CN112993587A - 圆极化反射面天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种圆极化反射面天线及通信设备。其中圆极化反射面天线包括固定架及设置于固定架上的波导馈电网络、天线馈源、圆极化器和双反射镜装置，其中：天线馈源与波导馈电网络电连接；圆极化器包括固定于固定架的介质环，以及固定于介质环内侧、且平行设置的多个介质棒，任意两个相邻的介质棒之间具有间隙，每个介质棒的两端均与介质环固定连接；双反射镜装置用于将天线馈源发射的电磁波反射至圆极化器。

Description

圆极化反射面天线及通信设备

技术领域

本公开涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种圆极化反射面天线及通信设备。

背景技术

太赫兹电磁波是一种频段位于0.1Thz-10Thz之间，波长位于0.03mm-3mm之间的电磁波。由于太赫兹电磁波具有低伤害、可视化以及宽带宽的特点，现已应用于生物医疗、安保成像和深空探测等多个领域。

如何提高太赫兹频段圆极化反射面天线的带宽以及增益，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种圆极化反射面天线及通信设备，以实现在提高天线增益的同时，能够提高天线带宽。具体技术方案如下：

根据本公开实施例的一个方面，提供一种圆极化反射面天线，包括固定架及设置于所述固定架上的波导馈电网络、天线馈源、圆极化器和双反射镜装置，其中：

所述天线馈源与所述波导馈电网络电连接；

所述圆极化器包括固定于所述固定架的介质环，以及固定于所述介质环内侧、且平行设置的多个介质棒，任意两个相邻的介质棒之间具有间隙，每个所述介质棒的两端均与所述介质环固定连接；

所述双反射镜装置用于将所述天线馈源发射的电磁波反射至所述圆极化器。

在一些实施例中，所述双反射镜装置包括：

主反射镜，固定于所述固定架，所述主反射镜包括主反射面；所述波导馈电网络和所述天线馈源固定于所述主反射镜，所述天线馈源朝向所述主反射面的正面，所述波导馈电网络朝向所述主反射面的背面，所述主反射面用于将接收到的电磁波反射至所述圆极化器；

副反射镜，固定于所述圆极化器，所述副反射镜包括副反射面，所述副反射面朝向所述天线馈源设置，以将所述天线馈源发射的电磁波反射至所述主反射面。

在一些实施例中，所述介质棒的横截面为矩形截面，所述介质棒包括相对设置的两个弧形安装面，所述两个弧形安装面分别与所述介质环内壁固定连接。

在一些实施例中，所述介质棒还包括相对设置的两个第一平面和相对设置的两个第二平面，各个所述介质棒的第一平面互相平行；所述固定架上设置有固定所述主反射镜、且为平面的承载面，所述第一平面与所述承载面之间的夹角为45°，所述第二平面与所述承载面正交。

在一些实施例中，任意两个所述介质棒之间的间隙均相同，各个所述介质棒的宽度均相同。

在一些实施例中，所述介质棒的介电常数为2.9，所述间隙与所述介质棒的宽度相同。

在一些实施例中，所述主反射镜的中心与所述圆极化器的中心位于同一高度，且所述主反射镜的直径D1，与所述圆极化器的直径D2满足：

在一些实施例中，所述天线馈源为矩形喇叭天线，且所述矩形喇叭天线的具有大口径的第一端面朝向所述圆极化器。

在一些实施例中，所述天线馈源的出射口中心与所述主反射面的焦点重合。

根据本公开实施例的另一个方面，提供一种通信设备，包括通信设备本体，以及前述任一技术方案所述的圆极化反射面天线，所述圆极化反射面天线固定于所述通信设备本体。

本公开实施例有益效果：

本公开实施例提供的圆极化反射面天线及通信设备，天线馈源与波导馈电网络电连接，这样，波导馈电网络能够将发射出的激励信号传输至天线馈源。天线馈源将激励信号转换为呈扩散状的电磁波发射至双反射镜装置，双反射镜装置能够将呈扩散状的电磁波反射为包含多个相互平行的光束的电磁波，因此，能够提高圆极化反射面天线的增益。由于圆极化器包括固定于固定架的介质环，以及固定于介质环内侧、且平行设置的多个介质棒，任意两个相邻的介质棒之间具有间隙，这样反射至圆极化器上的电磁波能够在圆极化器的表面形成两个互相垂直的电磁波分量，进而实现两个电磁波分量的相位差为90°，从而产生圆极化波，而且提高带宽。

当然，实施本公开的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本公开实施例的一种圆极化反射面天线的结构示意图；

