基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线，包括角锥喇叭天线和透射阵列，阵列包括若干个透射单元，每个透射单元均包括介质基板，上层金属贴片和下层金属贴片。金属贴片为方形结构，上面蚀刻扇形缝隙，通过改变扇型缝隙的角度，实现其对相位的调控。此外通过对下层扇形缝隙的镜像，可以获得360

【技术实现步骤摘要】
基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线


[0001]本专利技术属于天线
，特别是一种基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线。

技术介绍

[0002]在现代社会中，随着雷达和卫星通信等技术的快速发展，对高增益天线的需求与日俱增。透镜天线具有增益高，波束控制能力强等优点，但是其曲面结构体积较大，剖面较高，无法满足现代通信应用中系统集成的要求。平面微带阵列天线的剖面低，体积小，增益高，但是其复杂的馈电网络导致其损耗较高，影响了天线的性能。平面透射阵列天线结合了透镜天线和平面微带阵列天线的优点，具有增益高、重量轻、结构简单等优点，近年来受到了广泛的关注。但是平面透射阵列天线也存在带宽窄以及多层结构造成的剖面高等缺点。
[0003]设计透射阵列时一般采用多层结构的单元设计方法，来获得较好的透射幅度和较大的相位范围。2010年，Ryan Colan G等人在论文“A Wideband Transmitarray UsingDual
‑
Resonant Double Square Rings”中提出了一种四层的双方环谐振单元。2014年， Abdelrahman Ahmed等人在论文“High
‑
gain and broadband transmitarray antenna usingtriple
‑
layer spiral dipole elements”中提出一种三层的螺旋偶极子单元。2016年，ZhongXianjiang等人在论文“Design of multiple
‑
polarization transmitarray antenna using rectanglering slot elements”中提出了一种三层的矩形槽透射单元。
[0004]对于上述提出的单元设计，仍然存在一个显著的问题，多层的结构导致阵列的剖面较高，影响天线的安装精度。为了解决这个问题，国内外学者提出了引入金属化通孔的设计方法。2016年，An Wenxing等人在论文中“A double
‑
layer transmitarray antenna usingmalta crosses with vias”提出一种基于单层介质基板的透射单元设计，将两层Malta十字形金属贴片分别印制在介质基板的上下表面，由金属化通孔连接。2018年，ZhongXianjiang和Lei Zhiyong在论文中“Design and implementation of a low profilepolarization
‑
reconfigurable transmitarray with linear polarized feed”提出了一种新型的可重构透射阵列，该透射单元由金属化通孔连接印制在上下两层介质基板上的十字形金属贴片。2019年，Yu Shixing等人在论文“Low
‑
profile transmitarray lens antenna of X
‑
bandwith one layer of substrate and metallic vias”中提出了一种低剖面透射阵列天线，透射单元通过金属化通孔连接印制在单层介质基板上层和下层的正方形分形金属贴片。然而这些加入金属化通孔的低剖面结构，带宽比较窄，并且结构中存在的金属化通孔，增加了结构的复杂度，同时增大了加工难度。
[0005]综上所述，目前已有的设计存在剖面高，带宽窄，加工复杂等问题，因此设计一种透射阵列天线，同时满足低剖面，增益高，宽带和易于加工这些要求是十分必要的，且非常具有挑战性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于极化扭转单元的低剖面，高增益和宽带的透射阵列天线。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线，包括角锥喇叭天线和透射阵列；所述角锥喇叭天线作为馈源，位于透射阵列的正上方；透射阵列包括若干个透射单元，每个透射单元均包括从上至下依次设置的上层金属贴片，介质基板和下层金属贴片；其中上层金属贴片和下层金属贴片分别印制在介质基板的上表面和下表面，上层金属贴片和下层金属贴片为方形结构，且其表面分别蚀刻外半径为R1，内外半径之差为W1，角度为angle的扇形缝隙。
[0008]进一步地，所述扇形缝隙的角度angle可调，用以实现透射单元的线性相位变化，角度angle的变化范围是176
°
到226
°
。
[0009]进一步地，所述扇形缝隙的圆心角位于上层金属贴片的中心，且从上层金属贴片的俯视角度，以其中心为原点建立坐标系，扇形缝隙的圆心角与圆弧中间点的连线始终沿着y轴正方向。
[0010]进一步地，所述上层金属贴片和下层金属贴片的尺寸相同，且两者上的扇形缝隙结构相互垂直，其中下层金属贴片上的扇形缝隙结构是在上层金属贴片扇形缝隙结构的基础上旋转
±
90
°
获得。
[0011]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0012]1)与带有空气层的多层透射阵列天线相比，该天线阵列仅有一层介质基板和两层金属贴片，减少了空气层，有效降低了阵列的剖面高度。
[0013]2)本专利技术与加入金属化通孔的透射阵列天线相比，增加了带宽，简化了单元结构，易于加工。
[0014]3)本专利技术提出的阵列天线的剖面高度为3mm，仅有0.1个自由空间波长，实现了天线的低剖面设计，能有效减小高增益天线在系统中所占空间，有利于系统集成。
[0015]4)本专利技术提出的基于极化扭转的透射单元结构，下层的扇形缝隙结构是在上层扇形缝隙的基础上，逆时针旋转90
°
，得到状态A，可以实现0
°
至180
°
的相位范围；顺时针旋转90
°
，得到状态B，可以实现0
°
至
‑
180
°
的相位范围，因此可获得总共360
°
的移相范围。
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0017]图1为本专利技术基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线示意图。
[0018]图2为本专利技术基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线的透射单元示意图，其中图 2(a)为透射单元的三维示意图，图2(b)为俯视图，图2(c)为底视图。
[0019]图3为本专利技术基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线的透射单元状态A和状态B 示意图，其中图3(a)为透射单元状态A，图3(b)为透射单元状态B。
[0020]图4为本专利技术基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线的透射单元，在设计频率 10GHz处，透射系数和相移随金属贴片上扇形缝隙角度angle变化的曲线图。
[0021]图5为本专利技术基于极化扭转单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线，其特征在于，包括角锥喇叭天线(1)和透射阵列(2)；所述角锥喇叭天线(1)作为馈源，位于透射阵列(2)的正上方；透射阵列(2)包括若干个透射单元(3)，每个透射单元(3)均包括从上至下依次设置的上层金属贴片(5)，介质基板(4)和下层金属贴片(6)；其中上层金属贴片(5)和下层金属贴片(6)分别印制在介质基板(4)的上表面和下表面，上层金属贴片(5)和下层金属贴片(6)为方形结构，且其表面分别蚀刻外半径为R1，内外半径之差为W1，角度为angle的扇形缝隙。2.根据权利要求1所述的基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线，其特征在于，所述扇形缝隙的角度angle可调，用以实现透射单元(3)的线性相位变化，角度angle的变化范围是176
°
到226
°
。3.根据权利要求1或2所述的基于极化扭转单元的低剖面透射阵列天线，其特征在于，所述扇形缝隙的圆心角位于上层金属贴片(5)的中心，且从上层金属贴片(5)的俯视角度，以其中心为原点建立坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭璐，王雨晴，冯文杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：