CN113036450A - 圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线 - Google Patents

圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线 Download PDF

Info

Publication number
CN113036450A
CN113036450A CN202110237709.3A CN202110237709A CN113036450A CN 113036450 A CN113036450 A CN 113036450A CN 202110237709 A CN202110237709 A CN 202110237709A CN 113036450 A CN113036450 A CN 113036450A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
circularly polarized
reflector
gain resonant
feed source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110237709.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113036450B (zh
Inventor
刘震国
应振楠
陆卫兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202110237709.3A priority Critical patent/CN113036450B/zh
Publication of CN113036450A publication Critical patent/CN113036450A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113036450B publication Critical patent/CN113036450B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高增益圆极化谐振腔天线作为馈源的多波束反射面天线，该多波束反射面天线包括旋转抛物反射面(1)，在所述的旋转抛物反射面的焦平面上放置圆极化高增益谐振天线作为馈源并用支架(5)固定。所述作为馈源的圆极化高增益谐振天线，由线极化转圆极化的部分反射面(2)、金属地板(3)和线极化贴片阵列(4)构成；本发明利用谐振腔天线中的部分反射面实现了由线极化到圆极化的转变，同时实现较高增益，并将此圆极化天线作为馈源布置于反射抛物面的焦平面，从而在反射面的口径上辐射出多个波束。与传统的以多喇叭作为馈源的多波束反射面天线相比，本发明的馈源结构简洁、排列更加紧密，可有效克服波束覆盖的问题。

