基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元制造技术

本发明专利技术公开了阵列天线技术领域的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元，能同时实现左旋和右旋圆极化信号的转换和分离，不需要额外的正交模转换器，具有小型化和质量轻等特点。包括矩形波导、隔板圆极化器、喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板，所述隔板圆极化器安装在所述矩形波导的内部，所述矩形波导的输出端依次设置喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板；所述隔板圆极化器具有高度依次降低的多个阶梯，其中高度最小的阶梯位于所述喇叭天线一侧；所述三角形金属板有多个，每个所述三角形金属板分别与所述喇叭天线和所述蜂窝孔板固定连接。定连接。定连接。

【技术实现步骤摘要】
基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元


[0001]本专利技术属于阵列天线
，具体涉及一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的快速发展，越来越多的无线电子设备正在研发和生产。目前商业卫星通信广泛使用的C频段以及Ku频段频谱资源日渐饱和。国外的一些机构从上世纪70年代就开始扩展卫星通信频段的研究，探索新一代大容量卫星通信系统的体制。近年来，我国也加紧了对Ka频段卫星进行开发与研制。现有技术中需要采用额外的正交模转换器才能实现左旋和右旋圆极化信号的转换和分离，造成器件结构复杂、重量大等问题。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元，能同时实现左旋和右旋圆极化信号的转换和分离，不需要额外的正交模转换器，具有小型化和质量轻等特点。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：第一方面，提供一种双圆极化阵列天线单元，包括矩形波导、隔板圆极化器、喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板，所述隔板圆极化器安装在所述矩形波导的内部，所述矩形波导的输出端依次设置喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板；所述隔板圆极化器具有高度依次降低的多个阶梯，其中高度最小的阶梯位于所述喇叭天线一侧；所述三角形金属板有多个，每个所述三角形金属板分别与所述喇叭天线和所述蜂窝孔板固定连接。
[0005]进一步地，所述隔板圆极化器的阶梯的数量小于等于六个。
[0006]进一步地，所述隔板圆极化器的阶梯的数量为六个，其中各个阶梯按照由低到高的顺序，高度依次为： 0.15mm、1.2mm、3.29mm、4.57mm、5.8mm、9mm，长度依次为：5.59mm、1.98mm、3.6mm、6.67mm、1.78mm、3mm；所述隔板圆极化器的厚度为1.57mm。
[0007]进一步地，所述三角形金属板有四个，四个所述三角形金属板分别位于所述喇叭天线的四个侧面的中心线上。
[0008]进一步地，所述蜂窝孔板上对称设置四个蜂窝型孔状输出口。
[0009]第二方面，提供一种天线装置，所述天线装置配置有第一方面所述的双圆极化阵列天线单元。
[0010]第三方面，提供一种设备，所述设备配置有第一方面所述的双圆极化阵列天线单元。
[0011]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：（1）本专利技术通过在矩形波导内设置隔板圆极化器并配合喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板，实现了左旋和右旋圆极化信号的转换和分离，不需要额外的正交模转换器，具有小型化和质量轻等特点；
（2）本专利技术天线单元具有频带宽，轴比性能良好，体积小和能够实现收发共用等特点。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的立体结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的输入端的平面结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的输出端的平面结构示意图；图4是图2的A
‑
