一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线制造技术

本发明专利技术公开的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，包括阵面和位于阵面下方的平面馈源，平面馈源的相位中心与阵面的焦点重合，阵面包括多个阵面单元，每个阵面单元均包括上段、中段和下段，上段和下段以镜像的方式位于中段的两端，且均为内径线性渐变的喇叭形开口结构，多个阵面单元中包括多种阵面单元，不同种类的阵面单元的中段内径不同，且阵面同时满足费马原理和圆极化辐射的要求；平面馈源为差分馈电的平面口径天线，包括用于馈电的馈电结构、导波波导、喇叭形波导、矩形腔体和位于矩形腔体内的贴片结构，且贴片结构与喇叭形波导连接。阵面无需引入介质材料，且采用平面口径天线作为馈源，可以使整个透射阵天线具有较高的口径效率。有较高的口径效率。有较高的口径效率。

【技术实现步骤摘要】
Ka
‑
band,"IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.63,no.11,pp.5118
‑
5124,Nov.2015.

技术实现思路

[0009]为了解决现有技术中因介质材料的引入而导致的阵面部分介质损耗高、口径效率低问题以及因采用喇叭天线作为馈源而导致的馈源部分体积大、重量重、加工困难、成本高、难以与前端电路集成等至少一个问题，本专利技术提供了一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线。
[0010]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，包括阵面和位于阵面下方的平面馈源，平面馈源的相位中心与阵面的焦点重合，
[0011]阵面包括多个阵面单元，每个阵面单元均包括上段、中段和下段，上段和下段以镜像的方式位于中段的两端，且均为内径线性渐变的喇叭形开口结构，多个阵面单元中包括多种阵面单元，不同种类的阵面单元的中段内径不同，且阵面同时满足费马原理和圆极化辐射的要求；
[0012]平面馈源为差分馈电的平面口径天线，包括用于馈电的馈电结构、导波波导、与导波波导连接的喇叭形波导、矩形腔体和位于矩形腔体内的贴片结构，且贴片结构与喇叭形波导连接。
[0013]进一步地，平面馈源垂直照射阵面，并与阵面在水平方向上呈45度夹角。
[0014]进一步地，四个贴片结构呈2
×
2的线性阵列排布。
[0015]进一步地，矩形腔体内的贴片结构有多个，每个贴片结构均包括第一微带线、与第一微带线连接的第二微带线和与第二微带线连接的第三微带线，第一微带线与喇叭形波导连接，第二微带线用于调整天线的阻抗匹配，通过改变其长度和宽度能调节天线的阻抗匹配，第三微带线为辐射结构，改变其与第一微带线之间的偏移距离L能实现E面和H面波束宽度的调整。
[0016]进一步地，每个阵面单元均为空气填充的矩形波导结构。
[0017]进一步地，阵面包括多个以线性形式排列的阵面单元。
[0018]进一步地，多个阵面单元包括的多种阵面单元中，不同种类的阵面单元的相位种类不同。
[0019]进一步地，多个阵面单元中阵面单元的种类划分采用3
‑
bit相位量化，即具备8种阵面单元。
[0020]进一步地，根据费马原理，每个阵面单元所需的移相大小为：
[0021][0022]其中，x和y表示阵面上某阵面单元的几何中心在x方向和y方向上的坐标，F表示阵面的焦距，表示任意初始相位；阵面单元内存在两个正交的电场模式，即极化简并的TE
10
和TE
01
模，它们在单元内的移相大小可分别表示为和满足费马原理即需令或二者之一等于
[0023]为满足圆极化辐射原理，这两个相位还需同时满足下式，
[0024][0025]进一步地，平面馈源产生的线极化电磁波可以被等幅、同相位分解为两个正交的分量，这两个分量在阵面单元中分别激励极化简并的TE
10
和TE
01
模式，它们的相位常数分别为
[0026][0027][0028]f为天线的中心频率，β
TE10
和β
TE01
分别表示TE
10
和TE
01
模式在阵面单元中段内的相位常数，a、b分别为阵面单元的中段内径的长和宽，μ0和ε0分别表示空气中的磁导率和介电常数，则
[0029]两种模式在波导的中段的相位变化分别为：
[0030][0031][0032]模式间的相位差为：
[0033][0034]式中，h为阵面单元的中段的高度；
[0035]通过调整参数a、b、h来使阵面同时满足费马原理和圆极化辐射的要求。
[0036]与现有技术相比，本专利技术能够实现的有益效果至少如下：
[0037]1、阵面单元采用空气填充的矩形波导结构，不引入介质损耗，因此具有极低的透射损耗。
[0038]2、馈源为单层平面馈源，增益高，带宽宽，可在性能上替代传统喇叭天线，又具有低成本，轻质量，低剖面，易集成的优点。
[0039]3、在一个实施例中，整个透射阵天线性能优异，增益为29.3dBic，带宽为17.7％，口径效率高达49.4％，技术水平上优于目前的圆极化透射阵天线。
