CN206098733U - 一种双圆极化天线单元及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双圆极化天线单元及阵列天线，涉及电子信息传感领域。本实用新型阵列天线包括m×n个双圆极化天线单元和馈电网络；双圆极化天线单元包括辐射腔体、第一至第二圆极化波导辐射器、第一至第二波导腔体、第一至第二馈电端口和金属墙。本实用新型通过不同的金属隔板进行移相，能够覆盖高低两个频段，可用于雷达、通信、导航等增益较高，收发共用、定向性强的天线中，是一种高效率的收发双圆极化阵列天线，通过扩展还可用于电子波束扫描的圆极化相控阵天线。

Description

一种双圆极化天线单元及阵列天线

技术领域

本实用新型设计涉及的领域为电子信息传感***，可用于雷达、通信、导航等增益较高、定向性强的天线中，为一种高效率的收发双圆极化阵列天线，通过扩展，还可用于电子波束扫描的圆极化相控阵天线。

背景技术

在电子信息***中，传统圆极化阵列或者相控阵天线的形式有多种，但每一种天线形式具有各自的特色和优缺点，具体表现为以下特点：

1、微带圆极化天线。微带圆极化天线为谐振型天线，圆极化实现方式为微扰、电桥与多端口馈电配合等方式。其中微扰方式容易实现，只需要在制作印制板时一体化完成，无需额外的配电部件，但其驻波比和轴比带宽较窄，辐射损耗大，不利于实现双圆极化和高效辐射；电桥和多端口馈电结合的圆极化实现方式可实现较大的辐射带宽，轴比特性好，但由于引入了额外的元器件，其制作相对复杂，也引入了额外的***损耗。

2、单端口辐射波导圆极化天线，这种天线非常适合进行圆极化信号的产生，且在一定的角度范围内轴比较小，实现方法简单，加工容易，但对于端口辐射方式不利于实现宽带特性和收发隔离，如果要实现，往往采用收发天线分置或者反向馈电实现，其复杂度大。

3、利用极化栅实现圆极化。该种方式的圆极化信号实现技术较为简单，但这种方式引入了极化栅的***损耗，且由于极化栅为谐振形式，不利于实现宽带轴比。

实用新型内容

本实用新型具有完全不同于上述几种圆极化宽波束阵列天线的实现思路，提供一种高效率、低损耗的双圆天线，克服以上天线中存在的各种缺点。

为解决以上问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种双圆极化天线单元，包括辐射腔体5、第一圆极化波导辐射器3、第二圆极化波导辐射器4、第一波导腔体11、第二波导腔体12、第一馈电端口7、第二馈电端口8和金属墙；辐射腔体5的上部且在内壁中心线上设置有第一圆极化波导辐射器3；

金属墙包括主隔离墙9、两个副隔离墙6和金属块10，主隔离墙9位于辐射腔体5的两相对面之间且主隔离墙的长度与辐射腔体5的馈电端口长度相同；两个副隔离墙6位于主隔离墙9的同一侧且均与主隔离墙9相垂直，两个副隔离墙6的一端分别与主隔离墙9的两端一一对应相连接，两个副隔离墙6的另一端均与辐射腔体5的内壁相连接；两个副隔离墙6之间设置有金属块10，金属块10与主隔离墙9构成台阶状，金属块10的长度与两个副隔离墙6之间的距离相同；

金属墙将辐射腔体5的下部分割成两部分，一部分为第一波导腔体11和第一馈电端口7，另一部分为第二波导腔体12和第二馈电端口8；金属块10、两个副隔离墙6和辐射腔体5的下部内壁围合形成第二波导腔体12；主隔离墙9与辐射腔体5的下部内壁围合形成第一波导腔体11；

主隔离墙9的上表面设置有第一圆极化波导辐射器3；金属块10的上表面设置有与其长度相同的第二圆极化波导辐射器4。

其中，第一圆极化波导辐射器3和第二圆极化波导辐射器4均为金属块状的金属隔板，第二圆极化波导辐射器4的最大高度低于第一圆极化波导辐射器3的底端；第二圆极化波导辐射器4的底端长度与金属块10相同。

其中，所述的第一圆极化波导辐射器3位于辐射腔体5的中心线上，第二圆极化波导辐射器4位于其辐射腔体的中心线上；所述的辐射腔体由主隔离墙9、两个副隔离墙6和辐射腔体5的下部内壁围合形成。

