[发明专利]多阶顺序旋转圆极化天线阵列

说明书

本发明公开的一种多阶顺序旋转圆极化天线阵列，旨在提供一种能够改善阵列宽扫描角范围内的圆极化特性的天线阵列。本发明通过下述技术方案予以实现：按照栅瓣抑制条件确定的辐射单元a的间距，以4个圆极化天线的辐射单元a为单元组，将每组中的辐射单元a，按90°间隔相位差顺序旋转，正方形内绕正方形中心，沿四条边旋为转旋向一致的正方形2×2子阵A，且每个2×2子阵A的起始辐射单元a相位按邻边循序接替进行多阶顺序旋转，按矩阵行列分布得到多阶顺序旋转圆极化天线阵列D。本发明特别适用于高增益、低圆极化轴比工作的场合中。

技术领域

本发明涉及圆极化天线阵列技术领域，具体涉及一种多阶顺序旋转圆极化天线阵列。

背景技术

随着科学技术的进一步发展,人类对无线通信的需求越来越高。电磁波的极化传播特性是影响卫星通信星地链路性能的重要因素，天线作为无线系统的组成部分，其性能直接影响到整个无线系统的工作特性,所以天线是无线系统的关键器件。随着长距离无线通信的迅速发展化天线的需求与日俱增。圆极化天线可以接受任意极化方式的波,且其辐射波也可以由任意极化天线接收到,而且圆极化电磁波具有较好的抗法拉第旋转和去极化效应的特性，圆极化天线在雷达、电子对抗及无线通信领域中有着非常重要的作用接收作用。所以在卫星通信系统中多采用圆极化天线。实现圆极化的关键在于产生等幅的正交线极化波,为了实现正交极化并且提高主瓣的极化纯度,现有技术已经提出了很多通过顺序旋转馈电网络来实现圆极化的方法。然而传统的缝隙天线由于缝隙刻蚀在金属面容易形成双向辐射。常规天线阵列要实现较好的极化特性，首先要优化阵元极化特性，采用结构简单、对称性高、互耦小的阵列单元实现良好的交叉极化抑制；其次要对阵因子的交叉极化特性进行设计。由于早期的通信相控阵多应用在同步轨道卫星平台，其扫描角度通常小于15°，所以交叉极化栅瓣的问题不突出。当前低轨卫星通信网络领域发展迅猛，星载相控阵天线的工作带宽、扫描角度越来越大，宽角宽带范围内的交叉极化抑制必须得到有效抑制，才能消除空间中有意或无意的干扰。

实现圆极化的关键在于产生等幅的正交线极化波。为了实现正交极化并且提高主瓣的极化纯度，现有技术已经提出了很多通过顺序旋转馈电网络来实现圆极化的方法，包括线极化天线单元，圆极化天线单元，方形切角天线单元，并通过将每个单元引入相位，适当幅度一致，馈电方向垂直的馈电来实现圆极化。在天线单元方面，缝隙天线因为低损耗、轻巧、同馈电网络隔离度高而广泛运用于雷达，卫星通讯等场合。然而传统的缝隙天线由于缝隙刻蚀在金属面容易形成双向辐射。馈电的并联网络组成阵列之后，通过用功分器把输入功率平均分配到各个单元，谐振频率明显拓宽，并且实现了圆极化，相比较串联馈电，该种形式更适合于固定波束阵。较小的天线单元间隔能够得到较好的带宽效果，这样馈线的长度减少，损耗也随之减少，但同时带来的问题是产生了严重的互耦，并且在有限的空间内难以调节各馈电单元的幅度，使得天线的极化性能变差。

天线阵可以采用2×2天线单元顺序旋转馈电的方法来实现圆极化。常规的顺序旋转圆极化天线阵列是将2×2顺序旋转子阵均匀复制排列，虽然可以在天线法向及小扫描角范围内形成非常高的交叉极化比，但在大角度扫描区域，存在交叉极化分量栅瓣，天线阵列在对圆极化性能进行优化时，需要经过长时间反复优化计算。

发明内容

本发明的目的在于克服常规顺序旋转阵列的不足，针对工程中对宽角扫描相控阵的迫切需求，提供一种能够改善阵列宽扫描角范围内的圆极化特性的多阶顺序旋转圆极化天线阵列。

本发明上述目的可以通过以下技术方案实现：一种多阶顺序旋转圆极化天线阵列，包括：包含至少64个矩形栅格布阵在每个TR组件上的辐射单元a，其特征在于：按照栅瓣抑制条件确定的辐射单元a的间距，以4个圆极化天线的辐射单元a为单元组，将每组中的辐射单元a，按90°间隔相位差顺序旋转，正方形内绕正方形中心，沿四条边旋为转旋向一致的正方形2×2子阵A，且每个2×2子阵A的起始辐射单元a相位按邻边循序接替进行多阶顺序旋转，按矩阵行列分布得到多阶顺序旋转圆极化天线阵列D。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果和优点：