CN112448176B - 一种宽角度极化非敏感整流天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽角度极化非敏感整流天线，所述整流天线包括双极化天线、Butler矩阵(A、B)、混合耦合器与平衡整流器；双极化天线由垂直与水平极化天线构成；Butler矩阵(A、B)由混合耦合器、移相器(45°)与交叉结(crossover)构成；平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；双极化天线中垂直极化天线接Butler矩阵A实现宽角度垂直极化入射波接收；双极化天线中水平极化天线接Butler矩阵B实现宽角度水平极化入射波接收；Butler矩阵A、B相同输出端接混合耦合器，实现输入(P₁)、隔离端(P₄)至直通(P₂)、耦合端(P₃)非均衡至均衡功率转换(极化非敏感)；直通(P₂)、耦合端(P₃)接平衡整流器输入端，从而实现一种宽角度极化非敏感整流天线。

Description

一种宽角度极化非敏感整流天线

技术领域

本发明涉及整流天线，特别涉及一种宽角度极化非敏感整流天线。

背景技术

近年来，无线功率传输技术备受关注与发展。其中，如何实现宽角度极化非敏感整流天线仍然是迫切需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明提出一种宽角度极化非敏感整流天线，有望解决无线功率传输应用中的入射电磁波角度与极化失配问题，从而实现高效率无线功率传输目的。

本发明提供如下技术方案：

一种宽角度极化非敏感整流天线，所述整流天线包括双极化天线、Butler矩阵(A、B)、混合耦合器与平衡整流器；双极化天线由垂直与水平极化天线构成； Butler矩阵(A、B)由混合耦合器、移相器(45°)与交叉结(crossover)构成；平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；双极化天线中垂直极化天线接Butler矩阵A实现宽角度垂直极化入射波接收；双极化天线中水平极化天线接Butler矩阵B实现宽角度水平极化入射波接收；Butler矩阵A、B相同输出端接混合耦合器，实现输入(P₁)、隔离(P₄)至直通(P₂)、耦合(P₃) 端口非均衡至均衡功率转换(极化非敏感)；直通(P₂)、耦合(P₃)端口接平衡整流器输入端，平衡整流器输出电压相加，从而实现一种宽角度极化非敏感整流天线。

本发明包括宽角度极化非敏感整流天线A与B：

①宽角度极化非敏感整流天线A：双极化天线(1×4双极化天线阵)接收入射电磁波，按极化偏转角分配至垂直与水平极化端口；双极化天线(1×4双极化天线阵)垂直极化端口分别接Butler矩阵A的1、2、3、4端口，双极化天线(1×4双极化天线阵)水平极化端口分别接Butler矩阵B的1、2、3、4端口，实现宽角度入射电磁波接收；Butler矩阵A、B相同端口分别混合耦合器输入(P₁)与隔离(P₄)端口；混合耦合器直通(P₂)与耦合(P₃)端口接平衡整流器输入端口，实现极化非敏感入射电磁波接收；

Butler矩阵(A、B)由混合耦合器、移相器(45°)与交叉结(crossover) 构成；平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；平衡整流器输出电压相加，从而实现一种宽角度极化非敏感整流天线。

②宽角度极化非敏感整流天线B：双极化天线(1×4双极化天线阵)接收入射电磁波，按极化偏转角分配至垂直与水平极化端口；双极化天线(1×4双极化天线阵)垂直与水平极化端口分别接混合耦合器输入(P₁)与隔离(P₄)端口，实现极化非敏感入射电磁波接收；混合耦合器直通(P₂)端口分别接Butler 矩阵A的1、2、3、4端口，混合耦合器耦合(P₃)端口分别接Butler矩阵B的 1、2、3、4端口；Butler矩阵A、B相同端口(N＝5、6、7、8)分别接平衡整流器输入端口，实现极化非敏感入射电磁波接收；

Butler矩阵(A、B)由混合耦合器、移相器(45°)与交叉结(crossover) 构成；平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；平衡整流器输出电压相加，从而实现一种宽角度极化非敏感整流天线。

本发明公开一种宽角度极化非敏感整流天线，所述整流天线包括双极化天线、Butler矩阵(A、B)、混合耦合器与平衡整流器；双极化天线由垂直与水平极化天线构成；Butler矩阵(A、B)由混合耦合器、移相器(45°)与交叉结(crossover) 构成；平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；双极化天线中垂直极化天线接Butler矩阵A的1、2、3、4端口实现宽角度垂直极化入射波接收；双极化天线中水平极化天线接Butler矩阵B的1、2、3、4端口实现宽角度水平极化入射波接收；Butler矩阵A、B相同输出端口(N＝5、6、7、8)接混合耦合器，实现输入(P₁)、隔离(P₄)至直通(P₂)、耦合(P₃)端口非均衡至均衡功率转换(极化非敏感)；直通(P₂)、耦合(P₃)端口接平衡整流器输入端，平衡整流器输出电压相加，从而实现一种宽角度极化非敏感整流天线。

附图说明

附图1为双极化天线示意图；

附图2为混合耦合器示意图；

附图3为平衡整流器示意图；

附图4为Butler矩阵结构示意图；

附图5为宽角度极化非敏感整流天线A电路结构示意图；

附图6为宽角度极化非敏感整流天线B电路结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1(宽角度极化非敏感整流天线A)