Description

圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线
技术领域
本发明属于微波器件技术领域，涉及基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线。
背景技术
现代通信对卫星宽带通信服务的带宽需求不断增加，推动了对高通量卫星技术的大量兴趣和投资。目前大多数卫星实施多波束技术，以便在所需覆盖区域内重复使用频带或极化。利用位于焦平面上的多个馈源对反射面而多波束反射面天线照射，从而产生多个波束是目前多波束形成的一种重要机制。但这一方式对馈源有着较高的要求。因为在实际应用中，波束交叠区域会出现增益下降的现象从而造成波束覆盖不均匀影响系统的性能，为了提高波束交叠区域覆盖及受到焦平面区域空间的限制，要求馈源具有较大的增益和较小的馈源间距。因此只有提高作为多波束馈源的口径效率才能有效解决波束交叠区域增益下降及漏失效率的问题。
圆极化波被广泛应用于卫星通信，射频识别和全球定位及导航系统中，其拥有以下突出优势：1)圆极化天线可以接收任意极化方向的线极化波，因此，可以有效地减少因极化失配带来的损耗；2)圆极化波在经过地面或其它非手性目标反射后，其极化状态会发生改变，由于不同旋向的圆极化波相互正交，因此圆极化天线可以有效地抑制和克服雨滴雾等气候因素带来的多径效应；3)由于地磁场的存在，电离层表现为双折射介质，会引起穿过电离层的线极化波的极化面发生旋转，并且极化面随着传播路径和电离层状态的变化而改变，这被称为法拉第旋转，但法拉第旋转对圆极化波没有影响。目前，多波束反射面馈源主要采用在波导中额外插入圆极化器来实现线极化到圆极化的转换，这一方面增加了结构复杂度，同时也增加了馈源的剖面高度，不利于结构的简化。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，它具有结构设计简单、高定向性和高覆盖率等优点。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线采用如下技术方案：
该多波束反射面天线包括旋转抛物反射面，在所述的旋转抛物反射面的焦平面上放置圆极化高增益谐振天线作为馈源并用支架固定。
所述作为馈源的圆极化高增益谐振天线，由线极化转圆极化的部分反射面、金属地板和线极化贴片阵列构成；金属地板固定在支架上，支架的另一端固定在旋转抛物反射面的边上，线极化贴片阵列设置在金属地板上，线极化转圆极化的部分反射面平行于金属地板且设置一定的距离共同构成谐振腔。
所述的线极化转圆极化的部分反射面由分别设置于介质基板两侧的金属图案阵列构成，其中一侧的阵列由十字型图案单元通过周期排列形成17*17的等间距阵列构成；而另一侧的阵列由反Z字型图案单元形成34*34的等间距阵列构成。
所述的线极化贴片阵列由2*2相互正交的贴片单元构成，贴片单元由同轴线馈电。
所述多波束反射面天线的中心频率由线极化转圆极化的部分反射面与金属地板之间的距离决定，天线的圆极化性能由线极化转圆极化的部分反射面的十字型单元和反Z字型单元的尺寸仿真得到，十字型单元水平长度a为5.8mm，垂直长度b为5.9mm，宽度c为0.5mm；反Z字型单元的上端长度d为2.45mm，高度e为1.5mm，下端长度f为0.95mm。
线极化贴片阵列中的贴片单元是以介质板中心，分别以90°、180°、270°旋转对称；通过这样的布置方式，对不同极化的贴片而言，辐射的线极化波经线极化转圆极化的部分反射面可辐射出左旋和右旋圆极化波束，也就是辐射出的多波束具有极化复用功能。
所述多波束反射面天线，为实现波束全覆盖，天线的波束间距为单个天线的3dB波束宽度，线极化天线阵列天线间距等于焦径比乘以波长，并通过电磁仿真软件savant进行优化。
所述圆极化高增益谐振天线天线在15.5-17.5GHz的轴比能最低达到0.8dB。
所述圆极化多波束反射面天线工作频率在16.8GHz时，波束的最大增益可达35dB，两个波束的3dB波束覆盖范围基本衔接，可实现空间上的波束全覆盖。
有益效果：与现有技术相比，本发明的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，该天线件利用圆极化高增益谐振天线天线，从而实现密集的馈源排列，每个波束具有较高的方向性，较低的溢出率，不仅结构设计简单，而且易于馈电，适用于多波束天线的小型化、高定向性和高覆盖率等需求，具备很好的工程应用前景。
附图说明
图1是基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线的俯视图；
图2是基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线的侧视图；
图3是多波束反射面天线馈源的部分反射表面(上表面)；
图4是多波束反射面天线馈源的部分反射表面(下表面)；
图5是组成馈源的线极化天线阵列；
图6是天线的轴比频响；
图7是实施例的圆极化多波束反射面天线16.8GHz时的波束方向图；
图中有：旋转抛物反射面1、线极化转圆极化的部分反射面2、金属地板3、线极化天线阵列4、支架5、十字型单元6、反Z字型单元7、贴片天线8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及性能做进一步说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，包括旋转抛物反射面1，在所述的旋转抛物反射面的焦点放置圆极化高增益谐振天线天线并用支架5固定。
如图1所示，所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其馈源由线极化转圆极化的部分反射面2，金属地板3和线极化天线阵列4构成，线极化转圆极化的部分反射面2与金属地板3存在一定的距离。如图2所示，线极化转圆极化的部分反射面2的面向线极化贴片阵列4的一侧的表面存在金属图案，其图案由十字型单元6形成17*17的等间距阵列；如图3所示，线极化转圆极化的部分反射面2面向旋转抛物面1的一侧的表面存在金属图案，其图案由反Z字型单元7形成34*34的等间距阵列；如图4所示线极化天线阵列4由2*2相互正交的贴片天线8构成，贴片天线由同轴线馈电。
所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线的中心频率由线极化转圆极化的部分反射面2与金属地板3之间的距离决定，天线的圆极化性能由线极化转圆极化的部分反射面2的十字型单元6和反Z字型单元7的尺寸决定；十字型单元水平长度a为5.8mm，垂直长度b为5.9mm，宽度c为0.5mm；反Z字型单元的上端长度d为2.45mm，高度e为1.5mm，下端长度f为0.95mm。
所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线的波束间距由旋转抛物面1的焦径比和线极化天线阵列4的天线间距共同决定；旋转抛物面的焦径比为0.96，线极化天线阵列的天线间距为12mm。
所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，在其馈源部分，线极化贴片阵列中的贴片单元是以介质板中心，分别以90°、180°、270°旋转对称。通过这样的布置方式，对不同极化的贴片而言，辐射的线极化波经线极化转圆极化的部分反射面可辐射出左旋和右旋圆极化波束，也就是辐射出的多波束具有极化复用功能。
所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：图6表示圆极化高增益谐振天线天线在15.5-17.5GHz的轴比，该天线的轴比能最低达到0.8dB。图7表示圆极化多波束反射面天线工作频率在16.8GHz时，实施例的该器件波束的最大增益可达35dB，两个波束的3dB波束覆盖范围基本相接壤，可实现空间上的波束全覆盖。

