多种极化可重构锥状波束Fabry-Perot腔天线制造技术

本发明专利技术公开了一种多种极化可重构锥状波束Fabry

【技术实现步骤摘要】
多种极化可重构锥状波束Fabry
‑
Perot腔天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体为一种多种极化可重构锥状波束Fabry
‑
Perot腔天线。

技术介绍

[0002]近年来，最大辐射方向位于与天线的法线方向成一定倾斜角度的锥面上的锥状波束天线广泛应用于卫星通信、车载导航和弹丸引信制导等移动通信系统中。例如当地球同步通信卫星位于赤道平面时，此时位于南北半球的通信设备与卫星进行通信的路径与地面呈一定倾角；其次，装备有通信设备的车辆等移动终端在行进中随着行驶方向的变化，天线的接收路径也会发生改变。因此，在周向呈现全向特性，且在一定仰角范围内呈现高增益的锥状波束天线是一个很好的解决方案，能够满足卫星通信中的波束跟踪功能且相比一般的全向天线更能满足天线高增益的要求。此外，在车载导航和弹丸引信制导等移动通信系统中有一个共同的特点就是这些载体需要与卫星、地面基站等多种极化类型的发射端通信，所以终端天线的极化必须保持与星载系统或地面基站等发射端的天线一致，才能避免产生极化损失。这种情况下则需要一种高增益多种极化可重构的锥状波束天线才能完成收发工作。综合以上分析，研究一种高增益多种极化可重构特性的锥状波束天线具有重要的意义。
[0003]实现极化可重构的方法目前主要有两种，一种是可控馈电系统，另一种是可控缝隙。可控馈电系统是通过加载可变电抗或切换馈电位置，使得在馈电输出端产生不同的相位差，从而改变天线的极化特性。而可控槽缝是将缝隙加在天线合适位置，并在缝隙上加入射频开关以改变电流路径。
[0004]实现高增益的方法目前主要有反射面天线、反射阵列天线、介质透镜天线、单元天线组成的天线阵列和Fabry
‑
Perot腔天线等。前几种天线的体积巨大，且为非平面结构，增加了制作成本和难度。而阵列天线需要较为复杂的馈电网络，使辐射效能下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种结构简单紧凑、高增益的多种极化可重构锥状波束Fabry
‑
Perot腔天线。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案为：一种多种极化可重构锥状波束Fabry
‑
Perot腔天线，包括Fabry
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Perot腔、贴片天线和双端口馈电网络；
[0007]所述贴片天线设置在Fabry
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Perot腔中；
[0008]所述双端口馈电网络由嵌套的同轴双端口对Fabry
‑
Perot腔中的贴片天线馈电，通过控制双端口的输入实现水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化四种极化模式的锥状波束。
[0009]优选地，所述Fabry
‑
Perot腔包括第一金属地板、第一金属印刷电路、第一介质基板，所述第一金属印刷电路印刷在第一介质基板正对第一金属地板的一面，第一金属地板和第一金属印刷电路之间形成腔体，所述第一金属印刷电路包括10圈无金属的圆形图案，
圆的排布规则为：中心处一个圆，沿半径方向每增加距离P增加一圈圆，每圈圆之间的间距相等，由中心向外侧第n圈圆的个数Nn满足公式：Nn＝round(2nπ)，n为正整数。
[0010]优选地，所述第一介质基板为Rogers RO4003,其介电常数为3.55，所述腔体为空气。
[0011]优选地，所述贴片天线包括第二介质基板、第二印刷电路和金属化通孔，所述第二介质基板设置于第一金属地板的一面，所述第二印刷电路印刷在第二介质基板的上表面，所述第二印刷电路的非金属图案为m个周向旋转排布的Vivaldi开口，m为自然数；所述金属化通孔贯穿第二介质基板，两端分别与第一金属地板、第二印刷电路相连。
[0012]优选地，Vivaldi图案轮廓线表达式为
[0013][0014]其中V
bw
＝0.3mm，V
tw
＝15.92mm，V
l
＝16.22mm，R
i2
≤x≤V
l
，R
i2
为第一空心金属圆柱外半径。
[0015]优选地，所述双端口馈电网络包括由端口1和端口2馈电的嵌套同轴波导和巴伦平衡馈电网络，所述嵌套同轴波导包括同心设置的探针、空心Teflon圆柱、第一空心金属圆柱和第二空心金属圆柱，所述探针设置在空心Teflon圆柱的内部且上端与巴伦平衡馈电网络连接，所述空心Teflon圆柱设置在第一空心金属圆柱的内部且上端与第一空心金属圆柱平齐，所述第一空心金属圆柱设置在第二空心金属圆柱的内部且上端与贴片天线第二印刷电路连接。
[0016]优选地，所述Teflon圆柱采用介电常数为2.1的Teflon介质，内外半径分别为R
i1
