一种双工作频段的高增益传输阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种双工作频段的高增益传输阵天线，该天线是基于传输阵列技术设计的。所述传输阵列是由多个单元构成，通过槽缝长度实现同时对两个频率下波束相位的准确调控，不同频率不同位置的入射波相位不同，对应调控的尺寸就不同。而且本发明专利技术第一次实现了双频传输阵这一理念，也就是在同一个口径面上实现两个传统传输阵的功能，属于多功能传输阵，并且该设计理念还可以推广到多频传输阵，是对现有传输阵只能工作在单一频率下的巨大突破，推动了传输阵的发展。

High gain transmission array antenna with dual working frequency band

The invention discloses a high gain transmission array antenna with double working frequency bands. The transmission array is composed of multiple units, the slot length achieved at the same time on the two frequency beam phase accurate control, different frequencies in different positions of different incident wave phase, the corresponding regulation of different size. And the invention first realize dual band transmission matrix of this concept, that is to realize the two traditional transmission function in the same aperture, which belongs to a multifunctional transmission matrix, and the design concept can also be extended to multi frequency transmission matrix, is a great breakthrough on the existing transmission array can only work at a single frequency the development of the transmission matrix.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及属于天线
，尤其是涉及一种双工作频段的高增益传输阵天线。
技术介绍
传输阵列是天线阵列的一种，近几年来被全球学者广泛研究。传输阵不同于常见的抛物面天线和反射阵列天线，它的馈源和出射波束在阵列两侧，因此馈源不会对出射波束造成影响。传输阵的原理是每一个单元调控入射波的幅度和相位，尽可能达到出射波为平面波，根据傅里叶变换可以在远场得到一个高主瓣低副瓣的方向图。传输阵天线的技术指标有两个，一个条件是传输系数的幅度要尽可能接近1(0dB)，也就是全透，这样才能使增益达到最高；在此基础上，另一个条件是传输系数的相位要达到360°全覆盖，可以最好的实现平面波出射。目前的传输阵列在这两个技术指标上均还存在进步空间。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种双工作频段的高增益传输阵天线，用于解决目前的传输阵的技术参数不佳的技术问题。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双工作频段的高增益传输阵天线，由4层相同的正方形金属面板叠加而成的阵列，每层金属面板上设置有多个单元，金属面板之间按照单元的位置对正统一摆放；每个单元包括长度方向相互平行的3个槽缝，其中位于中间的槽缝长度为L1、位于两侧的槽缝长度为L2；利用CSTMWS电磁仿真软件仿真每个单元，在双工作频段对应的两个中心工作频率上分别得到传输系数相位幅度与槽缝长度的关系；接着，根据馈源发出的入射波到达每个单元的相位幅度获得该单元的槽缝长度。仿真过程的具体步骤如下：步骤A，在仿真软件中初步仿真单元，确定槽缝长度与频率之间的大致关系，选定在所需的工作频率处槽缝长度的范围。步骤B，在仿真软件中仿真单元，扫描关键参数并提取数据，在Matlab中分别拟合出两个工作频率处槽缝长度与频率之间关系的公式；步骤C，根据两个工作频率下入射波到达每个单元时的相位，以及拟合出的公式，得到每个单元上的不同的槽缝长度，并得到阵列。上述天线阵列通过设计一种原创的四层全金属单元，利用两种不同的槽缝长度范围，来分别控制在两个不同频率上传输系数的相位，从而在两个频率上均实现360°全覆盖，进而在同一阵列上实现在两个频率处均有高主瓣低副瓣的波束出射，相当于实现了一种多功能传输阵天线。进一步的，在本专利技术中，双工作频段中的低频中心频率设置为12GHz、高频中心频率设置为18GHz，中心频率为12GHz的低频段的传输系数与L1有关，中心频率为18GHz的高频段的传输系数与L2有关，而在仿真低频(高频)时，L2(L1)的取值与变化对该频段的效果没有影响，传输系数相位幅度与槽缝长度的关系满足下式：L1＝12.16+0.5557*cos(phi_low*0.008202)+0.1121*sin(phi_low*0.008202)+0.04051*cos(2*phi_low*0.008202)-0.07311*sin(2*phi_low*0.008202)；L2＝7.879+0.3324*cos(phi_high*0.01124)+0.2763*sin(phi_high*0.01124)+0.1657*cos(2*phi_high*0.01124)-0.01533*sin(2*phi_high*0.01124)+0.02038*cos(3*phi_high*0.01124)-0.07476*sin(3*phi_high*0.01124)-0.02216*cos(4*phi_high*0.01124)-0.007954*sin(4*phi_high*0.01124)；其中：phi_low和phi_high分别为低频中心频率和高频中心频率的入射波到达单元的相位幅度。