

图20是根据其他实施例的图18的示意性等距分解图。

图21是根据其他实施例的图19的示意性等距分解图。

图22是根据其他实施例的图18的特写局部切除正视图。

图23是根据其他实施例的图22的带有耦合腔体的尺寸标记的特写图。

图24是根据其他实施例的替代性第二中间层的第二侧的示意性等距特写图。

图25是根据其他实施例的替代性第二中间层的第一侧的示意性等距特写图。

图26是根据一些实施例的显示在层侧壁处具有输入馈电件的E平面波导网络的输入层和第一中间层的示意性等距视图。

图27是根据一些实施例的图26的特写图。

图28A是根据一些其他实施例的图11的包括喇叭辐射器、入口端口、极化旋转器和输出端口的输出层中的腔体的顶部透视图。

图28B是例示根据一些其他实施例的图28A中示出的腔体的体积的顶部透视图。

图28C是根据一些其他实施例的图11的包括喇叭辐射器、入口端口、极化旋转器和输出端口的输出层中的腔体的底部透视图。

图28D是例示根据一些其他实施例的图28C中示出的腔体的体积的底部透视图。

图28E是根据一些其他实施例的沿图13的线I-I'截取的极化旋转器的特写图。

图29A是根据一些实施例的图1的包括被配置为提供期望的极化旋转的喇叭辐射器、入口端口和输出端口的输出层中的腔体的顶部透视图。

图29B是例示根据一些实施例的图29A中示出的腔体的体积的顶部透视图。

图29C是根据一些实施例的图1的包括被配置为提供期望极化旋转的喇叭辐射器、入口端口和输出端口的输出层中的腔体的底部透视图。

图29D是例示根据一些实施例的图29C中示出的腔体的体积的底部透视图。

图30A是根据一些实施例的图1的包括被配置为提供期望的极化旋转的喇叭辐射器、入口端口和双脊输出端口的输出层中的腔体的顶部透视图。

图30B是例示根据一些实施例的图30A中示出的腔体的体积的顶部透视图。

图30C是根据一些实施例的图1的包括被配置为提供期望的极化旋转的喇叭辐射器、入口端口和双脊输出端口的输出层中的腔体的底部透视图。

图30D是例示根据一些实施例的图30C中示出的腔体的体积的底部透视图。

图30E是例示根据一些实施例的图30A和图30C中示出的腔体的体积的侧部透视图。

图30F是例示根据一些实施例的图30A和图30C的双脊输出端口的形状的特写图。

图30G是例示根据一些实施例的图30A和图30C的喇叭入口端口的形状的特写图。

图30H是例示根据一些实施例的图30A和图30C的喇叭辐射器的形状的特写图。

图31是例示根据一些实施例的由图17A至图17K的包括喇叭辐射器、入口端口、集成菱形极化旋转器和输出端口的输出层提供的电磁场控制的示图。

图32是示出根据一些实施例的由图30A至图30H的包括喇叭辐射器、入口端口和双脊输出端口的输出层提供的电磁场控制的示图。

具体实施方式

平板阵列天线可以通过机械加工或铸造形成为多层。例如，Thomson等人的美国专利No.8,558,746(其公开内容通过引用以其整体并入本文)讨论了被构造为一系列不同层的平板阵列天线。其中示出了包括输入层、中间层和输出层的平板阵列，其中一些实施例包括一个或多个槽层和一个或多个附加中间层。这些层被(通常通过机械加工或铸造)分别制造并堆叠以形成整个馈电网络。

本发明的一些实施例提供设备和方法，这些设备和方法实现较不复杂的平板天线的制造以提供与大得多的传统反射器天线接近的电性能并且可以满足用于典型微波通信链路的操作频带上的严格电规范。具体地，本发明的实施例提供一种平板天线，该平板天线利用：被设置在堆叠层中的腔体耦合器和组合式波导网络，以及输出层，其中输出层包括被机械加工成单片结构的腔体输出端口、喇叭辐射器入口端口和喇叭辐射器(以及在一些实施例中的极化旋转器元件)，该单片结构被配置为提供被输入至平板天线的极化取向的期望旋转。

在包括集成在单片输出层中的极化旋转器元件的实施例中，极化旋转器元件的大小可以被设定为使得极化旋转器元件的尺寸被限制在喇叭辐射器的基部处的喇叭辐射器入口端口的尺寸内和/或限制在与耦合腔体连通的主耦合腔体输出端口的尺寸内，使得可以从输出层的任一侧对极化旋转器元件进行机械加工。例如，极化旋转器部件可以包括在喇叭辐射器入口端口与主耦合腔体输出端口之间的细长的、大致菱形的开口(在本文中也称为槽或腔体)，其中，当在平面图中观看时，极化旋转器部件的一个或多个边缘遵循与极化旋转器部件耦合的喇叭辐射器入口端口或主耦合腔体输出端口的边缘的轮廓或被限制在该边缘内。

在单片输出层中不包括特定或专用极化旋转器元件的实施例(在本文中也称为“无旋转器”设计)中，喇叭辐射器入口端口的尺寸可以被设定为在喇叭辐射器的尺寸内，使得可以从输出层的喇叭辐射器侧对喇叭入口端口进行机械加工。而且，腔体输出端口可以具有双脊设计，可以从输出层的输出端口侧对该双脊设计进行机械加工。

