一种天线

摘要

本说明书提供一种天线，其中所述天线包括：由多层印制电路板按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件、反射组件和馈源组件，其中，每层所述印制电路板上印刷有预设形状的金属线；所述圆极化波选择组件固定于所述反射组件的顶部，所述馈源组件贯穿于所述反射组件的底部，其中，所述反射组件的顶部和底部之间构成圆极化波的反射空间；所述馈源组件的口面位于所述反射空间中、朝向所述圆极化波选择组件。该天线紧凑结构、无副反射器遮挡、便于系统集成，减小了传统正馈双反射面系统的整体结构包络，且无辐射遮挡，可用于通信与测控应用方面。

权利要求

1.一种天线，其特征在于，包括：由多层印制电路板（11）按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件（1）、反射组件（2）和馈源组件（3），其中，每层所述印制电路板（11）上印刷有预设形状的金属线（111）；

所述圆极化波选择组件（1）固定于所述反射组件（2）的顶部，所述馈源组件（3）贯穿于所述反射组件（2）的底部，其中，所述反射组件（2）的顶部和底部之间构成圆极化波的反射空间（21）；所述馈源组件（3）的口面位于所述反射空间（21）中、朝向所述圆极化波选择组件（1）；

在所述天线的工作频段为Ka频段的情况下，多层所述印制电路板（11）的层数为2N，N为正整数；所述圆极化波选择组件（1）中前N层所述印制电路板（11）的金属面，与后N层所述印制电路板（11）的金属面相对设置；

或者，在所述天线的工作频段为Ku频段的情况下，多层所述印制电路板（11）的层数为

2M+1，M为自然数。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述预设堆叠参数包括相邻两层所述印制电路板（11）之间的预设间隔和/或预设旋转角度。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，相邻两层所述印制电路板（11）之间设置有指定厚度的泡沫板（12），其中，所述指定厚度基于所述天线的工作频段确定。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述预设形状为曲折形状；所述反射组件（2）为旋转对称抛物面的金属体；其中，所述反射组件（2）的底部设置有开孔（22）；

所述馈源组件（3）穿过所述开孔（22）固定在所述反射组件（2）的底部。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈源组件（3）由纵向槽喇叭（31）和圆极化馈源（32）级联构成；

所述纵向槽喇叭（31）的口面位于所述反射空间（21）中、朝向所述圆极化波选择组件（1）。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈源组件（3）包含两个端口（33）；所述两个端口（33）基于所述圆极化波选择组件（1）的透反射参数不同，处于收发工作模式或极化波束切换模式。

7.根据权利要求1‑6中任意一项所述的天线，其特征在于，所述圆极化波选择组件（1）、所述反射组件（2）和所述馈源组件（3）构成密闭的反射空间（21）；

所述馈源组件（3）的口面平行于所述圆极化波选择组件（1）。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括支撑组件（4）；

所述圆极化波选择组件（1）通过所述支撑组件（4）固定于所述反射组件（2）的顶部。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述支撑组件（4）为环形泡沫；

所述支撑组件（4）一侧固定所述圆极化波选择组件（1），所述支撑组件（4）的另一侧固定所述反射组件（2）的顶部边沿。

说明书

一种天线

技术领域

[0001] 本说明书涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种天线。

背景技术

[0002] 随着卫星通信产业的蓬勃发展，天线作为电磁能量收发器，是整个通信系统中必不可少的一个重要组件。由于自由空间衰减的增大，在毫米波段实现高速数据传输要求天
线具有高的方向性和天线增益，而反射面天线具有高的口径效率、较低的制造成本而受到
毫米波应用的青睐。

[0003] 在反射面天线中，透反器天线能够实现极低的焦径比而提供了一种特种反射面天线结构配置。在传统透反器天线中，采用抛物面反射组件作为天线罩，并在其中通过平行条
带栅嵌入介质模具中实现极化选择功能。当馈源喇叭辐射电场矢量方向与金属条带平行
时，该透反器体现为反射组件功能来反射来自馈源的辐射，而透反器正对放置一个极化扭
转板来实现对向照射电磁波的极化扭转。

[0004] 由于传统透反器天线中采用平行金属条带栅进行极化选择，上述工作原理只是针对线极化有效，而要在透反器天线中实现圆极化传输与辐射则需要新的天线结构配置、极
化选择方式和极化选择结构。因此，亟需一种有效的方案以解决上述问题。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本说明书实施例提供了一种天线，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

[0006] 根据本说明书实施例的第一方面，提供了一种天线，包括：由多层印制电路板11按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件1、反射组件2和馈源组件3，其中，每层所述
印制电路板11上印刷有预设形状的金属线111；所述圆极化波选择组件1固定于所述反射组
件2的顶部，所述馈源组件3贯穿于所述反射组件2的底部，其中，所述反射组件2的顶部和底
部之间构成圆极化波的反射空间21；所述馈源组件3的口面位于所述反射空间21中、朝向所
述圆极化波选择组件1。

[0007] 可选地，在所述天线的工作频段为Ka频段的情况下，多层所述印制电路板11的层数为2N，N为正整数；所述圆极化波选择组件1中前N层所述印制电路板11的金属面，与后N层
所述印制电路板11的金属面相对设置；或者，在所述天线的工作频段为Ku频段的情况下，多
层所述印制电路板11的层数为2M+1，M为自然数。

