圆极化金属腔体天线、阵列天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种圆极化金属腔体天线、阵列及制备方法，属于天线技术领域，包括一分四金属馈电网络和四个象限辐射单元，象限辐射单元包括辐射腔体、谐振金属块和L型金属条，两谐振金属块对称布置于辐射腔体内，辐射腔体采用金属制备，各辐射腔体内电场分布相同且各辐射腔体上开设有耦合缝；每个辐射腔体上方开有四个辐射孔，L型金属条位于辐射孔内，位于顺时针方向上的相邻象限辐射单元内的L型金属条为顺时针旋转90度后对称布置。天线的圆极化功能通过旋转L型金属条来实现，去掉了常规的圆极化器的结构，大大降低了天线的剖面高度。大大降低了天线的剖面高度。大大降低了天线的剖面高度。

【技术实现步骤摘要】
圆极化金属腔体天线、阵列天线及其制备方法


[0001]本专利技术涉及天线
，具体涉及一种圆极化金属腔体天线、阵列天线及其制备方法。

技术介绍

[0002]圆极化天线是一种发射和接收圆极化波的天线，基于圆极化波的特性，圆极化天线具有移动性强、抗多径衰落、受法拉第影响小等优势，已经广泛应用于移动通信、卫星通信、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)、直接广播电视接收系统(Digital Broadcast Satellite，DBS)、无线传感器及无线功率传输等领域。
[0003]常见的圆极化微带天线实现方式主要有三种：
[0004]第一种是单元级实现，通过合适的馈电方式实现双圆极化的性能，再将对应的天线单元周期性排列组阵。可参考相关文献Hao
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Chun Tung and Kin
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Lu Wong,A compact dual
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polarizedpatch antenna for1800MHz band operation[J].Microwave Opt.Tech.Lett.Vol.29,2001,April 5,1
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2。
[0005]第二种是阵列级实现，即通过旋转天线单元，实现相邻单元之间的相位差，从而实现天线单元的圆极化辐射性能。可参考相关文献Huang,J..A technique for an array to generate circular polarization with linearly polarized elements[J].IEEE trans.Antennas and propagation,vol.AP
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34,No.9,pp.1113
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1124,Sep.1986.
[0006]第三种为混合模式，即将以上两种实现方式组合，以实现更优的电性能。
[0007]上述微带天线都存在结构复杂，加工难，易变形、层间脱离热传导性能低差；加工成天线阵之后自身结构强度低；制造方法复杂成本高等问题。
[0008]圆极化波导天线由于具有体积小、结构紧凑、机械强度好、可靠性高、使用寿命长等优点，并且通过控制波导内的工作模式，实现圆极化的要求。同时缩小腔体尺寸，减轻重量，因此成为上述雷达天线的优选方案之一。
[0009]相关技术中，隔板式圆极化天线具有频带宽、轴比小、圆极化端口隔离度高及体积小的特点，近十几年来得到广泛应用。1973年，Ming Hui Chen和G.N.Tsandoulas基于奇偶模理论设计出了S频段的隔板式圆极化器。类似的，Xing Wang,Xiao dong Huang,Xiuhua Jin.Novel Square/Rectangle Waveguide Septum Polarizer,2016ICUWB,2016.10提出一种新型的波导圆极化器。但为了实现较好的圆极化性能，其隔板剖面高度通常大于一个波长，剖面高度较高。
[0010]申请公布号为CN107394367A的中国专利技术专利申请，公开了一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元及阵列天线，包括单元本体，所述单元本体包括依次堆叠的辐射层单元、第一介质层单元、馈电层单元、第二介质层单元和金属接地层单元，在所辐射层单元上设有能产生90
°
相位差的缝隙结构；所述馈电层单元包括阻抗变换线，所述阻抗变换线与缝隙结构对应设置；在所述单元本体上设有与缝隙结构配合的半模基片集成波导谐振腔；
