圆极化辐射器及圆极化天线制造技术

本发明专利技术提供一种圆极化辐射器及圆极化天线，涉及圆极化天线技术领域。本发明专利技术提出的一种圆极化辐射器，其包括：指数渐变金属脊、矩形金属插片、开设有矩形激励缝隙的波导腔金属底座，以及波导腔金属壁；其中，波导腔金属壁与波导腔金属底座连接形成一面开口的波导空气腔，一对相同尺寸的指数渐变金属脊分布在波导空气腔内两侧斜对角位置，多个横向延展的矩形金属插片分别镶嵌在指数渐变金属脊上，一条细长矩形激励缝隙开设在波导腔金属底座的中轴线上。本发明专利技术提出的圆极化辐射器解决了目前圆极化辐射器轴比带宽受限、损耗较大、剖面较高的问题，可以很好的适应平台对天线载荷的技术要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
圆极化辐射器及圆极化天线


[0001]本专利技术涉及圆极化天线
，具体涉及一种圆极化辐射器及圆极化天线。

技术介绍

[0002]圆极化天线是一种辐射圆极化电磁波的天线，相比于线极化天线，其具备通信质量高、可减少电离层引起的法拉第旋转效应、可以减少极化失配导致的极化损耗，以及收发天线之间相对位置更加灵活等诸多优点。这些优点使得圆极化天线对许多无线系统都非常有吸引力，被广泛应用于卫星、空间探测器和弹道导弹的空间遥测应用中。
[0003]目前，实现圆极化天线的途径有三种：一、通过构造特殊的天线形式实现天线自身在辐射口径的圆极化，如切角或者切缝微带贴片天线和四臂螺旋圆极化天线，前者剖面低重量轻但轴比带宽较窄，后者轴比带宽较宽但是剖面高结构笨重；二、通过引入圆极化网络对辐射口径进行双点或四点馈电，如90
°
电桥或者多级威尔金森功分网络，在辐射口径激励出相互正交相差90
°
的场，实现远场圆极化，此方法具有轴比带宽较宽、极化方式灵活可调等优势，但由于引入圆极化网络带来了额外插损，使得天线效率大幅降低；三、通过加载圆极化辐射器，将馈入的线极化波扭转为圆极化波辐射，如在缝隙上加载切角贴片圆极化辐射器和在缝隙上加载脊波导圆极化辐射器，由于此类圆极化辐射器一般直接加载在辐射口径面，因此具有剖面较低、损耗小、结构简单等优点，但上述两种圆极化辐射器的轴比带宽均较小，严重限制了天线的应用范围以及系统性能。
[0004]综上可知，现有的圆极化辐射器无法同时有效解决轴比带宽受限、损耗较大、剖面较高等问题，从而无法很好的适应平台对天线载荷的轻量化、低剖面、高效率、宽带工作的技术要求。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种圆极化辐射器及圆极化天线，解决了现有的圆极化辐射器无法同时满足超宽带、低损耗以及低剖面要求的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]第一方面，本专利技术首先提出了一种圆极化辐射器，所述圆极化辐射器包括：
[0010]指数渐变金属脊、矩形金属插片、开设有矩形激励缝隙的波导腔金属底座，以及波导腔金属壁；
[0011]所述波导腔金属壁包括两面完整波导壁和两面呈“V”字形渐变的凹口波导壁；
[0012]其中，所述波导腔金属底座、两面所述完整波导壁，以及两面所述凹口波导壁共同组成波导空气腔，且两个所述完整波导壁为波导空气腔的长边，两个所述凹口波导壁为波导空气腔的宽边；
[0013]所述矩形激励缝隙的长边平行于所述波导空气腔的宽边；
[0014]两个完全相同的所述指数渐变金属脊分列于所述矩形激励缝隙的两侧斜对角的对称位置处，且均位于所述波导空气腔内部的所述波导腔金属底座上，同时所述指数渐变金属脊的外弧面均朝向所述波导空气腔的中心；
[0015]多个所述矩形金属插片镶嵌于所述指数渐变金属脊中且沿着所述波导腔金属底座的上表面横向延展。
[0016]优选的，所述凹口波导壁的凹口弧上任意一点的垂向距离d1满足指数函数：
[0017]d1＝wa_a*exp(wa_k*h)+wa_l*h
[0018]其中，wa_a、wa_k、wa_l为指数函数的系数，由工作频带的低频频点决定。
[0019]优选的，所述指数渐变金属脊的脊弧上任意一点的垂向距离d满足指数函数：
[0020]d＝ri_a*exp(ri_k*h)+ri_l*h
[0021]其中，ri_a、ri_k、ri_l为指数函数的系数，由带宽扩展程度决定。
[0022]优选的，所述矩形激励缝隙的长度小于λ/2，其宽度小于等于长度的十分之一；其中，λ为低频工作点的自由空间波长。
[0023]优选的，所述矩形金属插片包括从上到下依次设置的顶层矩形金属插片、中层第一矩形金属插片、中层第二矩形金属插片、底层矩形金属插片。
