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基片集成波导X型缝隙结构 行波圆极化天线及阵列
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2017-11-17
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1 引言
圆极化天线在移动通信和卫星通信中得到广泛应用。由于圆极化天线辐射的电磁波在传播方向上其电矢量的端点轨迹是圆，故在接收时接收天线的方位角改变不会影响到接收质量。在卫星通信中，利用圆极化天线发射电磁波可以使得地面接收站以任何姿态或角度接收，而不需要像线极化天线那样进行极化方位角度的对准，便于移动中的卫星地面通信。
2 辐射单元结构与设计理论
在波导顶面有许多圆极化的辐射单元，天然的圆极化单元大致有两种：小圆孔和X型缝隙。一般在实际应用时，X型缝隙的辐射效率较高，所以得到广泛的应用［3］，波导上X型缝隙的结构如图1所示：
图1 波导顶面的X型缝隙圆极化辐射单元
以图1为坐标系约定，设波导的TE10模式在波导顶面的磁场为：
由于当Hx与Hz幅度相等时，它们的相位关系是正交的（式（1）中的j因子），故在图1中标示出的波导顶面的圆极化辐射点其Hx与Hz合成的场矢量端线是左旋或右旋极化的。由于表面电流
，所以表面电流是左旋或右旋的。在对应波导上的点开启一个小圆孔就可以实现圆极化的辐射。在实际运用中，为了增加辐射效率，一般将小圆洞替换成为两个相互交叉的缝隙如图1所示。其中q角和参数x经过适当调整可以使得一定的角度范围内，实现近似于圆极化的辐射。当辐射单元工作在行波模式时，从一个端口来的TE10波在顶面上的极化方式是左旋极化。将行波方向改变，从另一个端口馈送TE10波就会实现右旋极化。
圆极化天线在移动通信和卫星通信中得到广泛应用。由于圆极化天线辐射的电磁波在传播方向上其电矢量的端点轨迹是圆，故在接收时接收天线的方位角改变不会影响到接收质量。在卫星通信中，利用圆极化天线发射电磁波可以使得地面接收站以任何姿态或角度接收，而不需要像线极化天线那样进行极化方位角度的对准，便于移动中的卫星地面通信。
2 辐射单元结构与设计理论
在波导顶面有许多圆极化的辐射单元，天然的圆极化单元大致有两种：小圆孔和X型缝隙。一般在实际应用时，X型缝隙的辐射效率较高，所以得到广泛的应用［3］，波导上X型缝隙的结构如图1所示：
图1 波导顶面的X型缝隙圆极化辐射单元
以图1为坐标系约定，设波导的TE10模式在波导顶面的磁场为：
由于当Hx与Hz幅度相等时，它们的相位关系是正交的（式（1）中的j因子），故在图1中标示出的波导顶面的圆极化辐射点其Hx与Hz合成的场矢量端线是左旋或右旋极化的。由于表面电流
，所以表面电流是左旋或右旋的。在对应波导上的点开启一个小圆孔就可以实现圆极化的辐射。在实际运用中，为了增加辐射效率，一般将小圆洞替换成为两个相互交叉的缝隙如图1所示。其中q角和参数x经过适当调整可以使得一定的角度范围内，实现近似于圆极化的辐射。当辐射单元工作在行波模式时，从一个端口来的TE10波在顶面上的极化方式是左旋极化。将行波方向改变，从另一个端口馈送TE10波就会实现右旋极化。
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