本发明专利技术公开了一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线，是一种宽带高效率，高相位分辨率，大角度扫描特性的圆极化反射阵天线。该天线由一个圆极化喇叭馈源天线和一个平面反射阵组成，圆极化喇叭馈源天线位于平面反射阵的焦平面处；平面反射阵由周期性的天线单元排列而成，每个天线单元包含五层金属层，第四层和第五层是直流偏置层，第三层是金属地，第二层和第一层的第一连接结构都属于给二极管加偏置的连接结构，天线的性能主要依赖于第一金属层的4对领结型贴片，这四对紧耦合的领结型贴片每单独连通一对即对应一个状态，通过控制四对领结型贴片的连通与否可以实现对圆极化波相位的调控。该天线在无线通信和卫星通信方面有着广阔的前景。着广阔的前景。着广阔的前景。
【技术实现步骤摘要】
一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线
[0001]本专利技术涉及微波毫米波天线领域，具体涉及一种2比特宽带高效率圆极化波束电扫描反射阵天线，可被用于雷达和卫星通讯等领域。
技术介绍
[0002]波束可控的高增益天线可以为很多无线通信系统和传感系统的设计提供更大的灵活性。同时，圆极化技术的使用能在一定程度上缓解无线信道的不确定性所带来的影响。因此开发具有低成本、高效率和宽带电控波束扫描特性的可重构圆极化电控波束扫描反射阵天线具有较强的实际意义。然而，可重构反射阵在实现圆极化电控波束扫描时变得比较困难。一般基于PIN二极管的可重构圆极化反射阵主要设计方法是通过等效地旋转单元来提供单元所需相位，再经过控制阵列的相位分布来实现波束的控制。但是这种方法实现的单元带宽会比较窄，尤其是如果需要以更高的相位分辨率来操纵圆极化反射波的话，单元结构和偏置电路的复杂度会急剧提升。
[0003]到目前为止，已经有一些使用射频开关开发的可重构圆极化反射阵的工作，但是它们都没有解决超过两个相位状态的高相位分辨率的问题。一些采用变容二极管实现连续相位调节的可重构圆极化反射阵，虽然解决了相位分辨率的问题，但其口径效率和工作带宽又不尽如人意。因此如何实现具备宽带，高效率，高相位分辨率的圆极化反射阵天线是本专利技术实现的重难点。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：本专利技术目的在于提出一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线，它具有扫描角度范围大，工作带宽宽，相位分辨率高的特点。
[0005]技术方案：本专利技术的一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线由一个圆极化喇叭馈源天线和一个平面反射阵组成，圆极化喇叭馈源天线位于平面反射阵的焦平面处；平面反射阵由周期性的天线单元排列而成，每个天线单元包含五层金属层，从上到下依次是：第一金属层，第一介质层，第二金属层，第二介质层，第三介质层，第三金属层，第四介质层，第四金属层，第五介质层，第五金属层。
[0006]所述五层金属层，其中第一金属层由4对领结型贴片、第一连接结构以及4个位于第一连接结构对角位置的矩形金属贴片所构成；每一对领结型贴片由两个对称于中心的梯形结构组成，相邻一对领结型贴片分别相差45
°
角；第一连接结构的中部为圆形结构，该圆形结构的四周为上层十字架结构，其中在圆形结构中偏离圆心的位置处开了一个圆形孔；所述上层十字架结构与梯形结构之间连接有二极管。
[0007]所述五层金属层，其中第二金属层包括第二连接结构，该第二连接结构由一个圆形结构和一个下层十字架结构组成，在圆形结构偏离圆心的位置开一个圆形孔，所开圆形孔的水平位置与第一连接结构的圆形孔的水平位置关于原点对称。
[0008]所述五层金属层，其中第三金属层即金属地板，在第三金属层中间位置处开了两
个通孔即第一通孔和第二通孔。
[0009]所述五层金属层，其中第四金属层和第五金属层分别由一段金属微带线连接一个扇形金属贴片组成。
[0010]所述梯形结构，其中间设有金属化盲孔接地，第一金属层的4个矩形金属贴片分别通过4个金属化孔连接到第二连接结构的四个臂；所述金属化盲孔位置位于梯形结构电流最小的位置，即金属化盲孔不会影响贴片的辐射性能。
[0011]所述第一通孔和第二通孔相对于第三金属层单元中心对称放置，且分别与第一金属层的圆形孔和第二金属层的圆形孔重合。
[0012]所述第一金属层中的相邻梯形贴片相邻边之间的距离不超过0.01个波长。
[0013]所述天线单元每个状态只有一对梯形贴片所连接的2个并联二极管被导通。
[0014]该天线工作带宽22％，峰值口径效率35％，电扫描角度范围为
‑
60
°
到60
°
。
[0015]有益效果：本专利技术公开了一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线电扫描反射阵天线,其相位量化精度高，口径效率高，圆极化波束电扫描性能好，扫描角度大，扫描损耗低，圆极化实现效果好，轴比低，且轴比和3dB增益重合带宽宽。
附图说明
[0016]图1为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线三维立体示意图；
[0017]图2为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线单元剖面层结构图；
