本發(fā)明涉及電子通信領(lǐng)域,提出了一種單層結(jié)構(gòu)的純金屬透射型多極化平面分束器。

背景技術(shù)：

透射陣列天線(transmitarray)是將傳統(tǒng)透鏡天線的曲面結(jié)構(gòu)平面化的一種新型天線，具有結(jié)構(gòu)簡單和易于載體共形的優(yōu)勢。平面透射陣列天線的設(shè)計(jì)方法主要分為以下兩種：一類是基于接受再傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方法，另一種是利用m-fss透射多層頻率選擇表面單元的設(shè)計(jì)方法。m-fss型平面透射陣的優(yōu)勢在于其設(shè)計(jì)相對簡單、口徑利用效率相對較高。

平面透射陣列天線的主要優(yōu)勢在于:采用了簡單易集成的平面結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)透鏡天線的復(fù)雜笨重等缺陷；采用空氣耦合饋電，無需設(shè)計(jì)復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)；饋源天線置于透射陣列天線中心正上方時(shí)，由于饋源發(fā)出的入射波透射到陣列的另一面，有效抑制了饋源的遮擋效應(yīng)，并且對其透射表面加工誤差具有較高的容忍度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種單層純金屬透射型多極化平面分束器，通過對天線的透射單元進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，在完成對入射波極化轉(zhuǎn)換的同時(shí)靈活設(shè)定透射波束的指向。

本發(fā)明提供的一種單層純金屬透射型多極化平面分束器，該分束器主要包括：饋電喇叭1、基于純金屬透射型單元2的單層透射陣列天線3；其中，所述單層透射陣列天線3由純金屬透射型單元2根據(jù)旋轉(zhuǎn)相位調(diào)制技術(shù)組成，所述單層透射陣列天線3正對著所述饋電喇叭1的敞口處放置；所述單層透射陣列天線3包括呈列陣排列的純金屬透射型單元2，根據(jù)旋轉(zhuǎn)相位調(diào)制技術(shù)組成；所述金屬透射型單元2為純金屬的開口圓環(huán)4。

所述單層透射陣列天線3為純金屬板，所述純金屬透射型單元2為在所述單層透射陣列天線3上的鏤空開口圓環(huán)4。

所述單層透射陣列天線3采用銅質(zhì)金屬。

單層透射陣列天線3工作于入射波為三種不同極化方式的工作狀態(tài)；當(dāng)饋電喇叭1發(fā)出線極化入射波時(shí)，入射波經(jīng)過單層透射陣列天線3分為不同指向的左旋圓極化、右旋圓極化波；當(dāng)饋電喇叭1發(fā)出左旋圓極化或者右旋圓極化波波束時(shí)，入射波經(jīng)過單層透射陣列天線3分為不同指向的右旋圓極化或左旋圓極化波波束，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了極化轉(zhuǎn)化和波束分離。

單層透射陣列天線3為軸對稱，通過對對稱軸兩邊的純金屬透射型單元2相位進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，對于不同極化的入射波，設(shè)定所分離出的透射波束的波束指向。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明根據(jù)了平面透射陣列天線的設(shè)計(jì)思想，首次利用單層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)透射型多極化平面分束天線，相比于m-fss型平面透射陣列天線，無需加載空氣層作為匹配層，加工方便，體積小，剖面低；使用純金屬透射型單元作為單層透射陣列天線，無需加載介質(zhì)基板作為微波襯底，二維結(jié)構(gòu)剖面低、占用空間小、質(zhì)量輕、成本低；通過對純金屬透射型單元進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，可以設(shè)定透射波束的波束指向，適用性廣，滿足多層次的通信需求。

分束器工作時(shí)，將饋電喇叭置于單層透射陣列天線正上方，饋電喇叭發(fā)出的lp波經(jīng)過單層透射陣列天線的分束作用分為lhcp、rhcp波束，分成的lhcp、rhcp波束與水平面夾角分別為ψ，-ψ；當(dāng)饋電喇叭發(fā)出lhcp(rhcp)波時(shí)，經(jīng)過單層透射陣列天線的分束作用分為rhcp(lhcp)波束，分成的rhcp(lhcp)波束與水平面夾角大小分別為ψ/2，-ψ/2。不同極化方式的入射波束被分離為不同指向，實(shí)現(xiàn)了波束分離和極化轉(zhuǎn)化的完美融合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為純金屬透射型單元的放大結(jié)構(gòu)圖；

圖3、圖4為入射波為lp波時(shí)的工作示意圖和透射波方向圖；

圖5、圖6為入射波為lhcp波時(shí)的工作示意圖和透射波方向圖；

圖7、圖8為入射波為rhcp波時(shí)的工作示意圖和透射波方向圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供熱電聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)及方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

