宽带圆极化折叠传输阵天线制造技术

本发明专利技术提供了一种宽带圆极化折叠传输阵天线，主要解决现有技术中带宽较窄的问题。其包括位于上方的宽频带传输阵面(1)及位于阵面下方的馈源(2)和极化旋转表面(3)。该传输阵面由多个周期性排布的传输阵天线单元(11)组成，每个单元的上下层传输贴片通过金属化通孔连接，贴片上均设有两个大小不同、开口方向相反的缝隙结构，且下层贴片缝隙开口方向与馈源极化方向垂直。该极化旋转表面由多个结构相同的极化旋转单元(31)组成，每一个极化旋转贴片由关于中心对称的两个圆弧形条带和连接圆弧的矩形条带构成，以实现X极化波与Y极化波的相互转化。本发明专利技术拓宽了天线工作带宽，提高了天线的口径效率，可用于天文探测和卫可星通信。可用于天文探测和卫可星通信。可用于天文探测和卫可星通信。

【技术实现步骤摘要】
宽带圆极化折叠传输阵天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体涉及一种传输阵天线，用于天文探测和卫可星通信。

技术介绍

[0002]随着卫星、雷达、航天等领域的快速发展，通讯设备对天线的性能提出越来越严格的要求，例如要求天线高增益、宽频带、低剖面等。相控阵天线作为目前通信系统中应用最为广泛的一种天线，已经在民用和军用领域发挥了极大的作用。但是在远距离通信中，为实现高增益特性，往往需要使用庞大数目的阵列单元，从而增加了天线系统的物理尺寸，同时大量的移相器控制电路和复杂的馈电网络增加了设计的复杂性和制造成本。
[0003]传输阵列天线是一种结合透镜天线和阵列天线的一种新型天线，传输阵天线由馈源天线和传输阵列平面组成。馈源被放置在传输阵平面的焦点位置，通过改变阵列单元来调节传输相位，从而补偿入射波到每个单元上的相位延迟，实现高增益等所需的辐射特性。与反射阵天线相比，传输阵天线的馈源与出射波束分布在阵面的两侧，馈源对出射波束没有遮挡，拥有明显的优势。相比于普通传输阵天线，折叠式传输阵天线结合看极化扭转反射面和具有极化选择性的传输阵列，可以将天线剖面高度降低为焦距的三分之一。
[0004]在实际的通讯系统中，圆极化天线由于具有旋向正交性，能够接收到任意极化方向的线极化波，而得到了更为广泛的应用。而圆极化传输阵天线通常有两种实现方式，第一种是对圆极化馈源入射波进行调控，通过改变传输阵单元的旋转角度实现相位调节；第二种是对线极化馈源入射波进行调控，通过线
‑
圆极化转换单元，得到圆极化波，此类结构大部分通过旋转阵列单元实现相位调节。
[0005]虽然折叠式圆极化传输阵天线具有上述诸多优点，但是工作带宽较窄是此类天线的普遍问题，这主要是传输阵单元特性决定的。目前大多数的圆极化传输阵，采用线极化馈源，通过线
‑
圆极化转换单元，得到圆极化波。此类圆极化传输单元工作带宽窄，传输性能不佳导致传输阵天线工作带宽窄，口径效率低。
[0006]例如J.Yang,S.T.Chen,M.Chen,J.C.Ke,M.Z.Chen,C.Zhang,R.Yang,X.Li,Q.Cheng,and T.J.Cui,在IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.69,no.2,pp.806
‑
814,Feb.2021.期刊上发表的论文"Folded transmitarray antenna with circular polarization based on metasurface"中提出了一种基于极化扭转超表面的低剖面圆极化传输阵天线。该传输阵单元结构包括顶层的圆极化贴片、中间层的金属地板和底层的线极化贴片，顶层和底层贴片通过一个金属化通孔连接。通过对17
×
17个单元的阵列测试，其最大口径效率为21.8％，3dB轴比带宽为23.2％，3dB增益带宽为11.6％，与宽带天线相比，该天线的轴比带宽与增益带宽均较窄，导致传输信息容量较小，使得天线的应用场景受到限制。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种宽带圆极化折叠传输阵天线，以在保证具有较高口径效率的前提下，有效拓宽圆极化折叠传输阵天线的工作带宽，提高传输信息容量。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种宽带圆极化折叠传输阵天线，包括宽频带传输阵面1、馈源2和极化旋转表面3，该阵面位于馈源2和极化旋转表面3的上部，其特征在于：
[0010]所述宽频带传输阵面1，由M
×