[0008] 可选地，所述预设堆叠参数包括相邻两层所述印制电路板11之间的预设间隔和/或预设旋转角度。

[0009] 可选地，相邻两层所述印制电路板11之间设置有指定厚度的泡沫板12，其中，所述指定厚度基于所述天线的工作频段确定。

[0010] 可选地，所述预设形状为曲折形状；所述反射组件2为旋转对称抛物面的金属体；其中，所述反射组件2的底部设置有开孔22；所述馈源组件3穿过所述开孔22固定在所述反
射组件2的底部。

[0011] 可选地，所述馈源组件3由纵向槽喇叭31和圆极化馈源32级联构成；所述纵向槽喇叭31的口面位于所述反射空间21中、朝向所述圆极化波选择组件1。

[0012] 可选地，所述馈源组件3包含两个端口33；所述两个端口33基于所述圆极化波选择组件1的透反射参数不同，处于收发工作模式或极化波束切换模式。

[0013] 可选地，所述圆极化波选择组件1、所述反射组件2和所述馈源组件3构成密闭的反射空间21；所述馈源组件3的口面平行于所述圆极化波选择组件1。

[0014] 可选地，所述天线还包括支撑组件4；所述圆极化波选择组件1通过所述支撑组件4固定于所述反射组件2的顶部。

[0015] 可选地，所述支撑组件4为环形泡沫；所述支撑组件4一侧固定所述圆极化波选择组件1，所述支撑组件4的另一侧固定所述反射组件2的顶部边沿。

[0016] 本说明书提供的一种天线，由多层印制电路板按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件、反射组件和馈源组件，其中，每层所述印制电路板上印刷有预设形状的金属
线；所述圆极化波选择组件固定于所述反射组件的顶部，所述馈源组件贯穿于所述反射组
件的底部，其中，所述反射组件的顶部和底部之间构成圆极化波的反射空间；所述馈源组件
的口面位于所述反射空间中、朝向所述圆极化波选择组件。通过在天线中实现圆极化传输
与辐射，同时将工作频段覆盖Ka频段卫星通信频段的全部收发频率也将提升该天线的应用
效率，实现了在Ka频段卫星通信设备中采用该天线来获取其优异的结构特性与电气性能，
可以极大改进Ka频段卫星通信设备的机电综合性能与成本优势。此外，该天线紧凑结构、无
副反射器遮挡、便于系统集成，减小了传统正馈双反射面系统的整体结构包络，且无辐射遮
挡，可用于通信与测控应用方面。

附图说明

[0017] 图1是现有技术中的一种反射面天线的结构示意图。

[0018] 图2是本说明书一实施例提供的第一种天线的结构示意图。

[0019] 图3A是本说明书一实施例提供的一种预设形状的金属线的结构示意图。

[0020] 图3B是本说明书一实施例提供的另一种预设形状的金属线的结构示意图。

[0021] 图4是本说明书一实施例提供的一种圆极化波选择组件的结构示意图。

[0022] 图5是本发明书一个实施例的印制电路板的堆叠结构示意图。

[0023] 图6是本发明书一个实施例的反射组件的结构示意图。

[0024] 图7是本说明书一实施例提供的第二种天线的结构示意图。

[0025] 图8是本说明书一实施例提供的圆极化馈源的结构示意图。

[0026] 图9是本说明书一实施例提供的第三种天线的结构示意图。

[0027] 图10是本说明书一个实施例提供的一种天线工作过程的流程图。

[0028] 图11是本发明书一个实施例提供的一种测试天线的效果示意图。

[0029] 图12是本发明书一个实施例提供的另一种测试天线的效果示意图。

[0030] 图13是本说明书一个实施例提供的另一种天线工作过程的流程图。

[0031] 图14是本说明书一实施例提供的另一种圆极化波选择组件的结构示意图。

[0032] 图中，101‑透反器，102‑极化扭转板，103‑馈源喇叭，1‑圆极化波选择组件，11‑印制电路板，111‑金属线，12‑泡沫板，2‑反射组件，21‑反射空间，22‑开孔，3‑馈源组件，31‑纵向槽喇叭，32‑圆极化馈源，33‑端口，4‑支撑组件。

具体实施方式

[0033] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本说明书。但是本说明书能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本说明书内涵
的情况下做类似推广，因此本说明书不受下面公开的具体实施的限制。

[0034] 在本说明书一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书一个或多个实施例。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求
书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含
一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

[0035] 应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分
开。例如，在不脱离本说明书一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类
似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为
“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

[0036] 随着卫星通信产业的蓬勃发展，天线作为电磁能量收发器，是整个通信系统中必不可少的一个重要组件。由于自由空间衰减的增大，在毫米波段实现高速数据传输要求天
线具有高的方向性和天线增益，而反射面天线具有高的口径效率、较低的制造成本而受到
毫米波应用的青睐。

[0037] 参见图1，图1示出了现有技术中的一种反射面天线的结构示意图。在反射面天线中，透反器天线或者称之为极化扭转反射面天线（Polarization Twist Reflector）能够实
现极低的焦径比而提供了一种特种反射面天线结构配置。在传统透反器天线中，采用抛物
面反射组件或透反器101（Transreflector）作为天线罩，并在其中通过平行条带栅嵌入介
质模具得到极化扭转板102（Polarization Twist Plate），实现极化选择功能。当馈源喇叭
103（Feed Horn）辐射电场矢量方向与金属条带平行时，该透反器101体现为反射组件功能
来反射来自馈源的辐射，而透反器101正对放置一个极化扭转板102来实现对向照射电磁波
的极化扭转。

[0038] 由于传统透反器天线中采用平行金属条带栅进行极化选择，上述工作原理只是针对线极化有效，而要在透反器天线中实现圆极化传输与辐射则需要新的天线结构配置、极
化选择方式和极化选择结构。

