一种全金属结构高增益反射阵天线制造技术

一种全金属结构高增益反射阵天线，包括馈源，反射阵阵列和天线支撑结构，馈源用于发射和接收电磁波；反射阵阵列包含若干个调相单元，用于将馈源发出的球面波转换为平面波，或者将接收的平面波汇聚到馈源；调相单元采用全金属的六面体结构，六面体结构上设置有凹槽，天线支撑结构与馈源和反射阵阵列相连，用于确定二者的相对位置。本发明专利技术在全金属结构下实现了高增益，并优化了单元反射相位的线性度，改善了单元带宽，从而解决传统微带贴片反射阵单元增益带宽不足的问题；同时，本发明专利技术天线可通过3D金属打印实现，有效降低加工成本。有效降低加工成本。有效降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种全金属结构高增益反射阵天线


[0001]本专利技术属于天线工程
，特别涉及一种全金属结构高增益反射阵天线。

技术介绍

[0002]随着雷达目标检测、卫星通信以及深空探测的飞速发展，高增益天线在现在通信领域的作用愈发重要。与传统的高增益天线相比，平面微带反射阵天线具有结构简单，易于加工的优势，可以实现灵活的广角电控波束扫描特性，具有十分广阔的发展前景。但微带反射阵天线存在一个显著缺点，即其窄带特性。微带反射阵通过引入空气层增加介质厚度或降低介质的等效介电常数，可以提高工作带宽，但系统结构的稳定性较低，制造精度要求较高，此外导体损耗和介质损耗也限制了其在毫米波和太赫兹频段的应用。因此有必要提出一种适用于毫米波频段的高增益反射阵天线。
[0003]目前毫米波频段反射阵设计方案主要有两类：第一类基于介质材料，采用包括介质谐振单元、介质开孔单元、柱型介质单元。介质谐振单元对于装配精度有着较高要求；介质开孔单元需要多层介质以实现孔径和深度的调节；柱形结构中材料的介电常数和损耗对设计增加了不确定性。第二类基于金属材料，包括纯金属的开槽结构和金属块结构。开槽结构通过移除传统微带反射阵结构中介质板，减小了介质影响，但空气层的引入使得结构的稳定性降低；金属块结构通过调节单元高度可以实现反射相位调节。在已有文献中金属反射阵虽然可以实现高增益，但是带宽问题还有待改善。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种全金属结构高增益反射阵天线，在全金属结构下实现了高增益，并优化了单元反射相位的线性度，改善了单元带宽，从而解决传统微带贴片反射阵单元增益带宽不足的问题；同时，本专利技术天线可通过3D金属打印实现，有效降低加工成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种全金属结构高增益反射阵天线，其特征在于，包括：
[0007]馈源，所述馈源用于发射和接收电磁波；
[0008]反射阵阵列，所述反射阵阵列包含若干个调相单元，用于将馈源发出的球面波转换为平面波，或者将接收的平面波汇聚到馈源；所述调相单元采用全金属的六面体结构，单元周期为P；所述六面体结构上设置有凹槽，所述凹槽的纵向长度与周期P相同，所述凹槽由相互连接的两部分组成，第一部分的横向宽度为w1，深度为h1，第二部分的横向宽度为w2，深度为h2，第一部分位于第二部分的下方，w1＜w2，h1+h2＜h，h为六面体结构也即调相单元的高度；所述凹槽关于六面体结构的高度方向中轴线对称，
[0009]天线支撑结构，所述天线支撑结构与所述馈源和所述反射阵阵列相连，用于确定二者的相对位置。
[0010]在一个实施例中，各所述调相单元具有相同的高度h，单元周期P略小于中心频率
的半波长，凹槽的深度和宽度可调，用于实现反射相位360度的线性变化。
[0011]在一个实施例中，所述凹槽的总深度从3.8mm变化到5.6mm，调相单元反射相位实现了360度的相位变化，凹槽宽度在1.1mm～2.1mm之间，用于实现宽带内的线性相位。
[0012]在一个实施例中，P＝0.44λ，λ为设计的中心频率对应的自由空间波长。
[0013]在一个实施例中，所述调相单元采用纯金属材料打印，单元均匀排布，构成m
×
n的阵列。
[0014]在一个实施例中，所述反射阵天线由馈源、反射阵阵列和天线支撑结构构成。
[0015]在一个实施例中，所述馈源采用标准增益喇叭形式，极化方式为线极化，馈电采用偏馈方式。
[0016]在一个实施例中，所述反射阵天线工作在Ka频段，所述馈源的3dB波瓣宽度为14度，反射阵天线的焦径在2～3之间，其相位中心与反射阵阵面中心距离为160mm～240mm，所述馈源的馈电方式采用偏馈方式。
