[发明专利]具有极化选择特性的3D打印宽带线-圆极化转换器

说明书

本发明提出了一种具有极化选择特性的3D打印宽带线‑圆极化转换器，包括M×N个周期性排布的极化转换单元，所述极化转换单元包括通过3D打印实现且横截面形状为T形的介质块，该介质块包括横向介质板和与其上表面连接的纵向介质板，所述横向介质板的板面形状为正方形，其下表面喷涂有与该横向介质板板面任意一条对角线平行的多条金属条带，对不同极化方向的入射波进行选择，弥补了现有技术抗干扰性能低的缺陷；采用3D打印技术实现了结构简单的转换器，有效获得了更宽的工作带宽，实现了加工周期短、成本低的特点，并且通过在平面和曲面上的的共形设计，更加符合当今通信系统小型化、集成化的趋势，应用场景更加广泛。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种线-圆极化转换器，具体涉及一种具有极化选择特性的3D打印宽带线-圆极化转换器。

背景技术

空间传播的电磁波按照极化方式分为线极化波、椭圆极化波和圆极化波，在电磁波传播过程中，相比其他极化形式的波，圆极化波具有旋向正交性，可以抑制雨雾干扰和抗多径效应，减少信号传输损耗，并且圆极化波可以消除由电离层法拉第旋转效应产生的极化畸变的影响。近年来，随着无线通信技术的发展，具有低剖面，极化选择、转换，高增益以及足够的带宽等特性的天线将成为通信系统发展的趋势和要求。但目前，移动通信领域的天线基本都是线极化天线，为适应通信、雷达、遥测遥感、天文等方面发展需求，设计线-圆极化转换器以实现将线极化波转换为圆极化波具有广泛的应用价值。然而，以往的研究主要集中在平面结构上，不能满足当前空气动力学的要求。

随着通信系统功能的增加，对于许多无线通信平台，如卫星和飞机，需要安装数量庞大、类型不同的天线以满足通信方面的要求，其所负载的重量也随之增加，并且由于受搭载平台的空间限制，多个天线的安装将影响各个天线特性甚至整个系统的工作特性。在这样的背景与环境下，将极化转换器共形到天线系统的应用场景中，可以减轻天线系统的重量，降低其复杂性，同时能提高天线系统的保密性。但传统的PCB技术不适用于曲面或大曲率球面。3D打印是解决当代共形加工问题的一种潜在技术。它允许在任意表面上进行加工制造，因此简化了制造过程并降低了成本。一些介质天线已经采用3D打印技术，然而，现有技术都是在平面上研究的。与其他线-圆极化转换器相比，共形结构在通信系统中有着更广泛的应用。

线-圆极化转换器一般要求线极化入射波的极化方向与极化转换器夹角角度为45度，从而引入两垂直方向上的阻抗差异来实现线极化到圆极化的转换。目前的极化转换器更加侧重对电磁波的极化转换能力，却忽略了实际应用场景中的放置误差和电磁环境中的干扰问题。然而，在大量实际的应用中，不仅需要调控反射波、透射波的种种特性，也需要对入射波进行调制。在反射式或是透射式的阵列天线中，需要对馈源入射的电磁波进行调制，得到需要的远场模式或者极化特性，实现抗干扰性能，因此设计具有极化选择功能的极化转换器在卫星通信、遥测遥感等方面具有广泛的应用价值。

2020年Jianfeng Zhu等学者在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION期刊VOL.68，No.6，JUNE 2020上发表论文“3-D Printed Planar DielectricLinear-to-Circular Polarization Conversion and Beam-Shaping Lenses UsingCoding Polarizer”，提出了一种3D打印的线-圆极化转换器。其主阵面中由多个形状相同、尺寸不一的三层转换器编码单元构成，同时实现了线极化到圆极化的转换和相位聚焦功能。其在27GHz-32GHz内实现了线-圆极化转换功能，相对带宽为16.9％。该发明通过手动调整馈源放置方向使入射波极化方向与线-圆极化转换单元夹角角度为45度，以实现线极化到圆极化的转换。该转换器带宽较窄且对入射波束无极化选择能力，没有考虑实际应用中的方向误差和电磁环境中的干扰问题。