CN113113770A - 一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用极化敏感型线‑圆极化变换器的天线，包括主反射阵列和极化敏感型线‑圆极化变换器，极化敏感型线‑圆极化变换器包括一个线极化天线和一个圆极化天线，两个天线通过馈电结构相连。馈电结构可以是缝隙耦合、金属柱、以及缝隙与金属柱混合的方式。线极化天线置于下层，面向主反射阵列的表面，圆极化天线设置于上层并与线极化天线呈相对设置。本方案的天线层数较少，使得天线整体轮廓更小。

Description

一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线

技术领域

本发明属于天线领域，尤其涉及一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线。

背景技术

请参考图1，相关技术中的圆极化折叠反射阵列天线(CPFRA)通常包括有主反射阵列、极化栅(PG)以及极化不敏感线-圆极化(LP-CP)变换器组成，该主反射阵列、极化栅(PG)以及极化不敏感线-圆极化(LP-CP)变换器依次间隔分布。其中，主反射阵列可以将x极化光扭转为y极化光。主反射阵列还为聚焦指向器提供相位补偿，将球面波转换为平面波。而极化栅(PG)和极化不敏感线-圆极化(LP-CP)变换器的组合可以接受＝收主反射阵列所发出的LP平面波，并将LP平面波转换为CP波。而为了保证该天线的性能，需要合理设置极化栅(PG)以及线-圆极化(LP-CP)变换器之间的距离。然而，由于该极化栅(PG)合极化不敏感线-圆极化(LP-CP)变换器之间的距离的设置，使得该类的天线层数较大较多而使其整体轮廓相对较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，旨在缩小天线的整体轮廓。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，包括：

主反射阵列；和

极化敏感型线-圆极化变换器，所述极化敏感型线-圆极化变换器包括下基板、中间层、上基板以及多个贴片单元，所述下基板和所述主反射阵列呈相对设置，所述中间层连接于所述下基板背离所述主反射阵列的表面，所述上基板连接于所述中间层背离所述下基板的表面，多个所述贴片单元间隔分布，每一个所述贴片单元均包括线极化贴片、圆极化贴片以及馈电线，所述线极化贴片贴设于所述下基板面向所述主反射阵列的表面，并设有两个第一缝隙，两个所述第一缝隙均贯穿所述线极化贴片的同一侧周面，所述圆极化贴片贴设于所述上基板背离所述中间层的表面，并与所述线极化贴片呈相对设置，所述圆极化贴片形成有两个切角并设有第一缝隙，所述馈电线的一端连接于所述线极化贴片，另一端依次穿过所述下基板、所述中间层以及所述上基板而连接于所述圆极化贴片，且所述馈电线和所述中间层之间具有间隙。

在本发明的一实施例中，所述线极化贴片于所述下基板所在的平面上的投影为正方形，两个所述第一缝隙关于所述线极化贴片的中心线呈对称设置。

在本发明的一实施例中，定义所述线极化贴片的边长为W₁；

两个所述第一缝隙之间的距离为W_S1，满足关系：3/12≤W_S1/W₁≤7/12；和/或，两个所述第一缝隙的长度均为L_S1，满足关系：9/24≤L_S1/W₁≤13/24。

在本发明的一实施例中，所述圆极化贴片于所述上基板所在的平面上的投影为正方形，两个所述切角位于所述圆极化贴片的两个对角区，并关于所述圆极化贴片的中心点呈对称分布。

在本发明的一实施例中，所述第二缝隙位于两个所述切角之间，并形成为两个所述切角的对称中心线。

在本发明的一实施例中，定义所述圆极化贴片的边长为W₂，所述第二缝隙的长度为L_S2，宽度为W_S2满足关系：33/72≤L_S2/W₂≤37/72，1/72≤W_S2/W₂≤5/72。

