CN209119368U - 微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，涉及通信用天线技术领域。所述切换天线包括天线本体，还包括相位差调整装置，所述相位差调整装置包括90°电桥模块，所述电桥模块的两个输入端分别输入垂直极化信号和水平极化信号，所述电桥模块的两个输出端分别通过第一信号线和第二信号线与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述第一信号线与所述第二信号线的长度不等，但幅度一致，通过不同长度的第一信号线与第二信号线来调整所述电桥模块造成的相位差，使所述电桥模块在输出侧的两个端口产生具有90°相位差的信号。所述天线可以根据需要进行多模极化快速切换且输出的圆极化波质量更高。

Description

微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线

技术领域

本实用新型涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线。

背景技术

天线是一种电磁场能量变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。其属于是无线电设备中用来发射或接收电磁波的核心部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都需要依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

天线发射出的电磁波电场方向和磁场方向是互相垂直的，天线的极化方向以电场方向定义，如果电场方向垂直于地面（磁场必定水平于地面），叫垂直极化波，反之叫水平极化波。天线架设方向必须与极化方向相同，否则不能接收信号，或者效率很差。收音机的天线通常竖着拉出，因为是垂直极化波；电视机天线通常水平架设，因为是水平极化波。

天线极化与光学偏振相类似，涉及根据电磁辐射的朝向对电磁辐射进行发送和接收。通过光学偏振，胶片或玻璃可阻挡朝某个方向偏振的光线（即变得更暗），并同时允许偏振正确的光线通过。这与天线相类似——天线的极化情况决定了其电磁辐射收发性能。

极化以电磁辐射电场分量的振荡平面为基础。如果电磁波的极化被天线极化旋转抵消，则该天线仅能捕获所述电磁波的一部分。因此，如果发射天线和接收天线以同一平面为基准平面，则为了实现通信链路的最佳效率，其极化方向应当相同。

虽然存在多种极化类型，但主要的为三种。射频天线通常为线极化或圆极化天线。线极化天线通常为垂直极化或水平极化天线，而圆极化天线为左旋或右旋圆极化天线。此外，还有一种常见的极化类型为由线极化和圆极化通过复杂组合而形成的椭圆极化。

在通常情况下，可根据应用要求，选择天线极化方式。不同应用可从不同的极化方式获得更佳效果。例如，由于垂直极化电磁波比水平极化电磁波更加易于穿过起伏不平的地貌，因此垂直极化天线在陆地移动通信用途中具有更佳表现，而水平极化方式在仰赖电离层且通常为长距离通信的用途中表现更好。此外，由于圆极化通常可更佳地缓解卫星定向偏移导致的衰弱，因此圆极化常用于卫星通信。

在圆极化的天线中，目前天线只能工作在单一极化方式，例如只能工作在左旋极化，或者仅能工作在右旋极化，需要不同的极化天线时，需要人工更换天线。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种可以根据需要进行多模极化快速切换且输出的圆极化波质量更高的微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，包括天线本体，其特征在于：还包括相位差调整装置，所述相位差调整装置包括90°电桥模块，所述电桥模块的两个输入端分别输入垂直极化信号和水平极化信号，所述电桥模块的两个输出端分别通过第一信号线和第二信号线与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述第一信号线与所述第二信号线的长度不等，但幅度一致，通过不同长度的第一信号线与第二信号线来调整所述电桥模块造成的相位差，使所述电桥模块在输出侧的两个端口产生具有90°相位差的信号。

进一步的技术方案在于：相位差调整装置还包括相位调制器，所述相位调制器位于所述第一信号线和/或所述第二信号线上。

进一步的技术方案在于：所述相位差调整装置还包括极化选择模块和控制模块，所述电桥模块与所述极化选择模块的信号输入端连接，所述极化选择模块的两个输出端分别与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述极化选择模块的控制信号输入端与所述控制模块的控制信号输出端连接。

进一步的技术方案在于：所述天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，所述脊的下端固定有腔体，所述腔体用于放置电子元器件和馈电网络。

进一步的技术方案在于：所述天线本体包括四个呈圆周状排列的脊，所述脊的下端固定有腔体，所述腔体用于放置电子元器件和馈电网络，所述脊的外周固定有天线壁。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）带宽宽，可工作在微波毫米波频段。2）可支持3种圆极化方式工作，左旋圆极化、右旋圆极化和左旋右旋双种圆极化模式。3）天线通过调节信号线长度或在某一根信号线上加载移相器来调节相位，弥补实际应用宽带电桥在输出端口不能实现理想90度的相位差，可获得质量更佳的圆极化波。4）天线可承受功率大，质量轻便。5）天线加工工艺简单，可靠性高。综上，采用所述天线，可有效缩短测试时间，减少测试人员更换天线次数，更准确地测量被测器件在各种极化方式下的特性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例所述天线的一种结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述天线的另一种结构示意图；

