CN116686169A - 用于平行板波导的极化器 - Google Patents

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L·曼霍姆
M·约翰逊
F·维达尔森
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Abstract

一种极化屏，用于改变从平行板波导(PPW)辐射的射频波形的极化状态，其中，该波形具有中心频率和带宽，该极化屏包括：多个可延展片材，其在第一片材的局部法向量的方向上以相应的片材间间隔彼此平行地堆叠设置，每个片材包括在延伸方向上形成单位单元的一维周期性结构的导电图案，其中，该周期性结构和与延伸方向正交并与片材的局部法向量正交测量的高度相关联，其中，每个单位单元包括孔径，该孔径被配置为在预定极化状态下发送射频波形，其中，根据射频波形的中心频率和/或带宽，确定高度，以使得预定极化状态被提供并在PPW与射频波形的透射介质之间匹配。

Description

用于平行板波导的极化器
技术领域
本公开涉及具有极化屏的平行板波导、以及用于无线电通信的天线系统和无线电收发机。本文讨论的方法、系统和设备使能发送和接收极化和波束成形的射频信号。还讨论了用于生产具有极化屏的平行板波导(PPW)的制造方法。
背景技术
在无线通信系统中，诸如用于蜂窝接入和/或用于卫星通信的射频通信系统中，通常需要控制发送和/或接收的电磁(EM)场的极化状态。例如，双极化通信系统能够将总系统容量增加两倍，从而借助于极化正交性来重新使用相同的频谱而不产生干扰。这可以被称为极化分集。双极化通信系统可以是双线极化或双圆极化。
先前针对PPW天线创建极化器的方法包括使用在方形波导内集成的常规隔片极化器，如在“用于卫星通信应用的圆极化平行板波导多波束透镜状天线(Circularlypolarized parallel plate waveguide multiple-beam lens-like antenna for satcomapplications)”(作者N.Bartolomei等，发表于第13届欧洲天线与传播会议(EUCAP)论文集，2019年4月)中所提出的。在这项工作中，使用隔片阵列从PPW准光学波束成形器产生圆极化。
US6861997 B2提出了一种用于低剖面天线应用的平行板隔片极化器，其包括对标准隔片的修改，其中，为了创建方形波导而添加的垂直壁被移除，并且阶梯式隔片被替换为基于周期性齿的锯状设计。在隔片极化器中，方形波导由两个矩形波导馈电，并且每个矩形波导用一个传播模式进行操作，而方形波导(也被称为公共波导)用两个正交传播模式进行操作。通过调整这两个正交传播模式之间的相移来转换入射信号的极化。
在上面讨论的“用于卫星通信应用的圆极化平行板波导多波束透镜状天线”中描述的设计需要在PPW模式(相当于自由空间传播的TEM模式)与TE模式(矩形和方形波导的特性)之间的转换。方形孔径针对离散孔径中的两个模式提供了类似的传播特性，这在原则上有利于宽带操作。然而，孔径的离散化影响了整体性能，特别是扫描范围，因为在斜入射时，TEM模式与TE模式之间的转换劣化。
在US6861997 B2中通过使用连续孔径避免了这个问题。然而，这以更色散的极化器行为为代价，从而导致更窄的频带操作。这是因为在齿区域中保持TEM模式，而正交模式是TE模式，具有非常不同的传播特性。因此，对于给定的极化转换，仅在设计频率下实现所需的相移，从而导致狭窄的操作带宽。从先前的技术来看，没有任何解决方案使能同时宽带极化变换、与自由空间的宽带匹配以及与PPW设备(诸如PPW准光学波束成形器)兼容的宽角扫描范围。
具有齿的设计可以潜在地被替换为类似于在“具有扩展半球透镜的宽带圆极化毫米波天线的设计(Design of a wideband circularly polarized millimeter-waveantenna with an extended hemispherical lens)”(作者K.Wang和H.Wong，发表于IEEE微波理论与技术期刊，第66卷第8期，2018年8月)中描述的设计。该设计使用光栅电介质和空气板，其将入射波从线极化转换成圆极化。带宽的增加以更高的信号损耗和增加的机械复杂度为代价，因为电介质板将必须在PPW扩口中以45度定向。
