一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，包括两层基板、上层基板上表面的辐射结构、用来粘合上下层基板的半固化片、下层基板上表面的缝隙耦合馈电结构、下层基板下表面的馈线结构。本发明专利技术采用相控阵天线和反射阵天线的结构复合设计，相控阵天线可以实现

【技术实现步骤摘要】
on Antennas and Propagation,vol.70,no.3,pp.2340
‑
2345,March 2022,doi:10.1109/TAP.2021.3111171.”中，国外学者D.E.Serup等人提出了一种将反射阵天线与定向辐射天线阵列的单元在同一层结构上嵌套的结构，从而使天线可以工作在S频段和Ka频段。在这篇文献中，首先是贴片阵列的设计，之后设计了两种反射阵单元，分别用于低频贴片的嵌套和低频阵列空隙处的填充之中，反射阵单元采用多层结构，一方面使反射阵单元的反射相位得到改善，另一方面，拓展了低频贴片阵列的带宽。但是由于反射阵单元采用的是多层结构，因此仍然未能有效地降低天线的剖面，使得天线的成本提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对以上的背景需求和存在的技术问题，基于结构复用的天线设计方法，结合相控阵列天线理论和反射阵列天线理论，专利技术设计了一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线。在本专利技术中，只采用了一种单层的单元结构，就可以同时实现相控阵和反射阵的天线单元设计，在具备高口径复用率的同时还拥有低剖面的优势。经过仿真优化，相控阵工作频段为7.98
‑
9.93GHz(相对带宽为21.77％)，可以覆盖
±
45
°
的扫描范围，相控阵的有效峰值增益在9GHz时为21.12dBi，与之对应的辐射效率为89.87％；反射阵天线的3dB增益带宽为25.10
‑
30.51GHz(相对带宽为19.46％)，有效峰值增益在28GHz时为31.42dBi，与之对应的辐射效率为54.02％。
[0005]为了实现以上技术目的，本专利技术通过以下的技术方案实现：
[0006]一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，包括两层基板、上层基板上表面的辐射结构、用来粘合上下层基板的半固化片、下层基板上表面的缝隙耦合馈电结构、下层基板下表面的馈线结构。
[0007]进一步地，两层基板的材料为RF 35，介电常数为3.5，上层基板厚度为1.524mm，下层基板厚度为0.508mm。
[0008]进一步地，所述上层基板上表面的辐射结构包括相控阵单元。
[0009]进一步地，所述相控阵单元总数量为9
×
9，相控阵单元采用三角型布阵。
[0010]进一步地，所述相控阵单元由4
×
4个反射阵单元组成。
[0011]进一步地，所述反射阵单元由“回”型的基本结构演变而来，包括外框、内框和中间的空心耶路撒冷环。
[0012]进一步地，所述半固化片的材料为RO4350F，介电常数为3.5，厚度为0.1mm。
[0013]进一步地，所述半固化片有两层。
[0014]进一步地，所述缝隙采用狭长的矩形结构，放置在每一个相控阵单元对称轴的位置。
[0015]进一步地，所述下层基板下表面的馈线结构采用SMA到微带线的过渡结构设计，该过渡结构包括SMA的焊盘、接地金属化过孔、中心的微带线结构，SMA的焊盘包围中心的微带线结构，在焊盘上加工有接地金属化过孔，SMA内导体所连接的焊盘逐渐变宽成为微带馈线，使得从SMA接头进入的能量沿微带线通过耦合缝隙传输至相控阵单元，实现相控阵的工作。
[0016]与已有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0017]1.接近100％的口径复用率和低剖面高度。在本专利技术中，相控阵和反射阵采取了同
一种基本单元，且该基本单元的主要结构只需要一层金属。另外，相控阵天线工作在X波段，反射阵天线工作在Ka波段，覆盖了两个常用的微波毫米波频段。
[0018]2.高辐射增益和辐射效率。反射阵的规模为38
×
38个单元，在28GHz的有效峰值辐射增益为31.42dBi，对应的辐射效率为54.02％；相控阵的规模为9
×
9个单元，实际馈电的为中间7
×
7个单元，在9GHz的有效峰值辐射增益为21.12dBi，对应的辐射效率为89.87％。
