一种低剖面全金属反射阵列天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低剖面全金属反射阵列天线，包括反射阵列、馈电喇叭；反射阵列包括若干个反射单元；每个反射单元均包括金属贴片、介质基板和金属地板，金属贴片印制在介质基板的上表面，介质基板下方设置金属地板；金属贴片为圆环结构，且圆环相对一侧存在一对扇形缝隙，扇形缝隙靠近圆环中心的边缘与圆环内边缘之间预留一定宽度，扇形缝隙远离圆环中心的边缘与圆环外边缘之间预留一定宽度；两个扇形缝隙靠近圆环内边缘一侧的相对某一端均存在缝隙。本实用新型专利技术每个反射单元圆环的尺寸不变、且其相位可以实现线性变化，由反射单元构成的反射阵列天线可以实现高增益带宽和口径效率，与其他反射阵列天线相比性能上有显著的提高。提高。提高。

【技术实现步骤摘要】
一种低剖面全金属反射阵列天线


[0001]本技术属于天线
，特别是一种新型低剖面全金属反射阵列天线。

技术介绍

[0002]在卫星通信中为了应对通信距离远、空间环境相对复杂等问题，通常需要将天线辐射汇集在一个较为狭窄的空间，即需要天线有足够高的增益和方向性，传统的高增益天线主要有抛物面天线、平面微带阵列天线和透镜天线。然而，它们存在固有缺点如曲面结构复杂笨重、设计使用不太灵活，为了克服传统天线的缺点，平面反射阵天线应运而生。
[0003]反射阵天线兼顾了传统天线的优点，采用空间馈电的结构避免了复杂的馈电网络，并且可以保证天线的辐射效率。但是平面反射阵天线也有自身缺点，例如相比于反射面天线其带宽有限、功率容量小、口径效率低，相对于微带阵列天线，虽然可以省去复杂的馈电网络，但是其剖面较高。传统的反射阵列天线是将金属贴片打印在低损耗的介质基板上，例如，于慧婷等人在技术专利“基于单层内嵌式开槽圆环单元的宽带反射阵列天线”中提出的反射单元结构就是由金属贴片、介质基板和金属地板组成。当反射阵的口径相当大时，可能会使阵列天线的设计非常昂贵。此外，当电介质材料处在恶劣的空间环境中时，会直接导致天线性能的下降。这些缺点严重限制了平面反射阵天线在实际工程中的应用，而全金属反射阵天线的单元完全由金属材料构成，与微带单元相比这种单元结构完全不受介质损耗的影响，可以提高反射阵天线的增益和效率，且无需考虑介质层结构，能有效地降低加工成本，同时全金属结构能够适用于各种恶劣的环境。因此宽带、高效率、低剖面、低成本的全金属平面反射阵天线有着重要的研究意义。
[0004]近年来，国内外学者针对全金属结构的反射阵列天线做了许多研究。2010
‑
2011年，Y. H. Cho等人在“Metallic
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Rectangular
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Grooves Based 2D Reflectarray Antenna Excited by an Open
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Ended Parallel
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Plate Waveguide”和“High Gain Metal
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Only Reflectarray Antenna Composed of Multiple Rectangular Grooves”中提出一种矩形槽单元并分别设计出二维和三维的全金属反射阵天线，但该设计是由一定厚度的金属块雕刻而成，体积较大且复杂笨重。2014年，安文星等人在“A Metal
‑
Only Reflectarray Antenna Using Slot
‑
Type Elements”中提出了一种新型的平面全金属单元，单元尺寸为0.5λ，这种单元没有使用传统反射阵列天线中的介质基板，但实际加工测量时使用的是2 mm的泡沫板模拟空气层将上层金属板和下层金属地板隔开，同时反射阵列天线实测得到的增益为32.5 dBi，1
‑
dB增益带宽达到了8.3%。2016年，清华大学的邓如渊等人在“A Low
‑
Cost Metal
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Only Reflectarray Using Modified Slot
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Type Phoenix Element With 360
°ꢀ
