全文摘要
本实用新型公开了一种圆极化阵列天线，包括过模腔体和与过模腔体底部连接的圆极化器；所述圆极化器为金属管道波导结构，其远离所述过模腔体一端为圆极化馈电端口；在所述圆极化器中沿轴向设有两组对称设置的阶梯脊条，所述阶梯脊条为对称结构，所述阶梯脊条由中部向两侧梯度降低形成阶梯结构；所述过模腔体远离所述圆极化器一侧设有多孔耦合板，所述多孔耦合板上设有多个孔洞，并在每个所述孔洞上设有开口波导。本实用新型在圆极化器和一馈四结构的基础上，通过在圆极化器上阶梯极片，并在过模腔体上采用波纹移相结构，在实现双圆极化辐射的同时，大大降低了天线的剖面高度，并展宽了天线的工作频带。
主设计要求
1.一种圆极化阵列天线，其特征在于：包括过模腔体(1)和与过模腔体(1)底部连接的圆极化器(2)；所述圆极化器(2)为金属管道波导结构，其远离所述过模腔体(1)一端为圆极化馈电端口(3)；在所述圆极化器(2)中沿轴向设有两组对称设置的阶梯脊条，所述阶梯脊条为对称结构，所述阶梯脊条由中部向两侧梯度降低形成阶梯结构；所述过模腔体(1)远离所述圆极化器(2)一侧设有多孔耦合板(4)，所述多孔耦合板(4)上设有多个孔洞，并在每个所述孔洞上设有开口波导(5)。
设计方案
1.一种圆极化阵列天线，其特征在于：包括过模腔体(1)和与过模腔体(1)底部连接的圆极化器(2)；
所述圆极化器(2)为金属管道波导结构，其远离所述过模腔体(1)一端为圆极化馈电端口(3)；
在所述圆极化器(2)中沿轴向设有两组对称设置的阶梯脊条，所述阶梯脊条为对称结构，所述阶梯脊条由中部向两侧梯度降低形成阶梯结构；
所述过模腔体(1)远离所述圆极化器(2)一侧设有多孔耦合板(4)，所述多孔耦合板(4)上设有多个孔洞，并在每个所述孔洞上设有开口波导(5)。
2.根据权利要求1所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述阶梯脊条包括带槽脊条(6)和平直脊条(7)，所述带槽脊条(6)上设有多个通槽形成锯齿状结构。
3.根据权利要求2所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述圆极化器(2)为矩形波导结构。
4.根据权利要求3所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述阶梯脊条均设置在所述圆极化器(2)内与圆极化器(2)轴向平行的侧面的中线上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述过模腔体(1)为矩形波导结构，并在所述过模腔体(1)一组相对的内壁上设有多组对称的凸条(8)。
6.根据权利要求5所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述凸条(8)为所述过模腔体(1)外侧壁向内凹陷形成的条状凹槽结构，从而在所述过模腔体(1)内侧的一组相对面上形成对称设置的波纹凹凸面结构。
7.根据权利要求6所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述多孔耦合板(4)上设有多个圆孔(9)。
8.根据权利要求7所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述多孔耦合板(4)上均匀布置有四个圆孔(9)，并对应每个所述圆孔(9)均在其圆孔(9)上方设有对应的开口波导(5)，所述开口波导(5)设置在同一水平面上从而构成开口波导层。
9.根据权利要求8所述的一种圆极化阵列天线，其特征在于：所述开口波导(5)为正方体形状。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于射频天线技术领域，具体涉及一种圆极化阵列天线。
背景技术
随着微波通讯技术的发展，天线系统的工作频带日益展宽。以常规的宽频带振子馈电系统相比，宽带波导馈电系统具有较小的馈线损耗，因此在高性能宽带天线系统中得以广泛的应用。