图2为图1所示的圆极化反射面天线的A向结构示意图；

图3为图2所示的圆极化反射面天线的B-B向剖视图；

图4为本公开实施例的圆极化反射面天线的S11参数的测试结果图；

图5为本公开实施例的圆极化反射面天线的增益与轴比的测试结果图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

为实现在提高天线增益的同时，能够提高天线带宽，本公开实施例提供了一种圆极化反射面天线及通信设备。

如图1和图3所示，本公开一些实施例提供了一种圆极化反射面天线，包括：

固定架1及设置于固定架1上的波导馈电网络2、天线馈源3、圆极化器4和双反射镜装置5，其中：

天线馈源3与波导馈电网络2电连接。

圆极化器4包括固定于固定架1的介质环41，以及固定于介质环41内侧、且平行设置的多个介质棒42，任意两个相邻的介质棒42之间具有间隙43，每个介质棒42的两端均与介质环41固定连接。

双反射镜装置5用于将天线馈源3发射的电磁波反射至圆极化器4。

波导馈电网络2采用WR-7，输出激励信号至天线馈源3。天线馈源3可以为线极化天线馈源3，将波导馈电网络2输出的激励信号转换为电磁波发射至双反射镜装置5，天线馈源3发射的电磁波为呈扩散状的电磁波。双反射镜装置5将天线馈源3发射的电磁波进行反射，将呈扩散状的电磁波反射为包括多个相互平行的光束的电磁波，获得线极化波，并将该线极化波发射至圆极化器4。其中，线极化波指的是电磁波的电场矢量在空间的取向固定不变。

圆极化器4包括固定于固定架1的介质环41，以及固定于介质环41内侧、且平行设置的多个介质棒42，其中介质环41的截面形状可以为环形，且介质环41的壁厚处处相等。任意两个相邻的介质棒42之间具有间隙43，也就是说在任意两个相邻的介质棒42之间存在空气，空气的介电常数为1，介质棒42的介电常数通常不为1，因此，介质棒42与任意两个相邻的介质棒42之间的间隙43的介电常数不同。

如图2所示，当双反射镜装置5反射的线极化波通过圆极化器4时，线极化波可以正交分解为沿着两个相互垂直的方向进行传播，即，沿图2中的EX方向和EY方向进行传播。沿EX方向，即沿介质棒42或间隙43的长度方向传播的电磁波分量，对应的介电常数为介质棒42或间隙43的介电常数；沿EY方向的电磁波分量，依次经过介质棒42、空气、介质棒42、空气以此类推，由于圆极化器4上的介质棒42和间隙43的介电常数不同，因此，沿EX方向和EY方向的电磁波分量所经过的区域的介电常数不同，两个电磁波分量将以不同的速度传播，因此，沿EX方向和EY方向的电磁波分量之间产生了相位差。而且，沿EX方向和EY方向上的电磁波分量在各自传播区域以不同的传播常数传播时，能够产生的相位差为90°，因此，从圆极化器4输出的电磁波为圆极化波。

本公开实施例提供的圆极化反射面天线，天线馈源3与波导馈电网络2电连接，这样，波导馈电网络2能够将发射出的激励信号传输至天线馈源3。天线馈源3将激励信号转换为呈扩散状的电磁波发射至双反射镜装置5，双反射镜装置5能够将呈扩散状的电磁波反射为包含多个相互平行的光束的电磁波，因此，能够提高圆极化反射面天线的增益。由于圆极化器4包括固定于固定架1的介质环41，以及固定于介质环41内侧、且平行设置的多个介质棒42，任意两个相邻的介质棒42之间具有间隙43，这样反射至圆极化器4上的电磁波能够在圆极化器4的表面形成两个互相垂直的电磁波分量，进而实现两个电磁波分量的相位差为90°，从而产生圆极化波，而且提高带宽。

如图1所示，在本公开的一些实施例中，双反射镜装置5包括：

主反射镜51，固定于固定架1，主反射镜51包括主反射面511；波导馈电网络2和天线馈源3固定于主反射镜51，天线馈源3朝向主反射面511的正面，波导馈电网络2朝向主反射面511的背面，主反射面511用于将接收到的电磁波反射至圆极化器4。

副反射镜52，固定于圆极化器4，副反射镜52包括副反射面521，副反射面521朝向天线馈源3设置，以将天线馈源3发射的电磁波反射至主反射面511。

主反射镜51固定于固定架1，且波导馈电网络2和天线馈源3固定于主反射镜51，天线馈源3朝向主反射面511的正面，波导馈电网络2朝向主反射面511的背面，也就是说，天线馈源3和波导馈电网络2分别位于主反射镜51的左右两侧。此外，在圆极化器4中心设置有支撑柱6，该副反射镜52固定于支撑柱6，这样的结构布置，使得本公开实施例的圆极化反射面天线的结构更为紧凑。其中，副反射面521的直径为11.3mm，焦距为10mm，支撑柱6长度为5mm。

