CN111146572B - 一种折合式圆极化反射阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折合式圆极化反射阵天线，所述的天线包括固定在一个介质板上且与地连接的喇叭式馈源天线，在喇叭式馈源天线的底部设有两个对称的馈电端口，在喇叭式馈源天线的内部设有可产生左旋圆极化波和右旋圆极化波的阶梯型金属膜片。本发明所公开的折合式圆极化反射阵天线，结构简单，不仅能够提高其圆极化的极化纯度，而且能够显著降低圆极化反射阵的剖面。该天线可工作的频率为10GHz，其工作频率的|S11|小于—10dB，轴比为1.4dB，对于10GHz的工频而言，右旋圆极化波的副瓣电平小于—10dB，天线增益可以达到22dBic。天线具有很低的剖面，比常规圆极化反射阵天线的剖面减小了87%。适合应用于基站通信、卫星通信以及无线局域网等无线通信领域。

Description

一种折合式圆极化反射阵天线
技术领域
本发明属于圆极化无线通信天线领域，特别涉及该领域中的一种能够达到较低剖面的折合式圆极化反射阵天线。
背景技术
由于可将印刷微带阵列天线和反射天线的特点相结合，反射阵天线在点对点通信系统中作为一种重要且很受欢迎的高增益天线已经展现出了它的潜力。作为反射阵天线家族中一个不可或缺的成员，折合式反射阵通过运用针对极化转变的双极化单元和放置在其上方的极化筛成功地减小了天线的体积。
近些年来，有着不同应用和功能的不同反射阵天线被设计出来，比如具有特殊波束方向图的反射阵天线已经用于在宇航轨迹中探测外太空陨石或者物体；一种使用集成波导的平面介质作为主要馈源的Q波段反射阵天线被设计出用于高数据速率通信；对于双频应用而言，一种工作在20GHz和30GHz的反射阵天线已经被设计出；反射阵天线还被应用于机械波束扫描和星际通信领域。
然而，反射阵天线的一个主要的问题就是它只能产生线性极化，对于卫星通信而言，就会需要圆极化天线来避免由于极化失调而造成可能的连续损耗。所以，反射阵与圆极化天线的结合能够在诸多应用中发挥很大的作用，但是仍然没有什么技术能够降低圆极化反射阵天线的剖面。目前，折合式线极化反射阵天线得到了广泛的研究，那么能够将圆极化和折合反射阵结合起来达到某些特定的无线通讯目的的探索就显得极为迫切了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种能够显著降低剖面的折合式圆极化反射阵天线。
本发明采用如下技术方案：
一种折合式圆极化反射阵天线，其改进之处在于：所述的天线包括固定在一个介质板上且与地连接的喇叭式馈源天线，在喇叭式馈源天线的底部设有两个对称的馈电端口，在喇叭式馈源天线的内部设有可产生左旋圆极化波和右旋圆极化波的阶梯型金属膜片；在喇叭式馈源天线的顶部设置中心留有缺口的反射阵表面，反射阵表面通过缺口固定在喇叭式馈源天线顶部的辐射端口上，反射阵表面包括两层介质板，每层介质板上均印有16×16个大小不一的金属贴片；在反射阵表面的顶部安装一根以上的介质柱，在各介质柱的顶部安装圆极化选择表面，该圆极化选择表面由两层介质板组成，在上层介质板的顶面印刷10×10个矩形阵子臂，在下层介质板的底面对应位置绕根部旋转90°后也印刷10×10个矩形阵子臂，10×10个金属圆柱针的两端分别与上下两层介质板上相对应的两个矩形阵子臂的根部相连接。
进一步的，馈源天线采用同轴馈电方式，其总长为105mm，辐射端口的口径为41mm×41mm，底面口径为20.5mm×20.5mm。
进一步的，反射阵表面中心的缺口口径为41mm×41mm。
进一步的，反射阵表面和圆极化选择表面的两层介质板均采用Rogers RO4003C板材，厚度为0.813mm。
进一步的，圆极化选择表面的两层介质板之间的间距为4.3mm。
进一步的，圆极化选择表面上层介质板顶面的10×10个矩形阵子臂为矩形金属阵子臂。
进一步的，金属圆柱针的半径是0.4mm。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的折合式圆极化反射阵天线，结构简单，不仅能够提高其圆极化的极化纯度，而且能够显著降低圆极化反射阵的剖面。该天线可工作的频率为10GHz，其工作频率的|S11|小于—10dB，轴比为1.4dB，对于10GHz的工频而言，右旋圆极化波的副瓣电平小于—10dB，天线增益可以达到22dBic。天线具有很低的剖面，比常规圆极化反射阵天线的剖面减小了87%。适合应用于基站通信、卫星通信以及无线局域网等无线通信领域。
附图说明
图1a是本发明实施例1所公开天线的侧面结构示意图；
图1b是本发明实施例1所公开天线的三维立体结构示意图；
图2a是本发明实施例1所公开天线圆极化选择表面的单元结构立体示意图；
图2b是本发明实施例1所公开天线圆极化选择表面的单元结构俯视示意图；
图2c是本发明实施例1所公开天线圆极化选择表面的单元结构侧面示意图；
图3a是本发明实施例1所公开天线反射阵表面的单元结构立体示意图；
图3b是本发明实施例1所公开天线反射阵表面的单元结构俯视示意图；
图3c是本发明实施例1所公开天线反射阵表面的单元结构侧面示意图；
图4是本发明实施例1所公开天线喇叭式馈源天线的结构示意图；
图5是本发明实施例1所公开天线的s参数仿真和测试数据图；
图6是本发明实施例1所公开天线的轴比仿真和测试数据图；
图7是本发明实施例1所公开天线的增益仿真和测试数据图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1-4所示，本实施例公开了一种折合式圆极化反射阵天线，所述的天线包括固定在一个介质板上且与地连接的喇叭式馈源天线1，在喇叭式馈源天线的底部设有两个对称的馈电端口17，在喇叭式馈源天线的内部设有可产生左旋圆极化波4和右旋圆极化波5的阶梯型金属膜片16；在喇叭式馈源天线的顶部设置中心留有缺口的反射阵表面3，反射阵表面通过缺口固定在喇叭式馈源天线顶部用于向外辐射电磁波的辐射端口上，反射阵表面包括两层介质板（上层介质12、下层介质13），每层介质板上均印有16×16个大小不一的金属贴片（上层贴片14、下层贴片15）；在反射阵表面的顶部安装一根以上的介质柱，在各介质柱的顶部安装圆极化选择表面2，该圆极化选择表面由两层介质板组成（上层介质6、下层介质7、上下层介质间隙8），在上层介质板6的顶面印刷10×10个矩形阵子臂9，在下层介质板7的底面对应位置绕根部旋转90°后也印刷10×10个矩形阵子臂10（上下两层介质板上相对应的两个矩形阵子臂的根部重叠，另一端的夹角为90°），10×10个金属圆柱针11的两端分别与上下两层介质板上相对应的两个矩形阵子臂的根部相连接。
馈源天线产生的左旋圆极化波照射在圆极化选择表面时被完全反射而极化旋向没有改变，然后被反射的左旋圆极化波再次被反射阵表面反射，使得左旋圆极化波转变为右旋圆极化波，最终通过圆极化选择表面向外辐射。
在本实施例中，馈源天线采用同轴馈电方式，其总长为105mm，辐射端口的口径为41mm×41mm，底面口径为20.5mm×20.5mm。反射阵表面中心的缺口口径为41mm×41mm，每个单元大小为10.5mm×10.5mm。反射阵表面和圆极化选择表面的两层介质板均采用RogersRO4003C板材，厚度为0.813mm。圆极化选择表面的两层介质板之间的间距为4.3mm，每个单元大小为16mm×16mm。圆极化选择表面上层介质板顶面的10×10个矩形阵子臂为矩形金属阵子臂。金属圆柱针的半径是0.4mm。
图5为本实施例所公开折合式圆极化反射阵天线的s参数仿真和测试数据图。作为优选方案，该天线在工作频率的反射系数|S11|小于—10dB，而且大部分工作频段均可以满足小于—10dB的指标。
图6为本实施例所公开折合式圆极化反射阵天线的轴比仿真和测试数据图。作为优选方案，该天线仿真时能够达到小于3dB的轴比带宽为10 GHz至10.8 GHz，测试时能够达到小于3dB的轴比带宽为9.8GHz至10.6GHz。
图7为本实施例所公开折合式圆极化反射阵天线的增益仿真和测试数据图。作为优选方案，该天线仿真时在10 GHz至10.8 GHz的增益变化为23.2至20.9dBic，峰值出现在10GHz，能够达到23.2dBic；测试时在9.8 GHz至10.6GHz的增益变化为22.8至20.7dBic，峰值出现在10.1GHz，能够达到22.8dBic。

