[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)軸向定向波束和徑向多波束輻射的混合介質(zhì)天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910368540.8
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110148840B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊銳;朱小圣;閆詩義
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14;H01Q19/10;H01Q9/30;H01Q1/50
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種多功能混合介質(zhì)天線，包括中心鏤空混合介質(zhì)板、金屬平板、單極子天線和矩形波導(dǎo)，所述的中心鏤空混合介質(zhì)板是由中心圓柱形缺口和周期性圓柱形穿孔并加載金屬絲線的各向異性正方形介質(zhì)單元組成，其中圓柱形穿孔的直徑在混合介質(zhì)板上由中心向外遞增；所述金屬平板加載在混合介質(zhì)板的下表面；所述單極子天線固定在混合介質(zhì)板正中心；所述矩形波導(dǎo)通過支架固定在整體混合介質(zhì)板的軸向焦點位置。本發(fā)明能夠同時實現(xiàn)軸向高增益定向輻射和徑向多波束輻射功能，可應(yīng)用于衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混合介質(zhì)天線，具體涉及一種基于混合介質(zhì)板的多功能天線，可應(yīng)用于衛(wèi)星通信和移動通信等領(lǐng)域。

技術(shù)背景

隨著衛(wèi)星通信和移動通信的迅猛發(fā)展，人們對多功能介質(zhì)天線的集成設(shè)計需求越發(fā)迫切。然而目前針對介質(zhì)天線的設(shè)計和研究中，大多單一地采用同類型介質(zhì)特性來實現(xiàn)相應(yīng)的電磁輻射功能，因而一般介質(zhì)天線的功能較為單一，而混合介質(zhì)天線可以實現(xiàn)更多的功能，例如設(shè)計能夠利用梯度漸變介質(zhì)層實現(xiàn)定向波束的混合介質(zhì)，也適用于利用混合介質(zhì)的零折射率特性實現(xiàn)波前整形。

例如申請公布號為CN108767424A，名稱為“一種實現(xiàn)邊射和端射功能的多層介質(zhì)天線”的專利申請，公開了一種實現(xiàn)邊射和端射功能的多層介質(zhì)天線，包括由邊射相位補償介質(zhì)板和端射相位校準(zhǔn)介質(zhì)板組成的同心圓多層介質(zhì)板和饋源；邊射相位補償介質(zhì)板由圓形和多個圓環(huán)形介質(zhì)板嵌套成；端射相位校準(zhǔn)介質(zhì)板是嵌套在邊射相位補償介質(zhì)板最外層的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)嵌有由多個介質(zhì)塊組成的端射增益校準(zhǔn)模塊，同心圓多層介質(zhì)板的下表面印制有金屬平板，饋源包括1個矩形波導(dǎo)和3個微帶天線；矩形波導(dǎo)在邊射相位補償介質(zhì)板的軸向焦點處；微帶天線在邊射相位補償介質(zhì)板的徑向焦點處，該天線通過混合介質(zhì)在不同方向上的相位補償，保證邊射方向上定向波束的同時實現(xiàn)端射方向上定向波束，邊射方向的饋源為矩形波導(dǎo)，端射方向的饋源為微帶天線，然而，圓環(huán)形介質(zhì)嵌套板結(jié)構(gòu)的加工難度高，饋源也較多，饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。

以上混合介質(zhì)天線雖然可以同時實現(xiàn)多功能，但結(jié)構(gòu)和饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，加工困難，需要的材料種類多，結(jié)合不牢固，不利于投入實際使用，難以滿足衛(wèi)星通信和移動通信對軸向定向波束和徑向多波束輻射功能同時實現(xiàn)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種實現(xiàn)軸向定向波束和徑向多波束輻射的混合介質(zhì)天線，旨在保證軸向定向輻射和徑向多波束輻射特性的同時，簡化混合介質(zhì)天線的結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括反射鏡，所述反射鏡由正方形混合介質(zhì)板1和粘貼在該正方形混合介質(zhì)板1下表面的金屬平板2組成；所述正方形混合介質(zhì)板1包括位于中心的介質(zhì)板11和與該介質(zhì)板11拼接的由多個混合介質(zhì)單元12組成的環(huán)狀陣列，所述介質(zhì)板11的中心位置設(shè)置有第一圓柱形過孔111，所述正方形混合介質(zhì)單元12由第二圓柱形過孔121和加載在其中的金屬絲線122組成，所述環(huán)狀陣列由m×m個周期性排布的混合介質(zhì)單元12組成的面陣減去該面陣中心位置n×n個周期性排布的混合介質(zhì)單元12構(gòu)成，所述介質(zhì)板11的板面尺寸與n×n個周期性排布的混合介質(zhì)單元12占據(jù)的板面尺寸相等，該介質(zhì)板11位于環(huán)狀陣列的環(huán)內(nèi)，m-n≥2，n≥2；所述第一圓柱形過孔111的中心固定有單極子天線單元3；所述正方形混合介質(zhì)板1上表面一側(cè)通過支架4固定有矩形波導(dǎo)5，且該矩形波導(dǎo)5輸出端口的幾何中心位于反射鏡的焦點位置；

所述第二圓柱形過孔121，其半徑R_i通過該第二圓柱形過孔121在正方形混合介質(zhì)板1中所處的位置確定，具體計算公式為：

其中，f為反射鏡的焦距，c為真空之中光速，f為工作頻率，T為混合介質(zhì)板的厚度，d為的第二圓柱形過孔軸線到正方形混合介質(zhì)板中心法線的距離，b為混合介質(zhì)單元的邊長，ε_r為混合介質(zhì)單元使用介質(zhì)的介電常數(shù)。