在“基于电路建模的全金属极化屏的设计(Design of Full-Metal PolarizingScreen Based on Circuit Modeling)”(作者C.Molero、T.Debogovic和M.García-Vigueras，发表于2018IEEE/MTT-S国际微波研讨会(IMS))中引入了用于实现极化转换的替代概念。这里，使用了基于全金属结构的极化屏。该极化器包括由两个穿孔屏包围的方形波导部分的双周期性设置。被放置在单位单元两侧的穿孔允许在特定频带的全透射。在该频带内，单位单元还允许调整其各向异性，以便将45°斜面波的线极化变换成圆极化。然而，这种结构受到了带宽限制。还预计孔径在过截止方形波导中的离散化会影响极化屏的角稳定性。
在“通过扭曲互补分裂环谐振器阵列经由增强型非对称透射的宽带极化变换(Broadband polarization transformation via enhanced asymmetric transmissionthrough arrays of twisted complementary split-ring resonators)”(作者W.Zeyong等，发表于应用物理学快报，99，221907，2011年9月)中避免了孔径的离散化。提出了一种二维互补分裂环谐振器(CSRR)阵列以改变宽频率范围上的极化状态。多层CSRR单位单元的设计依赖于如由Floquet定理所描述的二维周期性边界条件，假定两个正交基本模式具有类似的特性。然而，将这种极化屏与平行板波导波束成形器(诸如Luneburg透镜、短程透镜、或枕盒天线)一起使用是一个挑战，因为孔径中的两个基本模式(准TEM和TE01)具有非常不同的传播特性，从而导致非常色散的行为(即，窄带响应)。此外，已知使用这种屏的宽带性能需要大量的层。例如，在“用于平面化超薄宽带圆极化器的扭曲光学超材料(TwistedOptical Metamaterials for Planarized Ultrathin Broadband CircularPolarizers)”(作者Y.Zhao、M.A.Belkin和A.Alu，发表于自然通讯，2012年5月)中讨论了使用扭曲对称性的极化屏的频率响应根据层数的变化。结果表明，需要至少三层(优选地，更多层)的堆叠以实现宽带性能。在“用于卫星应用的圆极化多波束天线(Circularlypolarised multiple beam antenna for satellite applications)”(作者W.Tang、D.Bresciani、H.Legay、G.Goussetis和Nelson J.G.Fonseca，发表于第11届欧洲天线与传播会议(EUCAP)论文集，2017年3月)中描述了一种具有更简单的堆叠设计的替代设计。在这种情况下，仅需要一个层以获得宽带性能，但屏仅在反射下进行操作。所有这些周期性极化屏解决方案(无论采用透射还是采用反射)都将需要屏位于距离PPW孔径的一定距离处，以使得设计假设(Floquet定理)保持有效。这导致了不希望的庞大实现，因为通常优选小占用空间的组件和天线系统。
因此，需要更紧凑的PPW结构，其提供与自由空间的宽带匹配和EM场的极化变换两者，并且可以被用于透镜天线应用，诸如准光学波束成形器。
发明内容
本公开的一个目的是提供紧凑型PPW结构，其提供与自由空间的宽带匹配和EM场的极化变换两者，并且可以被用于透镜天线应用，诸如蜂窝接入网络和基于卫星的通信两者中的准光学波束成形器。
至少部分地通过一种极化屏来获得该目的，该极化屏用于改变从平行板波导辐射的射频波形的极化状态，该波形具有中心频率和带宽。该极化屏包括多个可延展片材，其在第一片材的局部法向量V的方向上以相应的片材间间隔彼此平行地堆叠设置。每个片材包括在延伸方向D上形成单位单元的一维周期性结构的导电图案，其中，该周期性结构和与延伸方向D正交并与片材的局部法向量V正交测量的高度相关联，并且其中，每个单位单元包括孔径，该孔径被配置为在预定极化状态下发送射频波形。根据射频波形的中心频率和/或带宽，确定高度，以使得预定极化状态被提供并在PPW与射频波形的透射介质之间匹配。
因此，提供了一种具有改变辐射EM场的极化状态的能力的紧凑型PPW结构。所公开的极化屏还提供了与透射介质的匹配，这是一个优点。屏的高度优选地小于与射频波形的中心频率对应的波长，并且更优选地约半个波长，这意味着屏将允许小占用空间的紧凑型PPW，尤其是当在更高的载波频率(诸如大约80GHz)下使用时。
根据各方面，极化屏包括两个、三个或四个片材，并且优选地只两个片材。从成本和物理占用空间两者的角度来看，仅需要这种相对少量的片材是一个优点。此外，由于屏中少量的层，因此可以以低成本过程来制造极化屏，这是一个优点。