[0039] 在透反器天线中，由于天线配置具有极低的焦径比，馈源口径较小，相关的馈源遮挡也很小，同时也不存在传统反射面天线中的副反射组件遮挡。由于辐射口径中极化栅的
存在，天线的交叉极化抑制性能极其优异。由于极化扭转板实现辐射方向的反转，使得透反
器天线能够与常见的无线电收发机的微波电子器件的外部壳体进行良好的集成，整个天线
结构具有紧凑性。

[0040] 当前，透反器天线常用于地面应用毫米波频段的数据传输，来提供线极化电磁波的辐射与接收。而Ka（K‑above）频段卫星通信系统需要天线具有圆极化辐射与接收能力，因
此，在Ka频段卫星通信设备中采用透反器天线来获取其优异的结构特性与电气性能，可以
极大改进Ka频段卫星通信设备的机电综合性能与成本优势。这就要求在透反器天线中实现
圆极化传输与辐射，同时将工作频段覆盖Ka频段卫星通信频段的全部收发频率也将提升该
天线的应用效率。

[0041] 在传统的透反器天线中，由于采用的是平行金属条带结构进行线极化选择，即入射电磁波的电场方向与金属条带平行时，入射波将透过该平行金属条带结构进行传输，而
当入射电磁波的电场方向与金属条带垂直时，入射波将被平行金属条带结构反射。同时，在
极化扭转板中，通过对所照射的线极化电磁波的两个分量分别进行相差180度移相量的反
射，使得反射波的电场方向与入射波正交，实现了极化扭转。显然，该工作原理与实现结构
已经无法应用于圆极化波的传输与辐射，需要采用新的针对圆极化波的极化选择结构与极
化扭转实现方式。

[0042] 根据电磁场理论，圆极化波的极化反转（左旋圆极化转化为右旋圆极化，或者反之）可以通过对金属面的反射来实现，且具有频率无关特性。如此，实现圆极化传输与辐射
的核心，集中在圆极化选择结构上，并要求该圆极化选择结构能够结合在透反器天线结构
配置中，且其极化特性、频率响应与Ka频段卫星通信应用场景兼容。

[0043] 现有的透反器天线，仅针对线极化天线性能实现开展，并且透反器结构为抛物面结构，而极化扭转板为平板结构，无法实现圆极化特性与双频工作功能。

[0044] 因此，本说明书提供的一种天线，由多层印制电路板按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件、反射组件和馈源组件，其中，每层所述印制电路板上印刷有预设形状
的金属线；所述圆极化波选择组件固定于所述反射组件的顶部，所述馈源组件贯穿于所述
反射组件的底部，其中，所述反射组件的顶部和底部之间构成圆极化波的反射空间；所述馈
源组件的口面位于所述反射空间中、朝向所述圆极化波选择组件。通过在天线中实现圆极
化传输与辐射，同时将工作频段覆盖Ka频段卫星通信频段的全部收发频率也将提升该天线
的应用效率，实现了在Ka频段卫星通信设备中采用该天线来获取其优异的结构特性与电气
性能，可以极大改进Ka频段卫星通信设备的机电综合性能与成本优势。此外，该天线紧凑结
构、无副反射器遮挡、便于系统集成，减小了传统正馈双反射面系统的整体结构包络，且无
辐射遮挡，可用于通信与测控应用方面。

[0045] 在本说明书中，提供了一种天线，在下面的实施例中进行详细说明。

[0046] 图2示出了本说明书一实施例提供的第一种天线的结构示意图，具体包括：

[0047] 由多层印制电路板11按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件1、反射组件2和馈源组件3，其中，每层所述印制电路板11上印刷有预设形状的金属线111；

[0048] 所述圆极化波选择组件1固定于所述反射组件2的顶部，所述馈源组件3贯穿于所述反射组件2的底部，其中，所述反射组件2的顶部和底部之间构成圆极化波的反射空间21；
所述馈源组件3的口面位于所述反射空间21中、朝向所述圆极化波选择组件1。

[0049] 具体的，印制电路板11，也即PCB板，可以是单层板、双层板中任意一种；多层印制电路板11中可以包含单层板和双层板中的至少一种；圆极化波选择组件1具有选择特征，可
以透射指定频率的圆极化波、反射非指定频率的圆极化波；预设堆叠参数是指多层印制电
路板11之间进行堆叠的指导参数，如印制电路板11的层数、大小、间隔等，不同的预设堆叠
参数对应的圆极化波选择组件1的选择特征不同；反射组件2可以对圆极化波进行反射以及
极化反转，其中，极化反转是指左旋圆极化波转化为右旋圆极化波，或者，右旋圆极化波转
化为左旋圆极化波，此外，反射组件2可以是盘状、碗状、桶状等形状；馈源组件3也即圆极化
馈源组件，可以采用正馈、偏馈两种形式。

[0050] 实际应用中，天线包含了三大部分圆极化波选择组件1、反射组件2和馈源组件3。圆极化波选择组件1由多层印制电路板11按照预先设定的堆叠参数，也即预设堆叠参数进
行堆叠而成，其中各层印制电路板11之间可以直接使用胶水等黏合剂进行固定，可以使用
螺丝钉等固定工具进行固定，还可以使用榫、桙等结构进行固定，本说明书对此不作限定。