N个周期性排布的传输阵天线单元11组成，该单元包括两层介质基板111和112，该第一介质基板的上表面印制有第一宽频带传输贴片113，该第二介质基板的上下表面分别印制有金属表面114和第二宽频带传输贴片115；这两个频带传输贴片113，115上均设有两个大小不同、方向相差180
°
的“冂”型缝隙结构116和117，且第一宽频带传输贴片113围绕其中心旋转不同的角度，第二宽频带传输贴片115始终保持“冂”型缝隙开口方向与馈源2的极化方向垂直；
[0011]极化旋转表面3，由P
×
Q个结构相同的极化旋转单元31组成，用于实现X极化波与Y极化波的相互转化，该单元结构包括第三介质基板311、下表面地板312和上表面极化旋转贴片313；极化旋转贴片313由关于中心对称的两个的圆弧形条带和连接圆弧的矩形条带构成，该矩形条带的长边与第三介质基板311的边缘形成45
°
夹角。
[0012]进一步，所述第一介质板111和第二介质板112通过粘合层118粘合在一起，并通过金属化过孔119将这两个贴片相连。
[0013]进一步，所述金属表面114中心设有圆形孔1110，以避免该金属表面与金属化过孔119接触。
[0014]进一步，所述每个宽频带传输贴片上设置的两个“冂”型缝隙结构116和117嵌套为一体，且外圈“冂”型缝隙结构116与内圈“冂”型缝隙结构117的开口方向相反。
[0015]进一步，所述馈源2为线极化角锥喇叭天线，位于极化旋转表面3的中心
[0016]进一步，所述极化旋转表面3，其与顶部阵面1的距离为该阵面焦距的三分之一，且中心设有与馈源2口径大小相同的通孔4。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0018]1.本专利技术由于在传输阵天线单元的上下两层传输贴片上设有“冂”型缝隙嵌套结构，极大拓展了工作带宽，仿真结果表明，该传输阵天线单元在入射波倾角从0度变化至45的情况下，能在9
‑
14GHz范围内始终能保持良好的传输幅度，且在10
‑
14GHz的范围内，传输幅度大于
‑
2dB；
[0019]2.本专利技术由于第二宽频带传输贴片始终保持“冂”型缝隙开口方向与馈源的极化方向垂直，实现了理想的极化选择性，可以反射来自馈源的X极化波并传输与之正交的Y极化波，充当了极化栅的作用。
[0020]3.本专利技术极化旋转单元由于采用关于中心对称的两个的圆弧形条带和连接圆弧的矩形条带结构，可在10
‑
14GHz的范围内，使得X极化的入射波几乎可全部转化为Y极化的反射波，该特性与第二传输贴片组成的阵面配合，能在保证天线带宽和效率的同时，有效降低传输阵天线的剖面高度。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术中圆极化传输阵单元的结构示意图；
[0023]图3为本专利技术中极化旋转面单元的结构示意图；
[0024]图4为本专利技术中传输阵单元在X极化波和Y极化波垂直入射下的传输与反射系数仿真图；
[0025]图5为本专利技术中传输阵单元在Y极化波斜入射下的传输系数仿真图；
[0026]图6为本专利技术中极化旋转单元在X极化波入射下的反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带圆极化折叠传输阵天线，包括宽频带传输阵面(1)、馈源(2)和极化旋转表面(3)，该阵面位于馈源(2)和极化旋转表面(3)的上部，其特征在于：所述宽频带传输阵面(1)，由M
×
N个周期性排布的传输阵天线单元(11)组成，该单元包括两层介质基板(111)和(112)，该第一介质基板的上表面印制有第一宽频带传输贴片(113)，该第二介质基板的上下表面分别印制有金属表面(114)和第二宽频带传输贴片(115)；这两个频带传输贴片(113，115)上均设有两个大小不同、方向相差180
°
的“冂”型缝隙结构(116)和(117)，且第一宽频带传输贴片(113)围绕其中心旋转不同的角度，第二宽频带传输贴片(115)始终保持“冂”型缝隙开口方向与馈源(2)的极化方向垂直；极化旋转表面(3)，由P
×
Q个结构相同的极化旋转单元(31)组成，用于实现X极化波与Y极化波的相互转化，该单元结构包括第三介质基板(311)、下表面地板(312)和上表面极化旋转贴片(313)；极化旋转贴片(313)由关于中心对称的两个的圆弧形条带和连接圆弧的矩形条带构成，该矩形条带的长边与第三介质基板(311)的边缘形成45
°
夹角。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钢，李小虎，张铮，问馨允，黎祝伸，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：