在本发明的一实施例中，所述主反射阵列包括：

主基板；

馈电源，所述馈电源设于所述主基板面向所述下基板的表面；以及

多个反射贴片，多个所述反射贴片贴设于所述主基板并呈间隔分布，且多个反射贴片环绕所述馈电源设置。

在本发明的一实施例中，所述馈电源包括：

第一馈电贴片，所述第一馈电贴片通过第一馈电轴连接于所述主基板，且所述第一馈电片形成有四个缺口部；和

六个第二馈电贴片，六个所述第二馈电贴片形成为两组第二馈电贴片组，两组所述第二馈电贴片组分别设于所述第一馈电片的相对的两侧，每一个所述第二馈电贴片均通过第二馈电轴连接于所述主基板。

在本发明的一实施例中，每一个所述反射贴片包括:

主体部，所述主体部于所述主基板所在的平面上投影为圆形；和

分支部，所述分支部连接于所述主体部的一侧边，所述分支部于所述主基板所在的平面上投影为矩形。

在本发明的一实施例中，定义多个所述反射贴片中包括有第一反射贴片和第二反射贴片，所述第一反射贴片的中心线和所述第二反射贴片的中心线之间的夹角为45°。

本发明的技术方案的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线在使用时，通过主反射阵列可以发出LP波信号，之后通过极化敏感型线-圆极化变换器的下基板上的线极化贴片可以接受主反射阵列所发出LP波信号，并通过馈电线将该LP波信号传递至上基板上圆极化贴片，而通过该圆极化贴片可以将LP波信号转换成CP波信号。也即本方案中的极化敏感型线-圆极化变换器的天线的极化敏感型线-圆极化变换器可以具有现有技术中的天线中的极化栅(PG)和极化不敏感线-圆极化(LP-CP)变换器的组合的功能：不仅可以反射x极化波，还可以接收y极化波并将其进一步转换为CP波。而且，由于本方案中的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线只有主反射阵列和极化敏感型线-圆极化变换器两层结构，相较于现有技术中的天线具有主反射阵列、极化栅(PG)以及极化不敏感线-圆极化(LP-CP)变换器三层结构，本方案中的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线层数结构得到减少，从而缩小了天线的整体轮廓。

附图说明

图1是现有技术中的天线的结构示意图；

图2是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的结构示意图；

图3是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的极化不敏感线-圆极化变换器的结构示意图；

图4是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的极化不敏感线-圆极化变换器的下基板的结构示意图；

图5是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的极化不敏感线-圆极化变换器的中间层的结构示意图；

图6是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的极化不敏感线-圆极化变换器的上基板的结构示意图；

图7是不同入射角下x极化波激励的极化敏感型线-圆极化变换器的仿真结果示意图；

图8是正入射y极化波激励下极化敏感型线-圆极化变换器的模拟反射系数和轴比(AR)；

图9是x、y极化在y极化入射波作用下的透射系数和相位的模拟示意图；

图10是y极化法向入射波下LHCP和RHCP的透射幅度的模拟示意图；

图11是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的结构示意图；

图12是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的1位相移单元的0°状态单元的布局和180°状态单元的布局示意图；

图13是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的两个单元在正入射波作用下的反射和透射系数模拟示意图；

图14是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的正常入射波下的相位差模拟示意图；

图15是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的两个单元在30°斜入射波下的反射和透射系数模拟示意图；

图16是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的30°斜入射波下的相位差模拟示意图；

图17是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的主反射阵列的馈电源的结构示意图；

图18是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的S参数模拟示意图；

图19是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线在10.1GHz下的辐射方向图；

图20是计算了10.1ghz下采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的相位分布示意图；

图21是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线的离散化相位分布示意图；

图22是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线测量和模拟的|S11|示意图；

图23是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线测得的和模拟的增益和AR的示意图；

图24是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线在xz平面的辐射方向图；

图25是本发明采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线yz平面的辐射图。

在附图中，各附图标记表示：主反射阵列—10、主基板—11、馈电源—13、第一馈电贴片—131、第一馈电轴—133、缺口部—135、第二馈电贴片—137、第二馈电轴—139、反射贴片—15、主体部—151、分支部—153、第一反射贴片—155、第二反射贴片—157、极化敏感型线-圆极化变换器—30、下基板—31、中间层—33、上基板—35、贴片单元—37、线极化贴片—371、第一缝隙—373、圆极化贴片—375、切角—377、第二缝隙—378、馈电线—379、极化栅(PG)—50、极化不敏感线-圆极化变换器—70。

