CN112271444A - 一种高增益双极化siw-cts天线阵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高增益双极化SIW‑CTS天线阵，包括：双极化LSG、与双极化LSG贴附的平行板及与所述平行板贴附的双极化CTS阵列；所述双极化LSG包括第一介质板及与所述第一介质板相贴附的第二介质板，所述第二介质板上设有SIL，所述第一介质板上设有第一SIW喇叭、与所述第一SIW喇叭相互垂直设置的第二SIW喇叭，且所述第一介质板上设置有金属匹配结构。根据本发明，相比使用其他双极化LSG(波导功分、抛物面)进行馈电的双极化CTS天线，此发明结构紧凑、尺寸小、低剖面、低造价，具有很大的工程应用前景。

Description

一种高增益双极化SIW-CTS天线阵
技术领域
本发明涉及SIW-CTS天线的技术领域，特别涉及一种高增益双极化SIW-CTS天线阵。
背景技术
随着无线通信***的发展，用户数量大量增长，导致频谱资源愈发紧张。为了提高频谱利用率，通信***中的天线部分迫切需要实现双极化功能。双极化天线可以同时形成一对极化方式正交、且工作频率相同的电磁波。这使其有利于频率复用，能够实现收发同工、极化分集以及极化捷变，同时也能提高通信***的灵敏度且能抵抗多径衰落。在合成孔径雷达体系中，双极化天线可以辅助获得目标和环境的全极化信息；在移动通信***中，双极化天线的基站极化分离***可以有效地消除信号的多径衰落现象；在卫星通信中，天线的双极化特性可以提高频谱利用率，从而节约了频谱资源。
上个世纪90年代，美国休斯航空公司提出连续横向枝节(Continuous TransverseStub，CTS)天线阵，在平行板波导上表面设计连续横向开路枝节，平行板波导中的电磁波从横向枝节辐射到自由空间。CTS天线相对于抛物天线以及其他阵列天线具有如下优势：(1)天线具有60％以上的效率，与抛物面天线相近，远远超过平面阵列天线的效率；(2)天线工作于TEM模，工作频带宽；(3)易于设计双/圆极化工作和波束扫描功能；(4)CTS天线阵剖面低、易于共形，结构简单，可采用压塑和电镀技术实现，成本低廉。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，结构紧凑、低剖面、便于加工的双极化LSG。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，包括：
双极化LSG、与双极化LSG贴附的平行板及与所述平行板贴附的双极化CTS阵列；
所述双极化LSG包括第一介质板及与所述第一介质板相贴附的第二介质板，所述第二介质板上设有SIL，所述第一介质板上设有第一SIW喇叭、与所述第一SIW喇叭相互垂直设置的第二SIW喇叭，且所述第一介质板上设置有金属匹配结构。
优选的，所述金属匹配结构包括设置于第一SIW喇叭与第二SIW喇叭之间的第一金属匹配件、设置于分别设置于第一SIW喇叭与第二SIW相对的两端的第二金属匹配件、设置于第一介质板上的第三金属匹配件及设置于第一介质板边界的第四金属匹配件，第一SIW喇叭与第二SIW喇叭中均设置有探针。
优选的，所述SIL包括多个圆形形超材料单元且呈圆形状，所述SIL从中心到边缘的多个同心圆环中圆形超材料单元半径梯度减小。
优选的，所述平行板与第一介质板相邻的两条边上均固接有终端反射壁，平行板上的终端反射壁与第一介质板上的终端反射壁位置相对应。
优选的，第一介质板上位于终端反射壁处均开设有耦合缝隙，且所述耦合缝隙的两端处均固定有第四金属匹配件，平行板与第一介质板上的第四金属匹配件相对应设置有第五金属匹配件。
优选的，所述双极化CTS阵列包括第三介质板及嵌合于所述第三介质板中的辐射枝节，所述第三介质板上铺满有阵列的正交辐射枝节，所述平行板上开设有与辐射枝节相对应的辐射枝节缝隙。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：解决为双极化CTS天线进行馈电的问题使双极化天线具有高增益、高隔离度、低交叉极化的特性：首次提出了基于SIL的双极化LSG使得双极化馈电结构更加紧凑；天线阵列采用CTS结构用以提高天线的增益，增加带宽；使用正交辐射枝节设计了双极化CTS阵列。天线的馈电结构主要由一个SIL、两个正交SIW喇叭、耦合缝隙和终端反射壁组成，双极化SIL产生线源为CTS进行馈电，使得CTS天线阵列产生双极化辐射。本发明通过双极化LSG为CTS阵列馈电，实现了天线的高增益、高隔离度、低交叉极化和较宽的工作频带，保证了双极化天线的极化纯度，有效地解决为双极化CTS天线进行馈电的问题。天线阵中心频点10GHz增益为22dBi，-10dB阻抗带宽为9～11GHz，在工作频带内，隔离度大于30dB，交叉极化小于-30dB。
附图说明
图1为根据本发明的高增益双极化SIW-CTS天线阵的三维结构***示意图；
图2为根据本发明的高增益双极化SIW-CTS天线阵的SIL(2)俯视图；
图3为根据本发明的高增益双极化SIW-CTS天线阵的双极化LSG俯视图；
图4为根据本发明的高增益双极化SIW-CTS天线阵的双极化CTS天线阵结构俯视图；
图5为根据本发明的高增益双极化SIW-CTS天线阵的双极化CTS天线阵侧视图。
图中：1.第一SIW喇叭；2.SIL；3.耦合缝隙；4.终端反射壁；5.第三金属匹配件；6.第四金属匹配件；7.第二金属匹配件；8.第一金属匹配件；10.第五金属匹配件；11.辐射枝节缝隙；12.辐射枝节；13.第三介质板；14.平行板；15.第一介质板；16.第二介质板；17.探针。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-5，一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，包括：双极化LSG、与双极化LSG贴附的平行板14及与所述平行板14贴附的双极化CTS阵列，所述双极化线源产生结构在CTS天线阵底部用以产生平面波；
所述双极化LSG包括第一介质板15及与所述第一介质板15相贴附的第二介质板16，第一介质板15与第二介质板16的介电常数不同，第一介质板15介电常数2.65的F4B-2，第二介质板16介电常数常数为10.2的TF-2，所述第二介质板16上设有SIL2，所述第一介质板15上设有第一SIW喇叭1、与所述第一SIW喇叭1相互垂直设置的第二SIW喇叭，且所述第一介质板15上设置有金属匹配结构，使得天线获得良好的阻抗匹配同时具有调节线源的作用。
