一种圆极化反射阵列天线及通讯设备的制作方法

1.本发明涉及无线通讯技术领域，特别是涉及一种圆极化反射阵列天线及通讯设备。


背景技术：

2.随着太赫兹电磁波是一种频段位于0.1thz-10thz之间，波长位于 0.03mm-3mm之间的电磁波。由于太赫兹电磁波具有低伤害、可视化以及宽带宽的特点，现已应用于生物医疗、安保成像和深空探测等多个领域。
3.由于太赫兹频段电磁波的波长较短，应用在太赫兹频段的圆极化天线采用圆极化喇叭馈源和环焦抛物反射面形成的基于反射面结构的圆极化天线，这种圆极化天线中环焦抛物反射面的加工成本十分大。如何降低太赫兹频段圆极化天线的加工成本，是目前有待解决的技术问题。
4.综上所述可以看出，如何降低圆极化天线的加工成本是目前有待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种圆极化反射阵列天线及通讯设备，解决了现有技术中圆极化天线的加工成本高的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种圆极化反射阵列天线及通讯设备，固定在固定架上的波导馈电网络、天线馈源、圆形反射板和圆极化反射阵列；
7.所述波导馈电网络，用于输出激励信号至所述天线馈源；
8.所述天线馈源，用于发射激励信号转化为扩散状的线极化电磁波；
9.所述圆形反射板为平面反射板，用于反射所述线极化电磁波；
10.所述圆极化反射阵列包括多种圆极化反射单元，用于将所述圆形反射板反射的所述线极化电磁波转化为圆极化电磁波。
11.优选地，所述固定架包括：支撑底座、固定支撑架和固定组件；
12.通过所述支撑底座支撑所述圆形反射板和所述圆极化反射阵列，所述圆极化反射阵列位于所述圆形反射板上；
13.利用所述固定支撑架将所述天线馈源支撑于所述圆极化反射阵列的正上方；
14.通过所述固定组件将所述天线馈源与所述波导馈电网络连接。
15.优选地，所述圆极化反射阵列由四种相位差为90
°
，覆盖0-360
°
的山型圆极化反射单元构成，所述山型圆极化反射单元放置顺序按照反射阵列天线离散相位补偿法算出。
16.优选地，所述反射阵列天线离散相位补偿法为：
[0017][0018]
ψi＝k(d
i-f) ψ0±
2nπ；
[0019]
其中，a为所述圆极化反射阵列距离中心的位置，di为各位置的光程，f为所述圆极化反射阵列与所述天线馈源的距离，ψ0为圆极化反射阵列中心单元的相位，ψi为第i个所
述山型圆极化反射单元的相位。
[0020]
优选地，所述多种圆极化反射单元的高度一致。
[0021]
优选地，所述圆极化反射阵列设置为两个平面，所述圆极化反射阵列第一平面与所述天线馈源相对应，所述圆极化反射阵列第二平面与所述圆形反射板上面接触。
[0022]
优选地，所述天线馈源中心、所述圆极化反射阵列中心和圆形反射板中心位于同一直线。
[0023]
优选地，所述多种圆极化反射单元倾斜45
°
放置于所述圆极化反射阵列中。
[0024]
优选地，所述圆形反射板的直径d与所述天线馈源到圆形反射板的距离f的关系为
[0025]
其中，θ为所述天线馈源增益下降至0dbi时的角度。
[0026]
优选地，一种无线通信设备，包括上述任一项所述的圆极化阵列天线。
[0027]
本发明所提供的一种圆极化反射阵列天线以及通信设备，通过所述波导馈电网络将激励信号传输至所述天线馈源，利用所述天线馈源发射激励信号转化为扩散状的线极化电磁波，线极化电磁波通过圆极化反射阵列到圆形反射板中，通过圆形反射板反射线极化电磁波到圆极化反射阵列中，通过多种圆极化反射单元形成圆极化电磁波。本发明通过圆极化反射阵列中的多种圆极化反射单元形成圆极化电磁波，只需要在平面内构建圆极化反射阵列，相比现有技术中生成环焦抛物线反射面，明显降低了加工难度以及生产成本。
附图说明
[0028]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]
图1为本发明所提供圆极化反射阵列天线的结构示意图；
[0030]
图2为本发明所提供的圆极化反射阵列天线俯视图；
[0031]
图3为山型圆极化反射单元结构示意图；
[0032]
图4为四种山型圆极化反射单元图；
[0033]
图5为离散相位补偿原理图；
[0034]
图6为通过离散相位补偿公式计算得出的圆极化反射阵列中山型圆极化反射单元放置位置图；
[0035]
图7为本公开实例的四种圆极化单元相位差图；
[0036]
图8为本公开实例的圆极化单元ex，ey方向上的增益图；
[0037]
图9为本公开实例的圆极化单元ex，ey方向上的相位图；
[0038]
图10为本公开实施例的圆极化反射阵列天线s11参数测试结果图；
[0039]
图11为本公开实施例的圆极化反射阵列天线的增益测试图；
[0040]
图12为本公开实施例的圆极化反射阵列天线的圆极化轴比测试图。
具体实施方式
[0041]
