CN109361066A - 一种全金属结构的极化旋转系统 - Google Patents

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姜开波
李慧心
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H01Q15/242—Polarisation converters

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Abstract

本发明公开了一种全金属结构的极化旋转系统，包括：金属极化栅(1)，轴承(2)和天线(3)。金属极化栅(1)由金属圆盘开多个等间距排布的长直矩形缝隙形成。金属极化栅(1)的数量为多个，共轴层叠放置，相邻金属极化栅(1)通过轴承(2)相连。多个金属极化栅(1)位于天线(3)上方，最底层金属极化栅(1)与天线(3)通过轴承(2)相连。本发明通过采用金属极化栅(1)，使极化旋转系统为全金属结构，结构件的热膨胀系数一致性好，解决了传统极化旋转系统在温度变化较大时易发生形变，减少使用寿命的问题。

Description

一种全金属结构的极化旋转系统
技术领域
本发明涉及一种天线极化旋转系统，特别是一种全金属结构的天线极化旋转系统。
背景技术
为改变固定极化天线的极化方向，需要添加极化旋转系统。传统的极化旋转系统由介质覆铜极化栅，轴承，金属转接结构和天线组成。介质覆铜极化栅由覆铜介质板上刻蚀多个金属条制成，介质覆铜极化栅的外沿与金属转接结构连接。轴承一端与金属转接结构连接，另一端与天线连接。这种极化旋转系统的介质覆铜极化栅是非金属材料，与其他金属结构的热膨胀系数不同，在温度变化较大时易发生变形，减少使用寿命的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种全金属结构的极化旋转系统，解决传统极化旋转系统在温度变化较大时易发生形变，减少使用寿命的问题。
本发明提出的一种全金属结构的极化旋转系统，包括：轴承和天线，还包括金属极化栅。金属极化栅由金属圆盘开多个等间距排布的长直矩形缝隙形成。金属极化栅的数量为多个，共轴层叠放置，相邻金属极化栅通过轴承相连。多个金属极化栅位于天线上方，最底层金属极化栅与天线通过轴承相连。
全金属结构的极化旋转系统在工作时，每个金属极化栅可共轴独立旋转。天线向空间辐射电磁波，入射到金属极化栅表面。根据偏振原理，只有极化方向与金属极化栅的长直矩形缝隙垂直的入射电磁波可以通过金属极化栅向外辐射。因此，通过改变金属极化栅的长直矩形缝隙与天线极化方向的夹角，即可改变天线极化方向，实现极化旋转。由于所述极化旋转系统为全金属结构，各结构件的热膨胀系数一致性好，不会因温度变化发生形变。
更优的，所述金属极化栅的长直矩形缝隙的宽度为八分之一空间波长，相邻长直矩形缝隙的间距为四分之一空间波长。
更优的，所述金属极化栅的数量由极化旋转系统对最大极化旋转角度以及透射效率的需求决定，可根据公式：确定。式中η为透射效率，为极化旋转角度，N为金属极化栅的数量。
更优的，所述相邻金属极化栅的间距，以及最底层金属极化栅与天线的间距，由空间波长和电磁波入射角度决定，可根据公式：d＝0.25×λ/cosθ确定。式中d为相邻金属极化栅的间距或最底层金属极化栅与天线的间距，λ为空间波长，θ为电磁波入射角度。
更优的，所述金属极化栅的长直矩形缝隙与天线极化方向的夹角可根据公式：确定。式中为极化旋转角度，i为第i层金属极化栅，当i＝1时为最顶层金属极化栅，ψi为第i层金属极化栅的长直矩形缝隙与天线极化方向的夹角。
更优的，所述金属极化栅的直径为400mm，厚度3mm。金属极化栅的长直矩形缝隙的宽度为5mm，相邻长直矩形缝隙的间距为10mm，金属极化栅的数量为2个。两层金属极化栅的间距为4mm，最底层金属极化栅与天线的间距为4mm。
更优的，所述天线工作于14.25GHz，波束扫描角度为0°～50°。所述极化旋转系统可实现0°～90°极化旋转，交叉极化优于-30dB，透射效率优于50％。
本发明通过采用金属极化栅，使极化旋转系统为全金属结构，结构件的热膨胀系数一致性好，解决了传统极化旋转系统在温度变化较大时易发生形变，减少使用寿命的问题，是一种非常有推广前景的极化旋转系统。
附图说明
图1是本发明的全金属结构的极化旋转系统结构示意图。
1.金属极化栅 2.轴承 3.天线
具体实施方式
以下结合图1对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，本发明的全金属结构的极化旋转系统包括：轴承2和天线3，还包括金属极化栅1。金属极化栅1由金属圆盘开多个等间距排布的长直矩形缝隙形成。金属极化栅1的数量可为多个，共轴层叠放置，相邻金属极化栅1通过轴承相连。多个金属极化栅1位于天线上方，最底层金属极化栅1与天线通过轴承相连。
全金属结构的极化旋转系统在工作时，每个金属极化栅1可共轴独立旋转。天线向空间辐射电磁波，入射到金属极化栅表面。根据偏振原理，只有极化方向与金属极化栅的长直矩形缝隙垂直的入射电磁波可以通过金属极化栅向外辐射。因此，通过改变金属极化栅的长直矩形缝隙与天线极化方向的夹角，即可改变天线极化方向，实现极化旋转。由于所述极化旋转系统为全金属结构，各结构件的热膨胀系数一致性好，不会因温度变化发生形变。
所述金属极化栅1的长直矩形缝隙的宽度为八分之一空间波长，相邻长直矩形缝隙的间距为四分之一空间波长。
所述金属极化栅的数量由极化旋转系统对最大极化旋转角度以及透射效率的需求决定，可根据公式：确定。式中η为透射效率，为极化旋转角度，N为金属极化栅的数量。
所述相邻金属极化栅的间距，以及最底层金属极化栅1与天线3的间距，由空间波长和电磁波入射角度决定，可根据公式：d＝0.25×λ/cosθ确定。式中d为相邻金属极化栅的间距或最底层金属极化栅与天线3的间距，λ为空间波长，θ为电磁波入射角度。
所述金属极化栅1的长直矩形缝隙与天线极化方向的夹角可根据公式：确定。式中为极化旋转角度，i为第i层金属极化栅，当i＝1时为最顶层金属极化栅，ψi为第i层金属极化栅1的长直矩形缝隙与天线3极化方向的夹角。
金属极化栅1由金属圆盘开多个等间距排布的长直矩形缝隙形成。金属极化栅1的直径为400mm，厚度3mm。金属极化栅1的长直矩形缝隙的宽度为5mm，相邻长直矩形缝隙的间距为10mm。金属极化栅1的数量为2个，共轴层叠放置，两层金属极化栅1通过轴承2相连，两层金属极化栅的间距为4mm。两层金属极化栅1位于天线上方，最底层金属极化栅1与天线3通过轴承相连，最底层金属极化栅与天线的间距为4mm。
全金属结构的极化旋转系统在工作时，每个金属极化栅1可共轴独立旋转。天线3向空间辐射电磁波，入射到金属极化栅1表面。根据偏振原理，只有极化方向与金属极化栅1的长直矩形缝隙垂直的入射电磁波可以通过金属极化栅1向外辐射。因此，通过改变金属极化栅1的长直矩形缝隙与天线3极化方向的夹角，即可改变天线3极化方向，实现极化旋转。天线3工作于14.25GHz，波束扫描角度为0°～50°。所述极化旋转系统可实现0°～90°极化旋转，交叉极化优于-30dB，透射效率优于50％。由于所述极化旋转系统为全金属结构，各结构件的热膨胀系数一致性好，不会因温度变化发生形变。
本发明通过采用金属极化栅，使极化旋转系统为全金属结构，结构件的热膨胀系数一致性好，解决了传统极化旋转系统在温度变化较大时易发生形变，减少使用寿命的问题，是一种非常有推广前景的极化旋转系统。

