CN101944657B - 一种组合形式双线极化阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合形式双线极化阵列天线，包括水平极化阵列天线(1)和垂直极化阵列天线(2)，其特征在于：水平极化阵列天线(1)与垂直极化阵列天线(2)共用同一天线辐射口面；所述的水平极化阵列天线(1)由M个水平极化线阵单元(3)排成阵列，其中M为自然数；所述的垂直极化阵列天线(2)由M-1个垂直极化线阵单元(4)排成阵列；所述的水平极化线阵单元(3)与垂直极化线阵单元(4)为间隔排列的阵列形式。该天线装置具有孔径利用率高、天线效率高、可实现良好相控阵扫描等优点。本发明适用于制造卫星通信或其它通信系统中双线极化阵列天线，特别适用于双线极化或极化角可调的线极化阵列天线或相控阵天线。

Description

一种组合形式双线极化阵列天线

技术领域

本发明涉及通信领域中的一种天线技术，适用于制造卫星通信或其它通信系统中的双线极化阵列天线，特别适用于双线极化相控阵天线或极化角可调的线极化阵列天线。

背景技术

目前在通信系统中使用的双线极化天线或相控阵天线有以下几种形式，在性能上虽各有特点，但均存在某种不足。

1、利用两个方向的波导缝隙阵列天线可以形成双线极化天线，但是两个极化的天线无法共用孔径，因此孔径利用率低，并且无法用作相控阵天线。

2、利用波导宽边缝隙天线与窄边缝隙天线可能形式双线极化共用的孔径，但是两者一体化设计后，组阵间距至少为波导的宽边与窄边之和，如果用作相控阵天线，则无法满足扫描范围的要求，因此无法用作相控阵天线。

3、利用微带阵列形式可以形成共用孔径双线极化阵列天线，但是由于微带天线效率较低和微带馈电网络损耗较大，因此其效率较低。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种组合形式双线极化阵列天线。本发明采用水平极化线阵单元与垂直极化线阵单元相间隔排列的阵列形式，其中水平极化线阵单元采用波导窄边缝隙阵列天线的形式，垂直极化线阵单元采用两个波导窄边缝隙阵列天线之间形成喇叭辐射器的形式。该天线具有孔径利用率高、天线效率高、可实现良好相控阵扫描等优点，适用于制造卫星通信或其它通信系统中双线极化阵列天线，特别适用于双线极化或极化角可调的线极化阵列天线或相控阵天线。

本发明的目的是这样实现的：一种组合形式双线极化阵列天线，包括水平极化阵列天线和垂直极化阵列天线，水平极化阵列天线与垂直极化阵列天线共用同一天线辐射口面；所述的水平极化阵列天线由M个水平极化线阵单元排成阵列，其中M为自然数；所述的垂直极化阵列天线由M-1个垂直极化线阵单元排成阵列；所述的水平极化线阵单元与垂直极化线阵单元为间隔排列的阵列形式。

所述的水平极化线阵单元由波导、波导馈电网络、波导同轴转换、N个辐射缝隙组成，其中N为自然数；辐射缝隙为波导在其窄边上的开缝，相邻两个辐射缝隙向不同的方向倾斜，N个辐射缝隙组成了波导窄边缝隙阵列天线；波导与波导馈电网络为一体化结构，波导馈电网络与波导同轴转换用紧固件连接，波导同轴转换通过电缆线与外接接收机或发射机连接。

所述的垂直极化线阵单元由喇叭壁、N个辐射端口、N个基片集成波导、带状线馈电网络、同轴连接器组成，其中N为自然数；喇叭壁为水平极化线阵单元中的波导的宽边，相邻两个的喇叭壁之间形成了喇叭辐射器天线，N个辐射端口位于喇叭壁的内部，N个辐射端口、N个基片集成波导、带状线馈电网络为一体化结构，带状线馈电网络与同轴连接器用紧固件连接，同轴连接器通过电缆线与外接接收机或发射机连接。

所述的基片集成波导为一种集成于印制板中的低损耗的导波结构，英文名称为Substrate Integrated Waveguide，简称S1W。

本发明相比背景技术有如下优点：

1、本发明利用水平极化阵列1与垂直极化阵列2共用同一天线辐射口面的方法，提高天线的孔径利用效率。

2、本发明的水平极化阵列1与垂直极化阵列2分别采用波导窄边缝隙阵列天线和喇叭辐射器天线的形式，具有很高天线效率。

3、本发明的水平极化线阵单元3与垂直极化线阵单元4都可形成高度很小的线阵，因此在俯仰方向采用相控阵形式，俯仰方向可进行较大范围的电扫描，满足通信天线扫描范围的要求。

附图说明

图1是本发明的三维示意图。

图2是本发明水平极化线阵单元3与垂直极化线阵单元4的俯视图。

图3是本发明水平极化线阵单元3的组成示意图。

图4是本发明垂直极化线阵单元4的组成示意图。

具体实施方式

参照图1至图4，本发明包括水平极化阵列天线1、垂直极化阵列天线2，水平极化阵列天线1与垂直极化阵列天线2共用同一天线辐射口面，采用固定件将水平极化阵列天线1与垂直极化阵列天线2固定成一体结构。

