CN105140643A - 一种圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通信、测控领域的一种圆极化天线，包括喇叭天线本体和用于馈电的矩形波导(6)，所述的喇叭天线本体包括辐射层(1)、馈电网络层介质板(2)和反射腔层(3)，馈电网络层介质板(2)设置在辐射层(1)的下方，反射腔层(3)设置在馈电网络层介质板(2)的下方，其特征在于：馈电网络层介质板(2)上的极化器为内曲线和外曲线围合而成的钩型结构，内曲线和外曲线均为渐变曲线，与钩型结构的钩头相对的钩型结构的另一端为馈电输入端。本发明采用根据通信、测控对极化纯度、安装空间要求设计的具有驻波带宽宽、轴比带宽宽的天线结构，还具有轮廓低、尺寸小、易集成等特点，特别适用于通信、测控系统中飞行器载体高性能低轮廓圆极化天线的制造。

Description

一种圆极化天线

技术领域

本发明涉及通信、测控领域中的一种圆极化天线，本发明较适合应用于要求圆极化辐射天线的通信、测控系统中。

背景技术

目前在通信、测控系统中可以形成圆极化的天线主要有以下几种结构形式，在性能上虽各有特点，但均存在某种不足。

1、切角圆极化微带天线：该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％，辐射效率姣低，不利于实现较高增益。

2、外接圆极化电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。

3、圆极化喇叭天线，该形式的圆极化天线与传统圆极化微带天线比较，具有阻抗、轴比带宽宽的特点，馈电网络插损低，且辐射效率高，但是馈电网络笨重，不利于小型化设计。

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圆极化天线，本发明特点是，阻抗、轴比带宽宽、辐射效率高结构紧凑、可实现天线、网络一体化设计等特点。

本发明是这样实现的：一种圆极化天线包括喇叭天线本体和用于馈电的矩形波导6，所述的喇叭天线本体包括辐射层1、馈电网络层介质板2和反射腔层3，馈电网络层介质板2设置在辐射层1的下方，反射腔层3设置在馈电网络层介质板2的下方，其特征在于：馈电网络层介质板2上的极化器为内曲线和外曲线围合而成的钩型结构，内曲线和外曲线均为渐变曲线，与钩型结构的钩头相对的钩型结构的另一端为馈电输入端。

其中，所述的内曲线ρ₁满足以下的方程：ρ₁＝(D/2)e^-aφ；

外曲线ρ₂满足以下的方程：

其中，D为反射腔直径，a为曲率系数1，δ_a为曲率系数2，φ为旋转角度，t为馈线宽度。

其中，所述的喇叭天线本体为两个且共用一个矩形波导6，两个极化器的形状相同，其中一个极化器的位置为另一个极化器围绕矩形波导6的几何中心旋转180°的位置。

其中，所述的辐射层1为渐变方口喇叭，所述的反射腔层3为圆形背腔7，方口喇叭与圆形背腔之间为圆腔过渡。

本发明与背景技术比较有如下优点：

1、本发明设置了钩型馈电结构的圆极化天线1部件，该钩型馈电结构的圆极化天线由由辐射层1、馈电网络层介质板2、反射腔层3构成，能在宽频带内产生高质量的圆极化定向波束，其小于3dB轴比带宽大于30％，小于1.5的驻波带宽大于30％。，大于80％口径辐射效率带宽为30％。

2、本发明天线整体结构简单、紧凑，与其他波导结构的圆极化喇叭天线比较，无需外接极化器结构，这样可以获得较低的轮廓且可满足宽带圆极化辐射要求，同时该设计实现了天线与网络一体化设计，可实现阵列天线设计，适用于要求高频段的圆极化天线的通信系统中。

附图说明

图1是本发明三维结构示意图。

图2是本发明结构侧视图。

图3是本发明的馈电网络图。

具体实施方式

参照图1、图2、图3以及具体实施例对本发明作进一步说明。

一种圆极化天线，包括喇叭天线本体和用于馈电的矩形波导6，所述的喇叭天线本体包括辐射层1、馈电网络层介质板2和反射腔层3，馈电网络层介质板2设置在辐射层1的下方，反射腔层3设置在馈电网络层介质板2的下方，其特征在于：馈电网络层介质板2上的极化器为内曲线和外曲线围合而成的钩型结构，内曲线和外曲线均为渐变曲线，与钩型结构的钩头相对的钩型结构的另一端为馈电输入端。所述的辐射层1为渐变方口喇叭4，所述的反射腔层3为圆形背腔7，方口喇叭与圆形背腔之间为圆腔过渡5。