[0040]4、本专利技术提出的平面口径天线可与所提出的阵面搭配使用，可以使整个透射阵天线具有较高的口径效率。
附图说明
[0041]图1是本专利技术实施例提供的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线的整体结构示意图。
[0042]图2是本专利技术实施例中阵面单元的结构示意图。
[0043]图3是本专利技术实施例中馈源的正面结构示意图。
[0044]图4是本专利技术实施例中馈源的背面结构示意图。
[0045]图5是本专利技术实施例中贴片结构的结构示意图。
[0046]图6是本专利技术实施例中各个阵面单元的TE
10
模式的透射损耗示意图。
[0047]图7是本专利技术实施例中各个阵面单元的TE
01
模式的透射损耗示意图。
[0048]图8是本专利技术实施例平面馈源的阻抗匹配特性示意图。
[0049]图9的(a)和(b)图分别是本专利技术实施例平面馈源的中心频率处的E面方向图和H面方向图。
[0050]图10是本专利技术实施例平面馈源的增益随频率变化的示意图。
[0051]图11是本专利技术实施例中透射阵天线的阻抗匹配特性示意图。
[0052]图12是本专利技术实施例中透射阵天线的轴比特性示意图。
[0053]图13是本专利技术实施例中透射阵天线的中心频率30GHz的X
‑
Z面方向图。
[0054]图14是本专利技术实施例中透射阵天线的中心频率30GHz的Y
‑
Z面方向图。
[0055]图15是本专利技术实施例中透射阵天线的增益特性示意图。
具体实施方式
[0056]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本专利技术保护的范围。
[0057]请参阅图1
‑
5，本专利技术提供的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，包括阵面1和位于阵面1下方的平面馈源2两部分，支架3用于将两者固定在一起。直角坐标系的建立如图1至图5所示，坐标系XY平面与阵面1平行，x轴和y轴分别平行于阵面1的两个边，z轴指向电磁波垂直入射至阵面的方向。平面馈源2垂直照射阵面1，并与阵面1在水平方向(XY平面)上成45度夹角。平面馈源2的相位中心与阵面1的焦点重合。
[0058]阵面2包括多个以线性形式排列的阵面单元4，多个阵面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，其特征在于，包括阵面(1)和位于阵面(1)下方的平面馈源(2)，平面馈源(2)的相位中心与阵面(1)的焦点重合，阵面(1)包括多个阵面单元(4)，每个阵面单元均包括上段、中段和下段，上段和下段以镜像的方式位于中段的两端，且均为内径线性渐变的喇叭形开口结构，多个阵面单元(4)中包括多种阵面单元，不同种类的阵面单元的中段内径不同，且阵面(1)同时满足费马原理和圆极化辐射的要求；平面馈源(2)为差分馈电的平面口径天线，包括用于馈电的馈电结构(5)、导波波导(6)、与导波波导(6)连接的喇叭形波导(7)、矩形腔体(8)和位于矩形腔体(8)内的贴片结构(9)，且贴片结构(9)与喇叭形波导(7)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，其特征在于：平面馈源(2)垂直照射阵面(1)，并与阵面(1)在水平方向上呈45度夹角。3.根据权利要求1所述的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，其特征在于：矩形腔体(8)内的贴片结构(9)有四个，每个贴片结构(9)均包括第一微带线(10)、与第一微带线(10)连接的第二微带线(11)和与第二微带线(11)连接的第三微带线(12)，第一微带线(10)与喇叭形波导(7)连接，第二微带线(11)用于调整天线的阻抗匹配，通过改变其长度和宽度能调节天线的阻抗匹配，第三微带线(12)为辐射结构，改变其与第一微带线(10)之间的偏移距离L能实现E面和H面波束宽度的调整。4.根据权利要求3所述的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，其特征在于：四个贴片结构(9)呈2
×
2的线性阵列排布。5.根据权利要求1所述的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，其特征在于：每个阵面单元(4)均为空气填充的矩形波导结构。6.根据权利要求1所述的一种基于简并模波导的圆极化集成馈源透射阵天线，其特征在于：阵面(1)包括多个以线性形式排列的阵面单元(4)。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马自龙，耿杨力，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：