在一些实施例中，输出层中的机械加工端口或开口可以具有圆角端，但在一些其他实施例中可以具有更尖的角部。集成在单个、单一输出层中而不是分离的层中的多个元件的制造可以减少制造时间和/或加工成本。虽然本文主要关于形成单片输出层的机械加工过程进行描述，但应理解，在一些实施例中，单片输出层可以通过注塑、压铸和/或其他技术来形成。

将理解，如本文所述，可以基于馈送至每个辐射元件的信号分量的幅度和/或相位来确定天线阵列的各种属性，诸如波束仰角、波束方位角和半功率波束宽度。馈送至每个辐射元件的信号分量的幅度和/或相位可以被调整为使得平板天线将在例如波束仰角、波束方位角和半功率波束宽度方面呈现出期望的天线覆盖图案。期望的操作频率范围可以确定天线阵列的元件的大小、尺寸和/或间隔。例如，从制造的观点来看，用于在约40GHz以上进行操作的元件尺寸对于实际实施而言可能太小，而用于在约15GHz以下进行操作的元件尺寸可能太大。如此，本文描述的一些天线阵列可以在约15GHz直到约40GHz的频率范围内进行操作。

如图1至图8所示，根据一些实施例的平板阵列天线1由多个层(输入层35、中间层45和输出层75)形成，当这些层彼此堆叠时，每个层的表面轮廓和孔组合形成包括一系列封闭耦合腔体和互连波导的馈电喇叭阵列和RF路径。RF路径包括波导网络5，波导网络5将在中间层45的第一侧30的输入馈电件10耦合至在中间层45的第二侧50的多个主耦合腔体15。每个主耦合腔体15耦合至四个输出端口20，并且每个输出端口20耦合至相应的喇叭辐射器25。每个腔体15的低损耗4路耦合可以简化组合式波导网络的需求、实现更高馈电喇叭密度以改善电性能。分层配置还可以实现批量生产中的成本高效的精确度。

输入馈电件10被示出为位于输入层35的第一侧30的大致中心位置，以例如通过使用与传统反射器天线所使用的天线安装部件可互换的天线安部装部件(未示出)来实现将微波收发器紧凑安装在上面。替代地，输入馈电件10可以位于层侧壁40处，例如如图26所示，在输入层35与第一中间层45之间，使得例如天线能够与收发机配置并排，其中，所得到的平板天线组件的深度减小或被最小化。

如图3、图4和图6所示，作为例子，在输入层35的第二侧50和中间层45的第一侧30上设置波导网络5。波导网络5将RF信号分配至输入馈电件10以及将RF信号从输入馈电件10向设置在中间层45的第二侧50的多个主耦合腔体15分配。波导网络5的尺寸可以被设定为向每个主耦合腔体55提供等效长度的电路径以确保共同的相位和幅度。可以应用T型功率分配器55来重复划分输入馈电件10以便路由至每个主耦合腔体15。波导网络5的波导侧壁60还可以设置有表面部件65以用于阻抗匹配、滤波和/或衰减。

波导网络5可以设置有矩形波导截面，其中矩形截面的长轴正交于输入层35的表面平面，例如如图6所示。替代地，波导网络5可以配置为其中矩形截面的长轴平行于输入层35的表面平面，例如如图26所示。输入层35与第一中间层45之间的接缝(seam)70可以应用在波导截面的中点处，例如如图3、图4和图6所示。由此，在层接合处出现的泄漏和/或尺寸缺陷可以在波导截面中信号强度降低或被最小化的区域处。此外，由于在层的任一侧中形成的部件的深度减半，所以通过注塑模具分离来制造层的侧壁斜度(draft)要求可以降低或被最小化。替代地，波导网络5可以形成在输入层35的第二侧50或第一中间层45的第一侧30上，其中波导部件在一侧或另一侧中处于全波导截面深度，并且相对侧用作顶部或底部侧壁，当层彼此安放时闭合波导网络5，例如如图9和图10所示。

主耦合腔体15可以提供例如至四个输出端口20的-6dB耦合，其中每个主耦合腔体15均通过至波导网络5的至少一个连接件被馈电。主耦合腔体15可以具有基本为矩形的配置，该配置具有在每个耦合腔体15的相对侧上的波导网络连接件/输入端口和四个输出端口20。输出端口20设置在单一或单片输出层75的第一侧30上，每一个输出端口20都与一个喇叭辐射器25连通。喇叭辐射器25被设置为在输出层75的第二侧50上的喇叭辐射器25的阵列。每个喇叭辐射器25的尺寸都可以小于期望操作波长。主耦合腔体15的侧壁80和/或输出层75的第一侧30可以设置有调谐部件85，诸如突出到基本为矩形的主耦合腔体15中的隔片(septum)90和/或形成凹陷的凹槽95，以平衡波导网络5与每个主耦合腔体15的输出端口20之间的传输。调谐部件85可以彼此对称地设置在腔体15的相对边缘上，如图22至图23所示，并且/或者在输出端口20之间等距间隔设置。

为了平衡每个输出端口20之间的耦合，每个输出端口20都可以配置为与矩形腔体的长尺寸AB和输入波导的长尺寸AJ平行地延伸的矩形槽，如图23所示。类似地，矩形输出端口20的短尺寸可以与腔体的短尺寸AC平行地对准，短尺寸AC与波导输入端口的短尺寸AG平行地延伸。

当使用介于0.75和0.95波长之间的阵列元件间隔来提供可接受或期望的阵列方向性，并且元件之间具有足够的限定结构时，腔体纵横比AB:AC可以例如为1.5:1。示例腔体15的尺寸可以设置为深度小于0.2波长、宽度AC接近n×波长以及长度AB接近n×3/2波长。