本发明的核心是提供一种圆极化反射阵列天线以及通信设备，降低了加工难度以及生产成本。
[0042]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
请参考图1和图2，图1为本发明所提供圆极化反射阵列天线的结构示意图，图2为本发明所提供的圆极化反射阵列天线俯视图；具体包括：固定架1及波导馈电网络2，天线馈源3，圆极化反射阵列4 和圆形反射板5，其中：天线馈源3和波导馈电网络2电连接。
[0044]
固定组价11固定天线馈源3和wr-7波导21，固定支撑架12固定天线馈源3和圆形反射板5，wr-7波导21和馈电网络22电连接。圆极化反射阵列4放置在圆形反射板5上，固定底座13为圆形反射板提供物理支撑。
[0045]
波导馈电网络2采用wr-7，将输出的激励信号传输至天线馈源 3。天线馈源3为线极化天线馈源，将波导传输的激励信号转换为电磁波后传输至圆极化反射阵列4中，天线馈源3发射的电磁波为呈扩散状的电磁波。扩散状的线极化电磁波通过圆极化反射阵列4后经圆形反射板5再反射至圆极化反射阵列4后，扩散状的线极化电磁波转换为多个相互平行的圆极化。
[0046]
在本实施例中，通过天线馈源与波导馈电网络电连接，波导馈电网络能将激烈信号传输至天线馈源。天线馈源将激励信号转换为扩散状的电磁波发射至圆极化反射阵列和圆形反射板中，圆极化反射阵列的基本组成单元为山型圆极化反射单元，当电磁波通过圆极化反射单元时，能将扩散状的电磁波反射为包含多个相互平行光束的电磁波，形成圆极化电磁波，本发明通过圆极化反射阵列生成圆极化电磁波，降低了加工难度和生产成本。
[0047]
基于上述实施例，本实施例中对圆极化反射阵列中的多种山型圆极化反射单元进行了详细的说明，包括：
[0048]
圆极化反射阵列4的基本组成单元为四种山型圆极化反射单元，图3是山型圆极化反射单元的结构图，四种圆极化反射单元结构图如图4所示，其中在绘制圆环形相位补偿图时为了区分四种圆极化反射单元的放置位置用四种不同的颜色取代圆极化反射单元，单元1为红色，单元2为橙色，单元3为绿色，单元4为蓝色。
[0049]
圆极化反射阵列4的组成方式主要通过离散相位补偿法来组合，其原理是利用四种彼此之间相位差为90度，且覆盖0-360度的圆极化反射单元对扩散状的电磁波进行相位补偿，从而改变反射后电磁波的相位。如图5所示，天线馈源3出射的呈扩散状电磁波到达圆极化反射阵列后，通过计算各位置光程di与中心相位的光程f之差，获得相应的相位补偿差，具体公式为：
[0050][0051]
ψi＝k(d
i-f) ψ0±
2nπ
[0052]
其中，a表示圆极化反射阵列4上距离中心的位置，f表示圆极化反射阵列4与天线馈源3的距离，ψ0为圆极化反射阵列中心单元的相位，ψi为第i个单元的相位。补偿规则为：
[0053][0054]
由离散相位补偿公式算出来的圆环形相位补偿图如图6所示。四种圆极化反射单元的相位差如图7所示，可以看到其在整个相位周期 0-360度内完全覆盖，且彼此间相位差为90度，可以用于离散相位补偿来提高天线的增益。
[0055]
线极化电磁波斜45度通过山型圆极化反射单元时，可分解成两个相互正交的电磁波ex和ey，ex和ey在山型圆极化单元中传播时通过不同介电常数的区域，调整山型圆极化单元的开槽深度和开槽宽度，可以实现ex和ey之间的相位差为90度，从而实现线圆转换，图8是ex和ey通过山型圆极化单元后电场强度e的衰减程度，可以看到电场强度ex和ey的幅度大致相等；如图9是ex和ey通过山型圆极化单元后两者之间的相位差，可以看到ex和ey的相位差为90 度。因此，四种山型圆极化反射单元具有线圆转换的功能。
[0056]
图10为一种由山型圆极化反射单元构成的圆极化反射阵列天线 s11性能图，可以看到在工作频带110-170ghz内，天线的s11小于
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15db。
[0057]
图11为一种由山型圆极化反射单元构成的圆极化反射阵列天线的增益图，可以看到在工作频段110-170ghz内，天线最大增益为 27.5dbi；图12为一种由山型圆极化反射单元构成的圆极化反射阵列天线圆极化轴比图，可以看到在工作频段110-170ghz内，低频部分 110-145ghz，圆极化轴比ar《3db，在高频部分145-160ghz在4.5db 以下。
[0058]
在本实施例中，详细说明了所述圆极化反射阵列中的四种山型圆极化反射单元的结构以及相应的排版方式，和利用这种结构和排版方式产生的功能，并且测试了所述圆极化反射阵列天线的天线性能以及天线增益和圆极化轴比，本发明所发明的一种圆极化反射阵列天线降低了加工难度和加工成本，并且能产生效果良好的圆极化电磁波。
[0059]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。