专利摘要

本发明属于毫米波天线领域，提供一种宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线，适用于太赫兹频段无线全双工通信系统。本发明包括宽带子阵列馈电网络和双极化子阵单元天线，双极化子阵单元天线包括极化1馈电结构、极化2馈电结构、极化隔离结构、子阵功分结构和辐射单元，其中，极化1馈电结构与极化2馈电结构连接极化隔离结构、两者激励模式正交，子阵功分结构设置于极化隔离结构上、由功分耦合腔及设于功分耦合腔上表面的耦合缝隙构成，耦合缝隙通过匹配结构与辐射单元连接；本发明提供宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线，能够实现宽带高效率高增益特性，双极化输入端口具有高隔离度(大于60dB)并且双线极化均具有高极化纯度(大于50dB)。

权利要求

1.一种宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线，包括宽带子阵列馈电网络和双极化子阵单元天线，其特征在于，所述双极化子阵单元天线包括极化1馈电结构(11)、极化2馈电结构(12)、极化隔离结构(13)、子阵功分结构(14)和辐射单元(15)，其中，所述极化隔离结构由极化耦合腔(131)及其上表面设置的“十”字耦合缝隙(132)构成，所述极化耦合腔(131)下表面中心位置设有极化1耦合缝隙、用于极化1馈电结构(11)实现馈电，所述极化耦合腔(131)侧壁中心位置设有极化2耦合缝隙、用于极化2馈电结构(12)实现馈电，所述极化1馈电结构(11)与极化2馈电结构(12)的激励模式相互正交，构成所述“十”字耦合缝隙(132)的两条耦合缝隙分别对应工作在两个极化状态；所述子阵功分结构(14)设置于“十”字耦合缝隙(132)上表面、由功分耦合腔(142)及设于功分耦合腔上表面的耦合缝隙(142)构成，所述功分耦合腔为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构、每个切角位置对应开设一个耦合缝隙(142)，耦合缝隙(142)通过匹配结构与辐射单元(15)连接；所述宽带子阵列馈电网络包括极化1馈电网络和极化2馈电网络，其中，极化1馈电网络与所述极化1馈电结构连接，极化2馈电网络与所述极化2馈电结构连接。

2.按权利要求1所述宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线，其特征在于，所述极化耦合腔(131)为四角均带切角的正方形腔体。

说明书

技术背景

本发明属于毫米波天线领域，特别涉及一种宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线。

背景技术

随着现在通信系统发展，全双工模式点对点通信系统将被运用于实时数据交互。目前全双工系统的收发隔离方法主要是频分隔离，铁氧体隔离，极化隔离等。频分隔离采用上下行频段，高隔离度双工器实现收发信号隔离，该方式降低了频谱资源的利用率。铁氧体材料用于设计单向传输器件(如环行器)实现系统收发同时工作，但是铁氧体材料限制了系统工作带宽，大大地降低了系统通信容量。极化隔离采用高隔离度双极化阵列天线，收发系统分别工作在不同极化方式，该方法要求天线具有高极化纯度。基于极化隔离系统的优点，其实现方式主要有两个正交极化的阵列天线和双极化阵列天线；通过调整两个正交极化阵列天线的间距实现天线波束的零点对准，降低发射系统对接收系统的影响，该方法由于两套天线使得系统尺寸增大一倍。双极化阵列天线实现收发天线共口径，能够很大程度上减小系统尺寸，但是要求两个双极化馈电端口具有很高的隔离度。

目前，双极化阵列天线设计结构主要有贴片天线、基片集成波导阵列天线和平面反射阵列天线；贴片天线通过两个端口分别激励辐射贴片两个正交模式实现双极化，但是辐射贴片处于开放空间难于实现双端口的高度隔离；基片集成波导结构难于实现多层结构，并且由于基片存在损耗，难于实现高隔离度的阵列天线；平面反射阵列天线通过采用双极化结构的移相单元实现阵列双极化特性，但是要求高隔离度双极化馈源天线且口径效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术的不足之处，提供一种高隔离度的宽带高增益双极化阵列天线，适用于太赫兹频段无线全双工通信系统。本发明采用的技术方案为：

一种宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线，包括宽带子阵列馈电网络和双极化子阵单元天线，其特征在于，所述双极化子阵单元天线包括极化1馈电结构(11)、极化2馈电结构(12)、极化隔离结构(13)、子阵功分结构(14)和辐射单元(15)，其中，所述极化隔离结构由极化耦合腔(131)及其上表面设置的“十”字耦合缝隙(132)构成，所述极化耦合腔(131)下表面中心位置设有极化1耦合缝隙、用于极化1馈电结构(11)实现馈电，所述极化耦合腔(131)侧壁中心位置设有极化2耦合缝隙、用于极化2馈电结构(12)实现馈电，所述极化1馈电结构(11)与极化2馈电结构(12)的激励模式相互正交，构成所述“十”字耦合缝隙(132)的两条耦合缝隙分别对应工作在两个极化状态；所述子阵功分结构(14)设置于“十”字耦合缝隙(132)上表面、由功分耦合腔(142)及设于功分耦合腔上表面的耦合缝隙(142)构成，所述功分耦合腔为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构、每个切角位置对应开设一个耦合缝隙(142)，耦合缝隙(142)通过匹配结构与辐射单元(15)连接；所述宽带子阵列馈电网络包括极化1馈电网络和极化2馈电网络，其中，极化1馈电网络与所述极化1馈电结构连接，极化2馈电网络与所述极化2馈电结构连接。