而电磁波电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质，在光学中称为偏振。如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为极化电磁波(简称极化波)。如果极化电磁波的电场强度始终在垂直于传播方向的(横)平面内取向，其电场矢量的端点沿一闭合轨迹移动，则这一极化电磁波称为平面极化波。电场的矢端轨迹称为极化曲线，并按极化曲线的形状对极化波命名。对于单一频率的平面极化波，极化曲线是一椭圆(称极化椭圆)，故称椭圆极化波。顺传播方向看去，若电场矢量的旋向为顺时针，符合右螺旋法则，称右旋极化波；若旋向为逆时针，符合左螺旋法则，称左旋极化波。按极化椭圆的几何参数。可直观地对椭圆极化波作定量描述，即轴比ρ(长轴与短轴之比)。发射和接收电磁波的天线都具有确定的极化性质，可根据其用作发射天线时在最强辐射方向上的电磁波极化而命名。例如，水平或垂直极化天线辐射水平或垂直极化波；右旋或左旋(椭)圆极化天线辐射右旋或左旋(椭)圆极化波。通常为了在收发天线之间实现最大的功率传输，应采用极化性质相同的发射天线和接收天线，这种配置条件称为极化匹配。
圆极化天线在无线电领域中有重要作用。特别在航天飞行器中，由于飞行器位置姿态的固定，它们的通讯测控设备都要求是共形的、重量轻、体积小而且成本低的圆极化天线。圆极化微带天线就是能满足这些要求的比较理想的天线。所述的圆极化当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0～360°周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°时，可以得到圆极化。圆极化，若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右旋圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左旋圆极化。
现有的圆极化天线通常截面高度较高，想要达到较好的圆极化效果，且采用的阶梯型结构的圆极化结构的带宽较窄。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种一馈四的圆极化天线结构从而有效的减小整个天线的体积并达到较宽的工作频带。
本实用新型所采用的技术方案为：一种圆极化阵列天线，包括过模腔体和与过模腔体底部连接的圆极化器；
所述圆极化器为金属管道波导结构，其远离所述过模腔体一端为圆极化馈电端口；
在所述圆极化器中沿轴向设有两组对称设置的阶梯脊条，所述阶梯脊条为对称结构，所述阶梯脊条由中部向两侧梯度降低形成阶梯结构；
所述过模腔体远离所述圆极化器一侧设有多孔耦合板，所述多孔耦合板上设有多个孔洞，并在每个所述孔洞上设有开口波导。
其中，本实用新型是一种一馈四的圆极化阵列天线，其中每个天线模块包括依次连接的圆极化器、过模腔体多孔耦合板和开口波导。首先所述的圆极化波的电场矢量端点的轨迹是一个在垂直于传播方向的平面内的圆则沿传播方向观察，电场矢量顺时针方向旋转，称为右旋圆极化波，电场矢量逆时针方向旋转，称为左旋圆极化波。如果迎着传播方向观察，右旋波为逆时针方向旋转，左旋波为顺时针方向旋转。辐射圆极化波的天线为圆极化天线，轴向模螺旋天线是一种圆极化天线。圆极化的主要优点是，用它做发射时，如果用线极化的作接收，则任意方向的线极化都能接收到电平值，即不存在线极化和线极化垂直时接收不到电平值的情况。
而本实用新型中采用一种金属管道结构的波导极化结构进行馈电，也就是所述的圆极化器，采用正交器与波导极化器相结合的圆极化馈电网络，具有较好的性能。其原理即当一个线极化波同移相器的移相措施呈°夹角输入时，可分解成垂直于移相措施和平行于移相措施的两个正交分量。而移相措施改变两个正交极化分量的波导波长，从而改变相移常数，然后通过极化器之后产生移相量，将两个等幅正交的极化分量的相位差控制在°附近，从而形成左旋和右旋圆极化。
其中的圆极化器为一种金属直管状波导结构，所述的两组，也就是四条阶梯脊条以圆极化器的轴线等圆心角设置在圆极化器内壁上，并均与圆极化器的轴向平行，其中两辆对称设置。脊条中间为最高水平面，并向两侧延伸并梯度下降形成阶梯结构。
进一步的，所述阶梯脊条包括带槽脊条和平直脊条，所述带槽脊条上设有多个通槽形成锯齿状结构。
其中，所述的带槽脊条即是在平直脊条的基础上对最高处的平直面进行开槽处理，在所述的最高处的平直面上开设有多个等距设置的通槽，从而形成类锯齿状的结构。
进一步的，所述圆极化器为矩形波导结构。
进一步的，所述阶梯脊条均设置在所述圆极化器内与圆极化器轴向平行的侧面的中线上。