以上已经描述了图1至图10，而没有讨论输出信号的相对于递送至输入馈电件10的极化取向的极化取向。在一些实施例中，输出层75可以包括在输出层75的第一侧30与第二侧50之间的集成极化旋转器元件100。极化旋转器元件100可以被限定为单片输出层75内的开口或腔体，其中，开口或腔体的纵向轴线相对于喇叭辐射器25的基部处的喇叭辐射器入口端口31的纵向轴线和/或腔体输出端口20的纵向轴线旋转，以在从主耦合腔体15输入的极化取向和由喇叭辐射器25输出的极化取向之间提供期望极化旋转角度。在其他实施例中，输出层75的腔体输出端口20、喇叭辐射器入口端口31和喇叭辐射器25可以被定向、成形和/或以其他方式配置为在从主耦合腔体15输入的极化取向与由喇叭辐射器25输出的极化取向之间提供期望极化旋转角度，而不使用特定或专用极化旋转器元件100。即，在一些实施例中，输出端口20、喇叭辐射器入口端口31和/或喇叭辐射器25的相应形状和/或相对取向本身可以提供极化旋转功能。

图11至图17K例示在信号路径中提供极化旋转的阵列天线的实施例。具体地，图11至图17K的实施例在单一输出层75中包括集成极化旋转器元件。如图11和图12的示例所示，三层结构包括输入层35、中间层45和输出层75。波导网络5设置在输入层35的第二侧50和中间层45的第一侧30，而多个主耦合腔体15设置在中间层45的第二侧50和输出层75的第一侧。

输出层75是单片层，包括在输出层75的第二侧50的喇叭辐射器25的阵列以及在第一侧30的用于主耦合腔体15的多个输出端口20。输出端口20的配置可以大致为矩形，并且可以将多个(例如，四个)输出端口20耦合至每个主耦合腔体15。每个输出端口20还通过集成在输出层75中的一个或多个极化旋转器元件(由附图标记100表示)耦合至一个喇叭辐射器25。例如，可以从单片输出层75的第一侧30和/或第二侧50将输出端口20、喇叭辐射器25和极化旋转器元件机械加工到单片输出层中。

在本文描述的一些实施例中，极化旋转器元件在输出层75中包括一个或多个多边槽或开口105，该一个或多个多边槽或开口105将每个输出端口20耦合至一个喇叭辐射器25。具体地，如图15和图17A至图17K所示，极化旋转器元件在输出层75中包括细长的、大致为菱形的槽或开口105。大致为菱形的槽105中的一个与输出端口20中的相应一个连通，并且将相应输出端口20耦合至一个喇叭辐射器25的基部处的入口端口31。大致为菱形的槽105可以限定细长或扁平的平行四边形，并且可以包括与耦合至槽105的入口端口31的边缘或边界对准的一个或多个边缘或边界，如图17A至图17C所示。附加地或替代地，大致为菱形的槽105可以包括与耦合至槽105的输出端口20的边缘对准的一个或多个边缘。通过将大致为菱形的槽105的尺寸限制在耦合至槽105的入口端口31和/或输出端口20的尺寸内，可以从第一侧30通过由喇叭辐射器25和入口端口31限定的开口将大致为菱形的槽105机械加工到输出层75中，和/或可以从第二侧50通过由输出端口20限定的开口将大致为菱形的槽105机械加工到输出层中。在一些实施例中，喇叭辐射器25、入口端口31、大致为菱形的槽或开口105和/或输出端口20可以包括由机械加工过程产生的一个或多个圆角或端。

每个大致为菱形的槽105的纵向轴线可以相对于与大致为菱形的槽105耦合的输出端口20和/或入口端口31的纵向轴线旋转，使得相对于从每个主耦合腔体15输出的信号，输出端口20、大致为菱形的槽105和/或与大致为菱形的槽105连通的入口端口31的相对纵向轴线可以在每个主耦合腔体15与耦合至每个主耦合腔体15的喇叭辐射器25之间提供期望极化旋转角度。例如，输出端口20的纵向轴线可以相对于主耦合腔体15的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分(例如，一半)，并且与输出端口20耦合的大致为菱形的槽105的纵向轴线可以相对于输出端口20的纵向轴线进一步旋转期望极化旋转角度的一部分(例如，一半)。作为另一示例中，大致为菱形的槽105的纵向轴线可以相对于输出端口20的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分，并且与大致为菱形的槽105耦合的入口端口31的纵向轴线可以相对于与入口端口31耦合的大致为菱形的槽105的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分。分别在图17D和图17E的顶部和底部透视图中以及图17F和图17G中的输出层75的对应分解图中例示由单片输出层75的每个部分提供的纵向轴线旋转。

分别由在图17H和图17I的顶部和底部透视图以及图17J和17K的对应分解图中示出的单片输出层75内限定的空气体积(air volume)例示由单片输出层的每个部分提供的极化旋转效果。在一些实施例中，每个大致为菱形的槽105可以旋转期望极化旋转角度的一半，并且与大致为菱形的槽105耦合的输出端口20和/或入口端口31的纵向轴线可以相对于主耦合腔体15的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的剩余一半。因此，本领域技术人员将认识到，设置在耦合腔体输出端口20与喇叭辐射器25的入口端口31之间的极化旋转器元件105的数量和/或形状可以增加或改变，其中在附加极化旋转器元件105之间进一步分配期望旋转角度的划分。