所述的水平极化阵列天线1由M个水平极化线阵单元3排成阵列，其中M为自然数。水平极化线阵单元3由波导6、波导馈电网络7、波导同轴转换8、N个辐射缝隙5组成，其中N为自然数，实施例采用M为7、N为8，即水平极化阵列1由7个水平极化线阵单元3排成阵列，每个水平极化线阵单元3由8个辐射缝隙5组成。辐射缝隙5为波导6在其窄边上的开缝，相邻两个辐射缝隙5向不同的方向倾斜，N个辐射缝隙5组成了波导窄边缝隙阵列天线。波导6与波导馈电网络7为一体化结构，实施例采用铝板加工成波导结构并在波导窄边上加工出缝隙，波导馈电网络7与波导同轴转换8用紧固件连接，波导同轴转换8通过电缆线与外接接收机或发射机连接，实施例波导同轴转换8采用市售波导同轴转换。

所述的垂直极化阵列天线2由M-1个垂直极化线阵单元4排成阵列，实施例由6个垂直极化线阵单元4排成阵列。垂直极化线阵单元4由喇叭壁9、N个辐射端口10、N个基片集成波导11、带状线馈电网络12、同轴连接器13组成，其中N为自然数；实施例采用N为8，即垂直极化线阵单元4中包含有8个辐射端口10和8个基片集成波导11。喇叭壁9为水平极化线阵单元3中的波导6的宽边，相邻两个的喇叭壁9之间形成了喇叭辐射器天线。基片集成波导11为所述的基片集成波导为一种集成于印制板中的低损耗的导波结构，英文名称为Substrate Integrated Waveguide，简称SIW，N个辐射端口10位于喇叭壁9的内部，N个辐射端口10、N个基片集成波导11、带状线馈电网络12为一体化结构，该一体化结构实施例采用印制板加工成印制板电路，带状线馈电网络12与同轴连接器13用紧固件连接，同轴连接器13通过电缆线与外接接收机或发射机连接，实施例同轴连接器13采用市售同轴连接器。

本发明的工作原理如下：

当发射信号时，M个水平极化线阵单元3的波导同轴转换8输入外接发射机的发射信号，输入到波导馈电网络7，通过波导6输入给N个辐射缝隙5，辐射缝隙5将发射信号转换成电磁波信号并发送到空间。同时，M-1个垂直极化线阵单元4的同轴连接器13输入外接发射机发射信号，将发射信号输入到带状线馈电网络12，再输入到N个基片集成波导11后输入到N个辐射端口10，经过喇叭壁9将发射信号转换成电磁波信号并发送到空间。

当接收信号时，M个水平极化单元3的N个辐射缝隙5从空间接收电磁波信号并转换成接收信号，通过波导6将接收信号输入给波导馈电网络7，再通过波导同轴转换8将接收信号输入到接收机。同时，M-1个垂直极化线阵单元4的喇叭壁9接收空间电磁波信号并转换成接收信号，然后将接收信号送入N个辐射端口10，再将接收信号送入到N个基片集成波导11，通过带状线馈电网络12将接收信号合成并送入同轴连接器13，输入到外接接收机。

Claims (2)

1.一种组合形式双线极化阵列天线，包括水平极化阵列天线(1)和垂直极化阵列天线(2)，其特征在于：水平极化阵列天线(1)与垂直极化阵列天线(2)共用同一天线辐射口面；所述的水平极化阵列天线(1)由M个水平极化线阵单元(3)排成阵列，其中M为自然数；所述的垂直极化阵列天线(2)由M-1个垂直极化线阵单元(4)排成阵列；所述的水平极化线阵单元(3)与垂直极化线阵单元(4)为间隔排列的阵列形式；

所述的垂直极化线阵单元(4)由喇叭壁(9)、N个辐射端口(10)、N个基片集成波导(11)、带状线馈电网络(12)、同轴连接器(13)组成，其中N为自然数；喇叭壁(9)为水平极化线阵单元(3)中的波导(6)的宽边，相邻两个的喇叭壁(9)之间形成了喇叭辐射器天线，N个辐射端口(10)位于喇叭壁(9)的内部，N个辐射端口(10)、N个基片集成波导(11)、带状线馈电网络(12)为一体化结构，带状线馈电网络(12)与同轴连接器(13)用紧固件连接，同轴连接器(13)通过电缆线与外接接收机或发射机连接。

2.根据权利要求1所述的一种组合形式双线极化阵列天线，其特征在于：所述的水平极化线阵单元(3)由波导(6)、波导馈电网络(7)、波导同轴转换(8)、N个辐射缝隙(5)组成，其中N为自然数；辐射缝隙(5)为波导(6)在其窄边上的开缝，相邻两个辐射缝隙(5)向不同的方向倾斜，N个辐射缝隙(5)组成了波导窄边缝隙阵列天线；波导(6)与波导馈电网络(7)为一体化结构，波导馈电网络(7)与波导同轴转换(8)用紧固件连接，波导同轴转换(8)通过电缆线与外接接收机或发射机连接。

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