一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元的制作方法

文档序号:35984382发布日期:2023-11-10 05:15阅读:168来源:国知局
一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元的制作方法

本发明涉及天线,尤其涉及一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元。


背景技术:

1、圆极化波由于其具有抗法拉第旋转效应、良好的抗雨衰特性等,被广泛应用于卫星通信领域。ka频段由于其宽带宽、高通量特性,被越来越多地部署在星地通信领域,随着低轨通信卫星星座的不断完善,ka频段资源将在星地卫星通信领域发挥越来越重要作用。工程化的卫星通信领域对地面终端天线的极化类型、交叉极化隔离度、工作带宽等有严格的技术要求。

2、圆极化贴片天线由于具有良好的极化特性、低剖面、易于小型化、便于布阵、造价低廉等显著优势,被广泛应用与卫星通信领域。目前基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制,无法实现良好的工作带宽,例如,一种在中国专利文献上公开的“一种圆极化天线的谐振单元、其制备方法及圆极化天线”,其公告号cn116031621a,通过谐振单元中的第一基板和第二基板封装液晶,接地电极、第二基板上的面状电极和两者之间的导波介质构成平板波导,天线工作时,馈源从平板波导馈入,辐射能量通过面状电极上刻蚀的两条缝隙产生与缝隙相互垂直的两种正交的电场模式,实现圆极化辐射,面状电极和贴片电极构成谐振结构且加载的电场可以控制液晶层中液晶分子偏转,改变液晶的介电常数,控制辐射能量的开与断,通过对谐振单元的辐射强度进行调控,实现阵列天线的波束扫描功能。

3、目前基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制,往往轴比带宽只有几百兆,在实际工程实践中,有一定劣势。


技术实现思路

1、本发明主要解决现有技术基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制,无法实现良好的工作带宽的问题;提供一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,通过对方形贴片对角线切角,实现圆极化波的辐射;通过加载u形槽和4个特定旋向的寄生贴片实现阻抗带宽和轴比带宽拓宽;配合液晶的电调谐作用,完成电磁波束的调控。满足卫星通信对地面终端天线宽带、高交叉极化隔离度的要求。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:

3、一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,包括依次贴合成叠层结构的上基板、液晶层和下基板;液晶层与下基板之间设置有移相层;液晶层与上基板之间设置有带漏波结构的铜层;上基板上设置有矩形切角贴片;矩形切角贴片上开设有u型槽;环绕矩形切角贴片设置有若干的寄生辐射贴片。

4、移相层将通过液晶调谐的一定相位的电磁能量输出,电磁能量通过漏波结构向上耦合至辐射贴片结构,通过合理控制不同单元的相位值,使得天线阵面产生一定相位分布,实现电磁波的方向调控。辐射贴片的切角处理,会产生一定的电磁扰动,激励起两个相位差90°的正交电磁波,从而产生圆极化波的辐射。u形槽会改变切角辐射贴片的表面电流分布,产生高次圆极化模式。寄生辐射贴片的轴比最小值频点接近切角贴片的轴比最小值频点,可以优化轴比带宽,此外由于增大辐射面积,天线的辐射效率得以提高,最终使得天线增益得到提升。

5、作为优选,所述的漏波结构为耦合孔,耦合孔居中设置在铜层上。电磁能量通过漏波结构向上耦合至辐射贴片结构,通过合理控制不同单元的相位值,使得天线阵面产生一定相位分布,实现电磁波的方向调控。

6、作为优选,所述的u型槽的外围长度为外围宽度的2倍,误差范围为20%。u形槽会改变切角辐射贴片的表面电流分布,产生高次圆极化模式,合理调整u形槽几何参数会获得良好的阻抗匹配,从而拓宽阻抗带宽。

7、作为优选,以u型槽的开口为上,矩形切角贴片的左上角和右下角切角;寄生辐射贴片沿矩形切角贴片的四周逆时针旋转排布。将辐射lhcp波。

8、作为优选,以u型槽的开口为上,矩形切角贴片的右上角和左下角切角;寄生辐射贴片沿矩形切角贴片的四周顺时针旋转排布。实现rhcp波辐射。

9、寄生辐射贴片的长度为宽度的2倍,误差范围为20%。4个特定旋向的寄生辐射贴片的边长决定了轴比最小值点的频率,合理设置其几何长度,是得寄生辐射贴片的轴比最小值频点接近切角贴片的轴比最小值频点,可以优化轴比带宽。

10、作为优选,所述的移相层为螺旋线形。

11、本发明的有益效果是:

12、1、移相层将通过液晶调谐的一定相位的电磁能量输出,电磁能量通过漏波结构向上耦合至辐射贴片结构,通过合理控制不同单元的相位值,使得天线阵面产生一定相位分布,实现电磁波的方向调控。

13、2、辐射贴片的切角处理,会产生一定的电磁扰动,激励起两个相位差90°的正交电磁波,从而产生圆极化波的辐射。

14、3、u形槽会改变切角辐射贴片的表面电流分布,产生高次圆极化模式;特定优化的结构尺寸使之阻抗带宽得以拓宽。

15、4、寄生辐射贴片的轴比最小值频点接近切角贴片的轴比最小值频点,可以优化轴比带宽。

16、5、增大辐射面积,天线的辐射效率得以提高,最终使得天线增益得到提升。



技术特征:

1.一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,包括依次贴合成叠层结构的上基板(104)、液晶层(107)和下基板(109);液晶层(107)与下基板(109)之间设置有移相层(108);液晶层(107)与上基板(104)之间设置有带漏波结构的铜层(105);上基板(104)上设置有矩形切角贴片(101);矩形切角贴片(101)上开设有u型槽(102);环绕矩形切角贴片(101)设置有若干的寄生辐射贴片(103)。

2.根据权利要求1所述的一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,所述的漏波结构为耦合孔(106),耦合孔(106)居中设置在铜层(105)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,所述的u型槽(102)的外围长度为外围宽度的2倍,误差范围为20%。

4.根据权利要求3所述的一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,以u型槽的开口为上,矩形切角贴片(101)的左上角和右下角切角;寄生辐射贴片(103)沿矩形切角贴片(101)的四周逆时针旋转排布。

5.根据权利要求3所述的一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,以u型槽的开口为上,矩形切角贴片(101)的右上角和左下角切角;寄生辐射贴片(103)沿矩形切角贴片(101)的四周顺时针旋转排布。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,寄生辐射贴片(103)的长度为宽度的2倍,误差范围为20%。

7.根据权利要求1或2所述的一种ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元,其特征在于,所述的移相层(108)为螺旋线形。


技术总结
本发明公开了一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元。为了克服基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制,无法实现良好的工作带宽的问题;本发明包括依次贴合成叠层结构的上基板、液晶层和下基板;液晶层与下基板之间设置有移相层;液晶层与上基板之间设置有带漏波结构的铜层;上基板上设置有矩形切角贴片;矩形切角贴片上开设有U型槽;环绕矩形切角贴片设置有若干的寄生辐射贴片。通过对方形贴片对角线切角,实现圆极化波的辐射;通过加载U形槽和4个特定旋向的寄生贴片实现阻抗带宽和轴比带宽拓宽;配合液晶的电调谐作用,完成电磁波束的调控。满足卫星通信对地面终端天线宽带、高交叉极化隔离度的要求。

技术研发人员:王鹏军,张合勇,周建松
受保护的技术使用者:浙江光珀智能科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/1/16
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