根据各方面，相邻片材的导电图案在单位单元围绕与法向量V平行的相应的单位单元中心轴A的旋转方面不同。例如，单位单元可以被形成为互补分裂环谐振器(CSRR)，其尺寸根据射频波形的中心频率和/或带宽来确定。一个片材的CSRR围绕中心轴A以相对于相邻片材的CSRR或者相对于与PPW相关联的参考角的一定角度旋转。参考角可以例如对应于垂直或水平方向。已发现CSRR产生良好的性能，并且还可以以成本效益的方式来制造。然而，也可以在根据本公开的极化屏中使用其他类型的单位单元。例如，单位单元可以被形成为以下中的任何一项：共形分裂方形(矩形)谐振器、槽、双槽、或狗骨槽，其中，一个片材的单位单元围绕相应的单位单元的中心轴A以相对于相邻片材的单位单元的一定角度旋转。
根据各方面，片材是金属片材，并且导电图案被形成为片材中的孔径，其中，片材的厚度在0.1mm到1.0mm之间，优选地，约0.3mm。该厚度范围意味着片材可以很容易被弯曲以符合PPW的不同孔径几何形状，例如，弯曲表面或平坦表面，这是一个优点。此外，可以以成本效益的方式形成孔径。
根据各方面，导电片材被设置为一个或多个电介质载体构件上的金属化表面。以此方式，可以以成本效益的方式高精度地制造极化屏，这是一个优点。一个或多个电介质载体构件还可以与PPW的一部分整体形成。以此方式，可以在电介质材料中形成包括极化屏的PPW的整个部分，进而在单个制造步骤中进行金属化。
还通过一种平行板波导装置来获得本公开的目的，该平行板波导装置包括根据上述方面的至少一个极化屏。该极化屏被设置在PPW的外围边缘附近，以同时改变从PPW辐射的射频波形的极化状态，并且还提供关于透射介质的匹配。
为了进一步改进PPW装置，锥形部分可选地被设置为邻近并通向至少一个极化屏。
根据各方面，PPW装置包括准光学波束成形器，优选地，被形成为短程透镜、超表面透镜、或梯度折射率电介质透镜的透镜，诸如Luneburg透镜。因此，本文公开的概念可与各种不同的设备一起应用。
根据各方面，PPW装置包括多个天线端口，该多个天线端口沿着与极化屏相对的透镜外围的一部分设置并沿着透镜外围切向间隔开。以此方式，PPW装置可以被用于例如对接入网络中或卫星通信系统中的无线电通信信号进行波束成形。
还通过一种包括PPW装置的天线系统来获得该目的，该PPW装置包括沿着透镜轴堆叠的多个透镜。这种类型的天线系统可以例如被设置为双极化透镜天线，其包括与第一极化相关联的第一类型极化屏和与不同于第一极化的第二极化相关联的第二类型极化屏。
本文还公开了用于制造极化屏和PPW装置的方法、以及与上述优点相关联的控制单元。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本公开，其中：
图1示出示例通信系统的各方面；
图2A-B示意性地示出包括波束成形设备的多波束天线系统；
图3示出示例互补分裂环谐振器(CSRR)单位单元；
图4A-B示出用于极化射频波形的单位单元的堆叠；
图5示出包括堆叠的单位单元行的极化屏；
图6示出朝向极化屏的锥形过渡；
图7示出具有天线端口和极化屏的Luneburg透镜天线；
图8-9示意性地示出包括极化屏的Luneburg透镜的堆叠；
图10A-B示出金属化电介质载体构件的正面和背面；
图11是示出方法的流程图；
图12示意性地示出处理电路；
图13示出计算机程序产品；以及
图14A-D示意性地示出多个示例单位单元几何形状。
具体实施方式
现在将在下面参考附图更全面地描述本公开的各方面。然而，本文公开的不同设备、系统、计算机程序和方法可以以多种不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文阐述的各方面。附图中相似的编号始终指代相似的元件。
本文使用的术语仅用于描述本公开的各方面，而并非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文明确地另有所指。
图1示出了示例通信系统100，其中，接入点110、111在覆盖区域130上向无线设备140、150提供无线网络接入。第四代(4G)3GPP网络中的接入点通常被称为演进型节点B(eNodeB)，而第五代(5G)3GPP网络中的接入点被称为下一代节点B(gNodeB)。接入点110、111被连接到某种类型的核心网络120，诸如演进型分组核心网络(EPC)。EPC是网络的一个示例，其可以包括有线通信链路，诸如光链路121、122。
通信系统100还可以包括一个或多个卫星收发机160，其被设置为建立并维持与无线设备140、150的通信链路165。卫星收发机160还可以被设置为建立并维持与陆基卫星通信收发机170的通信链路166，陆基卫星通信收发机170可以被连接123到EPC 120或一些其他有线通信网络。
无线接入网络100支持至少一种无线电接入技术(RAT)以用于与无线设备140、150(有时被称为用户设备(UE))进行通信145、155。可以理解，本公开并不限于任何特定类型的无线接入网络类型或标准，也不限于任何特定的RAT。然而，本文公开的技术特别适用于3GPP定义的无线接入网络。