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，以下结合附图及实施例，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。

请结合参考1至图6，本发明提出一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线包括主反射阵列10和极化敏感型线-圆极化变换器30。其中，极化敏感型线-圆极化变换器30包括下基板31、中间层33、上基板35以及多个贴片单元37，下基板31和主反射阵列10呈相对设置，中间层33连接于下基板31背离主反射阵列10的表面，上基板35连接于中间层33背离下基板31的表面，多个贴片单元37间隔分布，每一个贴片单元37均包括线极化贴片371、圆极化贴片375以及馈电线379，线极化贴片371贴设于下基板31面向主反射阵列10的表面，并设有两个第一缝隙373，两个第一缝隙373均贯穿线极化贴片371的同一侧周面，圆极化贴片375贴设于上基板35背离中间层33的表面，并与线极化贴片371呈相对设置，圆极化贴片375形成有两个切角377并设有第一缝隙373，馈电线379的一端连接于线极化贴片371，另一端依次穿过下基板31、中间层33以及上基板35而连接于圆极化贴片375，且馈电线379和中间层33之间具有间隙。

在本发明的一实施例中，主反射阵列10可以用于发出LP波信号，以供极化敏感型线-圆极化变换器30接收和转换。极化敏感型线-圆极化变换器30的下基板31可以用于安装多个贴片单元37的线极化贴片371，以使得多个线极化贴片371通过贴合于该下基板31上而形成一个整体。其中，下基板31可以为方形板状结构，以使得该下基板31的形状较为规则而便于成型制造。当然，本申请不限于此，于其他实施例中，该下基板31也可以为圆形板状结构或者其他形状的板状结构。另外，下基板31的厚度可以为1.524mm，相对介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027。进一步地，该下基板31的下表面还可以印刷了接地层。多个线极化贴片371均可以用于接收主反射阵列10发出的LP波信号。其中，多个线极化贴片371在下基板31上可以呈矩形阵列分布，以使其分布的较为规则紧密而对主反射阵列10所发出的LP波信号进行较充分的接收。当然，于其他实施例中，多个线极化贴片371在下基板31上也可以呈圆周阵列分布或者其他的无序间隔分布。中间层33可以用于连接下基板31和上基板35，具体的可以通过粘接的方式固定下基板31的上基板35。同时，该可以对线极化贴片371和圆极化贴片375起到一定的隔离作用。其中，该中间层33厚度可以为0.1mm，相对介电常数为3.7。上基板35可以安装多个贴片单元37的圆极化贴片375，以使得多个圆极化贴片375通过贴合于该上基板35上而形成一个整体。其中，上基板35也可以为方形板状结构，以使得该上基板35的形状较为规则而便于成型制造。当然，本申请不限于此，于其他实施例中，该上基板35也可以为圆形板状结构或者其他形状的板状结构。另外，上基板35的厚度也可以为1.524mm，相对介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027。进一步地，该上基板35的上表面也还可以印刷了接地层。多个圆极化贴片375均可以用于接收线极化贴片371传递的LP波信号，并将其转换为CP波信号。其中，多个圆极化贴片375在上基板35上也可以呈矩形阵列分布，以使其分布的较为规则紧密而对线极化贴片371传递的LP波信号进行较充分的接收。当然，于其他实施例中，多个圆极化贴片375在上基板35上也可以呈圆周阵列分布或者其他的无序间隔分布。馈电线379可以用于连接线极化贴片371和圆极化贴片375，以实现两者之间的信号传递。而馈电线379和中间层33具有间隙，可以对该馈电线379和中间层33进行隔离。其中，请参考图4，定义中间层33开设供馈电线379穿过的通孔的直径为R，馈电线379的直径为r，满足关系：1/7≤r/R≤5/7。也就是说，在馈电线379的直径为0.3mm时，中间层33开设供馈电线379穿过的通孔的直径可以为0.42mm、0.525mm、0.7mm1.05 mm、2.1mm，当然也可以为以上区间的任意取值。