其中，每个副隔离墙6靠近辐射腔体5内壁的一侧均设置有凹槽。

其中，第一圆极化辐射器3的顶端到主隔离墙9上表面的高度为0.67倍波长；第二圆极化辐射器4的顶端到第二馈电端口8的高度为1倍波长。

其中，辐射腔体5的空腔中填充有介质。

一种双圆极化阵列天线，包括m×n个双圆极化天线单元2和馈电网络，其中m，n均为大于1的自然数；所述的馈电网络为双层微带或双层波导形式，每一层分别与第一馈电端口7和第二馈电端口8一一对应相连接。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1、本实用新型采用金属波导有利于提高天线的辐射效率。

2、本实用新型利用不同的金属隔板进行移相，且圆极化端口可自由选择，可根据不同的极化需求进行设计。

3、本实用新型设计的天线阵列，不仅仅可以用于阵列天线，也可以根据需求，通过在金属波导内部填充介质，进行小型化，实现宽角波束扫描的相控阵天线，具有强的定向性，良好的天线波束、驻波比以及轴比性能。

4、天线阵列的实现方式可多样化，机械加工、焊接、注塑、铸造等均可以实现该实用新型。

附图说明

图1是本实用新型的一种双圆极化阵列天线两维示意图。

图2是本实用新型的一种双圆极化阵列天线的单元示意图。

图3是本实用新型的一种双圆极化阵列天线的单元俯视图。

图4为本实用新型的一种双圆极化阵列天线的单元仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

参照图1至图4，一种双圆极化阵列天线1，包括m×n个双圆极化天线单元2和馈电网络，其中m，n均为大于1的自然数，双圆极化天线单元2包括辐射腔体5、第一圆极化波导辐射器3、第二圆极化波导辐射器4、第一波导腔体11、第二波导腔体12、第一馈电端口7和第二馈电端口8和金属墙。

辐射腔体5内部设置有金属墙，金属墙包括主隔离墙9、两个副隔离墙6和金属块10，主隔离墙9、两个副隔离墙6和金属块10的底面均与辐射腔体5的辐射端口相持平；主隔离墙9位于辐射腔体5的两相对面之间且主隔离墙的长度与辐射腔体5的馈电端口长度相同；两个副隔离墙6位于主隔离墙9与对应的辐射腔体5的内壁之间，两个副隔离墙6的一端分别与主隔离墙9的两端一一对应相连接，两个副隔离墙6的另一端均与辐射腔体5的内壁相连接；两个副隔离墙6之间设置有金属块10，金属块10与主隔离墙9构成台阶状，金属块10的长度与两个副隔离墙6之间的距离相同。

金属墙将辐射腔体5的下部分割成两部分，一部分为第一波导腔体11和第一馈电端口7，另一部分为第二波导腔体12和第二馈电端口8；金属块10、两个副隔离墙6和辐射腔体5的下部内壁围合形成第二波导腔体12；主隔离墙9与辐射腔体5的下部内壁围合形成第一波导腔体11。

每个副隔离墙6靠近辐射腔体5内壁的一侧均设置有凹槽。

第二圆极化波导辐射器4为一个台阶状的金属隔板，其最大高度低于第一圆极化波导辐射器3的底端。第二圆极化波导辐射器4位于金属块10的上表面且在其辐射腔体的中心线上，其长度相同与金属块10的长度相同。第二圆极化波导辐射器4台阶状外壁的下方设有第二辐射口8。

第一圆极化波导辐射器3为多个金属台阶组成的金属膜片。第一圆极化波导辐射器3位于主隔离墙9的上表面且在辐射腔体5的中心线上。

馈电网络为双层微带或波导形式，每一层分别与第一馈电端口7和第二馈电端口8相连接。

将上述研制的双圆极化天线单元2进行组阵后，通过后端的馈电网路将其进行信号合成，并按照一定的规律实施矩形或者三角形排布，就可以实现阵列的设计和研制。

以某频段圆极化阵列天线设计为例，说明该技术实用新型的创新性。设计的天线方案覆盖高低两个频段，倍频程为1.5，其中，辐射腔体5的口面尺寸为0.73倍波长相对于低频段，第一圆极化辐射器3为低频段的右旋圆极化信号形成部件，第二圆极化辐射器4为高频段的左旋圆极化信号形成部件，第一圆极化辐射器3的金属隔板的顶端到副隔离墙6的高度为0.67倍的波长相对于低频段，第二圆极化辐射器4金属隔板的顶端到第二馈电端口8的高度为1倍波长相对于高频段。采用该技术后可以将整个频段的信号通过一个辐射口输出，同时生成双圆极化，圆极化的轴比特性在法向波束时小于1.5dB，交叉极化低于25dB，既节省了天线设计的空间，又提高了天线辐射效率，同时也有利于后端馈电方式的实现。