其中，所述的内曲线ρ₁满足以下的方程：ρ₁＝(D/2)e^-aφ；

外曲线ρ₂满足以下的方程：

其中，D为反射腔直径，a为曲率系数1，δ_a为曲率系数2，φ为旋转角度，t为馈线宽度。

作为本发明的优化实施例，所述的喇叭天线本体为两个且共用一个矩形波导6，两个极化器的形状相同，其中一个极化器的位置为另一个极化器围绕矩形波导6的几何中心旋转180°的位置。

其中，两个渐变方口喇叭4作用是辐射或接收圆极化电磁信号，完成电磁信号转换，实施例采用铝材借助数控铣床加工工艺，渐变方口喇叭结构可实现较高的辐射效率，同时可以实现低轮廓设计。馈电网络层介质板2上印刷有极化器8，利用印制板加工工艺可使天线具有较高的加工精度，该极化器由渐变的内曲线9和外曲线10来决定，渐变设计使钩型馈电结构的表面电流具有宽频带特性，该结构可在圆形背腔7中激励起旋转场，并经由圆腔过渡5及辐射喇叭辐射到自由空间，该结构激励起的圆极化波可满足在30％的带宽内形成较好的辐射特性。一对儿钩型结构旋转对称放置后，并由矩形波导6进行功率合成，经过这样的设计可以改善宽角轴比，抑制交叉极化，这对于扫描天线至关重要。反射腔层3由两个圆形背腔层组成，背腔结构保证了天线定向辐射，使天线具有高定向性，同时该结构方便天线进行嵌入式共形设计。三种部件借助螺钉、销钉、进行定位、螺装、压紧设计，保证信号的不易外漏。

本发明原理如下：当发射信号时，矩形波导6接发射机发射信号，输入到馈电网络层介质板2上印刷的极化器8，同时分为两路信号，幅度相等，在圆形背腔7中激励器起圆极化电磁波，该圆极化波通过空间耦合方式在两个渐变方口喇叭4上激励起电磁波，并由它辐射到自由空间。天线的接收和发射为互易过程，信号由渐变方口喇叭4接收到，由印刷的极化器8激励起圆极化信号，并由矩形波导6提取合成信号，最终由同轴电缆输出到外接接收机。

Claims (4)

1.一种圆极化天线，包括喇叭天线本体和用于馈电的矩形波导(6)，所述的喇叭天线本体包括辐射层(1)、馈电网络层介质板(2)和反射腔层(3)，馈电网络层介质板(2)设置在辐射层(1)的下方，反射腔层(3)设置在馈电网络层介质板(2)的下方，其特征在于：馈电网络层介质板(2)上的极化器为内曲线和外曲线围合而成的钩型结构，内曲线和外曲线均为渐变曲线，与钩型结构的钩头相对的钩型结构的另一端为馈电输入端。

2.根据权利要求1所述的一种圆极化天线，其特征在于：在极坐标系(ρ，Φ)下，所述的内曲线ρ₁满足以下的方程：ρ₁＝(D/2)e^-aφ；

外曲线ρ₂满足以下的方程：

其中，D为反射腔直径，a为曲率系数1，δ_a为曲率系数2，φ为旋转角度，t为馈线宽度。

3.根据权利要求1所述的一种圆极化天线，其特征在于：所述的喇叭天线本体为两个且共用一个矩形波导(6)，两个极化器的形状相同，其中一个极化器的位置为另一个极化器围绕矩形波导(6)的几何中心旋转180°的位置。

4.根据权利要求1所述的一种圆极化天线，其特征在于：所述的辐射层(1)为渐变方口喇叭，所述的反射腔层(3)为圆形背腔(7)，方口喇叭与圆形背腔之间为圆腔过渡。