偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线制造技术

偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，属于微波技术领域。包括介质基板、接地板、空气层、馈源和微带开口圆环反射阵列；所述微带开口圆环反射阵列包括n个开口圆环嵌套型单元，n个开口圆环嵌套型单元满足一定关系均匀排列于介质基片上表面并呈一定角度旋转分布，微带开口圆环反射阵面向馈源；每个开口圆环嵌套型单元包含m个半径大小不等的开口圆环嵌套组成；介质基板背面为空气层，空气层背面为接地板。调节微带开口圆环反射阵列天线中的开口圆环嵌套型单元的类型、旋转角度可进行调相、提高增益，达到控制旁瓣和低交叉极化等效果。易于加工制作，成本较低，能够广泛用于5G毫米波通信。米波通信。米波通信。

【技术实现步骤摘要】
偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线


[0001]本专利技术属于微波
，尤其是涉及一种偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线。

技术介绍

[0002]传统的高增益天线主要为以抛物面为阵面的反射面天线和相控微带阵列天线。以抛物面为阵面的反射面天线的优点是整体天线结构简单，带宽大，但体积大，部署困难，转向不易，需配套有复杂的伺服系统且对抛物面的制作工艺要求高，不适用于大规模商用，常用于卫星通讯。而微带阵列天线，其使用的PCB刻蚀法，技术成熟，且可通过移相器对每个阵元单独调节相位和振幅，但存在系统馈电网络结构复杂、毫米波馈电损耗大等缺点。因此，结合上述两种天线的特点，微带反射阵列天线由此而生。其具有抛物面天线的高增益，却无庞大冗杂的系统结构，且在舍去微带阵列天线复杂的馈电网络的同时可通过设计简单的反射单元保持有高准确度的谐振排布，具备波束扫描、多频、多波束赋形等功能。
[0003]从天线的馈源角度出发，圆极化天线有着诸多优良的特性，其一，由于圆极化天线可以发射和接收任意极化的电磁波的特性，所以其可适用电子侦察；其二，圆极化天线有反射波旋向发生反转的特性可有效的应对不同天气状况带来的通讯影响；其三，圆极化天线的极化正交性还可避免电离层由法拉第旋转带来的电磁波极化畸变。基于圆极化天线的优秀特性，其目前已广泛应用于导航系统、雷达通信等诸多领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是在于提供具有高增益、低旁瓣、低交叉极化的性能，能够广泛用于5G毫米波通信的一种偏馈激励多嵌套开口环毫米波(38GHz)微带反射阵列天线。
[0005]本专利技术包括介质基板、接地板、空气层、馈源和微带开口圆环反射阵列；所述微带开口圆环反射阵列包括n个开口圆环嵌套型单元，n个开口圆环嵌套型单元满足一定关系均匀排列于介质基片上表面并呈一定角度旋转分布，微带开口圆环反射阵面向馈源；每个开口圆环嵌套型单元包含m个半径大小不等的开口圆环嵌套组成；介质基板背面为空气层，空气层背面为接地板。
[0006]不同阶次的开口圆环嵌套型单元的尺寸和排布遵循一定规律；通过控制开口圆环嵌套型单元沿每个开口圆环自身中心逆时针旋转的角度实现反射相位延迟，依据口径场叠加法由相位分布得出所需补偿相位随后根据开口圆环嵌套型单元相移曲线得到对应的开口圆环嵌套型单元旋转角度使每个开口圆环嵌套型单元呈一定角度旋转型分布；开口圆环嵌套型单元由m个半径大小不等的开口圆环相接嵌套而成，开口圆环嵌套型单元可通过调整开口圆环的数量和嵌套相接的位置，按2、3、4
…
逐阶延伸，根据下阶比上阶多一个半径更小的开口圆环且与次之小的开口圆环相接嵌套组成。
[0007]所述介质基板层采用高性能低耗毫米波介质基板，所述介质基板的介电常数可为
2.2～6.0，介质基板的轮廓为圆形，介质基板厚度为h＝0.3～0.7mm；所述开口圆环嵌套型单元的外形轮廓为正方形，正方形轮廓边长P＝3～6mm；所述空气层的厚度为ha＝0.5～1.5mm。
[0008]所述馈源使用圆锥型波纹喇叭天线做偏馈激励，波束方向偏离垂直方向一定角度指向微带开口圆环阵列天线，偏馈角度为0～40
°
，微带开口圆环反射阵列出射波束的目标偏出角度为Theta＝15
°
、Phi＝180
°
，所述圆锥型波纹喇叭天线馈源与阵列反射面之间的距离为30～50mm。
[0009]所述开口圆环嵌套型单元结构采用覆铜技术刻蚀在介质基板一面，覆铜厚度为0.03～0.12mm。
[0010]所述m个半径大小不等的开口圆环对应内径由大到小分别为r1～rm，m的取值范围m＝2～8；开口圆环的宽度相同均为w，w的取值范围0.05～0.1mm；当微带开口圆环反射阵列天线单元阶次为m时，m个圆环的初始开口位置均为从水平正向向上偏移一定角进行开口且m个圆环的内径的初始切点均位于(r1,0)，最大的开口圆环的圆心在坐标原点，内径为r1，外径为r1+w，圆环角度为a1；第二大开口圆环的圆心以(r1
‑
r2,0)为起点绕原点逆时针旋转ra2后得到，即圆心为((r1
‑
r2)*cos(ra2),(r1
‑
r2)*sin(ra2))，内径为r2，外径为r2+w，圆环角度为a2，再以自身为中心逆时针旋转ras2；第三大开口圆环的圆心以(r1
‑
r3,0)为起点先绕原点逆时针旋转ra2，再绕第二大开口圆环的圆心逆时针旋转ra3后得到，即圆心为((r1
‑
r2)*cos(ra2)+(r2
‑
r3)*cos(ra2+ra3),(r1
‑
r2)*sin(ra2)
‑
(r2
‑