[0051] 圆极化波选择组件1固定在反射组件2的顶部，也即反射组件2的开口方向，其固定方式，可以是直接使用胶水等黏合剂进行固定，可以使用螺丝钉等固定工具进行固定，还可
以使用榫、桙等结构进行固定，本说明书对此不作限定。反射组件2的底部与馈源组件3相
连，且馈源组件3穿过反射组件2的底部并固定在反射组件2的底部。此外，反射组件2的顶部
与底部构成的空间为圆极化波的反射空间21，馈源组件3的口面位于反射空间21中，且馈源
组件3的口面朝向圆极化波选择组件1，馈源组件3的口面可以竖直向上朝向圆极化波选择
组件1，也可以斜向上朝向圆极化波选择组件1。

[0052] 需要说明的是，金属线111具有预设的属性参数，如金属线111的形状、粗细、材质、长度、曲折方向等等，本说明书对此不做限定。

[0053] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，每层印制电路板11上印刷的金属线111可以不同，也可以相同，也即预设形状可以有至少一种。

[0054] 参见图3A，图3A示出了本说明书一实施例提供的一种预设形状的金属线的结构示意图：印制电路板11的金属线111可以为曲折形状。

[0055] 参见图3B，图3B示出了本说明书一实施例提供的另一种预设形状的金属线的结构示意图：印制电路板11的金属线111可以为直线型。

[0056] 此外，印制电路板11的金属线111也可以为双方环型，还可以为双圆环型。本说明书对此不做作限定。

[0057] 参见图4，图4示出了本说明书一实施例提供的一种圆极化波选择组件的结构示意图：在圆极化波选择组件1中，部分印制电路板11印刷有曲折形状的金属线111，部分印制电
路板11印刷有直线型的金属线111。

[0058] 优选地，所述预设形状为曲折形状。通过将金属线111的形状设置为弯曲条形（曲折形状），可以获得更大的设计自由度，其中每个条形在一条弯曲线上弯曲，可以利用弯曲
的幅度在比直线型更大的范围内获得有效电感（L）和电容（C）。此外，通过引入各层印制电
路板11的设计参数和弯曲线片之间的分离，可以大大提高圆极化选择结构（CPSS），也即圆
极化波选择组件1的带宽。

[0059] 需要说明的是，曲折形状的金属线，其折叠周期（曲折周期）、折叠深度以及线宽，与圆极化波选择组件的工作频率相关，即改变折叠周期、折叠深度以及线宽，圆极化波选择
组件透射、反射的圆极化波的频段不同。

[0060] 在本说明书一种可以实现的实施例中，印制电路板11的层数可以为任意正整数，也即根据需求可以选择任意数量的印制电路板11进行堆叠得到圆极化波选择组件1。

[0061] 在本说明书另一种可以实现的实施例中，印制电路板11为单面板，在所述天线的工作频段为Ka频段的情况下，多层所述印制电路板11的层数为2N，N为正整数。

[0062] 其中，所述圆极化波选择组件1中前N层所述印制电路板11的金属面，与后N层所述印制电路板11的金属面相对设置，金属面是指印制电路板11中印刷有金属线111的面板。

[0063] 实际应用中，对于Ka频段的天线来说，印制电路板11的层数为偶数层，也即2N（N为正整数），圆极化波选择组件1中前N层印制电路板11的金属面朝向后N层印制电路板11，后N
层印制电路板11的金属面朝向前N层印制电路板11，也即前N层印制电路板11的金属面与后
N层印制电路板11的金属面相对设置。如此，可以在保证设计复杂性较低的情况下，有效提
高圆极化波选择组件1的选择性能。

[0064] 参见图4，印制电路板11的层数为6，其中，印制电路板11‑L1、11‑L2、11‑L3的金属面与印制电路板11‑L4、11‑L5、11‑L6的金属面相对配置，即印制电路板11‑L1、11‑L2、11‑L3层PCB金属面向下、印制电路板11‑L4、11‑L5、11‑L6的金属面向上。

[0065] 需要说明的是，对于Ka频段的天线来说，其偶数层的印制电路板11是相互对称并旋转排布的。

[0066] 在本说明书再一种可以实现的实施例中，印制电路板11为单面板，在所述天线的工作频段为Ku频段的情况下，多层所述印制电路板11的层数为2M+1，M为自然数。

[0067] 其中，所述圆极化波选择组件1中前M层所述印制电路板11的金属面，与后M层所述印制电路板11的金属面相对设置。

[0068] 实际应用中，对于Ku频段的天线来说，印制电路板11的层数为奇数层，也即2M+1（M为自然数），圆极化波选择组件1中前M层印制电路板11的金属面朝向后M层印制电路板11，
后M层印制电路板11的金属面朝向前M层印制电路板11，也即前N层印制电路板11的金属面
与后N层印制电路板11的金属面相对设置。例如，印制电路板11的层数为5，其中，印制电路
板11‑L1、11‑L2金属面与印制电路板11‑L4、11‑L5的金属面相对配置。

[0069] 需要说明的是，对于Ku频段的天线来说，其奇数层的印制电路板11是相互对称并旋转排布的。

[0070] 此外，无论是Ka频段的天线还是Ku频段的天线，印制电路板11内部层间排布均具有一定的对称性。

[0071] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，所述堆叠参数包括相邻两层所述印制电路板11之间的预设间隔和/或预设旋转角度。

[0072] 其中，预设间隔为相邻两个印制电路板11之间的距离，预设旋转角度为相邻两层印制电路板11之间的相对旋转程度，预设旋转角度的选择取决于频带的期望频率间隔和印
制电路板11的层数或最佳层数。

[0073] 实际应用中，堆叠参数可以包含预设间隔和预设旋转角度中的至少一种，优选地，为了提高圆极化波选择组件1的选择性能和精度，堆叠参数包含预设间隔和预设旋转角度。
例如，每层印制电路板11之间预设旋转角度60°、预设间隔d1、d2、…、d2、d1等堆叠而成。

