一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線制造技術

本發明專利技術公開了一種結構簡單、可靠的背腔式寬帶圓極化天線方案，該天線具有頻帶寬、結構簡單、方向圖穩定的優點，易于微波至毫米波的各波段應用。該天線由線極化的激勵源和背腔共同構成，激勵源產生的電場和背腔軸線成一定的夾角，因此該電場可以分解為沿背腔短軸線和長軸線兩個方向的相互垂直的分量，前者將激勵起背腔的基模，其相位可由背腔的深度控制，再與后者相疊加便可產生寬頻帶圓極化輻射。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于無線通信技術、雷達
，具體涉及一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，可以用于圓極化的微波、毫米波等通信系統系統中。
技術介紹
電磁波的極化是指電場在電磁波傳送過程中，以何種方式運動。一般地，電磁波是橢圓極化的，線極化和圓極化為橢圓極化的兩種特殊形式。對橢圓極化的電磁波而言，電場的旋轉方向決定其極化方式，沿傳播方向看，以順時針方向旋轉傳播的電磁波稱為右旋極化，以逆時針方向旋轉傳播的電波則稱為左旋極化。作為橢圓極化的一種特例，圓極化的電磁波在無線通信系統中有著眾多的優點。一般收發系統的天線會選擇相同極化方式來實現信號的傳輸，相比線極化天線，圓極化天線具有更優勢，因為它不僅能降低多徑效應的影響，具有很強抗干擾、防雨霧的能力，而且允許接收和發射天線放置方向更靈活。例如，在接收圓極化的電磁波時，圓極化天線的角度可以任意的，不會帶來極化失配損耗，因此相比線極化的電磁波而言，通常有著更高的傳輸效率，它在實際的通信系統中已經得到了廣泛的應用。例如，在C波段衛星通信中，電磁波經過大氣的電離層時會產生法拉第旋轉效應，從而使得信號中電場的方向發生一定的偏轉，采用圓極化的電磁波就可以避免法拉第旋轉效應帶來的極化失配等問題。另一方面，隨著無線通信技術的發展，高數據率成為系統的主要目標之一，因此系統對工作帶寬的要求也越來越高，這也對用于發射和接收電磁波的天線的帶寬提出了更高的要求，因此寬帶圓極化天線越來越成為高性能通信系統的首選。目前，現有的圓極化天線形式有很多，包括微帶天線、槽天線、平面或軸向螺旋天線、正交偶極子天線等等。但這些圓極化天線各具優缺點，例如微帶天線的圓極化帶寬較窄，如果希望實現寬帶的圓極化性能，則需要采用更加復雜的饋電結構。再例如，軸向螺旋天線雖然具有很大的圓極化帶寬，但在微波波段它的體積往往較大，不易于實際的應用，同時在毫米波波段也很難加工和制作。單饋點的正交偶極子天線雖然結構相對簡單，但帶寬很窄，饋電處的結構過于精細，也不易用于毫米波波段，而獨立饋電的正交偶極子天線則需要外加的90度功分器，顯著增加了天線的成本。從以上分析可知，在實際的工程中，結構簡單的寬帶圓極化天線有著急切的需求和廣泛的應用，本專利技術正是針對這一需求而提出，它不但可以實現寬帶圓極化特性，同時也適用于微波、毫米波的不同頻段中。
技術實現思路
專利技術目的:本專利技術的目的是為了提供一種結構簡單的寬帶圓極化天線，降低由圓極化天線引入的系統成本和帶寬限制，使之適用于射頻無線局域網通訊系統、毫米波超高速無線局域網等多種微波毫米波通信系統中。該專利技術也可以用于構建其他軍事及民用領域的陣列天線。技術方案:本專利技術所述的一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，基本結構包括金屬背腔以及與背腔軸線成一定角度的偶極子激勵源。本專利技術的特點在于，偶極子激勵源會產生沿偶極子軸向的電場，該電場沿背腔短軸線方向的分量會激勵背腔的基模，利用背腔基模輻射的電場與偶極子電場沿背腔長軸線方向的分量，可以在垂直于背腔口徑的方向上實現圓極化的性能。采用不同的偶極子形式和不同的背腔形式，經過詳細優化后則可以實現不同帶寬的背腔式微波毫米波圓極化天線。本專利技術所構建的寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線不受偶極子激勵源形式的限制，可以是細偶極子天線、印刷偶極子天線等平面天線形式，也可以是雙錐天線、圓柱形偶極子天線等立體結構的天線形式。同時本專利技術的圓極化帶寬會隨著背腔的外形不同而不同，這也是與普通圓極化天線有所區別的關鍵之一。有益效果:本專利技術所構建的寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，是通過背腔的基模和激勵源電場與之垂直的分量一起，在背腔口徑的垂直方向上形成圓極化波束的。天線的背腔不但起著天線的地板的作用，也支配著圓極化輻射的實現，具有結構簡單的優勢，只需要一個背腔、一個偶極子激勵源和相應的饋電網絡，即可以適中的尺寸實現較大的軸比帶寬、穩定方向圖、較高的增益以及良好的駐波比等性能，也可以方便地應用于微波、毫米波等各頻段。