一种双频段线/圆极化极化栅及其设计方法技术

本发明专利技术公开一种双频段线/圆极化极化栅及其设计方法，属于电磁场微波技术领域，其包括线极化栅和圆极化栅；所述线极化栅设有三层，且三层线极化栅层叠设置；下层线极化栅的底部与双频段CTS天线的辐射枝节层连接，上层线极化栅的顶部与圆极化栅连接；每一线极化栅均为三层结构，中间层为低损耗泡沫，上层和下层均为印制板，其中，上层印制板表面刻蚀有多根栅条，同一印制板上的栅条相互平行；圆极化栅为五层结构，上、中、下印制板之间通过泡沫隔开，每一印制板上表面均设有多根以线性阵列方式排布的金属条；金属条为折线形式，相邻的折线段之间的夹角为90

【技术实现步骤摘要】
一种双频段线/圆极化极化栅及其设计方法


[0001]本专利技术涉及电磁场微波
，尤其涉及一种双频段线/圆极化栅及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着动中通天线的快速发展，目前作为低剖面低成本动中通天线的CTS天线只能覆盖单一频段10％带宽左右，已经不能满足卫星通信的需求，多频共口径的CTS天线研究迫在眉睫，而极化栅作为天线多频段工作的决定因素之一，目前极化栅只能实现线极化或者圆极化工作，限制了CTS天线的共口径技术发展，这其中的难点在于极化栅的双频段互耦影响、低仰角降损耗等问题。
[0003]目前CTS天线若需要实现典型卫通频段的Ku和Ka频段双频共口径工作，所组成的极化栅需要实现Ku和Ka双频段低损耗工作，在Ku频段输出线极化波，在Ka频段输出圆极化波，达到两倍频的工作带宽和能实现两种极化输出的工作模式。现有的极化栅主要为单一的线极化栅或单一的圆极化栅，在单一频段具有较低的损耗，较好的交叉极化或轴比，但对于典型卫通频段Ku线极化工作和Ka频段圆极化工作的需求，已经不能满足。
[0004]现有技术中，对极化栅的相关技术研究主要为单一线极化或者单一圆极化:中国电科54所的杨国栋等人在《基于多层线极化选择栅的天线极化重构设计》([J].现代雷达.2022)中提出了一种基于多层线极化选择栅的天线极化重构设计方法，在阵列天线上加载多层线极化栅，当天线阵面固定不动时，通过旋转极化选择栅实现线天线极化重构。分析了线极化选择栅层间距对天线辐射性能的影响，研究了在天线极化重构情况下极化栅的层间距和层数对天线增益的影响。西安电子科技大学的尹应增等人在《多层曲折线圆极化器的研究》([J].无线通信技术.2021)对多层曲折线圆极化器进行了研究,描述其分析方法和设计方法。给出理论和实验结果,证明了这种四层曲折圆极化器可以在倍频程范围内得到良好的低轴比、低损耗特性。宁波大学的夏林峰等人在《一种基于FSS的双频双圆极化器》([J].无线通信技术.2021)中设计了一款基于FSS的双频双圆极化器，它能在双频段将输入的线极化波转化为不同旋向的圆极化波。此圆极化器包括四层FSS周期阵列，每层FSS周期阵列单元是曲折线金属条和偶极子金属条的复合结构。仿真结果表明，在低频段16.4－21.1GHz和高频段29－32GHz内，圆极化器分别产生不同旋向的圆极化波，且圆极化轴比小于3dB。国内许多研究单位在极化栅的设计与应用过程中，通常只研究单一极化或单一频段，难以实现在不同频段时的线极化可调和线圆极化切换，不能适用于本专利技术所使用场景需要的双频极化调整能力。
[0005]专利201010284559.3提供了一种卫星通信中可用于同时收发的双频段双圆极化馈源中的圆极化器，通过加入金属脊结构，它比传统的圆极化器具有更宽的工作带宽。本专利技术工作于K/Ka波段，在收发中心频率比为3∶2，带宽9.5％内，轴比小于1dB。本专利技术具有频带宽度宽、轴比特性好、插入损耗小、功率容量大、易调节等优点。202110284678.7、201610490316.2以及201811436121.5等提出的关于极化栅的设计，均应用于单一极化或者
单一频段的工作模式。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术涉及的一种双频段线/圆极化极化栅及其设计方法应用于实现对CTS天线的线/圆极化辐射。克服普通极化器带来的线/圆极化不能共用和频率跨度大的问题，解决双频CTS天线极化调整的问题，有利于促进双频CTS天线的技术发展和工程应用。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种双频段线/圆极化极化栅，包括线极化栅和圆极化栅；所述线极化栅设有三层，且三层线极化栅层叠设置；下层线极化栅的底部与双频段CTS天线的辐射枝节层连接，上层线极化栅的顶部与圆极化栅连接；
