一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵

1.本实用新型属于移动通讯技术领域，具体涉及一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵。


背景技术：

2.随着无线通信技术的蓬勃发展，无线通信的优点展现的越来越明显，它以其成本低，受地理环境的影响小，可以在超远距离上完成高质量的通信传输，所需的功耗小，支持可移动设备等诸多优点，成为了整个通信系统中非常重要的组成部分。而天线用于接收和发送电磁波能量，是无线通信中一个不可或缺的组成部分，被广泛应用于无线电导航、雷达、遥感、广播、电视等工程系统中。
3.漏波天线是一类行波天线,由连续或周期地加载辐射元的传输线构成。漏波天线结构紧凑、定向性高,且具有独特的波束频扫特性,因而在雷达等无线系统中有广泛应用。随着人们对无线系统的需求日渐增大,如何提高漏波天线性能、丰富其功能成为了天线领域的一个重要研究方向。现有漏波天线受限于辐射元的电磁性能,在波束扫描范围、阻带、增益、副瓣电平以及方向图等特性上存在着诸多固有缺陷。
4.圆极化天线以其特有的抗多路径干扰，增加通讯容量的优点被广泛研究。一种基于传输线结构的圆极化端射漏波天线阵列得到强烈关注，其优点在于较高的增益以及较高的辐射效率，结构简单，剖面低，易于加工制造。该端射天线经常用于以下几个方面：1.地铁，高铁站附近的基站；2.射频识别(rfid)；3.雷达探测。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，解决了现有技术中存在的圆极化轴比带宽窄，难以小型化以及高剖面的局限性问题。
6.本实用新型所采用的技术方案是，一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，包括平行板波导，平行板波导其中一端通过渐变馈线连接同轴连接器sma，平行板波导另一端接匹配负载，平行板波导两侧等间距分布有若干圆环天线元。
7.本实用新型的特点还在于，
8.平行板波导内部填充空气。
9.若干圆环天线元结构相同，具体结构为：包括通过连接线平行弯折带线与平行板波导馈电连接的底层半圆环和顶层半圆环，底层半圆环和顶层半圆环重合部分穿透设置有短路连接柱。
10.短路连接柱的高度即为平行板波导两侧之间的间距。
11.相邻圆环天线元之间距离1/4波长。
12.圆环天线元数量为40个，均匀分居在所述平行板波导两侧。
13.本实用新型的有益效果是，一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，天线单元为传输线侧边沿线馈电的小环天线元构成，水平分布的小环天线等效于垂直放置的
磁偶极子单元。短路柱充当短偶极子单元，通过平行放置的一对电磁偶极子可以在水平方位面产生圆极化辐射。通过适当调节阵元间距可以使得阵列因子方向图的指向沿着端射方向，由此，圆极化漏波天线在端射方向可以得到高增益的圆极化波束方向图。
附图说明
14.图1是该圆极化端射漏波天线的整体结构图；
15.图2是该圆极化端射漏波天线的天线单元结构图；
16.图3是该圆极化端射漏波天线的天线单元原理示意图；
17.图4是该圆极化端射漏波天线的天线的整体结构透视图；
18.图5是该实用新型天线的回波损耗以及辐射效率的参数结果；
19.图6为本实用新型天线在操作频点上的两个正交切面的远场辐射左旋极化方向图；
20.图7为本实用新型天线在操作频点上的两个正交切面的远场辐射右旋极化方向图；
21.图8为频带内的增益-频率曲线和轴比-频率曲线具有相对应的变化关系图。
22.图中，1.顶部半圆环，2.底部半圆环，3.平行弯折带线，4.短路连接柱，5.平行板波导，6.短电偶极子，7.电小环，8.sma，9.渐变馈线。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
24.本实用新型一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，结构如图1所示，包括平行板波导5，平行板波导5其中一端通过渐变馈线连接同轴连接器sma8，平行板波导5另一端接匹配负载，平行板波导5两侧等间距分布有若干圆环天线元。
25.平行板波导5内部填充空气。
26.若干圆环天线元结构相同，具体结构为：包括通过连接线平行弯折带线3与平行板波导5馈电连接的底层半圆环2和顶层半圆环1，底层半圆环2和顶层半圆环1重合部分穿透设置有短路连接柱4，即短路连接柱4的一端与顶层半圆环1连接，另一端与底层半圆环2连接。
27.短路连接柱4的高度即为平行板波导5两侧之间的间距。
28.相邻圆环天线元之间距离1/4波长。
29.圆环天线元数量为40个，均匀分居在所述平行板波导5两侧。
30.漏波天线阵列的方向图特性主要取决于天线单元的配置。本实用新型属于一种端射圆极化辐射天线。天线单元采用互补偶极子对实现圆极化，两个正交极化分量分别由固有相差90
°
的电小环7和短电偶极子6天线构成，其理论模型如图3所示。短偶极子摆放与圆环所在平面垂直，这样短电偶极子天线与圆环等效的磁偶极子天线平行，形成正交辐射模式。由图2可知圆环和短偶极子可同时被等幅源激励，流过等幅电流，短路连接柱4充当短电偶极子天线，接通上下两个半圆环形成整个圆环回路。辐射单元选定后就可以沿着阵列方向周期性，等间距排放相同的辐射单元。相邻单元相距约1/4波长，类似于准八目天线，在端射方向实现场强叠加，实现天线增益最大化。天线增益随着辐射单元的增加而相应增强，由
于表面波损耗不能无限增加。考虑到天线结构纵向尺寸的维度，选取40个单元组成一维线性端射圆极化漏波天线，其整体天线结构透视图如图4所示。
31.图5为该实用新型天线的回波损耗以及辐射效率的参数结果。由以上分析可知该实用新型天线由于线阵效应具有较宽的阻抗带宽以及全金属结构带来的高辐射效率。由图可知该实用新型漏波圆极化端射天线在3-5ghz频带内获得良好的驻波特性，以及在整个频带内可实现平均95％的辐射效率。选取工作频率为4.85ghz，图6和图7分别给出了该实用新型天线在操作频点上的两个正交切面的远场辐射左旋与右旋极化方向图。主极化分量与交叉极化分量同在一个坐标上可以看出该天线具有较大的交叉极化-27db左右，在工作频点处实现了良好的轴比特性如图8所示。由图7可知该实用新型天线实现良好的端射辐射，同时具备良好的圆极化性能。图8说明在频带内的增益-频率曲线和轴比-频率曲线具有相对应的变化关系，即就是在轴比特性较好的频率区间增益曲线在峰值，反之亦然。