在主反射镜51的中心穿设有支撑杆7，该支撑杆7为空心支撑杆，其一端与天线馈源3固定连接，另一端与波导馈电网络2固定连接，天线馈源3与波导馈电网络2之间连接的线缆穿过支撑杆7内部。

此外，由于副反射面521朝向天线馈源3设置，因此，天线馈源3发射的电磁波能够照射至副反射面521，且副反射面521能够将该电磁波反射至主反射镜51的主反射面511，主反射面511进而将接收到的电磁波反射至圆极化器4。天线馈源3发射的电磁波呈扩散状，依次经过副反射镜52和主反射镜51的反射，能够得到包括多个相互平行的光束的电磁波。

如图2和图3所示，在本公开的一些实施例中，介质棒42的横截面为矩形截面，介质棒42包括相对设置的两个弧形安装面421，两个弧形安装面421分别与介质环41内壁411固定连接。介质棒42的横截面为矩形截面，这样，介质棒42便于加工。由于介质环41内壁411为圆柱面，因此，介质棒42包括的相对设置的两个弧形安装面421，能够与介质环41内壁411更加贴合。此外，还可以根据该介质棒42在介质环41内所固定位置处的弧面，将两个弧形安装面421设置为与介质环41内壁411所固定位置处的弧面基本贴合的弧面，这样有利于介质棒42的弧形安装面421和介质环41内壁411更好地贴合。

此外，为了避免因采用焊接的固定方式，导致介质棒42朝向主反射镜51的一面存在焊缝凸起，进而影响反射至圆极化器4的电磁波的传播，可以在介质环41的外壁上设置安装孔，以及在介质棒42的弧形安装面421与安装孔对应的位置设置螺纹孔，这样可以通过将螺栓从安装孔穿入介质棒42的螺纹孔，从而将介质棒42和介质环41固定连接，且在介质棒42朝向主反射镜51的一面不会存在凸起。

如图2和图3所示，在本公开的一些实施例中，介质棒42还包括相对设置的两个第一平面422和相对设置的两个第二平面423，各个介质棒42的第一平面422互相平行；固定架1上设置有固定主反射镜51、且为平面的承载面11，第一平面422与承载面11之间的夹角为45°，第二平面423与承载面11正交。需要说明的是，介质环41的左右两个侧面均平行，第二平面423与介质环41侧面也平行，因此，第一平面422与承载面11之间的夹角为45°，第二平面423与承载面11正交，能够使得主反射镜51反射的电磁波沿圆极化器4更好地传播。

如图2所示，在本公开的一些实施例中，任意两个介质棒42之间的间隙43均相同，各个介质棒42的宽度均相同，介质棒42的介电常数为2.9，间隙43与介质棒42的宽度相同。其中介质棒42的宽度指的是沿介质环41径向的两个尺寸中，较小的一个尺寸，介质棒42的宽度可以为W2：0.5mm，间隙43的尺寸可以为W1：0.5mm。由于任意两个介质棒42之间均为空气，空气的介电常数为1，因此，当介质棒42的介电常数为2.9时，将间隙43与介质棒42的宽度设置为相同的尺寸，容易使线极化波通过圆极化器4时所产生沿EX方向和沿EY方向的两个电磁波分量之间的相位差为90°。

如图1和图2所示，在本公开的一些实施例中，主反射镜51的中心与圆极化器4的中心位于同一高度，且主反射镜51的直径D1，与圆极化器4的直径D2满足：

这样，主反射镜51反射的线极化波中的至少80％的光束能够反射至圆极化器4中，进而减少因线极化波较多的光束未能反射至圆极化器4而导致增益较小的情况，因此，本公开实施例能够进一步提高天线增益。在本公开实施例中，主反射镜51的直径D1可以为50mm，圆极化器4的直径D2可以为50mm，圆极化器4的高度h为3.1mm。

如图1所示，在本公开的一些实施例中，天线馈源3为矩形喇叭天线，且矩形喇叭天线的具有大口径的第一端面31朝向圆极化器4，矩形喇叭天线具有小口径的第二端面32与波导馈电网络2电连接。其中，矩形喇叭天线具有大口径的第一端面31的形状为矩形，且其长度为8.59mm，宽度为6.73mm。这样，波导馈电网络2发射至天线馈源3的激励信号，能够在天线馈源3的作用下转换为呈扩散形的电磁波，并发射至双反射镜装置5。

