CN116845586B - 一种宽带宽角自生成圆极化victs天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，该VICTS天线包括下盘、中盘和上盘；中盘设置在所述下盘上，所述中盘靠近所述下盘的一侧设置有线源生成组件，所述中盘背离所述下盘的一侧设置有馈电组件；上盘设置在所述中盘上，且所述上盘上设置有圆极化辐射阵面；其中，所述圆极化辐射阵面被配置为可被所述馈电组件中的场直接激励；此直接激励方式促进了天线整体高度的下降，且该圆极化辐射阵面具有宽角扫描效果。

Description

一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线
技术领域
本发明涉及机械扫描天线阵技术领域，尤其涉及一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线。
背景技术
Ka频段低轨卫星通信、动中通等应用场合对具有宽带宽角圆极化的可扫描天线阵具有急迫的需求。作为一种兼顾低成本和快速扫描的天线实现形式，串馈可变倾角连续横向支节（VariableInclination Continuous Transverse Stub，VICTS）天线于上世纪90年代被提出，并被广泛应用于卫星通信终端设备中。传统VICTS天线本身具有高纯度的线极化辐射特性，为了实现圆极化，其上方通常加载一个线圆极化变换表面，用以实现将本身的线极化转变为圆极化。然而，线圆极化变换表面的加载带来了额外的插损、剖面高度以及协同设计难度，为了避免这些额外不利影响，通过改变VICTS天线辐射体形式，使之本身辐射圆极化波是一种直接的解决方法。
目前学术界提出了一些使VICTS天线自身辐射圆极化波的方案，但仍面临着诸如带宽不足、扫描角度不足、剖面高度高等问题。在相关技术中，圆极化辐射体的激励需要一个垂直向上的模式转换器，这带来了剖面高度的提升问题。还有采用圆极化贴片作为辐射体，受限于辐射体形式，其带宽和扫描角度受限。
因此，急需要一种能够解决上述问题的宽带宽角自生成圆极化VICTS天线。
发明内容
本申请旨在提供一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，具有低剖面、大带宽、大扫描角度等特点。
第一方面，本申请提供一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，包括：
下盘；
中盘，设置在所述下盘上方，所述中盘靠近所述下盘的一侧设置有线源生成组件，所述中盘背离所述下盘的一侧设置有馈电组件；
上盘，所述上盘设置在所述中盘上方，且所述上盘上部设置有圆极化辐射阵面；
其中，所述圆极化辐射阵面被配置为可被所述馈电组件中的场直接激励。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射阵面包括去耦合结构，所述去耦合结构由梳状金属件构成，通过阻碍其所处位置处的高次模式的生成与传播实现去耦合功能。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射阵面包括多个圆极化辐射线阵，所述去耦合结构的数量为多个，所述圆极化辐射线阵和所述去耦合结构交替间隔排列。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射线阵包括多个圆极化辐射单元，且多个圆极化辐射单元沿着所述圆极化辐射线阵的长度方向依次排列。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射单元由quasi-TEM模式激励。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射单元上设置有馈口，所述馈口朝向所述馈电组件设置；其中，所述馈口沿着靠近所述馈电组件的方向呈渐扩结构。
本申请所提供的一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，该VICTS天线包括下盘、中盘和上盘；中盘设置在所述下盘上，所述中盘靠近所述下盘的一侧设置有线源生成组件，所述中盘背离所述下盘的一侧设置有馈电组件；上盘设置在所述中盘上，且所述上盘上设置有圆极化辐射阵面；其中，所述圆极化辐射阵面被配置为可被所述馈电组件中的场直接激励；此直接激励方式促进了天线整体高度的下降，且圆极化辐射阵面本身具有宽角扫描效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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附图。
