CN107196066A - 一种单层纯金属透射型多极化平面分束器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单层纯金属透射型多极化平面分束器，主要包括：馈电喇叭（1）和基于纯金属透射型单元（2）的单层透射阵列天线（3）。其中，单层透射阵列天线（3）首次采用单层结构，由纯金属透射型单元（2）根据旋转相位调制技术组成,无需加载空气层作为匹配层，可以工作于LP、LHCP、RHCP三种入射波状态下，充分适应不同的工作要求。通过对天线的透射单元进行相位调节，在完成对入射波极化转换的同时灵活设定透射波束的指向。
Description
技术领域
本发明涉及电子通信领域,提出了一种单层结构的纯金属透射型多极化平面分束器。
背景技术
透射阵列天线(Transmitarray)是将传统透镜天线的曲面结构平面化的一种新型天线，具有结构简单和易于载体共形的优势。平面透射阵列天线的设计方法主要分为以下两种：一类是基于接受再传输的设计方法，另一种是利用M-FSS透射多层频率选择表面单元的设计方法。M-FSS型平面透射阵的优势在于其设计相对简单、口径利用效率相对较高。
平面透射阵列天线的主要优势在于:采用了简单易集成的平面结构，克服了传统透镜天线的复杂笨重等缺陷；采用空气耦合馈电，无需设计复杂的馈电网络；馈源天线置于透射阵列天线中心正上方时，由于馈源发出的入射波透射到阵列的另一面，有效抑制了馈源的遮挡效应，并且对其透射表面加工误差具有较高的容忍度。
发明内容
本发明提出一种单层纯金属透射型多极化平面分束器，通过对天线的透射单元进行相位调节，在完成对入射波极化转换的同时灵活设定透射波束的指向。
本发明提供的一种单层纯金属透射型多极化平面分束器，该分束器主要包括：馈电喇叭1、基于纯金属透射型单元2的单层透射阵列天线3；其中，所述单层透射阵列天线3由纯金属透射型单元2根据旋转相位调制技术组成，所述单层透射阵列天线3正对着所述馈电喇叭1的敞口处放置；所述单层透射阵列天线3包括呈列阵排列的纯金属透射型单元2，根据旋转相位调制技术组成；所述金属透射型单元2为纯金属的开口圆环4。
所述单层透射阵列天线3为纯金属板，所述纯金属透射型单元2为在所述单层透射阵列天线3上的镂空开口圆环4。
所述单层透射阵列天线3采用铜质金属。
单层透射阵列天线3工作于入射波为三种不同极化方式的工作状态；当馈电喇叭1发出线极化入射波时，入射波经过单层透射阵列天线3分为不同指向的左旋圆极化、右旋圆极化波；当馈电喇叭1发出左旋圆极化或者右旋圆极化波波束时，入射波经过单层透射阵列天线3分为不同指向的右旋圆极化或左旋圆极化波波束，同时实现了极化转化和波束分离。
单层透射阵列天线3为轴对称，通过对对称轴两边的纯金属透射型单元2相位进行单独调节，对于不同极化的入射波，设定所分离出的透射波束的波束指向。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明根据了平面透射阵列天线的设计思想，首次利用单层结构设计透射型多极化平面分束天线，相比于M-FSS型平面透射阵列天线，无需加载空气层作为匹配层，加工方便，体积小，剖面低；使用纯金属透射型单元作为单层透射阵列天线，无需加载介质基板作为微波衬底，二维结构剖面低、占用空间小、质量轻、成本低；通过对纯金属透射型单元进行相位调节，可以设定透射波束的波束指向，适用性广，满足多层次的通信需求。
分束器工作时，将馈电喇叭置于单层透射阵列天线正上方，馈电喇叭发出的LP波经过单层透射阵列天线的分束作用分为LHCP、RHCP波束，分成的LHCP、RHCP波束与水平面夹角分别为ψ，-ψ；当馈电喇叭发出LHCP(RHCP)波时，经过单层透射阵列天线的分束作用分为RHCP(LHCP)波束，分成的RHCP(LHCP)波束与水平面夹角大小分别为ψ/2，-ψ/2。不同极化方式的入射波束被分离为不同指向，实现了波束分离和极化转化的完美融合。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为纯金属透射型单元的放大结构图；
图3、图4为入射波为LP波时的工作示意图和透射波方向图；
图5、图6为入射波为LHCP波时的工作示意图和透射波方向图；
图7、图8为入射波为RHCP波时的工作示意图和透射波方向图。
具体实施方式
本发明提供热电联调控制系统及方法，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是通过以下技术方案实现的：
如图1所示，该发明整体结构由馈电喇叭1基于纯金属透射型单元2的单层透射阵列天线3组成。其中，单层透射阵列天线3由纯金属透射型单元2根据旋转相位调制技术组成。纯金属开口圆环透射型单元结构如图2所示，纯金属透射型单元的周期为15mm，白色开口圆环4为金属镂空部分，灰色部分5材料为金属铜，可以根据所需工作频段调整圆环开口的角度θ。当工作在5GHz处时，其开口角度θ为27°。在此工作频段内该纯金属透射单元可以实现全透射，通过合理的调制单层透射阵列天线上每一个纯金属透射型单元的透射相位，可以设定透射波的波束指向。