＝0.3mm、R
o1
＝1mm。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其显著优点：
[0018]1、利用多种极化可重构技术，可以使锥状波束天线避免产生极化损失。
[0019]2、利用Fabry
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Perot腔天线构建了低剖面，结构简单的高增益锥状波束天线。采用平面结构相对简单，并且生产和加工成本更低。
[0020]3、Fabry
‑
Perot腔天线在实现高增益和高口径效率的同时，采用嵌套双端口馈电形式作为其馈电结构，无需加载复杂的馈电网络，可以有效地提升辐射效率。
[0021]下面结合附图和具体实施方案对本专利技术作进一步的详细描述。
附图说明
[0022]图1是本专利技术多种极化可重构锥状波束Fabry
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Perot腔天线的主视图。
[0023]图2是本专利技术多种极化可重构锥状波束Fabry
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Perot腔天线的俯视图。
[0024]图3是图1中的双端口馈电网络(3)和贴片天线(2)沿图2中AA1切开的剖面放大图。
[0025]图4是图1中的贴片天线(2)放大的俯视图。
[0026]图5是图3中的巴伦馈电网络(32)放大的俯视图。
[0027]图6是本专利技术实施例的水平极化(Horizontal polarization“HP”)增益方向图。
[0028]图7是本专利技术实施例的垂直极化(Vertical polarization“VP”)增益方向图。
[0029]图8是本专利技术实施例的左旋圆极化(Left
‑
hand circular polarization“LHCP”)
增益方向图。
[0030]图9是本专利技术实施例的右旋圆极化(Left
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hand circularpolarization“RHCP”)增益方向图。
[0031]图10是本专利技术实施例的双端口S参数性能图。
[0032]图11是本专利技术实施例的轴比性能图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多种极化可重构锥状波束Fabry
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Perot腔天线，其特征在于，包括Fabry
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Perot腔(1)、贴片天线(2)和双端口馈电网络(3)；所述贴片天线(2)设置在Fabry
‑
Perot腔(1)中；所述双端口馈电网络(3)由嵌套的同轴双端口对Fabry
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Perot腔(1)中的贴片天线(2)馈电，通过控制双端口的输入实现水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化四种极化模式的锥状波束。2.根据权利要求1所述的多种极化可重构锥状波束Fabry
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Perot腔天线，其特征在于，所述Fabry
‑
Perot腔(1)包括第一金属地板(11)、第一金属印刷电路(12)、第一介质基板(13)，所述第一金属印刷电路(12)印刷在第一介质基板(13)正对第一金属地板(11)的一面，第一金属地板(11)和第一金属印刷电路(12)之间形成腔体(14)，所述第一金属印刷电路(12)包括10圈无金属的圆形图案(15)，圆(15)的排布规则为：中心处一个圆，沿半径方向每增加距离P增加一圈圆，每圈圆之间的间距相等，由中心向外侧第n圈圆的个数Nn满足公式：Nn＝round(2nπ)，n为正整数。3.根据权利要求2所述的多种极化可重构锥状波束Fabry
‑
Perot腔天线，其特征在于，所述第一介质基板(13)为Rogers RO4003,其介电常数为3.55，所述腔体(14)为空气。4.根据权利要求2所述的多种极化可重构锥状波束Fabry
‑
Perot腔天线，其特征在于，所述贴片天线(2)包括第二介质基板(21)、第二印刷电路(22)和金属化通孔(23)，所述第二介质基板(21)设置于第一金属地板(11)的一面，所述第二印刷电路(22)...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐世山，杨俊翔，吴文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：