A剖面图；图5是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的输出端不含蜂窝孔板的立体结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的隔板圆极化器的立体结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的蜂窝孔板的立体结构示意图；图8是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的隔板圆极化器的平面结构示意图；图9是本专利技术实施例提供的一种基于Ka波段的双圆极化阵列天线单元的隔板圆极化器的工作原理示意图；图10是本专利技术实施例中隔板圆极化器的S参数差；图11是本专利技术实施例中隔板圆极化器的相位差；图12是本专利技术实施例仿真结果中的天线单元的回波损耗；图13是本专利技术实施例仿真结果中的天线单元的隔离度；图14是本专利技术实施例仿真结果中的接收频段天线单元的增益；图15是本专利技术实施例仿真结果中的接收频段天线单元的轴比；图16是本专利技术实施例仿真结果中的发射频段天线单元的增益；图17是本专利技术实施例仿真结果中的发射频段天线单元的轴比。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0014]实施例一：如图1~图8所示，一种双圆极化阵列天线单元，包括矩形波导1、隔板圆极化器2、喇叭天线3、三角形金属板4和蜂窝孔板5，隔板圆极化器2为金属材质，安装在矩形波导1的内部，用于实现电磁波的圆极化；矩形波导1的输出端依次设置喇叭天线3、三角形金属板4和蜂窝孔板5，矩形波导1配合喇叭天线3用于实现电磁波的传播，以及扩大增益；隔板圆极化器2具有高度依次降低的多个阶梯，其中高度最小的阶梯位于喇叭天线3一侧；三角形金属
板4有多个，每个三角形金属板4分别与喇叭天线3和蜂窝孔板5固定连接，本实施例中，三角形金属板4有四个，材质为金属，四个三角形金属板4分别位于喇叭天线3的四个侧面的中心线上，贴在喇叭天线3上的三角形金属板4用于抑制天线的回波损耗；蜂窝孔板5上对称设置四个蜂窝型孔状输出口51，本实施例中，蜂窝孔板5的材质为金属，使用了一分四的结构，减小了每个单元的尺寸，有效抑制了栅瓣。
[0015]本实施例中，天线单元实现圆极化主要是通过隔板圆极化器2实现的。隔板圆极化器2的工作原理，可以利用奇偶模法进行分析，发射端口的左右端口信号可以看作奇偶模激励的叠加，奇模经TE01过隔板圆极化器2方向不变，最终形成水平极化分量；偶模经过隔板，逐渐向中间靠拢，最终形成垂直极化分量，同时伴随相位落后。其具体分极化过程如图9所示，从右向左看，当线极化波通过隔板圆极化器2到达另一端，需要将电场TE10模旋转90
°
并且进行90
°
的相位延迟，左端口作为发送时右端口作为匹配，同理右端口作为发送时左端口作为匹配，这使得两个端口分别得到右旋和左旋圆极化波，实现双圆极化。隔板圆极化器2一般很容易实现功率的等分，但是要保证相位差为 90
°
就需要对隔板圆极化器2进行细致的设计，包括隔板圆极化器的厚度，隔板圆极化器的阶梯数及每一阶隔板的尺寸等，都需要根据工作频段对其尺寸进行比较精细的调整。
[0016]衡量隔板圆极化器2的两个重要参数就是输出端口TE10波与TE01波的S参数差尽可能小，且相位差为90
°
是最好，在仿真中，发现增加隔板圆极化器2的阶梯的级数可以改善隔板圆极化器2的性能和增加带宽，但是阶梯总级数大于5时这种改善效果不再明显，隔板圆极化器2的阶梯的数量小于等于6个时，性能和带宽均具有较好的提高，考虑到高频下使用，尽量使结构简单便于加工，本实施例选择了6阶梯的隔板，此外，薄的隔板圆极化器2可以减小隔板圆极化器2的插入损耗，而为了保证机械强度，隔板圆极化器2需要有一定的厚度；本实施例中，天线单元的尺寸为12
×
12
×
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双圆极化阵列天线单元，其特征是，包括矩形波导、隔板圆极化器、喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板，所述隔板圆极化器安装在所述矩形波导的内部，所述矩形波导的输出端依次设置喇叭天线、三角形金属板和蜂窝孔板；所述隔板圆极化器具有高度依次降低的多个阶梯，其中高度最小的阶梯位于所述喇叭天线一侧；所述三角形金属板有多个，每个所述三角形金属板分别与所述喇叭天线和所述蜂窝孔板固定连接。2.根据权利要求1所述的双圆极化阵列天线单元，其特征是，所述隔板圆极化器的阶梯的数量小于等于六个。3. 根据权利要求1所述的双圆极化阵列天线单元，其特征是，所述隔板圆极化器的阶梯的数量为六个，其中各个阶梯按照由低到高的顺序，高度依次为： 0.15m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昂山，吴知航，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：