一个新的双圆偏振饲料使用介质Cylinder-Loaded圆波导开口端美联储通过交叉偶极子

文摘

本文提出了一种新的双圆偏振饲料,提供良好的轴比宽角度和低正交偏振辐射向后方向。圆形波导开口端是美联储和两个正交极化波同相正交由一对印刷交叉偶极子和一个紧凑connectorized正交混合耦合器。波导孔与介质加载圆柱减少交叉极化孔径超出90度。制作饲料,在5.5 GHz, 6.33 -dbic copolarized增益,3-dB波束宽度106°,10分贝195°的波束宽度,3-dB轴向比率波束宽度215°,最大正交极化增加−21.4 dBic, 27-dB端口隔离。提要的反射系数小于10 dB−4.99 -6.09 GHz。

1。介绍

高增益双圆偏振反射器天线受聘在航空等应用遥测、气象雷达、地面穿透雷达和卫星通信。双圆偏振提供缓解对抗多径衰落和MIMO无线通信能力。反射器性能的关键是饲料的特点。提要可以配置用于饲料的主焦点反射器增益约6 - 12 dB或双反射器天线的增益约15 - 25分贝。在本文中,我们提出了一种新的双圆偏振饲料适合高性能主焦点反射器应用程序。该天线采用介电cylinder-loaded圆波导开口端交叉偶极子兴奋的大轴向比率向后方向波束宽度和低交叉极化。

各种方法实现低增益天线(6 - 12 dB)与双线性或双圆偏振已经建立了包括交叉偶极子(1,2[],dual-fed补丁3),波导光阑(4),交叉槽(5),介质谐振器(6]。

高性能的主焦点反射器天线提要常常意识到使用圆形波导[7]。可以生成双圆极化波在圆波导的激动人心的两个正交偏振字段有一个90度相位差。激发双极化波在一个圆形或方形波导,各种结构曾如orthomode传感器(8),隔偏振器(9),四脊(10),做空环片(11),和双同轴探针(12]。交期可以实现通过使用一个波导偏振器(13)或正交混合耦合器。

交叉偶极子广泛被用于GNSS信号(14),移动电话基站(1,2),和喂养一个正方形的角(15),一个腔16),和一个杯子17]。腔和杯的区别有点武断。前者是用于大光圈。一个杯子也可以称为开放式圆波导。

交叉偶极子可以实现在同一平面的供电电路(1)或在一个单独的飞机的供电电路(2]。加载波导孔径与介电材料用于阻抗匹配(18]或辐射模式的改进19]。

轴向比率较宽的天线波束宽度提出了许多作者(20.- - - - - -24]。Mak和陆一双交叉卖空领结补丁和一双交叉偶极子由威尔金森功率分配器的90度相位延迟线(20.]。公园和李提出了窄带圆极化天线,采用mu-negative输电线路(21]。史和同事提出了一个采用disk-loaded单极子天线设计,微带curl散热器,倾斜寄生线(22]。小王和同事使用两个交错的共面偶极天线由一个矩形腔(23]。魏和同事提出了一个环probe-fed金属腔天线(24]。现有设计的天线波束宽度宽轴向比率变化的复杂性,许多人不能用作饲料没有添加附件夹具和雷达天线罩,这可能需要设计调整或重新设计。他们中的一些人只能为一个单一的圆偏振散热器。

在本文中,我们提出一种新的坚固的双圆极化天线适用于高性能的主焦点反射器天线饲料。该天线可以使用作为一个真实的饲料没有任何修改或设计调整结构,这样它可以公开以来天气没有困难。

实现一个新提要中,我们使用了一个圆形波导开口端兴奋由一对交叉偶极子。一个介质圆柱在开口端孔径减少交叉极化角超过90°天线的轴。90°的相位差实现使用一个小型商业交混合耦合器直接连接到交叉偶极子。的设计和测量提出了饲料列在下面。

2。天线设计

图1(一)显示的结构提出了双圆偏振饲料。提要包含两个印刷交叉偶极令人兴奋的一个圆波导加载介质圆柱孔,和一个正交混合耦合器连接交叉偶极天线通过同轴连接器。交叉偶极子对紧密匹配的正交特征和美联储的阶段。交叉偶极子在一个有限地平面显示低轴比只在小角度射束轴。增加轴向比率波束宽度,交叉偶极子被放置在一个适当的直径的圆波导。在这种情况下,饲料辐射特性主要是由波导开口端孔径。

圆波导开放以半径波长提供良好的0.4到0.6倍E- - -H平面梁对称模式,因此低交叉极化角90度从波导轴7]。作为一个圆形偏振散热器时,他们提供了一个低轴向比率在同一角度范围。在拟议的饲料,一双交叉偶极子是利用发射两个正交偏振高极化隔离在圆波导。高性能交混合耦合器是用来激发交叉偶极子对的——和左旋极化。结果是一个双极化饲料低轴比过去宽角度。

图1 (b)显示了交叉偶极子的结构。偶极子由微带线与一个完整的变压器的详细几何数据所示3 (b)- - - - - -3 (d)。Taconic RF-35衬底介电常数为3.5,损耗角正切的0.0018,和0.76毫米的厚度。偶极子可以放置在相同的飞机喂养微带线(1]。模拟表明,背部辐射得到正交偶极时供电电路表面。

