[發明專利]波束獨立可控的寬帶雙頻雙圓極化反射陣天線

有效

• 申請號: 202110395801.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113078477B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 蔣之浩;童宣鋒;洪偉
• 申請（專利權）人: 東南大學;網絡通信與安全紫金山實驗室
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14;H01Q3/26;H01Q1/52;H01Q13/10;H01Q1/48
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 梁天彥

本發明涉及無線通信系統電子器件領域，公開了一種波束獨立可控的寬帶雙頻雙圓極化反射陣天線，包括雙波段寬帶圓極化饋源和平面反射陣，雙波段寬帶圓極化饋源放置于平面反射陣的焦平面附近，平面反射陣包括呈共口徑周期交錯排布的低頻和高頻雙圓極化相移單元，各雙圓極化相移單元均包括圓形貼片層、蝕刻有工字形縫隙的金屬地層、兩段長度不同的微帶線層和金屬底板層等。本發明結合動態相位和旋轉相位，在K波段和Ka波段都實現了對左旋相位和右旋相位的同時獨立調控，采取了開十字形縫隙處理以及微帶線縫隙耦合貼片等形式，保證了反射陣天線最終的雙頻寬帶特性，具備低剖面、易加工、易集成和低成本等優勢，在衛星通信等領域具有重要應用前景。

技術領域

本發明屬于無線通信系統電子器件領域，具體涉及一種波束獨立可控的寬帶雙頻雙圓極化反射陣天線。

背景技術

目前太空探測器的正常工作，通常要借助于衛星通信，常用的衛星通信頻段包括C、K和Ka等波段。K頻段、Ka波段均屬于對某一特定無線電頻率范圍的稱謂，K波段是指頻率在18-26.5GHz范圍內的無線電波、Ka波段是指頻率在26.5-40GHz范圍內的無線電波。為了實現遠距離穩定通信的需求，通常需要通信的發射端和接收端都采用高增益的圓極化天線，類如相控陣天線，反射面天線等。

相控陣天線是通過復雜的饋電網絡或者接收/發射模組激勵相控陣中的每個單元實現高增益特性，其缺點在于較高的饋電網絡損耗和較高的成本；反射面天線是基于準光學原理，饋源發射的球面波照射到反射面后被反射形成高增益的平面波，其缺點在于拋物面在毫米波頻段較難精準加工。

為了克服相控陣和反射面天線的缺點，平面反射陣天線應運而生，其平面化結構、輕便、低成本、低剖面和低損耗的優點，使其在移動通信、衛星通信等領域受到了越來越廣泛的關注。基于不同頻率、不同結構相移單元在反射陣上的亞波長排布，已經實現了多頻多極化反射陣天線，然而實現波束獨立可控的雙圓極化反射陣天線卻寥寥無幾，而雙頻雙圓極化波束獨立可控反射陣天線更是少之又少。現有的雙頻雙圓極化反射陣天線分為兩類，一類是基于多功能層實現的，上層是雙頻線圓極化轉換器，下層是雙頻線極化反射陣天線，其缺點是功能層較多、結構復雜、剖面高、帶寬窄；另一類是基于電路實現的，在共口徑的雙頻輻射體下方各加載一個正交耦合器實現雙頻雙圓極化反射陣天線，其缺點是帶寬窄、雙頻的頻率比較小。

發明內容

技術目的：為了滿足移動通信、衛星通信等應用對天線提出的高增益需求，本發明提供了波束獨立可控的寬帶雙頻雙圓極化反射陣，該反射陣天線具有低剖面、易于加工等結構上的優勢，并且能夠提供雙頻雙圓極化、寬帶、高增益、低軸比、增益抖動小、圓極化波束獨立可控的功能。

技術方案：為實現上述技術目的，本發明采用了如下技術方案：

一種波束獨立可控的寬帶雙頻雙圓極化反射陣天線，其特征在于：包括相對設置的雙波段寬帶圓極化饋源和平面反射陣，平面反射陣包括多個呈共口徑周期性交錯排布的K波段雙圓極化相移單元和Ka波段雙圓極化相移單元；所述K波段雙圓極化相移單元和Ka波段雙圓極化相移單元均包括四層金屬層；

所述K波段雙圓極化相移單元中，四層金屬層由上至下分別為中心蝕刻有十字形縫隙的第一圓形金屬貼片、蝕刻有正交工字形縫隙的第一金屬地板、位于同一金屬層上兩段長度不同的第一微帶傳輸線、第一金屬底板；其中兩段第一微帶傳輸線的末端均設有第一金屬化過孔，第一金屬化過孔連接至第一金屬地板；

所述Ka波段雙圓極化相移單元中，四層金屬層由上至下分別為第二圓形金屬貼片、蝕刻有正交工字形縫隙的第二金屬地板，位于同一金屬層上兩段長度不同的第二微帶傳輸線、第二金屬底板；其中兩段第二微帶傳輸線的末端設有第二金屬化過孔，第二金屬化過孔連接至第二金屬地板；

所述第一圓形金屬貼片和第二圓形金屬貼片均朝向雙波段寬帶圓極化饋源設置。