进一步的，所述过模腔体为矩形波导结构，并在所述过模腔体一组相对的内壁上设有多组对称的凸条。
进一步的，所述凸条为所述过模腔体外侧壁向内凹陷形成的条状凹槽结构，从而在所述过模腔体内侧的一组相对面上形成对称设置的波纹凹凸面结构。
根据现有的理论研究表明，微波矩形金属波导具有传输损耗小、功率容量大、工作频带窄和工作频率高的优点，是大功率微波输出窗通常采用的结构，其主要功能是将微波功率通过矩形波导等传输线传输到天线等负载。在波导中放置横向电感凸条作为滤波电抗元件可以改善传输带宽，波导截面的改变所引起的电抗效应可以用复杂的场解法分析。微波传输线电路的等效四端口网络模型是分析含有横向电感凸条的矩形波导结构近似和较为简单的方法。
以微波传输线等效二端口网络模型等效电路理论近似分析了含有横向电感凸条矩形波导的结构，计算发现矩形波导内置一对凸条时凸条的宽度会影响散射参数的相位和振幅而凸条放置的位置对散射参数的幅值及带宽没有影响。根据微波无反射传输的条件，研究了微波矩形波导内置两组横向电感凸条结构的转移矩阵。采用Matlab编程计算，得到在插入衰减最小时两组凸条在波导中的最佳间距，等效电路理论计算结果与用CST软件仿真的结果相符。研究发现，在凸条间距取最佳值时，两种方法得到的相对带宽差值仅为0.59％。
按照现有的理论基础，对过模腔体内壁上的多个凸条的间距进行合理设置，并通过设置多组凸条的方式在减小整个过模腔体的截面高度前提下尽可能展宽了天线的工作频带。
进一步的，所述多孔耦合板上设有多个圆孔。
进一步的，所述多孔耦合板上均匀布置有四个圆孔，并对应每个所述圆孔均在其圆孔上方设有对应的开口波导块，所述开口波导块设置在同一水平面上从而构成开口波导层。
进一步的，所述开口波导块为正方体形状。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型在圆极化器和一馈四结构的基础上，通过在圆极化器上阶梯极片，并在一馈四的过模腔体上采用波纹移相结构，在实现双圆极化辐射的同时，大大降低了天线的剖面高度，并展宽了天线的工作频带。
附图说明
图1是本实用新型的爆照透视结构示意图；
图2是本实用新型的透视部分分体结构示意图；
图3是本实用新型的正面结构示意图；
图4是本实用新型的圆极化器中带槽脊条侧面的透视结构示意图；
图5是本实用新型的圆极化器中平直脊条侧面的透视结构示意图；
图6是本实用新型的过模腔体的透视结构示意图。
图中：1-过模腔体，2-圆极化器，3-圆极化馈电端口，4-多孔耦合板，5-开口波导，6-带槽脊条，7-平直脊条，8-凸条，9-圆孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。
实施例1：
本实施例提供一种圆极化阵列天线，如图1-6所示，包括过模腔体1和与过模腔体1底部连接的圆极化器2；所述圆极化器2为金属管道波导结构，其远离所述过模腔体1一端为圆极化馈电端口3；在所述圆极化器2中沿轴向设有两组对称设置的阶梯脊条，所述阶梯脊条为对称结构，所述阶梯脊条由中部向两侧梯度降低形成阶梯结构；所述过模腔体1远离所述圆极化器2一侧设有多孔耦合板4，所述多孔耦合板4上设有多个孔洞，并在每个所述孔洞上设有开口波导5。
本实施例为一个阵列天线中的单独天线模块，其中每个天线模块包括依次连接的圆极化器2、过模腔体1多孔耦合板4和开口波导5。
圆极化波的电场矢量端点的轨迹是一个在垂直于传播方向的平面内的圆则沿传播方向观察，电场矢量顺时针方向旋转，称为右旋圆极化波，电场矢量逆时针方向旋转，称为左旋圆极化波。如果迎着传播方向观察，右旋波为逆时针方向旋转，左旋波为顺时针方向旋转。辐射圆极化波的天线为圆极化天线，轴向模螺旋天线是一种圆极化天线。圆极化的主要优点是，用它做发射时，如果用线极化的作接收，则任意方向的线极化都能接收到电平值，即不存在线极化和线极化垂直时接收不到电平值的情况。而本实施例中采用一种金属管道结构的波导极化结构进行馈电，也就是所述的圆极化器2，采用正交器与波导极化器相结合的圆极化馈电网络，具有较好的性能。
其原理即当一个线极化波同移相器的移相措施呈45°夹角输入时，可分解成垂直于移相措施和平行于移相措施的两个正交分量。而移相措施改变两个正交极化分量的波导波长，从而改变相移常数，然后通过极化器之后产生移相量，将两个等幅正交的极化分量的相位差控制在90°附近，从而形成左旋和右旋圆极化。其中的圆极化器2为一种金属直管状波导结构，所述的两组，也就是四条阶梯脊条以圆极化器2的轴线等圆心角设置在圆极化器2内壁上，并均与圆极化器2的轴向平行，其中两辆对称设置。
