一种微带反射阵天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种微带反射阵天线及其设计方法，包括馈源和经支架与馈源相对设置的平面反射阵天线，平面反射天线为用于实现15％的驻波带宽、满足双极化的工作特性、且能在45

【技术实现步骤摘要】
一种微带反射阵天线及其设计方法


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种微带反射阵天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]微带反射阵天线由馈源天线和超表面两部分够成，它集成了反射面天线与阵列天线的优势，在卫星通信系统、雷达系统中应用十分广泛，其工作频段也由微波段拓展至太赫兹频段，同时，由于反射阵天线强大的波束控制特性，天线工程师已研制出了不同功能的反射阵天线，如双频高增益天线、双极化反射阵天线、圆极化反射阵天线、双线极化可调反射阵天线、X波段超宽带天线，波束扫描天线以及多波束高增益天线等。
[0003]在微带反射阵天线设计中，缺少对于超表面单元的宽带、斜角度稳定性和双极化工作以及馈源对于平面反射阵天线增益与口径效率的影响等研究。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种微带反射阵天线及其设计方法，通过基于仿真分析的基础上的设计，得到的样品具有优异的口径效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种微带反射阵天线，包括馈源和经支架与馈源相对设置的平面反射阵天线，平面反射天线为用于实现15％的驻波带宽、满足双极化的工作特性、且能在45
°
斜角度下稳定工作以及不小于30％的口径效率的单层贴片通过缝隙耦合到背面微带线进行移相的单元结构。
[0006]优选的，单元结构包括由上到下依次经PP层粘合的第一介质层、第一辐射贴片层、第二介质层、第一缝隙耦合层、第三介质层、带状线馈线层、第四介质层、地板层、第五介质层和微带移相层；/>[0007]第一介质层，用于使得馈源在斜角度入射下能更好的与单元结构匹配，拓展带宽，并且保护第一辐射贴片层；
[0008]第一辐射贴片层，用于接收馈源发出的电磁波和经过移相后再往外辐射电磁波；
[0009]第二介质层，用于拓展缝隙耦合的带宽；
[0010]第三介质层，用于双线极化与带状线进行耦合；
[0011]第四介质层，用于隔离带状线馈线层和地板层；
[0012]第五介质层，用于通过加载不同长度的微带线来达到移相的作用。
[0013]优选的，第一介质层采用厚度为h1的Tacnoic RF
‑
35A2，其介电常数为3.5，损耗角正切为0.0018；
[0014]边长为p的第一辐射贴片层上贴附有边长l的单层方形贴片；
[0015]第二介质层采用厚度为h2的F4B
‑
M220，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0007；
[0016]第一缝隙耦合层上开设有正交布置的两个第一工字型缝隙，用于双线极化与带状线馈线层进行耦合，第一工字型缝隙的中间段长度为g_l，第一工字型缝隙两端矩形的长度为b_l、宽度为b_w；
[0017]第三介质层采用厚度为h3的Tacnoic RF
‑
35A2；
[0018]带状线馈线层上设置有正交布置的两个带状线，带状线的长度为c_l、宽度为c_w；
[0019]第四介质层采用厚度为h4的F4B
‑
M220；
[0020]第五介质层的厚度为h5；
[0021]微带移相层上设置有正交布置的两个微带延迟线，微带延迟线的长度为m_l、宽度为m_w；
[0022]PP层采用介电常数接近第一辐射贴片层的介电常数以及微带移相层的介电常数的罗杰斯4450半固化片，其介电常数为3.52。
[0023]优选的，第一缝隙耦合层、第三介质层、带状线馈线层、第四介质层、地板层、第五介质层和微带移相层上均对应设置有第一金属化通孔，用于减小阵元之间的耦合；
[0024]带状线馈线层上围绕第一金属化通孔的位置以及微带移相层上围绕第一金属化通孔的位置均开设有多个呈矩阵布置的第二金属化通孔，用于导通以及抑制腔模的产生。
[0025]优选的，由第四介质层、地板层、第五介质层组成的转接结构用于隔开带状线馈线层和微带移相层；
[0026]转接结构在9～18GHz范围内，其传输系数的模值不小于
‑
0.5dB，同时转接结构的反射系数模值均小于
‑
15dB；在工作频段的12.5～14.5GHz的频率范围内，传输系数的模值大于
‑
0.3dB，反射系数的模值均小于
‑
15dB。
[0027]优选的，馈源为工作频段为12.5
‑
14.5GHz的微带四元阵天线，微带的四元阵天线包括由上到下依次设置的第二辐射贴片层、第六介质层、第七介质层、第二缝隙耦合层、第八介质层和馈电层；
[0028]边长为a的第二辐射贴片层上贴附有呈矩形阵列布置的多个边长均为p
l
的单层方形贴片；
[0029]第二缝隙耦合层上开设有呈阵列布置的第二工字型缝隙，用于增大第二辐射贴片层和馈电层之间的耦合，从而增大带宽；
[0030]第二工字型缝隙的中间段长度为g
l
、宽度为g
w
，第二工字型缝隙两端矩形的长度为b
l
、宽度为b
w
；
[0031]馈电层采用T字形的功分器，T字形的功分器包括分别与第二缝隙耦合层和SMA头连接的输入段和输出段以及连接于输入端和输出段之间的λ/4阻抗变换段；输入段和输出段的微带阻抗均为50Ω，其微带线宽度为1.7mm；λ/4阻抗变换段的微带线宽度为0.9mm；