本发明的技术方案的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线在使用时，通过主反射阵列10可以发出LP波信号，之后通过极化敏感型线-圆极化变换器30的下基板31上的线极化贴片371可以接受主反射阵列10所发出LP波信号，并通过馈电线379将该LP波信号传递至上基板35上圆极化贴片375，而通过该圆极化贴片375可以将LP波信号转换成CP波信号。也即本方案中的极化敏感型线-圆极化变换器30的天线的极化敏感型线-圆极化变换器30可以具有现有技术中的天线中的极化栅(PG)50和极化不敏感线-圆极化变换器(LP-CP)70的组合的功能：不仅可以反射x极化波，还可以接收y极化波并将其进一步转换为CP波。而且，由于本方案中的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线只有主反射阵列10和极化敏感型线-圆极化变换器30两层结构，相较于现有技术中的天线具有主反射阵列10、极化栅(PG)50以及极化不敏感线-圆极化变换器(LP-CP)70三层结构，本方案中的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线层数结构得到减少，从而缩小了天线的整体轮廓。

其中，采用具有周期边界条件的CST-WMS方法研究了单胞的性质。图7显示了极化敏感LP-CP转换器在不同斜入射x极化情况下的反射系数。结果表明，在X波段不同入射角下，反射系数Rxx大于-0.5dB。因此，它可以完全取代PG，用x极化反射大部分入射波。图8显示了y极化法向入射波下的反射系数和轴比(AR)。在9.3～10.5ghz频率范围内，反射系数小于-10dB。图9描绘了在具有y极化的入射波下单元的透射系数。Tyx和Tyy的幅值为-3.3db，在10.1GHz时相位差为90度。如图10所示，从9.8GHz到10.3ghz，y极化到左手圆极化(LHCP)的极化效率大于0.94。因此，极化敏感型LP-CP转换器可以有效地实现极化栅(PG)50和极化不敏感的线-圆极化(LP-CP)变换器70的功能。

请结合参考图3和图4，在本发明的一实施例中，线极化贴片371于下基板31所在的平面上的投影为正方形，两个第一缝隙373关于线极化贴片371的中心线呈对称设置。

其中，第一缝隙373关于线极化贴片371的中心线呈对称，能够使其设置的相对较为规则，而便于各个线极化贴片371对主反射阵列10所发出的LP波信号的进行均匀、稳定的接收。同时，如此设置也使得该线极化贴片371的形状较为规则而便于加工成型。当然，需要说明的是，本申请不限于此，于其他实施例中，线极化贴片371于下基板31所在的平面上的投影也可以为长方形或者圆形等，而两个第一缝隙373的延伸方向也是呈相交设置。

请结合参考图3和图4，在本发明的一实施例中，定义线极化贴片371的边长为W₁，两个第一缝隙373之间的距离为W_S1，满足关系：3/12≤W_S1/W₁≤7/12；

其中，在两个第一缝隙373之间的距离W_S1设置的过大或者过小，均会影响线极化贴片371对主反射阵列10所发出的LP波信号的接收，因此将两个第一缝隙373之间的距离为W_S1和线极化贴片371的边长为W₁的比值设置为3/12≤W_S1/W₁≤7/12。而测试结果可以参考图7至图10所示，该第一缝隙373之间的距离W_S1和线极化贴片371的边长W₁的比值设置为3/12≤W_S1/W₁≤7/12时具有较好的接收效果。而在线极化贴片371的边长的W₁为7.2mm时，两个第一缝隙373之间的距离为W_S1可以为1.8mm、2.4mm、3mm、3.6mm、4.2mm，当然也可以为以上区间的任意取值。于其他实施例中，而线极化贴片371的边长的W₁也可以为6mm、6.5mm 7mm、7.2mm、7.6mm、7.8mm、8mm或者其他值等。

请结合参考图3和图4，在本发明的一实施例中，定义线极化贴片371的边长为W₁，两个第一缝隙373的长度均为L_S1，满足关系：9/24≤L_S1/W₁≤13/24。