图28A至图28E例示了图11和图12的示例中示出的阵列天线的输出层75的其他实施例。输出层75包括在输出层75的第二侧50的喇叭辐射器25的阵列以及在第一侧30的用于主耦合腔体15的多个输出端口20。输出端口20的配置可以大致为矩形，并且可以将多个(例如，四个)输出端口20耦合至每个主耦合腔体15。每个输出端口20还通过集成在输出层75中的一个或多个极化旋转器元件105x(由图12中的附图标记100表示)耦合至一个喇叭辐射器25。例如，可以从输出层75的第一侧30和/或第二侧50将输出端口20、喇叭辐射器25和极化旋转器元件105x机械加工到输出层中。

具体地，图28A至图28D的实施例在单一或单片输出层75中包括集成极化旋转器元件105x。如图28E所示，极化旋转器元件105x可以是输出层75中的细长的槽形开口。槽形开口105x中的一个与输出端口20中的相应一个连通，并且将相应输出端口20耦合至一个喇叭辐射器25的基部处的入口端口31。通过将槽形开口105x的尺寸限制在与槽形开口105x耦合的入口端口31和/或输出端口20的尺寸内，可以从第一侧30通过由喇叭辐射器25和入口端口31限定的开口将槽形开口105x机械加工到输出层75中，和/或可以从第二侧50通过由输出端口20限定的开口将该槽形开口105x机械加工到输出层中。在一些实施例中，喇叭辐射器25、入口端口31、槽形开口105x和/或输出端口20可以包括由机械加工过程产生的一个或多个圆角或端。

每个槽形开口105的纵向轴线可以相对于与该槽形开口105耦合的输出端口20和/或入口端口31的纵向轴线旋转，使得相对于从每个主耦合腔体15输出的信号，输出端口20、槽形开口105和/或与槽形开口105连通的入口端口31的相对纵向轴线可以在每个主耦合腔体15和与该主耦合腔体15耦合的喇叭辐射器25之间提供期望极化旋转角度。例如，输出端口20的纵向轴线可以相对于主耦合腔体15的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分，并且与输出端口20耦合的槽形开口105x的纵向轴线可以相对于输出端口20的纵向轴线进一步旋转期望极化旋转角度的一部分。然而，将理解，期望极化旋转角度不需要在输出端口20和槽形旋转元件105x的纵向轴线之间等分。作为另一示例中，槽形开口或旋转元件105x的纵向轴线可以相对于输出端口20的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分，并且与其耦合的入口端口31的纵向轴线可以相对于与入口端口31耦合的槽形开口105x的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分。然而，在一些实施例中，输出端口20的纵向轴线可以与耦合腔体15的纵向轴线平行或成“直角”，以便在四个输出端口20之间更均等地划分能量。分别在图28A和图28C的顶部和底部透视图中例示由单片输出层75的每个部分提供的纵向轴线旋转。

分别由在图28B和图28D的顶部和底部透视图中示出的单片输出层75内限定的空气体积例示由单片输出层75的每个部分提供的极化旋转效果。在一些实施例中，每个槽形开口105x'可以旋转期望极化旋转角度的一部分，并且与每个槽形开口105x'耦合的输出端口20'和/或入口端口31'的纵向轴线可以相对于主耦合腔体15的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的剩余部分。因此，本领域技术人员将认识到，设置在喇叭辐射器25'的耦合腔体输出端口20'与入口端口31'之间的极化旋转器元件105x'的数量和/或形状可以增加或改变，其中至少在极化旋转器元件之间分配一些期望旋转角度的划分。

图29A至图29D例示图1和图2的示例中示出的阵列天线的输出层75的其他实施例。输出层75包括位于输出层75的第二侧50的喇叭辐射器25的阵列以及位于第一侧30的用于主耦合腔体15的多个槽形输出端口20。输出端口20的配置可以大致为矩形，并且可以将多个(例如，四个)输出端口20耦合至每个主耦合腔体15。每个输出端口20还通过全部都集成在单一或单片输出层75中的入口端口31耦合至一个喇叭辐射器25x。例如，可以从单片输出层75的第一侧30和/或第二侧50将输出端口20、喇叭辐射器25x和入口端口31机械加工到单片输出层75中。

具体地，在图29A至图29D的实施例中，单片输出层75中的元件或开口20、31和25x配置为提供来自喇叭辐射器25x的相应输出信号，该相应输出信号的极化取向相对于在与喇叭辐射器耦合的相应输出端口20处接收的相应输入信号的极化取向旋转。即，喇叭辐射器25x、相应喇叭辐射器入口端口31和/或相应输出端口20相对于彼此的特征(例如，形状和/或取向)配置为共同将在相应输出端口20处接收的相应输入信号的极化取向旋转期望极化旋转角度，而不存在集成在输出层75中的专用极化旋转器元件(诸如以上讨论的极化旋转元件105或105x)。因此，图29A至图29D的实施例可以允许输出层75的复杂度的减小。然而，分别如图29B和图29D的顶部和底部透视图中示出的单片输出层75内限定的空气体积更清楚地例示的那样，可以增加喇叭辐射器25x'和/或喇叭入口端口31'的厚度以实现期望的RF性能，这可能增加输出层75的整体厚度。而且，如图29A至图29D所示，喇叭辐射器25x可以具有更复杂的几何形状(例示为六边形)。

入口端口31的尺寸可以限制在喇叭辐射器25x的尺寸内，使得入口端口31可以通过由喇叭辐射器25x限定的开口从第一侧30机械加工到输出层75中。在一些实施例中，喇叭辐射器25x、入口端口31和/或输出端口20可以包括由机械加工过程产生的一个或多个圆角或端。

