1.本发明涉及天线通信技术领域，尤其涉及一种圆极化等通量辐射天线及无线通信系统。
背景技术：2.目前，天线在无线通信系统中发挥着举足轻重的作用，其性能决定了无线链路的质量和无线信号的覆盖效果。近年来，我国以及全球移动通信技术发展一日千里，5g通信已经逐步商用，更新的下一代通信技术方案也已经在探索研究当中。各界普遍认为更高频段的通信以及卫星通信等新型通信技术将在未来的通信技术中发挥独一无二的作用。
3.随着使用频率的上升，对不同的应用场景，往往需要有精细化、针对性的设计来满足不同的应用需求。比如在更高频段以及卫星通信场景中，传输路径较远时，路径损耗会对覆盖区域的信号强度产生显著影响，受此影响，普通笔状辐射波束会造成覆盖区域信号强度差别较大，边缘区域通信连接质量下降。因此，为了提升覆盖区域信号均等覆盖，需要设计通信系统满足信号的等通量覆盖。综合考虑覆盖区域以及链路预算，通过对天线辐射波束进行赋形，可以高效地实现等通量覆盖。圆极化辐射可以避免极化损耗，进一步保障通信质量。目前，这类圆极化天线的设计多基于复杂阵列模型或者反射面技术实现，大多面临着尺寸大、结构复杂、波束外抑制度较差等问题。
4.有鉴于此，有必要提出对目前圆极化天线的结构进行进一步的改进。
技术实现要素：5.为解决上述至少一技术问题，本发明的主要目的是提供一种圆极化等通量辐射天线及无线通信系统。
6.为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案为：提供一种圆极化等通量辐射天线包括：馈电网络、介质基板、地板、馈源及介质透镜，所述介质基板与所述地板叠置，所述馈电网络设置于所述介质基板远离地板的一侧，用于将接收信号均匀分成至少两路信号并进行有序馈电，相邻信号的相位差为90
°
；所述馈源设置于所述地板远离所述介质基板的一侧，且所述馈源与所述馈电网络连接，用于将至少两路馈电信号合成为圆极化信号并发出圆极化电磁波；所述介质透镜设置于所述地板且罩设所述馈源，所述介质透镜远离所述地板的一侧为圆极化电磁波的出射方向，所述介质透镜用于对圆极化电磁波的相位进行调节，在介质透镜口径场面上的场分布满足对应的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。
7.其中，所述介质透镜包括呈圆柱的座体，以及与所述座体连接且呈半球状的介质体，所述座体远离所述介质体的一端与所述地板抵接，所述介质体远离所述座体的一侧形成有凹口。
8.其中，所述座体的直径为天线工作频率的1.45波长，高度在天线工作频率的0.5波长-1.0波长之间，所述座体的高度与凹口的深度比值为0.7-1.1之间；所述介质体的直径为
天线工作频率的1.45波长，高度为天线工作频率的0.54波长。
9.其中，所述介质透镜的材质为聚四氟乙烯材质。
10.其中，所述馈源包括天线单元，及围设于所述天线单元周侧的环形金属结构。
11.其中，所述天线单元为贴片天线或喇叭天线。
12.其中，所述馈电网络为威尔金斯功分器组成的一分四网络，用于将接收信号均分成四等份。
13.其中，所述介质基板为罗杰斯板。
14.为实现上述目的，本发明采用的另一个技术方案为：提供一种无线通信系统，包括上述的圆极化等通量辐射天线。
15.本发明的技术方案通过介质透镜结构，能够控制辐射口径电磁波分布情况，实现等通量辐射波束，同时具有一定的波束空间选择特性，抑制波束外干扰；通过将馈源加载于介质内部，提高集成度，降低天线整体尺寸实现集成安装；通过馈电网络及馈源，采用序列馈电技术能够实现大空间角度范围内的低交叉极化辐射。通过上述实施例的实施，本方案实现了紧凑型圆极化等通量辐射波束赋形，还具有结构紧凑且简单，波束外具有空间截止能力等优点。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线的立体结构示意图；
18.图2为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线的侧视图；
19.图3为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线的分解结构示意图；
20.图4为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线中馈电网络的结构示意图；
21.图5为本发明圆极化等通量辐射天线的性能曲线图；
22.图6为本发明圆极化等通量辐射天线的右旋极化曲线图；
23.图7为本发明圆极化等通量辐射天线的左旋极化曲线图；
24.图8为本发明圆极化等通量辐射天线的轴比曲线图。
25.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方
案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
28.区别于现有技术中的圆极化天线的设计多基于复杂阵列模型或者反射面技术实现，大多面临着尺寸大、结构复杂、波束外抑制度较差等问题，本发明提供了一种圆极化等通量辐射天线，能够实现圆极化等通量波束赋形，还具有结构简单、波束赋形性能良好，波束外抑制作用明显等优点，能够满足无线通信系统对覆盖区域相等或者近似相等信号强度覆盖的需求。该圆极化等通量辐射天线的具体结构请参照下述的实施例。