[0032]第六介质层采用厚度为h
p
的F4B
‑
M220；
[0033]第八介质层采用厚度为h
m
的Tacnoic RF
‑
35A2；
[0034]第七介质层为厚度为h
air
的空气层或者PMI泡沫层。
[0035]优选的，馈源为喇叭天线，喇叭天线包括依次连接的矩形波导和圆形渐变，矩形波导上连接有50Ω的SMA头，50Ω的SMA头的探针顶处设置有终端开路的金属圆盘；
[0036]喇叭天线的总体长度为137mm；
[0037]矩形波导的长宽分别为22.1mm和13.2mm；
[0038]圆形渐变的最大的口径为35mm；
[0039]50Ω的SMA头的内外半径分别为1.27mm和4.1mm，其与金属圆盘之间填充有聚四氟乙烯。
[0040]一种微带反射阵天线的设计方法，包括以下步骤：
[0041]S1、设计单元结构，使其实现15％的驻波带宽、满足双极化的工作特性、且能在45
°
斜角度下稳定工作以及不小于30％的口径效率；
[0042]S2、设计馈源，选取微带四元阵天线或者喇叭天线作为馈源，并其大小为120
×
120mm2，焦径比为0.8，工作频段内其3dB波束宽度都在40～50
°
之间；
[0043]S3、预估天线口径效率：根据步骤S1设计的单元结构及步骤S2设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微带反射阵天线，包括馈源和经支架与馈源相对设置的平面反射阵天线，其特征在于：平面反射天线为用于实现15％的驻波带宽、满足双极化的工作特性、且能在45
°
斜角度下稳定工作以及不小于30％的口径效率的单层贴片通过缝隙耦合到背面微带线进行移相的单元结构。2.根据权利要求1所述的一种微带反射阵天线，其特征在于：单元结构包括由上到下依次经PP层粘合的第一介质层、第一辐射贴片层、第二介质层、第一缝隙耦合层、第三介质层、带状线馈线层、第四介质层、地板层、第五介质层和微带移相层；第一介质层，用于使得馈源在斜角度入射下能更好的与单元结构匹配，拓展带宽，并且保护第一辐射贴片层；第一辐射贴片层，用于接收馈源发出的电磁波和经过移相后再往外辐射电磁波；第二介质层，用于拓展缝隙耦合的带宽；第三介质层，用于双线极化与带状线进行耦合；第四介质层，用于隔离带状线馈线层和地板层；第五介质层，用于通过加载不同长度的微带线来达到移相的作用。3.根据权利要求2所述的一种微带反射阵天线，其特征在于：第一介质层采用厚度为h1的TacnoicRF
‑
35A2，其介电常数为3.5，损耗角正切为0.0018；边长为p的第一辐射贴片层上贴附有边长l的单层方形贴片；第二介质层采用厚度为h2的F4B
‑
M220，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0007；第一缝隙耦合层上开设有正交布置的两个第一工字型缝隙，用于双线极化与带状线馈线层进行耦合，第一工字型缝隙的中间段长度为g_l，第一工字型缝隙两端矩形的长度为b_l、宽度为b_w；第三介质层采用厚度为h3的TacnoicRF
‑
35A2；带状线馈线层上设置有正交布置的两个带状线，带状线的长度为c_l、宽度为c_w；第四介质层采用厚度为h4的F4B
‑
M220；第五介质层的厚度为h5；微带移相层上设置有正交布置的两个微带延迟线，微带延迟线的长度为m_l、宽度为m_w；PP层采用介电常数接近第一辐射贴片层的介电常数以及微带移相层的介电常数的罗杰斯4450半固化片，其介电常数为3.52。4.根据权利要求3所述的一种微带反射阵天线，其特征在于：第一缝隙耦合层、第三介质层、带状线馈线层、第四介质层、地板层、第五介质层和微带移相层上均对应设置有第一金属化通孔，用于减小阵元之间的耦合；带状线馈线层上围绕第一金属化通孔的位置以及微带移相层上围绕第一金属化通孔的位置均开设有多个呈矩阵布置的第二金属化通孔，用于导通以及抑制腔模的产生。5.根据权利要求2所述的一种微带反射阵天线，其特征在于：由第四介质层、地板层、第五介质层组成的转接结构用于隔开带状线馈线层和微带移相层；转接结构在9～18GHz范围内，其传输系数的模值不小于
‑
0.5dB，同时转接结构的反射系数模值均小于
‑
15dB；在工作频段的12.5～14.5GHz的频率范围内，传输系数的模值大于
‑
0.3dB，反射系数的模值均小于
‑
15dB。
6.根据权利要求1所述的一种微带反射阵天线，其特征在于：馈源为工作频段为12.5
‑
14.5GHz的微带四元阵天线，微带的四元阵天线包括由上到下依次设置的第二辐射贴片层、第六介质层、第七介质层、第二缝隙耦合层、第八介质层和馈电层；边长为a的第二辐射贴片层上贴附有呈矩形阵列布置的多个边长均为p
l
的单层方形贴片；第二缝隙耦合层上开设有呈阵列布置的第二工字型缝隙，用于增大第二辐射贴片层和馈电层之间的耦合，从而增大带宽；第二工字型缝隙的中间段长度为g
l
、宽度为g
w
，第二工字型缝隙两端矩形的长度为b
l
、宽度为b
w
；馈电层采用T字形的功分器，T字形的功分器包括分别与第二缝隙耦合层和SMA头连接的输入段和输出段以及连接于输入端和输出段之间的λ4阻抗变换段；输入段和输出段的微带阻抗均为50Ω，其微带线宽度为1.7mm；λ4阻抗变换段的微带线宽度为0.9mm；第六介质层采用厚度为h
p
的F4B

【专利技术属性】
技术研发人员：肖诗逸，王倩倩，周桃磊，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：