帶有極化調整的平板天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種平板天線，具體講是一種可實現自動調整極化的平板天線，屬于衛(wèi)星通信領域。
【背景技術】
[0002]衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠、覆蓋范圍廣、受干擾小等優(yōu)點，隨著全球信息化的高速發(fā)展，越來越多的信息通過衛(wèi)星進行傳輸，在移動載體上隨時隨地與衛(wèi)星通信，已成為軍民兩用應急通信、實時通信的迫切需求。
[0003]車載(船載或機載)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通常又稱為“動中通”，動中通的核心技術之一就是天線技術，動中通的天線形式包括反射面天線、平板天線和相控陣天線。在高速移動載體上要保證通信質量，不僅僅要求天線具有很高的增益，同時要求系統(tǒng)有極高的對星速度和對星精度。反射面天線的致命缺點是體積大、重量重，在高速移動狀態(tài)下阻力大、對星速度慢；相控陣天線的缺點是收發(fā)難以共用、電掃描有增益損失、制造及維護成本高，限制了其應用范圍；相對而言，平板天線具備剖面低、口面效率高的優(yōu)勢，特別適合在動中通中使用。平板天線通常包括一塊或多塊平面輻射板及波束形成網絡，每塊板上有若干輻射單元，波束形成網絡包括波導、微帶、懸置帶線等不同方式來實現。
[0004]平板天線根據任意極化波可由兩個正交的線極化波合成的理論，通過控制兩個正交線極化波的幅度和相位，可以獲得任意極化的合成波，因此傳統(tǒng)的通過機械旋轉饋電波導方式不再適用于平板天線，如何實現自動極化調整是該類天線的核心技術之一。通常電視直播衛(wèi)星和通信廣播衛(wèi)星都工作在雙線極化或雙圓極化狀態(tài)，而目前的平板陣列天線大多工作在單線極化或單圓極化狀態(tài)，為實現雙極化接收往往通過旋轉天線結構或者采用兩個天線分別收發(fā)兩路極化信號，這兩種方法要么結構復雜、不能實現雙極化同時兼容，要么天線制造成本尚、等效口面效率低。
[0005]劉英等在無線電工程2012年7期發(fā)表的文章“衛(wèi)星通信天線自動極化調整技術”介紹了一種采用衰減器、移相器等搭建電路通過控制正交線極化幅度比例實現極化自動調整，但是該技術由于元器件的插損等原因使得自動極化調整不適用于發(fā)射狀態(tài)。
[0006]2014年10月29號，中國發(fā)明專利CN 103022691 B，公開了一種新型“動中通”低輪廓平板天線系統(tǒng)，包括天線輻射系統(tǒng)、射頻極化系統(tǒng)、天線終端機械驅動系統(tǒng)、衛(wèi)星指向、捕獲、跟蹤系統(tǒng)及室內單元，其實現了雙頻、雙極化、雙工的工作模式，但其接收極化器采用電子極化，依然不能和發(fā)射極化器共用。
[0007]此外，Raysat公司的E7000型動中通天線采用了機械極化調整方式，可以實現收發(fā)雙工，但是其只適用于單極化工作狀態(tài)。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現的技術缺陷，提供一種可以實現自動調整極化的平板天線。
[0009]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的帶有極化調整的平板天線，包括設置于天線輻射系統(tǒng)和后端射頻電路之間的極化調整裝置；所述極化調整裝置包括極化合成器、波導管和取極化器，所述極化合成器和取極化器均設有兩路極化連接口和一公共口，所述極化合成器的公共口和取極化器的公共口之間連接波導管，所述取極化器可沿波導管軸線旋轉；所述天線輻射系統(tǒng)包括兩路極化信號傳輸通道，所述極化合成器的兩路極化連接口分別與兩路極化信號傳輸通道連接；所述取極化器的兩路極化連接口中至少一路極化連接口與后端射頻電路連接。
[0010]本發(fā)明中，所述兩路極化信號傳輸通道為水平極化信號傳輸通道和垂直極化信號傳輸通道。
[0011]本發(fā)明中，所述天線輻射系統(tǒng)包括多個可傳輸雙線極化信號的天線單元，所述天線單元包括公共口、水平極化連接口和垂直極化連接口，所述水平極化連接口和垂直極化連接口分別與對應的水平極化信號傳輸通道和垂直極化信號傳輸通道連接。