广角交叉极化是有效地抑制介质圆柱体的适当高度放置在波导缝隙。2.78的聚碳酸酯与介电常数和损耗角正切的0.0005被雇佣。

数据2和3显示的尺寸参数提出了饲料。饲料的设计始于初始值的主要维度:圆波导直径低辐射,低交叉极化(7),偶极子的高度,偶极子的长度,孔的距离,介质圆柱的高度。dipole-to-dielectric缸差距设置为一个合适的最小值()保护偶极子的阻抗带宽。

设计参数是先后低轴向调整的比例对腰宽角度和辐射。偶极子长度和偶极子提要网络尺寸调整工作频率范围良好的阻抗匹配。偶极子喂养港口之间的距离是由一模一样两个同轴的港口之间的间距正交混合耦合器,这样直接交配是可能的。

圆波导直径是最佳的初始值()中描述7]。提要性能不敏感的偶极子的高度至于它是。dipole-to-waveguide孔距离并不显著影响饲料性能设置为。介质圆柱的高度是至关重要的在宽角度和减少交叉极化参数扫描获得的一个最优值。采用CST微波工作室™的设计提出了饲料。

尺寸的优化设计与单位毫米提要如下:= 27.00,= 36.00,= 42.00,= 3.0,= 0.76,= 12.25,= 13.00,= 4.75,= 8.00,= 12.00,= 25.00,= 1.50,= 6.58,= 3.35,= 1.80,= 3.65,= 2.28,= 24.00,= 0.6,= 3.97,= 3.73,= 8.00,= 8.30,= 5.10,= 6.00,= 1.15,= 5.85,= 3.97,= 4.23,= 7.00,= 8.20,= 5.10,= 5.00,= 2.15,= 6.35,= 2.0,= 4.00,= 10.27。

设计结果如图4(一)和4 (b)说明该饲料的主要概念。曲线标有“×”获得的正交偏振辐射。图4(一)表明,交叉极化天线孔径的水平角超过90°使用介质圆柱明显减少。狭窄的轴向比率波束宽度交叉偶极子的地平面大大地增加了放置开放式圆波导内交叉偶极子。如图4 (b),3-dB轴向比率波束宽度约为52°时,交叉偶极子是放置在一个有限的地平面而扩大到175°使用开放式的圆波导。

图5显示了RHCP增益和相位模式设计的饲料的频率5.0,5.5,和6.0 GHz。提要的LHCP模式是RHCP几乎相同的模式。提要的相位中心是在一个点9.2毫米介质圆柱体的顶面交叉偶极子。10分贝的波束宽度设计的饲料是150°-163°的5 - 6 GHz。在10分贝波束宽度角,提要的相位变化在5 - 6 GHz 9 - 12°。模拟反射和隔离性能提出了提出了饲料与测量。

3所示。加工和测量

设计提要已经制造和测试。制作天线的照片如图6。交叉偶极子和相关的饲料电路组合使用标准的PCB制造过程。提要电路板已经紧密地放置在各自的槽波导短,这是固定在波导壁用四个螺丝。

coax-to-microstrip过渡法兰山两眼控制面板和SMA插头已经被用于每个偶极子的微带给水管路连接到一个小商业交混合耦合器(Cernex波CHC0408U318T)。

正交混合动力耦合器的尺寸25.7×13×11毫米³性能及其测量5 - 6 GHz如下:在两个输入端口反射不到−28 dB,两个端口之间的隔离大于30 dB,相平衡优于±0.7°,平衡级优于±0.35 dB。正交混合动力耦合器是不使用电缆直接连接到coax-to-microstrip过渡。

图7节目制作天线的反射系数和隔离使用惠普8720 c网络分析仪测量。反射系数小于−10 dB在端口1 4.99 -6.20 GHz (RHCP)和4.94 - -6.09 GHz港2 (LHCP)。以港到港隔离大于27 dB / 5 - 6 GHz。

图8显示了合作和交叉极化增益模式和轴向比率模式制作天线的5.5 GHz的消声室远场测量范围。轴向比率衡量使用发射天线和双线性偏振和拟议中的天线作为接收天线。大小和接收信号的极化阶段记录被测天线旋转。从测量数据计算轴向比率。

制作饲料在5.5 GHz具有以下特点:最大增益为6.33 dBic, 3-dB波束宽度106°,10分贝195°的波束宽度,3-dB轴比215°的波束宽度,和最大正交偏振−21.4 dBic。制作饲料的低辐射。图9显示了增益和轴比和频率。测量增益范围从6.1到6.7 (dBic dBic和测量轴向比率范围从0.4 dB在5 - 6 GHz 1.4 dB。在数据7- - - - - -9与模拟,测量同意相当不错。

4所示。结论

提出了一种新的双圆偏振饲料和宽波束辐射了。天线采用介电cylinder-loaded圆波导开口由一双印花交叉偶极子。圆偏振的90°相位差是提供了一个紧凑的正交混合耦合器Cernex波公司。从最初的维度,一个获得了优化设计。设计提要已经制造和测试。测量表明,该饲料具有等理想的特征用于主焦点反射器天线低轴比和低交叉极化宽角度,低辐射,圆形对称模式,平阶段模式,对其操作带宽和高极化隔离。该饲料具有6.3 -dbic copolarized增益,3-dB波束宽度106°,10分贝195°的波束宽度,3-dB轴向比率波束宽度215°,最大正交极化增加−21.4 dBic, 27-dB端口隔离。该天线可以用作饲料高性能主焦点反射器天线双圆偏振。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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