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采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线技术

技术编号:19183700 阅读:7 留言:0更新日期:2018-10-17 01:38
本发明专利技术公开了一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线。天线主要由基本阵列排布并连接而成,基本阵列是由辐射单元以4×4阵列并连接而成,每个辐射单元具有两个正交馈电端口,各个基本阵列之间以及基本阵列中的各个辐射单元之间均通过馈电网络连接,每个基本阵列中的各个辐射单元及其正交馈电端口均以水平或竖直镜像对称方式排布或者以水平和竖直同时镜像对称方式排布。本发明专利技术中采用的方法适用于工作在线极化和圆极化模式下的圆形阵列、方形阵列和矩形阵列等多种中心对称阵列,可以广泛用于工作于正交极化的平面阵列天线,特别是电大口径阵列上。

Orthogonal polarization planar array antenna designed by cross polarization suppression method

The invention discloses an orthogonal polarization planar array antenna designed by cross polarization suppression method. The antenna is mainly composed of basic arrays arranged and connected. The basic arrays are composed of radiation elements connected by 4 *4 arrays. Each radiation element has two orthogonal feeding ports. The basic arrays and radiation elements in the basic arrays are connected by a feeder network. Each radiation element in the basic array has its own spokes. The transmitting units and their quadrature feeding ports are arranged symmetrically in horizontal or vertical images or symmetrically in both horizontal and vertical images. The method adopted in the invention is suitable for circular arrays, square arrays, rectangular arrays and other centrosymmetric arrays operating in the mode of linear and circular polarization, and can be widely used for the planar array antennas with orthogonal polarization, especially for the electrically large aperture arrays.

