一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线，包括依次设置的正交模转换器和喇叭天线；所述正交模转换器包括第一矩形波导端口和第二矩形波导端口；所述喇叭天线的内壁对称开设有两个槽体，所述槽体的宽度由正交模转换器朝喇叭天线方向逐渐变宽，所述喇叭天线具有第一轴截面，两个所述槽体的中心皆位于第一轴截面处，所述第一轴截面与馈入的线极化波成±45度角。其实现了双圆极化，无阶梯隔板结构，提高了天线的功率容限，可应用于较大功率场景。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线
本技术涉及天线
，具体涉及一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线。
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，现有技术中存在以下缺陷：1、基于双圆极化馈源加反射面方式，其馈源天线对整体性能具有决定性影响。采用目前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％。2、由于阶梯隔板结构具有多个尖角，在输入功率较高的情况下，尖角处的电场会急剧增强从而导致击穿。这个问题限制了隔板结构在大功率情况下的应用。在毫米波通信应用中，由于高频电磁波空间衰减很大，在实现远距离传输的场景下，一般需要用到大功率功放，这个问题也限制了基于隔板结构的双圆极化天线在这种大功率场景下的应用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线，其实现了双圆极化，无阶梯隔板结构，提高了天线的功率容限，可应用于较大功率场景。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线，包括依次设置的正交模转换器和喇叭天线；所述正交模转换器包括第一矩形波导端口和第二矩形波导端口；所述喇叭天线的内壁对称开设有两个槽体，所述槽体的宽度由正交模转换器朝喇叭天线方向逐渐变宽，所述喇叭天线具有第一轴截面，两个所述槽体的中心皆位于第一轴截面处，所述第一轴截面与馈入的线极化波成±45度角。作为优选的，所述喇叭天线的内壁为多节线性张角轮廊。作为优选的，所述槽体的槽深固定。作为优选的，所述第一矩形波导端口和第二矩形波导端口为标准WR-10矩形波导端口。作为优选的，还包括方圆波导转换段，所述方圆波导转换段设置在正交模转换器和喇叭天线之间。作为优选的，所述方圆波导转换段的圆形端与喇叭天线连接。作为优选的，所述喇叭天线为圆口径。本技术的有益效果：1、本技术提出一种内壁具有变宽对称槽结构的喇叭天线，当馈入线极化波与圆波导过对称槽的直径成±45度角时，能分别产生右旋和左旋圆极化波，同时这种喇叭天线能够在较宽的工作带宽中实现很低的反射系数；该天线结构可以实现在约27％的工作频带下小于-40dB的低反射系数，当配合高端口间隔离度的正交模转换器，就可以实现高端口间隔离度的双圆极化天线。2、本技术中的天线能够在较宽的3-dB轴比带宽内保持高隔离度(>30dB)，实现了高端口隔离度指标下的宽相对工作带宽。在大于30dB端口隔离度的指标要求下，相对工作带宽可达27％，即在27％的相对带宽内同时实现轴比小于3dB且端口间隔离度大于30dB；天线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。3、本实用采用纯腔体结构实现了双圆极化，无阶梯隔板结构，提高了天线的功率容限，可应用于较大功率场景。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的透视图；图3为正交模转换器的结构示意图；图4为本技术的剖面示意图；图5为喇叭天线中馈入两种极化方向的信号输入的示意图；图6为两种极化方向输入分解图，其中，(a)为垂直极化的信号输入喇叭天线后的正交模式分解图；(b)为水平极化的信号输入喇叭天线后的正交模式分解图；图7为第二矩形波导端口激励时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线，其特征在于，包括依次设置的正交模转换器和喇叭天线；所述正交模转换器包括第一矩形波导端口和第二矩形波导端口；所述喇叭天线的内壁对称开设有两个槽体，所述槽体的宽度由正交模转换器朝喇叭天线方向逐渐变宽，所述喇叭天线具有第一轴截面，两个所述槽体的中心皆位于第一轴截面处，所述第一轴截面与馈入的线极化波成±45度角。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽带高隔离度双圆极化馈源天线，其特征在于，包括依次设置的正交模转换器和喇叭天线；所述正交模转换器包括第一矩形波导端口和第二矩形波导端口；所述喇叭天线的内壁对称开设有两个槽体，所述槽体的宽度由正交模转换器朝喇叭天线方向逐渐变宽，所述喇叭天线具有第一轴截面，两个所述槽体的中心皆位于第一轴截面处，所述第一轴截面与馈入的线极化波成±45度角。


2.如权利要求1所述的宽带高隔离度双圆极化馈源天线，其特征在于，所述喇叭天线的内壁为多节线性张角轮廊。


3.如权利要求1所述的宽带高隔离度双圆极化馈源天线，其特征在于，所述槽体的槽深固定。

【专利技术属性】
技术研发人员：束超，孙义兴，田宝珠，魏志猛，侯树海，陈姗，徐姗，胡志勇，
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