[发明专利]基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线

说明书

本发明公开一种基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线，由主辐射贴片、上层介质基板、中间地板层、下层介质基板、基于复合左右手传输线的一分二功分器和2个金属馈电探针组成。基于复合左右手传输线的一分二功分器包括威尔金森一分二功分器、复合左右手传输线移相器和金属弯折线。本发明实现了左旋圆极化、左旋椭圆极化、线极化、右旋椭圆极化、右旋圆极化形式的变化，其极化的可调特性通过轴比(axial ratio，AR)曲线的变化展现。此外，本发明天线在实现不同极化的同时，其辐射方向图保持稳定且定向性良好，从而适用于对天线极化自适应程度高的多极化和定向辐射的雷达、遥控探测等系统中。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线。

背景技术

近年来，由于频谱资源日益消耗，通信密集化程度不断提升，单极化天线已经不能完全满足现代通信在频谱利用率、抗干扰等方面的需求。在雷达、通信、电子对抗、航空航天及遥控遥测等系统之中，天线极化匹配良好与否，所得结果是迥然不同的。因此，为了适应现代电子战大纵深、全方位、高机动、立体化和战场信息密集、多变的特点，对天线极化自适应要求日益迫切。

极化可调天线通过检测接收信号的极化状态，调整接收天线的极化形式，实现与发射天线的极化匹配减少信号的极化损失或者极化隔离减少杂波信号的干扰。由于极化可调天线能够实现任意极化形式的相互切换，具有更强的抗干扰能力，因此是目前极化天线的研究的方向。传统的极化可调天线大多数是通过开关的通断来实现不同极化的模式转换，这不仅会导致极化调节的模式比较单一，而且难以满足某些需要多极化调节的场景，比如航空航天及遥感探测、卫星通信、电子对抗等场景。

为此，研究人员对极化可调天线进行了进一步研究：2013年，Jia-Fu Tsai等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上发表一篇题为“ReconfigurableSquare-Ring Microstrip Antenna”的论文。该论文提出了一种双馈方形环微带贴片的极化可调天线。双馈源用于激发两个正交模式，每个馈电网络是由耦合贴片、阻抗变压器和可变电容器组成。虽然该天线可以通过改变馈电网络的馈电状态来激发不同的正交模式，以实现左旋圆极化和右旋圆极化，但是其阻抗与轴比带宽较窄为3.8％(2.04～2.12GHz)。2016年Cai Y M等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上发表一篇题为“Compact-Size Low-Profile Wideband Circularly Polarized OmnidirectionalPatch Antenna With Reconfigurable Polarizations”的论文。该论文通过微带贴片与其上的槽激发了圆极化并在槽之间加载PIN二极管，通过控制二极管的通断实现了左右旋圆极化之间的调控。虽然该天线的整体尺寸为0.93λ₀×0.93λ₀×0.024λ₀，天线的工作频段在2.09-2.55GHz(19.8％)且在工作频段其轴比都小于3dB，但由于此结构采用的二极管的数量过多导致其损耗增大且其极化可调模式过于单一。2018年，Lian，Ruina等人在IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters上发表了一篇题为“Design of aBroadband Polarization Reconfigurable Fabry-Perot Resonator Antenna”的论文。该论文采用了垂直放置的两个工字形缝隙耦合天线，通过在馈电网络中采用二极管来实现水平与垂直线极化之间的切换。虽然该天线在两种极化模式不影响的情况下实现了2.2-2.72GHz(21％)的阻抗带宽，但是其极化模式却过于单一。此外，公告号为CN109638411A中国发明专利申请公开的“一种双频双极化可重构智能WIFI天线”；公告号为CN201821150011中国发明专利申请公开的“一种集成人工磁导体的多线极化可重构天线”和公告号为CN201820754346中国发明专利申请公开的“一种基于馈电网络的极化可重构天线阵列”；上述的发明专利研究虽然实现了天线的极化形式可调，但这些发明专利都是通过加载PIN二极管器件来实现导致天线的极化调节方式比较单一，往往只能实现一种极化形式的转换。