同样的，在两个第一缝隙373之间的距离L_S1设置的过大或者过小，也会影响线极化贴片371对主反射阵列10所发出的LP波信号的接收，因此将两个第一缝隙373的长度L_S1和线极化贴片371的边长为W₁的比值设置为9/24≤L_S1/W₁≤13/24。而测试结果也可以参考图7至图10所示，该两个第一缝隙373的长度L_S1和线极化贴片371的边长为W₁的比值设置为9/24≤L_S1/W₁≤13/2时具有较好的接收效果。而在而在线极化贴片371的边长的W₁为7.2mm时，两个第一缝隙373之间的距离为L_S1可以为2.7mm、3mm、3.3mm、3.6mm、3.9mm，当然也可以为以上区间的任意取值。

请结合参考图3和6，在本发明的一实施例中，圆极化贴片375于上基板35所在的平面上的投影为正方形，两个切角377位于圆极化贴片375的两个对角区，并关于圆极化贴片375的中心点呈对称分布。

在将圆极化贴片375设置为正方形时，可以使其形成四个边角，此时将该圆极化贴片375的其中的两个边角裁切之后便可较快的形成两个切角377。而两个切角377位于圆极化贴片375的两个对角区，并关于圆极化贴片375的中心点呈对称分布，可以使得该圆极化贴片375的形状较为规则而便于加工成型。当然，本申请不限于此，于其他实施例中，该两个切角377也可以是位于圆极化贴片375相邻的两个边角区，而该圆极化贴片375也可以为长方形或者圆形。进一步地，在本发明的一实施例中，第二缝隙378位于两个切角377之间，并形成为两个切角377的对称中心线。此时可以使得各个圆极化贴片375均关于第二缝隙378对称，进而便于各个圆极化贴片375对线极化贴片371所传递的LP波信号进行均匀、稳定的接收，并将其转换成CP波信号。

请结合参考图3和6，在本发明的一实施例中，定义圆极化贴片375的边长为W₂，第二缝隙378的长度为L_S2，宽度为W_S2满足关系：33/72≤L_S2/W₂≤37/72，1/72≤W_S2/W₂≤5/72。

其中，第二缝隙378的尺寸的设置也对圆极化贴片375的性能具有影响，而将第二缝隙378的长度为L_S2，宽度为W_S2设置为33/72≤L_S2/W₂≤37/72，1/72≤W_S2/W₂≤5/72，可以圆极化贴片375对线极化贴片371所传递的LP波信号的接收转换效果，测试结果也可以参考图7至图10所示。而在圆极化贴片375的边长W₂为7.2mm时，第二缝隙378的长度L_S2可以为3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm，第二缝隙378W_S2的宽度可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm，当然也可以为以上区间的任意取值。而圆极化贴片375的边长的W₂也可以为6mm、6.5mm 7mm、7.2mm、7.6mm、7.8mm、8mm或者其他值等。

请参考图11，在本发明的一实施例中，主反射阵列10包括主基板11、馈电源13以及多个反射贴片15，馈电源13设于主基板11面向下基板31的表面；多个反射贴片15贴设于主基板11并呈间隔分布，且多个反射贴片15环绕馈电源13设置。

可以理解，通过主基板11可以承载馈电源13和多个反射贴片15，从而使得该主反射阵列10的各个零部件可以形成一个整体而便于主反射阵列10和极化敏感型线-圆极化变换器30的连接。其中，主基板11可以和极化敏感型线-圆极化变换器30的下基板31连接，具体的可以通过四个塑料的支撑柱连接主基板11和下基板31的四个边角区，以提高两者连接的稳定性而提高天线的整体强度。其中，主基板11的厚度可以为1.524mm，相对介电常数εr可以为3.55。

请结合参考图11和图12，在本发明的一实施例中，每一个反射贴片15包括主体部151和分支部155，主体部151于主基板11所在的平面上投影为圆形；分支部155连接于主体部151的一侧边，分支部155于主基板11所在的平面上投影为矩形。进一步地，在又一实施例中，定义多个反射贴片15中包括有第一反射贴片155和第二反射贴片157，第一反射贴片155的中心线和第二反射贴片157的中心线之间的夹角为45°。