已在3GPP中研究了卫星在5G中的作用和益处，例如，参见3GPP TS 22.261V18.0.0(2020-9)。基于卫星的通信被认为与关键任务和工业应用特别相关，其中，无处不在的覆盖至关重要。
在本文中，卫星通信是指与低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)、静止地球轨道(GEO)或高椭圆轨道(HEO)中的航天器进行通信或经由这些航天器进行通信。它还可以扩展到与所谓的伪卫星或大气卫星(诸如高空平台(HAP)、无人机和大气气球)进行通信或经由这些卫星进行通信。
图2A示出了示例极化通信系统200，其中，天线装置220产生第一极化210的多个天线波束以用于与无线设备140进行通信145。
图2B示出了基于双极化天线装置240的另一个极化通信系统250，其中，第一极化210的波束已被第二极化230的波束补充。与图2A中的通信系统200相比，通信系统250通常与增加的总容量相关联。
本公开涉及一种紧凑型PPW结构，其提供与自由空间的宽带匹配以及极化变换两者。这种结构可以有利地被用于透镜天线应用或基于准光学波束成形器的其他天线。例如，本文讨论的PPW结构和天线装置可以有利地被用于上面结合图1讨论的无线电收发机。
在毫米波频率下，损耗至关重要并且通常优选基于例如波导组件的全金属EM设备。然而，离散波束成形网络随着孔径大小的增加而变得复杂。对于这种应用，人们对使用PPW很感兴趣，PPW在机械上很简单并且容忍制造误差，从而导致在大规模生产中可能节省成本。它们还提供非常宽的单模频率带宽，适用于毫米波无线通信。PPW设备的主要限制在于它们在垂直于波导板的单线极化状态下操作。使极化器改变PPW的极化状态而不损害其优点将是有利的。
本文提出的设计围绕用于PPW的极化器而发展，其具有同时提供与自由空间的宽带匹配和极化转换的一维周期性结构。该实现依赖于薄极化片材或金属化表面，其可以被弯曲以适应孔径的曲率(例如，与Luneburg或短程透镜组合)。换言之，本文讨论的极化片材是可延展的。可延展表面是具有零高斯曲率的光滑表面。也就是说，它是可以被压平到平面上而没有变形的表面(即，它可以被弯曲而没有拉伸或压缩)。相反，它是可以通过变换平面(即，“折叠”、“弯曲”、“滚压”、“切割”、和/或“粘合”)而制成的表面。在三维空间中，所有可延展表面都是规则表面(但反之则不然)。单参数平面族的包络被称为可延展表面。
本文公开的极化屏提供线极化旋转(±45°)，以使能从PPW波束成形器的堆叠的极化分集。在垂直于透镜的平面的维度中，孔径的大小小于一个波长(通常约半个波长)，因此使能使用PPW波束成形器的堆叠沿着与PPW波束成形器正交的方向的波束扫描，这是一个优点。可替代地，极化屏可以被设计为将线极化改变成圆极化。进而，利用组合了将PPW的线极化改变成左圆极化和右圆极化的屏的PPW波束成形器的堆叠来获得极化分集。
在本文中，半个波长是与在中心频率下测量的EM场的波长的大约一半对应的度量。根据一些方面，半个波长是大约从中心频率下的波长的80％到中心频率下的波长的120％的波长范围。
所提出的概念的各方面包括平行设置的两层或三层单位单元元件，以获得宽带极化转换。通常，当设计这种单位单元时，考虑自由空间二维周期性环境(Floquet定理)，而不是这里的平行板波导环境。如上所述，PPW环境导致高色散行为，特别是当PPW孔径的高度与波长相比很小时(通常为半个波长)。因此，在本文提出的类型的设计中可以保持宽带性能并非显而易见，并且确实有些令人惊讶。此外，已知电学上的小孔径提供很差的与自由空间的匹配。所提出的设计将这两个功能组合到扩口结构中，即极化转换和与自由空间的匹配的功能。在PPW环境中，还发现一个反直觉的特性，即利用更少数量的层(通常为两个或三个)而获得更好的性能。然而，可以理解，具有单个薄层的设计在理论上是不可能的。
所提出的解决方案的各方面涉及使用两个或三个片材的全金属结构，这些片材包括基于例如扭曲对称互补CSRR的亚波长元件(通常为半个波长)的相应一维周期性设计。片材图案设计的起始点是常规的周期性单位单元方法。应用这种类型的单位单元以按步骤旋转电场，以此方式使得垂直极化被变换成例如相对于公共参考角的±45°极化角。
图3示出了示例CSRR单位单元300。CSRR单位单元包括弧形孔径310，其外部和内部半径分别为R和r，即，CSRR孔径宽度为R-r。CSRR的弧形段的间隔被称为g。单位单元的高度为py，并且其宽度为px。
