反透射一体化多功能平面空馈阵列天线、无线通信系统技术方案

本发明专利技术属于天线技术领域，公开了一种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线、无线通信系统；Vivaldi天线为平面空馈阵列天线的馈源；采用四层结构的十字振子作为阵列单元，在阵列单元底端加载双圆环形频率选择表面；平面阵列是由不同尺寸的十字振子单元和相同尺寸的双圆环形频率选择表面单元周期性排列而成的，阵列上的各个单元均按照调节十字振子尺寸的方式对各自的相位进行补偿。本发明专利技术采用加载双圆环形频率选择表面的四层十字振子作为阵列单元，在不同频段具有不同的反透射特性；通过调整阵列上每个单元上十字振子的尺寸；分别在高(低)频段实现前(后)向高增益辐射波束，有效在同一款天线上集成平面反射阵天线和平面透射阵天线功能。

Multifunctional Planar Space-fed Array Antenna and Wireless Communication System with Integrated Retro-transmission

The invention belongs to the field of antenna technology, and discloses a multifunctional planar air-fed array antenna and wireless communication system with integrated reflection and transmission; Vivaldi antenna is the feed source of planar air-fed array antenna; cross oscillator with four-layer structure is used as array unit, and double circular frequency selective surface is loaded at the bottom of array unit; planar array is composed of cross oscillator units and phases of different sizes. The double circular frequency selective surface elements of the same size are arranged periodically, and each element on the array compensates its phase by adjusting the size of the cross oscillator. The invention adopts four-layer cross oscillator loaded with double-ring frequency selective surface as array unit, which has different reflective transmission characteristics in different frequency bands; adjusts the size of cross oscillator on each element of the array; realizes forward (backward) high gain radiation beams in high (low) frequency bands, and effectively integrates planar reflection array antenna and planar transmission array antenna functions on the same antenna. \u3002

