[發明專利]基于3D打印技術的寬帶開口波導結構雙圓極化天線

有效

• 申請號: 202011640373.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112864593B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 馬自龍;張楚唯
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q13/02;B33Y80/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明提供的基于3D打印技術的寬帶開口波導結構雙圓極化天線，包括矩形介質塊、矩形波導、第一楔形結構和第二楔形結構，矩形介質塊位于矩形波導的上方；第一楔形結構和第二楔形結構分別位于矩形波導的兩個對角位置處且關于天線的中心軸對稱；第一楔形結構和第二楔形結構上分別開設有一對相對設置的用于改善軸比帶寬的矩形凹槽；矩形波導距離底面四分之一導波波長的位置設有用于饋電的第一差分端口和第二差分端口，兩個差分端口呈正交設置。天線通過3D打印介質材料一體成型，且在矩形波導、第一楔形結構和第二楔形結構的表面上鍍有金屬層。本發明結構簡單、加工方便，且具有寬軸比帶寬、增益穩定、方向圖穩定、圓極化旋向可靈活切換的優點。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，特別涉及基于3D打印技術的寬帶開口波導結構雙圓極化天線。

背景技術

3D打印技術是一種新興的、以增材方式為主要手段的三維結構快速成型技術。與傳統的三維加工工藝相比，例如：CNC、注塑等，3D打印技術具有制造程序簡單、加工周期短、復雜結構成形高效、材料利用率高等一系列優點。目前，這項技術已在各個領域有非常廣泛的應用，例如：教育、醫療、航空航天、建筑、工程等，與此同時，3D打印技術在天線研究領域也受到了很多關注。近年來，已有許多基于該項技術的天線設計相繼提出，例如：反射陣天線、透射陣天線、波導縫隙天線、棱鏡天線等，其中很多設計已成功實現商業化應用。由此可見，基于3D打印技術的天線設計具有很高的學術及商業價值，是未來天線研究和發展的熱點方向。

開口波導天線因其低損耗、高功率容量、輻射性能穩定等一系列優秀的電氣性能而被廣泛應用于各種通信系統當中，是一種常見且十分重要天線類型。為實現圓極化輻射，通常采用的方案包括：一、在波導內部添加極化器；例如：Y.Huang等在《A novel compactcircularly polarized horn antenna,Antennas and Propagation SocietyInternational Symposium(APSURSI),2014IEEE,Memphis,TN,pp.43-44,6-11July.2014》中提到的采用階梯狀的金屬膜片實現線極化激勵至圓極化輻射的轉換；F.Farzami等在《Reconfigurable Linear/Circular Polarization Rectangular Waveguide Filtenna,IEEE Trans.Antennas and Propaga.,vol.66,no.1,pp.9-15,Jan.2018.》中采用一對正交的槽型諧振器來實現圓極化輻射。二、采用特殊的饋電方式；例如：N.S.Seong等在《Amicrostrip-fed cavity-backed circularly polarized horn antenna,Microw.Opt.Technol.Lett,48:2454-2456,2006》中采用雙端口饋電，每個端口分別對應一條微帶線來作為天線激勵，兩條微帶線相互正交，同時線上的激勵振幅相等且相位相差90度。三、在波導外部添加額外的極化器。例如：X.Ma等在《A Dual Circularly PolarizedHorn Antenna in Ku-Band Based on Chiral Metamaterial,in IEEE Trans.Antennasand Propaga.,vol.62,no.4,pp.2307-2311,April.2014》中，在波導開口處采用了手性超材料結構來實現天線的圓極化輻射。

但圓極化天線仍存在以下不足：

1、傳統開口波導結構圓極化天線通常軸比帶寬較窄，一般較難實現高于20％的軸比帶寬，這限制了此類天線在寬帶場景當中的應用。