图3是本实用新型实施例中右旋圆极化信号示意图；

图4是本实用新型实施例中左旋圆极化信号示意图；

图5是本实用新型实施例中单圆极化的应用原理框图

图6是本实用新型实施例中双圆极化的应用原理框图；

图7是本实用新型实施例中相位差调整装置的原理框图；

其中：1、天线本体；2、脊；3、腔体；4、第一信号线；5、第二信号线6、天线壁。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示为第一种微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，包括天线本体，所述天线本体1包括四个呈圆周状排列的脊2，所述脊的下端固定有腔体3，所述腔体3用于放置电子元器件和馈电网络。如图2所示为第二种微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，包括天线本体，所述天线本体1包括四个呈圆周状排列的脊2，所述脊的下端固定有腔体3，所述腔体3用于放置电子元器件和馈电网络，所述脊的外周固定有天线壁6。需要说明的是，上述内容为现有技术，在此不做赘述。

本实用新型实施例不同于现有技术之处在于，如图7所示，所述切换天线还包括相位差调整装置，所述相位差调整装置包括90°电桥模块，所述电桥模块的两个输入端分别输入垂直极化信号和水平极化信号，所述电桥模块的两个输出端分别通过第一信号线和第二信号线与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述第一信号线与所述第二信号线的长度不等，但幅度一致，通过不同长度的第一信号线与第二信号线来调整所述电桥模块造成的相位差，使所述电桥模块在输出侧的两个端口产生具有90°相位差的信号。

进一步的，所述相位差调整装置还可包括相位调制器，所述相位调制器位于所述第一信号线和/或所述第二信号线上，用过所述相位调制器直接调节电桥模块输出的两个信号之间的相位差。

进一步的，所述相位差调整装置还包括极化选择模块和控制模块，所述电桥模块与所述极化选择模块的信号输入端连接，所述极化选择模块的两个输出端分别与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述极化选择模块的控制信号输入端与所述控制模块的控制信号输出端连接，通过所述极化选择模块控制所述相位差调整装置输出左旋圆极化、右旋圆极化或左旋右旋双种圆极化信号。

该天线适用于实验室测试环境，用于发射或者接收圆极化信号，具有带宽宽，可同时收发左右旋圆极化信号的特点。图1以一款工作于0.7GHz到10GHz的天线来进行详细的阐述。

表1 示例天线参数明细表

所述天线基于垂直极化和线性极化双极化喇叭制作，线性双极化喇叭能够同时实现垂直极化和水平极化两个正交极化，配合电桥模块和调节信号线或者移相器，能够实现左旋、右旋以及左右旋三种圆极化。天线的极化方式分为圆极化和线极化两大类，其中圆极化又可以分为左旋圆极化和右旋圆极化，当电磁波的极化面与大地法线面之间的夹角从 0~360 度周期地变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。两个线极化合成圆极化的原理如下：

（垂直极化分量）

（水平极化分量）

两个分量空间合成后就形成圆极化波，通过控制两个分量的相位超前滞后关系就能够实现左旋圆极化或者右旋圆极化。具体的极化方式可参考图3和图4。天线的具体原理可参考图5和图6。图5为单圆极化的原理图，通过将双圆极化天线一端口加上吸收匹配负载（一般为50欧），则可以实现单一的左旋圆极化天线或实现单一的右旋圆极化天线。图6为线性极化通过90度电桥后，不加任何负载，可以在两个端口同时输出左旋圆极化和右旋圆极化两种极化方式。

为了提高圆极化波的质量，因此所述天线中使用长度不一致的两根信号线，幅度一致，通过长度来弥补相位差，结合实际电桥模块联合组成理想电桥，实现质量更佳的圆极化波。除通过改变信号线长度外，还可以在其中的任意一个信号线上直接加载一个相位调制器，来弥补实际电桥的相位误差，使90度电桥在输出的同侧两路信号实现完美的90度相移，最终实现质量更佳的圆极化波。

Claims (5)

1.一种微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，包括天线本体（1），其特征在于：还包括相位差调整装置，所述相位差调整装置包括90°电桥模块，所述电桥模块的两个输入端分别输入垂直极化信号和水平极化信号，所述电桥模块的两个输出端分别通过第一信号线（4）和第二信号线（5）与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述第一信号线（4）与所述第二信号线（5）的长度不等，但幅度一致，通过不同长度的第一信号线与第二信号线来调整所述电桥模块造成的相位差，使所述电桥模块在输出侧的两个端口产生具有90°相位差的信号。

2.如权利要求1所述的微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，其特征在于：相位差调整装置还包括相位调制器，所述相位调制器位于所述第一信号线（4）和/或所述第二信号线（5）上。

3.如权利要求1所述的微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，其特征在于：所述相位差调整装置还包括极化选择模块和控制模块，所述电桥模块与所述极化选择模块的信号输入端连接，所述极化选择模块的两个输出端分别与所述天线本体的左旋圆极化信号信号输入端以及右旋圆极化信号信号输入端连接，所述极化选择模块的控制信号输入端与所述控制模块的控制信号输出端连接。

4.如权利要求1所述的微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，其特征在于：所述天线本体（1）包括四个呈圆周状排列的脊（2），所述脊的下端固定有腔体（3），所述腔体（3）用于放置电子元器件和馈电网络。

5.如权利要求1所述的微波与毫米波超宽带多模极化快速切换天线，其特征在于：所述天线本体（1）包括四个呈圆周状排列的脊（2），所述脊的下端固定有腔体（3），所述腔体（3）用于放置电子元器件和馈电网络，所述脊的外周固定有天线壁（6）。