每个入口端口31的纵向轴线可以相对于与每个入口端口31耦合的输出端口20的纵向轴线旋转，使得相对于从每个主耦合腔体15输出的信号，输出端口20和与输出端口20连通的入口端口31的相对纵向轴线可以在每个主耦合腔体15与耦合至每个主耦合腔体15的喇叭辐射器25x之间提供期望极化旋转角度。例如，输出端口20的纵向轴线可以相对于主耦合腔体15的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分(或者可以平行)，并且与输出端口20耦合的入口端口31的纵向轴线可以相对于输出端口20的纵向轴线进一步旋转期望极化旋转角度的剩余部分(或全部)。然而，在一些实施例中，输出端口20的纵向轴线可以与耦合腔体15的纵向轴线平行或成“直角”，以便在四个输出端口20之间更均等地划分能量。更一般地，将理解，可以在输出端口20和入口端口31的纵向轴线之间划分相对于主耦合腔体15的纵向轴线的期望极化旋转角度，但是不需要等分。分别在图29A和图29C的顶部和底部透视图中例示由单片输出层75的每个部分提供的纵向轴线旋转。

分别由在图29B和图29D的顶部和底部透视图中示出的单片输出层75内限定的空气体积例示由单片输出层75的每个部分提供的极化旋转效果。在一些实施例中，每个入口端口31'可以旋转期望极化旋转角度的至少一部分(或在一些实施例中，全部)，并且输出端口20'的纵向轴线可以平行于或对应于主耦合腔体15的纵向轴线。

图30A至图30H例示图1和图2的示例中示出的阵列天线的输出层75的其他实施例。输出层75包括位于输出层75的第二侧50的喇叭辐射器25的阵列以及位于第一侧30的用于主耦合腔体15的多个槽形输出端口20x。在图30A至图30H的实施例中，每个输出端口20x可以包括通过沿输出端口20x的纵向轴线在输出端口20x之间延伸的细长槽(在本文中也称为双脊槽20x)耦合的椭圆形端部，并且可以将多个(例如，四个)输出端口20x耦合至每个主耦合腔体15。每个输出端口20x还通过全部都集成在单一或单片输出层75中的入口端口31耦合至相应一个喇叭辐射器25。例如，可以从单片输出层75的第一侧30和/或第二侧50将输出端口20x、喇叭辐射器25和入口端口31机械加工到单片输出层中。

具体地，在图30A至图30H的实施例中，单片输出层75中的元件或开口20x、31和25配置为提供来自喇叭辐射器25的相应输出信号，该相应输出信号的极化取向相对于在与喇叭辐射器耦合的相应双脊槽形输出端口20x处接收的相应输入信号的极化取向旋转。即，喇叭辐射器25、相应喇叭辐射器入口端口31和/或相应输出端口20x相对于彼此的特征(例如，形状和/或取向)被配置为将在相应输出端口20x处接收的相应输入信号的极化取向共同旋转期望极化旋转角度，而不存在集成在输出层75中的专用极化旋转器元件(诸如以上讨论的极化旋转元件105或105x)。因此，图30A至图30H的实施例可以允许降低输出层75的复杂度。另外，分别如图30B和图30D的顶部和底部透视图中示出的单片输出层75内限定的空气体积所例示的那样，喇叭辐射器25'、喇叭入口端口31'和输出端口20x'的厚度可以基本相似或不变(相对于包括专用极化旋转元件105或105x的实施例中的对应部件25/25'、31/31'和20/20')，使得可以达到期望的RF性能，同时保持(或基本不改变)输出层75的整体厚度。

同样，如图30A至图30H所示，喇叭辐射器25的几何形状可以相对于包括专用极化旋转元件105或105x的实施例基本不变。即，每个喇叭辐射器25可以包括侧壁，侧壁从在其中包括一个相应喇叭辐射器入口端口31的基部围绕喇叭辐射器25的周边均匀延伸。入口端口31的尺寸可以类似地限制在喇叭辐射器25的尺寸内，使得入口端口31可以通过由喇叭辐射器25限定的开口从第一侧30机械加工到输出层75中。在一些实施例中，喇叭辐射器25、入口端口31和/或输出端口20x可以包括由机械加工过程产生的一个或多个圆角或端。

每个入口端口31的纵向轴线可以相对于与每个入口端口31耦合的输出端口20x的纵向轴线旋转，使得相对于从每个主耦合腔体15输出的信号，输出端口20x和与输出端口20x连通的入口端口31的相对纵向轴线可以在每个主耦合腔体15和与每个主耦合腔体15耦合的喇叭辐射器25之间提供期望极化旋转角度。例如，输出端口20x的纵向轴线可以相对于主耦合腔体15的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分(或者可以平行)，同时与输出端口20x耦合的入口端口31的纵向轴线可以相对于输出端口20x的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的剩余部分(或全部)。如果输出端口20的纵向轴线与耦合腔体15的纵向轴线平行或成“直角”，则可以在四个输出端口20之间更均等地划分能量。然而，将理解，可以在输出端口20x和入口端口31的纵向轴线之间划分相对于主耦合腔体15的纵向轴线的期望极化旋转角度，但是不需要等分。分别在图30A和图30C的顶部和底部透视图中例示由单片输出层75的每个部分提供的纵向轴线旋转。

