基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线制造技术

基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，包括第I级馈电网络、第II级馈电网络、辐射器；第I级馈电网络包括两路传输通道，传输通道用于将点源信号转换为线源信号，两路传输通道输出的两路线源信号正交；第II级馈电网络用于将两路正交线源信号转换为两个正交的2D线源阵列信号，辐射器用于将两个正交的2D线源阵列信号辐射到自由空间，辐射器包括用于支撑的低损耗介质层以及呈矩形阵列的第I棱台；相邻四个形成矩形形状的第I棱台之间的行间隙和列间隙形成十字型辐射单元。采用高隔离度两级正交并馈结构和双频段/双极化共用口径辐射器，实现两个独立端口激励和两个独立通道，双频段电磁信号分别实现从点源到2D线源阵转换，结构紧凑，尺寸小。尺寸小。尺寸小。

【技术实现步骤摘要】
基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线


[0001]本专利技术涉及双频段/双极化天线技术，具体与一种基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线有关。

技术介绍

[0002]天线作为信息传输和交换的关键节点，在现代通信中起着桥梁的作用。在各种各样的通信系统中，对天线的指标和型式的要求各不相同，而这些往往与载体平台、通信协议、应用场景等有关。
[0003]为了提高信号的抗干扰能力，移动卫星通信系统的接收和发射频段往往是分离的，卫星通信天线必须具备双频段/双极化功能，以提供高隔离的独立的接收和发射通道。
[0004]在超宽带的地面通信领域，如移动基站之间的毫米波无线通信，频谱资源日趋紧张，为了充分利用信号带宽，提高数据吞吐量，无线通信系统需要具备极化分集能力，这就要求天线必须支持双极化功能。
[0005]双频段/双极化天线对于减少平台天线数量和尺寸，降低天线制造成本，提高系统集成度有着明显的优势，在现代通信中应用极其广泛。有许多方法可以实现双频段/双极化工作，例如双极化微带阵列，双频段/双极化喇叭阵列，双频段/双极化波导缝隙阵列，双频段/双极化反射面等。不过，上述天线架构在实际应用中受到诸多限制。
[0006]例如，基于传统反射面的双频段/双极化天线结构相当笨重，一个通用的基于传统反射面的实现双频段，即两个信号通道Rx与Tx，和双极化，即垂直极化和水平极化，或RHCP和LHCP，工作的方法是将一个双频段天线馈源放置在一个偏置抛物面反射器的焦点上。这种设计的缺点是双频段馈源需要集成极化旋转关节或圆极化器，正交模耦合器OMT等，结构复杂，系统成本高，且馈源照射会产生边缘溢出损失。此外，反射面天线轮廓高，不合适高机动的动中通应用。
[0007]例如，基于波导缝隙的双频段/双极化天线本质上是一种谐振天线，带宽窄，需要精密机械加工工艺来保证缝隙的加工精度，从而确保不会发生频率偏移，加工成本高，结构笨重。
[0008]例如，基于喇叭阵列的双频段/双极化天线存在跨频段设计困难，交叉极化高，易出现珊瓣等问题。一个实现喇叭阵列双频段/双极化工作的方法是采用方波导作为辐射单元，这将导致辐射方向图的交叉极化高。此外，如果接收频段和发射频段相隔较远，如K/Ka频段，辐射单元的尺寸不好设计，易于产生珊瓣。
[0009]尽管CTS天线的性能优秀，但其本质上是一种单极化、单频段天线，目前缺少有效的可实现双频段/双极化CTS天线的技术手段。

