一种极化可切换的圆极化器制造技术

本发明专利技术涉及微波天线技术领域，公开了一种极化可切换的极化器。包括上层结构和下层结构，下层结构：由多条金属线间隙排布组成金属栅，所述金属栅印制在介质板上，所述介质板粘接到泡沫层上；上层结构：由多条金属曲折线间隙排布组成金属曲折线结构，所述三层介质板均印制了金属曲折线结构，所述三层介质板和两个泡沫层相间粘结；所述上层结构和下层结构为同轴线的圆盘结构，所述上层结构可相对下层结构绕轴线转动。该结构通过对极化器的结构进行旋转，实现线极化波到左、右旋圆极化波的任意转换，或者不改变原电磁波极化形式；另外，两层结构的设计，消除天线结构和曲折线圆极化器的相互作用影响，改善天线轴比性能，提高极化转换效率。

A Polarization Switchable Circular Polarizer

【技术实现步骤摘要】
一种极化可切换的圆极化器
本专利技术涉及微波天线
，特别是一种线极化波到左右旋圆极化波可切换的极化器。
技术介绍
极化是电磁波的一个重要特征，对于卫星通信来说，通畅的链路，不仅仅需要地面天线的波束指向对准卫星，还需要地面天线的极化和卫星波束的极化相匹配。电磁波的极化是由电磁波沿传播方向的电场矢量末端所走过的轨迹确定的，电场矢量末端的轨迹为直线、圆、椭圆时，对应的极化状态分别为线极化、圆极化、椭圆极化。根据电场矢量末端的轨迹的旋向不同，又可以将(椭)圆极化波分为左右旋(椭)圆极化波。极化匹配要求收发天线的极化完全相同，这样才不会有极化损失。卫星通信采用了多种极化形式，这就要求地面天线能够具备多种极化的辐射能力。以中星16号卫星为例，该卫星采用了左右旋圆极化复用增大通信容量，在地面不同的地区，该卫星的信号极化不同，如果需要在不同地面区间都能够和中星16号进行通信，这就需要地面天线能够实现左右旋圆极化的可切换能力。实现天线波束的极化切换的方法主要可以分为两种形式：一是采用双极化天线，一般做法是同一个天线单元采用两路正交极化模式馈电，在天线的后端再通过极化网络对极化进行变换；另一种方法是采用单极化的天线单元组成阵列，然后在天线阵列口面上增加极化器实现对天线辐射电磁波的极化转换。第一种方法实现极化转换的优势在于：通过选用不同的极化网络可以实现所需的任意极化波，极化网络可以采用可控电路结构实现极化的快速切换；但是，该方法需要采用双极化天线，增加了馈电网络的复杂性，另外，某些种类的天线(如波导裂缝天线、可变倾角连续横向节天线)实现双极化设计难度大，该方法实现极化的转换不具有普适性。第二种方法实现极化转换的优势在于：通过增加二维平面结构就能实现天线的极化转换，天线可以是单线极化辐射天线，降低了天线设计的复杂度；由于增加了平面的电路结构，存在介质损耗和反射损耗等额外损耗，会一定程度地降低天线的辐射效率。但是，这种方法改变天线的极化具有普适性，在一些天线的设计中具有必需性。因此研究平面极化器，特别是可切换圆极化器具有重要意义。圆极化器通常为平面周期结构，根据不同的周期单元形式和不同的结构层数可以设计多种形式的圆极化转换器，但所有的透射型圆极化器基本原理都相同：线极化入射波可以分解为电场垂直的两个方向的波，入射波透过圆极化器之后，两个垂直方向的电场幅度不变，相位相差90°，这样就实现了线极化波到圆极化波的转换，转换条件为：文献[1]史赛群,伍捍东,任宇辉,etal.单片微带双面折线栅圆极化天线罩[C],全国军事微波技术暨太赫兹技术学术会议.2014:267-270.文献[2]MaX,HuangC,PanW,etal.ADualCircularlyPolarizedHornAntennainKu-BandBasedonChiralMetamaterial[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2014,62(4):2307-2311.文献[3]LinC,GeY,BirdTS,etal.Circularly-PolarizedHornsbasedonStandardHornsandaMetasurfacePolarizer[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,2018:1-1.文献[4]刘双兵.一种透射型线-圆极化转换超表面设计[J].电子元件与材料,2017(9):18-21.文献[5]AkbariM,FarahaniM,SebakAR,etal.Ka-BandLineartoCircularPolarizationConverterBasedonMultilayerSlabWithBroadbandPerformance[J].IEEEAccess,2017,5:17927-17937.上述文献中提出了多种圆极化器的设计方法，这些传统的圆极化器在设计过程中，并未考虑圆极化器的实际使用环境，通常采用喇叭天线作为馈源进行研究。