此处公开一种用于圆柱馈送天线的设备和使用该设备的方法。在一个实施例中，天线包括：天线馈送部，其输入圆柱馈送波；第一层，其耦接至天线馈送部并且馈送波从馈送部向外并且同心地传播至第一层中；第二层，其耦接至第一层以使馈送波在天线的边缘处反射并且从天线的边缘通过第二层向内传播；和射频(RF)阵列，其耦接至第二层，其中馈送波与RF阵列相互作用以产生波束。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本专利申请要求于2014年2月19提交的题目为“来自圆柱馈送全息天线的极化和耦合控制”(Polarization and Coupling Control from a Cylindrically Fed Holographic Antenna)的序列号为61/941,801的对应临时专利申请以及于2014年6月16日提交的题目为“用于通信卫星地面站的超材料天线系统(A Metamaterial Antenna System for Communications Satellite Earth Stations)”的序列号为62/012,897的对应临时专利申请的优先权并且通过引用并入。
本专利技术的实施例涉及天线领域；更特别地说，本专利技术的实施例涉及一种圆柱馈送的天线。
技术介绍
使用基于PCB的方法的Thinkom(新肯氏)产品在Ka频带实现双重圆极化，通常利用可变式倾斜横向枝节或“VICTS”方法，其具有两种类型的机械旋转。第一类型使一个阵列相对于另一阵列旋转，并且第二类型在方位角上旋转两个阵列。主要限制是扫描范围(20和70度之间的仰角，不可能侧向相对)和波束性能(有时仅限制Rx)。安多(Ando)等人的“用于12GHz DBS卫星接收的径向线缝隙天线(Radial line slot antenna for 12GHz DBS satellite reception)”和元(Yuan)等人的“用于大功率微波应用的新颖径向线缝隙天线的设计和实验(Design and Experiments of a Novel Radial Line Slot Antenna for High-Power Microwave Applications)”讨论了各种天线。在这两个文章中描述的天线的限制是波束仅形成在一个静态角处。文章中描述的馈送结构被折叠成双层，其中第一层接收引脚馈送并且将信号向外辐射到边
缘，将信号向上弯曲至顶层，然后顶层从外围沿路径发射至中心激励固定式缝隙。缝隙通常以正交对定向，获得发射模式的固定圆极化，相对侧为接收模式。最后，吸收部终止任何剩余能量。“标量和张量全息人工阻抗表面”，作者方(Fong)、科尔伯恩(Colburn)、奥塔什(Ottusch)、维舍(Visher)、西文派珀(Sievenpiper)。虽然西文派珀已经示出将如何实现动态扫描天线，但是在扫描期间维持的极化保真度存在疑问。这是因为所需的极化控制取决于在每个辐射元件处所需的张量阻抗。这通过元件指向(element-wise)旋转非常容易实现。但是当天线扫描时，在每个元件处的极化改变，因此所需要的旋转也改变。因为这些元件被固定并且不能动态旋转，所以没有办法扫描和维持极化控制。实现具有极化控制的波束扫描天线的工业标准方法通常使用机械旋转碟或者结合电子束操纵的一些类型的机械运动。最昂贵选择种类是全相阵列天线。碟可同时接收多个极化，但是需要平衡环(gimbal)来扫描。近年来，将一个轴上的机械运动与正交轴上的电子扫描结合已经产生高纵横比的结构，其需要较小体积，但是会牺牲波束性能或者动态极化控制，诸如Thinkom的系统。现有方法使用波导管和分束器馈送结构以馈送天线。但是，波导管设计具有在侧部附近摆动的阻抗(由1个波长周期性结构产生的带隙)；需要与不同的CTE结合；具有关联的欧姆损耗的馈送结构；和/或具有延伸到地平面的成千上万的过孔。
技术实现思路
此处公开一种用于圆柱馈送天线的设备和使用该设备的方法。在一个实施例中，天线包括：天线馈送部，其输入圆柱馈送波；第一层，其耦接至天线馈送部并且馈送波从馈送部向外并且同心地传播至第一层中；第二层，其耦接至第一层以使馈送波在天线的边缘反射并且从天线的边缘通过第二层向内传播；和射频(RF)阵列，其耦接至第二层，其
中馈送波与RF阵列相互作用以产生波束。附图说明从下文给出的详细描述以及本专利技术的各种实施例的附图将更全面地理解本专利技术，然而，其不是将专利技术限制于具体的实施例，而是仅仅用于说明和理解。图1说明用于提供圆柱波馈送的同轴馈送部的一个实施例的俯视图。图2A和图2B说明圆柱馈送天线结构的实施例的侧视图。图3说明一个缝隙耦合贴片天线或者散射器的一个实施例的俯视图。图4说明是周期性馈送天线系统的一部分的缝隙馈送贴片天线的侧视图。图5说明介电材料的示例，其中馈送波被发射至介电材料中。图6说明示出缝隙及其定向的虹膜板(iris board)的一个实施例。图7说明确定一个虹膜部/贴片组合的定向的方式。图8说明分成两组的虹膜部，其中第一组相对于功率馈送矢量旋转-45度而第二组相对于功率馈送矢量旋转+45度。图9说明贴片板的实施例。图10说明具有确定在操作频率关闭的图9中的贴片的元件的示例。图11说明具有确定在操作频率打开的图9中的贴片的元件的示例。图12说明全波建模的结果，其示出关于图10和图11的元件对打开和关闭控制/调制方式的电场响应。图13说明使用圆柱馈送天线的实施例的波束形成。图14A和图14B说明在蜂窝形模式中定位的贴片和缝隙。图15A-图15C说明定位成环状以产生径向布局的贴片和关联的缝隙、关联的控制模式以及产生的天线响应。