平板天线阵列及带极化调整的平板天线制造技术

本发明专利技术提出了一种平板天线阵列，包括多个开口波导单元和波导信号传输通道，信号传输通道具有多级一分二功率分配网络，并采用多个缓变台阶结构及缓变台阶构成的反射结构；开口波导单元波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔、第一极化连接口和第二极化连接口，结合多个台阶结构和干扰凸起结构，从而有效的实现阻抗变换和阻抗匹配，拓宽频带带宽，并且对加工精度要求更低，制造成本更低；此外，在此基础上本发明专利技术还提出了一种带有极化调整的平板天线，包括具有前述结构的平板天线阵列和极化调整装置，极化调整装置包括公共口直接相连的极化合成器和取极化器，取极化器可沿轴线旋转，通过极少量的微波无源器件实现双极化收发共用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波天线
，具体涉及一种改进的开口波导及具该结构的天线子阵、平板天线阵列及带有极化调整的平板天线。
技术介绍
卫星通信具有传输距离远、覆盖范围广、受干扰小等优点，随着全球信息化的高速发展，越来越多的信息通过卫星进行传输，在移动载体上随时随地和卫星通信，已成为军民两用应急通信、实时通信的迫切需求。车载(船载或机载)卫星移动通信系统通常又称为“动中通”，动中通的核心技术之一就是天线技术，动中通的天线形式包括反射面天线、平板天线、透镜天线和相控阵天线等。在高速移动载体上要保证通信质量，不仅仅要求天线有很高的增益，同时要求系统有极高的对星速度和对星精度。反射面天线的主要缺点是体积和重量较大，高速移动状态下风阻很大、对星速度慢；相控阵天线的缺点是收发难以共用、电扫描有增益损失、制造及维护成本高；相对而言，平板天线具备剖面低、口面效率高、对星速度快的优势，特别适合在动中通中使用。平板天线根据任意极化波可由两个正交的线极化波合成的理论，通过控制两个正交线极化波的幅度和相位，可以获得任意极化的合成波，因此传统的机械旋转馈电波导方式不再适用于平板天线，如何实现自动极化调整是该类天线的核心技术之一。通常电视直播卫星和通信广播卫星都工作在双线极化或双圆极化状态，而目前的平板阵列天线大多工作在单线极化或单圆极化状态，为实现双极化接收往往需要旋转整个天线面板，或者用两个天线分别收发两路极化信号，这两种方法要么结构复杂、不能实现双极化同时兼容，要么天线制造成本高、等效口面效率低。
技术实现思路
本专利技术提出一种新型的平板天线阵列和带有极化调整的平板天线，能提供更宽的带宽和实现更高的天线增益，并能实现电磁波极化方向自动调整。本专利技术提供的平板天线阵列，包括多个开口波导单元和波导信号传输通道；开口波导单元包括波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔、第一极化连接口和第二极化连接口，波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔从上至下依次连接，内径逐渐缩小；波导开口用于接收和发射极化信号，第一极化选择腔和第二极化用于极化选择馈电，第一极化连接口位于第一极化选择腔的一侧壁上并与波导信号传输通道连接，第二极化连接口位于第二极化选择腔的一侧壁上并与波导信号传输通道连接；波导信号传输通道包括分别与第一极化连接口和第二极化连接口连接的第一信号传输通道和第二信号传输通道，以及位于第一信号传输主通道和第二信号传输主通道末端并与后端电路连接的第一极化信号总馈电端口和第二极化信号总馈电端口；各信号传输通道包括多级一分二功率分配网络，在一分二功率分配网络三叉口部位的左右支路上包括至少一对对称的缓变台阶。在信号传输通道中的一分二功率分配网络呈“T”字形、“工”字形或“Y”字形结构。其中，呈“T”字形结构的一分二功率分配网络的顶部中间部分平滑且无凸起，并在左右支路上包括至少一对对称的缓变台阶。进一步的，在信号传输通道中主干道的直角部位采用由至少一个缓变台阶形成的反射结构。进一步的，第二极化选择腔内腔壁的横截面形状为倒角矩形。进一步的，波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔的内腔壁横截面呈圆形、轴对称多边形、或与轴对称多边形对应带有倒角的形状，且各横截面的形状不要求一致。进一步的，波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔的内径逐渐缩小并在开口波导的开口面与第一极化连接口之间及第一极化连接口与第二极化连接口之间各形成一层台阶结构。进一步的，在波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔中至少有一个部分的内腔壁内径至少有两种且从上往下逐渐减小，形成至少一层用于平滑匹配开口波导与外部空气间阻抗的台阶结构。以所述台阶结构为界相邻的上下内腔壁的横截面形状呈圆形、轴对称多边形、或与轴对称多边形对应带有倒角的形状，且各横截面的形状不要求一致。进一步的，第一极化选择腔和第二极化选择腔分别为水平极化选择腔和垂直极化选择腔，或分别为垂直极化选择腔和水平极化选择腔。在与水平极化连接口对应的水平极化选择腔内腔壁上至少设有一个用于拓宽频带的干扰凸起。进一步的，干扰凸起可以是边脊结构或带状结构等。其中，边脊结构的横截面优选为梯形、三角形、半圆形、弧形或带有倒角的以上形状。本专利技术还提供了一种带有极化调整的平板天线，包括如具有上述任一种特征的平板天线阵列和位于平板天线阵列和后端射频电路之间的极化调整装置；极化调整装置包括极化合成器和取极化器，极化合成器和取极化器分别设有一个公共口和两路极化连接口，极化合成器和取极化器通过公共口直接相连，取极化器可沿轴线旋转；极化合成器的两路极化连接口分别与平板天线阵列的第一极化信号总馈电端口和第二极化信号总馈电端口连接，取极化器的两路极化连接口至少有一路与后端射频电路连接。