[发明专利]一种宽带背腔式微波毫米波圆极化天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术、雷达技术领域，具体涉及一种宽带背腔式微波毫米波圆极化天线，可以用于圆极化的微波、毫米波等通信系统系统中。

背景技术

电磁波的极化是指电场在电磁波传送过程中，以何种方式运动。一般地，电磁波是椭圆极化的，线极化和圆极化为椭圆极化的两种特殊形式。对椭圆极化的电磁波而言，电场的旋转方向决定其极化方式，沿传播方向看，以顺时针方向旋转传播的电磁波称为右旋极化，以逆时针方向旋转传播的电波则称为左旋极化。

作为椭圆极化的一种特例，圆极化的电磁波在无线通信系统中有着众多的优点。一般收发系统的天线会选择相同极化方式来实现信号的传输，相比线极化天线，圆极化天线具有更优势，因为它不仅能降低多径效应的影响，具有很强抗干扰、防雨雾的能力，而且允许接收和发射天线放置方向更灵活。例如，在接收圆极化的电磁波时，圆极化天线的角度可以任意的，不会带来极化失配损耗，因此相比线极化的电磁波而言，通常有着更高的传输效率，它在实际的通信系统中已经得到了广泛的应用。例如，在C波段卫星通信中，电磁波经过大气的电离层时会产生法拉第旋转效应，从而使得信号中电场的方向发生一定的偏转，采用圆极化的电磁波就可以避免法拉第旋转效应带来的极化失配等问题。

另一方面，随着无线通信技术的发展，高数据率成为系统的主要目标之一，因此系统对工作带宽的要求也越来越高，这也对用于发射和接收电磁波的天线的带宽提出了更高的要求，因此宽带圆极化天线越来越成为高性能通信系统的首选。

目前，现有的圆极化天线形式有很多，包括微带天线、槽天线、平面或轴向螺旋天线、正交偶极子天线等等。但这些圆极化天线各具优缺点，例如微带天线的圆极化带宽较窄，如果希望实现宽带的圆极化性能，则需要采用更加复杂的馈电结构。再例如，轴向螺旋天线虽然具有很大的圆极化带宽，但在微波波段它的体积往往较大，不易于实际的应用，同时在毫米波波段也很难加工和制作。单馈点的正交偶极子天线虽然结构相对简单，但带宽很窄，馈电处的结构过于精细，也不易用于毫米波波段，而独立馈电的正交偶极子天线则需要外加的90度功分器，显著增加了天线的成本。

从以上分析可知，在实际的工程中，结构简单的宽带圆极化天线有着急切的需求和广泛的应用，本发明正是针对这一需求而提出，它不但可以实现宽带圆极化特性，同时也适用于微波、毫米波的不同频段中。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是为了提供一种结构简单的宽带圆极化天线，降低由圆极化天线引入的系统成本和带宽限制，使之适用于射频无线局域网通讯系统、毫米波超高速无线局域网等多种微波毫米波通信系统中。该发明也可以用于构建其他军事及民用领域的阵列天线。

技术方案：

本发明所述的一种宽带背腔式微波毫米波圆极化天线，基本结构包括金属背腔以及与背腔轴线成一定角度的偶极子激励源。本发明的特点在于，偶极子激励源会产生沿偶极子轴向的电场，该电场沿背腔短轴线方向的分量会激励背腔的基模，利用背腔基模辐射的电场与偶极子电场沿背腔长轴线方向的分量，可以在垂直于背腔口径的方向上实现圆极化的性能。采用不同的偶极子形式和不同的背腔形式，经过详细优化后则可以实现不同带宽的背腔式微波毫米波圆极化天线。

本发明所构建的宽带背腔式微波毫米波圆极化天线不受偶极子激励源形式的限制，可以是细偶极子天线、印刷偶极子天线等平面天线形式，也可以是双锥天线、圆柱形偶极子天线等立体结构的天线形式。同时本发明的圆极化带宽会随着背腔的外形不同而不同，这也是与普通圆极化天线有所区别的关键之一。

有益效果：

本发明所构建的宽带背腔式微波毫米波圆极化天线，是通过背腔的基模和激励源电场与之垂直的分量一起，在背腔口径的垂直方向上形成圆极化波束的。天线的背腔不但起着天线的地板的作用，也支配着圆极化辐射的实现，具有结构简单的优势，只需要一个背腔、一个偶极子激励源和相应的馈电网络，即可以适中的尺寸实现较大的轴比带宽、稳定方向图、较高的增益以及良好的驻波比等性能，也可以方便地应用于微波、毫米波等各频段。

相比另一种结构简单的微带天线而言，其圆极化特性可以通过切角来实现，但定向辐射特性需要由较大的地面来保证，再者它的圆极化带宽非常窄，通常不到5%，不易用于宽带的通信系统中。如果采用双馈点的形式来提高圆极化带宽，则需要额外的90度功分器等组件，无疑增加了天线的复杂度和成本，同时功分器的损耗也额外降低了天线的增益。