在本公开的一些实施例中，天线馈源3的出射口中心与主反射面511的焦点重合，当天线馈源3为矩形喇叭天线时，出射口中心即为第一端面31的中心。这样，当天线馈源3发射的电磁波依次经过副反射镜52和主反射镜51后时，主反射镜51能够更好地对反射至主反射镜51上的电磁波进行聚焦，且经主反射镜51反射形成的线极化波的中心，与天线馈源3的出射口中心位于同一高度。

图4和图5为对本公开实施例的圆极化反射面天线进行了仿真实验后获得的实验结果图，从图4中可以看出，在频带0.1-0.17Thz内，本公开实施例的圆极化反射面天线的回波损失S11小于-15dB。从图5中可以看出，本公开实施例的圆极化反射面天线的最大增益为27.6dBi，轴比小于或等于3dB，能够获得圆极化波。需要说明的是，圆极化波的瞬时电场矢量的端点轨迹为椭圆，椭圆的长轴和短轴之间的比值即为轴比。

此外，圆极化器4的轴比计算公式为：

式中，AR_dB表示轴比，

表示相位差。当AR_dB<3dB时，可以计算出

的取值范围为：

与

之间的关系如下：

式中，f表示圆极化反射面天线所发射电磁波的任意一个频率，f₀表示中心频率，则

因此，本公开实施例的圆极化器4的圆极化带宽为1.22-0.784≈43％，相比相关技术中的圆极化带宽30％有较大幅度的提高。

根据本公开实施例的另一个方面，提供一种通信设备，包括通信设备本体，以及前述任一技术方案的圆极化反射面天线，圆极化反射面天线固定于通信设备本体。通信设备例如可以为手机、或卫星通信设备等。通信设备本体指的是通信设备中可以固定圆极化反射面天线的机壳等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。

Claims (10)

1.一种圆极化反射面天线，其特征在于，包括固定架及设置于所述固定架上的波导馈电网络、天线馈源、圆极化器和双反射镜装置，其中：

所述天线馈源与所述波导馈电网络电连接；

所述圆极化器包括固定于所述固定架的介质环，以及固定于所述介质环内侧、且平行设置的多个介质棒，任意两个相邻的介质棒之间具有间隙，每个所述介质棒的两端均与所述介质环固定连接；

所述双反射镜装置用于将所述天线馈源发射的电磁波反射至所述圆极化器。

2.根据权利要求1所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述双反射镜装置包括：

主反射镜，固定于所述固定架，所述主反射镜包括主反射面；所述波导馈电网络和所述天线馈源固定于所述主反射镜，所述天线馈源朝向所述主反射面的正面，所述波导馈电网络朝向所述主反射面的背面，所述主反射面用于将接收到的电磁波反射至所述圆极化器；

副反射镜，固定于所述圆极化器，所述副反射镜包括副反射面，所述副反射面朝向所述天线馈源设置，以将所述天线馈源发射的电磁波反射至所述主反射面。

3.根据权利要求2所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述介质棒的横截面为矩形截面，所述介质棒包括相对设置的两个弧形安装面，所述两个弧形安装面分别与所述介质环内壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述介质棒还包括相对设置的两个第一平面和相对设置的两个第二平面，各个所述介质棒的第一平面互相平行；所述固定架上设置有固定所述主反射镜、且为平面的承载面，所述第一平面与所述承载面之间的夹角为45°，所述第二平面与所述承载面正交。

5.根据权利要求2所述的圆极化反射面天线，其特征在于，任意两个所述介质棒之间的间隙均相同，各个所述介质棒的宽度均相同。

6.根据权利要求5所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述介质棒的介电常数为2.9，所述间隙与所述介质棒的宽度相同。

7.根据权利要求2所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述主反射镜的中心与所述圆极化器的中心位于同一高度，且所述主反射镜的直径D1，与所述圆极化器的直径D2满足：

8.根据权利要求2所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述天线馈源为矩形喇叭天线，且所述矩形喇叭天线的具有大口径的第一端面朝向所述圆极化器。

9.根据权利要求2至8任一项所述的圆极化反射面天线，其特征在于，所述天线馈源的出射口中心与所述主反射面的焦点重合。

10.一种通信设备，其特征在于，包括通信设备本体，以及如权利要求1至9任一项所述的圆极化反射面天线，所述圆极化反射面天线固定于所述通信设备本体。

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