图4A和4B示出了平行设置并具有面向同一方向的孔径310的单位单元410、420、430的堆叠400a、400b。一个层的单位单元已围绕单位单元中心轴A以相对于第一层单位单元的旋转角φ0或者相对于一些其他参考角而测量的一定角度φ0、φ1、φ2旋转。在图4A和4B中，片材间间隔被称为d1和d2。图4A中的几何形状提供了EM场的第一极化状态，而图4B中的几何形状提供了EM场的另一种极化状态。除其他外，所获得的极化状态是旋转角φ0、φ1、φ2序列的函数。
根据一个示例，下面的值提供了用于极化射频波形的尺寸的示例(载波频率为28GHz、带宽为6GHz)。
参数 值
px 5.5mm
py 5.5mm
R 2.6mm
r 1.6mm
d1 2.55mm
d2 2.6mm
φ1-φ0 22度
φ2-φ0 45度
图5示出了示例极化屏500，其被设置为在PPW环境中改变具有中心频率和带宽的射频波形的极化状态。在该示例中，极化屏具有直长剖面，其中，单位单元300沿着在延伸方向D上延伸的直线L以相等的间隔设置。极化屏500包括具有单位单元300的片材510、520、530，其被集成在扩展PPW配置中。根据射频波形的中心频率和/或带宽，确定极化屏500的高度py，以使得预定极化状态被提供并在PPW与射频波形的透射介质之间匹配。优选地，高度py小于与射频波形的中心频率对应的波长，并且优选地约中心频率下的半个波长。
多个可延展片材510、520、530中的每个片材在第一片材510的局部法向量V的方向上以相应的片材间间隔d1、d2与其他片材平行地堆叠设置。每个片材510、520、530包括在延伸方向D上形成单位单元300、410、420、430的一维周期性结构的导电图案。与延伸方向D正交地并还与片材的局部法向量V正交地测量高度py，例如，如图5中所示。可以理解，每个单位单元包括孔径310，其被配置为在预定极化状态下发送射频波形。
如上所述，极化屏优选地包括两个、三个或四个片材，并且优选地两个片材。如上所述，这与现有技术并不一致，在现有技术中，主流观点是更多的片材提供更好的性能，而不是更差的性能。然而，在本文的上下文中，平行设置的多于三个或四个的片材将不会改进极化变换，也不会改进与自由空间的匹配，因为利用两个模式(准TEM和TE01模式)操作的PPW的色散性质。
相邻片材的导电图案在单位单元300、410、420、430围绕与法向量V平行的相应的单位单元中心轴A的旋转φ0、φ1、φ2方面不同。
根据一个示例，参考图4A和4B，单位单元300、410、420、430被形成为互补分裂环谐振器(CSRR)，其中，一个片材的CSRR围绕中心轴A以相对于相邻片材的CSRR的一定角度φ0、φ1、φ2旋转。然而，参考图14A-D，单位单元还可以被形成为以下中的任何一项：共形分裂方形矩形谐振器1440、槽1410、双槽1420、或狗骨槽1430，其中，一个片材的单位单元围绕相应的单位单元的中心轴A以相对于相邻片材的单位单元的一定角度φ旋转。这种元件通常是已知的，并因此将不会在本文中更详细地讨论。
图6示出了示例PPW 600的细节，PPW 600具有被集成在PPW孔径或边缘630附近的集成极化屏。锥形部分620或锥形过渡被设置为邻近并通向至少一个极化屏片材510、520。实现从透镜到极化器的锥形过渡以便减少这两个组件之间的反射。在该示例中，导电片材被设置为具有第一和第二相对边缘的单独构件，该第一和第二相对边缘被配置为在PPW的相应的相对槽610中被接纳。注意，该边缘和槽配置可以被应用于直片材以及弧形片材两者，弓形片材被配置为与例如短程透镜天线装置的弯曲孔径共形。
构成极化屏的片材510、520可以被构造为金属片材，并且导电图案可以被形成为在片材中切割或以其他方式加工的孔径。片材的厚度可以从大约0.1mm到1.0mm不等，并且优选地约0.3mm。该厚度允许片材的弯曲以符合例如弧形等。
图7示出了被成形为Luneburg透镜的示例PPW。这种类型的PPW短程透镜可以基于平行曲线以实现具有宽角扫描范围的低剖面波束成形器，并已被证明可产生高性能而紧凑的天线。在“水滴透镜：基于平行曲线的调制短程透镜天线(The water drop lens:amodulated geodesic lens antenna based on parallel curves)”(作者NelsonJ.G.Fonseca、Qingbi Liao和Oscar Quevedo-Teruel，发表于2018年国际天线与传播研讨会(ISAP 2018)论文集，2018年10月23-26日)中描述了这种PPW。
