一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，包括同轴波导转换器、方波导口转圆波导口适配器、线极化喇叭天线、两层超构表面，同轴波导转换器侧面设有同轴馈电接头，同轴波导转换器与方波导口转圆波导口适配器之间、方波导口转圆波导口适配器与线极化喇叭天线之间均通过法兰连接；两层超构表面分别为上层超构表面和下层超构表面，上层超构表面由若干线转圆极化单元排布组成；下层超构表面由若干相位补偿单元排布组成。通过在传统线极化圆锥喇叭口径面上加载一个超构表面线圆极化变换器，并利用相位补偿原理从而设计出的宽带高增益圆极化喇叭天线，解决了传统圆极化喇叭天线所存在的频带窄、尺寸庞大、重量大且不易加工等问题。且不易加工等问题。且不易加工等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线
[0001]
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[0002]本技术涉及一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线。
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技术介绍
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[0004]在卫星通信系统中，高效率、高增益的收发天线是其能够正常工作的先决条件。作为应用最为广泛的天线形式，口径天线的尺寸一般比波长大得多，特别适合于在微波波段形成高增益的笔形波束。圆极化天线在无线通信的多个领域中扮演着重要角色。其与线极化天线相比，不仅可以接收与自身旋向相同的圆极化波，同时还可以接收线极化波和椭圆极化波。与其他圆极化天线相比，圆极化喇叭天线方向性良好，并且工作频带较宽，在通信与导航制导等领域有着十分广泛的应用。
[0005]而圆极化的喇叭天线需要在普通喇叭天线的输出口增加圆极化器来实现，圆极化器是形成振幅相等，相位相差90
°
的空间正交电场矢量的微波元器件。传统喇叭天线的圆极化形成主要取决于圆极化器，常见的有螺钉圆极化器、隔板圆极化器和介质板圆极化器等。使用这些圆极化器所设计的喇叭天线都有频带较窄、尺寸过大、加工不易和成本较高等缺点。
[0006]2007年施洋等人发表《8mm波导螺钉圆极化器的设计与优化》提出了在圆波导中对称的插入两排螺钉形成螺钉圆极化器从而构造圆极化喇叭天线的设计。但是其频带较窄，不易加工，且成本较高。
[0007]2017年史俊等人发表《K 波段低轴比的隔板式极化器》提出了一种 K 波段低轴比的隔板式圆极化器的设计、加工和测试过程。该天线设计了盖板式机械结构，在相对较宽的频带范围内得到了很低的轴比，圆极化性能良好。但其复杂的设计方法使得天线体积较大，而且给加工带来了很大的麻烦。
[0008]综上，现阶段很多圆极化喇叭天线的设计都很繁琐，且加工极其不方便，本身的线极化喇叭天线也不能重复利用。
[0009]
技术实现思路
：
[0010]本技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本技术所要解决的技术问题是提供一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，设计合理，不明显增加原线极化喇叭的尺寸和重量，加工方便。
[0011]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，包括从下往上依次设置的同轴波导转换器、方波导口转圆波导口适配器、线极化喇叭天线以及两层超构表面，所述同轴波导转换器的侧面设置有同轴馈电接头，同轴波导转换器与方波导口转圆波导口适配器之间、方波导口转圆波导口适配器与线极化喇叭天线之间均通过法兰连接；两层超构表面上下分布且设置在线极化喇叭天线的喇叭口径端，两层超构表面分别为上层超构表面和下层超构表面，所述上层超构表面由若干线转圆极化单元排布组成；所述下层超构表面由若干相位补偿单元排布组成。
[0012]进一步的，所述线极化喇叭天线的喇叭口径端连接有喇叭口径延伸固定环，所述上层超构表面固定在喇叭口径延伸固定环上，上层超构表面与喇叭口径延伸固定环的上表
面齐平；所述下层超构表面紧贴线极化喇叭天线的喇叭口径面。
[0013]进一步的，所述上层超构表面与下层超构表面之间留有空隙，若干线转圆极化单元是相同单元顺序排布；若干相位补偿单元是按照相位补偿分布顺序排布。
[0014]进一步的，所述线转圆极化单元包括上层介质板，所述上层介质板的上端面和下端面均蚀刻有一对金属条，上层介质板上端面的一对金属条和下端面的一对金属条呈正交分布，上层介质板上端面的一对金属条呈、左右分布，上层介质板下端面的一对金属条呈前、后分布；所述上层介质板的上端面和下端面中部均蚀刻有Z型金属贴片，上层介质板上端面和下端面的Z型金属贴片呈手性对称分布。