经过相位调制的单层透射阵列天线3如图1所示，单层透射阵列天线3的整体尺寸为165mm×165mm，包含121个纯金属透射型单元2。其结构为轴对称，纯金属透射型单元2以中心线为轴对称分布，中心线以左的开口透射圆环以顺时针补偿为正方向，右半部分以逆时针补偿为正方向；本实施例中，分布有11列和11行透射单元，每一列的开口方向相同，其中，中间一列为对称中心线，该列的投射单元开头向上，依次向左顺时针旋转设定角度，左右对称分布。通过对称轴两边的纯金属透射型单元2相位进行单独调节，可以修正相位延迟，补偿馈源照射阵列的空间相位差，使得整个阵列分别在两个方向获得等相位面，实现同相相加，由此得到两个方向上的分离波束。
将馈电喇叭1置于单层透射阵列天线3中心正上方132mm处，焦径比为0.8。设定馈电喇叭1工作的中心频率为5GHz，发出LP入射波。此时，单层纯金属透射型多极化平面分束器的工作状态如图3所示。经过单层透射阵列天线3的作用，馈电喇叭1发出的LP波分成与z轴夹角分别为30°、-30°的LHCP、RHCP波束，即将线极化的单束入射波分离为圆极化旋向相反、波束指向与z轴成轴对称的两种波束。此时，单层透射阵列天线3在5GHz处y-z平面内的透射仿真方向图如图4所示。横轴代表波束与水平面夹角(theta)大小，纵轴代表透射波束增益(Gain)大小，可以看出，LHCP透射波束方向图最大增益位于ψ＝-30°,RHCP透射波束方向图最大增益位于ψ＝30°，分束效果与设计一致。
当馈电喇叭发出LHCP波时，单层纯金属透射型多极化平面分束器的工作状态如图5所示。经过单层透射阵列天线3的作用，馈电喇叭1发出的LHCP波分成与z轴夹角分别为15°、-15°的RHCP波束，即将左旋圆极化的单束入射波分离为右旋圆极化、波束指向与z轴成轴对称的两种波束。此时，单层透射阵列天线3在5GHz处y-z平面内的透射仿真方向图如图6所示。横轴代表波束与水平面夹角(theta)大小，纵轴代表透射波束增益(Gain)大小，可以看出，分理处的RHCP透射波束方向图最大增益为ψ＝15°和ψ＝-15°，分束效果与设计一致。
当馈电喇叭发出RHCP波时，单层纯金属透射型多极化平面分束器的工作状态如图7所示。经过单层透射阵列天线3的作用，馈电喇叭1发出的RHCP波分成与z轴夹角分别为15°、-15°的LHCP波束，即将左旋圆极化的单束入射波分离为右旋圆极化、波束指向与z轴成轴对称的两种波束。此时，单层透射阵列天线3在5GHz处y-z平面内的透射仿真方向图如图8所示。横轴代表波束与水平面夹角(theta)大小，纵轴代表透射波束增益(Gain)大小，可以看出，分理处的LHCP透射波束方向图最大增益为ψ＝15°和ψ＝-15°，分束效果与设计一致。
以上展示和描述了本发明的实现原理、主要特征和优点。上述的实例和说明书中的描述只是为了说明本发明的原理，本发明不受上述具体实例的限制，在不脱离原理和基本实现方法的范围内，本发明还会有其他的变化和改进，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内。例如：除了馈电喇叭作为馈源天线以为，还可以使用轴向模螺旋天线、vivaldi天线等作为馈源天线。另外，文中提及的开口圆环结构纯金属透射型单元，该发明还可以使用其他形状的单元结构来实现纯金属透射型单元。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种单层纯金属透射型多极化平面分束器，其特征在于，该分束器主要包括：馈电喇叭(1)、基于纯金属透射型单元(2)的单层透射阵列天线(3)；其中，所述单层透射阵列天线(3)由纯金属透射型单元(2)根据旋转相位调制技术组成，所述单层透射阵列天线(3)正对着所述馈电喇叭(1)的敞口处放置；所述金属透射型单元(2)为纯金属的开口圆环(4)。
2.根据权利要求1所述的单层纯金属透射型多极化平面分束器，其特征在于：所述单层透射阵列天线(3)为纯金属板，所述纯金属透射型单元(2)为在所述单层透射阵列天线(3)上的镂空开口圆环(4)。
3.根据权利要求1所述的单层纯金属透射型多极化平面分束器，其特征在于：所述单层透射阵列天线(3)采用铜质金属。
4.根据权利要求1至3任一项所述的单层纯金属透射型多极化平面分束器，其特征在于：单层透射阵列天线(3)工作于入射波为三种不同极化方式的工作状态；当馈电喇叭(1)发出线极化入射波时，入射波经过单层透射阵列天线(3)分为不同指向的左旋圆极化、右旋圆极化波；当馈电喇叭(1)发出左旋圆极化或者右旋圆极化波波束时，入射波经过单层透射阵列天线(3)分为不同指向的右旋圆极化或左旋圆极化波波束，同时实现了极化转化和波束分离。
5.根据权利要求4所述的单层纯金属透射型多极化平面分束器，其特征在于：单层透射阵列天线(3)为轴对称，通过对对称轴两边的纯金属透射型单元(2)相位进行单独调节，对于不同极化的入射波，设定所分离出的透射波束的波束指向。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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