进一步的，所述金属匹配结构包括设置于第一SIW喇叭1与第二SIW喇叭之间的第一金属匹配件8、设置于分别设置于第一SIW喇叭1与第二SIW相对的两端的第二金属匹配件7、设置于第一介质板15上的第三金属匹配件5及设置于第一介质板15边界的第四金属匹配件6，第一SIW喇叭1与第二SIW喇叭中均设置有探针17，所述第一SIW喇叭与第二SIW喇叭均通过探针17进行馈电，产生的柱面波通过SIL2后转化为平面波，通过所述金属匹配结构对平面波的相位作进一步的调节，第一SIW喇叭与第二SIW喇叭放置于透镜的边缘，激励探针产生的柱面波通过SIL2对电磁波相位的调节后，在透镜的另一端产生平面波，并通过几个匹配金属柱来进一步微调线源产生的相位，使之产生理想的线源；产生的线源经过耦合缝隙和终端反射器耦合至上层平行板，为双极化CTS辐射枝节进行馈电。SIL2产生的平面波传播方向与另一个极化的SIW喇叭口面正交，也就是一个极化的喇叭被激励时，另一个极化的喇叭几乎没有被影响，从而产生了高隔离度的效果。
进一步的，所述SIL2包括多个圆形形超材料单元且呈圆形状，所述SIL2从中心到边缘的多个同心圆环中圆形超材料单元半径梯度减小，通过调整每个区域的圆形单元的半径，可以得到相应的等效折射率，为了获得龙勃透镜所需的梯度折射率变化，圆形的超材料大小呈阶梯变化，并且在SIL2中以10阶准同心环的方式进行排布，构成折射率符合龙勃定律的平面透镜。作为一种旋转对称的梯度折射率透镜，该透镜的焦点位于透镜边缘的任何位置，可以将点源产生的柱面波经过SIL2的相位调节转化为平面波。
进一步的，所述平行板14与第一介质板15相邻的两条边上均固接有终端反射壁4，平行板14上的终端反射壁4与第一介质板15上的终端反射壁4位置相对应，所述终端反射壁4通过矩形金属过孔来实现的，第一介质板15上的反射壁4和耦合缝隙3的组合将能量耦合至平行板14中为双极化CTS天线进行馈电。
进一步的，第一介质板15上位于终端反射壁4处均开设有耦合缝隙3，且所述耦合缝隙3的两端处均固定有第四金属匹配件6，平行板14与第一介质板15上的第四金属匹配件6相对应设置有第五金属匹配件10。
进一步的，所述双极化CTS阵列包括第三介质板13及嵌合于所述第三介质板13中的辐射枝节12，辐射枝节12均由矩形金属过孔组成，既方便加工，同时也具有SIW的效果。相同极化的两个相邻辐射枝节的间距为一个波导波长，这既保证天线在中心频点的方向图指向边射方向，同时还有效防止了栅瓣的产生，所述第三介质板13上铺满有阵列的正交辐射枝节12，双极化CTS是由两组9元线极化CTS枝节正交排布而成，每个CTS单元之间的距离为一个波导波长，保证同相辐射。同时单元之间的距离还要满足自由空间中组阵的要求，由于使用介电常数为2.65的介质基板，波导波长约为0.62倍的自由空间波长，可以有效抑制阵列栅瓣的产生，所述平行板14上开设有与辐射枝节12相对应的辐射枝节缝隙11，电磁能量通过辐射枝节以线极化波向自由空间辐射。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，其特征在于，包括：
双极化LSG、与双极化LSG贴附的平行板(14)及与所述平行板(14)贴附的双极化CTS阵列；
所述双极化LSG包括第一介质板(15)及与所述第一介质板(15)相贴附的第二介质板(16)，所述第二介质板(16)上设有SIL(2)，所述第一介质板(15)上设有第一SIW喇叭(1)、与所述第一SIW喇叭(1)相互垂直设置的第二SIW喇叭，且所述第一介质板(15)上设置有金属匹配结构。
2.如权利要求1所述的一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，其特征在于，所述金属匹配结构包括设置于第一SIW喇叭(1)与第二SIW喇叭之间的第一金属匹配件(8)、设置于分别设置于第一SIW喇叭(1)与第二SIW相对的两端的第二金属匹配件(7)、设置于第一介质板(15)上的第三金属匹配件(5)及设置于第一介质板(15)边界的第四金属匹配件(6)，第一SIW喇叭(1)与第二SIW喇叭中均设置有探针(17)。
3.如权利要求1所述的一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，其特征在于，所述SIL(2)包括多个圆形形超材料单元且呈圆形状，所述SIL(2)从中心到边缘的多个同心圆环中圆形超材料单元半径梯度减小。
4.如权利要求1所述的一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，其特征在于，所述平行板(14)与第一介质板(15)相邻的两条边上均固接有终端反射壁(4)，平行板(14)上的终端反射壁(4)与第一介质板(15)上的终端反射壁(4)位置相对应。
5.如权利要求4所述的一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，其特征在于，第一介质板(15)上位于终端反射壁(4)处均开设有耦合缝隙(3)，且所述耦合缝隙(3)的两端处均固定有第四金属匹配件(6)，平行板(14)与第一介质板(15)上的第四金属匹配件(6)相对应设置有第五金属匹配件(10)。
6.如权利要求1所述的一种高增益双极化SIW-CTS天线阵，其特征在于，所述双极化CTS阵列包括第三介质板(13)及嵌合于所述第三介质板(13)中的辐射枝节(12)，所述第三介质板(13)上铺满有阵列的正交辐射枝节(12)，所述平行板(14)上开设有与辐射枝节(12)相对应的辐射枝节缝隙(11)。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113517532A (zh) * 2021-04-06 2021-10-19 浙江大学 一种基于多层脊波导结构的cts波束扫描天线
CN115000725A (zh) * 2022-07-26 2022-09-02 成都国恒空间技术工程股份有限公司 一种基于rfic馈电的四波束cts阵列天线