技术实现思路

[0010]为解决上述相关现有技术不足，本专利技术提供一种基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，采用高隔离度的两级正交并馈结构和双频段/双极化共用口径辐射器，实
现两个独立端口激励和两个独立通道，双频段电磁信号分别实现从一个点源到线源阵的转换，且结构紧凑，天线尺寸极大缩小。
[0011]为了实现本专利技术的目的，拟采用以下方案：一种基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，包括自下而上依次叠合装配的第I级馈电网络、第II级馈电网络、辐射器；第I级馈电网络包括两路传输通道，传输通道一端为点源信号输入端口，另一端为线源信号输出端口，传输通道用于将点源信号转换为线源信号，两路传输通道输出的两路线源信号正交；第II级馈电网络用于将两路正交线源信号转换为两个正交的2D线源阵列信号，第II级馈电网络包括多层平板以及设于相邻平板之间的支撑层；其中，每层平板均设有贯通平板前后侧的通道I和贯通平板左右侧的通道II，通道I和通道II数量相同，且通道I和通道II相互正交，通道I和通道II均贯通平板顶面和底面；最下层平板的通道I和通道II数量均为1个，上一层平板的通道I和通道II数量均为相邻下一层平板的通道I和通道II的数量两倍；辐射器用于将两个正交的2D线源阵列信号辐射到自由空间，辐射器包括用于支撑的低损耗介质层以及呈矩形阵列形式设于低损耗介质层一面的第I棱台；每相邻两列第I棱台之间的列间隙相同，每相邻两行第I棱台之间的行间隙相同，相邻四个形成矩形形状的第I棱台之间的行间隙和列间隙形成十字型辐射单元。
[0012]进一步，第I级馈电网络包括：一分二功分器I、一分二功分器II；以及绕中心轴呈90
°
旋转设置的E面波导多级功分网络I、E面波导多级功分网络II、E面波导多级功分网络III、E面波导多级功分网络IV；E面波导多级功分网络I相邻于E面波导多级功分网络II和E面波导多级功分网络IV；一分二功分器I、E面波导多级功分网络I、E面波导多级功分网络III为第一路传输通道，一分二功分器II、E面波导多级功分网络II、E面波导多级功分网络IV为第二路传输通道；E面波导多级功分网络I和E面波导多级功分网络III的分支端口齐平于第一平面，工作于两个频段或正交极化其中的第一个；E面波导多级功分网络II和E面波导多级功分网络IV的分支端口齐平于第二平面，工作于两个频段或正交极化其中的第二个，第一平面与第二平面正交；一分二功分器I的主路端连接输入口I，分支端口分别连接E面波导多级功分网络I、E面波导多级功分网络III的主路端口；一分二功分器II的主路端连接输入口II，分支端口分别连接E面波导多级功分网络II、E面波导多级功分网络IV的主路端口；输入口I、输入口II为点源信号端口，E面波导多级功分网络I、E面波导多级功分网络II、E面波导多级功分网络III、E面波导多级功分网络IV的分支端口为线源信号端口。
[0013]进一步，E面波导多级功分网络I、E面波导多级功分网络II、E面波导多级功分网络III、E面波导多级功分网络IV水平设置；E面波导多级功分网络I和E面波导多级功分网络III的分支端口均连接有垂直设置的波导耦合过渡口I；E面波导多级功分网络II和E面波导多级功分网络IV的分支端口均连接有垂直设置的波导耦合过渡口II；波导耦合过渡口I和波导耦合过渡口II用于将线源
信号输出方向调整为垂直向上；所有波导耦合过渡口I所在直线与所有波导耦合过渡口II所在直线垂直，呈十字型；处于中间的连续多个波导耦合过渡口I的输入功率设置为大于剩余均分的处于两边的多个波导耦合过渡口I的输入功率；处于中间的连续多个波导耦合过渡口II的输入功率设置为大于剩余均分的处于两边的多个波导耦合过渡口II的输入功率。
[0014]进一步，输入口I用于作为第一个频段或极化的输入端，输入口II用于作为第二个频段或极化的输入端；输入口I通过输入传输线I连接一分二功分器I的主路端，输入传输线I上设有滤波器I，滤波器I用于抑制第二个频段或极化的信号；输入口II通过输入传输线II连接一分二功分器II的主路端，输入传输线II上设有滤波器II，滤波器II用于抑制第一个频段或极化的信号；一分二功分器I的一个分支端口通过第一分支传输线I连接E面波导多级功分网络I的主路端口，另一个分支端口通过第二分支传输线I连接E面波导多级功分网络III的主路端口；一分二功分器II的一个分支端口通过第一分支传输线II连接E面波导多级功分网络II的主路端口，另一个分支端口通过第二分支传输线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，其特征在于，包括自下而上依次叠合装配的第I级馈电网络（3）、第II级馈电网络（2）、辐射器（1）；第I级馈电网络（3）包括两路传输通道，传输通道一端为点源信号输入端口，另一端为线源信号输出端口，传输通道用于将点源信号转换为线源信号，两路传输通道输出的两路线源信号正交；第II级馈电网络（2）用于将两路正交线源信号转换为两个正交的2D线源阵列信号，第II级馈电网络（2）包括多层平板（21）以及设于相邻平板（21）之间的支撑层（22）；其中，每层平板（21）均设有贯通平板（21）前后侧的通道I和贯通平板（21）左右侧的通道II，通道I和通道II数量相同，且通道I和通道II相互正交，通道I和通道II均贯通平板（21）顶面和底面；最下层平板（21）的通道I和通道II数量均为1个，上一层平板（21）的通道I和通道II数量均为相邻下一层平板（21）的通道I和通道II的数量两倍；辐射器（1）用于将两个正交的2D线源阵列信号辐射到自由空间，辐射器（1）包括用于支撑的低损耗介质层（10）以及呈矩形阵列形式设于低损耗介质层（10）一面的第I棱台（11）；每相邻两列第I棱台（11）之间的列间隙相同，每相邻两行第I棱台（11）之间的行间隙相同，相邻四个形成矩形形状的第I棱台（11）之间的行间隙和列间隙形成十字型辐射单元（11c）。