图7中例示的PPW装置700包括至少一个极化屏720，其被设置在PPW的外围边缘附近，以提供射频波形的极化状态的同时改变以及关于透射介质730(诸如空气)的匹配。在这种情况下，极化屏720具有弧形剖面，其中，单位单元300沿着弧线以相等的间隔被设置。然而，本文公开的极化屏可以被共形成形以与PPW的可以被压平在平面上的任何孔径相匹配而没有变形，这是一个优点。因此，本文讨论的PPW装置通常还可以被形成为准光学波束成形器，优选地，被形成为短程透镜、超表面透镜、或梯度折射率电介质透镜的透镜，诸如Luneburg透镜。
图7中的PPW装置700包括多个天线端口P1-P11，其沿着与极化屏720相对的透镜外围的一部分设置并沿着透镜外围切向间隔开，如图7中所示意性地示出。每个端口产生具有相应的指向方向的天线波束，类似于上面结合图2A讨论的示例。可以理解，诸如图7中所示的单个Luneburg透镜与单个极化相关联。在“水滴透镜：基于平行曲线的调制短程透镜天线”(作者Nelson J.G.Fonseca、Qingbi Liao和Oscar Quevedo-Teruel，发表于2018年国际天线与传播研讨会(ISAP 2018)论文集，2018年10月23-26日)中给出了这种类型的天线装置的更多细节。
图8示出了被设置为双极化透镜天线的天线系统800的示例，其包括与第一极化POL 1相关联的第一类型极化屏810和与不同于第一极化的第二极化POL 2相关联的第二类型极化屏820。通过沿着透镜轴Z在彼此之上堆叠PPW的方式，可以创建具有低剖面的双极化天线系统。
图9示出了天线系统900，其包括具有沿着透镜轴Z堆叠的多个透镜710的PPW装置。通过针对每个极化提供单独的馈电网络，可以改进天线波束的仰角特性。此外，如果收发机910被配置为控制馈电网络920、930以控制在不同的端口和透镜上的发送信号的相位，则可以实现至少在仰角域中的活动波束引导。
图10例示了实现极化屏1000的又一种方法。这里，导电片材被设置为一个或多个电介质载体构件1030上的金属化表面1010、1020。在图10A中示出了一个这种电介质载体构件1030的一部分的正面，而在图10B中示出了同一电介质载体构件1030的背面。根据各方面，一个或多个电介质载体构件由聚四氟乙烯PTFE或者由诸如聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺Kapton和聚碳酸酯PC之类的聚合物制成。
如果相邻片材之间需要更大的间隔距离，则片材可以被实现为单独的载体构件上的金属化表面。也就是说，对于双片材设计，可以使用两个单独的更薄的电介质载体构件，每个具有单个金属化表面。这具有额外的优点，即需要更少的电介质材料，从而导致更低的损耗。
以此方式，一个或多个电介质载体构件可以与PPW的一部分整体形成，并且可以应用金属化，以成本效益和稳健的方式产生单位单元孔径。
图11示出了图示用于制造PPW装置(即根据上述讨论的PPW)的方法的流程图，该PPW装置法被配置为改变具有中心频率和带宽的射频波形145、155、165、166的极化状态。该方法包括：生产S1多个可延展片材510、520、530，该多个可延展片材在第一片材510的法向量V的方向上以相应的片材间间隔d1、d2彼此平行地设置。每个片材510、520、530包括形成单位单元300、410、420、430的一维周期性结构的导电图案，其中，每个单位单元包括孔径310，其被配置为在预定极化状态下发送射频波形；以及在PPW的外围边缘处集成S2多个可延展片材510、520、530。
根据上面例如结合图6讨论的一个示例，该方法包括：将多个可延展片材生产S11为单独的金属片材510、520，其边缘被配置为在PPW中形成的槽610中被接纳。
根据上面例如结合图10A和10B讨论的另一个示例，该方法包括：将多个可延展片材生产S12为一个或多个电介质载体构件1030上的金属化表面1010、1020。
图12在多个功能单元方面示意性地示出了根据本文讨论的实施例的网络节点110、111、120、140、150、160、170的通用组件。使用以下中的一项或多项的任何组合来提供处理电路1210：合适的中央处理单元CPU、多处理器、微控制器、数字信号处理器DSP等，它们能够执行存储在计算机程序产品(例如，采用存储介质1230的形式)中的软件指令。处理电路1210还可以被提供为至少一个专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。