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416746A (zh) * 2019-07-19 2019-11-05 深圳大学 一种宽频毫米波天线单元及天线阵列
CN110518351A (zh) * 2019-09-17 2019-11-29 深圳大学 一种双极化毫米波天线单元及天线阵列

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416746A (zh) * 2019-07-19 2019-11-05 深圳大学 一种宽频毫米波天线单元及天线阵列
CN110518351A (zh) * 2019-09-17 2019-11-29 深圳大学 一种双极化毫米波天线单元及天线阵列

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOUTONG QIU.ETC: ""High Gain and Wide Angle Beam Scanning Antenna Array Based on CTS"", 《2019 INTERNATIONAL APPLIED COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS SOCIETY SYMPOSIUM-CHINA(ACES)》 *
TIAN LOU.ETC: ""Compact Dual-Polarized Continuous Transverse"", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
于英杰等: ""基于ＳＩＷ 的宽角度波束扫描ＣＰＷ－ＣＴＳ天线阵设计"", 《电子测量技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113517532A (zh) * 2021-04-06 2021-10-19 浙江大学 一种基于多层脊波导结构的cts波束扫描天线
CN115000725A (zh) * 2022-07-26 2022-09-02 成都国恒空间技术工程股份有限公司 一种基于rfic馈电的四波束cts阵列天线

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