附图1所示为双极化天线，入射电磁波按极化偏转角

进行分配。双极化天线垂直极化端口分别接Butler矩阵A的1、2、3、4端口，双极化天线水平极化端口分别接Butler矩阵B的1、2、3、4端口，Butler矩阵A、B实现偏转角

下宽角度入射电磁波接收；Butler矩阵A、B相同端口处(N＝5、6、7、 8)输出电压具有相同电压相位，电压幅度满足如下公式。

Butler矩阵A、B相同端口(N＝5、6、7、8)接混合耦合器输入(P₁)、隔离(P₄)端口。公式(1)中非均衡电压(

或135°)通过混合耦合器实现非均衡至均衡电压幅值转换。公式(2)所示为混合耦合器散射参数矩阵。

公式(1)中输入(P₁)、隔离(P₄)端口电压经过混合耦合器传输至直通(P₂)、耦合(P₃)端口，如公式(3，4)所示(N＝5、6、7、8)。

公式(3，4)所示，混合耦合器直通(P₂)、耦合(P₃)端口处电压幅值相同(即相应功率相等)，满足高效率平衡整流器双端口相等输入功率需求。因此，通过添加输出电压相加网络，实现一种宽角度极化非敏感整流天线设计。

实施例2(宽角度极化非敏感整流天线B)

附图1所示为双极化天线，入射电磁波按极化偏转角

进行分配，假设双极化天线垂直与水平极化端口电压V_{VP_N}与V_{HP_N}(N＝1、2、3、4)，并满足如下公式关系。

双极化天线垂直与水平极化端口分别接混合耦合器输入(P₁)、隔离(P₄) 端口，非均衡垂直与水平极化端口电压V_{VP_N}与V_{HP_N}(N＝1、2、3、4)通过混合耦合器实现非均衡至均衡电压幅值转换(极化非敏感入射电磁波接收)，公式 (6)所示为混合耦合器散射参数矩阵。

因此，非均衡垂直与水平极化端口电压V_{VP_N}与V_{HP_N}(N＝1、2、3、4)传输至混合耦合器直通(P₂)、耦合(P₃)端口电压可以表示为公式(7，8)(N＝1、 2、3、4)。

混合耦合器直通端口(P₂)分别接Butler矩阵A的1、2、3、4端口，混合耦合器耦合端口(P₃)分别接Butler矩阵B的1、2、3、4端口。Butler矩阵A、 B将公式(7，8)中混合耦合器直通(P₂)、耦合(P₃)端口电压传输至Butler矩阵A、B的5、6、7、8端口，实现宽角度入射电磁波接收(Butler矩阵A、B的相同输出端口(N＝5、6、7、8)处电压幅值相同)。Butler矩阵A、B的相同输出端口(N＝5、6、7、8)分别接平衡整流器两输入端。因此，通过添加输出电压相加网络，实现一种宽角度极化非敏感整流天线设计。

上述本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本发明的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本发明的实施方式，或者可在提交本发明之后的修改中作为新的权利要求包括。

在固件或软件配置方式中，本发明的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种宽角度极化非敏感整流天线，其特征在于：所述整流天线包括由多个双极化天线构成的双极化天线阵、Butler矩阵A、Butler矩阵B、多个混合耦合器与多个平衡整流器；

每一个双极化天线由垂直与水平极化天线构成；

Butler矩阵A、Butler矩阵B均由混合耦合器、移相器与交叉结构成；

平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；

双极化天线接收入射电磁波，按极化偏转角分配至垂直与水平极化端口；多个双极化天线垂直极化端口分别接Butler矩阵A的多个输入端口，多个双极化天线水平极化端口分别接Butler矩阵B的多个输入端口，实现宽角度入射电磁波接收；

Butler矩阵A和Butler矩阵B的相同输出端口分别接混合耦合器输入(P1)与隔离(P4)端口，实现输入(P1)、隔离端(P4)至直通(P2)、耦合端(P3)非均衡至均衡功率转换；混合耦合器直通(P2)与耦合(P3)端口接平衡整流器输入端口，实现极化非敏感入射电磁波接收；

平衡整流器输出电压相加；其中，双极化天线间距为二分之一波长。

2.根据权利要求1所述的宽角度极化非敏感整流天线，其特征在于，Butler矩阵A的多个输入端口数量及Butler矩阵B的多个输入端口数量均为4个。

3.一种宽角度极化非敏感整流天线，其特征在于：

所述整流天线包括由多个双极化天线构成的双极化天线阵、Butler矩阵A、Butler矩阵B、多个混合耦合器与多个平衡整流器；每一个双极化天线由垂直与水平极化天线构成；

Butler矩阵A、Butler矩阵B均由混合耦合器、移相器与交叉结构成；平衡整流器由两相同结构整流器构成，并实现输出电压相加；

双极化天线接收入射电磁波，按极化偏转角分配至垂直与水平极化端口；

每个双极化天线垂直与水平极化端口分别接混合耦合器输入(P1)与隔离(P4)端口，实现极化非敏感入射电磁波接收；

多个混合耦合器直通(P2)端口分别接Butler矩阵A的多个输入端口，多个混合耦合器耦合(P3)端口分别接Butler矩阵B的多个输入端口；Butler矩阵A和Butler矩阵B的相同输出端口分别接平衡整流器输入端口，实现极化非敏感入射电磁波接收；其中，双极化天线间距为二分之一波长。

4.根据权利要求3所述的宽角度极化非敏感整流天线，其特征在于，Butler矩阵A的多个输入端口数量及Butler矩阵B的多个输入端口数量均为4个。

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