基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线，包括依次设置的圆极化器、方圆波导转换段和喇叭天线；所述圆极化器包括依次设置的两个矩形波导段、隔板段和方波导段，所述方波导段的内壁上设置有两个移相槽，两个所述移相槽相对于方波导段对称设置，所述移相槽具有梯形截面。其工作带宽大，隔离度高。

【技术实现步骤摘要】
基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线
本技术涉及天线
，具体涉及一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线。
技术介绍
随着4G移动通信技术的成熟和移动通信系统的不断升级和发展，低频段频谱资源极度紧缺，同时无线业务的爆发式增长又带来对能够媲美光纤的超高速无线传输速率的巨大需求，现有的通信频段和技术越来越难以满足日益增长的业务需求。而在毫米波和太赫兹频段，目前仍然存在大量的空闲频谱资源，这些频谱资源使得提供数十吉比特，甚至上百吉比特的无线通信速率服务成为可能。然而，对于毫米波和太赫兹频段，自由空间路径损耗和大气衰减大大增加，为了克服这些损耗，必须使用高增益的天线，比如在卫星通信中广泛应用的反射面天线因其成熟的设计方法和高增益宽频带特性，使用反射面成为毫米波和太赫兹通信高增益天线的很好的选择。在提高天线增益的同时，为了提高通信链路容量，采用极化复用就是一种行之有效的技术，其利用不同极化的正交特性，将数据分成两路，并通过两种正交的极化波辐射出去，使得两路数据在同一频域和时域并行传输，在不增加使用频谱的同时大大提高了数据传输速率。或者在同一频域和时域，发送和接收信号通过使用不同的极化来实现全双工通信，以将频谱效率提升一倍。考虑到线极化波要求发送接收端天线极化方向对齐以保证最好的接收，当发射和接收机相对位置会移动和改变情况下，线极化波接收性能会有恶化。由于圆极化波具有抗多径、无需发射接收对齐的优势，采用正交的左旋和右旋圆极化波进行极化复用的方式也被研究和使用。一种支持极化复用特性的天线系统实现方式为馈源天线采用支持双圆极化的天线，配合一个反射面，实现正交圆极化复用的高增益收发天线。这种方式的核心技术在于馈源天线的设计。一般采用基于阶梯隔板结构的极化器级联支持圆极化的波导类型天线这种方式作为双圆极化馈源天线。其中，波导输入的线极化波经过极化器转换成左旋/右旋圆极化波，然后通过级联的波导天线辐射出去。对于通信应用来说，天线整体需要满足高隔离度，作为馈源，同时需要方向图旋转对称。针对阶梯隔板结构的极化器部分，在传统的阶梯隔板双圆极化极化器中，方波导中的隔板结构需要同时完成矩形波导端口到方波导端口的阻抗匹配，以及在矩形波导中传播的电场的轴比调整，这两项功能。然而工作带宽范围内的反射系数(S11/S22)，隔离度(S21/S12)以及轴比(AxialRatio)这三个指标以及一定指标下的工作带宽呈现相互制约关系，很难同时达到较高的期望值。特别是当期望工作带宽较宽(超过10％)的情况下，隔离度和轴比指标和工作带宽之间很难同时兼顾，隔离度期望越高(S21越小)时，能达到该隔离度的带宽越窄；反之，如果期望工作带宽越宽时，工作带宽内能达到的最低隔离度就越低。根据现有文献资料，为了在尽量宽的带宽中达到尽量高的隔离度，往往是通过增加隔板阶梯数量，来增加隔板结构的自由度，以更好的优化多项指标。现有文献中一般采用4级阶梯达到10％-20％带宽内20dB隔离度，毫米波段有文献采用5级阶梯才实现10％带宽内30dB高隔离度。但阶梯数目越多，意味着加工难度越高，特别是在毫米波段，本身方波导口径就很小，其中的隔板阶梯数多会导致加工难度急剧增大。根据现有文献资料中最优的结果，工作带宽内隔离度>30dB的情况下，工作带宽均小于10％；工作带宽达到20％时，隔离度就只能满足<20dB。但在毫米波/太赫兹通信等应用场景中，需要较宽工作带宽(20％)的同时需要达到较高的隔离度(30dB)，但目前的双圆极化器尚未有报道能达到这一性能要求。综上所述，现有基于阶梯隔板极化器的双圆极化馈源天线设计技术中存在以下缺陷：采用目前传统阶梯隔板极化器加喇叭天线方式实现的双圆极化天线，由于前述传统隔板极化器的性能瓶颈，天线整体很难同时实现宽带和高隔离度特性。同时和极化天线对接的喇叭天线性能也会制约整体的带宽和隔离度。根据目前双圆极化天线现有文献资料中最优的结果，工作带宽内隔离度>30dB的情况下，工作带宽均小于10％。