[发明专利]一种圆极化天线

说明书

技术领域

本发明属于卫星通信领域的天线技术，具体涉及一种金属脊波导管圆极化天线。

背景技术

天线是无线电系统中必不可少的设备，天线的实现形式也是多种多样。天线按工作的极化方式来分，主要有线极化和圆极化两种，其中线极化有水平极化、垂直极化和斜极化等，而圆极化主要有左旋圆极化和右旋圆极化两种。圆极化天线在卫星通信、气象雷达、电子侦察和对抗中应用较多。在卫星通信和数据传输的圆极化天线中，采用波导缝隙天线优势明显，尤其是工作在X及其以上波段的情况。美国专利US5579019缝隙波导漏波天线阵(犹玛修.玛萨赫洛和奥吉玛.塔卡仕等，Masahiro Uematsu, Takashi Ojima, etc, slotted leaky waveguide array antenna)和US7436371B1低损耗低轮廓双极化波导月牙缝隙天线阵(李.玛.保尔逊，科德.瑞皮斯等，Lee M. Paulsen, Cedar Rapids, etc, waveguide crescent slot array for low-loss, low-profile dual-polarization antenna)中，天线阵中的天线(单元)是双线极化。两个正交线极化天线辐射幅度相等，并通过两个天线沿波导轴向的间距造成90度相位差来实现圆极化。此类天线仅适合于行波天线阵中，无法构成高效、带内波束指向稳定的驻波天线阵；组成行波天线阵时，存在宽带工作波束指向色散且效率降低的问题。这种天线阵不适合于宽瞬时带宽系统中应用。另外，这种天线也难以进行幅度加权，构成低副瓣天线阵。

张洪涛、汪伟提出了一种圆极化波导驻波天线阵(中国专利，CN 200910185457.3)中的天线(单元)是一种四脊开口波导，天线由馈电波导通过缝隙耦合的方式激励。天线本身是圆极化工作，该种天线可以构成行波天线阵也可以构成驻波天线阵。通过耦合缝位置的偏移，易于实现幅度加权，构成低副瓣天线阵。但这种天线结构上较为复杂，包含了馈电波导和开口辐射波导两层结构，天线厚度较厚，重量重。汪伟、张洪涛等人提出的脊波导倾斜缝隙对天线(中国专利，CN200910184962.6)结构简单，可以构成驻波和行波天线阵，但是这是一种线极化天线，不能辐射或接收圆极化电磁波。波导宽边开纵向直缝构成的波导缝隙天线，也是线极化工作。

发明内容

为了解决背景技术中所述天线存在的局限性，本发明提供一种结构简单的圆极化天线，可以很容易地组合成高效率的圆极化波导驻波天线阵或圆极化波导行波天线阵。

具体技术方案如下：

一种圆极化天线包括金属波导管，包括一个以上的天线单元，所述天线单元包括金属波导管，所述金属波导管为一个横截面呈“凹”形中空的单脊金属波导管，其中一端为输入端，另一端为输出端；金属波导管两侧的向上凸起的窄边金属壁上分别开设有斜缝，两侧斜缝呈镜像对称，且斜缝与金属波导管的纵向轴线之间的夹角θ在10～90度之间；在金属波导管的凹槽内的水平管壁上开设有直缝，直缝平行于金属波导管的中心线，直缝沿长度方向和金属波导管的中心线之间设有偏心距Xs；所述镜像对称的两条斜缝的几何中心和直缝的几何中心位于金属波导管的同一横截面内；

电磁波从金属波导管的输入端输入，由输出端输出，部分电磁波由两条斜缝和直缝辐射出去；或者电磁波从金属波导管的输入端输入，而输出端由金属壁短路，电磁波由两条斜缝和直缝辐射出去；

所述每一条斜缝辐射的电磁波包含两个分量：一个分量平行于金属波导管的纵向轴线，定义为水平极化电磁波；另一个分量垂直于金属波导管的纵向轴线，定义为垂直极化电磁波；在天线法线方向，由两条斜缝辐射的水平极化电磁波同相叠加，而由两条斜缝辐射的垂直极化电磁波则反相抵消，最终形成单纯的水平极化电磁波；

所述直缝仅辐射单纯的垂直极化电磁波；

调整两条斜缝的夹角θ和所述直缝的偏心距Xs，使所述水平极化电磁波和垂直极化电磁波的幅度相等；选择“凹”形中空的单脊金属波导管的凹槽的深度Rh为0.25λ₀，使两条斜缝的几何中心和直缝的几何中心之间在天线法线方向的距离为0.25λ₀，使水平极化电磁波和垂直极化电磁波在天线的法线方向形成90度的相位差；最终形成幅度相等、相位相差90度的垂直极化电磁波和水平极化电磁波，所述垂直极化电磁波和水平极化电磁波相结合形成圆极化电磁波。

所述圆极化天线包括两个以上的天线单元，相邻天线单元的输入端之间相连接或相邻天线单元的输出端之间相连接。