其中，1位相移单位单元的的0°状态的单胞体由一个第一反射贴片155和一个逆时针旋转45度的第二反射贴片157组成，此时将0°状态单元顺时针旋转90°即可得到180°状态的单元。而根据相关理论，此时两种状态之单元间的相位差应当等于180度。图13中绘制了两态单元的模拟S参数。结果表明，在9.07G～10.42GHz的频率范围内，两个单胞在正入射x极化波(Rxx)作用下的反射系数均小于-10dB，在同一频率范围内，x～y极化波(Ryx)的透射系数约为-0.25dB。两个单元的模拟相位响应如图14所示，它们的相位差等于180度。为了分析角度稳定性，在图15)和图16中模拟并绘制了30度斜入射波作用下单元的反射系数和透射系数。结果表明，反射系数也低于-10dB，两个单元的相位差在工作频带内保持180度的稳定。也即，该主反射阵列10可以提供90度极化扭曲以及0度和180度相移。另外，反射贴片15主体部151的半径r_p可以为7mm，分支部155的长度l_p可以为2.7mm，宽度w_p可以为1.8mm，以使得该反射贴片15具有较对较好的信号反射效果。当然，本申请不限于，于其他实施例中，反射贴片15主体部151的半径r_p也可以为5mm、6mm、8mm、9mm等，分支部155的长度l_p也可以为2.5mm、2.6mm、2.8mm、2.9mm等，宽度w_p也可以为1.6mm、1.7mm、1.9mm、2mm等。

请结合参考图11和图17，在本发明的一实施例中，馈电源13包括第一馈电贴片131，第一馈电贴片131通过第一馈电轴133连接于主基板11，且第一馈电片形成有四个缺口部135；和六个第二馈电贴片137，六个第二馈电贴片137形成为两组第二馈电贴片137组，两组第二馈电贴片137组分别设于第一馈电片的相对的两侧，每一个第二馈电贴片137均通过第二馈电轴139连接于主基板11。

其中，第一馈电片可以为正方形，且边长可以为8.3mm，其四个边角区形成有四个缺口部135。四个缺口部135的长度可以为1.65mm，宽度可以为0.5mm。第二馈电贴片137的也可以为正方形，且边长可以为6.2mm,。如此设置的馈电源13，使其它具有低剖面、宽带、易于集成在底层主反射阵列10中等优点。馈电源13的总尺寸为42mm×28mm，取代了主反射阵列10的3×2单元面积。用第一馈电轴133激励微带天线，如图11所示。微带天线的布局和尺寸也如图11所示。图18和图19分别绘制了10.1ghz下的|S11|和归一化辐射图案。结果表明，该微带天线在9～10.5ghz范围内具有良好的匹配性能，且|S11|<-10dB。主反射阵由19×20个单元组成，总尺寸为266mm×280mm。焦距直径比(F/D)设为0.96，底层主反射阵列10与顶层线-圆极化变换器的距离为焦距的一半，天线的辐射束沿z轴。主反射阵列10的相位分布如图20所示。为了通过使用1个单位来实现图20中所示的相位，通过使用0°和180°的两个相位状态来离散它，离散化的相位分布如图21所示。

进一步地，对上述采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线进行检测，如图22所示，|S 11|低于-10dB。由于制造公差，在这两个结果之间反射零会发生微小的频移。如图23所示，测得的增益约为21dBic，接近模拟结果，增益损失很小。在图23中还绘制了测得的和模拟的AR。可以发现，测量结果和模拟结果之间存在频移。模拟的3dB AR带宽为9.8～10.3GHz。天线在xz平面和yz平面上的仿真和测量归一化辐射方向图在图24和图25中绘制。在LZCP平面上仿真和测量的LHCP辐射图在xz平面和yz平面上彼此一致。RHCP(交叉极化)的归一化辐射增益小于-15dB。

