一种机械调节极化可重构阵列天线

本发明属于天线，特别涉及一种机械调节极化可重构阵列天线。

背景技术：

1、天线是无线通信系统的关键器件，起到导行电磁波与辐射电磁波之间能量转换的作用；圆极化天线与线极化天线相比，具有抑制云雨干扰，降低法拉第偏转效应，放宽接受与发射天线的相对位置等优势；极化可重构天线能够在工作频率和辐射方向图不变的情况下，改变自身的极化特性；在卫星通信领域，通常采用旋向不同的圆极化波来实现收发功能；极化可重构天线可以灵活切换极化旋向，可以根据实际需要改变天线的收发状态。

2、目前，现有的极化可重构天线，普遍设计有微带缝隙或基片集成波导结构，利用射频开关或射频二极管模式的切换，实现改变天线的辐射方向图与天线工作频率性能；但随着频率的提高，高性能的介质基板与射频器件的成本都较高，且环境适应性与稳定性均较低。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种机械调节极化可重构阵列天线，以解决现有的极化可重构天线成本较高，且环境适应性与稳定性均较低的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种机械调节极化可重构阵列天线，包括自上而下依次设置的网络栅格层、阵列天线本体及机械调节机构；

4、所述阵列天线本体包括金属台面，所述金属台面上设置有利用槽间隙波导-脊间隙波导-槽间隙波导形成的一分四同相位功率分配网络；所述金属台面的顶面周期性设置有金属钉；

5、所述金属台面的面域内设置有四个圆形辐射腔体，四个圆形辐射腔体呈中心对称分布；每个圆形辐射腔体内设置有一个圆柱形极化柱，所述圆柱形极化柱的轴线与所述圆形辐射腔体的中心轴线平行设置；所述圆柱形极化柱的下端贯穿所述金属台面的底面，并朝所述金属台面的底面外侧延伸；

6、所述机械调节机构的输出端与所述圆柱形极化柱的延伸端相连；其中，所述机械调节机构，用于驱动所述圆柱形极化柱绕圆形辐射腔体的中心轴线并沿圆形辐射腔体的内圆周面旋转。

7、进一步的，所述金属台面上设置有第一槽间隙波导、脊间隙波导及两个第二槽间隙波导；所述第一槽间隙波导、所述脊间隙波导及两个第二槽间隙波导构成一分四同相位功率分配网络；

8、其中，所述第一槽间隙波导作为所述一分四同相位功率分配网络的输入端口；所述第一槽间隙波导过渡至所脊间隙波导的脊中部，构成一分二功率分配网络；两个第二槽间隙波导对称设置在所述脊间隙波导的两端，所述脊间隙波导的两端分别插入两个第二槽间隙波导的中部，构成一分二功率分配网络。

9、进一步的，所述第一槽间隙波导中设置有预设尺寸的空气间隙缩窄；其中，所述空气间隙缩窄作为槽间隙等效电容结构。

10、进一步的，所述金属钉的底端与所述金属台面的顶面相连，所述金属钉的顶端与所述网络栅格层的底面之间设置有空气间隙。

11、进一步的，所述金属钉采用截面为正方形的柱状结构；所述金属钉的截面边长为1mm，所述金属钉的高度为2.4mm，相邻两个金属钉之间的周期间距为2mm；所述空气间隙的高度尺寸为0.1mm。

12、进一步的，所述机械调节机构包括主动力模块和四个从动模块；所述主动力模块设置在所述金属台面的底面中心下方；四个所述从动模块的结构相同，并均匀布设在所述主动力模块的四周；

13、所述主动力模块的输出端与四个所述从动模块的输入端均相连，四个所述从动模块的输出端分别与四个圆柱形极化柱的延伸端相连；其中，所述主动力模块，用于输入驱动所述圆柱形极化柱的旋转动力；所述从动模块，用于将所述驱动所述圆柱形极化柱的旋转动力传递至对应的圆柱形极化柱，以驱动所述圆柱形极化柱旋转。

14、进一步的，所述主动力模块包括主动力转盘、主动轴承、主动齿轮及主动轴；所述主动轴竖向设置在所述金属台面的底面中心下方，所述主动力转盘设置在所述主动轴的底端端部；所述主动轴承及所述主动齿轮依次套设在所述主动轴的外侧；其中，所述主动轴承靠近所述主动力转盘一端设置，所述主动齿轮位于所述主动轴的中部；

15、所述从动模块包括从动轴承、从动齿轮、从动轴及旋转台面；所述从动轴竖向设置在所述金属台面的底面下方，所述从动轴与所述主动轴平行设置；所述从动轴承套设在所述从动轴底端外侧，所述从动齿轮套设在所述从动轴的中部外侧；其中，所述主动齿轮与所述从动齿轮相互啮合相连；

16、所述旋转台面水平设置在所述从动轴的顶端；其中，所述旋转台面的下端面中心与所述从动轴的顶端相连，所述旋转台面的上端面与其中一个圆柱形极化柱的延伸端固定；其中，所述圆柱形极化柱与所述旋转台面的连接点偏离所述旋转台面的中心设置。