[0009]每一线极化栅均为三层结构，中间层为低损耗泡沫，上层和下层均为印制板，其中，上层印制板表面刻蚀有多根栅条，同一印制板上的栅条相互平行；
[0010]所述圆极化栅为五层结构，上、中、下印制板之间通过泡沫隔开；上、中、下每一印制板上表面均设有多根以线性阵列方式排布的金属条；金属条为折线形式，相邻的折线段之间的夹角为90
°
。
[0011]每一线极化栅均通过各自对应的旋转结构实现线极化调整。
[0012]进一步的，每一线极化栅的相邻结构层之间均通过胶膜连接。
[0013]进一步的，所述圆极化栅的相邻结构层之间通过胶膜连接。
[0014]一种双频段线/圆极化极化栅的设计方法，用于设计如上述的一种双频段线/圆极化极化栅，具体步骤如下：
[0015]步骤1，据双频段CTS天线的工作频率，分别设计Ka频段和Ku频段的极化栅单元；其中Ku频段的线极化栅单元采用栅条形式；Ka频段的圆极化栅单元采用弯折线形式；
[0016]步骤2，根据CTS天线的口径大小，建立极化栅组合模型，三层线极化栅在下，最下层线极化栅与CTS天线的辐射枝节层相接，圆极化栅在最上层线极化栅的顶部。
[0017]步骤3，将极化栅组合与双频段CTS天线联合仿真，通过调节各层极化栅的层间距优化天线的交叉极化、轴比以及损耗。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0019](1)本专利技术涉及的双频段线圆极化极化栅应用于双频段CTS天线，可分别实现Ku和Ka两个频段的线极化和圆极化辐射。
[0020](2)双频段线圆极化极化栅采用线极化栅和圆极化栅组合的方式，通过优化层间距等参数隔离两种栅的互耦，达到低损耗、低交叉极化和低轴比的效果。
附图说明
[0021]图1是Ku/Ka双频极化栅设计原理示意图。
[0022]图2是极化栅与天线结合示意图。
[0023]图3是线极化栅单元设计图。
[0024]图4是圆极化栅单元设计图。
[0025]图5是线
‑
圆极化栅单元联合仿真单元图。
[0026]图6是线极化栅旋转示意图。
[0027]图7是圆极化栅旋转示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0029]本实施例的双频段线/圆极化极化栅包含线极化栅和圆极化栅两个组成部分。线极化栅由三层结构组成，每层栅的结构完全一致，分为三层，上层为有图案印制板，中层为低损耗泡沫，下层为无图案印制板，三层结构通过胶膜粘接。其中有图案印制板采用栅条形式，对单一线极化波透射，对另一正交极化波全反射。
[0030]圆极化栅为一层整体结构，结构分为五层，上中下分别为三层有弯折线图案印制板，中上层和中下层分别为泡沫，五层结构通过胶膜粘结。其中三层有图案印制板的图案形状完全相同。
[0031]其中圆极化栅在上，线极化栅在下，并且线极化栅的最下层与CTS天线相接，如图1所示。线极化栅分三层，如图3所示，每层栅均为栅条图案，三层线栅的层间距为四分之一波长左右，考虑结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频段线/圆极化极化栅，包括线极化栅和圆极化栅；其特征在于，所述线极化栅设有三层，且三层线极化栅层叠设置；下层线极化栅的底部与双频段CTS天线的辐射枝节层连接，上层线极化栅的顶部与圆极化栅连接；每一线极化栅均为三层结构，中间层为低损耗泡沫，上层和下层均为印制板，其中，上层印制板表面刻蚀有多根栅条，同一印制板上的栅条相互平行；所述圆极化栅为五层结构，上、中、下印制板之间通过泡沫隔开；上、中、下每一印制板上表面均设有多根以线性阵列方式排布的金属条；金属条为折线形式，相邻的折线段之间的夹角为90
°
；每一线极化栅均通过各自对应的旋转结构实现线极化调整。2.根据权利要求1所述的一种双频段线/圆极化极化栅，其特征在于，每一线极化栅的相邻结构层之间均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，刘昕，何应然，王政，李岩，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：