[0017]在一个实施例中，所述凹槽的深度(h1、h2)和宽度(w1、w2)，由所述反射阵阵列与馈源的距离、调相单元在反射阵阵列的相对位置、及平面波的波束方向计算确定。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1)本专利技术通过改变调相单元凹槽的深度，可以实现相位调控，且相位变化范围超过360度，改变凹槽的宽度，可以获得更宽频带内的线性相位变化，从而实现了宽带调相，显著改善了单元性能。
[0020]2)本专利技术通过改变凹槽深度和宽度实现阵列相位补偿，调相单元具有相同的高度h，规避了相邻单元间尺寸突变问题，保证相位补偿的准确性。
[0021]3)本专利技术的调相单元主体为六面体纯金属结构，可采用3D金属打印工艺制造，从而有效降低加工成本和交付周期。
[0022]4)本专利技术与传统的微带反射阵天线相比，能够实现增益带宽和口径效率的显著提高，且在工作频段内具有良好的辐射特性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的全金属结构高增益反射阵天线的示意图。
[0024]图2为本专利技术的全金属结构高增益反射阵单元的结构示意图。
[0025]图3为本专利技术的全金属结构高增益反射阵单元的侧视图。
[0026]图4为本专利技术的全金属结构高增益反射阵单元的反射相位曲线图。
[0027]图5为本专利技术的全金属结构高增益反射阵阵列的整体结构示意图。
[0028]图6为本专利技术的全金属结构高增益反射阵阵列的局部放大视图。
[0029]图7为本专利技术的全金属结构高增益反射阵中心频率33GHz的仿真和测试的E面方向图。
[0030]图8为本专利技术的全金属结构高增益反射阵阵列中心频率33GHz的仿真和测试的H面方向图。
[0031]图9为本专利技术的全金属结构高增益反射阵阵列不同频率下的仿真和测试的E面、H面方向图。
[0032]图10为本专利技术的全金属结构高增益反射阵阵列的增益及口面效率仿真和测试结
果。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0034]参考图1，本专利技术提供了一种全金属结构高增益反射阵天线，包括馈源1、反射阵阵列2和天线支撑结构3，也可仅由馈源1、反射阵阵列2和天线支撑结构3组成。在功能上，馈源1用于发射和接收电磁波；反射阵阵列2用于将馈源1发出的球面波转换为平面波，或者将接收的平面波汇聚到馈源1；天线支撑结构3是连接馈源1和反射阵阵列2的机械结构，其作用是调整并确定二者的相对距离与位置，从而确保反射阵阵列2实现其转换或汇聚功能。
[0035]在本专利技术的实施例中，反射阵列2包括若干个调相单元4，调相单元4采用全金属的六面体结构，单元周期为P。在六面体结构上设置有凹槽5，各凹槽5具有相同的纵向尺寸，示例地，其纵向长度与周期P相同。凹槽5由相互连接的两部分组成，第一部分的横向宽度为w1，深度为h1，第二部分的横向宽度为w2，深度为h2，第一部分位于第二部分的下方，w1＜w2，h1+h2＜h，h为六面体结构也即调相单元4的高度。示例地，凹槽5关于六面体结构的高度方向中轴线对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全金属结构高增益反射阵天线，其特征在于，包括：馈源(1)，所述馈源(1)用于发射和接收电磁波；反射阵阵列(2)，所述反射阵阵列(2)包含若干个调相单元(4)，用于将馈源(1)发出的球面波转换为平面波，或者将接收的平面波汇聚到馈源(1)；所述调相单元(4)采用全金属的六面体结构，单元周期为P；所述六面体结构上设置有凹槽(5)，所述凹槽(5)的纵向长度与周期P相同，所述凹槽(5)由相互连接的两部分组成，第一部分的横向宽度为w1，深度为h1，第二部分的横向宽度为w2，深度为h2，第一部分位于第二部分的下方，w1＜w2，h1+h2＜h，h为六面体结构也即调相单元(4)的高度；所述凹槽(5)关于六面体结构的高度方向中轴线对称；天线支撑结构(3)，所述天线支撑结构(3)与所述馈源(1)和所述反射阵阵列(2)相连，用于确定二者的相对位置。2.根据权利要求1所述全金属结构高增益反射阵天线，其特征在于，各所述调相单元(4)具有相同的高度h，单元周期P略小于中心频率的半波长，凹槽(5)的深度和宽度可调，用于实现反射相位360度的线性变化。3.根据权利要求2所述全金属结构高增益反射阵天线，其特征在于，所述凹槽(5)的总深度从3.8mm变化到5.6mm，调相单元(4)反射相位实现了360度的相位变化，凹槽宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓长江，曹晓伟，尹佑甲，郝轶楠，孙厚军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：