[發明專利]一種無介質聚焦透射陣列天線

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• 申請號: 201910046695.X
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109904630A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 李小平;張政;孫超;劉彥明;趙成偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/24
• 分類號: H01Q21/24;H01Q19/06;H01Q15/02;H01Q1/52;H01Q1/36;H01Q1/22
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于電磁測量技術領域，公開了一種無介質聚焦透射陣列天線，采用多層純金屬無介質的頻率選擇表面(FSS)技術所形成的槽線單元構成透射陣列，并和饋源一起組成整個天線結構；兩兩相鄰的金屬層通過空氣間隙間隔開來，其相鄰層上的槽線單元一一對應且共軸；饋源部分為標準增益天線，距離透射陣列一個入射焦距的距離。本發明的無介質聚焦透射陣列天線通過幾百個不同槽線長度的單元合理排布實現相位補償，聚焦性能突出；利用純金屬槽線單元周期尺寸較小，大大提升相位補償精度，可靠性強，重量較輕，適合在微波及等離子體測量技術領域推廣應用。

技術領域

本發明屬于電磁測量技術領域，尤其涉及一種無介質聚焦透射陣列天線。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：點聚焦天線憑借其能夠將電磁波能量集中到很小的區域內，被廣泛應用于等離子體診斷、無線能量傳輸、微波醫療等場合。傳統的聚焦天線按照饋源發射的方式可以分為兩大類：拋物面反射鏡天線和介質透鏡天線。其中拋物面反射鏡天線包括正饋反射鏡天線和偏饋反射鏡天線。雖然傳統聚焦天線具有良好的聚焦性能等優點，但由于其重量較大、加工較為復雜、成本昂貴等諸多弊端。在某些特殊情況下，其應用受到了嚴重限制。

透射陣列天線結合了傳統透鏡天線和平面陣列的優勢，近些年來得到了廣泛的研究。目前透射陣列的設計主要有兩種方式。一種是利用新型人工電磁材料的方法，通過所設計的單元具有的諧振特性來引起特殊的負磁導率或負介電常數等電磁參數，實現整部分呈現出一定折射率的均勻介質結構，以達到匯聚電磁波的目的。但由于人工電磁材料本身具有窄帶，損耗高等缺點，為實際應用造成很大的困擾。第二種是利用頻率選擇表面(FSS)的方法，相對于人工電磁材料的方法，人工單元的尺寸稍大于人工電磁材料單元。通過改變不同位置上單元內在結構的大小，并多層疊加以達到提高天線性能的要求。

但當前所發表的文獻中大多數只能做到提升天線的相關增益，雖然也使得入射的電磁波起到了一定的匯聚效果，但離點聚焦這種微波測試要求還相距甚遠；極其少數的聚焦透射陣列文獻中也都是通過在介質層上完成設計，不僅大大增加了天線的重量，提高到成本，損耗也變得較大。不僅如此，在某些惡劣的使用環境中，比如高溫等離子體測量或者太空探測等場所中，由于周圍環境的多變性，尤其是周圍溫度變化會導致天線結構中的介質層的性能急劇惡化。

現有聚焦天線由于存在厚重的介質層，所以可靠性差，無法滿足惡劣的測試環境、重量重、所需的低損耗介質層大大提升了加工成本。與此同時，通過巧妙設計的純金屬單元并兩兩相連組成的透射陣列，在不依靠介質層的情況下實現聚焦，不僅提升了其可靠性，降低了成本和整體重量，并且進一步降低了焦斑的大小和匯聚的距離，匯聚性能進一步提升。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種無介質聚焦透射陣列天線。

本發明是這樣實現的，一種無介質聚焦透射陣列天線，所述無介質聚焦透射陣列天線由透射陣列天線和饋源組成，并且透射陣列天線和饋源完全斷開；

所述透射陣列從上到下依次為輻射金屬層、第二透射金屬層、第一透射金屬層、入射金屬層；每層金屬層表面上排列著上百個周期尺寸相同的槽線單元；以金屬層中心點為半徑的圓環上的槽線單元；

所述饋源由標準增益天線構成；天線口徑方向正對于透射陣列，饋源與透射陣列共軸；饋源的相位中心處在離透射陣列入射金屬層一個入射焦距的位置。

進一步，所述透射陣列由四層完全相同的金屬層構成；四金屬層結構兩兩之間的空氣間隔相同。

進一步，所述金屬層上均勻分布多個圓形孔徑。

進一步，兩兩相鄰的金屬層通過空氣層間隔，相鄰層上的槽線單元一一對應且共軸。

進一步，所述金屬層采用0.25mm厚度的黃銅板切割制作。

本發明的另一目的在于提供一種適用于電磁測量系統的所述無介質聚焦透射陣列天線的無線通信系統。