[发明专利]一种基于脊波导的Ka频段宽带双圆极化天线单元及阵列

说明书

一种基于脊波导的Ka频段宽带双圆极化天线单元及阵列，属于天线技术领域，解决现有技术圆极化天线没有考虑极化复用、工作带宽较窄、不适用于大容量通信系统的问题，本发明的天线单元包含两个完全相同的独立口字形中心对称设置的第一L形波导结构和第二L形波导结构，天线单元通过L形波导结构的两个输出端口产生两组幅度相等、相位差为90°的正交信号，从而形成左旋圆极化或右旋圆极化，天线单元在工作频段内具备良好的宽带、稳定的增益及双圆极化辐射特性，天线单元的带宽远远优于其他形式的天线结构；天线单元的第一矩形波导的内部设置有长方体金属脊，采用脊波导，有效缩小天线在X和Y方向上的尺寸，有利于减小组阵时产生的栅瓣。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于脊波导的Ka频段宽带双圆极化天线单元及阵列。

背景技术

目前，由于世界范围内对宽带卫星通信系统的需求日益增长，应用于K和Ka频段移动卫星通信系统的天线已成为研究热点。天线作为无线通信系统中有效发射和接收电磁波的前端部件，主要用来完成电磁波与导行波之间的相互转换，其性能的优劣会直接影响到整个系统的通信效果。而随着电磁环境的日益复杂，单一的线极化天线很多时候无法满足通信需求，这促使了圆极化天线技术的迅速崛起。在通信中使用圆极化天线可以抗云、雨干扰，并且在路径损耗较明显的Ka频段甚至更高的频段，圆极化波都能表现出很大的优势；在电子对抗中，圆极化天线可以侦查和干扰敌方的各种线极化及椭圆极化波；在剧烈摆动或滚动的飞行器上安装圆极化天线，即使在恶劣的环境下也能捕捉信息。

要实现圆极化辐射需要有一对正交、等幅并且相位差为90°的信号。目前在K和Ka频段的圆极化天线主要有如下几种：微带贴片天线、印刷振子天线、喇叭天线、维瓦尔第(Vivaldi)天线、螺旋天线、波导缝隙天线等。其中，微带贴片天线、印刷振子天线具有轻量化、结构紧凑和易于后端集成等优势，但是由于实现宽带圆极化的馈电网络较为复杂，工作在高频段的天线辐射效率较低；喇叭天线、维瓦尔第(Vivaldi)天线和螺旋天线同为行波天线，能够在宽频段内实现良好的驻波比和圆极化性能，但由于此类天线的剖面较高，体积、重量较大，越来越无法适用于面积有限、资源日益紧张的星载平台；波导缝隙天线解决了辐射效率和剖面的问题，高频段的体积重量处于可接受范围之内，且具有结构稳定的特点，是实现K/Ka频段圆极化天线的理想选择，但由于其工作带宽较窄，无法满足日益增长的通信容量要求。

在现有的技术中，中国专利申请号CN200910185457.3公开了一种基于四脊波导的圆极化天线，由馈电波导管、耦合缝以及四脊金属脊波导构成，具备在工作频带内进行圆极化辐射的能力，但是该天线的相对带宽不足10％，并且只能产生单一的圆极化，不具备极化复用的能力，系统的通信容量有限。中国专利申请号CN201510012239.5及CN201610052970.5公开了两种基于波导缝隙结构的圆极化天线，其基本结构都是在波导中开设两种辐射缝隙，从而形成圆极化天线，但是这两种圆极化天线由于受加工工艺的限制，在毫米波段很难加工实现；此外，该天线在结构上较为复杂，天线厚度较厚，并且圆极化带宽较窄。

发明内容

本发明的目的在于如何设计一种基于脊波导的Ka频段宽带双圆极化天线单元及阵列，以解决现有技术圆极化天线没有考虑极化复用、工作带宽较窄、不适用于大容量通信系统的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种基于脊波导的Ka频段宽带双圆极化天线单元，包括呈口字形中心对称设置的第一L形波导结构(1)和第二L形波导结构(2)，所述的第一L形波导结构(1)与第二L形波导结构(2)的结构完全相同；

所述的第一L形波导结构(1)包括：第一矩形波导(11)、第二矩形波导(12)、90°波导弯头(13)，所述的第一矩形波导(11)、第二矩形波导(12)均为空腔结构，第一矩形波导(11)与第二矩形波导(12)的结构完全相同，第一矩形波导(11)与第二矩形波导(12)之间采用90°波导弯头(13)连接成为一个密闭连通的腔体；