但是在实际使用中，圆极化器的应用环境具有多样性，通常圆极化器和天线之间的电场非常复杂，仅仅是考虑喇叭天线作为馈源设计圆极化器无法满足使用需求。传统的圆极化器注重线极化波到圆极化波的极化转换，但是并未考虑左右旋圆极化波切换的实际可行性。随着无线通信技术的发展和极化分集技术的日益普遍，迫切需要一种能够实现多种极化方式的自由切换，而且具备较高极化变换效率、高口径辐射效率和低剖面高度的圆极化器。综上所述：现有圆极化器技术存在的问题是：辐射极化形式单一，无法进行极化自由切换；极化器设计的应用环境单一，无法适应多种平面天线需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种极化可切换的圆极化器。本专利技术通过对极化器的结构进行旋转，能够将天线的辐射电磁波极化进行改变，能够实现线极化波到左、右旋圆极化波的任意转换，或者不改变原电磁波极化形式；另外，两层结构的设计，消除天线结构和曲折线圆极化器的相互作用影响，改善天线轴比性能，提高极化转换效率，该圆极化器能够适用于各种超薄的平面天线口面，在卫星通信领域具有广阔的应用前景。本专利技术采用的技术方案如下：一种极化可切换的圆极化器，包括上层结构和下层结构，所述下层结构包括金属栅、介质板和泡沫层，所述金属栅由多条金属线均匀的间隙排布组成，所述金属栅印制在介质板上，所述介质板粘接到泡沫层上；所述上层结构包括两个泡沫层、三层介质板和金属曲折线结构，所述金属曲折线结构由多条金属曲折线均匀的间隙排布组成，所述三层介质板均印制了金属曲折线结构，所述三层介质板和两个泡沫层相间粘结；所述上层结构和下层结构为同轴线的圆盘结构，所述上层结构可相对下层结构绕轴线转动。进一步的，在上层结构和下层结构的外沿粘结圆环。进一步的，所述圆环下部设置导行轮，圆环上部设置金属导轨，所述导行轮在金属导轨滚动时，上层结构相对于下层结构转动。进一步的，在上层结构和下层结构中心设置圆孔，在圆孔安装转动轴，转动轴带动上层结构相对于下层结构转动。进一步的，所述圆环外侧设置工齿轮，利用齿轮或皮带带动圆盘结构转动。进一步的，所述上层结构和下层结构间距为中心工作频率对应波长的1/2。进一步的，所述金属栅中的多条金属线均匀分布。进一步的，所述金属曲折线结构中的多条金属曲折线均匀分布。与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：(1)工作带宽宽：金属曲折线圆极化器以其独特的优势，自提出以来受到广泛关注，本专利技术采用了三层金属曲折线实现圆极化器，通过优化曲折线的关键参数，拓展圆极化器的带宽。(2)适应性强：本专利技术采用了金属栅和金属曲折线组合结构，利用金属栅作用于天线口面复杂的电场，使得经过金属曲折线的电磁波极化为纯线极化波。从金属栅透射的纯线电磁波作为金属曲折线圆极化器的输入波，保证了输入电磁波的线极化特性，从而保证了极化转换的效率。仿真表明本专利技术提出的结构能够应用于VICTS天线、波导阵列天线、微带阵列天线等平面天线的口面上实现极化转换，本专利技术提出的结构具有适应性强的优点。(3)极化可快速切换：由于采用了圆盘结构和可旋转结构设计，本专利技术提出的极化器能够通过电机驱动等形式改变各层结构的旋转角度，不同的旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极化可切换的圆极化器，其特征在于，包括上层结构和下层结构，所述下层结构包括金属栅、介质板和泡沫层，所述金属栅由多条金属线间隙排布组成，所述金属栅印制在介质板上，所述介质板粘接到泡沫层上；所述上层结构包括两个泡沫层、三层介质板和金属曲折线结构，所述金属曲折线结构由多条金属曲折线间隙排布组成，所述三层介质板均印制了金属曲折线结构，所述三层介质板和两个泡沫层相间粘结；所述上层结构和下层结构为同轴线的圆盘结构，所述上层结构可相对下层结构绕轴线转动。

【技术特征摘要】
1.一种极化可切换的圆极化器，其特征在于，包括上层结构和下层结构，所述下层结构包括金属栅、介质板和泡沫层，所述金属栅由多条金属线间隙排布组成，所述金属栅印制在介质板上，所述介质板粘接到泡沫层上；所述上层结构包括两个泡沫层、三层介质板和金属曲折线结构，所述金属曲折线结构由多条金属曲折线间隙排布组成，所述三层介质板均印制了金属曲折线结构，所述三层介质板和两个泡沫层相间粘结；所述上层结构和下层结构为同轴线的圆盘结构，所述上层结构可相对下层结构绕轴线转动。2.如权利要求1所述的极化可切换的圆极化器，其特征在于，在上层结构和下层结构的外沿粘结圆环。3.如权利要求2所述的极化可切换的圆极化器，其特征在于，所述圆环下部设置导行轮，圆环上部设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄成，赵阳，樊星，高平，刘同占，黄楷博，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51