[0015]进一步的，所述上层介质板的厚度为工作频带中心频率自由空间波长十二分之一。
[0016]进一步的，所述相位补偿单元包括上下分布的下层介质板A和下层介质板B，所述下层介质板A的上端面和下层介质板B的下端面均蚀刻有金属光栅，下层介质板A上端面的金属光栅和下层介质板B下端面的金属光栅呈正交分布；所述下层介质板A和下层介质板B之间蚀刻有双缺口环单元。
[0017]进一步的，所述双缺口环单元具有从
‑
180
°
~180
°
以45度为相位梯度差的3比特八个相位校正超构表面单元，八个相位校正超构表面单元的偏转角度均为
±
45度。
[0018]进一步的，所述下层介质板A和下层介质板B的厚度均为工作频带中心频率自由空间波长十六分之一。
[0019]进一步的，所述线极化喇叭天线采用圆锥线极化喇叭天线，所述圆锥线极化喇叭天线的大端开口平面为圆形状。
[0020]与现有技术相比，本技术具有以下效果：
[0021]（1）线极化喇叭天线采用传统的圆锥喇叭天线，设计过程简单，加工方便；而且设计了喇叭口径延伸固定环，便于装配超构表面且可以重复利用，装载不同的超构表面从而设计不同性能的喇叭天线；
[0022]（2）超构表面设计简单，加工方便，且造价低；
[0023]（3）相位补偿单元共设计了从
‑
180
°
~180
°
以45度为相位梯度差的3比特八个相位校正超构表面单元，可以用于喇叭天线进行相位补偿，从而实现高增益低副瓣的圆极化喇叭天线，YOZ面的副瓣基本低于
‑
26dB；且所设计的圆极化喇叭天线的轴比带宽较宽，解决了传统圆极化喇叭天线带宽较窄的问题；所设计的圆极化喇叭天线的增益也较高；
[0024]（4）本技术专利中的宽带高增益圆极化喇叭天线的设计具有很强的普适性，对于任意频段和任意形状的线极化喇叭天线，只要根据参数需求在喇叭口径面上或者内部加载与线极化喇叭天线口径面形状相吻合的线转圆极化超构表面，就可以将发射的线极化波转换为圆极化波；且依然可以通过相位补偿的方式将球面波转化为平面波，降低副瓣，所采用的线转圆极化超构表面天线单元也可以采用任意相位补偿精度的单元对球面相位波前进行补偿。
[0025]附图说明：
[0026]图1是本技术实施例的立体构造示意图；
[0027]图2是图1中两层超构表面的构造示意图；
[0028]图3是线转圆极化单元和相位补偿单元的立体构造示意图；
[0029]图4是图3的主视构造示意图；
[0030]图5是线转圆极化单元的俯视构造示意图；
[0031]图6是相位补偿单元中双缺口环单元的构造示意图；
[0032]图7是相位补偿单元的3比特的八个相位和透射系数曲线；
[0033]图8是相位补偿单元的3比特的八个相位轴比曲线；
[0034]图9是本技术实施例设计过程中相位补偿分布图；
[0035]图10是本技术实施例在11GHz
‑
15GHz下的S11参数随频率变化曲线；
[0036]图11是本技术实施例在11GHz
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，其特征在于：包括从下往上依次设置的同轴波导转换器、方波导口转圆波导口适配器、线极化喇叭天线以及两层超构表面，所述同轴波导转换器的侧面设置有同轴馈电接头，同轴波导转换器与方波导口转圆波导口适配器之间、方波导口转圆波导口适配器与线极化喇叭天线之间均通过法兰连接；两层超构表面上下分布且设置在线极化喇叭天线的喇叭口径端，两层超构表面分别为上层超构表面和下层超构表面，所述上层超构表面由若干线转圆极化单元排布组成；所述下层超构表面由若干相位补偿单元排布组成。2.根据权利要求1所述的一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，其特征在于：所述线极化喇叭天线的喇叭口径端连接有喇叭口径延伸固定环，所述上层超构表面固定在喇叭口径延伸固定环上，上层超构表面与喇叭口径延伸固定环的上表面齐平；所述下层超构表面紧贴线极化喇叭天线的喇叭口径面。3.根据权利要求1所述的一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，其特征在于：所述上层超构表面与下层超构表面之间留有空隙，若干线转圆极化单元是相同单元顺序排布；若干相位补偿单元是按照相位补偿分布顺序排布。4.根据权利要求1或3所述的一种加载超构表面的宽带高增益圆极化喇叭天线，其特征在于：所述线转圆极化单元包括上层介质板，所述上层介质板的上端面和下端面均蚀刻有一对金属条，上层介质板上端面的一对金属条和下端面的一对金属条呈正交分布，上层介质板上端面的一对金属条呈、左右分布，上层介质板下端面的一对金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛悦禾，陈宇，李国伟，陈志璋，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：