进一步的，所述极化耦合腔(131)为四角均带切角的正方形腔体。

需要说明的是，本发明中，在极化1馈电机构馈电下工作在TE₁₂₀模式，在极化2馈电结构馈电下工作在TE₂₁₀模式；即极化1馈电缝隙的缝隙方向为TE₁₂₀模式磁场最大方向、TE₂₁₀模式磁场最小方向，极化2馈电缝隙的缝隙方向为TE₂₁₀模式磁场最大方向、TE₁₂₀模式磁场最小方向，因此，极化1馈电结构只能激励TE₁₂₀模式，极化2馈电结构只能激励TE₂₁₀模式，TE₁₂₀模式与TE₂₁₀模式正交性实现两个馈电端口的高隔离度。子阵功分结构的功分耦合腔(141)内部存在微扰结构，实现功分器结构的宽带等幅同相输出，输出端口采用耦合缝隙(142)实现。

综上，本发明提供宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线，能够实现宽带高效率高增益特性，双极化输入端口具有高隔离度(大于60dB)并且双线极化均具有很高的极化纯度(大于50dB)。

附图说明

图1是本发明的双极化子阵列天线的XOZ剖面图；

图2是本发明的双极化子阵列天线的YOZ剖面图；

图3是本发明的双极化子阵列天线的部分剖分图；

图4是本发明的子阵功分结构俯视图；

图5是本发明的极化隔离结构俯视图；

图6是本发明的4×4双极化子阵列天线极化1馈电网络；

图7是本发明的4×4双极化子阵列天线极化2馈电网络；

图8是本发明的4×4双极化子阵列天线的整体结构图；

图9是本发明的16×16双极化阵列天线的宽带馈电网络；

图10是本发明的16×16双极化阵列天线整体结构图；

图11是本发明的16×16双极化阵列天线的S参数曲线；

图12是本发明的16×16双极化阵列天线极化1的增益与交叉极化；

图13是本发明的16×16双极化阵列天线极化2的增益与交叉极化；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本实施例提供一种16×16高隔离度且低交叉极化的双极化阵列天线，其整体结构如10所示，阵列天线主要由高隔离度且低交叉极化的双极化子阵单元天线和宽带子阵列馈电网络，宽带阵列馈电网络实现双极化阵列天线。

双极化子阵单元天线，其结构如图1、图2、图3所示，包括极化1馈电结构(11)，极化2馈电结构(12)，极化隔离结构(13)，子阵功分结构(14)和辐射单元(15)；极化耦合腔体(131)是切角正方形腔体，在极化1馈电下工作在TE₁₂₀模式，在极化2馈电条件下工作在TE₂₁₀模式；极化1馈电缝隙在极化耦合腔(131)的中心下表面，其缝隙方向为TE₁₂₀模式磁场最大方向，TE₂₁₀模式磁场最小方向；极化2馈电缝隙在极化耦合腔(131)的侧壁，其缝隙方向为TE₂₁₀模式磁场最大方向，TE₁₂₀模式磁场最小方向；因此，极化1馈电结构只能激励TE₁₂₀模式，极化2馈电结构只能激励TE₂₁₀模式，TE₁₂₀模式与TE₂₁₀模式正交性实现两个馈电端口的高隔离度；在极化耦合腔体(131)上表面存在‘十’字耦合缝隙(132)，‘十’字耦合缝隙(132)的两个缝隙分别对应工作在两个极化状态，如图5所示；

如图4所示，所述子阵功分结构(14)设置于“十”字耦合缝隙(132)上表面、由功分耦合腔(142)及设于功分耦合腔上表面的耦合缝隙(142)构成，所述功分耦合腔为四角均带切角的正方形腔体、四边的中心均设置微扰结构、每个切角位置对应开设一个耦合缝隙(142)，耦合缝隙(142)通过匹配结构与辐射单元(15)的输入端口连接；

另外，极化1馈电结构(11)包括输入端口(111)，匹配结构(112)和渐变耦合缝隙(113)；极化2馈电结构(12)包括输入端口(121)和匹配结构(122)；所述辐射单元(15)输入端口与辐射口径(152)之间通过匹配结构(151)连接；

宽带子阵列馈电网络包含极化1馈电网络(21)和极化2馈电网络(22)，极化1馈电网络由一个H面T形波导功分器(211)和两个H面T形波导功分器(212)拼接而成，输入端口2111，输出端口(2122)连接双极化子阵天线的极化1输入端口(111)，如图6所示；极化2馈电网络(22)由一个H面T波形波导功分器和两个E面T形功分器组成，输入端口(2211)经过H面T形功分器，输出端口与E面功分器通过匹配结构(2221)连接组成，E面功分器的输出端口(2222)与双极化子阵天线的极化2输入端口(121)连接，如图7所示；最后，极化1馈电网络和极化2馈电网路与四个双极化子阵天线拼接成4×4单元阵列，如图8所示；

宽带馈电网络用于设计16×16单元阵列天线，如图9所示，其由H面T形波导功分器(32)和标准波导转接头组成，标准波导WR06输入端口(311)与馈电网络输入端口(313)通过渐变结构(312)连接，馈电网络输入端口(313)与H面T形波导功分器(321)连接，H面T形波导功分器(321)输出端口与H面T形波导功分器(322)的输入端口连接，H面T形波导功分器(322)输出端口与H面T形波导功分器(323)的输入端口连接，H面T形波导功分器(323)的输出端口与H面T形波导功分器(324)的输入端口连接，从组成1分16的馈电网络；将宽带馈电网络与4×4单元阵列天线组成16×16单元阵列天线。

对上述16×16单元阵列天线进行仿真实验，其结果如图11、12、13所示，从图中可以看到双极化的10dB回波损耗带宽大于14％,并且双端口隔离度大于60dB。同时，双极化在带内增益大于30dBi,交叉极化小于-50dB。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

一种宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。