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线，其工作带宽大，隔离度高。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线，包括依次设置的圆极化器、方圆波导转换段和喇叭天线；所述圆极化器包括依次设置的两个矩形波导段、隔板段和方波导段，所述方波导段的内壁上设置有两个移相槽，两个所述移相槽相对于方波导段对称设置，所述移相槽具有梯形截面。作为优选的，所述隔板段包括阶梯隔板，所述阶梯隔板将隔板段分隔成第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和第二腔体与矩形波导一一对应连接。作为优选的，两个所述移相槽相对于阶梯隔板对称设置。作为优选的，所述阶梯隔板的阶梯的高度由矩形波导段至方波导段方向变小。作为优选的，所述方圆波导段的内腔截面由方形朝圆形平滑过渡。作为优选的，所述喇叭天线轮廊为线性张角。作为优选的，所述矩形波导段为标准WR-10矩形波导端口。作为优选的，所述方圆波导转换段的方形端与圆极化器连接，所述方圆波导转换段的圆形端与喇叭天线连接。本技术的有益效果：1、本技术提出了一种工作在毫米波/太赫兹频段的双圆极化天线结构，该天线在约20％的工作频带下具有大于30dB的高端口间隔离度，目前的双圆极化器尚未有报道能达到这一的性能要求；该天线在工作频段内增益可高达24.8–26.2dBic，其辐射方向图具有低旁瓣且旋转对称的特点；由于其辐射方向图低旁瓣且旋转对称的特点，还可以作为馈源天线和反射面配合产生更高增益。2、本技术提出一种改进型隔板极化器结构和设计方法，能够在更宽的工作带宽中实现更高的隔离度；主要方法是，以阻抗匹配为阶梯隔板结构优化的主要目标，在通过阶梯隔板结构达到较宽带宽下的高隔离度指标后，通过本技术中提出的一种在极化器的隔板段之后的波导壁上加入对称移相槽结构，调整方波导内两种传播模式的相位差，实现AR性能的调整，最终同时达到宽工作带宽下高隔离度、低反射系数、低轴比的性能，该改进结构可以实现在约20％的工作频带下大于30dB的高端口隔离度。3、本技术使用了经过优化的喇叭天线，其方向图辐射方向图具备低旁瓣且旋转对称的特点，同时又具备低反射系数，配合隔板极化器，保证了天线整体具备高端口间隔离度，同时具备高增益。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的剖视图；图3为图2在A区域的局部放大图；图4为圆极化器的剖面示意图；图5为本技术在工作频段内的反射系数、隔离度以及左旋圆极化轴比变化示意图；图6为左旋圆极化波在中心频率(85GHz)0°、90°平面主极化以及45°平面主极化方向图和交叉极化方向图。图中标号说明：10、圆极化器；11、矩形波导；12、隔板段；121、阶梯隔板；13、方形波导；131、移相槽；20、方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线，其特征在于，包括依次设置的圆极化器、方圆波导转换段和喇叭天线；/n所述圆极化器包括依次设置的两个矩形波导段、隔板段和方波导段，所述方波导段的内壁上设置有两个移相槽，两个所述移相槽相对于方波导段对称设置，所述移相槽具有梯形截面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线，其特征在于，包括依次设置的圆极化器、方圆波导转换段和喇叭天线；
所述圆极化器包括依次设置的两个矩形波导段、隔板段和方波导段，所述方波导段的内壁上设置有两个移相槽，两个所述移相槽相对于方波导段对称设置，所述移相槽具有梯形截面。


2.如权利要求1所述的双圆极化天线，其特征在于，所述隔板段包括阶梯隔板，所述阶梯隔板将隔板段分隔成第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和第二腔体与矩形波导一一对应连接。


3.如权利要求2所述的双圆极化天线，其特征在于，两个所述移相槽相对于阶梯隔板对称设置。

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【专利技术属性】
技术研发人员：束超，徐姗，孙义兴，侯树海，胡志勇，邵宽，陈姗，
申请(专利权)人：江苏亨通太赫兹技术有限公司，上海亨临光电科技有限公司，江苏亨通光电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32