分别由在图30B、图30D和图30E的顶部、底部和侧部透视图中示出的单片输出层75内限定的空气体积例示由单片输出层75的每个部分提供的极化旋转效果。分别在图30F、图30G和图30H的平面图中示出输入槽/输出端口20x'、喇叭入口端口31'和喇叭辐射器25'的相应形状和取向。如上所述，每个入口端口31'可以相对于输出端口20x'的纵向轴线旋转期望极化旋转角度的至少一部分(或在一些实施例中，全部)，同时输出端口20x'的纵向轴线可以平行于或对应于主耦合腔体15的纵向轴线。

图31是例示根据一些实施例的图17A至图17K的包括喇叭辐射器25、入口端口31、菱形集成极化旋转器105和输出端口20的输出层所提供的电磁场控制的示图，而图32是例示根据一些实施例的图30A至图30H的包括喇叭辐射器25、入口端口31和双脊槽形输出端口20x的输出层所提供的电磁场控制的示图。如通过图31和图32的比较所示，包括双脊槽形输出端口20x的输出层可以提供更紧密的场控制以及改善的位于与同一主耦合腔体15耦合的四个输出端口20x之间的“公共区域”中的场分离，其中，能量可以从由输入层35提供的单模波导输入分开。具体地，相对于图31中示出的包括菱形极化旋转器元件105的输出层的公共区域中更模糊的场限定，在图32中示出的包括双脊槽形输出端口20x的输出层的公共区域中的场看起来更加有区别(或“注意力集中(snap to attention)”)。在一些实施例中，该比较优势可以允许制造包括双脊槽形输出端口20x的输出层，其中双脊槽形输出端口20x具有更短的组装长度。换言之，包括双脊槽形输出端口20x的设计可以产生较薄的单片输出层，同时保持类似的性能。

再次参考图17D至图17K、图28A至图28D、图29A至图29D和图30A至图30H的视图，其中，对于来自喇叭辐射器25的输出极化相对于输入馈电件10处的输入极化的期望旋转角度为45度(例示出为“正方形(square)”或0度输入极化和“菱形”或45度输出极化)，平板天线1可以按照“菱形”取向而不是“正方形”取向(相对于方位轴)安装。在该取向上，平板天线1可以受益于改进的信号图案，特别是相对于水平或竖直极化，这是因为菱形取向可以增加或最大化沿这些轴中的每一个轴的喇叭辐射器的数量以及阵列因子的优点。为了辅助信号路由至离轴菱形开口105和/或输出端口20，主耦合腔体15的调谐部件85可以类似地移位成侧重于朝向相邻菱形开口105和/或输出端口20的端部的不对称对准，例如如图16所示。

可以通过应用耦合腔体的附加层来获得波导网络5的进一步简化。例如，代替直接耦合至输出端口20，主耦合腔体15中的每一个都可以对中间端口110进行馈送，中间端口110耦合至辅耦合腔体115，再次每个辅耦合腔体115具有四个输出端口20，每个输出端口20均耦合至喇叭辐射器25。由此，与等效组合式波导网络相比，喇叭辐射器25的密度可以增加4倍，并且成对的主、辅耦合腔体15、115可以获得-12dB耦合(-6dB/耦合腔体)，但是这可以显著减少对在输入馈电件10和每个输出端口20之间提供等效电长度所需的广泛高密度波导布局回转(gyration)的需要。

例如如图18至图21所示，波导网络5可以类似地形成在输入层35的第二侧50和第一中间层45的第一侧30。主耦合腔体15再次设置在第一中间层45的第二侧50。中间端口110设置在第二中间层120的第一侧30上，与主耦合腔体15对准。辅耦合腔体115设置在第二中间层120的第二侧50，与设置在输出层75的第一侧30的输出端口20对准，喇叭辐射器25设置为输出层75的第二侧50上的喇叭辐射器25的阵列。调谐部件85也可以应用于辅耦合腔体115，如上文关于主耦合腔体15所描述的那样。

上文描述的关于相邻层侧之间的波导网络5部件的分开的替代方案可以类似地应用于主耦合腔体15和/或辅耦合腔体115。例如，耦合腔体的中间壁(其相应厚度上)可以施加在层接合处，使得耦合腔体的一部分设置在相邻层的每一侧中。在具有主耦合腔体15和辅耦合腔体115的实施例中，主耦合腔体15的尺寸可以例如约为3×2×0.18波长，而辅耦合腔体115的尺寸可以为1.5×1×0.18波长。

在输出层75的第二侧50的喇叭辐射器25的阵列可以改善方向性(增益)，其中增益随元件孔径增加，直到元件孔径增加到超过一个波长(相对于期望操作频率范围)，在该点处可能开始引入栅瓣。在一些实施例中，天线1的期望频率范围可以在约15GHz和40GHz之间。本领域技术人员将认识到，因为每个喇叭辐射器20单独同相耦合至输入馈电件10，所以低密度1/2波长输出槽间隔(通常可以应用低密度1/2波长输出槽间隔以遵循公共馈电波导槽配置内的传播峰值)可以被消除，从而允许更紧密的喇叭辐射器20的间隔并因此允许更高的整体天线增益。因为提供具有共同相位和幅度的小喇叭辐射器20的阵列，所以可以在一些常规单个大喇叭配置以及可能以其他方式需要采用极深的喇叭或反射器的天线配置中观察到的振幅和相位渐变能够被消除。

