CN103887609B - 平面反射阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种平面反射阵天线，包括：馈源；金属平面反射阵列，用于将馈源发出的电磁波散射成平面波，或者接收平面波并汇聚到馈源上；支撑杆，用于连接馈源和金属平面反射阵列，固定二者的相对位置，其中，金属平面反射阵列包括多行多列金属贴片单元，每个金属贴片单元具体包括：一个正方形的金属边框，其中，相邻的金属贴片单元之间共用金属边框；和四组相同的金属枝节组合，四组相同的金属枝节组合在金属贴片单元中呈中心对称分布，金属枝节组合与金属边框相连，其中，通过调节各个金属贴片单元中的金属枝节组合的形状和尺寸来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列上形成一个等相位面。本发明无需介质层对其进行支撑，具有成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种平面反射阵天线。
背景技术
传统的天线通常为抛物面天线，俗称“锅”天线。这种天线至少具有如下缺点。首先，这种天线是抛物曲面，风阻较大，容易损坏，下雨天气还容易在天线面内形成积水，不利于接收信号，缩短使用寿命。其次，无法平铺或固定在屋顶、墙壁、地面等平面上，无法实现与建筑物共形，暴露在建筑物周围，不够美观。
近年来，研究者提出一种平面形状的正方形微带贴片天线，从下至上依次包括地板层1、介质层2和贴片层，贴片层中包括多个不同边长的正方形微带贴片31，通过如图1所示。其中，通过调节各个正方形微带贴片31的边长度来实现调节相位，从而在贴片层所在平面上形成一个等相位面。但这种天线中的各个正方形微带贴片31彼此独立，因此需要有介质层进行支撑。这种天线的介质层必须采用高频介质材料制作，而高频介质材料通常由国外厂商垄断供应，价格昂贵。并且这种高频介质材料的介质层在温差幅度大、辐射强度高的恶劣环境中（例如太空中）容易产生板材电磁参数的变化从而造成天线性能的不稳定。因此亟需开发新的成本较低、稳定可靠的平面形状的天线。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种无需使用介质、成本低的平面反射阵天线。
为实现上述目的，本发明提出一种平面反射阵天线，包括：馈源，用于发射或接收电磁波；金属平面反射阵列，用于将馈源发出的电磁波散射成平面波，或者接收平面波并汇聚到所述馈源上；支撑杆，用于连接所述馈源和所述金属平面反射阵列，固定二者的相对位置，其中，所述金属平面反射阵列包括多行多列金属贴片单元，每个所述金属贴片单元具体包括：一个正方形的金属边框，其中，相邻的金属贴片单元之间共用所述金属边框；和四组相同的金属枝节组合，所述四组相同的金属枝节组合在所述金属贴片单元中呈中心对称分布，所述金属枝节组合与所述金属边框相连，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述金属枝节组合的形状和尺寸来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
本发明上述实施例的平面反射阵天线中，由于多个金属贴片单元共用相邻的边框，因此金属平面反射阵列内呈一个镂空的整体平面器件，而非多个分立的贴片。从而，金属平面反射阵列可以无需介质层对其进行支撑，具有成本低的优点。
本发明的平面反射阵天线还可以进一步具有如下特征：
在本发明的一个实施例中，所述金属平面反射阵列采用不锈钢板、铜板或铝板，经过PCB工艺刻蚀形成。
在本发明的一个实施例中，所述金属平面反射阵列为方形、圆形、三角形或多边形。
在本发明的一个实施例中，所述金属平面反射阵列还包括：位于所述多行多列金属贴片单元外围的包边件。
在本发明的一个实施例中，所述金属枝节组合包括：第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
在本发明的一个实施例中，所述金属枝节组合包括：第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半；两个相同的第二金属枝节，其中，所述两个第二金属枝节对称地、平行地位于每个所述第一金属枝节两侧，所述第二金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，第二端悬空，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
在本发明的一个实施例中，所述金属枝节组合包括：两个相同的第一金属枝节，每个所述第一金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，延伸方向与该条边垂直，第二端悬空，所述两个第一金属枝节的第一端到该条边的中点的距离相等，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
在本发明的一个实施例中，所述金属枝节组合包括：两个相同的第一金属枝节，每个所述第一金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，延伸方向与该条边垂直，第二端悬空，所述两个第一金属枝节的第一端到该条边的中点的距离相等，两个相同的第二金属枝节，其中，所述两个第二金属枝节对称地、平行地位于每个所述第一金属枝节两侧，所述第二金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，第二端悬空，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
在本发明的一个实施例中，所述金属枝节组合包括：第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半；一个第二金属枝节，其中，所述第二金属枝节与所述第一金属枝节垂直交叉，所述第二金属枝节关于所述第一金属枝节的延伸方向轴对称，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
在本发明的一个实施例中，所述金属枝节组合包括：第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半；多个第二金属枝节，其中，每个所述第二金属枝节分别与所述第一金属枝节垂直交叉，每个所述第二金属枝节关于所述第一金属枝节的延伸方向轴对称，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述多个第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有的平面形状的正方形微带贴片天线的示意图；