[0018]图3为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线单元的结构示意图；
[0019]图4为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线单元由1比特单元到2比特窄带单元再到2比特宽带单元演变过程中的电流分布图；
[0020]图5为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线单元单元由1比特单元到2比特窄带单元再到2比特宽带单元演变过程中交叉极化分量反射系数幅度的仿真结果图；
[0021]图6为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线单元四种不同单元状态下的主极化分量反射系数相位和交叉极化分量反射系数幅度的仿真结果图；
[0022]图7为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线在镜面反射下的仿真与实测的轴比图；
[0023]图8为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线在镜面反射下的仿真与实测的增益与口径效率图；
[0024]图9为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线方向图在Phi＝0
°
主平面内扫描的实测性能图。
[0025]图10为本专利技术所述2比特圆极化波束电扫描反射阵天线方向图在Phi＝90
°
主平面内扫描的实测性能图。
[0026]图中有：圆极化喇叭馈源天线1、平面反射阵2、天线单元3；第一金属层21，第一介质层22，第二金属层23，第二介质层24，第三介质层25，第三金属层26，第四介质层27，第四金属层28，第五介质层29，第五金属层210；
[0027]第一连接结构31、二极管32、梯形结构33、盲孔34、第二连接结构35、第一通孔36、第二通孔37、金属微带线38、矩形金属贴片39、扇形金属贴片310。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明。
[0029]本专利技术给出了一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线单元，如图1所示，所述天线由一个圆极化喇叭馈源天线1和一个平面反射阵2组成，圆极化喇叭馈源天线1位于平面反射阵2的焦平面处；平面反射阵2由周期性的天线单元3排列而成，
[0030]图2给出了单元的层结构图，图3给出了天线单元的结构，
[0031]每个天线单元3包含五层金属层，从上到下依次是：第一金属层21，第一介质层22，第二金属层23，第二介质层24，第三介质层25，第三金属层26，第四介质层27，第四金属层28，第五介质层29，第五金属层210。
[0032]所述五层金属层，其中第一金属层21由4对领结型贴片、第一连接结构31以及4个位于第一连接结构31对角位置的矩形金属贴片39所构成；每一对领结型贴片由两个对称于中心的梯形结构33组成，相邻一对领结型贴片分别相差45
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线，其特征在于，所述天线由一个圆极化喇叭馈源天线(1)和一个平面反射阵(2)组成，圆极化喇叭馈源天线(1)位于平面反射阵(2)的焦平面处；平面反射阵(2)由周期性的天线单元(3)排列而成，每个天线单元(3)包含五层金属层，从上到下依次是：第一金属层(21)，第一介质层(22)，第二金属层(23)，第二介质层(24)，第三介质层(25)，第三金属层(26)，第四介质层(27)，第四金属层(28)，第五介质层(29)，第五金属层(210)。2.根据权利要求1所述的一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线，其特征在于，所述五层金属层，其中第一金属层(21)由4对领结型贴片、第一连接结构(31)以及4个位于第一连接结构(31)对角位置的矩形金属贴片(39)所构成；每一对领结型贴片由两个对称于中心的梯形结构(33)组成，相邻一对领结型贴片分别相差45
°
角；第一连接结构(31)的中部为圆形结构，该圆形结构的四周为上层十字架结构(311)，其中在圆形结构中偏离圆心的位置处开了一个圆形孔；所述上层十字架结构(311)与梯形结构(33)之间连接有二极管(32)。3.根据权利要求1所述的一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线，其特征在于，所述五层金属层，其中第二金属层(23)包括第二连接结构(35)，该第二连接结构(35)由一个圆形结构和一个下层十字架结构(351)组成，在圆形结构偏离圆心的位置开一个圆形孔，所开圆形孔的水平位置与第一连接结构(31)的圆形孔的水平位置关于原点对称。4.根据权利要求1所述的一种2比特圆极化波束电扫描反射阵天线，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，赵武广，徐刚，缪卓伟，洪伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。