特别地，处理电路1210被配置为使得设备110，120执行一组操作或步骤，诸如结合图8和上述讨论内容而讨论的方法。例如，存储介质1230可以存储该组操作，并且处理电路1210可以被配置为从存储介质1230检索该组操作以使得设备执行该组操作。该组操作可以被提供为一组可执行指令。因此，处理电路1210从而被设置为执行如本文公开的方法。换言之，示出了网络节点110、111、120、140、150、160，其包括处理电路1210、被耦接到处理电路1210的网络接口1220和被接到处理电路1210的存储器1230，其中，该存储器包括机器可读计算机程序指令，其在由处理电路执行时使得网络节点发送和接收射频波形145、155、165、166。
存储介质1230还可以包括永久存储设备，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或者甚至远程安装的存储器中的任何一个或其组合。
设备110、111、120、140、150、160还可以包括用于与至少一个外部设备的通信的接口1220。由此，接口1220可以包括一个或多个发射机和接收机，其包括模拟和数字组件以及合适数量的端口以用于有线或无线通信。
处理电路1210控制设备110、111、120、140、150、160的一般操作，例如，通过向接口1220和存储介质1230发送数据和控制信号，通过从接口1220接收数据和报告，以及通过从存储介质1230检索数据和指令。控制节点的其他组件以及相关功能被省略，以便不模糊本文提出的概念。
图13示出了携带计算机程序的计算机可读介质1310，其包括程序代码部件1320，当所述程序产品在计算机上运行时，程序代码部件1320用于执行例如图11中所示的方法。该计算机可读介质和代码部件可以共同形成计算机程序产品1300。

Claims (25)

1.一种极化屏(500，720，810，820)，用于改变从平行板波导PPW辐射的射频波形(145，155，165，166)的极化状态，其中，所述波形具有中心频率和带宽，所述极化屏包括：
多个可延展片材(510，520，530)，其在第一片材(510)的局部法向量(V)的方向上以相应的片材间间隔(d1，d2)彼此平行地堆叠设置，
每个片材(510，520，530)包括在延伸方向(D)上形成单位单元(300，410，420，430)的一维周期性结构的导电图案，其中，所述周期性结构和与所述延伸方向(D)正交并与所述片材的所述局部法向量(V)正交测量的高度(py)相关联，其中，每个单位单元包括孔径(310)，所述孔径(310)被配置为在预定极化状态下发送所述射频波形，
其中，根据所述射频波形的所述中心频率和/或所述带宽，确定所述高度(py)，以使得所述预定极化状态被提供并在所述PPW与所述射频波形的透射介质之间匹配。
2.根据权利要求1所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述高度(py)小于与所述中心频率对应的波长，优选地，约半个波长。
3.根据权利要求1或2所述的极化屏(500，720，810，820)，包括：两个、三个或四个片材，并且优选地两个片材。
4.根据前述权利要求中任一项所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，相邻片材的导电图案在所述单位单元(300，410，420，430)围绕与所述法向量(V)平行的相应的单位单元中心轴(A)的旋转(φ0，φ1，φ2)方面不同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述单位单元(300，410，420，430)被形成为互补分裂环谐振器CSRR，其尺寸(py，px，g，r，R)根据所述射频波形的所述中心频率和/或所述带宽来确定，其中，一个片材的CSRR围绕所述中心轴(A)以相对于相邻片材的CSRR或者相对于与所述PPW相关联的参考角的一定角度(φ0，φ1，φ2)旋转。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述单位单元被形成为以下中的任何一项：共形分裂方形(矩形)谐振器，槽，双槽，或狗骨槽，其中，一个片材的单位单元围绕相应的单位单元的中心轴(A)以相对于相邻片材的单位单元的一定角度(φ0，φ1，φ2)旋转。
7.根据前述权利要求中任一项所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述片材是金属片材，并且其中，所述导电图案被形成为所述片材中的孔径，其中，片材的厚度在0.1mm到1.0mm之间，优选地，约0.3mm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的极化屏(500)，其中，所述极化屏具有直长剖面，其中，所述单位单元(300)沿着直线(L)以相等的间隔设置。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的极化屏(720，810，820)，其中，所述极化屏具有弧形剖面，并且其中，所述单位单元(300)沿着弧线以相等的间隔设置。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的极化屏(720，810，820)，其中，所述极化屏被共形成形以与所述PPW的孔径相匹配。