r3)*sin(ra2+ra3))，内径为r3，外径为r3+w，圆环角度为a3，再以自身为中心逆时针旋转ras3；依次类推，第k大开口圆环的圆心以(r1
‑
rk,0)为起点先绕原点逆时针旋转ra2，再绕第二大开口圆环的圆心逆时针旋转ra3，绕第三大开口圆环的圆心逆时针旋转ra4
……
绕第k
‑
1大开口圆环的圆心逆时针旋转rak后得到，即圆心为((r1
‑
r2)*cos(ra2)+(r2
‑
r3)*cos(ra2+ra3)+
…
+((r(k
‑
1)
‑
rk)*cos(ra2+ra3+
…
+rak),(r1
‑
r2)*sin(ra2)
‑
(r2
‑
r3)*sin(ra2+ra3)
‑…‑
((r(k
‑
1)
‑
rk)*sin(ra2+ra3+
…
+rak))，内径为rk，外径为rk+w，圆环角度为ak，再以自身为中心逆时针旋转rask；开口圆环的角度ak均相等，即开口大小相等，取值范围为340
°
～350
°
；rak、rask为变量，取值范围为0～360
°
，m取值不同时，rak、rask取值不同，会造成相邻开口圆环的嵌套位置和相对开口位置不同，而它们的值由开口圆环嵌套型单元随不同角度值的组合变化得到的反射特性决定，从中选取反射损耗最小且反射幅值最大的角度值组合，因此当m取值不同时，开口圆环的嵌套相接位置和相对开口位置也有所不同。
[0011]所述微带开口圆环反射阵列天线不同阶次的基本开口圆环嵌套型单元半径之间满足优化的比率；当微带开口圆环反射阵列天线单元阶次为m时，基本开口圆环嵌套型单元的结构的按半径从大到小的第k大圆环的半径rk＝r1*p
k
‑1，其中优化比率p＝0.3～0.7，可用于调整工作频率，k＝2～m，半径基数r1＝1.2～1.8mm；当半径基数r1取最大值，每个圆环半径优化比率p取最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于包括介质基板、接地板、空气层、馈源和微带开口圆环反射阵列；所述微带开口圆环反射阵列包括n个开口圆环嵌套型单元，n个开口圆环嵌套型单元满足一定关系均匀排列于介质基片上表面并呈一定角度旋转分布，微带开口圆环反射阵面向馈源；每个开口圆环嵌套型单元包含m个半径大小不等的开口圆环嵌套组成；介质基板背面为空气层，空气层背面为接地板。2.如权利要求1所述偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于通过控制所述开口圆环嵌套型单元沿每个开口圆环自身中心逆时针旋转的角度实现反射相位延迟，依据口径场叠加法由相位分布得出所需补偿相位随后根据开口圆环嵌套型单元相移曲线得到对应的开口圆环嵌套型单元旋转角度使每个开口圆环嵌套型单元呈一定角度旋转型分布。3.如权利要求1所述偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于所述开口圆环嵌套型单元由m个半径大小不等的开口圆环相接嵌套而成，开口圆环嵌套型单元通过调整开口圆环的数量、嵌套相接的位置，按2、3、4
…
逐阶延伸，根据下阶比上阶多一个半径更小的开口圆环且与次之小的开口圆环相接嵌套组成。4.如权利要求1所述偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于所述介质基板采用高性能低耗毫米波介质基板，所述介质基板的介电常数为2.2～6.0，介质基板的轮廓为圆形，介质基板厚度为h＝0.3～0.7mm；所述开口圆环嵌套型单元的外形轮廓为正方形，正方形轮廓边长P＝3～6mm；所述空气层的厚度为ha＝0.5～1.5mm。5.如权利要求1所述偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于所述馈源使用圆锥型波纹喇叭天线做偏馈激励，波束方向偏离垂直方向一定角度指向微带开口圆环阵列天线，偏馈角度为0～40
°
，微带开口圆环反射阵列出射波束的目标偏出角度为Theta＝15
°
、Phi＝180
°
，所述圆锥型波纹喇叭天线馈源与阵列反射面之间的距离为30～50mm。6.如权利要求1所述偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于所述开口圆环嵌套型单元采用覆铜技术刻蚀在介质基板一面，覆铜厚度为0.03～0.12mm。7.如权利要求1所述偏馈激励多嵌套开口环毫米波微带反射阵列天线，其特征在于所述m个半径大小不等的开口圆环对应内径由大到小分别为r1～rm，m的取值范围m＝2～8；开口圆环的宽度相同均为w，w的取值范围0.05～0.1mm；当微带开口圆环反射阵列天线单元阶次为m时，m个圆环的初始开口位置均为从水平正向向上偏移一定角进行开口且m个圆环的内径初始切点均位于(r1,0)，最大的开口圆环的圆心在坐标原点，内径为r1，外径为r1+w，圆环角度为a1；第二大开口圆环的圆心以(r1
‑
r2,0)为起点绕原点逆时针旋转ra2后得到，即圆心((r1
‑
r2)*cos(ra2),(r1
‑
r2)*sin(ra2))，内径为r2，外径为r2+w，圆环角度为a2，再以自身为中心逆时针旋转ras2；第三大开口圆环的圆心以(r1
‑
r3,0)为起点先绕原点逆时针旋转ra2，再绕第二大开口圆环的圆心逆时针旋转ra3后得到，即圆心((r1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：游佰强，许爱睿，游京霖，陈柏屹，李伟文，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：