[0024]优选的，所述顶层矩形金属插片的长边向两个所述凹口波导壁处延伸，宽边向两个所述完整波导壁处延伸；所述中层第一矩形金属插片、中层第二矩形金属插片、底层矩形金属插片的长边均向两个所述完整波导壁处延伸，宽边向两个所述凹口波导壁处延伸。
[0025]优选的，所述波导腔金属底座、两面所述完整波导壁，以及两面所述凹口波导壁共同组成所述波导空气腔时采用轻量铝制材料一体化加工而成。
[0026]优选的，所述波导腔金属底座、完整波导壁，以及凹口波导壁内表面均进行光滑处理。
[0027]第二方面，本专利技术还提出了一种圆极化天线，所述圆极化天线包括若干个如上述所述的圆极化辐射器。
[0028]优选的，若干个圆极化辐射器均匀排布构成圆极化天线的辐射口径。
[0029](三)有益效果
[0030]本专利技术提供了一种圆极化辐射器及圆极化天线。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0031]1、本专利技术提出的一种圆极化辐射器，其包括：指数渐变金属脊、矩形金属插片、开设有矩形激励缝隙的波导腔金属底座，以及波导腔金属壁；其中，波导腔金属壁与波导腔金属底座连接形成一面开口的波导空气腔，一对相同尺寸的指数渐变金属脊分布在波导空气腔内两侧斜对角位置，多个横向延展的矩形金属插片分别镶嵌在指数渐变金属脊上，一条细长矩形激励缝隙开设在波导腔金属底座的中轴线上。本专利技术提出的圆极化辐射器解决了目前圆极化辐射器轴比带宽受限、损耗较大、剖面较高的问题，可以很好的适应平台对天线载荷的轻量化、低剖面、高效率、宽带工作的技术要求。
[0032]2、本专利技术的圆极化辐射器在波导空气腔内斜对称的位置引入一对指数渐变金属脊，引导矩形激励缝隙馈入的电磁波在波导空气腔实现扭转，在辐射口面上形成幅度相等、相位相差90度的正交电场，辐射产生圆极化波。指数渐变金属脊的不连续性激励出多种幅度相等、相速各异的正交基模，与单一正交基模相比降低了电磁波在波导腔内传播路径的
相位差平坦度，增加了天线的轴比带宽。
[0033]3、本专利技术的圆极化辐射器在指数渐变金属脊上设置了多个金属插片，拓展了导波的截止频率，进一步降低了电磁波在波导腔内传播路径的相位差平坦度，大幅提高了轴比带宽，能够完全覆盖K和KA两个波段，实现宽带工作特性。
[0034]4、本专利技术的圆极化辐射器引入“V”字形渐变凹口波导壁，该结构破坏了完整金属波导腔侧壁的场谐振状态，导致了高次模的截止，使得天线在整个频带内工作于基模状态，天线在高频段的辐射性能良好。
[0035]5、本专利技术的波导空气腔采用全金属材料一体化加工成型，具有功率容量大、机械强度高、散热性能优良、导体损耗和无介质损耗等优点，易于实现高辐射效率以及高增益，可以作为大型相控阵天线的组阵单元，适用于机载、星载等对空间重量和工作环境要求苛刻的平台。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆极化辐射器，其特征在于，所述圆极化辐射器包括：指数渐变金属脊(2)、矩形金属插片(3)、开设有矩形激励缝隙(5)的波导腔金属底座(4)，以及波导腔金属壁(6)；所述波导腔金属壁(6)包括两面完整波导壁(61)和两面呈“V”字形渐变的凹口波导壁(62)；其中，所述波导腔金属底座(4)、两面所述完整波导壁(61)，以及两面所述凹口波导壁(62)共同组成波导空气腔(1)，且两个所述完整波导壁(61)为波导空气腔(1)的长边，两个所述凹口波导壁(62)为波导空气腔(1)的宽边；所述矩形激励缝隙(5)的长边平行于所述波导空气腔(1)的宽边；两个完全相同的所述指数渐变金属脊(2)分列于所述矩形激励缝隙(5)的两侧斜对角的对称位置处，且均位于所述波导空气腔(1)内部的所述波导腔金属底座(4)上，同时所述指数渐变金属脊(2)的外弧面均朝向所述波导空气腔(1)的中心；多个所述矩形金属插片(3)镶嵌于所述指数渐变金属脊(2)中且沿着所述波导腔金属底座(4)的上表面横向延展。2.如权利要求1所述的圆极化辐射器，其特征在于，所述凹口波导壁(62)的凹口弧上任意一点的垂向距离d1满足指数函数：d1＝wa_a*exp(wa_k*h)+wa_l*h其中，wa_a、wa_k、wa_l为指数函数的系数，由工作频带的低频频点决定。3.如权利要求1所述的圆极化辐射器，其特征在于，所述指数渐变金属脊(2)的脊弧上任意一点的垂向距离d满足指数函数：d＝ri_a*exp(ri_k*h)+ri_l*h其中，ri_a、ri_k、ri...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雨阳，汪伟，方小川，张琦，陈明，罗彦彬，郑治，孟儒，赵磊，
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：