也即，通过使用极化敏感型线-圆极化变换器30代替现有技术中极化栅(PG)50和偏不振敏感的线-圆极化变换器转换器(LP-CP)70，形成一种薄型的天线。这种高度集成的设计可以减少外形并简化设计过程。具体而言，圆极化贴片375和线极化贴片371通过馈电线379连接，以实现极化不敏感线-圆极化变换器(LP-CP)70代转换的功能。且圆极化贴片375只能发送指定极化的波，因此该线-圆极化变换器极化敏感。而主反射阵列10由1未单位单元组成，并可以提供90度极化扭曲以及0度和180度相移。另外仿真和实测结果均表明本申请所提出天线的有效性，而未来的工作也将集中在宽带、宽光束、高增益和低调天线的设计上。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，包括：

主反射阵列；和

极化敏感型线-圆极化变换器，所述极化敏感型线-圆极化变换器包括下基板、中间层、上基板以及多个贴片单元，所述下基板和所述主反射阵列呈相对设置，所述中间层连接于所述下基板背离所述主反射阵列的表面，所述上基板连接于所述中间层背离所述下基板的表面，多个所述贴片单元间隔分布，每一个所述贴片单元均包括线极化贴片、圆极化贴片以及馈电线，所述线极化贴片贴设于所述下基板面向所述主反射阵列的表面，并设有两个第一缝隙，两个所述第一缝隙均贯穿所述线极化贴片的同一侧周面，所述圆极化贴片贴设于所述上基板背离所述中间层的表面，并与所述线极化贴片呈相对设置，所述圆极化贴片形成有两个切角并设有第一缝隙，所述馈电线的一端连接于所述线极化贴片，另一端依次穿过所述下基板、所述中间层以及所述上基板而连接于所述圆极化贴片，且所述馈电线和所述中间层之间具有间隙。

2.如权利要求1所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，所述线极化贴片于所述下基板所在的平面上的投影为正方形，两个所述第一缝隙关于所述线极化贴片的中心线呈对称设置。

3.如权利要求2所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，定义所述线极化贴片的边长为W₁；

两个所述第一缝隙之间的距离为W_S1，满足关系：3/12≤W_S1/W₁≤7/12；和/或，两个所述第一缝隙的长度均为L_S1，满足关系：9/24≤L_S1/W₁≤13/24。

4.如权利要求1所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，所述圆极化贴片于所述上基板所在的平面上的投影为正方形，两个所述切角位于所述圆极化贴片的两个对角区，并关于所述圆极化贴片的中心点呈对称分布。

5.如权利要求4所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，所述第二缝隙位于两个所述切角之间，并形成为两个所述切角的对称中心线。

6.如权利要求5所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，定义所述圆极化贴片的边长为W₂，所述第二缝隙的长度为L_S2，宽度为W_S2满足关系：33/72≤L_S2/W₂≤37/72，1/72≤W_S2/W₂≤5/72。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，所述主反射阵列包括：

主基板；

馈电源，所述馈电源设于所述主基板面向所述下基板的表面；以及

多个反射贴片，多个所述反射贴片贴设于所述主基板并呈间隔分布，且多个反射贴片环绕所述馈电源设置。

8.如权利要求7所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，所述馈电源包括：

第一馈电贴片，所述第一馈电贴片通过第一馈电轴连接于所述主基板，且所述第一馈电片形成有四个缺口部；和

六个第二馈电贴片，六个所述第二馈电贴片形成为两组第二馈电贴片组，两组所述第二馈电贴片组分别设于所述第一馈电片的相对的两侧，每一个所述第二馈电贴片均通过第二馈电轴连接于所述主基板。

9.如权利要求7所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，每一个所述反射贴片包括:

主体部，所述主体部于所述主基板所在的平面上投影为圆形；和

分支部，所述分支部连接于所述主体部的一侧边，所述分支部于所述主基板所在的平面上投影为矩形。

10.如权利要求9所述的采用极化敏感型线-圆极化变换器的天线，其特征在于，定义多个所述反射贴片中包括有第一反射贴片和第二反射贴片，所述第一反射贴片的中心线和所述第二反射贴片的中心线之间的夹角为45°。

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