CN107369905B - 一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于毫米波天线领域，提供一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线，适用于太赫兹频段无线通信系统；本发明包括宽带圆极化子阵天线单元和宽带馈电网络，宽带圆极化子阵天线单元包括子阵列馈电网络、互补移相器及辐射单元，子阵列馈电网络包括馈电结构、功分耦合腔结构以及设于功分耦合腔结构上表面的耦合缝隙，功分耦合腔结构为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构，每个切角位置对应开设一个耦合缝隙、作为双极化输出端口，输出端口上连接互补移相器，互补移相器输出端连接辐射单元。本发明天天线采用宽带功分器结构和宽带移相器结构从而具有很宽的轴比带宽(大于28.5％)和驻波带宽(大于28.5％)。

Description

一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线
技术背景
本发明属于毫米波天线领域，特别涉及一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线。
背景技术
随着通信容量逐步提高，通信系统的工作带宽及其信噪比要求也随之提升；天线作为无线通信系统的关键器件，对通信系统的整体性能起决定性作用，例如：天线的极化纯度和增益直接影响系统信噪比。目前，设计应用于太赫频段的天线主要是贴片阵列天线和平面反射阵列天线，由于在太赫兹频段介质基板损耗增大，贴片阵列天线难于用于设计高增益阵列天线；同时，反射阵列天线存在难于提升口径效率和馈源天线位置安装精度等问题。空气波导集成喇叭阵列天线不存在介质基片损耗并且物理结构简单适合运用于太赫兹频段；由于通信信道的影响，通信系统的线极化天线存在很大的极化损耗，采用圆极化天线可以降低极化损耗。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术的不足之处，提供一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线，适用于太赫兹频段无线通信系统；本发明基于宽带圆极化子阵天线和宽带馈电网络实现阵列天线；其技术方案为：
一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线，包括宽带圆极化子阵天线单元和宽带馈电网络，其特征在于，所述宽带圆极化子阵天线单元，包括子阵列馈电网络(11)、互补移相器(12)及辐射单元(13)，所述子阵列馈电网络(11)包括馈电结构(111)、功分耦合腔结构(112)以及设于功分耦合腔结构上表面的耦合缝隙(113)，所述馈电结构(111)连接于功分耦合腔结构下表面；所述功分耦合腔结构为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构，每个切角位置对应开设一个耦合缝隙(113)、作为双极化输出端口，耦合缝隙(113)经匹配结构与输出波导相连，所述输出波导上连接互补移相器(12)，所述互补移相器(12)包括-45度移相器(122)和+45度移相器(121)、双极化输出端口分别连接-45度移相器(122)和+45度移相器(121)；互补移相器输出端连接辐射单元(13)；所述宽带馈电网络连接所述子阵列馈电网络中馈电结构(111)。
本发明的有益效果在于：提供宽带高效率高增益圆极化阵列天线，基于低损耗的空气金属波导结构适用于太赫兹频段，并且天线具有很强的可扩展性易于设计高增益阵列天线；天线采用宽带功分器结构和宽带移相器结构从而具有很宽的轴比带宽(大于28.5％)和驻波带宽(大于28.5％)。
附图说明
图1是本发明的子阵列功分结构示意图；
图2是本发明的子阵功分结构的耦合腔俯视图；
图3是本发明的圆极化子阵列XOZ剖面图；
图4是本发明的圆极化子阵列YOZ剖面图；
图5是本发明的8×8宽带圆极化阵列天线的馈电网络；
图6是本发明的8×8宽带圆极化阵列天线整体结构图；
图7是本发明的8×8宽带圆极化阵列天线的增益与轴比；
图8是本发明的8×8宽带圆极化阵列天线的反射系数。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种8×8宽带高效率高增益圆极化阵列天线，其结构如图6所示，包括宽带圆极化子阵天线单元和宽带馈电网络，其中，宽带圆极化子阵天线主要包含子阵列馈电网络(11)，宽带互补移相器(12)和宽带辐射单元(13)；子阵列馈电网络(11)包括馈电结构(111)、功分耦合腔结构(112)以及设于功分耦合腔结构上表面的耦合缝隙(113)，如图1所示，所述馈电结构(111)连接于功分耦合腔结构下表面；所述功分耦合腔结构为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构调整驻波带宽，每个切角位置对应开设一个耦合缝隙(113)、呈旋转对称，实现正交极化输出，耦合缝隙113作为双极化输出端口，如图2所示；耦合缝隙上方经匹配结构与输出波导相连，波导端口上方连接互补移相器(12)输入端口；互补移相器结构分为两种结构：-45度移相器(122)和+45度移相器(121)，-45度移相器(122)通过在波导宽边插入容性膜片实现，+45度移相器(121)通过在波导窄边插入感性膜片实现；子阵列馈电网络(11)的双极化输出端口分别连接-45度移相器(122)和+45度移相器(121)，互补移相器结构的拓扑由天线的极化方式决定；互补移相器(12)输出端口连接辐射单元(13)，匹配结构(132)实现辐射口径(131)辐射阻抗与馈电波导阻抗匹配，如图3、图4所示；
宽带馈电网络包括H面T形波导功分器和标准波导转接头，标准波导转接头实现标准波导(WR06)馈电端口(221)与馈电网络波导(222)过渡连接，过渡结构主要采用渐变结构实现；标准波导转接头输出端口连接H面T形波导功分器输入端口，H面T形波导功分器(211)输出端口分别连接H面T形波导功分器(212)的输入端口，H面T形波导功分器(212)的输出端口分别连接H面T形波导功分器(213)的输入端口，H面T形波导功分器(213)的输出端口分别连接H面T形波导功分器(214)的端口，H面T形波导功分器(214)的输出端口连接子阵列的馈电结构(111)的输入端口，实现8×8单元阵列天线，如图5所示。
对上述8×8单元阵列天线进行仿真测试，其结果如图7、图8所示，如图中可以看出13dB回波损耗带宽大于28.5％，2dB轴比带宽大于28.5％，同时在工作带宽内增益大于23dBi。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (1)

1.一种宽带高效率高增益圆极化阵列天线，包括宽带圆极化子阵天线单元和宽带馈电网络，其特征在于，所述宽带圆极化子阵天线单元，包括子阵列馈电网络(11)、互补移相器(12)及辐射单元(13)，所述子阵列馈电网络(11)包括馈电结构(111)、功分耦合腔结构(112)以及设于功分耦合腔结构上表面的耦合缝隙(113)，所述馈电结构(111)连接于功分耦合腔结构下表面；所述功分耦合腔结构为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构，每个切角位置对应开设一个耦合缝隙(113)，所述耦合缝隙呈旋转对称、并作为双极化输出端口，耦合缝隙(113)经匹配结构与输出波导相连，所述输出波导上连接互补移相器(12)，所述互补移相器(12)包括-45度移相器(122)和+45度移相器(121)，双极化输出端口对应连接-45度移相器(122)和+45度移相器(121)；互补移相器输出端连接辐射单元(13)；所述宽带馈电网络连接所述子阵列馈电网络中馈电结构(111)。
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