Claims (9)

1.一种基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：该多波束反射面天线包括旋转抛物反射面(1)，在所述的旋转抛物反射面(1)的焦平面上放置圆极化高增益谐振天线作为馈源并用支架(5)固定。
2.根据权利要求1所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：所述作为馈源的圆极化高增益谐振天线，由线极化转圆极化的部分反射面(2)、金属地板(3)和线极化贴片阵列(4)构成；金属地板(3)固定在支架(5)上，支架(5)的另一端固定在旋转抛物反射面(1)的边上，线极化贴片阵列(4)设置在金属地板(3)上，线极化转圆极化的部分反射面(2)平行于金属地板(3)且设置一定的距离共同构成谐振腔。
3.根据权利要求2所述的作为馈源的圆极化高增益谐振天线，其特征在于：所述的线极化转圆极化的部分反射面(2)由分别设置于介质基板两侧的金属图案阵列构成，其中一侧的阵列由十字型图案单元(6)通过周期排列形成17*17的等间距阵列构成；而另一侧的阵列由反Z字型图案单元(7)形成34*34的等间距阵列构成。
4.根据权利要求2所述的作为馈源的圆极化高增益谐振天线，其特征在于：所述的线极化贴片阵列(4)由2*2相互正交的贴片单元(8)构成，贴片单元(8)由同轴线馈电。
5.根据权利要求2所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：所述多波束反射面天线的中心频率由线极化转圆极化的部分反射面(2)与金属地板(3)之间的距离决定，天线的圆极化性能由线极化转圆极化的部分反射面(2)的十字型单元(6)和反Z字型单元(7)的尺寸仿真得到，十字型单元(6)水平长度a为5.8mm，垂直长度b为5.9mm，宽度c为0.5mm；反Z字型单元(7)的上端长度d为2.45mm，高度e为1.5mm，下端长度f为0.95mm。
6.根据权利要求2所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：线极化贴片阵列(4)中的贴片单元(8)是以介质板中心，分别以90°、180°、270°旋转对称；通过这样的布置方式，对不同极化的贴片而言，辐射的线极化波经线极化转圆极化的部分反射面(2)可辐射出左旋和右旋圆极化波束，也就是辐射出的多波束具有极化复用功能。
7.根据权利要求1所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：所述多波束反射面天线，为实现波束全覆盖，天线的波束间距为单个天线的3dB波束宽度，线极化天线阵列(4)天线间距等于焦径比乘以波长，并通过电磁仿真软件savant进行优化。
8.根据权利要求1-6所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：所述圆极化高增益谐振天线天线在15.5-17.5GHz的轴比能最低达到0.8dB。
9.根据权利要求1-6所述的基于圆极化高增益谐振天线作为馈源的多波束反射面天线，其特征在于：所述圆极化多波束反射面天线工作频率在16.8GHz时，波束的最大增益可达35dB，两个波束的3dB波束覆盖范围基本衔接，可实现空间上的波束全覆盖。
CN202110237709.3A 2021-03-04 2021-03-04 圆极化高增益谐振腔天线作为馈源的多波束反射面天线 Active CN113036450B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110237709.3A CN113036450B (zh) 2021-03-04 2021-03-04 圆极化高增益谐振腔天线作为馈源的多波束反射面天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110237709.3A CN113036450B (zh) 2021-03-04 2021-03-04 圆极化高增益谐振腔天线作为馈源的多波束反射面天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113036450A true CN113036450A (zh) 2021-06-25
CN113036450B CN113036450B (zh) 2022-09-23

