[發明專利]一種具有極化旋轉特性的寬頻帶雙層金屬透射陣列天線

有效

• 申請號: 202011317584.7
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112421227B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 胡偉;董健身;吳昊;董名洋;陳霑;蔡元銘
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q19/06;H01Q15/02;H01Q15/24;H01Q3/44
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種具有極化旋轉特性的寬頻帶雙層金屬透射陣列天線，包括由呈周期性分布若干透射單元組成的透射陣列和饋源天線。透射單元包括上層金屬層、下層金屬層和一根金屬柱；有兩條長度不同的U形縫隙的上層金屬層和下層金屬層的U形縫隙呈正交分布；金屬柱連接上金屬層和下層金屬層。饋源天線的相位中心位于透射陣列的焦點處，向透射陣列發射的球面電磁波；透射陣列將來自饋源天線發射的球面電磁波轉換成平面電磁波。本發明的具有極化旋轉特性的寬頻帶雙層金屬透射陣列天線所用金屬層少，不受介質的影響，功率容量大，可靠性高，適用于較為嚴格的工作環境。

技術領域

本發明涉及天線設計技術，特別涉及一種具有極化旋轉特性的寬頻帶雙層金屬透射陣列天線。

背景技術

隨著現代衛星通信和雷達探測系統等技術的快速發展，對寬頻帶高增益天線的需求日益增加。傳統具有高增益特性的天線有透鏡天線和微帶陣列天線。透鏡天線中的介質透鏡剖面較高。加工復雜；微帶陣列天線雖然剖面低，易加工，但是需要復雜的饋電網絡，可用帶寬較窄。透射陣列天線是一種離散的平面透鏡，它結合了透鏡天線與微帶陣列天線的優點。透射陣列由于其平面結構，不需要復雜的饋電網絡而受到廣泛關注。

當前透射陣列設計至少使用了三層金屬結構，保證透射單元具有足夠的相移范圍；或者具有雙層結構，透射單元的相移范圍不足360°；或者需要介質支撐，不適合應用于較為嚴格的環境，例如溫度變化幅度較大的場所。當前雙層金屬結構的透射陣列增益平穩度較低，-1dB增益帶寬對應的頻帶較窄。

因此，提出了一種具有極化旋轉特性的寬頻帶雙層金屬透射陣列天線，利用透射單元的狀態變換和變縫隙的長度，實現透射單元360°相移覆蓋，同時保持了較寬的通帶范圍。所提出的透射陣列不需要介質層，穩定性好，適用于空間探索和雷達探測等某些惡劣的環境。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種寬頻帶、雙層金屬結構的透射陣列天線。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種具有極化旋轉特性的寬頻帶雙層金屬透射陣列天線，包括透射陣列和饋源天線；

所述透射陣列是由若干透射單元呈周期性分布而組成的陣列，所述透射單元包括上層金屬層、下層金屬層和一根金屬柱；上層金屬層和下層金屬層中開有兩條長度不同的U形縫隙，且上層金屬層和下層金屬層的U形縫隙呈正交分布；

所述饋源天線的相位中心位于透射陣列的焦點處，向透射陣列發射的球面電磁波；透射陣列將來自饋源天線發射的球面電磁波轉換成平面電磁波。

對于上述技術方案，本發明還有進一步優選的方案：

優選的，所述上金屬層和下層金屬層結構相同，兩條長度不同的U形縫隙開口向外，U形縫隙寬度相同，金屬柱的兩端分別連接到上金屬層與下金屬層之間的兩條U形縫隙之間。

優選的，透射陣列中，透射單元的間距為上、下金屬層的邊長。

優選的，所述透射陣列的輪廓為矩形或圓形。

優選的，透射單元中U形縫隙滿足：長U形縫隙長邊長度L1為上、下金屬層邊長P的0.75～0.9，短U形縫隙長邊長度L2為0.94L1-0.01L1×L1，長U形縫隙短邊長度L11為0.35L1，U形縫隙短邊長度L22為0.35L2。

優選的，所述金屬柱是圓柱或棱柱。

優選的，饋源天線采用角錐或圓錐喇叭天線，饋源天線的輻射方向朝向透射陣列。

優選的，當透射單元的上金屬層長U形縫隙開口方向朝向Y軸或-Y軸，下金屬層長U形縫隙開口方向朝向-X軸，相對狀態為0；當透射單元的上金屬層長U形縫隙開口方向朝向Y軸或-Y軸，下金屬層長U形縫隙開口方向朝向X軸，相對狀態為1；