17、进一步的，所述旋转台面与所述圆柱形极化柱之间采用键连接。

18、进一步的，所述网络栅格层上周期性设置有圆形辐射空间；所述圆形辐射空间之间采用正方形金属壁网格隔开。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、本发明提供了一种机械调节极化可重构阵列天线，通过在金属台面上设置利用槽间隙波导-脊间隙波导-槽间隙波导形成的一分四同相位功率分配网络；通过在金属台面的面域内设置四个圆形辐射腔体，实现将电磁能量等幅度同相位的馈入圆形辐射腔体中；通过在每个圆形辐射腔体中加载一个圆柱形极化柱，利用圆柱形极化柱对电场进行微扰，满足圆极化辐射条件；通过机械调节机构驱动圆柱形极化柱旋转，实现控制圆柱形极化柱相对于圆形辐射腔体的位置，进而实现改变天线的圆极化旋向；具有增益高、效率高、功率容量大、装配安装精度低、成本低及可靠性强的特点；同时，具有极化方向从左旋圆极化到右旋圆极化的连续可调节的优势。

21、进一步的，通过在第一槽间隙波导上设置空气间隙缩窄，将空气间隙缩窄作为槽间隙等效电容结构，能够有效改善功率分配网络的匹配性能，进而提高了天线的匹配性能。

22、进一步的，机械调节机构采用主动力模块和四个从动模块的组合方式，利用四个从动模块分别对四个圆柱形极化柱进行驱动调节，确保了对圆柱形极化柱的位置精准调节，有效保证了天线的可靠性。

23、进一步的，主动力模块和从动模块均采用轴承、转轴及齿轮的组合形式，结构简单，动力传输路线明确且可靠性强，装配精度要求及成本均较低。

技术特征：

1.一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的网络栅格层(1)、阵列天线本体(2)及机械调节机构(3)；

2.根据权利要求1所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述金属台面(21)上设置有第一槽间隙波导(23)、脊间隙波导(24)及两个第二槽间隙波导(25)；所述第一槽间隙波导(23)、所述脊间隙波导(24)及两个第二槽间隙波导(25)构成一分四同相位功率分配网络；

3.根据权利要求2所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述第一槽间隙波导(23)中设置有预设尺寸的空气间隙缩窄；其中，所述空气间隙缩窄作为槽间隙等效电容结构(231)。

4.根据权利要求1所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述金属钉(22)的底端与所述金属台面(21)的顶面相连，所述金属钉(22)的顶端与所述网络栅格层(1)的底面之间设置有空气间隙。

5.根据权利要求4所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述金属钉(22)采用截面为正方形的柱状结构；所述金属钉(22)的截面边长为1mm，所述金属钉(22)的高度为2.4mm，相邻两个金属钉(22)之间的周期间距为2mm；所述空气间隙的高度尺寸为0.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述机械调节机构(3)包括主动力模块和四个从动模块；所述主动力模块设置在所述金属台面(21)的底面中心下方；四个所述从动模块的结构相同，并均匀布设在所述主动力模块的四周；

7.根据权利要求6所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述主动力模块包括主动力转盘(31)、主动轴承(32)、主动齿轮(34)及主动轴(36)；所述主动轴(36)竖向设置在所述金属台面(21)的底面中心下方，所述主动力转盘(31)设置在所述主动轴(36)的底端端部；所述主动轴承(32)及所述主动齿轮(34)依次套设在所述主动轴(36)的外侧；其中，所述主动轴承(32)靠近所述主动力转盘(31)一端设置，所述主动齿轮(34)位于所述主动轴(36)的中部；

8.根据权利要求7所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述旋转台面(38)与所述圆柱形极化柱(261)之间采用键连接。

9.根据权利要求1所述的一种机械调节极化可重构阵列天线，其特征在于，所述网络栅格层(1)上周期性设置有圆形辐射空间；所述圆形辐射空间之间采用正方形金属壁网格隔开。

技术总结
本发明公开了一种机械调节极化可重构阵列天线，包括自上而下依次设置的网络栅格层、阵列天线本体及机械调节机构；阵列天线本体包括金属台面，金属台面上设置有利用槽间隙波导‑脊间隙波导‑槽间隙波导形成的一分四同相位功率分配网络；金属台面的面域内设置有四个圆形辐射腔体，四个圆形辐射腔体呈中心对称分布；每个圆形辐射腔体内设置有一个圆柱形极化柱，圆柱形极化柱的下端贯穿金属台面的底面，并朝金属台面的底面外侧延伸；机械调节机构的输出端与圆柱形极化柱的延伸端相连，用于驱动圆柱形极化柱旋转；本发明具有增益高、功率容量大、装配安装精度低、成本低及可靠性强的特点，并具有极化方向从左旋圆极化到右旋圆极化的连续可调节的优势。

技术研发人员：李建星,吴思凡,何景涛,陈娟
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12