本领域技术人员将认识到，耦合腔体的简化几何形状和波导网络要求的对应减少可以实现所需层表面特征的显著简化，这可以降低整体制造复杂度。例如，输入层35、第一中间层45和第二中间层(如果存在的话)120可以通过注塑和/或压铸技术成本有效地在高体积中以高精度形成。在使用聚合物材料进行注塑以形成层的情况下，可以应用导电表面。另外，包括集成喇叭辐射器25/25x、入口端口31和输出端口20/20x(以及在一些实施例中，极化旋转器元件105/105x)的输出层75可以由单片或单一层机械加工而成，从而降低制造成本，例如相对于复杂度和层对准。尽管耦合腔体和波导被描述为矩形，但为了便于机械加工和/或模具分离，角部或端部在电性能和制造效率之间的折衷下可以是圆角和/或圆形的。

输入层35、中间层45、120和/或输出层75可以使用各种技术组装，包括但不限于机械固定、钎焊(brazing)、扩散接合和层压。例如，层35、45、120和/或75中的两层或更多层可以使用(具有比层低的熔点的)填充金属在层间的接缝处通过钎焊过程结合。附加地或替代地，层35、45、120和/或75中的两层或更多层可以通过将两层或更多层夹在一起使相应表面邻接以及施加压力和热以接合层来使用扩散接合过程结合。这种钎焊和/或扩散接合过程可以在板之间提供非常好的接合，这可以获得更低的电损耗和/或减小或最小化的RF泄漏。

随着频率增加，波长减小。因此，随着所需操作频率增加，组合式波导网络中的物理特征(诸如阶梯、锥度和T型功率分配器)可能变得越来越小并且越来越难以制造。由于耦合腔体的使用可以简化波导网络的要求，本领域技术人员将认识到，本平板天线能够实现更高的操作频率，例如高达约40GHz，在该操作频率以上所需的尺寸分辨率/特征精度可能开始使制造具有可接受的容差成本限制。

从上文中可以明显看出，本发明的实施例提供具有减小的截面的高性能平板天线，其强度大、重量轻并且可以按照非常高的精度水平成本有效地重复制造。

以上已经参考附图描述了本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相似的附体标记贯穿全文指代相似的元件。

应该理解的是，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。

应该理解的是，当元件被称为“在”另一元件“上”时，其可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接”在另一个元件“上”时，不存在中间元件。还将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语应该以类似的方式进行解释(即，“在...之间”相对于“直接在...之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等)。

诸如“在...下方”或“在...上方”或“上”或“下”或“水平”或“垂直”之类的相对术语可以在本文中用于描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图所示。应该理解的是，这些术语旨在包含设备的除了图中描绘的朝向之外的不同朝向。

除非另有规定，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还将理解的是，当在本文使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

以上公开的所有实施例的方面和元素可以以任何方式进行组合和/或与其它实施例的方面或元素组合以提供多个附加的实施例。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例，并且尽管使用了特定的术语，但它们仅用于一般和描述性的意义，而不是为了限制的目的，本发明的范围在所附权利要求中进行阐述。

Claims (23)

1.一种面板阵列天线，包括：

输入层，包括波导网络，所述波导网络将在所述输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在所述输入层的第二侧的多个主耦合腔体；和

输出层，在所述输入层的第二侧，所述输出层包括单片层，所述单片层包括喇叭辐射器的阵列、与所述喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口以及与所述相应喇叭辐射器入口端口连通以将所述喇叭辐射器耦合至所述主耦合腔体的相应槽形输出端口，

其中，所述单片层配置为提供来自所述喇叭辐射器的相应输出信号，所述相应输出信号的极化取向相对于在耦合至所述喇叭辐射器的相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度。

2.根据权利要求1所述的面板阵列天线，其中，所述单片层的所述喇叭辐射器、所述相应喇叭辐射器入口端口以及与所述相应喇叭辐射器入口端口耦合的所述相应槽形输出端口包括相应形状和/或取向，所述相应形状和/或取向相对于彼此旋转所述期望极化旋转角度的至少一部分。

3.根据权利要求2所述的面板天线阵列，其中，所述相应喇叭辐射器入口端口具有相应纵向轴线，所述相应纵向轴线相对于与所述相应喇叭辐射器入口端口耦合的所述相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转所述期望极化旋转角度的至少一部分。

4.根据权利要求3所述的面板阵列天线，其中，所述相应槽形输出端口包括椭圆形端部，所述椭圆形端部通过沿所述相应槽形输出端口的相应纵向轴线在所述相应槽形输出端口之间延伸的细长槽耦合。

5.根据权利要求3所述的面板阵列天线，其中，所述喇叭辐射器中的每个包括从基部延伸的多个侧壁，所述基部包括与所述喇叭辐射器耦合的相应喇叭辐射器入口端口中的对应一个喇叭辐射器入口端口，并且其中所述多个侧壁限定围绕所述相应喇叭辐射器入口端口中的对应一个喇叭辐射器入口端口的六边形。

6.根据权利要求3所述的面板阵列天线，其中，所述单片层还包括与所述相应喇叭辐射器入口端口连通以将所述喇叭辐射器耦合至所述相应槽形输出端口的相应极化旋转器元件，所述相应极化旋转器元件的相应纵向轴线相对于与所述相应极化旋转器元件耦合的所述相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线旋转。

7.根据权利要求6所述的面板阵列天线，其中，在平面图中，所述相应极化旋转器元件被限制在与所述相应极化旋转器元件耦合的所述相应喇叭辐射器入口端口的边缘内。

8.根据权利要求7所述的面板阵列天线，其中，所述相应极化旋转器元件包括相应多边开口，在平面图中，所述相应多边开口的一个或多个边缘与耦合至所述相应多边开口的所述相应喇叭辐射器入口端口的一个或多个边缘对准。

