[发明专利]一种方向图可调的三极化单元及其阵列天线

说明书

本发明涉及一种方向图可调的三极化单元及其阵列天线，该三极化辐射单元包括两个水平正交的双线极化辐射结构和一个垂直极化辐射结构，其垂直极化辐射结构置于水平双极化辐射结构的下方可实现三极化单元的小型化；通过在三极化单元的正上方添加寄生辐射结构可实现三极化单元方向图的调控，通过对不同极化端口的幅度和相位进行叠加实现三极化单元方向图的调控；该三极化单元可组成一维线阵和二维平面阵及共形阵等，通过调节异极化端口幅度和相位的比值可实现阵列的大角度扫描且能有效抑制交叉极化电平。本发明同时实现了天线单元的方向图调控和阵列的大角度扫描，相比较于目前的双极化阵列天线而言，更容易实现阵列的宽角扫描和低交叉极化。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种方向图可调的三极化单元及其阵列天线，具体是可实现单元的方向图调控和阵列的大角度扫描，以及降低交叉极化。

背景技术

电磁波在自由空间中传播时，受多径效应的影响，会严重影响通信质量。可通过分集技术来降低电磁波在自由空间传播时的多径效应。极化分集技术充分利用电磁波的空间维度可获得多个不相关的信道，从而提高通信容量和通信速率。三极化天线是三个两两相互正交的线极化组成的天线，充分利用极化分集技术，在全空间构成完备的极化矢量坐标系。三极化天线可实现更多的空间特征信道，从而极大地提高系统的传输速率和通信容量。现如今，三极化天线的研究主要集中在低剖面、宽频带和三个极化端口的实现等几个方面，但所设计的天线横向尺寸大且辐射方向图未能加以控制，即实际应用价值不大。设计小型化且方向图可调的三极化天线单元是三极化天线单元的设计要点。

在阵列天线的诸多应用领场景中，最多的是利用阵列天线来实现波束扫描，比如相控阵监视雷达通过在某个空间角内不断的波束扫描来实现对这一范围的监视，此时，阵列扫描的范围越宽所能监视的范围就越广。对于阵列天线来说，很容易在一个小的空间角度内实现电扫描，但是当扫描角增大到一定值时，天线阵的增益往往会急剧下降，也就是说阵列很难实现宽角扫描。这主要是由三个原因造成的。一是通常阵因子本身会随扫描角偏离阵列法向而逐渐减小。二是大多数单元天线尤其是平面单元天线的方向图本身就有方向性，其最大方向也是在法向，偏离法向其单元方向性也会降低，所以与阵因子相乘得到的总的阵列方向图随扫描角增大方向性会降低。此外，当处与阵列环境中时，由于互耦的影响，天线单元的有源输入阻抗会随扫描角变化，当扫描角变得越来越大时，有源输入阻抗也会有明显的变化，这直接导致天线单元匹配恶化，阵列增益下降。所以可调控单元方向图波束指向对于阵列天线实现宽角扫描阵具有很强的实际应用价值。

发明内容

要解决的技术问题

目前，平面阵列基本采用双极化单元进行组阵，当阵列进行大角度扫描时，扫描增益下降很快，即很难实现大角度扫描，为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种方向图可调的三极化单元及其阵列天线。

技术方案

一种方向图可调的三极化单元，其特征在于包括水平双极化辐射体、垂直极化辐射体、寄生辐射结构、金属底板、介质柱和正交介质板；所述的水平双极化辐射体包括4个扇形辐射片，印刷在介质柱的上表面；所述的垂直极化辐射体由4个上部相连的T型辐射片组成，垂直极化辐射体印刷在介质柱的柱面上；所述的寄生辐射结构由两块梯形辐射片组成，印刷在正交介质板的表面；所述的正交介质板位于介质柱上面；所述的介质柱位于金属底板上；通过调节寄生辐射体的尺寸可以进行方向图的调控，采用将不同极化的幅度和相位进行叠加实现三极化单元方向图的调控。

所述的扇形辐射片的角度为30°～60°。

所述的T型辐射片的下部两边采用斜边形式。

所述的介质板的相对介电常数为3。

所述的金属底板为铝。

一种由方向图可调的三极化单元组成的一维线阵，其特征在于包括8个一字排列的方向图可调的三极化单元。