[發明專利]一種高效低剖面寬軸比帶寬大規模圓極化陣列天線

在審

• 申請號: 201710818843.6
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN109494457A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 黃健全;邱楓;唐政華;蔣純志;雷大軍;金桂;姚敏
• 申請（專利權）人: 湘南學院;黃健全;邱楓
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/52;H01Q21/06
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本發明涉及了一種高效低剖面寬軸比帶寬大規模圓極化陣列天線，具體地說，提供一種由帶耦合縫隙的金屬地板、印刷輻射貼片及順序旋轉微帶饋電網絡的薄膜、主饋電網絡和用于支撐薄膜的泡沫或中空介質板組成的圓極化陣列天線。其中，每四個順序旋轉放置的切角輻射金屬貼片和順序旋轉微帶饋電網絡共同組成一個子陣列，通過金屬地板上的縫隙與主饋電網絡耦合，依次90度相差等幅激勵子陣列各陣元，從而實現寬軸比圓極化輻射。增加主饋電網絡的功分器級數和子陣列數量，可以構建大規模圓極化陣列天線。與現有圓極化陣列天線技術相比，本發明具有軸比帶寬寬、結構簡單、輻射效率高、剖面低、重量輕、成本低廉及易于擴展至大規模陣列等優點，特別適合移動終端、衛星終端。

技術領域

本發明涉及移動通信、衛星通信以及微波通信等技術領域中天線陣列，更具體地說，涉及一種高效平面圓極化天線陣列。

背景技術

高增益圓極化天線陣列被廣泛應用于移動通信、衛星通信，可以避免收發天線間的極化失配，實現高速穩定可靠通信。對于移動衛星終端，如車輛、船舶、飛機等，由于終端不斷運動，不僅要求天線增益高，而且對天線的重量、剖面等有極多限制。早期的衛星接收終端采用伺服機構控制的反射面天線，雖然可以獲得寬帶寬圓極化甚至雙圓極化輻射特性，但剖面高、笨重，只能用于大型船舶、列車等，無法用于小車、飛機等。目前普遍應用的波導縫隙天線陣列，可大大降低天線剖面。為進一步減小重量和降低成本，陣列饋電波導采用注塑成型并金屬化表面組裝而成，組裝精度要求高，成品率低，產品可靠性低，系統仍然存在剖面高、笨重等不足。

平面圓極化陣列在移動衛星通信中具有低剖面、輕量化的優勢。然而，與反射面天線、波導縫隙天線陣列相比，往往存在饋電網絡復雜，損耗高，天線效率低等缺點。早期天線陣列將輻射陣元與饋電網絡同層布局，陣列剖面低，但饋電網絡損耗較大。當陣元增加到一定規模后的增益提升被網絡損耗抵消，不適合制作大規模陣列；第二類陣列將饋電網絡和與輻射陣元分層制作，電路布局更為合理，可以構建大規模天線陣列，但是天線陣列結構過于復雜，饋電損耗太高，難以制作要求增益的天線陣列。

此外，如何提高陣列的效率也是至關重要的。一方面，通過各種方法簡化、縮短饋電網絡，減少饋電網絡的介質損耗和導體損耗。采用SIW等封閉導波結構減小饋電網絡的輻射損耗；另一方面，在提高陣列饋電網絡效率的同時，陣元損耗特別是介質損耗也是不容忽視。只有綜合提高陣元輻射效率和饋電網絡效率，才可獲得期望陣列效率和增益。

發明內容

本發明的目的在于克服現有平面圓極化天線陣列的缺點與不足，提供一種高效低剖面寬軸比帶寬大規模圓極化陣列天線。該陣列的主饋電網絡位于金屬地板下面，輻射陣元位于金屬地板的上面；每四個切角金屬貼片與一個順序旋轉微帶饋電網絡組成一個子陣列，通過金屬地板上的縫隙與另一面的主饋電網絡耦合，大大簡化饋電網絡，縮短饋電路徑，拓寬了軸比帶寬，提升輻射效率。該陣列天線結構簡單、剖面低、重量輕，適合構建大規模高增益圓極化陣列天線，用于高速衛星、移動通信。

為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種高效低剖面寬軸比帶寬大規模圓極化陣列天線，其特征在于：采用切角-101的金屬貼片-102為圓極化輻射部件，每四個切角輻射貼片順序旋轉90度擺放；兩對微帶線-201、-202組成順序旋轉微帶饋電網絡2，-201的電長度較-202多90度；四個切角輻射貼片與序旋轉微帶饋電網絡連接，共同組成子陣列-1，印刷于薄膜-3上；薄膜-3通過泡沫(或中空介質板)-8與金屬地板-4粘結在一起；順序旋轉微帶饋電網絡-2通過金屬地板-4上的矩形縫隙-5與金屬地板另一面的主饋電網絡-6耦合。主饋電網絡末級為一分二反相功分器-7，分別激勵兩個子陣列，使得兩子陣列等幅同相激勵，在天線面法向獲得最大輻射獲得等幅等相圓極化信號。進一步增加主饋電網絡中的功分器級數及子陣列數量，可將陣列天線擴展至需要規模，獲得需要增益。主饋電網絡可采用集成介質波導或微帶等平面電路，也可以采用金屬波導等封閉傳輸線。