[0074] 此外，堆叠参数不仅可以包含相邻两层印制电路板11之间的预设间隔、预设旋转角度，还可以包含印制电路板11上的金属线的预设形状（电路图案）。在电路图案为曲折形
状的情况下，则电路图案为平行排列的折叠线，此时堆叠参数还包括折叠参数，主要由折叠
周期、折叠深度以及线宽组成。

[0075] 在圆极化波选择组件1中，折叠线（曲折形状的金属）对圆极化波，如圆极化入射波的两个线极化分量表现为容性和感性，其对应的反射系数与透射系数也不同，特别是反射
系数与透射系数的相位差异明显。当不同层（不同的印制电路板）的折叠线的折叠参数（线
宽、折叠深度、旋转角度等）存在差异，使得多层级联后的圆极化波选择组件1对两个线极化
分量形成谐振特性而具有圆极化选择特性，即不同层的多次反射与透射相互叠加，使得整
个圆极化波选择组件1在某个工作频段内对于对圆极化入射波体现为传输增强（透过）或传
输抵消（发射）。由于圆极化入射波的电场旋转特性，不同层的折叠线指向也需要进行旋转
而具有对应的旋转角度。圆极化波选择组件1中不同层的具有对应旋转角度的折叠线产生
不同的反射和透射，若这些不同的反射相互抵消（反射波幅度相等、相位相差180°）则实现
对圆极化入射波的空间匹配而透过圆极化波选择组件1，若这些不同的透射相互抵消（透射
波幅度相等、相位相差180°）则实现对圆极化入射波的空间失配而无法透过圆极化波选择
组件，对外表现为反射。圆极化波中左旋圆极化波与右旋圆极化波之间具有极化正交关系，
则若某圆极化波选择组件1不同层对于右旋圆极化波为反射相互抵消（反射波幅度相等、相
位相差180°），则对于左旋圆极化为反射相互叠加（反射波幅度相等、相位相差0°），这样该
圆极化波选择组件1对于右旋圆极化入射波表现为透过而对于左旋圆极化入射波表现为反
射，是为圆极化选择特性，反之亦然。

[0076] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，相邻两层印制电路板11通过泡沫板12进行间隔，也即相邻两层所述印制电路板11之间设置有指定厚度的泡沫板12，其中，所述指定
厚度基于天线的工作频段确定。

[0077] 具体的，泡沫板12可以是聚苯乙烯泡沫（EPS泡沫），也可以是聚甲基丙烯酰亚胺制成的结构泡沫（ROHACELL泡沫）。指定厚度是指泡沫板12的厚度。

[0078] 实际应用中，可以采用泡沫板12对印制电路板11进行间隔，为了保证天线滤波的准确性，可以根据天线的工作频段确定指定厚度，进而采用指定厚度的泡沫板12对印制电
路板11进行间隔。如此，使用泡沫对印制电路板11进行间隔，不仅保证了印制电路板11间隔
的精准度，进而提高了圆极化波选择组件1的选择特征的精准度，还提高了圆极化波选择组
件1的结构稳定性。

[0079] 参见图5，图5示出了本发明书一个实施例的印制电路板的堆叠结构示意图：印制电路板11的堆叠结构依次设置有印制电路板11、泡沫板12、印制电路板11、泡沫板12、印制
电路板11、泡沫板12和印制电路板11。其中，泡沫板12的厚度（指定厚度）为预设间隔。

[0080] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，反射组件2的形状可以是抛物面或近似抛物面、赋形抛物面等形状。优选地，每层印制电路板上印刷的金属线为曲折形状，且反射
组件2为旋转对称抛物面的金属体。其中，反射组件2设置为旋转对称抛物面的金属体，可以
有效提高反射组件2的反射效率和极化反转的效率，同时减少圆极化波的反射损耗。

[0081] 其中，所述反射组件2的底部设置有开孔22；所述馈源组件3穿过所述开孔22固定在所述反射组件2的底部。开孔22可以为圆形、方形、三角形等规则形状，也可以为根据馈源
组件3设定的不规则形状。

[0082] 参见图6，图6示出了本发明书一个实施例的反射组件的结构示意图：在反射组件2的旋转对称抛物面的底部设置了一个开孔22。该开孔22可使馈源组件3穿过，固定在反射组
件2的底部。进而提高天线的结构稳定性。

[0083] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，所述馈源组件3由纵向槽喇叭31和圆极化馈源32级联构成；所述纵向槽喇叭31的口面位于所述反射空间21中、朝向所述圆极化波
选择组件1。

[0084] 其中，纵向槽喇叭31可以是加脊的纵向槽喇叭31，如单脊波导的纵向槽喇叭31、双脊波导的纵向槽喇叭31，也可以是普通的纵向槽喇叭31；圆极化馈源32是指进行可以采用
正馈、偏馈两种形式，用户发射圆极化波或接收圆极化波，一般圆极化馈源32的位置以天线
效率最高为最佳。

[0085] 参见图7，图7示出了本说明书一实施例提供的第二种天线的结构示意图：在图2的基础上，馈源组件3包含了级联的纵向槽喇叭31和圆极化馈源32，其中，纵向槽喇叭31的口
面位于反射组件2的内部的反射空间21中，并且纵向槽喇叭31的口面朝向圆极化波选择组
件1。圆极化馈源32如图8所述，图8示出了本说明书一实施例提供的圆极化馈源的结构示意
图，圆极化馈源32的口面与纵向槽喇叭31的底部级联。