进一步的，在本专利技术中，当用波纹喇叭天线对正金属面板作为馈源并且入射波为球面波时，入射波到达单元的相位幅度按照下式进行计算：Ψith＝k·(Rith-F)+Ψcenter其中：Ψith为入射波到第i个单元时的相位；Rith为第i个开槽单元到波纹喇叭相位中心的距离；F为波纹喇叭相位中心到阵列的距离，设定为阵列边长的0.8倍；k为入射波到第i个单元的波数；Ψcenter为入射波到阵列中心位置处的相位。上述涉及的相位和距离均以到达最靠近波纹喇叭天线的金属面板上的相应位置来计算。有益效果：本专利技术提出了一种双工作频段的高增益传输阵天线，该天线是基于传输阵列技术设计的。所述传输阵列是由原创的四层全金属单元构成，通过改变两种槽缝长度L1和L2实现同时对两个频率下传输系数相位的准确调控。而且本专利技术第一次实现了双工作频段传输阵这一理念，也就是在同一个口径面上实现两个传统传输阵的功能，属于多功能传输阵，是对现有传输阵只能工作在单一频率下的巨大突破，推动了传输阵的发展。附图说明图1为本专利技术结构正视图；图2为图1的侧视图；图3为频率为12GHz时传输系数相位幅度与变量L1的关系的仿真结果；图4为频率为18GHz时传输系数相位幅度与变量L2的关系的仿真结果。图5为频率为12GHz时单元的电场示意图；图6为频率为18GHz时单元的电场示意图；图7为阵列的仿真结果示意图；其中，实线和虚线分别代表频率为12GHz和18GHz时的仿真远场方向图。图8为本专利技术双工作频段的高增益传输阵天线的实物图；图9为频率为12GHz时阵列主极化和交叉极化的远场方向图；图10为频率为18GHz时阵列主极化和交叉极化的远场方向图；图11为频率为15GHz时阵列主极化的远场方向图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术提出的一种双工作频段的高增益传输阵天线进行详细说明。如图1和图2是双工作频段传输阵列天线单元结构的几何视图，有四层铜板金属结构，单元大小P为15mm，相邻的铜板间隔H为5mm，没有介质基板，每一层金属均为相同的方形金属板且厚度为0.3mm，在金属板上的有多个单元，每个单元贯穿四层金属结构，且每个单元在每层金属板上均由三条缝隙组成，并且在直角坐标系下，缝隙的长是沿坐标轴Y方向，宽沿坐标轴X方向，中间一条长度为L1，两侧的两条长度为L2，分别改变L1和L2的值就可以实现对两个频段的独立调控，L1的变化范围为11.7mm-12.7mm，调控低频段的传输系数；L2的变化范围为7.5mm-8.4mm，调控高频段的传输系数，宽度W均为1.5mm。首先设计双工作频段高增益传输阵天线所需的单元。单元采用了一种原创的四层全金属开槽单元，通过改变槽的长度实现对传输系数幅度相位的调控。用CSTMWS电磁仿真软件仿真该单元，在两个工作频率上分别得到传输系数相位幅度与变量即两种槽长度L1和L2的变化关系,其中，中心频率为12GHz的低频段的传输系数与L1有关，中心频率为18GHz的高频段的传输系数与L2有关。从软件中导出该变化关系的数据，利用Matlab软件拟合，得到传输系数幅度相位与变量L1和L2关系的表达式如下：L1＝12.16+0.5557*cos(phi_low*0.008202)+0.1121*sin(phi_low*0.008202)+0.04051*cos(2*phi_low*0.008202)-0.07311*sin(2*phi_low*0.008202)L2＝7.879+0.3324*cos(phi_high*0.01124)+0.2763*si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双工作频段的高增益传输阵天线，其特征在于：由4层完全相同的正方形金属面板叠加而成的阵列，所述金属面板上设置有多个单元，金属面板之间按照单元的位置对正统一摆放；每个单元包括长度方向相互平行的3个槽缝，其中位于中间的槽缝长度为L1、位于两侧的槽缝长度为L2；利用CST MWS电磁仿真软件仿真每个单元，在双工作频段对应的两个中心工作频率上分别得到传输系数相位幅度与槽缝长度的关系；接着，根据馈源发出的入射波到达每个单元的相位幅度获得该单元的槽缝长度。

【技术特征摘要】
1.一种双工作频段的高增益传输阵天线，其特征在于：由4层完全相同的正方形金属面板叠加而成的阵列，所述金属面板上设置有多个单元，金属面板之间按照单元的位置对正统一摆放；每个单元包括长度方向相互平行的3个槽缝，其中位于中间的槽缝长度为L1、位于两侧的槽缝长度为L2；利用CSTMWS电磁仿真软件仿真每个单元，在双工作频段对应的两个中心工作频率上分别得到传输系数相位幅度与槽缝长度的关系；接着，根据馈源发出的入射波到达每个单元的相位幅度获得该单元的槽缝长度。2.根据权利要求1所述的双工作频率的高增益传输阵天线，其特征在于：双工作频段中的低频中心频率设置为12GHz、高频中心频率设置为18GHz，传输系数相位幅度与槽缝长度的关系满足下式：L1＝12.16+0.5557*cos(phi_low*0.008202)+0.1121*sin(phi_low*0.008202)+0.04051*cos(2*phi_low*0.008202)-0.07311*sin(2*phi_low*0.008202)；L2＝7.879+0.3324*cos(phi_high*0.01124)+0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铁军，吴瑞元，李允博，吴伟，师传波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32