[发明专利]多极化平板天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以实现左/右旋圆极化或任意线极化的天线形式，可用作任意极化反射面的馈源或任意极化天线阵列的阵元。

背景技术

目前对于同时多极化天线的需求越来越多。比较常见的多极化天线包括多极化微带天线、波导喇叭形天线、双极化开缝天线、方形腔体结合带状线的平板天线等。微带天线由于其剖面底、体积小、易于和载体共形的特点，已获得了广泛的应用，根据应用的需要，已研制出多种线极化、圆极化、双极化及多极化的结构形式，但是由于介质损耗的缘故，高增益的大型微带阵列的效率总是很低，如Eswarappa Channabasappa的专利“MULTI-POLARIZATIONPLANAR ANTENNA，US 7,486,239B1”，不仅带宽窄、结构复杂，用于大型阵列时效率也会很低。对于喇叭型阵列，由于每一个喇叭对应一个馈电极化器，致使单元体积较大，组阵时不仅结构复杂，也无法满足宽频带天线组阵间距的要求，因此带宽会很窄；常见的双极化开缝波导天线，主要为主模传输的波导侧边开缝，为了实现两种极化的波束一致性，开缝类型为驻波阵，因此，带宽较窄，如Michael G.Guler，and Dawsonville，Ga的专利“DUAL POLARIZED SLOTTED ARRAY ANTENNA，US006127985A”由于结构的限制，带宽是较窄的。对于方形腔体结合带状线的双极化平板天线，由于对应双极化的两层独立的带状线馈电网络结构的采用，该天线不仅用于高增益的大型阵列时效率低，而且不适于模具化的批量生产。

通常的多模波导短路面上开线型缝的线极化天线，其馈电波导为单模工作的矩形波导，由馈电波导和开缝形式决定其只能工作于单一的线极化状态，无法满足目前对多极化天线的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种频带宽、效率高、结构紧凑、便于组阵和模具化批量生产的多极化平板天线。

本发明的技术解决方案为：多极化平板天线包括多模短路开缝波导和多模激励波导，所述多模短路开缝波导和多模激励波导均为方波导；多模短路开缝波导的短路面一端均匀开有4个大小相同的圆形辐射缝隙；多模短路开缝波导另一端接多模激励波导。

所述相邻两个圆形辐射缝隙的中心之间距离d小于一个天线最高工作频率对应的波长。

所述相邻两个圆形辐射缝隙边缘间的距离t≥2mm。

本发明的工作原理是：当天线工作于单线极化模式时，激励波导中只存在TE₁₀或TE₀₁模，由于激励波导到开缝短路多模波导的截面突变，由高次模的激励原理可知，多模波导中将会存在高次模TE_mn，m、n的奇、偶特性和激励波导中的模式一样，且所有的模式均为和模。由多模波导短路面上的电流分布可知，在紧靠侧壁的位置开缝辐射效率最高，且能保证四个缝隙的激励为等幅同相；当天线工作于任意圆极化模式时，激励波导中同时存在极化正交的TE₁₀和TE₀₁模，由于激励波导到开缝短路多模波导的截面突变，由高次模的激励原理可知，多模波导中将会存在极化正交的高次模TE_mn和TE_nm，m、n的奇、偶特性和激励波导中的模式一样，且所有的模式均为和模。由多模波导短路面上的电流分布可知，在紧靠侧壁的位置开缝辐射效率最高，且能保证四个缝隙的激励为等幅同相。

采用多模波导传输和激励任意极化的电磁波，通过圆形辐射缝隙完成电磁波的有效辐射。用作发射天线时，由多模激励波导馈入左旋/右旋或水平/垂直线极化电磁信号，通过多模激励波导传输到多模短路开缝波导，最终通过圆形辐射缝隙将相应极化的电磁波辐射到自由空间；用作接收天线时，通过圆形辐射缝隙接收自由空间的左旋/右旋或水平/垂直线极化电磁信号，通过多模短路开缝波导传输到多模激励波导，最终通过相应的极化激励器到达接收机。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用在多模波导短路面上开圆缝的全波导结构，不仅损耗小、效率高、易于组阵和模具化的批量生产，且可辐射任意极化电磁波。

(2)本发明采用了相当于4个喇叭单元天线的缝隙子阵对应一个馈电极化器的结构，使相邻馈电波导间的距离增大为2d(d为阵列天线中相邻单元间的间距，d＜λ，λ为工作波长)，为阵列天线波导型馈电网络的设计提供了方便。本发明的天线形式不仅可以辐射或接收任意极化波，还具有宽频带特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；