[0086] 需要说明的是，馈源组件3位于反射组件2的底部，只是馈源组件3包含的纵向槽喇叭31，其口面位于反射空间21，并不是馈源组件3位于反射空间21中。

[0087] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，所述馈源组件3包含两个端口33；所述两个端口33基于所述圆极化波选择组件1的透反射参数不同，处于收发工作模式或极化波束
切换模式。

[0088] 具体的，透反射参数是指圆极化波选择组件1透射和反射圆极化波对应的参数，如圆极化波选择组件1可透射的圆极化波的频段和反射的圆极化波的频段；收发工作模式是
指接收圆极化波、发射圆极化波的模式；极化波束切换模式是指将窄带圆极化波转换为宽
带圆极化波的模式。

[0089] 参见图7，馈源组件3中还设置有两个端口33，两个端口33共同协作使，天线或者端口33处于收发工作模式或极化波束切换模式。此外，端口33处于收发工作模式还是极化波
束切换模式由圆极化波选择组件1的透反射参数决定。

[0090] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，所述圆极化波选择组件1、所述反射组件2和所述馈源组件3构成密闭的反射空间21；所述馈源组件3的口面平行于所述圆极化波选
择组件1。

[0091] 实际应用中，为了防止圆极化波的泄露，圆极化波选择组件1、反射组件2和馈源组件3紧密结合，形成了密闭的反射空间21，也即圆极化波选择组件1与反射组件2之间无缝
隙，反射组件2和馈源组件3也紧密贴合。此外，为了提高天线的工作效率，馈源组件3的口面
与圆极化波选择组件1互相平行，例如，馈源组件3中纵向槽喇叭31的口面平行于圆极化波
选择组件1。

[0092] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，还可以通过支撑组件4将圆极化波选择组件1固定于反射组件2的顶部。也即所述天线还包括支撑组件4；所述圆极化波选择组件1
通过所述支撑组件4固定于所述反射组件2的顶部。

[0093] 具体的，支撑组件4用于连接圆极化波选择组件1和反射组件2，其中，支撑组件4的形状可以根据需求进行设定，如波浪型、直线型等。如此，可以提高圆极化波选择组件1与反
射组件2连接的稳定性。

[0094] 在本说明书一个或多个可选的实施例中，所述支撑组件4为环形泡沫；所述支撑组件4一侧固定所述圆极化波选择组件1，所述支撑组件4的另一侧固定所述反射组件2的顶部
边沿。

[0095] 参见图9，图9示出了本说明书一实施例提供的第三种天线的结构示意图：天线包括由多层印制电路板11按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件1、支撑组件4、反
射组件2和馈源组件3四部分，其中，每层所述印制电路板11上印刷有预设形状的金属线
111；所述圆极化波选择组件1固定于支撑组件4的顶部，支撑组件4的底部固定于反射组件2
的顶部，馈源组件3贯穿于反射组件2的底部，其中，圆极化波选择组件1、支撑组件4、反射组
件2之间构成圆极化波的反射空间21；馈源组件3的口面位于反射空间21中、朝向圆极化波
选择组件1。如此，可以增大反射空间21，进而提高圆极化波的反射效率。

[0096] 需要说明的是，当天线发射目标圆极化波时，会判断目标圆极化波是否符合预设发射频段。具体实现过程如下：

[0097] 在所述馈源组件3发出的第一目标圆极化波照射在所述圆极化波选择组件1的情况下，判断所述第一目标圆极化波的频段是否符合预设发射频段；

[0098] 若是，则所述圆极化波选择组件1透射所述第一目标圆极化波；

[0099] 若否，则所述圆极化波选择组件1反射所述第一目标圆极化波至所述反射组件2，所述反射组件2极化反转所述第一目标圆极化生成第二目标圆极化波，并反射所述第二目
标圆极化波至所述圆极化波选择组件1，所述圆极化波选择组件1透射所述第二目标圆极化
波。

[0100] 具体的，第一目标圆极化波为天线发射的圆极化波，即馈源组件3发射的圆极化波；预设发射频段是指在发射圆极化波时，圆极化波选择组件1能够透射的圆极化波的频
段。

[0101] 实际应用中，当馈源组件3发出的第一目标圆极化时，第一目标圆极化照射在圆极化波选择组件1上，若第一目标圆极化波的频段属于预设发射频段，则圆极化波选择组件1
透射该第一目标圆极化波，即天线发射出第一目标圆极化波；若第一目标圆极化波的频段
不属于预设发射频段，则圆极化波选择组件1反射该第一目标圆极化波至反射组件2，反射
组件2对第一目标圆极化波进行极化反转得到符合预设发射频段的第二目标圆极化波，并
反射第二目标圆极化波至圆极化波选择组件1，此时圆极化波选择组件1透射第二目标圆极
化波，即天线发射出第二目标圆极化波。

[0102] 当天线接收目标圆极化波时，同样会判断目标圆极化波是否符合预设发射频段。具体实现过程如下：

[0103] 在所述圆极化波选择组件1接收到第三目标圆极化波的情况下，判断所述第三目标圆极化波的频段是否符合预设接收频段；

[0104] 若是，则所述圆极化波选择组件1透射所述第三目标圆极化波至所述馈源组件3，所述接收所述第三目标圆极化波；

[0105] 若否，则所述圆极化波选择组件1透射所述第三目标圆极化波至所述反射组件2，所述反射组件2极化反转所述第三目标圆极化生成第四目标圆极化波，并反射所述第四目
标圆极化波至所述圆极化波选择组件1，所述圆极化波选择组件1反射所述第四目标圆极化
波至所述馈源组件3，所述接收所述第四目标圆极化波。