如圖1所示，該發(fā)明整體結(jié)構(gòu)由饋電喇叭1基于純金屬透射型單元2的單層透射陣列天線3組成。其中，單層透射陣列天線3由純金屬透射型單元2根據(jù)旋轉(zhuǎn)相位調(diào)制技術(shù)組成。純金屬開口圓環(huán)透射型單元結(jié)構(gòu)如圖2所示，純金屬透射型單元的周期為15mm，白色開口圓環(huán)4為金屬鏤空部分，灰色部分5材料為金屬銅，可以根據(jù)所需工作頻段調(diào)整圓環(huán)開口的角度θ。當(dāng)工作在5ghz處時(shí)，其開口角度θ為27°。在此工作頻段內(nèi)該純金屬透射單元可以實(shí)現(xiàn)全透射，通過合理的調(diào)制單層透射陣列天線上每一個(gè)純金屬透射型單元的透射相位，可以設(shè)定透射波的波束指向。

經(jīng)過相位調(diào)制的單層透射陣列天線3如圖1所示，單層透射陣列天線3的整體尺寸為165mm×165mm，包含121個(gè)純金屬透射型單元2。其結(jié)構(gòu)為軸對稱，純金屬透射型單元2以中心線為軸對稱分布，中心線以左的開口透射圓環(huán)以順時(shí)針補(bǔ)償為正方向，右半部分以逆時(shí)針補(bǔ)償為正方向；本實(shí)施例中，分布有11列和11行透射單元，每一列的開口方向相同，其中，中間一列為對稱中心線，該列的投射單元開頭向上，依次向左順時(shí)針旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度，左右對稱分布。通過對稱軸兩邊的純金屬透射型單元2相位進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，可以修正相位延遲，補(bǔ)償饋源照射陣列的空間相位差，使得整個(gè)陣列分別在兩個(gè)方向獲得等相位面，實(shí)現(xiàn)同相相加，由此得到兩個(gè)方向上的分離波束。

將饋電喇叭1置于單層透射陣列天線3中心正上方132mm處，焦徑比為0.8。設(shè)定饋電喇叭1工作的中心頻率為5ghz，發(fā)出lp入射波。此時(shí)，單層純金屬透射型多極化平面分束器的工作狀態(tài)如圖3所示。經(jīng)過單層透射陣列天線3的作用，饋電喇叭1發(fā)出的lp波分成與z軸夾角分別為30°、-30°的lhcp、rhcp波束，即將線極化的單束入射波分離為圓極化旋向相反、波束指向與z軸成軸對稱的兩種波束。此時(shí)，單層透射陣列天線3在5ghz處y-z平面內(nèi)的透射仿真方向圖如圖4所示。橫軸代表波束與水平面夾角(theta)大小，縱軸代表透射波束增益(gain)大小，可以看出，lhcp透射波束方向圖最大增益位于ψ＝-30°,rhcp透射波束方向圖最大增益位于ψ＝30°，分束效果與設(shè)計(jì)一致。

當(dāng)饋電喇叭發(fā)出lhcp波時(shí)，單層純金屬透射型多極化平面分束器的工作狀態(tài)如圖5所示。經(jīng)過單層透射陣列天線3的作用，饋電喇叭1發(fā)出的lhcp波分成與z軸夾角分別為15°、-15°的rhcp波束，即將左旋圓極化的單束入射波分離為右旋圓極化、波束指向與z軸成軸對稱的兩種波束。此時(shí)，單層透射陣列天線3在5ghz處y-z平面內(nèi)的透射仿真方向圖如圖6所示。橫軸代表波束與水平面夾角(theta)大小，縱軸代表透射波束增益(gain)大小，可以看出，分理處的rhcp透射波束方向圖最大增益為ψ＝15°和ψ＝-15°，分束效果與設(shè)計(jì)一致。

當(dāng)饋電喇叭發(fā)出rhcp波時(shí)，單層純金屬透射型多極化平面分束器的工作狀態(tài)如圖7所示。經(jīng)過單層透射陣列天線3的作用，饋電喇叭1發(fā)出的rhcp波分成與z軸夾角分別為15°、-15°的lhcp波束，即將左旋圓極化的單束入射波分離為右旋圓極化、波束指向與z軸成軸對稱的兩種波束。此時(shí)，單層透射陣列天線3在5ghz處y-z平面內(nèi)的透射仿真方向圖如圖8所示。橫軸代表波束與水平面夾角(theta)大小，縱軸代表透射波束增益(gain)大小，可以看出，分理處的lhcp透射波束方向圖最大增益為ψ＝15°和ψ＝-15°，分束效果與設(shè)計(jì)一致。

以上展示和描述了本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。上述的實(shí)例和說明書中的描述只是為了說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明不受上述具體實(shí)例的限制，在不脫離原理和基本實(shí)現(xiàn)方法的范圍內(nèi)，本發(fā)明還會有其他的變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都在要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。例如：除了饋電喇叭作為饋源天線以為，還可以使用軸向模螺旋天線、vivaldi天線等作為饋源天線。另外，文中提及的開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)純金屬透射型單元，該發(fā)明還可以使用其他形狀的單元結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)純金屬透射型單元。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。