进一步的，极化调整装置还包括位于极化合成器和取极化器的公共口之间的波导管，波导管的形状为圆形或中心对称多边形；波导管与取极化器连接。进一步的，带有极化调整的平板天线还包括与波导管连接的转动装置，用于驱动波导管和取极化器旋转。进一步的，极化合成器采用正交模式耦合器实现，两路极化口传输的极化分量相互正交，当天线工作于接收状态时进行极化合成，当天线工作于发射状态时进行极化分解；所述取极化器采用正交模式耦合器实现，当平板天线工作于单极化模式时，取极化器的任一路极化连接口和后端射频电路相连，当平板天线工作于双极化模式时，取极化器的两路极化连接口均与后端射频电路相连。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具备主要优点如下：1)本专利技术中天线阵列和平板天线中的传输通道中采用多个缓变台阶结构，尤其是T型字形结构的一分二功率分配网络顶部中间部分平滑且无凸起，左右支路上包括至少一对对称的较长的缓变台阶，这相比现有技术中采用尖锐凸起部分的一分二功率分配网络，能效的阻抗变换和阻抗匹配，并具有更宽的腔壁，更通畅的传输通道和更简单的加工工艺。2)本专利技术在传输通道的主通道直角部位设计成由台阶结构形成的反射结构，相比现有技术中45度反射面结构，使传输通道具有更宽的腔壁和更通畅的传输通道。3)本专利技术中平板天线阵列和平板天线中内腔壁的内径逐渐缩小，有效地平滑阻抗；结合多个台阶结构，进一步有效的实现阻抗变换和阻抗匹配。4)本专利技术中天线开口波导内采用的干扰凸起结构，及第二选择腔的带有倒角形状的矩形横截面均能有效的拓宽频带带宽，且制作工艺也较为简单。5)本专利技术中平板天线的极化调整仅需极少量的微波无源器件就可以实现双极化收发，相比传统的机械极化调整手段更自动完成，并且结构简单易操作；相比传统的电路极化调整手段相比可同时实现收发共用。6)采用本专利技术中带有极化调整的平板天线可以避免旋转天线面板或在面板内加装极化栅，极化调整方法控制简单、可靠，仅需要旋转转动装置即可实现极化调整，制造成本很低，且易于批量化。附图说明图1带有极化调整的平板天线的原理框图图2开口波导立体图图3开口波导结构剖面图图4平板天线阵列的侧视图图5平板天线阵列第一层的侧视图图6平板天线阵列第二层的俯视图图7平板天线阵列第二层的背面侧视图图8平板天线阵列第二层的后视图图9平板天线阵列第三层的俯视图图10平板天线阵列第三层的侧视图图11平板天线阵列第三层的后视图图12平板天线阵列第四层的俯视图图13平板天线阵列第四层的背面侧视图图14平板天线阵列第四层的后视图15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板天线阵列，其特征在于：包括多个开口波导单元和波导信号传输通道；开口波导单元包括波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔、第一极化连接口和第二极化连接口，波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔从上至下依次连接，内径逐渐缩小；波导开口用于接收和发射极化信号，第一极化选择腔和第二极化用于极化选择馈电，第一极化连接口位于第一极化选择腔的一侧壁上并与波导信号传输通道连接，第二极化连接口位于第二极化选择腔的一侧壁上并与波导信号传输通道连接；波导信号传输通道包括分别与第一极化连接口和第二极化连接口连接的第一信号传输通道和第二信号传输通道，以及位于第一信号传输主通道和第二信号传输主通道末端并与后端电路连接的第一极化信号总馈电端口和第二极化信号总馈电端口；各信号传输通道包括多级一分二功率分配网络，在一分二功率分配网络三叉口部位的左右支路上包括至少一对对称的缓变台阶。

【技术特征摘要】
1.一种平板天线阵列，其特征在于：包括多个开口波导单元和波导信号传输通道；开口波导单元包括波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔、第一极化连接口和第二极化连接口，波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择腔从上至下依次连接，内径逐渐缩小；波导开口用于接收和发射极化信号，第一极化选择腔和第二极化用于极化选择馈电，第一极化连接口位于第一极化选择腔的一侧壁上并与波导信号传输通道连接，第二极化连接口位于第二极化选择腔的一侧壁上并与波导信号传输通道连接；波导信号传输通道包括分别与第一极化连接口和第二极化连接口连接的第一信号传输通道和第二信号传输通道，以及位于第一信号传输主通道和第二信号传输主通道末端并与后端电路连接的第一极化信号总馈电端口和第二极化信号总馈电端口；各信号传输通道包括多级一分二功率分配网络，在一分二功率分配网络三叉口部位的左右支路上包括至少一对对称的缓变台阶。2.根据权利要求1所述的平板天线阵列，其特征在于：所述信号传输通道中的一分二功率分配网络呈“T”字形呈“T”字形结构的一分二功率分配网络的顶部中间部分平滑且无凸起。3.根据权利要求1所述的平板天线阵列，其特征在于：所述信号传输通道中主干道的直角部位采用由至少一个缓变台阶形成的反射结构。4.根据权利要求1所述的平板天线阵列，其特征在于：所述第二极化选择腔内腔壁的横截面形状为倒角矩形。5.根据权利要求1所述的平板天线阵列，其特征在于：所述波导开口、第一极化选择腔和第二极化选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，吴知航，王正斌，陈茂明，梁雄帆，
申请(专利权)人：南京肯微弗通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32