[0106] 具体的，第三目标圆极化波为天线接收的圆极化波，也即从外界能够透射的圆极化波；预设接收频段是指馈源组件3能够接收的圆极化波的频段。

[0107] 实际应用中，当圆极化波选择组件1接收到第三目标圆极化波，即第三目标圆极化从外界透射过圆极化波选择组件1时，若第三目标圆极化波的频段属于预设接收频段，则第
三目标圆极化波透射过圆极化波选择组件1后，直接被馈源组件3接收；若第一目标圆极化
波的频段不属于预设接收频段，则第三目标圆极化波透射过圆极化波选择组件1后，照射在
反射组件2上，反射组件2对第三目标圆极化波进行极化反转得到符合预设接收频段的第四
目标圆极化波，并反射第四目标圆极化波至圆极化波选择组件1，此时圆极化波选择组件1
反射第四目标圆极化波至馈源组件3，即馈源组件3接收第四目标圆极化波。

[0108] 此外，在第一目标圆极化波的频段不符合预设发射频段的情况下，第一目标圆极化波与第二目标圆极化波正交；在第三目标圆极化波的频段不符合预设接收频段的情况
下，第三目标圆极化波与第四目标圆极化波正交。

[0109] 例如，所述馈源组件3发出的第一圆极化波透射所述圆极化波选择组件1；所述馈源组件3发出的第二圆极化波由所述圆极化波选择组件1反射至所述反射组件2，并由所述
反射器反射后透过所述圆极化平面形成指定圆极化波；所述第一圆极化波与所述指定圆极
化波正交。

[0110] 下述结合附图10，以本说明书提供的天线进行进一步说明。其中，在图2的基础上，图10示出了本说明书一个实施例提供的一种天线工作过程的流程图，具体如下：

[0111] 针对Ka频段卫星通信天线应用场景，给出了一种新型圆极化透反器天线的结构配置与工作原理示意。在该应用中，设置天线工作频段为27.5 29.1GHz（Ka发射频段）、17.7
~ ~
20.2GHz（Ka接收频段），其极化特性为Ka发射频段选择右旋圆极化（RHCP），而Ka接收频段选择与之正交的左旋圆极化（LHCP），整个天线口径（天线的宽度）为200mm。图10中的极化定义以及端口极化定义以该整体天线的辐射波束极化特性来定义。这样天线端口的极化标识与
馈源组件3的极化标识相反，即是指天线端口Rx（LHCP）接收的LHCP由馈源组件3的RHCP端口
接收，馈源组件3的LHCP端口发射的是天线端口Tx（RHCP）发射的RHCP。

[0112] 参照图9，该天线由四部分组成，从上到下依次为圆极化波选择组件1、支撑组件4、反射组件2、馈源组件3。

[0113] 参照图4，该天线的圆极化波选择组件1由6层PCB板与ROHACELL泡沫材料混压组成，其中PCB材料为Rogers 5880，每层PCB板之间按照旋转60°间隔叠层而成。其中11‑L1、
11‑L2、11‑L3层PCB板的金属面与11‑L4、11‑L5、11‑L6层PCB板的金属面相对配置。由于PCB板之间的旋转角度决定了圆极化波选择组件1的极化特征——反射非正交的圆极化平面
波、透过正交的圆极化平面波，根据各层PCB金属面的夹角旋转关系以及曲折金属线111结
构尺寸确定圆极化选择平面的透反射特性，通过对各层曲折金属线111结构尺寸以及各层
间隔的距离的设计可以获得具体的工作频段，调整ROHACELL泡沫材料厚获得最佳辐射性能
参数。

[0114] 反射组件2根据天线结构配置选择焦距为210mm。该反射组件2的焦点和圆极化馈源32相位中心位置为以圆极化波选择组件1为对称面的镜像对称关系，即反射组件2的焦点
与馈源相位中心位置关于圆极化波选择组件1的虚拟馈源点重合。反射组件2为支撑组件4、
馈源组件3提供安装接口。

[0115] 圆馈源组件3为全波导结构，其中的纵向槽喇叭31和圆极化馈源32均添加由四脊结构来扩展带宽性能并实现馈源组件3小型化。圆极化馈源32通过螺钉安装在反射组件2的
底部。

[0116] 利用仿真软件对本说明书提供的天线进行了仿真计算和测试，测试结果如图11、图12所示，其中，图11示出了本发明书一个实施例提供的一种测试天线的效果示意图，图12
示出了本发明书一个实施例提供的另一种测试天线的效果示意图：对该天线对圆极化透反
器天线方案进行了设计、加工验证与测试，其性能优异，结构特征新颖，根据具体收发极化
特征与工作频段进行针对性设计与测试验证工作，可以发现该天线圆极化性能优异，同时
副瓣电平优异，实现了良好的圆极化透反器天线辐射，其中，横坐标为角度、单位为deg；纵
坐标为电平、单位为dB。

[0117] 以上结果说明，本说明书提供的天线可以较好地匹配Ka频段卫星通信天线应用需求，具有了好的工程实现性和低成本工程实现潜力。同时本发明所描述的天线采用独特的
圆极化选择原理，天线具有设计灵活性与极化过滤特性，赋予该天线能够根据不同的圆极
化选择响应特性来获得对应的天线性能的能力，同时天线辐射的极化纯度较高。

[0118] 下述结合附图13，以本说明书提供的天线进行进一步说明。其中，在图2的基础上，图13示出了本说明书一个实施例提供的另一种天线工作过程的流程图，具体如下：