【技术实现步骤摘要】
采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线
本专利技术涉及了一种平面阵列天线,尤其是涉及了一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线,同时验证可行性。
技术介绍
由于正交极化平面阵列天线允许在同一个带宽内传输不同信息,目前在带宽敏感的卫星通信中具有重要作用,利用正交极化平面阵列天线,天线有效带宽可以加倍。然而在这类天线中无论是圆极化还是线极化天线均对交叉极化的要求很高。进来动中通天线技术快速发展,为了避免卫星通信中产生的潜在干扰,抑制交叉极化的技术十分重要。同时为了在卫星天线上安装流线型天线罩,需要设计平面低剖面天线满足要求,这迫切需要交叉极化抑制的新技术。目前已经有论文提出了多种多极化天线交叉极化的抑制方法,一种方法是通过调整改变辐射单元的结构以减小阵元交叉极化进而降低阵列结构的交叉极化,例如应用正交模耦合器可较为有效的减小交叉极化;另一种方法则是使天线阵列中相邻的阵元镜像对称并施加相应的馈电相位,该方法有多种变形但均是使相邻单元的端口产生的交叉极化分量互相抑制或抵消,虽然会使得交叉极化性能得到很大改善,但在设计大阵列时由于每个阵元都与相邻单元对称,每一次对称馈电都可能需要反相,因此馈电网络的设计相较于提出的方法较为复杂。例如,对于微带线馈电反相表示微带线的电长度增加,导致微带线空间走线变长甚至需要走折线,因为空间大小有限等因素可能导致阵列设计更为困难。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题,本专利技术公开了一种正交极化平面阵列天线的交叉极化抑制方法。本专利技术采用的技术方案是:所述天线由提出的一种交叉极化抑制方法设计而成,为水平或竖直方向镜像对称、或者水平和竖直方向同时镜像对称的天线结构。所述天线主要由基本阵列排布并连接而成,基本阵列是由辐射单元以4×4阵列并连接而成,每个辐射单元具有两个正交馈电端口,各个基本阵列之间以及基本阵列中的各个辐射单元之间均通过馈电网络连接,每个基本阵列中的各个辐射单元及其正交馈电端口均以水平或竖直镜像对称方式排布或者以水平和竖直同时镜像对称方式排布。所述天线均主要由顶层、底层以及位于顶层和底层之间的地层构成,顶层表面为辐射面,底层表面为背面,辐射面和背面均布有馈电网络。当以所述水平镜像对称方式排布时,辐射面采用等幅同相馈电网络,背面采用等幅反相馈电网络;当以所述竖直镜像对称方式排布时,辐射面采用等幅反相馈电网络,背面采用等幅同相馈电网络;当以所述水平和竖直同时镜像对称方式排布时,辐射面和背面均采用等幅反相馈电网络。所述的等幅同相馈电网络具体布置结构为类如威尔金森功分器的多级微带功分网络,功分网络的级数为天线辐射单元总数的二分之一。所述的等幅反相馈电网络具体布置结构与等幅同相馈电网络区别在于第一级功分两输出端微带线电长度差值为180°。所述的辐射面和背面的馈电网络分别对应所述天线的两个正交极化。所述的地层材料为纯铜,顶层、底层均为材料为FR4的基板。本专利技术为一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线。本专利技术中,馈电网络既可集成设计在正交极化平面阵列天线上,也可由独立的馈电装置对天线辐射单元分别馈电。对于镜像对称的基本阵列,其附属的馈电网络随之镜像对称;对于相互镜像对称的基本阵列,其附属馈电网络的输入端口需用等幅反相输出的馈电网络进行馈电。本专利技术将整种天线口径面视为由偶数或奇数个完全相同、且通过同相馈电网络馈电的基本阵列组成,使相邻的基本阵列互为镜像对称。将天线基本阵列进行镜像对称处理形成水平或竖直方向镜像对称、或者水平和竖直方向同时镜像对称的天线结构,使得天线能够工作于正交极化模式。本专利技术首先将基本阵列通过镜像对称方法经由一次对称或两次对称的方式得到交叉极化被抑制后的正交极化平面阵列天线。其次为基本阵列设计相应的等幅同相和等幅反相馈电网络,使其满足镜像对称的基本阵列各位置对应的馈电端口之间馈电等幅反相。并且由具体仿真或测量的交叉极化电平和主极化电平作差得到具体的交叉极化隔离度。本专利技术能够解决现存交叉极化抑制方法存在的问题,所具有的有益效果是:1、不需要设计较为复杂的辐射单元结构以满足交叉极化指标,对单元的交叉极化容忍度大大提升。2、相较于相邻辐射单元对称的方法,在紧耦合阵列天线中近场耦合效应影响稍小。3、基本阵列层面的调整使得馈电网络只需在第一次功率分配的时候考虑反相的结构设计,相较于相邻辐射单元对称的方法,在保证交叉极化隔离度指标的前提下大大降低了天线阵的复杂度。4、适用的天线极化形式更广,基本阵列的形状不局限于方形或矩形。附图说明附图1是正交极化平面阵列天线交叉极化抑制方法实施过程的原理图。图中:(a)、(b)、(c)分别表示三个正交极化平面阵列天线,每个子图中的外方框表示基本阵列,1、2、3、4、5、6、7、8均表示平面阵列天线的辐射单元,图中实心三角形表示0°同相馈电端口,实心方块表示180°π相馈电端口。附图2为图1对应的(a)、(b)、(c)三种天线的水平极化交叉极化隔离度理论计算结果图。附图3为一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线的所有可能结构的演化图。附图4是实施例1、2中天线的基本阵列。(a)、(b)、(c)分别为实施例1中正交偶极子天线、实施例2中4×4基本阵列辐射面结构和背面结构。图中:9、模拟垂直极化的偶极子天线,10、模拟水平极化的偶极子天线,11、馈电端口,12、辐射单元。附图5是实施例2中多个基本阵列连接示意图。图中:13、等幅同相馈电网络将辐射单元进行连接的连接方式,14、等幅反相馈电网络将辐射单元进行连接的连接方式。图中左侧是天线辐射面馈电网络连接方式,右侧是天线背面馈电网络连接方式。附图6是实施例2中应用的两组8×4和8×8正交极化平面阵列天线。图6(a)是8×4微带同相排布阵列图,上侧部分表示天线辐射面结构,下侧部分表示天线背面结构。图6(b)是8×4微带π相排布阵列图,上侧部分表示天线辐射面结构,下侧部分表示天线背面结构。图6(c)是8×8微带同相排布阵列图,上侧部分表示天线辐射面结构,下侧部分表示天线背面结构。图6(d)是8×8微带π相排布阵列图,上侧部分表示天线辐射面结构,下侧部分表示天线背面结构。附图7是相邻辐射单元镜像对称交叉极化抑制方法和本专利技术中提出抑制方法的对比示意图。图中:15、相邻辐射单元对称的平面阵列天线馈电端口,16、基本阵列对称的平面阵列天线馈电端口。附图8表示本专利技术中交叉极化抑制方法的具体应用结构图。图中左上角的子图表示圆极化平面阵列天线,右上角的子图表示非规则十字结构正交极化平面阵列天线,下方子图表示非规则十字结构正交极化平面阵列天线的基本阵列。图中:17、圆极化平面阵列天线,18表示0°馈电端口(为方便说明),19表示180°馈电端口,20表示90°馈电端口,21分别表示270°馈电端口,22、非规则十字结构正交极化平面阵列天线,23、非规则十字结构正交极化平面阵列天线的基本阵列。附图9是根据实施例1计算得到的θ=0°时辐射单元交叉极化与正交极化平面阵列天线交叉极化隔离度之间的关系。附图10是图7中8×8圆极化平面阵列天线轴比改善效果图。附图11是图7中非规则十字结构正交极化平面阵列天线在平面的水平极化交叉极化隔离度曲线图。附图12是实施例2中天线的全波仿真结果图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线,其特征在于:为水平或竖直方向镜像对称、或者水平和竖直方向同时镜像对称的天线结构。

【技术特征摘要】
1.一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线,其特征在于:为水平或竖直方向镜像对称、或者水平和竖直方向同时镜像对称的天线结构。2.根据权利要求1所述的一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线,其特征在于:所述天线主要由基本阵列排布并连接而成,基本阵列是由具有两个正交馈电端口的辐射单元连接而成,各个基本阵列之间以及基本阵列中的各个辐射单元之间均通过馈电网络连接,每个基本阵列中的各个辐射单元及其正交馈电端口均以水平或竖直镜像对称方式排布或者以水平和竖直同时镜像对称方式排布。3.根据权利要求1所述的一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线,其特征在于:所述天线均主要由顶层、底层以及位于顶层和底层之间的地层构成,顶层表面为辐射面,底层表面为背面,辐射面和背面均布有馈电网络。4.根据权利要求3所述的一种采用交叉极化抑制方法设计的正交极化平面阵列天线,其特征在于:当以所述水平镜像对称方式排布时,辐射面采用等幅同相馈电网络,背面采用等幅反相馈电网络;当以所述竖直镜像对称方式排布时,辐射面采用等幅反相馈电网络,背面采用等幅同相馈电网络;当以所述水平和竖直同时镜像对称方式排...

【专利技术属性】
技术研发人员:王浩冉立新
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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