[發(fā)明專利]一種基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110054328.1
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112909553A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王敏;趙阿明;謝顯中;陳正川;胡南;謝文青;莫雨鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H01Q3/32
• 分類號: H01Q3/32;H01Q1/36;H01Q21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。圓極化透射陣列天線單元由兩個(gè)金屬片和一個(gè)介質(zhì)板組成。第一金屬片和第二金屬片結(jié)構(gòu)尺寸相同且分別位于介質(zhì)板的兩側(cè)。金屬片設(shè)置為兩個(gè)六邊形開口環(huán)結(jié)構(gòu)，利用x和y方向的結(jié)構(gòu)不對稱性，使x和y極化透射幅度相等，透射相位相差180°，具備圓極化波的連續(xù)調(diào)相特性。介質(zhì)板為FR?4，介電常數(shù)為4.3，損耗角正切為0.025。基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法，本發(fā)明將單元繞中心從0°旋轉(zhuǎn)到180°，實(shí)現(xiàn)360°的相位連續(xù)變化。本發(fā)明的工作頻率為5.8GHz，單元的幅度具有穩(wěn)定性，傳輸幅度均?3.2dB，其中介質(zhì)損耗占1.8dB。本發(fā)明設(shè)計(jì)簡單且易加工，有效降低了天線陣列單元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和成本，提高單元性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線領(lǐng)域，具體涉及一種基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元。

背景技術(shù)

透射陣列天線是一種新型的高增益天線，它結(jié)合了透鏡天線和微帶陣列的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)平坦、重量輕、靈活的輻射特性、輻射效率高、成本低、無需復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)等。更重要的是，與反射陣列天線相比，它也沒有反射阻塞。在透射陣列天線中為了在足夠的相位變化范圍內(nèi)獲得較高的傳輸效率，通常采用多層結(jié)構(gòu)。尤其是用多層頻率選擇表面法的設(shè)計(jì)，多個(gè)金屬層被介質(zhì)或空氣隔開，以達(dá)到相位覆蓋范圍廣的目的。超材料轉(zhuǎn)換方法也被用于透射陣列天線設(shè)計(jì)，其相位控制是通過改變相對較大厚度工程結(jié)構(gòu)的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)透射天線的高傳輸幅度和足夠的傳輸相位覆蓋，也為了簡化透射天線的結(jié)構(gòu)，人們還提出了各種雙層設(shè)計(jì)方案。例如雙層通孔單元的設(shè)計(jì)，但其插入損耗比較高，傳輸效率也相對較低，而且相位的覆蓋能力有限。單元旋轉(zhuǎn)法是一種典型調(diào)相方法，通過旋轉(zhuǎn)單元，可以實(shí)現(xiàn)很好的相位覆蓋，又因?yàn)閳A極化的透射陣列天線單元研究有限，因此本發(fā)明提出了一種基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元，其主要是通過旋轉(zhuǎn)調(diào)相法，使相位達(dá)到更好的覆蓋。與雙層通孔單元相比，其相位控制穩(wěn)定性好，能實(shí)現(xiàn)360°的相位連續(xù)變化，成本更低，設(shè)計(jì)也更簡單。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元，該天線單元包括：兩個(gè)金屬片和一個(gè)介質(zhì)板；所述的圓極化透射陣列天線單元自上至下包括第一金屬片(1)、介質(zhì)板(2)、第二金屬片(3)；所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元是平面結(jié)構(gòu)，且沿xoy水平放置；

進(jìn)一步，所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元的第一金屬片(1)和第二金屬片(3)結(jié)構(gòu)尺寸相同且分布在介質(zhì)板上下兩側(cè)；所述第一金屬片(1)設(shè)置為大尺寸六邊形開口環(huán)結(jié)構(gòu)(11)和小尺寸六邊形開口環(huán)結(jié)構(gòu)(13)；所述六邊形開口環(huán)(11)和六邊形開口環(huán)(13)分別設(shè)置兩個(gè)開口(12)和(14)；所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元關(guān)于結(jié)構(gòu)中心對稱；

進(jìn)一步，所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元的第一介質(zhì)板(2)設(shè)置為FR-4，介電常數(shù)是4.3，損耗角的正切值是0.025，所述第一介質(zhì)板的厚度為8mm；

進(jìn)一步，所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元利用六邊形開口環(huán)結(jié)構(gòu)的不對稱性，使x和y極化透射幅度相等且透射相位相差180°，滿足旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的要求；

進(jìn)一步，所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元通過繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)θ角度，透射圓極化波相位隨之改變2θ，相位的超前與滯后取決于旋轉(zhuǎn)方向；所述入射波為左旋圓極化波，其透射圓極化波相位與旋轉(zhuǎn)角度成正的2θ關(guān)系；當(dāng)入射波為右旋圓極化波，其透射圓極化波相位與旋轉(zhuǎn)角度成負(fù)的2θ關(guān)系；

進(jìn)一步，所述基于旋轉(zhuǎn)調(diào)相法的圓極化透射陣列天線單元的工作頻點(diǎn)為5.8GHz，隨單元旋轉(zhuǎn)角度變化180°，可實(shí)現(xiàn)透射360°相位連續(xù)變化；單元幅度具有穩(wěn)定性，傳輸幅度均大于-3.2dB，其中介質(zhì)損耗占1.8dB；相位控制具有連續(xù)性且單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單。