[实用新型]基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线

说明书

本实用新型公开了一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线，包括依次设置的圆极化器、方圆波导转换段和喇叭天线；所述圆极化器包括依次设置的两个矩形波导段、隔板段和方波导段，所述方波导段的内壁上设置有两个移相槽，两个所述移相槽相对于方波导段对称设置，所述移相槽具有梯形截面。其工作带宽大，隔离度高。

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种基于改进阶梯隔板极化器的宽带高隔离度双圆极化天线。

背景技术

随着4G移动通信技术的成熟和移动通信系统的不断升级和发展，低频段频谱资源极度紧缺，同时无线业务的爆发式增长又带来对能够媲美光纤的超高速无线传输速率的巨大需求，现有的通信频段和技术越来越难以满足日益增长的业务需求。而在毫米波和太赫兹频段，目前仍然存在大量的空闲频谱资源，这些频谱资源使得提供数十吉比特，甚至上百吉比特的无线通信速率服务成为可能。

然而，对于毫米波和太赫兹频段，自由空间路径损耗和大气衰减大大增加，为了克服这些损耗，必须使用高增益的天线，比如在卫星通信中广泛应用的反射面天线因其成熟的设计方法和高增益宽频带特性，使用反射面成为毫米波和太赫兹通信高增益天线的很好的选择。在提高天线增益的同时，为了提高通信链路容量，采用极化复用就是一种行之有效的技术，其利用不同极化的正交特性，将数据分成两路，并通过两种正交的极化波辐射出去，使得两路数据在同一频域和时域并行传输，在不增加使用频谱的同时大大提高了数据传输速率。或者在同一频域和时域，发送和接收信号通过使用不同的极化来实现全双工通信，以将频谱效率提升一倍。

考虑到线极化波要求发送接收端天线极化方向对齐以保证最好的接收，当发射和接收机相对位置会移动和改变情况下，线极化波接收性能会有恶化。由于圆极化波具有抗多径、无需发射接收对齐的优势，采用正交的左旋和右旋圆极化波进行极化复用的方式也被研究和使用。

一种支持极化复用特性的天线系统实现方式为馈源天线采用支持双圆极化的天线，配合一个反射面，实现正交圆极化复用的高增益收发天线。这种方式的核心技术在于馈源天线的设计。一般采用基于阶梯隔板结构的极化器级联支持圆极化的波导类型天线这种方式作为双圆极化馈源天线。其中，波导输入的线极化波经过极化器转换成左旋/右旋圆极化波，然后通过级联的波导天线辐射出去。对于通信应用来说，天线整体需要满足高隔离度，作为馈源，同时需要方向图旋转对称。

针对阶梯隔板结构的极化器部分，在传统的阶梯隔板双圆极化极化器中，方波导中的隔板结构需要同时完成矩形波导端口到方波导端口的阻抗匹配，以及在矩形波导中传播的电场的轴比调整，这两项功能。然而工作带宽范围内的反射系数(S11/S22)，隔离度(S21/S12)以及轴比(AxialRatio)这三个指标以及一定指标下的工作带宽呈现相互制约关系，很难同时达到较高的期望值。特别是当期望工作带宽较宽(超过10％)的情况下，隔离度和轴比指标和工作带宽之间很难同时兼顾，隔离度期望越高(S21越小)时，能达到该隔离度的带宽越窄；反之，如果期望工作带宽越宽时，工作带宽内能达到的最低隔离度就越低。根据现有文献资料，为了在尽量宽的带宽中达到尽量高的隔离度，往往是通过增加隔板阶梯数量，来增加隔板结构的自由度，以更好的优化多项指标。现有文献中一般采用4级阶梯达到10％-20％带宽内20dB隔离度，毫米波段有文献采用5级阶梯才实现10％带宽内30dB高隔离度。但阶梯数目越多，意味着加工难度越高，特别是在毫米波段，本身方波导口径就很小，其中的隔板阶梯数多会导致加工难度急剧增大。根据现有文献资料中最优的结果，工作带宽内隔离度30dB的情况下，工作带宽均小于10％；工作带宽达到20％时，隔离度就只能满足20dB。

但在毫米波/太赫兹通信等应用场景中，需要较宽工作带宽(20％)的同时需要达到较高的隔离度(30dB)，但目前的双圆极化器尚未有报道能达到这一性能要求。