所述缝隙结构与半模基片集成波导谐振腔的谐振频率为f1，所述阻抗变换线与缝隙结构耦合的频率为f2。
[0011]但该天线单元是半模片集成波导，是根据波导的工作模式采用微带板加工出来的类似波导的结构，而并非金属波导。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题在于如何降低圆极化天线的剖面高度。
[0013]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0014]一方面，本专利技术提出了一种圆极化金属腔体天线，包括一分四金属馈电网络和四个象限辐射单元，所述象限辐射单元包括辐射腔体、谐振金属块和L型金属条，两谐振金属块对称布置于辐射腔体内，辐射腔体采用金属制备，各辐射腔体内电场分布相同且各辐射腔体上开设有耦合缝；
[0015]每个辐射腔体上方开有四个辐射孔，L型金属条位于辐射孔内，位于顺时针方向上的相邻象限辐射单元内的L型金属条为顺时针旋转90度后对称布置。
[0016]本专利技术采用金属波导一分四的馈电网络对四个象限辐射单元中的辐射腔体进行馈电，且四个谐振腔内部电场一致，在四个辐射腔体的上部开辐射孔，L型金属条位于辐射孔内，位于顺时针方向上的相邻象限辐射单元内的L型金属条为顺时针旋转90度后对称布置，即每个象限有四个基本辐射天线单元，每次的旋转使四个象限内的基本辐射天线单元的相位与上一个象限内的基本辐射天线单元存在90度的相位差，用于实现圆极化天线。该天线的圆极化功能通过旋转L型金属条来实现，去掉了常规的圆极化器的结构，大大降低了天线的剖面高度。
[0017]进一步地，所述一分四金属馈电网络包括一分四金属馈电波导和金属探针，一分四金属馈电波导下方布置有校正波导，金属探针的顶部与一分四金属馈电波导接触、底部与天线的外部腔体接触，校正波导上开设有校正耦合孔，且校正波导与一分四金属馈电波导的尺寸相同。
[0018]进一步地，所述金属探针采用偏置馈电。
[0019]进一步地，所述金属探针的插槽为驻波匹配模块。
[0020]进一步地，所述金属探针的顶部为膨胀莲花头结构。
[0021]进一步地，所述辐射孔的尺寸为0.5λ
×
0.5λ，λ为中心频率的波长。
[0022]进一步地，所述L型金属条的厚度为2mm，L型金属条的两臂长分别为1/3λ和3/10λ。
[0023]进一步地，所述天线为方形结构，尺寸为3.3λ
×
3.3λ。
[0024]此外，本专利技术还提出了一种圆极化金属腔体天线阵列，包括至少两个如上所述的圆极化金属腔体天线，相邻所述圆极化金属腔体天线的相邻侧壁为共用的金属壁。
[0025]此外，本专利技术还提出一种圆极化金属腔体天线的制备方法，用于制备如上所述的圆极化金属腔体天线，所述方法包括：
[0026]基于频率范围、结构限制的空间范围和最低频率下的主模传输要求，确定所述一分四金属馈电网络的截面尺寸；
[0027]基于等功分和驻波的要求，确定所述一分四金属馈电网络中的驻波匹配模块的尺寸；
[0028]基于腔体的谐振模式确定所述耦合缝的尺寸，以及根据天线的轴比，确定所述L型金属条的尺寸；
[0029]基于所述一分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆极化金属腔体天线，其特征在于，包括一分四金属馈电网络(10)和四个象限辐射单元(20)，所述象限辐射单元(20)包括辐射腔体(21)、谐振金属块(22)和L型金属条(23)，两谐振金属块(22)对称布置于辐射腔体(21)内，辐射腔体(21)采用金属制备，各辐射腔体(21)内电场分布相同且各辐射腔体(21)上开设有耦合缝(211)；每个辐射腔体(21)上方开有四个辐射孔(24)，L型金属条(23)位于辐射孔(24)内，位于顺时针方向上的相邻象限辐射单元(20)内的L型金属条(23)为顺时针旋转90度后对称布置。2.如权利要求1所述的圆极化金属腔体天线，其特征在于，所述一分四金属馈电网络(10)包括一分四金属馈电波导(11)和金属探针(12)，一分四金属馈电波导(11)下方布置有校正波导(13)，金属探针(11)的顶部与一分四金属馈电波导(11)接触、底部与天线的外部腔体接触，校正波导(13)上开设有校正耦合孔(131)，且校正波导(13)与一分四金属馈电波导(11)的尺寸相同。3.如权利要求2所述的圆极化金属腔体天线，其特征在于，所述金属探针(12)采用偏置馈电。4.如权利要求2所述的圆极化金属腔体天线，其特征在于，所述金属探针(12)的插槽(121)为驻波匹配模块。5.如权利要求2所述的圆极化金属腔体天线，其特征在于，所述金属探针(12)的顶部为膨胀莲花头结构。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：章广林，张洪涛，孙桂林，饶玉如，闫飞，董坤，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：