图1为本发明宽带宽角自生成圆极化VICTS天线的爆炸视图；
图2为本发明圆极化辐射阵列的激励面立体视图；
图3为本发明低剖面圆极化辐射体实现单模激励的原理；
图4为本发明辐射体适应VICTS工作体制的改造方式；
图5为本发明辐射体改造前后的辐射率；
图6为本发明在27.5GHz频带内的轴比；
图7为本发明在27.5GHz频带扫描方向图；
图8为本发明在29GHz频带内的轴比；
图9为本发明在29GHz频带扫描方向图；
图10为本发明在31GHz频带内的轴比；
图11为本发明在31GHz频带扫描方向图。
具体元素符号说明：
101-上盘，102-中盘，103-下盘，104-圆极化辐射阵面，105-馈电组件，106-馈电线源生成器，107-吸收线源生成器，201-去耦合结构，202-圆极化辐射线列，203-匹配节，302-第一一维辐射单元，304-第一圆极化辐射单元，401-圆极化辐射单元，403-渐变节。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，“多个”的含义包含两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认为，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实施例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理的最广范围相一致。
Ka频段低轨卫星通信、动中通等应用场合对具有宽带宽角圆极化的可扫描天线阵具有急迫的需求。作为一种兼顾低成本和快速扫描的天线实现形式，VICTS天线于上世纪90年代被提出，并被广泛应用于卫星通信终端设备中，代表性的企业为Thinkom公司。传统VICTS天线本身具有高纯度的线极化辐射特性，为了实现圆极化，其上方通常加载一个线圆极化变换表面，用以实现将本身的线极化转变为圆极化。然而，线圆极化变换表面的加载带来了额外的插损、剖面高度以及协同设计难度，为了避免这些额外不利影响，通过改变VICTS天线辐射体形式，使之本身辐射圆极化波是一种直接的解决方法。
目前学术界提出了一些使VICTS天线自身辐射圆极化波的方案，但仍面临着诸如带宽不足、扫描角度不足、剖面高度高等问题。例如在IEEE会议论文“Circularly-polarized CTS array antenna for SatCom applications”中，其圆极化辐射体的激励需要一个垂直向上的模式转换器，这带来了剖面高度的提升问题。又如在IEEE期刊论文“Alow profile circularly polarizedbeam scanning patch array fed by parallelplate waveguide”中，其采用圆极化贴片作为辐射体，受限于辐射体形式，其带宽和扫描角度受限。
为解决上述问题，本发明公开了一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，包括其整体架构、单模激励低剖面圆极化辐射体及其适应VICTS天线工作体制的改造。本发明实现了大带宽、大扫描角、圆极化和低剖面效果，工作频带为27.5~31.0GHz，天线可在±60°的扫描范围内实现小于3dB的轴比，且维持了不超过1个工作波长的低剖面高度。本发明可充分满足Ka频段低轨卫星通信和动中通的工作需要。
请参阅图1至图5，本实施例提供了一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，包括：下盘103；中盘102，设置在所述下盘103上，所述中盘102靠近所述下盘103的一侧设置有线源生成组件，所述中盘102背离所述下盘103的一侧设置有馈电组件105；上盘101，所述上盘101设置在所述中盘102上，且所述上盘101上设置有圆极化辐射阵面104；其中，所述圆极化辐射阵面104被配置为可被所述馈电组件105中的场直接激励。