图16A和图16B分别说明右旋圆极化和左旋圆极化。图17说明包括含有贴片的玻璃层的圆柱馈送天线的一部分。图18说明介电部的线性锥形。图19A说明基准波的示例。图19B说明产生的物体波。图19C是所得的正弦调制模式的示例。图20说明可选的天线实施例，其中侧部中的每个包括使得行进波从底层被发射至顶层的阶梯部。具体实施方式本专利技术的实施例包括天线设计架构，其从中心点利用激励(馈送波)馈送天线，该激励以圆柱或同心的方式从馈送点向外扩散。天线利用馈送波通过布置多个圆柱馈送子孔径天线(例如贴片天线)工作。在可选的实施例中，天线是从周围向内馈送而不是从中心向外馈送。这可以有帮助，因为它抗衡由孔径散射能量引起的振幅激励衰减。散射类似地出现在两个定向上，但是在馈送波自周围向内行进时由聚焦馈送波中的能量引起的自然锥形抗衡由有意散射引起的递减锥形。本专利技术的实施例包括全息天线，其基于使典型地需要实现全息的密度加倍并且利用两种类型的正交组元件填充孔。在一个实施例中，一组元件相对于馈送波被线性定向在+45度处，第二组元件相对于馈送波被定位在-45度处。两种类型通过相同的馈送波照明，在一种形式中，该馈送波是通过同轴引脚馈送发射的平行板模式。在下文的说明中，许多细节被阐述以提供本专利技术的更彻底的解释。但是，对于本领域的技术人员将明显的是，本专利技术可在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，为了避免混淆本专利技术，熟知的结构和装置以方框图形式而不是详细地示出。随后具体实施方式的一些部分以计算机存储器内对数据位的操作的算法和符号表示来提供。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员使用的以将他们工作实质最有效地传送给该领域的其它技术人员的手段。这里的算法一般被构想成是产生期望结果的顺序前后一致的步骤。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。通常，虽然不必要，但是这
些量采取能够被存储、传送、结合、比较以及以其它方式操纵的电信号或磁信号的形式。已经证明，主要出于常见用法的原本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种天线，其包括：天线馈送部，其输入圆柱馈送波；第一层，其耦接至所述天线馈送部并且所述馈送波从所述馈送部向外并且同心地传播至所述第一层中；第二层，其耦接至所述第一层以使所述馈送波在所述天线的边缘处反射并且从所述天线的边缘通过所述第二层向内传播；以及射频(RF)阵列，其耦接至所述第二层，其中所述馈送波与所述RF阵列相互作用以产生波束。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.19 US 61/941,801;2014.06.16 US 62/012,897;1.一种天线，其包括：天线馈送部，其输入圆柱馈送波；第一层，其耦接至所述天线馈送部并且所述馈送波从所述馈送部向外并且同心地传播至所述第一层中；第二层，其耦接至所述第一层以使所述馈送波在所述天线的边缘处反射并且从所述天线的边缘通过所述第二层向内传播；以及射频(RF)阵列，其耦接至所述第二层，其中所述馈送波与所述RF阵列相互作用以产生波束。2.根据权利要求1所述的天线，其中所述RF阵列包括缝隙阵列。3.根据权利要求2所述的天线，其中所述缝隙阵列是可调谐的。4.根据权利要求2所述的天线，其中所述缝隙阵列是介电负载。5.根据权利要求2所述的天线，其中所述缝隙阵列包括：多个缝隙；多个贴片，其中所述贴片中的每个使用液晶层在多个缝隙中的缝隙上方同位并且与其分离，并且形成贴片/缝隙对，基于在由控制图案指定的对中将电压施加至所述贴片，每个贴片/缝隙对被关闭或打开。6.根据权利要求1所述的天线，其中所述缝隙阵列包括多个缝隙并且进一步，其中每个缝隙被调谐以在给定频率下提供期望的散射。7.根据权利要求6所述的天线，其中所述多个缝隙中的每个缝隙相对于在所述每个缝隙的中心位置处冲击的圆柱馈送波以+45度或-45度定向，使得所述缝隙阵列包括相对于所述圆柱馈送波的传播方向旋转+45度的第一组缝隙和相对于所述圆柱馈送波的传播方向旋转-45度的第二组缝隙。8.根据权利要求1所述的天线，其中所述缝隙阵列包括：多个缝隙；多个贴片，其中所述贴片中的每个在所述多个缝隙中的所述缝隙上
\t方同位并且与其分离，形成贴片/缝隙对，基于向对中的所述贴片施加电压，每个贴片/缝隙对被关闭或打开。9.根据权利要求8所述的天线，其进一步包括：介电层，其在所述多个缝隙的每个缝隙和所述多个贴片中的其相关联的贴片之间。10.根据权利要求9所述的天线，其中所述介电部包括液晶。11.根据权利要求9所述的天线，其进一步包括：控制器，其应用控制打开和关闭哪个贴片/缝隙对的控制模式，借此产生波束。12.根据权利要求11所述的天线，其中所述控制模式在第一阶段期间仅打开用于产生波束的所述贴片/缝隙对的子集，然后在第二阶段期间打开用于产生所述波束的剩余贴片/缝隙对。13.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·比利，纳桑·昆兹，米卡拉·约翰逊，
申请(专利权)人：集美塔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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