【技术实现步骤摘要】
反透射一体化多功能平面空馈阵列天线、无线通信系统
本专利技术属于天线
，尤其涉及一种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线、无线通信系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：平面空馈阵列天线是将传统曲面空馈天线(包括反射面天线和介质透镜天线)和平面微带阵列天线的若干优点而形成的一种新型高增益天线，它主要是由平面印刷阵列和馈源天线组成，其中馈源天线通常置于平面印刷阵列的焦点处。在其阵列表面上拥有若干具备独立调节相位能力的辐射单元，通过对阵列上每个单元进行合适的相位补偿，馈源发出的入射球面电磁波经过平面印刷阵列转换为特定方向的平面电磁波。由于其体积小、重量轻、结构简单、制作成本低、无需设计复杂的馈电网络、高增益等众多优点，已经在远距离通信系统中获得了广泛的应用。根据辐射方向的不同，传统的平面空馈阵列天线主要分为平面反射阵天线和平面透射阵天线两大类型。其中，平面反射阵天线是将馈源天线发出的入射球面电磁波经阵列表面反射后，在阵列前向形成平面电磁波；平面透射阵天线是将馈源天线发出的入射球面电磁波经阵列表面透射，在阵列的后向形成平面电磁波。平面空馈阵列天线通常采用反(透)射型相移结构作为阵列单元，通过改变阵列上每个单元的尺寸或旋转角度大小来补偿各个单元之间的相位差别，从而在阵列的前(后)向形成同相的高增益波束。然而，传统平面空馈阵列天线功能比较单一，只能实现单向高增益辐射波束，而且其辐射方向主要取决于采用阵列单元的类型。如果阵列单元采用反射型相移结构，则天线的辐射方向在阵列的前方(即平面反射阵天线)；如果阵列单元采用透射型相移结构，则天线的辐射方向在阵列的后方(即平面透射阵天线)。虽然现有的平面空馈阵列天线技术已经获得了广泛的应用，但随着无线通信系统的智能化和频率分集技术的日益普遍，远程通信系统迫切要求一款平面空馈阵列天线能够集平面反射阵天线和平面透射阵天线的功能于一身，实现天线辐射方向的灵活调控，以便于该天线能够同时应用于多种不同远程通信系统，但通过现有方法技术实现该要求非常困难。综上所述，现有技术存在的问题是：随着无线通信系统的智能化和频率分集技术的日益普遍，远程通信系统迫切要求一款平面空馈阵列天线能够集平面反射阵天线和平面透射阵天线的功能于一身，实现天线辐射方向的灵活调控，以便于该天线能够同时应用于多种不同远程通信系统，但通过现有方法技术实现该要求非常困难，仅能实现单向高增益辐射。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线、无线通信系统。本专利技术是这样实现的，一种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线，所述反透射一体化多功能平面空馈阵列天线设置有：Vivaldi天线；Vivaldi天线为平面空馈阵列天线的馈源；采用四层结构的十字振子作为阵列单元，并且在阵列单元底端加载双圆环形频率选择表面；平面阵列是由不同尺寸的十字振子单元和相同尺寸的双圆环形频率选择表面单元周期性排列而成的，阵列上的各个单元均按照调节十字振子尺寸的方式对各自的相位进行补偿。进一步，所述阵列单元采用四层结构，每层介质板的上表面均敷有金属十字振子，双圆环形频率选择表面单元加载在第四层介质板的底端；金属十字振子是调相单元，通过改变振子长度L的方式可以对单元的电磁波散射相位进行调节；双圆环形频率选择表面，在低频段呈现反射特性，对馈源发出的入射波经过单元全反射；在高频段呈现透射特性，对馈源发出的入射波经过单元全透射。进一步，所述反透射一体化多功能平面空馈阵列天线在9GHz，10GHz处，阵列天线的最大辐射方向为前向，增益分别达到17.9dB和18.2dB，表现出平面反射阵天线的功能；在10.8GHz处，阵列天线的前向和后向均为最大辐射方向，增益达到16.2dB；阵列天线的最大辐射方向为后向，增益分别达到15.9dB，19.2dB和17.9dB，表现出平面透射阵天线的功能。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的反透射一体化多功能平面空馈阵列天线的无线通信系统。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术采用四层介质板结构的十字振子作为阵列单元，其中单元底端加载双圆环形频率选择表面。利用Vivaldi天线作为阵列的馈源，通过调节阵列上每个十字振子单元的尺寸，使该平面空馈阵列天线能够兼具平面反射阵天线和平面透射阵天线的功能；Vivaldi天线作为该平面空馈阵列天线的馈源、采用四层结构的十字振子作为阵列单元，并且在单元底端加载双圆环形频率选择表面。平面阵列是由不同尺寸的十字振子单元和相同尺寸的双圆环形频率选择表面单元周期性排列而成的，阵列上的各个单元均按照调节十字振子尺寸的方式对各自的相位进行补偿，保证经馈源照射后平面空馈阵列天线能够在阵列的前向或后向形成同相高增益辐射波束。与传统平面空馈阵列天线设计相比，本专利技术的平面空馈阵列天线具有工作频带宽和能够实现阵列辐射方向随频率变化灵活调控的优势。这种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线的提出和设计，有力地推进了平面空馈阵列天线技术的发展和应用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的反透射一体化多功能平面空馈阵列天线结构示意图；图中：(a)整体结构图；(b)阵列结构图。图2是本专利技术实施例提供的反透射一体化多功能平面空馈阵列天线的功能示意图。图3是本专利技术实施例提供的阵列单元的结构示意图；图中：(a)整体侧视图；(b)十字阵子结构图；(c)双圆环形频率选择表面单元结构。图4是本专利技术实施例提供的双圆环频率选择表面的反透射系数随频率的变化示意图；图中：(a)幅值；(b)相位。图5是本专利技术实施例提供的四层介质板结构的十字振子单元的反透射系数随频率的变化情况示意图；图中：(a)幅值；(b)相位。图6是本专利技术实施例提供的底端加载双圆环频率选择表面的十字振子单元的的反透射系数随频率的变化情况示意图；图中：(a)幅值；(b)相位。图7是本专利技术实施例提供的底端加载双圆环频率选择表面的十字振子单元的反透射系数在不同频率处随L的变化情况示意图；图中：(a)幅值；(b)相位。图8是本专利技术实施例提供的Vivaldi天线的平面结构图。图9是本专利技术实施例提供的反透射一体化多功能平面空馈阵列天线在不同频率处的E面辐射方向图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。针对传统平面空馈阵列天线仅能实现单向高增益辐射的不足，本专利技术通过在阵列的底端加载双圆环型频率选择表面单元，并利用其在不同频率的反透射特性，使天线辐射方向随频率变化的灵活调控，有效地在同一款平面空馈阵列天线上集成了平面反射阵天线和平面透射阵天线的功能，实现了平面空馈阵列天线的智能化和功能多样性。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的反透射一体化多功能平面空馈阵列天线包括：Vivaldi天线、阵列单元、双圆环形频率选择表面；Vivaldi天线作为该平面空馈阵列天线的馈源、采用四层结构的十字振子作为阵列单元，并且在单元底端加载双圆环形频率选择表面；平面阵列是由不同尺寸的十字振子单元和相同尺寸的双圆环形频率选择表面单元周期性排列而成的，阵列上的各个单元均按照调节十字振子尺寸的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线，其特征在于，所述反透射一体化多功能平面空馈阵列天线设置有：Vivaldi天线；Vivaldi天线为平面空馈阵列天线的馈源；采用四层结构的十字振子作为阵列单元，并且在阵列单元底端加载双圆环形频率选择表面；平面阵列是由不同尺寸的十字振子单元和相同尺寸的双圆环形频率选择表面单元周期性排列而成，阵列上的各个单元均按照调节十字振子尺寸的方式对各自的相位进行补偿。

【技术特征摘要】
1.一种反透射一体化多功能平面空馈阵列天线，其特征在于，所述反透射一体化多功能平面空馈阵列天线设置有：Vivaldi天线；Vivaldi天线为平面空馈阵列天线的馈源；采用四层结构的十字振子作为阵列单元，并且在阵列单元底端加载双圆环形频率选择表面；平面阵列是由不同尺寸的十字振子单元和相同尺寸的双圆环形频率选择表面单元周期性排列而成，阵列上的各个单元均按照调节十字振子尺寸的方式对各自的相位进行补偿。2.如权利要求1所述的反透射一体化多功能平面空馈阵列天线，其特征在于，所述阵列单元采用四层结构，每层介质板的上表面均敷有金属十字振子，双圆环形频率选择表面单元加载在第四层介质板的底端；金属十字振子是调相单元，通过改变振子长度L的方式可以对单元的电磁波散射相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟显江，朱楠，肖秦琨，陈蕾，董绵绵，崔曼，郭小路，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61