29.为了更清楚的描述本方案的实施例，下面结合附图1至3来对圆极化等通量辐射天线的具体结构进行说明。
30.请参照图1至图3，图1为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线的立体结构示意图；图2为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线的侧视图；图3为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线的分解结构示意图。在本发明实施例中，该圆极化等通量辐射天线包括：馈电网络100、介质基板200、地板300、馈源400及介质透镜500，所述介质基板200与所述地板300叠置，所述馈电网络100设置于所述介质基板200远离地板300的一侧，用于将接收信号均匀分成至少两路信号并进行有序馈电，相邻信号的相位差为90
°
；所述馈源400设置于所述地板300远离所述介质基板200的一侧，且所述馈源400与所述馈电网络100连接，用于将至少两路馈电信号合成为圆极化信号并发出圆极化电磁波；所述介质透镜500设置于所述地板300且罩设所述馈源400，所述介质透镜500远离所述地板300的一侧为圆极化电磁波的出射方向，所述介质透镜500用于对圆极化电磁波的相位进行调节，在介质透镜500口径场面上的场分布满足介质透镜500口径场面的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。
31.具体的，馈电网络100设置于介质基板200，且馈电网络100具有至少两个馈电端，介质基板200与地板300叠置，且介质基板200的面积小于地板300的面积，馈源400设置于地板300远离介质基板200的一侧，介质基板200与地板300均具有供馈电端穿出的通孔201，馈电端与馈源400电连接，馈源400可将至少两个馈电端的馈电信号合成为圆极化信号并发出对应的圆极化电磁波。介质透镜500罩设于馈源400，可以对馈源400发出的圆极化电磁波进行调控，在介质透镜500口径场面上的场分布满足对应的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。
32.工作时，上述的馈电网络100可以将接收信号或输入信号均分成至少两路信号；至少两路信号通过介质基板200采用有序馈电技术馈入馈源400中，馈源400将至少两路馈电信号合成为圆极化信号并发出圆极化电磁波，最后由介质透镜500对圆极化电磁波进行调控，在介质透镜500口径场面上的场分布满足对应的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。
33.具体的，所述介质透镜500包括呈圆柱的座体510，以及与所述座体510连接且呈半球状的介质体520，所述座体510远离所述介质体520的一端与所述地板300抵接，所述介质体520远离所述座体510的一侧形成有凹口530。本实施例中，座体510内部中空，馈源400位于座体510的底部。介质透镜500能够对圆极化电磁波的相位进行调节，在介质透镜500口径场面上的场分布满足对应的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。进一步的，所述座体510的直径为天线工作频率的1.45波长，高度在天线工作频率的0.5波长-1.0波长之
间，所述座体高度与凹口的深度比值为0.7-1.1之间，所述介质体520的直径为天线工作频率的1.45波长，高度为天线工作频率的0.54波长。
34.在一具体的实施例中，所述介质透镜500的材质为聚四氟乙烯材质等热塑介质来实现。介质透镜500的相应的介质尺寸会随着不同介质介电常数的改变而改变。
35.进一步的，所述馈源400包括天线单元410，及围设于所述天线单元410周侧的环形金属结构420。天线单元410位于环形金属结构420中间，用于避免馈电信号外溢且能够防止外部信号干扰。进一步的，所述天线单元410为贴片天线或喇叭天线。
36.请参照图4，图4为本发明一实施例圆极化等通量辐射天线中馈电网络100的结构示意图。在一实施例中，所述馈电网络100为威尔金斯功分器组成的一分四网络，用于将接收信号均分成四等份。具体的，馈电网络100包括输入端110、第一馈电端121、第二馈电端122、第三馈电端123、第四馈电端124及传输网络130，该输入端110通过传输网络130分别与第一馈电端121、第二馈电端122、第三馈电端123及第四馈电端124连接。第一馈电端121、第二馈电端122、第三馈电端123及第四馈电端124中各路信号的相位相差90度。各馈电端分别通过金属柱与天线单元400电连接。
37.其中，所述介质基板200为罗杰斯板ro4003。
38.为了更清楚的描述本实施例的方案，下面结合附图图5至图8对圆极化等通量辐射天线的测试性能进行进一步说明。
