[實用新型]基于改進階梯隔板極化器的寬帶高隔離度雙圓極化天線

有效

• 申請號: 201922409772.1
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN210926342U
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 束超;徐姍;孫義興;侯樹海;胡志勇;邵寬;陳姍
• 申請（專利權）人: 江蘇亨通太赫茲技術有限公司;上海亨臨光電科技有限公司;江蘇亨通光電股份有限公司
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;H01Q15/24;H01Q1/36
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 郭磊

本實用新型公開了一種基于改進階梯隔板極化器的寬帶高隔離度雙圓極化天線，包括依次設置的圓極化器、方圓波導轉換段和喇叭天線；所述圓極化器包括依次設置的兩個矩形波導段、隔板段和方波導段，所述方波導段的內壁上設置有兩個移相槽，兩個所述移相槽相對于方波導段對稱設置，所述移相槽具有梯形截面。其工作帶寬大，隔離度高。

技術領域

本實用新型涉及天線技術領域，具體涉及一種基于改進階梯隔板極化器的寬帶高隔離度雙圓極化天線。

背景技術

隨著4G移動通信技術的成熟和移動通信系統的不斷升級和發展，低頻段頻譜資源極度緊缺，同時無線業務的爆發式增長又帶來對能夠媲美光纖的超高速無線傳輸速率的巨大需求，現有的通信頻段和技術越來越難以滿足日益增長的業務需求。而在毫米波和太赫茲頻段，目前仍然存在大量的空閑頻譜資源，這些頻譜資源使得提供數十吉比特，甚至上百吉比特的無線通信速率服務成為可能。

然而，對于毫米波和太赫茲頻段，自由空間路徑損耗和大氣衰減大大增加，為了克服這些損耗，必須使用高增益的天線，比如在衛星通信中廣泛應用的反射面天線因其成熟的設計方法和高增益寬頻帶特性，使用反射面成為毫米波和太赫茲通信高增益天線的很好的選擇。在提高天線增益的同時，為了提高通信鏈路容量，采用極化復用就是一種行之有效的技術，其利用不同極化的正交特性，將數據分成兩路，并通過兩種正交的極化波輻射出去，使得兩路數據在同一頻域和時域并行傳輸，在不增加使用頻譜的同時大大提高了數據傳輸速率。或者在同一頻域和時域，發送和接收信號通過使用不同的極化來實現全雙工通信，以將頻譜效率提升一倍。

考慮到線極化波要求發送接收端天線極化方向對齊以保證最好的接收，當發射和接收機相對位置會移動和改變情況下，線極化波接收性能會有惡化。由于圓極化波具有抗多徑、無需發射接收對齊的優勢，采用正交的左旋和右旋圓極化波進行極化復用的方式也被研究和使用。

一種支持極化復用特性的天線系統實現方式為饋源天線采用支持雙圓極化的天線，配合一個反射面，實現正交圓極化復用的高增益收發天線。這種方式的核心技術在于饋源天線的設計。一般采用基于階梯隔板結構的極化器級聯支持圓極化的波導類型天線這種方式作為雙圓極化饋源天線。其中，波導輸入的線極化波經過極化器轉換成左旋/右旋圓極化波，然后通過級聯的波導天線輻射出去。對于通信應用來說，天線整體需要滿足高隔離度，作為饋源，同時需要方向圖旋轉對稱。

針對階梯隔板結構的極化器部分，在傳統的階梯隔板雙圓極化極化器中，方波導中的隔板結構需要同時完成矩形波導端口到方波導端口的阻抗匹配，以及在矩形波導中傳播的電場的軸比調整，這兩項功能。然而工作帶寬范圍內的反射系數(S11/S22)，隔離度(S21/S12)以及軸比(AxialRatio)這三個指標以及一定指標下的工作帶寬呈現相互制約關系，很難同時達到較高的期望值。特別是當期望工作帶寬較寬(超過10％)的情況下，隔離度和軸比指標和工作帶寬之間很難同時兼顧，隔離度期望越高(S21越小)時，能達到該隔離度的帶寬越窄；反之，如果期望工作帶寬越寬時，工作帶寬內能達到的最低隔離度就越低。根據現有文獻資料，為了在盡量寬的帶寬中達到盡量高的隔離度，往往是通過增加隔板階梯數量，來增加隔板結構的自由度，以更好的優化多項指標。現有文獻中一般采用4級階梯達到10％-20％帶寬內20dB隔離度，毫米波段有文獻采用5級階梯才實現10％帶寬內30dB高隔離度。但階梯數目越多，意味著加工難度越高，特別是在毫米波段，本身方波導口徑就很小，其中的隔板階梯數多會導致加工難度急劇增大。根據現有文獻資料中最優的結果，工作帶寬內隔離度30dB的情況下，工作帶寬均小于10％；工作帶寬達到20％時，隔離度就只能滿足20dB。

但在毫米波/太赫茲通信等應用場景中，需要較寬工作帶寬(20％)的同時需要達到較高的隔離度(30dB)，但目前的雙圓極化器尚未有報道能達到這一性能要求。