[0019]3.宽工作带宽。相控阵单元采用4
×
4的基本单元组成，属于一种超表面的结构，并且成功激励起了该结构的模式；反射阵单元采用“回”字型结构和中心的空心耶路撒冷结构组成，具有良好的频率一致性，也有助于宽工作带宽的形成。经过优化，相控阵工作频段为7.98
‑
9.93GHz(相对带宽为21.77％)，反射阵天线的3dB增益带宽为25.10
‑
30.51GHz(相对带宽为19.46％)。
[0020]4.本专利技术采用相控阵天线和反射阵天线的结构复合设计，相控阵天线可以实现
±
45
°
的扫描范围，反射阵天线采用喇叭天线偏馈，法向辐射的方式，极大的拓展了天线的灵活性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术中结构复用天线阵列基本单元的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术中相控阵单元辐射结构的示意图；
[0023]图3为本专利技术中相控阵单元馈电耦合缝隙的示意图；
[0024]图4为本专利技术中相控阵单元SMA焊盘到微带馈线过渡结构的示意图；
[0025]图5为本专利技术中整体阵面中单元排布方式的示意图；
[0026]图6为本专利技术中整体阵面的结构示意图；
[0027]图7为本专利技术中反射阵单元反射相位随放缩比例的变化曲线图；
[0028]图8为本专利技术中反射阵在28GHz处E面和H面的辐射方向图；
[0029]图9为本专利技术中反射阵峰值辐射增益随频率变化曲线图；
[0030]图10(a)为本专利技术中相控阵扫描角为Theta＝0
°
、Phi＝0
°
时的回波损耗随频率变化的曲线图；
[0031]图10(b)为本专利技术中相控阵扫描角为Theta＝0
°
、Phi＝0
°
时E面和H面的辐射方向图；
[0032]图11(a)为本专利技术中相控阵扫描角为Theta＝45
°
、Phi＝0
°
时的回波损耗随频率变化的曲线图；
[0033]图11(b)为本专利技术中相控阵扫描角为Theta＝45
°
、Phi＝0
°
时E面和H面的辐射方向图；
[0034]图12(a)为本专利技术中相控阵扫描角为Theta＝45
°
、Phi＝90
°
时的回波损耗随频率变化的曲线图；
[0035]图12(b)为本专利技术中相控阵扫描角为Theta＝45
°
、Phi＝90
°
时E面和H面的辐射方向图。
具体实施方式
[0036]本专利技术的目的是实现一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天
线，包括两层基板、上层基板上表面的辐射结构、用来粘合上下层基板的半固化片、下层基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，其特征在于，包括两层基板、上层基板上表面的辐射结构、用来粘合上下层基板的半固化片、下层基板上表面的缝隙耦合馈电结构、下层基板下表面的馈线结构。2.根据权利要求1所述的一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，其特征在于：两层基板的材料为RF 35，介电常数为3.5，上层基板厚度为1.524mm，下层基板厚度为0.508mm。3.根据权利要求1所述的一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，其特征在于：所述上层基板上表面的辐射结构包括相控阵单元。4.根据权利要求3所述的一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，其特征在于：所述相控阵单元总数量为9
×
9，相控阵单元采用三角型布阵。5.根据权利要求4所述的一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，其特征在于：所述相控阵单元由4
×
4个反射阵单元组成。6.根据权利要求5所述的一种基于结构复合表面的相控阵与反射阵共用的低剖面天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏一洪，杨雨蕾，刘皓中，林先其，郝新杰，姚尧，朱忠博，王彩霞，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：