2.根据权利要求1所述的基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，其特征在于，第I级馈电网络（3）包括：一分二功分器I（304）、一分二功分器II（314）；绕中心轴呈90
°
旋转设置的E面波导多级功分网络I（306a）、E面波导多级功分网络II（316a）、E面波导多级功分网络III（306b）、E面波导多级功分网络IV（316b）；E面波导多级功分网络I（306a）相邻于E面波导多级功分网络II（316a）和E面波导多级功分网络IV（316b）；一分二功分器I（304）、E面波导多级功分网络I（306a）、E面波导多级功分网络III（306b）为第一路传输通道，一分二功分器II（314）、E面波导多级功分网络II（316a）、E面波导多级功分网络IV（316b）为第二路传输通道；E面波导多级功分网络I（306a）和E面波导多级功分网络III（306b）的分支端口齐平于第一平面，E面波导多级功分网络II（316a）和E面波导多级功分网络IV（316b）的分支端口齐平于第二平面，第一平面与第二平面正交；一分二功分器I（304）的主路端连接输入口I（301），分支端口分别连接E面波导多级功分网络I（306a）、E面波导多级功分网络III（306b）的主路端口；一分二功分器II（314）的主路端连接输入口II（311），分支端口分别连接E面波导多级功分网络II（316a）、E面波导多级功分网络IV（316b）的主路端口；输入口I（301）、输入口II（311）为点源信号输入端口，E面波导多级功分网络I（306a）、E面波导多级功分网络II（316a）、E面波导多级功分网络III（306b）、E面波导多级功分网络IV（316b）的分支端口为线源信号输出端口。3.根据权利要求2所述的基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，其特征在于：E面波导多级功分网络I（306a）、E面波导多级功分网络II（316a）、E面波导多级功分网络III（306b）、E面波导多级功分网络IV（316b）水平设置；E面波导多级功分网络I（306a）和E面波导多级功分网络III（306b）的分支端口均连接有垂直设置的波导耦合过渡口I（307）；E面波导多级功分网络II（316a）和E面波导多级功分
网络IV（316b）的分支端口均连接有垂直设置的波导耦合过渡口II（317）；波导耦合过渡口I（307）和波导耦合过渡口II（317）用于将线源信号输出方向调整为垂直向上；所有波导耦合过渡口I（307）所在直线与所有波导耦合过渡口II（317）所在直线垂直，呈十字型；处于中间的连续多个波导耦合过渡口I（307）的输入功率设置为大于剩余均分的处于两边的多个波导耦合过渡口I（307）的输入功率；处于中间的连续多个波导耦合过渡口II（317）的输入功率设置为大于剩余均分的处于两边的多个波导耦合过渡口II（317）的输入功率。4.根据权利要求2所述的基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，其特征在于，输入口I（301）用于作为第一个频段或极化的输入端，输入口II（311）用于作为第二个频段或极化的输入端；输入口I（301）通过输入传输线I（303）连接一分二功分器I（304）的主路端，输入传输线I（303）上设有滤波器I（302），滤波器I（302）用于抑制第二个频段或极化的信号；输入口II（311）通过输入传输线II（313）连接一分二功分器II（314）的主路端，输入传输线II（313）上设有滤波器II（312），滤波器II（312）用于抑制第一个频段或极化的信号；一分二功分器I（304）的一个分支端口通过第一分支传输线I（305a）连接E面波导多级功分网络I（306a）的主路端口，另一个分支端口通过第二分支传输线I（305b）连接E面波导多级功分网络III（306b）的主路端口；一分二功分器II（314）的一个分支端口通过第一分支传输线II（315a）连接E面波导多级功分网络II（316a）的主路端口，另一个分支端口通过第二分支传输线II（315b）连接E面波导多级功分网络IV（316b）的主路端口。5.根据权利要求4所述的基于3D正交并馈网络的双频段/双极化CTS天线，其特征在于，第I级馈电网络（3）包括上下两层，E面波导多级功分网络I（306a）、E面波导多级功分网络II（316a）、E面波导多级功分网络III（306b）、E面波导多级功分网络IV（316b）处于上...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈捷，冯智平，王丽君，沈佳骏，
申请(专利权)人：成都星达众合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：