传统VICTS天线需加载线圆极化变换表面，带来额外的剖面高度、插损和协同设计难题，作为解决方案，现有自身辐射圆极化波的VICTS天线则仍旧面临诸如剖面高、带宽窄、扫描角度小等问题。本发明则实现了具有低剖面、大带宽、大扫描角度特点的自身辐射圆极化波的VICTS天线.本发明实现了大带宽、大扫描角、圆极化和低剖面效果，工作频带为27.5~31.0GHz，天线可在±60°的扫描范围内实现小于3dB的轴比，且维持了不超过1个工作波长的低剖面高度。本发明可充分满足Ka频段低轨卫星通信和动中通的工作需要。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射阵面104包括去耦合结构201，所述去耦合结构201由梳状金属件构成，通过阻碍其所处位置处的高次模式的生成与传播实现去耦合功能。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射阵面104包括多个圆极化辐射线阵和多个所述去耦合结构201，所述圆极化辐射线阵和所述去耦合交替间隔排列。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射线阵包括多个圆极化辐射单元401，且多个圆极化辐射单元401沿着所述圆极化辐射线阵的长度方向依次排列。
圆极化辐射阵面104由9根去耦合结构201，8根圆极化辐射线阵，8根匹配节203构成。每根圆极化辐射线阵包含12个圆极化辐射单元401，阵面长度L为68mm，阵面宽度W为62mm。该辐射阵面实现将馈电平板波导（对应馈电组件105）中的电磁波转化为圆极化波向空间辐射。该阵面激励口处的传播模式与矩形波导相似，为TE10模式。
传统VICTS天线的一维辐射单元由馈电平板波导和连续长枝节组成，由于馈电平板波导和连续长枝节中的传播模式一致，因此的馈电平板波导中的Quasi-TEM模式即可激励起辐射。本发明的第一一维辐射单元302由馈电平板波导和离散的12个第一圆极化辐射单元304组成，圆极化辐射单元401可由TE10模式激励，由于Quasi-TEM模式和TE10模式存在相似性，圆极化辐射单元401也可以由quasi-TEM模式直接激励辐射。由于辐射体的激励无需模式转换结构，该方案节约天线的剖面高度，本发明圆极化辐射单元401高度h仅为3.6mm。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射单元401由TE10模式激励或quasi-TEM模式激励。
在本申请的部分实施例中，所述圆极化辐射单元401上设置有馈口，所述馈口朝向所述馈电组件105设置；其中，所述馈口沿着靠近所述馈电组件105的方向呈渐扩结构。改造后的圆极化辐射单元401通过引入渐变节403明显改善了其宽带稳定性。
本发明采用的圆极化辐射单元401在馈口处增加一渐变节403，与之相对的是不添加渐变节403的圆极化辐射单元401，其在馈口处采用了直通节。渐变节403的作用是使得馈口尺寸偏离谐振长度，从而实现圆极化辐射单元401在非谐振模式下宽带工作，在不同频点获得波动较小的辐射率。渐变节403宽度wid1为4.7mm，直通节宽度wid2为3.6mm，圆极化辐射单元401宽度p为5mm。请参阅图5，有渐变节403的圆极化辐射单元401,获得了更平坦的辐射率曲线。
在本申请的部分实施例中，所述有线源生成组件包括馈电线源生成器106和吸收线源生成器107，所述馈电线源生成器106和吸收线源生成器107相互间隔设置。
在本申请的部分实施例中，所述上盘101、所述中盘102以及所述下盘103由金属材料制成。
在一些实施例中，下盘103主要起到封底的作用。
请参阅图6至图11，由图可见，本发明可实现带宽可满足Ka频段卫星通信需要，覆盖了相关组织规定的频带，在带内实现了±60°的扫描范围，在带宽范围内、扫描范围内轴比均低于3dB。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考，但与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
以上对本申请实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种宽带宽角自生成圆极化VICTS天线，其特征在于，包括：
下盘；
中盘，设置在所述下盘上，所述中盘靠近所述下盘的一侧设置有线源生成组件，所述中盘背离所述下盘的一侧设置有馈电组件；
上盘，所述上盘设置在所述中盘上，且所述上盘上设置有圆极化辐射阵面；
其中，所述圆极化辐射阵面被所述馈电组件中的场直接激励；
所述圆极化辐射阵面包括去耦合结构，所述去耦合结构由梳状金属件构成，通过阻碍其所处位置处的高次模式的生成与传播实现去耦合功能；
所述圆极化辐射阵面包括多个圆极化辐射线阵和所述去耦合结构，所述圆极化辐射线阵和所述去耦合结构交替间隔排列；
所述圆极化辐射线阵包括多个离散的圆极化辐射单元，且多个圆极化辐射单元沿着所述圆极化辐射线阵的长度方向依次排列；
所述离散的圆极化辐射单元由统一的quasi-TEM模式激励；
所述圆极化辐射单元底部设置有馈口，所述馈口朝向所述馈电组件设置；其中，所述馈口沿着靠近所述馈电组件的方向呈渐扩结构。
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