[0012]本發(fā)明中，所述極化合成器采用正交模式耦合器實現，兩路極化口傳輸的極化分量相互正交；當天線工作于接收狀態(tài)時進行極化合成；當天線工作于發(fā)射狀態(tài)時，進行極化分解。
[0013]本發(fā)明中，所述取極化器采用正交模式耦合器實現；當平板天線工作于單極化模式時，取極化器的任一路極化連接口和后端射頻電路相連；當平板天線工作于雙極化模式時，取極化器的兩路極化連接口均與后端射頻電路相連。
[0014]本發(fā)明中，所述平板天線可將來波信號分解為兩路正交的線極化信號并傳輸；在接收狀態(tài)下來波信號在天線輻射單元處被分解，在發(fā)射狀態(tài)下發(fā)射信號在極化合成器處被分解；
所述平板天線可將已分解的兩路極化信號重新合成復原；在接收狀態(tài)下兩路極化信號在極化合成器的公共口合成并復原，在發(fā)射狀態(tài)下兩路極化信號在天線單元的公共口處合成并復原。
[0015]本發(fā)明中，所述平板天線工作于線極化狀態(tài)時，兩路極化信號從天線單元的公共口到極化合成器的公共口的插損和相移一致；所述天線工作于圓極化狀態(tài)時，兩路極化信號從天線單元的公共口到極化合成器的公共口的插損一致、相移相差90°。
[0016]本發(fā)明中，所述波導管為圓形。
[0017]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:(1)、本發(fā)明中通過結構的調整，采用了極少量的微波無源器件，實現了雙極化收發(fā)，提高了平板天線的使用范圍；(2)、本發(fā)明結構簡單緊湊，操控方便，僅需要轉動取極化器即可實現極化調整，制造成本很低，且易于批量化；(3)、本發(fā)明的自動極化調整性能優(yōu)異，其極化隔離度設計值可達40dB，已加工的樣機實測值達30dB以上；(4)、取極化器中至少一路極化連接口上連接雙工器或開關，即可平板天線的雙工收發(fā)，進一步擴大平板天線的使用范圍。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
圖2是本發(fā)明實施方式的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明實施方式中輻射單元的結構示意圖； 圖4是本發(fā)明天線陣面背面結構示意圖；
圖5是本發(fā)明中極化合成器和取極化器結構示意圖，(a)為極化合成器結構示意圖，(b)為取極化器結構示意圖；
圖6是本發(fā)明實施方式中某典型頻點方向圖；
圖7是本發(fā)明實施方式中整個頻段內主極化和交叉極化對比圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0020]如圖1至5所示，本發(fā)明帶有極化調整的平板天線，包括雙極化天線陣列1、信號傳輸通道2、極化合成器3、波導管4、取極化器5。雙極化天線陣列I由N個雙極化天線單元11構成，N為大于I的自然數，取決于不同系統(tǒng)的指標要求，雙極化天線陣列I可以實現正交線極化的收發(fā)，定義這兩路極化分別為垂直極化和水平極化。雙極化天線單元11本質上是一個正交模式親合器(Ortho-Mode Transducer, 0ΜΤ)，其福射口為正交模式親合器的公共口 111，公共口 111可以傳輸兩路正交線極化信號，公共口 111的形狀通常為方形、圓形、正八邊形或其帶有倒角的上述結構，在本實施例中采用方形。雙極化天線單元11分別設有水平極化饋電口 112和垂直極化饋電口 113，水平極化饋電口 112和垂直極化饋電口 113連接信號傳輸通道2。和雙極化天線單元輻射口 111相似，所述波導管4可以傳輸兩路正交線極化信號，通常采用圓形波導，也可使用方形、正八邊形或帶有倒角的上述異形波導。
[0021]信號傳輸通道2包括位于上層的水平極化信號傳輸通道21和位于下層的垂直極化信號傳輸通道22，其中所有雙極化天線單元11的水平極化饋電口 112與水平極化信號傳輸通道21連接，垂直極化饋電口 113和垂直極化信號傳輸通道22連接。雙極化天線單元11的公共口 111中傳輸的水平線極化信號和垂直極化信號分別經水平極化饋電口 112和垂直極化饋電口 113送至水平極化信號傳輸通道21和垂直極化信號傳輸通道22。需要說明的是，本發(fā)明中分為兩層的信號傳輸通道2，其可以根據需要作不同設計，即上層網絡設計為垂直極化信號傳輸通道22、下層網絡設計為水平極化信號傳輸通道21，只要和雙極化天線單元11的上下層極化方式對應即可。此外，信號傳輸通道2的實現方式也包括波導、微帶線、懸置帶線等不同形