[發明專利]一種方向圖可調的三極化單元及其陣列天線

有效

• 申請號: 202011515084.4
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112688069B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 陳曦;楊世權;郭浩;邢裕昕
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q21/06;H01Q21/08;H01Q21/24;H01Q3/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種方向圖可調的三極化單元及其陣列天線，該三極化輻射單元包括兩個水平正交的雙線極化輻射結構和一個垂直極化輻射結構，其垂直極化輻射結構置于水平雙極化輻射結構的下方可實現三極化單元的小型化；通過在三極化單元的正上方添加寄生輻射結構可實現三極化單元方向圖的調控，通過對不同極化端口的幅度和相位進行疊加實現三極化單元方向圖的調控；該三極化單元可組成一維線陣和二維平面陣及共形陣等，通過調節異極化端口幅度和相位的比值可實現陣列的大角度掃描且能有效抑制交叉極化電平。本發明同時實現了天線單元的方向圖調控和陣列的大角度掃描，相比較于目前的雙極化陣列天線而言，更容易實現陣列的寬角掃描和低交叉極化。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種方向圖可調的三極化單元及其陣列天線，具體是可實現單元的方向圖調控和陣列的大角度掃描，以及降低交叉極化。

背景技術

電磁波在自由空間中傳播時，受多徑效應的影響，會嚴重影響通信質量。可通過分集技術來降低電磁波在自由空間傳播時的多徑效應。極化分集技術充分利用電磁波的空間維度可獲得多個不相關的信道，從而提高通信容量和通信速率。三極化天線是三個兩兩相互正交的線極化組成的天線，充分利用極化分集技術，在全空間構成完備的極化矢量坐標系。三極化天線可實現更多的空間特征信道，從而極大地提高系統的傳輸速率和通信容量。現如今，三極化天線的研究主要集中在低剖面、寬頻帶和三個極化端口的實現等幾個方面，但所設計的天線橫向尺寸大且輻射方向圖未能加以控制，即實際應用價值不大。設計小型化且方向圖可調的三極化天線單元是三極化天線單元的設計要點。

在陣列天線的諸多應用領場景中，最多的是利用陣列天線來實現波束掃描，比如相控陣監視雷達通過在某個空間角內不斷的波束掃描來實現對這一范圍的監視，此時，陣列掃描的范圍越寬所能監視的范圍就越廣。對于陣列天線來說，很容易在一個小的空間角度內實現電掃描，但是當掃描角增大到一定值時，天線陣的增益往往會急劇下降，也就是說陣列很難實現寬角掃描。這主要是由三個原因造成的。一是通常陣因子本身會隨掃描角偏離陣列法向而逐漸減小。二是大多數單元天線尤其是平面單元天線的方向圖本身就有方向性，其最大方向也是在法向，偏離法向其單元方向性也會降低，所以與陣因子相乘得到的總的陣列方向圖隨掃描角增大方向性會降低。此外，當處與陣列環境中時，由于互耦的影響，天線單元的有源輸入阻抗會隨掃描角變化，當掃描角變得越來越大時，有源輸入阻抗也會有明顯的變化，這直接導致天線單元匹配惡化，陣列增益下降。所以可調控單元方向圖波束指向對于陣列天線實現寬角掃描陣具有很強的實際應用價值。

發明內容

要解決的技術問題

目前，平面陣列基本采用雙極化單元進行組陣，當陣列進行大角度掃描時，掃描增益下降很快，即很難實現大角度掃描，為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種方向圖可調的三極化單元及其陣列天線。

技術方案

一種方向圖可調的三極化單元，其特征在于包括水平雙極化輻射體、垂直極化輻射體、寄生輻射結構、金屬底板、介質柱和正交介質板；所述的水平雙極化輻射體包括4個扇形輻射片，印刷在介質柱的上表面；所述的垂直極化輻射體由4個上部相連的T型輻射片組成，垂直極化輻射體印刷在介質柱的柱面上；所述的寄生輻射結構由兩塊梯形輻射片組成，印刷在正交介質板的表面；所述的正交介質板位于介質柱上面；所述的介質柱位于金屬底板上；通過調節寄生輻射體的尺寸可以進行方向圖的調控，采用將不同極化的幅度和相位進行疊加實現三極化單元方向圖的調控。

所述的扇形輻射片的角度為30°～60°。

所述的T型輻射片的下部兩邊采用斜邊形式。

所述的介質板的相對介電常數為3。

所述的金屬底板為鋁。

一種由方向圖可調的三極化單元組成的一維線陣，其特征在于包括8個一字排列的方向圖可調的三極化單元。