工作原理

以一种双圆极化阵列天线为例，阐述该实用新型的工作原理。该天线既可以工作在发射状态，又可以工作在接收状态。

当发射信号时，发射机产生的信号进入双层馈电网络，分别进入第一馈电端口7和第二馈电端口8。其中，经过第一馈电端口7的信号，在波导腔内传输，到达第一圆极化辐射器3时，将线极化信号转化为圆极化信号，由辐射腔体5辐射到空间中。经过第二馈电端口8的信号，在波导腔内传输，到达第二圆极化辐射器4时，将线极化信号转化为圆极化信号，由辐射腔体5辐射到空间中。

当接收信号时，空间来的圆极化极化信号经过如图2所示的辐射腔体5，经过第一圆极化辐射器3的信号，极化形式由圆极化转化为线极化，通过波导腔体，由第一馈电端口7进入其连接的馈电网络，实现信号的接收功能。经过第二圆极化辐射器4的信号，极化形式由圆极化转化为线极化，通过其波导腔体，由第二馈电端口8进入其连接的馈电网络，进而实现信号的接收功能。

Claims (7)

1.一种双圆极化天线单元，包括辐射腔体(5)和第一圆极化波导辐射器(3)；辐射腔体(5)的上部且在内壁中心线上设置有第一圆极化波导辐射器(3)，其特征在于：还包括第二圆极化波导辐射器(4)、第一波导腔体(11)、第二波导腔体(12)、第一馈电端口(7)、第二馈电端口(8)和金属墙；

所述的金属墙包括主隔离墙(9)、两个副隔离墙(6)和金属块(10)，主隔离墙(9)位于辐射腔体(5)的两相对面之间且主隔离墙的长度与辐射腔体(5)的馈电端口长度相同；两个副隔离墙(6)位于主隔离墙(9)的同一侧且均与主隔离墙(9)相垂直，两个副隔离墙(6)的一端分别与主隔离墙(9)的两端一一对应相连接，两个副隔离墙(6)的另一端均与辐射腔体(5)的内壁相连接；两个副隔离墙(6)之间设置有金属块(10)，金属块(10)与主隔离墙(9)构成台阶状，金属块(10)的长度与两个副隔离墙(6)之间的距离相同；

金属墙将辐射腔体(5)的下部分割成两部分，一部分为第一波导腔体(11)和第一馈电端口(7)，另一部分为第二波导腔体(12)和第二馈电端口(8)；金属块(10)、两个副隔离墙(6)和辐射腔体(5)的下部内壁围合形成第二波导腔体(12)；主隔离墙(9)与辐射腔体(5)的下部内壁围合形成第一波导腔体(11)；

主隔离墙(9)的上表面设置有第一圆极化波导辐射器(3)；金属块(10)的上表面设置有与其长度相同的第二圆极化波导辐射器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种双圆极化天线单元，其特征在于：第一圆极化波导辐射器(3)和第二圆极化波导辐射器(4)均为金属块状的金属隔板，第二圆极化波导辐射器(4)的最大高度低于第一圆极化波导辐射器(3)的底端；第二圆极化波导辐射器(4)的底端长度与金属块(10)相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种双圆极化天线单元，其特征在于：所述的第一圆极化波导辐射器(3)位于辐射腔体(5)的中心线上，第二圆极化波导辐射器(4)位于其辐射腔体的中心线上；所述的辐射腔体由主隔离墙(9)、两个副隔离墙(6)和辐射腔体(5)的下部内壁围合形成。

4.根据权利要求1或2所述的一种双圆极化天线单元，其特征在于：每个副隔离墙(6)靠近辐射腔体(5)内壁的一侧均设置有凹槽。

5.根据权利要求3所述的一种双圆极化天线单元，其特征在于：第一圆极化辐射器(3)的顶端到主隔离墙(9)上表面的高度为0.67倍波长；第二圆极化辐射器(4)的顶端到第二馈电端口(8)的高度为1倍波长。

6.根据权利要求1或2所述的一种双圆极化天线单元，其特征在于：辐射腔体(5)的空腔中填充有介质。

7.一种双圆极化阵列天线，包括m×n个如权利要求1所述的双圆极化天线单元(2)和馈电网络，其中m，n均为大于1的自然数；其特征在于：所述的馈电网络为双层微带或双层波导形式，每一层分别与第一馈电端口(7)和第二馈电端口(8)一一对应相连接。