Claims (8)

1.一种全金属结构的极化旋转系统，包括：轴承(2)和天线(3)，其特征在于，
所述系统还包括金属极化栅(1)，所述金属极化栅(1)由其上开多个等间距排布的长直矩形缝隙的金属圆盘形成；金属极化栅(1)的数量为多个，共轴层叠放置，相邻金属极化栅(1)通过轴承(2)相连；多个金属极化栅(1)位于天线(3)上方，其中，最底层的金属极化栅(1)与天线(3)通过轴承(2)相连。
2.根据权利要求1所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，所述全金属结构的极化旋转系统在工作时，每个金属极化栅(1)共轴独立旋转；天线(3)向空间辐射电磁波，入射到金属极化栅(1)表面；通过改变金属极化栅(1)的长直矩形缝隙与天线(3)极化方向的夹角来改变天线(3)极化方向，实现极化旋转。
3.根据权利要求1所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，所述金属极化栅(1)的长直矩形缝隙的宽度为八分之一空间波长，相邻所述长直矩形缝隙的间距为四分之一空间波长。
4.根据权利要求1所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，基于极化旋转系统对最大极化旋转角度以及透射效率的需求，根据公式：确定所述金属极化栅(1)的数量，式中η为透射效率，为极化旋转角度，N为金属极化栅(1)的数量。
5.根据权利要求1所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，所述相邻金属极化栅(1)的间距，以及最底层金属极化栅(1)与天线(3)的间距，利用空间波长和电磁波入射角度，根据公式：d＝0.25×λ/cosθ确定，式中d为相邻金属极化栅(1)的间距或最底层金属极化栅(1)与天线(3)的间距，λ为空间波长，θ为电磁波入射角度。
6.根据权利要求4或5所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，所述金属极化栅(1)的长直矩形缝隙与天线(3)极化方向的夹角根据公式：确定；式中为极化旋转角度，i为第i层金属极化栅(1)，当i＝1时为最顶层金属极化栅(1)，ψi为第i层金属极化栅(1)的长直矩形缝隙与天线(3)极化方向的夹角。
7.根据权利要求1至6任一项所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，所述金属极化栅(1)的直径为400mm，厚度3mm，金属极化栅(1)的长直矩形缝隙的宽度为5mm，相邻长直矩形缝隙的间距为10mm，金属极化栅(1)的数量为2个；两层金属极化栅(1)的间距为4mm，最底层金属极化栅(1)与天线(3)的间距为4mm。
8.根据权利要求7所述的全金属结构的极化旋转系统，其特征在于，所述天线(3)工作于14.25GHz，波束扫描角度为0°～50°，所述极化旋转系统能够实现0°～90°极化旋转，交叉极化优于-30dB，透射效率优于50％。
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