一种圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列

1.本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列。


背景技术：

2.随着卫星通信、遥感等无线技术的快速发展，圆极化天线的应用越来越普遍，因为它可以极大地减小发射天线和接收天线之间的极化失配。例如，在卫星通信领域，圆极化被用来克服移动性问题和最小化多径效应。另一方面，广角扫描天线也被广泛应用于各种应用中，如卫星电话和电视等。
3.因此，随着5g技术的发展，圆极化广角扫描阵列得到了广泛的运用，现有的圆极化广角扫描阵列天线存在左旋圆极化广角扫描效果不佳的问题，如2017年，成都电子科技大学提出的圆极化广角扫描me偶极子天线相控阵；除此之外，现有的圆极化广角扫描阵列天线存在阵列尺寸大以及阵列成本高的问题，如2022年韩国先进科技学院的提出的宽轴比扫描的宽带圆极化相控阵天线系统。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列，解决了上述问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列，包括介质基板，还包括金属面a、金属面b、顶部单元、侧面单元以及馈电探头a，所述顶部单元以及侧面单元均与介质基板连接，六个所述侧面单元均与贯穿金属面a的馈电探头b连接，所述金属面a与介质基板连接，所述金属面b与金属面a连接。
6.在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
7.进一步的技术方案：所述金属面a呈空心圆台状，所述介质基板圆台状，所述金属面b与所述金属面a大口半径端固定连接作为顶部单元的地面，所述金属面a位于介质基板内且金属面a小口半径一端与介质基板小口半径一端连接。
8.进一步的技术方案：所述顶部单元为交叉偶极子，所述交叉偶极子的一臂和寄生的扇形贴片印刷在介质基板小口半径一端外侧，所述交叉偶极子的另一臂印刷在介质基板小口半径一端内侧，所述馈电探头a与交叉偶极子连接且位于金属面a内部。
9.进一步的技术方案：所述侧面单元基于偶极子结构且侧面单元的每一个臂的形状都为包含寄生环的矩形环，所述侧面单元的两臂分别印刷在介质基板侧面的内外表面上，六个所述矩形环均与贯穿金属面a的馈电探头b对应连接。
10.进一步的技术方案：所述介质基板的材料为白色光敏树脂，型号为c-uv 9400e。
11.进一步的技术方案：所述质板基板的介电常数为3、损耗正切角为0.05、半径为75毫米、高度为47毫米、顶部和侧面的厚度分别为1毫米和1.5毫米。
12.进一步的技术方案：所述金属面a的小口半径30毫米大口半径为58毫米，所述金属
面b的半径为43毫米。
13.进一步的技术方案：所述介质基板采用3d打印而成。
14.有益效果
15.本发明提供了一种圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列，与现有技术相比具备以下有益效果：
16.1、本发明提出的圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列适用于微基站系统，能够覆盖中国联通5g试用频段3500-3600mhz；
17.2、本发明采用异构天线单元的思想，使用7个天线单元，通过在阵列的远场处放置相同谐振频率的圆极化接收天线，基于最大功率传输效率法，改变七个馈电端口的幅值和相位的方式，实现对任意方位面的左旋圆极化广角扫描，并且在波束指向
±
60
°
时依旧能保持良好的圆极化性能。
附图说明
18.图1为本发明三维结构示意图。
19.图2为本发明顶部单元以及侧面单元的三维结构示意图。
20.图3为本发明顶部单元的结构示意图。
21.图4为本发明圆极化广角扫描异构阵列的仿真反射系数|s
11
|和|s
22
|图。
22.图5本发明圆极化广角扫描异构阵列在3.5ghz处圆极化扫描仿真结果图。
23.附图标记注释：1、金属面a；2、金属面b；3、介质基板；4、顶部单元；5、侧面单元；6、馈电探头a；7、馈电探头b。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
26.请参阅图1～3，为本发明一种实施例提供的，一种圆极化广角扫描且全方位覆盖的异构阵列，包括介质基板3，还包括：金属面a1、金属面b2、顶部单元4、侧面单元5以及馈电探头a6，所述顶部单元4以及侧面单元均与介质基板3连接，所述金属面a1呈空心圆台状，所述介质基板3为3d打印而成且呈圆台状，所述金属面b2位于金属面a1内且与所述金属面a1固定连接作为顶部单元4的地面，所述金属面a1位于介质基板3内且金属面a1小口半径一端与介质基板3小口半径一端连接，所述顶部单元4为交叉偶极子，所述交叉偶极子的一臂和寄生的扇形贴片印刷在介质基板3小口半径一端外侧，所述交叉偶极子的另一臂印刷在介质基板3小口半径一端内侧，所述侧面单元5设有6个且均匀分布在所述介质基板3侧面上，所述侧面单元5基于偶极子结构且侧面单元5的每一个臂的形状都为包含寄生环的矩形环，所述侧面单元5的两臂分别印刷在介质基板3侧面的内外表面上，所述馈电探头a6与交叉偶极子连接且位于金属面a1内部，所述馈电探头a6贯穿金属面板b2，六个所述矩形环均与贯穿金属面a1的馈电探头b7对应连接。
27.具体地，所述介质基板3的材料为白色光敏树脂，型号为c-uv 9400e。
28.具体地，所述质板基板3的介电常数为3，损耗正切角为0.05，半径为75毫米，高度为47毫米，顶部和侧面的厚度分别为1毫米和1.5毫米。
29.具体地，所述金属面a1的小口半径为30毫米，大口半径为58毫米；
30.具体的，所述金属面b2的半径为43毫米。
31.该发明采用两种左旋圆极化单元共同构成阵列，顶部单元4保证阵列拥有较高的增益，侧面单元5可以保证阵列的尺寸不会过大，在7个单元的共同作用下实现了任意方位面的圆极化广角扫描。
32.以中国联通的5g试用频段为例，如图4为本发明圆极化广角扫描异构阵列的仿真反射系数|s
11
|和|s
22
|图，从图中可以看出该阵列的工作带宽可以很好的覆盖中国联通的5g试用频段。如图4为本发明圆极化广角扫描异构阵列在3.5ghz处圆极化扫描仿真结果图，从图中可以看出当扫描角为θ＝40
°
时，阵列在φ＝0
°
、30
°
、60
°
、90
°
下的最大左旋圆极化增益分别为10.1、10.2、10.1和10.4dbic。当阵列进一步扫描到θ＝
±
60
°
时，左旋圆极化增益仍然大于8.4dbic。扫描过程中，增益波动不超过1.8db，任意扫描角度下的轴比值均小于2.2db。本发明提出的异构阵列能够实现中心频率为3.5ghz的宽轴比扫描。
33.以中国联通的5g试用频段为例，本发明所设计的圆极化广角扫描异构阵列的工作频段覆盖了中国联通的5g试用频段。
34.本发明的圆极化广角扫描异构阵列通信稳定，能够在仅使用7个天线单元的情况下，实现在任意方位面的圆极化广角扫描。
35.本发明的圆极化广角扫描异构阵列能够有效避免极化失配，同时当天线位置发生改变时，与外界的通信质量不会受影响。相比起其他圆极化广角扫描阵列，本发明的单元数较少，尺寸较小，从而使得整体制造成本降低。
36.需要说明的是，在本文中，诸如a和b等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。