Phase Coverage”中提出了一种基于“凤凰槽型”的全金属反射单元的反射阵列天线，反射单元尺寸为0.5λ，空气层厚度为4 mm，所提出的单元获得了360
°
的相位覆盖，有效地解决了全金属反射阵列单元常见的相位范围限制，实测得到的1
‑
dB增益带宽达到12.8%，口径效率为53.8%。2020年，Kendrick Q. Henderson等人在“Circular
‑
Polarized Metal
‑
Only Reflectarray with Multi
‑
Slot Elements”中提出了一种基于圆极化反射单元的全金属
反射阵列天线，所提出的单元是一种多槽结构，单元尺寸为0.5λ，空气层厚度为4 mm，能够实现360
°
的相位范围，最终实测的增益为31.4 dBi，1
‑
dB增益带宽为6.8%。2022年，陈毅峰等人在“On the Use of Metal
‑
Only Polarization Rotation Elements for Reflectarray Designs”中提出了一种基于极化扭转单元的全金属反射阵列天线，反射单元的尺寸为0.47λ，空气层的厚度为7 mm，实测得到的1
‑
dB增益带宽为19%，3
‑
dB增益带宽为38%，最大口径效率为34%。
[0005]综上所述，目前国内外对于平面全金属反射阵列天线的研究还相对较少，且大多反射单元的空气层厚度较大导致剖面较高或天线性能还有待进一步改善。因此，低剖面全金属反射阵列天线具有非常重要的研究意义及应用价值。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于针对现有的全金属反射阵列剖面较高且性能有待提升的问题，提供一种结构简单且平面化的低剖面全金属反射阵列天线。
[0007]实现本技术目的的技术解决方案为：一种低剖面全金属反射阵列天线，该天线包括馈电喇叭和反射阵列，所述馈电喇叭位于反射阵列的斜上方，所述反射阵列包括若干个反射单元，每个反射单元均包括从上至下依次设置、且通过厚度为h的空气层隔开的上层金属板和下层金属地板；所述上层金属板为圆环结构，该结构具体为：基于一个外半径为r2、内半径为r1的圆环，其上对称开设一对圆心角为θ、宽度为w2且以圆环的中心为圆心向y轴正负方向延展的扇形槽，所述扇形槽靠近圆环中心的边缘与圆环内边缘的距离为w1，所述扇形槽远离圆环中心的边缘与圆环外边缘的距离为w3，两个扇形槽的同一端朝圆心方向开设一个宽度为w的矩形狭缝；
[0008]所述反射单元之间通过长度为b的金属贴片连接，且金属贴片位于扇形槽对应位置的外侧；所述若干个反射单元均匀分布，形成方形阵列，且所述方形阵列上半部分的所有反射单元和下半部分的所有反射单元呈镜像分布。
[0009]进一步地，所述扇形槽的圆心角θ可调，用于实现反射单元的相位变化。
[0010]进一步地，所述θ的调节范围为5
°ꢀ
~ 175
°
。
[0011]进一步地，所述上层金属板和下层金属地板之间空气层的厚度h为2 mm。
[0012]进一步地，相邻所述反射单元之间的间距为P = 4/15λ，其中λ为设计频率对应的自由空间波长。
[0013]进一步地，所述r1=2.4 mm，r2=3.7 mm，w1=0.4 mm，w2=0.5 mm，w3=0.4 mm，w=0.3 mm，b=5 mm。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低剖面全金属反射阵列天线，该天线包括馈电喇叭（1）和反射阵列（2），所述馈电喇叭（1）位于反射阵列（2）的斜上方，所述反射阵列（2）包括若干个反射单元（3），其特征在于，每个反射单元（3）均包括从上至下依次设置、且通过厚度为h的空气层隔开的上层金属板（4）和下层金属地板（5）；所述上层金属板（4）为圆环结构，该结构具体为：基于一个外半径为r2、内半径为r1的圆环，其上对称开设一对圆心角为θ、宽度为w2且以圆环的中心为圆心向y轴正负方向延展的扇形槽，所述扇形槽靠近圆环中心的边缘与圆环内边缘的距离为w1，所述扇形槽远离圆环中心的边缘与圆环外边缘的距离为w3，两个扇形槽的同一端朝圆心方向开设一个宽度为w的矩形狭缝；所述反射单元（3）之间通过长度为b的金属贴片连接，且金属贴片位于扇形槽对应位置的外侧；所述若干个反射单元（3）均匀分布，形成方形阵列，且所述方形阵列上半部分的所有反射单元（3）和下半部分的所有反射单元（3）呈镜像分布。2.根据权利要求1所述的低剖面全金属反射阵列天线，其特征在于，所述扇形槽的圆心角θ可调，用于实现反射单元（3）的相位变化。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭璐，耿静怡，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：新型
国别省市：