[发明专利]旋转单元型双频圆极化反射阵天线

说明书

技术领域：

本发明属于电子领域，涉及一种双频圆极化反射阵天线，尤其是一种旋转单元型双频圆极化反射阵天线。

背景技术：

近年来，反射阵天线由于其剖面低、占用空间小、质量轻、易与载体共形等优点已经在卫星通信获得了广泛的应用。随着技术的发展，在微波系统中通常要求某些天线实现双频工作以克服其频带窄的缺陷和圆极化以加强天线的抗干扰能力。鉴于反射阵天线的诸多优点，如何将双频圆极化技术同反射阵天线相结合已经受到国内外研究学者的高度重视。

传统的双频圆极化反射阵天线一般分为单层变尺寸型双频圆极化反射阵和双层双频圆极化反射阵。这两种双频反射阵覆盖的两个频段都相隔的比较远。事实上，在微波系统中覆盖两个相近频段的双频天线也具有很大的应用空间。对于单层变尺寸型双频反射阵天线而言，如果两个工作频段比较相近，不同频段之间的单元就会存在强烈的互耦作用，直接影响天线在两个频段上的方向图性能。为了解决两个相近频率的互耦问题，国外学者M.R.Chaharmir等曾经提出一种沿正交方向开槽的环形单元结构的双频反射阵（12/14GHz），但这种结构过于复杂，而且只适用于两个频率的正交线极化，不能实现两个频率的圆极化，因此其应用大大受到限制。

虽然现有的双频圆极化反射阵天线已经获得了初步的应用，但对两个频段相近双频反射阵结构、设计相对简单，保持不同频率单元良好的隔离度，实现圆极化等方面的要求越来越高。而同时满足这些要求非常困难。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种旋转单元型双频圆极化反射阵天线。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种旋转单元型双频圆极化反射阵天线，包括圆极化馈源和反射阵列，圆极化馈源由轴向模螺旋天线构成，反射阵列是由高频段单元和低频段单元交替排列而成的。

所述高频段单元和低频段单元均按照旋转单元的方式进行相位补偿，从而保证经馈源照射后反射阵列在两个频段都能发出同相的圆极化波束。

所述高频段单元的中心频率为13.5GHz，低频段单元的中心频率为10GHz。所述高频段单元和低频段单元都采用十字振子，通过调节十字振子的横向纵向尺寸使沿x轴和y轴的极化电场的反射相位相差180°，由圆极化馈源照射的圆极化波经反射阵列反射后，形成同相的圆极化笔形波束。所述圆极化馈源的主极化方式为左旋圆极化。

所述天线在13.5GHz的左旋圆极化最高增益达到23.83dB,第一副瓣约为-15.2dB,交叉极化小于-29dB。天线在10GHz的最高增益为23.18dB，第一副瓣约为-15.8dB,交叉极化小于-28dB。

本发明的有益效果在于：本发明的旋转单元型双频圆极化反射阵相对于传统的双频圆极化反射阵，对同一层阵面上的两个频段的单元都引入了旋转技术，有效地减小了两个频率之间的互耦。而且，本发明的反射阵列采用了单层结构，使得阵列结构更为简单，轻便。由于采用旋转单元补偿相位，单元旋转角度与补偿相位之间存在两倍的数值关系，无需考虑传统变尺寸型单元的相移范围，所以本方案适用于大口径双频圆极化反射阵的设计。此外，如果对本方案中反射阵列的介质层和金属地板之间加入空气层，可适当展宽反射阵天线的带宽，本方案提出的设计思路也适用于双频宽带圆极化天线的设计。

附图说明：

图1为本发明的旋转单元型双频圆极化反射阵结构示意图；

图2为本发明的（a）高频单元（b）低频单元示意图；

图3为单元互耦作用分析模型（a）低频对高频的影响（b）高频对低频的影响示意图。

图4为高频单元受低频单元影响时沿x,y方向极化电场的反射相位随频率变化示意图。

图5为高频单元受低频单元影响时左右旋极化电场强度随频率变化示意图。

图6为低频单元受高频单元影响时沿x,y方向极化电场的反射相位随频率变化示意图。

图7为低频单元受高频单元影响时左右旋极化电场强度随频率变化示意图。

图8为馈源的结构示意图。

图9为阵列的平面结构示意图。

图10为反射阵天线的整体结构示意图。

图11为天线在13.5GHz的增益图。

图12为天线在10GHz的增益图。

其中：1为圆极化馈源、2为反射阵列、3为高频段单元、4为低频段单元、5为金属地板。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：