相比另一種結構簡單的微帶天線而言，其圓極化特性可以通過切角來實現，但定向輻射特性需要由較大的地面來保證，再者它的圓極化帶寬非常窄，通常不到5%，不易用于寬帶的通信系統中。如果采用雙饋點的形式來提高圓極化帶寬，則需要額外的90度功分器等組件，無疑增加了天線的復雜度和成本，同時功分器的損耗也額外降低了天線的增益。圓極化平面螺旋天線雖然可以實現很寬的圓極化帶寬，也可以通過印制電路板工藝制造，但首先它是雙向輻射的，需要一個較大的地面來達到定向輻射的目的，再者其工作機理也決定了這類天線占用了很大的面積卻只能實現較低的增益，一般只有幾個dBi。對于軸向螺旋天線而言，雖然也可以實現很寬的圓極化帶寬，但它復雜的立體結構決定了它的應用范圍只能局限于微波頻段，在毫米波波段會受制于加工精度、成本等多種因素，因此不易大規模應用。其他類型的天線實現圓極化輻射也具有這樣或那樣的缺點，也決定了它們只能應用于一些特性的場合或特定的頻率范圍，因此本專利技術所構建的寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線具有諸多的優勢。附圖說明圖1 (a)是本專利技術的三維視圖；圖1(b)是本專利技術的頂視圖；圖2(a)是可用作本專利技術的平面激勵源結構圖示例一，細偶極子天線；圖2(b)是可用作本專利技術的平面激勵源結構圖示例二，三角形蝴蝶結偶極子天線；圖2(c)是可用作本專利技術的平面激勵源結構圖示例三，矩形蝴蝶結偶極子天線；圖2(d)是可用作本專利技術的平面激勵源結構圖示例四，扇形蝴蝶結偶極子天線；圖2(e)是可用作本專利技術的平面激勵源結構圖示例五，改進的偶極子天線；圖3(a)是可用作本專利技術的立體激勵源結構圖示例一，圓柱形偶極子天線；圖3(b)是可用作本專利技術的立體激勵源結構圖示例二，雙錐天線；圖3(c)是可用作本專利技術的立體激勵源結構圖示例三，變形的雙錐天線；圖4(a)是本專利技術中腔體結構示例之一，帶橢圓柱形腔體的圓極化天線側視圖；圖4(b)是本專利技術中腔體結構示例之一，帶橢圓柱形腔體的圓極化天線頂視圖；圖5(a)是本專利技術中腔體結構示例之二，帶雙段橢圓柱形腔體的圓極化天線側視圖；圖5(b)是本專利技術中腔體結構示例之二，帶雙段橢圓柱形腔體的圓極化天線頂視圖；圖6(a)是本專利技術中腔體結構示例之三，帶橢圓柱椎體形腔體的圓極化天線側視圖；圖6(b)是本專利技術中腔體結構示例之三，帶橢圓柱椎體形腔體的圓極化天線頂視圖；圖7(a)是本專利技術中腔體結構示例之四，帶復合橢圓腔體的圓極化天線側視圖；圖7(b)是本專利技術中腔體結構示例之四，帶復合橢圓腔體的圓極化天線頂視圖；圖8(a)是本專利技術外形結構示例之一，長方形或正方形天線結構側視圖；圖8(b)是本專利技術外形結構示例之一，長方形或正方形天線結構頂視圖；圖9 (a)是本專利技術外形結構示例之二，圓形天線結構側視圖；圖9 (b)是本專利技術外形結構示例之二，圓形天線結構頂視圖；圖10(a)是本專利技術外形結構示例之三，橢圓形天線結構側視圖；圖10(b)是本專利技術外形結構示例之三，橢圓形天線結構頂視圖；圖11(a)是本專利技術的第一個具體實施方式示例——圓形輪廓的、帶橢圓柱形背腔的圓極化平面偶極子天線俯視圖；圖11 (b)是本專利技術的第一個具體實施方式示例的剖視圖；圖11(c)是本專利技術的第一個具體實施方式示例的平面偶極子激勵源及饋電結構圖；圖12是本專利技術的第一個具體實施方式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，包括天線背腔、線極化激勵源和相應的饋電結構；其特征在于：線極化激勵源產生的電場和背腔的長軸線或短軸線形成一定的夾角，使該電場可以分解為沿背腔相互垂直的長軸線和短軸線方向上的兩個分量。

【技術特征摘要】
1.一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，包括天線背腔、線極化激勵源和相應的饋電結構；其特征在于:線極化激勵源產生的電場和背腔的長軸線或短軸線形成一定的夾角，使該電場可以分解為沿背腔相互垂直的長軸線和短軸線方向上的兩個分量。2.根據權利要求1所述的一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，其特征在于:所述的沿背腔短軸線方向上的激勵電場分量，其相位可以由背腔的深度進行調節，從而實現圓極化輻射所要求的相位關系。3.根據權利要求1所述的一種寬帶背腔式微波毫米波圓極化天線，其特征在于:線極化激勵源可以由多種實現形式，不僅僅局限于線極化的偶極子結構，其他如開口波導等形式的線極化輻射源也是實現本發明中的激勵源的良好途徑。4....

【專利技術屬性】
技術研發人員：屈世偉，白雪，夏明耀，楊仕文，聶在平，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：