[发明专利]一种基于3D打印技术的双向辐射同旋向双圆极化天线

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的双向辐射同旋向双圆极化天线，包括两端开路的圆波导以及分别位于所述圆波导两侧的第一介质棒和第二介质棒，所述圆波导上设置有呈正交设置的第一差分端口和第二差分端口，在所述圆波导的两端开口处分别开设有一对三角形的金属层缺口，每对缺口分别与x轴呈±45度的夹角，且位于同一端的一对缺口关于天线的中心轴对称。天线通过3D打印技术一体成型，重量轻且加工方便，波导壁通过电镀金属薄层的方式实现。波导壁上的三角形缺口具有极化器功能，通过其可实现双向同旋向的圆极化辐射。通过切换馈电的差分端口即可实现双圆极化功能，实现圆极化旋向自由切换。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种基于3D打印技术的双向辐射同旋向双圆极化天线。

背景技术

3D打印技术是一种通过逐层叠加材料的方式来制造三维实体模型的新兴加工工艺。区别于传统的三维模型制造工艺，如：CNC、注塑等，3D打印采用增材的方式，不需要原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据实现各种复杂结构的加工。其优势在于：可以简化制造程序、缩短加工周期、高效成形复杂的结构、具有较高的材料利用率等。目前，3D打印技术已被广泛应用于各个领域，其中便包括天线研究领域。基于该技术的天线设计是目前国内外学术界的研究热点之一。

具有双向辐射特性的天线常被应用于纵深较长的通信环境当中，例如桥梁、矿洞、隧道、狭长街道等场合，是一种常见且重要的天线类型。这类天线可以将电磁能量集中于两个相反的方向，近似直线的能量分布可以更加贴合应用场景，从而避免能量的浪费。根据极化特性的不同，目前已报道的双向天线可以被大致分为三类，即双向线极化天线、双向不同旋向的圆极化天线以及双向同旋向圆极化天线。其中，双向同旋向圆极化天线因其可以很好的解决收、发终端之间极化失配的问题，所以应用最为广泛。F.Khosravi等在《Bidirectional same-sense circularly polarized slot antenna usingpolarization converting surface,IEEE Antennas Wireless Propag.Lett,vol.13,pp.1652-1655,2014》中提供了一款微带缝隙天线与极化变换表面相结合的双向同旋向圆极化天线设计，其中微带缝隙天线可提供双向不同旋向的圆极化辐射，而极化变换表面则置于其一侧用于改变该侧圆极化的旋向。W.Liu等在《A bidirectional array of thesame left-handed circular polarization using a special substrate,IEEEAntennas Wireless Propag.Lett.,vol.12,pp.1543-1546,2013》中，采用多个相距1/4波长且±45度交叉放置的偶极子组成的阵列来实现双向同旋向圆极化辐射。Y.Zhao等在《Adual circularly polarized waveguide antenna with bidirectional radiations ofthe same sense,IEEE Trans.Antennas Propag,vol.62,no.1,pp.480-484,Jan.2014》中提出了一款双向同旋向双圆极化天线设计，该设计基于一段两端开路的波导结构，波导内放置微带线混合环，其分别与两个相距1/4波长且±45度交叉放置的金属片相连接，通过切换馈电端口来实现圆极化旋向的切换。J.Hu等在《A bidirectional same sensecircularly polarized endfire antenna array with polarizationreconfigurability,IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.67,no.11,pp.7150-7155,Nov.2019》中，采用磁、电偶极子相结合的方式实现双向同旋向的圆极化辐射，并通过开关二极管来实现圆极化左、右旋向的切换。

但以上双向同旋向圆极化天线仍存在以下问题：