[0119] 参照图2，针对Ku频段卫星通信天线应用场景，给出了一种天线的结构配置与工作原理示意。在该应用中，设置天线工作频段为14.5 18.0GHz（发射频段）、12.0  12.5GHz（接~ ~
收频段），其极化特性均为左旋圆极化（LHCP），整个天线口径为350mm。该图中的极化定义以及端口极化定义以该整体天线的辐射波束极化特性来定义。这样图中天线端口的极化标识
与独立馈源的极化标识相反，即是指天线的窄波束（LHCP）端口对应馈源组件3的RHCP端口，
指天线的宽波束（LHCP）端口对应馈源组件3的LHCP端口。该Ku频段的天线选用了工作频率
覆盖12 18GHz的宽带圆极化波选择组件1，该宽带圆极化波选择组件1能够很好地反射RHCP
~
极化波而对LHCP极化波表现为透过特性。当对天线的窄波束（LHCP|）端口（对应馈源组件3
的RHCP端口）进行激励时，天线内通过基于宽带圆极化波选择组件1的反射与透射，实现了
天线的圆极化窄波束辐射，波束极化为LHCP，而当对天线的宽波束（LHCP）端口（对应馈源组
件3的LHCP端口）进行激励时，馈源组件3发射LHCP极化波而直接透过宽带圆极化波选择组
件1进行辐射，其波束特性主要体现该馈源的辐射特性。参见图14，图14是本说明书一实施
例提供的另一种圆极化波选择组件的结构示意图：图14给出了该Ku频段的天线中圆极化波
选择组件1的结构，该天线所应用的圆极化波选择组件1结构特点不同于图4中圆极化波选
择组件1的结构，区别主要为印制电路板11的结构层数、层间距以及曲折金属线111结构等。
也即Ku频段的天线中圆极化波选择组件1的结构，与Ka频段的天线中圆极化波选择组件1的
结构不同。

[0120] 本说明书提供的一种天线，由多层印制电路板按照预设堆叠参数堆叠而成的圆极化波选择组件、反射组件和馈源组件，其中，每层所述印制电路板上印刷有预设形状的金属
线；所述圆极化波选择组件固定于所述反射组件的顶部，所述馈源组件贯穿于所述反射组
件的底部，其中，所述反射组件的顶部和底部之间构成圆极化波的反射空间；所述馈源组件
的口面位于所述反射空间中、朝向所述圆极化波选择组件。通过在天线中实现圆极化传输
与辐射，同时将工作频段覆盖Ka频段卫星通信频段的全部收发频率也将提升该天线的应用
效率，实现了在Ka频段卫星通信设备中采用该天线来获取其优异的结构特性与电气性能，
可以极大改进Ka频段卫星通信设备的机电综合性能与成本优势。此外，该天线紧凑结构、无
副反射器遮挡、便于系统集成，减小了传统正馈双反射面系统的整体结构包络，且无辐射遮
挡，可用于通信与测控应用方面。

[0121] 通过选取印制电路板堆叠而的圆极化波选择组件，与反射组件获得双频圆极化透反器天线的性能，并满足Ka频段卫星通信应用的高增益波束要求，使得天线在Ka发射频段
内的圆极化特性与Ka接收频段内的圆极化特性正交，且波束主瓣圆极化特性优异，并对外
输出两个端口，实现天线性能与Ka频段卫星通信应用场景匹配。当然，在某些应用场景，要
求天线在宽带内具有宽带圆极化辐射能力，比如某些Ku频段圆极化通信应用，要求能够以
特定圆极化性能覆盖12 18GHz，这就要求该透反器天线选用对应的宽带圆极化选择结构，
~
在带宽内实现单一的圆极化辐射。如此实现的双频或宽带圆极化透反器天线具有结构紧
凑，风阻低，易于加工制造与批产等优点，有利于卫星通信天线的系统集成与低成本工程实
现，具有技术先进性和工程应用价值。

[0122] 而在透反器天线中实现双频或宽带圆极化工作，并具备传统透反器天线结构特性以及具有基于极化扭转的圆极化透过与反射的天线内部功率传输原理的实现结构与方法
是本专利的发明内容。本专利中的透反器结构为平面多层结构而极化扭转板为金属抛物面
结构，也与传统透反器天线结构配置不同。

[0123] 通过选取合适的双频圆极化选择结构并应用与特定的透反器天线结构配置就可以获得双频圆极化透反器天线性能，并满足Ka频段卫星通信应用的高增益波束要求，使得
天线在Ka发射频段（27.5 29.1GHz）内的圆极化特性与Ka接收频段（17.7 20.2GHz）内的圆
~ ~
极化特性正交，且波束主瓣圆极化特性优异，并对外输出两个端口，实现天线性能与Ka频段
卫星通信应用场景匹配。当然，在某些应用场景，要求天线在宽带内具有宽带圆极化辐射能
力，比如某些Ku频段圆极化通信应用，要求能够以特定圆极化性能覆盖12 18GHz，这就要求
~
该透反器天线选用对应的宽带圆极化选择结构，在带宽内实现单一的圆极化辐射。如此实
现的双频或宽带圆极化透反器天线具有结构紧凑，风阻低，易于加工制造与批产等优点，有
利于卫星通信天线的系统集成与低成本工程实现，具有技术先进性和工程应用价值。

[0124] 另外，本说明书实施例的天线的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

[0125] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0126] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。

[0127] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0128] 除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

[0129] 上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本说明书并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不
脱离本申请构思的前提下做出各种变化。

[0130] 以上公开的本说明书优选实施例只是用于帮助阐述本说明书。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内
容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本说
明书的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本说明书。本
说明书仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。