11.根据前述权利要求中任一项所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述导电片材被设置为具有第一和第二相对边缘的单独构件，所述第一和第二相对边缘被配置为在PPW的相应的相对槽(610)中被接纳。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述导电片材被设置为一个或多个电介质载体构件(1030)上的金属化表面(1010，1020)。
13.根据权利要求12所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述一个或多个电介质载体构件由聚四氟乙烯PTFE聚合物制成，诸如聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺Kapton和聚碳酸酯PC。
14.根据权利要求12或13所述的极化屏(500，720，810，820)，其中，所述一个或多个电介质载体构件与所述PPW的一部分整体形成。
15.一种平行板波导PPW装置(700，800，900)，包括：根据权利要求1-13中的任何一项所述的至少一个极化屏(500，720，810，820)，其中，所述极化屏被设置在所述PPW的外围边缘附近，以同时改变从所述PPW辐射的射频波形的极化状态，并且还提供关于透射介质的匹配。
16.根据权利要求15所述的PPW装置(700，800，900)，包括：锥形部分(620)，其被设置为邻近并通向所述至少一个极化屏。
17.根据权利要求15或16所述的PPW装置(700，800，900)，包括：第一和第二相对槽(610)，其被配置为接纳在所述极化屏(500，720，810，820)中包括的导电片材的相应的相对边缘。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的PPW装置(700)，包括：准光学波束成形器，优选地，被形成为短程透镜、超表面透镜、或梯度折射率电介质透镜的透镜，诸如Luneburg透镜。
19.根据权利要求18所述的PPW装置(700)，包括：多个天线端口(P1-P11)，其沿着与所述极化屏(720)相对的透镜外围的一部分设置并沿着所述透镜外围切向间隔开。
20.一种天线系统(800，900)，包括：根据权利要求15-19中的任何一项所述的PPW装置，所述PPW装置包括沿着透镜轴(Z)堆叠的多个透镜(710)。
21.根据权利要求20所述的天线系统(800，900)，被设置为双极化透镜天线，其包括与第一极化(POL 1)相关联的第一类型极化屏(810)和与不同于所述第一极化的第二极化(POL 2)相关联的第二类型极化屏(820)。
22.一种无线电收发机(110，111，140，150，160，170)，包括：根据权利要求15-19中的任何一项所述的平行板波导PPW装置和/或根据权利要求20-21中的任何一项所述的一个或多个天线系统。
23.一种用于制造平行板波导PPW装置的方法，所述PPW装置被配置为改变具有中心频率和带宽的射频波形(145，155，165，166)的极化状态，所述方法包括：
生产(S1)多个可延展片材(510，520，530)，所述多个可延展片材在第一片材(510)的法向量(V)的方向上以相应的片材间间隔(d1，d2)彼此平行地设置，每个片材(510，520，530)包括形成单位单元(300，410，420，430)的一维周期性结构的导电图案，其中，每个单位单元包括孔径(310)，所述孔径(310)被配置为在预定极化状态下发送所述射频波形，以及
在所述PPW的外围边缘处集成(S2)所述多个可延展片材(510，520，530)。
24.根据权利要求23所述的方法，包括：将所述多个可延展片材生产(S11)为单独的金属片材(510，520)，其边缘被配置为在所述PPW中形成的槽(610)中被接纳。
25.根据权利要求23所述的方法，包括：将所述多个可延展片材生产(S12)为一个或多个电介质载体构件(1030)上的金属化表面(1010，1020)。
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