Claims (1)

1.一种折合式圆极化反射阵天线，其特征在于：所述的天线包括固定在一个介质板上且与地连接的喇叭式馈源天线，在喇叭式馈源天线的底部设有两个对称的馈电端口，在喇叭式馈源天线的内部设有可产生左旋圆极化波和右旋圆极化波的阶梯型金属膜片；在喇叭式馈源天线的顶部设置中心留有缺口的反射阵表面，反射阵表面通过缺口固定在喇叭式馈源天线顶部的辐射端口上，反射阵表面包括两层介质板，每层介质板上均印有16×16个大小不一的金属贴片；在反射阵表面的顶部安装一根以上的介质柱，在各介质柱的顶部安装圆极化选择表面，该圆极化选择表面由两层介质板组成，在上层介质板的顶面印刷10×10个矩形阵子臂，在下层介质板的底面对应位置绕根部旋转90°后也印刷10×10个矩形阵子臂，10×10个金属圆柱针的两端分别与上下两层介质板上相对应的两个矩形阵子臂的根部相连接；馈源天线采用同轴馈电方式，其总长为105mm，辐射端口的口径为41mm×41mm，底面口径为20.5mm×20.5mm；反射阵表面中心的缺口口径为41mm×41mm；反射阵表面和圆极化选择表面的两层介质板均采用Rogers RO4003C板材，厚度为0.813mm；圆极化选择表面的两层介质板之间的间距为4.3mm；圆极化选择表面上层介质板顶面的10×10个矩形阵子臂为矩形金属阵子臂；金属圆柱针的半径是0.4mm。
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