39.请参照图5，图5为本发明圆极化等通量辐射天线的性能曲线图，由图5可知，本方案的圆极化等通量天线的s11在4.5到6.5ghz的范围内都优于-15db。请参照图6，图6为本发明圆极化等通量辐射天线的右旋极化曲线图，由图6可知，本方案的圆极化等通量天线在68度的范围内实现了等通量波束覆盖，边际最大增益为6.72db，副瓣小于-15db。请参照图7，图7为本发明圆极化等通量辐射天线的左旋极化曲线图，由图7可知，本方案的圆极化等通量天线在150度的范围内，左旋圆极化波小于-25db。请参照图8，图8为本发明圆极化等通量辐射天线的轴比曲线图，由图8可知，本方案的圆极化等通量天线在145度范围内，轴比小于3db。
40.综上可知，本方案中信号通过馈电网络100馈入后被分为四等份，且每路馈电信号相位相差90度，随后馈电信号采用有序馈电方式馈入馈源400中，然后馈源400发出的电磁波经过介质透镜500的调控，实现辐射相位面的调控，从而实现圆极化等通量波束赋形。该天线结构简单、波束赋形性能良好，波束外抑制作用明显，等通量波束宽度为68度，3db轴比覆盖范围为145度，能够在c波段频率工作，且可以方便地设计并应用在其他工作频段。
41.在本发明的实施例中，该无线通信系统，包括圆极化等通量辐射天线。该圆极化等通量辐射天线的具体结构请参照上述的实施例，此处不再赘述。由于本方案的无线通信系统应用了上述的圆极化等通量辐射天线，故具有圆极化等通量辐射天线的所有优点和效果。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术方案构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
技术特征：1.一种圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述圆极化等通量辐射天线包括：馈电网络、介质基板、地板、馈源及介质透镜，所述介质基板与所述地板叠置，所述馈电网络设置于所述介质基板远离地板的一侧，用于将接收信号均匀分成至少两路信号并进行有序馈电，相邻信号的相位差为90
°
；所述馈源设置于所述地板远离所述介质基板的一侧，且所述馈源与所述馈电网络连接，用于将至少两路馈电信号合成为圆极化信号并发出圆极化电磁波；所述介质透镜设置于所述地板且罩设所述馈源，所述介质透镜远离所述地板的一侧为圆极化电磁波的出射方向，所述介质透镜用于对圆极化电磁波的相位进行调节，在介质透镜口径场面上的场分布满足对应的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。2.如权利要求1所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述介质透镜包括呈圆柱的座体，以及与所述座体连接且呈半球状的介质体，所述座体远离所述介质体的一端与所述地板抵接，所述介质体远离所述座体的一侧形成有凹口。3.如权利要求2所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述座体的直径为天线工作频率的1.45波长，高度在天线工作频率的0.5波长-1.0波长之间，所述座体的高度与凹口的深度比值为0.7-1.1之间；所述介质体的直径为天线工作频率的1.45波长，高度为天线工作频率的0.54波长。4.如权利要求1至3任一项所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述介质透镜的材质为聚四氟乙烯材质。5.如权利要求1所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述馈源包括天线单元，及围设于所述天线单元周侧的环形金属结构。6.如权利要求5所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述天线单元为贴片天线或喇叭天线。7.如权利要求1所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述馈电网络为威尔金斯功分器组成的一分四网络，用于将接收信号均分成四等份。8.如权利要求1所述的圆极化等通量辐射天线，其特征在于，所述介质基板为罗杰斯板。9.一种无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统包括如权利要求1至8任一项所述的圆极化等通量辐射天线。
技术总结本发明公开了一种圆极化等通量辐射天线及无线通信系统，该天线包括：馈电网络、介质基板、地板、馈源及介质透镜，介质基板与地板叠置，馈电网络设置于介质基板远离地板的一侧；馈源设置于地板远离介质基板的一侧，且馈源与馈电网络连接；介质透镜设置于地板且罩设馈源，介质透镜远离地板的一侧为圆极化电磁波射的出射方向，介质透镜用于对圆极化电磁波的相位进行调节，在介质透镜口径场面上的场分布满足对应的近场分布，以实现圆极化等通量辐射波束赋形。本发明的技术方案能够实现圆极化等通量波束赋形，还具有结构简单、波束赋形性能良好，波束外抑制作用明显等优点，能够满足无线通信系统对覆盖区域相等或近似相等信号强度覆盖的需求。覆盖的需求。覆盖的需求。
技术研发人员：任雪 何文龙
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/7/5