技术特征：
1.一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，其特征在于，包括平行板波导(5)，平行板波导(5)其中一端通过渐变馈线连接同轴连接器sma(8)，平行板波导(5)另一端接匹配负载，平行板波导(5)两侧等间距分布有若干圆环天线元。2.根据权利要求1所述的一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，其特征在于，所述平行板波导(5)内部填充空气。3.根据权利要求1所述的一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，其特征在于，若干所述圆环天线元结构相同，具体结构为：包括通过连接线平行弯折带线(3)与平行板波导(5)馈电连接的底层半圆环(2)和顶层半圆环(1)，底层半圆环(2)和顶层半圆环(1)重合部分穿透设置有短路连接柱(4)。4.根据权利要求3所述的一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，其特征在于，所述短路连接柱(4)的高度即为平行板波导(5)两侧之间的间距。5.根据权利要求1所述的一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，其特征在于，相邻所述圆环天线元之间距离1/4波长。6.根据权利要求1所述的一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，其特征在于，所述圆环天线元数量为40个，均匀分居在所述平行板波导(5)两侧。

技术总结
本实用新型公开了一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，本实用新型所采用的技术方案是，一种基于平行双线结构的圆极化端射漏波天线阵，包括平行板波导，平行板波导其中一端通过渐变馈线连接同轴连接器SMA，平行板波导另一端接匹配负载，平行板波导两侧等间距分布有若干圆环天线元。本实用新型解决了现有技术中存在的圆极化轴比带宽窄，难以小型化以及高剖面的局限性问题。以及高剖面的局限性问题。以及高剖面的局限性问题。


技术研发人员：武哲 云宇 云彩明 苗玉湘 高润 苗壮
受保护的技术使用者：西安外事学院
技术研发日：2021.07.28
技术公布日：2022/3/8