脊条中间为最高水平面，并向两侧延伸并梯度下降形成阶梯结构。所述阶梯脊条包括带槽脊条6和平直脊条7，所述带槽脊条6上设有多个通槽形成锯齿状结构。所述的带槽脊条6即是在平直脊条7的基础上对最高处的平直面进行开槽处理，在所述的最高处的平直面上开设有多个等距设置的通槽，从而形成类锯齿状的结构。
圆极化器2为矩形波导结构。所述阶梯脊条均设置在所述圆极化器2内与圆极化器2轴向平行的侧面的中线上。
过模腔体1为矩形波导结构，并在所述过模腔体1一组相对的内壁上设有多组对称的凸条8。所述凸条8为所述过模腔体1外侧壁向内凹陷形成的条状凹槽结构，从而在所述过模腔体1内侧的一组相对面上形成对称设置的波纹凹凸面结构。
微波矩形金属波导具有传输损耗小、功率容量大、工作频带窄和工作频率高的优点，是大功率微波输出窗通常采用的结构，其主要功能是将微波功率通过矩形波导等传输线传输到天线等负载。
实施例2：
本实施例公开一种圆极化阵列天线，包括过模腔体1和与过模腔体1底部连接的圆极化器2；所述圆极化器2为金属管道波导结构，其远离所述过模腔体1一端为圆极化馈电端口3；在所述圆极化器2中沿轴向设有两组对称设置的阶梯脊条，所述阶梯脊条为对称结构，所述阶梯脊条由中部向两侧梯度降低形成阶梯结构；所述过模腔体1远离所述圆极化器2一侧设有多孔耦合板4，所述多孔耦合板4上设有多个孔洞，并在每个所述孔洞上设有开口波导5。
多孔耦合板4上设有多个圆孔9。所述多孔耦合板4上均匀布置有四个圆孔9，并对应每个所述圆孔9均在其圆孔9上方设有对应的开口波导5块，所述开口波导5块设置在同一水平面上从而构成开口波导5层。开口波导5块为正方体形状。
当一个线极化波同移相器的移相措施呈45°夹角输入时，可分解成垂直于移相措施和平行于移相措施的两个正交分量。而移相措施改变两个正交极化分量的波导波长，从而改变相移常数，然后通过极化器之后产生移相量，将两个等幅正交的极化分量的相位差控制在90°附近，从而形成左旋和右旋圆极化。其中的圆极化器2为一种金属直管状波导结构，所述的两组，也就是四条阶梯脊条以圆极化器2的轴线等圆心角设置在圆极化器2内壁上，并均与圆极化器2的轴向平行，其中两辆对称设置。
脊条中间为最高水平面，并向两侧延伸并梯度下降形成阶梯结构。所述阶梯脊条包括带槽脊条6和平直脊条7，所述带槽脊条6上设有多个通槽形成锯齿状结构。所述的带槽脊条6即是在平直脊条7的基础上对最高处的平直面进行开槽处理，在所述的最高处的平直面上开设有多个等距设置的通槽，从而形成类锯齿状的结构。
圆极化器2为矩形波导结构。所述阶梯脊条均设置在所述圆极化器2内与圆极化器2轴向平行的侧面的中线上。过模腔体1为矩形波导结构，并在所述过模腔体1一组相对的内壁上设有多组对称的凸条8。所述凸条8为所述过模腔体1外侧壁向内凹陷形成的条状凹槽结构，从而在所述过模腔体1内侧的一组相对面上形成对称设置的波纹凹凸面结构。
微波矩形金属波导具有传输损耗小、功率容量大、工作频带窄和工作频率高的优点，是大功率微波输出窗通常采用的结构，其主要功能是将微波功率通过矩形波导等传输线传输到天线等负载。
本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822272964.8
申请日:2018-12-29
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:90(成都)
授权编号:CN209119369U
授权时间:20190716
主分类号:H01Q 15/24
专利分类号:H01Q15/24;H01Q21/00
范畴分类:38G;
申请人:四川睿迪澳科技有限公司
第一申请人:四川睿迪澳科技有限公司
申请人地址:610000 四川省成都市高新区航天城上城13栋1811
发明人:陶道申;李一凡
第一发明人:陶道申
当前权利人:四川睿迪澳科技有限公司
代理人:王霞
代理机构:51224
代理机构编号:成都顶峰专利事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：阵列天线论文; 天线极化方式论文; 天线论文; 天线效应论文; 电磁波极化论文; 极化曲线论文; 微波设备论文; 耦合电路论文; 波导论文;