9.根据权利要求8所述的面板阵列天线，其中，所述相应多边开口被限制在与所述相应多边开口耦合的所述相应槽形输出端口的边缘内和/或具有相对于与所述相应多边开口耦合的所述相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转的相应纵向轴线。

10.根据权利要求9所述的面板阵列天线，其中，所述相应多边开口的相应纵向轴线相对于与所述相应多边开口耦合的所述相应槽形输出端口和/或所述相应喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线旋转期望极化旋转角度的一部分。

11.根据权利要求3所述的面板阵列天线，其中，所述喇叭辐射器中的每个包括从基部围绕所述喇叭辐射器的周边均匀延伸的多个侧壁，其中所述基部包括所述喇叭辐射器中的所述相应喇叭辐射器入口端口中的一个。

12.根据权利要求2所述的面板阵列天线，其中，所述相应槽形输出端口、所述相应喇叭辐射器入口端口和/或所述喇叭辐射器包括圆角端。

13.根据权利要求12所述的面板阵列天线，其中，所述单片层包括在所述单片层中机械加工的所述喇叭辐射器、所述相应喇叭辐射器入口端口和所述相应槽形输出端口。

14.一种面板阵列天线，包括：

输入层，包括波导网络，所述波导网络将在所述输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在所述输入层的第二侧的多个主耦合腔体；和

输出层，在所述输入层的第二侧，所述输出层包括多个细长端口，所述多个细长端口通过在所述细长端口与每个所述主耦合腔体之间的相应细长槽耦合至每个所述主耦合腔体，其中，所述细长端口和耦合至所述细长端口的所述相应细长槽被集成在单片层中，所述单片层配置为旋转在所述相应细长槽处接收的相应输入信号的极化取向。

15.根据权利要求14所述的面板阵列天线，其中，所述相应细长槽沿相对于与所述相应细长槽耦合的端口的相应纵向轴线旋转的相应纵向轴线包括椭圆形端部。

16.根据权利要求14所述的面板阵列天线，还包括：

相应菱形槽，耦合在所述细长端口和与所述细长端口耦合的所述相应细长槽之间，其中，在平面图中，所述相应菱形槽包括与耦合至所述相应菱形槽的细长端口的边缘对准的一个或多个边缘。

17.根据权利要求14所述的面板阵列天线，其中，所述细长端口包括喇叭辐射器入口端口，并且其中，所述单片层还包括：

喇叭辐射器阵列，所述喇叭辐射器阵列在与所述输入层的第二侧相对的所述单片层的第二侧集成在所述单片层中，其中，所述喇叭辐射器中的每个通过所述喇叭辐射器的基部处的一个所述喇叭辐射器入口端口耦合至所述相应细长槽中的一个，

其中，所述喇叭辐射器入口端口的相应纵向轴线相对于与所述喇叭辐射器入口端口耦合的相应细长槽的相应纵向轴线旋转期望极化旋转角度的至少一部分。

18.一种制造面板阵列天线的方法，所述方法包括：

设置输入层，所述输入层包括波导网络，所述波导网络将在所述输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在所述输入层的第二侧的多个主耦合腔体；并且

在所述输入层的第二侧设置输出层，所述输出层包括单片层，所述单片层包括喇叭辐射器的阵列、与所述喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口以及与所述相应喇叭辐射器入口端口连通以将所述喇叭辐射器耦合至所述主耦合腔体的槽形输出端口，

其中，所述单片层配置为提供来自所述喇叭辐射器的相应输出信号，所述相应输出信号的极化取向相对于在耦合至所述喇叭辐射器的所述相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，设置所述输出层包括：

在所述单片层中形成所述喇叭辐射器、所述相应喇叭辐射器入口端口以及与所述相应喇叭辐射器入口端口耦合的所述相应槽形输出端口，以限定相应形状和/或取向，所述相应形状和/或取向相对于彼此旋转所述期望极化旋转角度的至少一部分。

20.根据权利要求19所述的方法，其中：

形成所述相应槽形输出端口包括形成椭圆形端部，所述椭圆形端部通过沿所述相应槽形输出端口的相应纵向轴线在所述相应槽形输出端口之间延伸的细长槽耦合；并且

形成所述相应喇叭辐射器入口端口限定相对于与所述相应喇叭辐射器入口端口耦合的所述相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转所述期望极化旋转角度的至少一部分的相应纵向轴线。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，设置所述输出层包括：

在所述输出层中形成相应多边开口以在所述输出层中限定相应极化旋转器元件，所述相应多边开口的相应纵向轴线相对于与所述相应多边开口耦合的所述相应喇叭辐射体入口端口的相应纵向轴线旋转。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，形成所述相应多边开口包括在所述输出层中机械加工所述相应多边开口，其中，通过由所述喇叭辐射器和所述喇叭辐射器中的相应端口限定的开口从所述输出层的第二侧执行机械加工，使得在平面图中，所述相应多边开口被限制在与所述相应多边开口耦合的相应端口的边缘内。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述相应多边开口的相应纵向轴线相对于与所述相应多边开口耦合的所述相应槽形输出端口的相应纵向轴线旋转，

其中，通过由所述喇叭辐射器和所述喇叭辐射器中的相应端口限定的开口从所述输出层的第二侧执行所述相应多边开口的机械加工，和/或通过由所述相应槽形输出端口限定的开口从所述输出层的第一侧执行所述相应多边开口的机械加工。