图2是本发明实施例的平面反射阵天线的示意图；
图3是本发明实施例的具有包边件的平面反射阵天线的示意图；
图4是本发明第一实施例的金属贴片单元的示意图；
图5是本发明第二实施例的金属贴片单元的示意图；
图6是本发明第三实施例的金属贴片单元的示意图；
图7是本发明第四实施例的金属贴片单元的示意图；
图8是本发明第五实施例的金属贴片单元的示意图；
图9是本发明第六实施例的金属贴片单元的示意图；
图10a至10c是本发明其他实施例的金属贴片单元的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2所示，本发明实施例的平面反射阵天线，可以包括：馈源10、金属平面反射阵列20和支撑杆30。馈源10用于发射或接收电磁波。金属平面反射阵列20用于将馈源10发出的电磁波散射成平面波，或者接收平面波并汇聚到馈源10上。支撑杆30用于连接馈源10和金属平面反射阵列20，固定二者的相对位置。
其中，金属平面反射阵列20包括多行多列金属贴片单元201。每个金属贴片单元201具体包括：一个正方形的金属边框，其中，相邻的金属贴片单元之间共用金属边框；和四组相同的金属枝节组合，四组相同的金属枝节组合在金属贴片单元中呈中心对称分布，金属枝节组合与金属边框相连，其中，通过调节各个金属贴片单元中的金属枝节组合的形状和尺寸来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
本发明上述实施例的平面反射阵天线中，由于多个金属贴片单元共用相邻的边框，因此金属平面反射阵列20内呈一个镂空的整体平面器件，而非多个分立的贴片。从而，金属平面反射阵列20可以无需介质层对其进行支撑，具有成本低的优点。
在本发明的一个实施例中，金属平面反射阵列20可以采用不锈钢板、铜板或铝板，经过刻蚀形成。例如，可以通过PCB（PrintedCircuitBoard，印制电路板）等常见技术来制造该平面反射阵天线。该实施例的平面反射阵天线具有工艺兼容，简单易获得的优点。
在本发明的一个实施例中，金属平面反射阵列20可以为方形、圆形、三角形或多边形等等。需要说明的是，本发明的平面反射阵天线中的金属平面反射阵列20的形状可以根据需要灵活设置。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，金属平面反射阵列20还包括：位于多行多列金属贴片单元201外围的包边件202。包边件202可以采用金属板制成。包边件202可以保护金属贴片单元201不受外力损害。例如在移动本发明的平面反射阵天线中的金属平面反射阵列20时，可以通过夹持包边件202实现，而无需接触金属贴片单元201。又例如，安装本发明的平面反射阵天线时，可以在包边件202上钻孔后进行螺丝固定，或者在包边件202上涂胶进行粘接固定，从而不会损害到金属贴片单元201。
本发明实施例的平面反射阵天线中的金属贴片单元201可以有不同的形状，下面结合图4至图9进行具体介绍。
图4是本发明第一实施例的金属贴片单元的示意图。该实施例中，金属贴片单元201中包括金属边框Rim和四个相同的金属枝节组合。每个金属枝节组合包括：一个第一金属枝节Stub1。第一金属枝节Stub1的第一端分别与金属边框Rim的一条边的中点相连，第二端指向金属贴片单元的中心点，第一金属枝节Stub1的长度小于金属边框Rim的边长的一半。其中，通过调节各个金属贴片单元中的第一金属枝节Stub1的长度来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
图5是本发明第二实施例的金属贴片单元的示意图。该实施例中，金属贴片单元201中包括金属边框Rim和四个相同的金属枝节组合。每个金属枝节组合包括：第一金属枝节Stub1和两个相同的第二金属枝节Stub2。第一金属枝节Stub1的第一端分别与金属边框Rim的一条边的中点相连，第二端指向金属贴片单元的中心点。第一金属枝节Stub1的长度小于金属边框Rim的边长的一半。两个第二金属枝节Stub2对称地、平行地位于每个第一金属枝节Stub1两侧。第二金属枝节Stub2的第一端与金属边框Rim的一条边相连，第二端悬空。其中，通过调节各个金属贴片单元中的第一金属枝节Stub1的长度和第二金属枝节Stub2的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
图6是本发明第三实施例的金属贴片单元的示意图。该实施例中，金属贴片单元201中包括金属边框Rim和四个相同的金属枝节组合。每个金属枝节组合包括：两个相同的第一金属枝节Stub1。每个第一金属枝节Stub1的第一端与金属边框Rim的一条边相连，延伸方向与该条边垂直，第二端悬空。两个第一金属枝节Stub1的第一端到该条边的中点的距离相等。其中，通过调节各个金属贴片单元中的第一金属枝节Stub1的长度来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
图7是本发明第四实施例的金属贴片单元的示意图。该实施例中，金属贴片单元201中包括金属边框Rim和四个相同的金属枝节组合。每个金属枝节组合包括：两个相同的第一金属枝节Stub1和两个相同的第二金属枝节Stub2。每个第一金属枝节Stub1的第一端与金属边框Rim的一条边相连，延伸方向与该条边垂直，第二端悬空。两个第一金属枝节Stub1的第一端到该条边的中点的距离相等。其中，两个第二金属枝节Stub2对称地、平行地位于每个第一金属枝节Stub1两侧。第二金属枝节Stub2的第一端与金属边框Rim的一条边相连，第二端悬空。其中，通过调节各个金属贴片单元中的第一金属枝节Stub1的长度和第二金属枝节Stub2的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
图8是本发明第五实施例的金属贴片单元的示意图。该实施例中，金属贴片单元201中包括金属边框Rim和四个相同的金属枝节组合。每个金属枝节组合包括：第一金属枝节Stub1和第二金属枝节Stub2。第一金属枝节Stub1的第一端分别与金属边框Rim的一条边的中点相连，第二端指向金属贴片单元的中心点。第一金属枝节Stub1的长度小于金属边框Rim的边长的一半。其中，第二金属枝节Stub2与第一金属枝节Stub1垂直交叉。第二金属枝节Stub2关于第一金属枝节Stub1的延伸方向轴对称。其中，通过调节各个金属贴片单元中的第一金属枝节Stub1的长度和第二金属枝节Stub2的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
图9是本发明第六实施例的金属贴片单元的示意图。该实施例中，金属贴片单元201中包括金属边框Rim和四个相同的金属枝节组合。每个金属枝节组合包括：第一金属枝节Stub1和多个第二金属枝节Stub2。第一金属枝节Stub1的第一端分别与金属边框Rim的一条边的中点相连，第二端指向金属贴片单元的中心点。第一金属枝节Stub1的长度小于金属边框Rim的边长的一半。每个第二金属枝节Stub2分别与第一金属枝节Stub1垂直交叉。每个第二金属枝节Stub2关于第一金属枝节Stub1的延伸方向轴对称。其中，通过调节各个金属贴片单元中的第一金属枝节Stub1的长度和多个第二金属枝节Stub2的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在金属平面反射阵列20上形成一个等相位面。
图10a至10c还示出了本发明其他实施例的金属贴片单元的示意图。这些实施例的金属贴片单元形状不同，但并不改变本发明的原理。本领域技术人员可以根据需要灵活选择，本文不一一赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种平面反射阵天线，其特征在于，包括：
馈源，用于发射或接收电磁波；
金属平面反射阵列，用于将馈源发出的电磁波散射成平面波，或者接收平面波并汇聚到所述馈源上；
支撑杆，用于连接所述馈源和所述金属平面反射阵列，固定二者的相对位置，
其中，所述金属平面反射阵列包括多行多列金属贴片单元，多个金属贴片单元共用相邻的边框，以使所述金属平面反射阵列内呈现一个镂空的整体平面器件，每个所述金属贴片单元具体包括：
一个正方形的金属边框，其中，相邻的金属贴片单元之间共用所述金属边框；和
四组相同的金属枝节组合，所述四组相同的金属枝节组合在所述金属贴片单元中呈中心对称分布，所述金属枝节组合与所述金属边框相连，其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述金属枝节组合的形状和尺寸来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
2.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属平面反射阵列采用不锈钢板、铜板或铝板，经过PCB工艺刻蚀形成。
3.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属平面反射阵列为圆形或多边形。
4.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属平面反射阵列还包括：位于所述多行多列金属贴片单元外围的包边件。
5.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属枝节组合包括：
第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半，
其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
6.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属枝节组合包括：
第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半；
两个相同的第二金属枝节，其中，所述两个第二金属枝节对称地、平行地位于每个所述第一金属枝节两侧，所述第二金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，第二端悬空，
其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
7.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属枝节组合包括：
两个相同的第一金属枝节，每个所述第一金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，延伸方向与该条边垂直，第二端悬空，所述两个第一金属枝节的第一端到该条边的中点的距离相等，
其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
8.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属枝节组合包括：
两个相同的第一金属枝节，每个所述第一金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，延伸方向与该条边垂直，第二端悬空，所述两个第一金属枝节的第一端到该条边的中点的距离相等，
两个相同的第二金属枝节，其中，所述两个第二金属枝节对称地、平行地位于每个所述第一金属枝节两侧，所述第二金属枝节的第一端与所述金属边框的一条边相连，第二端悬空，
其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
9.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属枝节组合包括：
第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半；
一个第二金属枝节，其中，所述第二金属枝节与所述第一金属枝节垂直交叉，所述第二金属枝节关于所述第一金属枝节的延伸方向轴对称，
其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
10.根据权利要求1所述的平面反射阵天线，其特征在于，所述金属枝节组合包括：
第一金属枝节，所述第一金属枝节的第一端分别与所述金属边框的一条边的中点相连，第二端指向所述金属贴片单元的中心点，所述第一金属枝节的长度小于所述金属边框的边长的一半；
多个第二金属枝节，其中，每个所述第二金属枝节分别与所述第一金属枝节垂直交叉，每个所述第二金属枝节关于所述第一金属枝节的延伸方向轴对称，
其中，通过调节各个所述金属贴片单元中的所述第一金属枝节的长度和所述多个第二金属枝节的长度二者的至少之一来实现相位调节，从而在所述金属平面反射阵列上形成一个等相位面。
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