Family

ID=76466499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110237709.3A Active CN113036450B (zh) 2021-03-04 2021-03-04 圆极化高增益谐振腔天线作为馈源的多波束反射面天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113036450B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113839211A (zh) * 2021-08-30 2021-12-24 电子科技大学 一种基于平面阵列结构的卡塞格伦单脉冲天线
CN114024149A (zh) * 2021-12-24 2022-02-08 中国科学院国家空间科学中心 一种用于实现多波束圆极化的反射阵列天线

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6081234A (en) * 1997-07-11 2000-06-27 California Institute Of Technology Beam scanning reflectarray antenna with circular polarization
US20010050650A1 (en) * 2000-04-28 2001-12-13 Roland Gilbert Dipole tunable reconfigurable reflector array
CN106848590A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 清华大学 带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线
CN110571531A (zh) * 2019-09-27 2019-12-13 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于抛物柱面反射阵的多波束相控阵天线
CN111916909A (zh) * 2020-08-28 2020-11-10 西安电子科技大学 基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6081234A (en) * 1997-07-11 2000-06-27 California Institute Of Technology Beam scanning reflectarray antenna with circular polarization
US20010050650A1 (en) * 2000-04-28 2001-12-13 Roland Gilbert Dipole tunable reconfigurable reflector array
CN106848590A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 清华大学 带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线
CN110571531A (zh) * 2019-09-27 2019-12-13 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于抛物柱面反射阵的多波束相控阵天线
CN111916909A (zh) * 2020-08-28 2020-11-10 西安电子科技大学 基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAFUMI NAGASAKA等: "Prototpye of 12/21GHz-band Dual-circularly Polarized Receiving Antenna for Satellite Broadcasting", 《PROCEEDINGS OF 2018 ASIA-PACIFIC MICROWAVE CONFERENCE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113839211A (zh) * 2021-08-30 2021-12-24 电子科技大学 一种基于平面阵列结构的卡塞格伦单脉冲天线
CN114024149A (zh) * 2021-12-24 2022-02-08 中国科学院国家空间科学中心 一种用于实现多波束圆极化的反射阵列天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN113036450B (zh) 2022-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1070366B1 (en) Multiple parasitic coupling from inner patch antenna elements to outer patch antenna elements
US7605768B2 (en) Multi-beam antenna
CN109950707B (zh) 一种圆锥共形端射阵列天线
WO2022217558A1 (zh) 波束独立可控的宽带双频双圆极化反射阵天线
CA2721438C (en) Circularly polarized loop reflector antenna and associated methods
WO2008061107A2 (en) Antenna
CN111326852A (zh) 低剖面二维宽角扫描圆极化相控阵天线
CN113644432B (zh) 一种双圆极化相控阵天线阵列
CN113036450B (zh) 圆极化高增益谐振腔天线作为馈源的多波束反射面天线
CN111430936A (zh) 一种基于超表面的5g mimo多波束天线
KR100561630B1 (ko) 성형 반사판을 이용한 삼중 대역 하이브리드 안테나
CN113013638A (zh) 一种宽带折叠式平面反射阵列天线
CN115173064B (zh) 一种全金属结构高增益反射阵天线
CN116470295B (zh) 具有两种圆极化超表面单元的双频可重构反射阵列天线
CN111193108A (zh) 一种高功率容量双频带椭圆贴片反射阵列天线
Manoochehri et al. A new method for designing high efficiency multi feed multi beam reflector antennas
CN114914703A (zh) 一种透明反射导电频率选择电磁介质及多频带天线系统
KR100579129B1 (ko) 성형 반사판을 이용한 오프셋 하이브리드 안테나
Wang et al. Low cost single layer dualband dual linear polarization reflectarray antenna
CN115313063B (zh) 一种反射式面天线
Gu et al. D-band±45° Slant Polarized All-Metal Antenna
CN114361783B (zh) 一种透镜加载的宽角波束扫描透射阵列天线
CN118017236B (zh) 基于一分四方形子阵的圆极化阵列阵AoA天线
CN114614263B (zh) 一种双层金属表面的低剖面宽频带透射阵列天线
CN113540821B (zh) 偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant