CN105098345B - 一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，首先提出一种新型双谐振近似线性相位响应的反射阵天线相移单元，并利用该单元设计了一种毫米波宽带反射阵天线。反射阵天线主要包含两个部分：作为馈源的角锥喇叭天线和包含多个相移单元的反射阵面。喇叭天线波束对反射阵面进行一个偏馈特定角度的照射，反射阵面将波束聚焦到仰角为的方向。根据本发明所公开的反射阵天线具有宽带和高增益特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，属于天线技术领域。
背景技术
随着卫星通信、微波通信和航空航天技术的发展，高增益天线越来越受到重视。在高增益天线领域，反射阵天线具有抛物面天线和相控阵天线的优点，具体来说，具有以下优点：平面结构、易加工、高辐射效率和低损耗。但是常规的反射阵天线具有增益带宽的狭窄的缺陷，一般来说在10％之内，限制了其在毫米波频段的发展。
参考文献
[1]Q.Y Li,Y.-C.Jiao,and G.Zhao,“A novel microstrip rectangular patch/ring-combination reflectarray element and its application,”IEEE AntennasWireless Propag.Lett.,vol.8,pp.1119–1122,2009.
[2]M.E.Bialkowski,K.H.Sayidmarie,and H.Khalil,“Investigations intophase characteristics of a single-layer reflectarray employing patch orelements of variable size,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.56,no.11,pp.3366–3372,Nov.2008.
发明内容
发明目的：为了实现反射阵天线的宽带特性，并实现较高的增益、良好的方向图；本发明提供了一种新型的双谐振反射阵天线相移单元，并利用其设计了一种工作于Q波段的宽带反射阵天线。
技术方案：一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，包括一个作为馈源的角锥喇叭天线和576个双谐振相移单元组成的反射阵列，反射阵列包括3层，分别为：基板、空气层、接地板；每个双谐振相移单元上设有贴片，贴片由两部分组成，内部的正方形贴片与外部的正方形环状贴片；所述正方形环状贴片的环宽度保持不变，正方形贴片和正方形环状贴片尺寸的变化能够实现反射波相位的变化，且在较宽的频段上相移曲线能够保持较好的线性。根据馈源角锥喇叭天线的入射波在反射阵表面的相位分布，可得到各个双谐振相移单元贴片的大小，从而设计出反射阵。
角锥喇叭天线对反射阵面进行偏馈20°(θ＝20°,)的照射，反射阵面将波束聚焦到仰角20°(θ＝20°,)的方向。
角锥喇叭天线的相位中心到反射阵面的垂直距离为82.3mm；不包括接地板，整个反射阵列的尺寸为72mm*72mm*1.508mm。
有益效果：与现有天线相比，本发明提供的采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，具有如下优点：
1)带宽展宽，1dB相对增益带宽达39％以上。
2)增益较高，达27.9dBi。
3)方向图良好，在Q波段内，H面的第一副瓣电平小于-21dB，E面的第一副瓣电平小于-18dB。
4)辐射特性在Q波段内稳定性好。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为双谐振相移单元的结构示意图；
图3为图2的侧视图；
图4为反射阵单元的相移曲线与参考文献[1]、[2]中提出的宽带反射阵单元的比较；
图5为在频率42GHz的E面方向图；
图6为在频率45GHz的E面方向图；
图7为在频率49GHz的E面方向图；
图8为在频率42GHz的H面方向图；
图9为在频率45GHz的H面方向图；
图10为在频率49GHz的H面方向图；
图11为反射阵天线的增益曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，包括一个作为馈源的角锥喇叭天线1和576个双谐振相移单元组成的反射阵列，其中反射阵天线有3层，分别为：基板2、空气层3、接地板4，其中基板2采用Rogers RT5880。
角锥喇叭天线1对反射阵面进行偏馈20°(θ＝20°,)的照射，反射阵面将波束聚焦到仰角20°(θ＝20°,)的方向。其中θ为俯仰角，,为方位角。
角锥喇叭天线1的相位中心到反射阵面的垂直距离为82.3mm；不包括接地板4，整个反射阵列的尺寸为72mm*72mm*1.508mm。反射阵列为由24行双谐振相移单元，每行24列双谐振相移单元组成阵列。
如图2所示，每个双谐振相移单元面上设有贴片5，贴片5由内侧的正方形贴片50与外侧的正方形环状贴片51组成，正方形贴片50与方形环状贴片51有45°的角度差。正方形环状贴片51的环宽度保持不变，正方形贴片50和正方形环状贴片51尺寸的变化能够实现反射波相位的变化，且在较宽的频段上相移曲线能够保持较好的线性。每个双谐振相移单元的边长为p＝3mm，正方形环状贴片51环宽度为wR＝0.1mm，lR与lS的表达关系为lS＝0.5lR-wR。
如图3所示，为本发明提出的新型双谐振相移单元的侧视图，Rogers RT5880基板的厚度为h1＝0.508mm，空气层的厚度为h2＝1mm。
当lR从0.8mm变化至3.0mm，双谐振相移单元相应的相位响应曲线如图4所示。根据馈源角锥喇叭天线1的入射波在反射阵表面的相位分布，结合图4可得到各个单元贴片的大小，从而设计出反射阵。
图5至图10给出了天线的辐射方向图，可以看出天线的波束指向目标方向θ＝20°,且指向稳定，在Q波段内，H面的第一副瓣电平小于-21dB，E面的第一副瓣电平小于-18dB。图11给出了该反射阵天线的增益曲线，可以看出，天线在45GHz时达到最大增益27.9dBi，1dB增益带宽的范围为39.5至57.4GHz相对带宽为39.7％。
Claims (3)
1.一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，其特征在于：包括一个作为馈源的角锥喇叭天线和由576个双谐振相移单元组成的反射阵列，反射阵列包括3层，从上到下层叠依次分别为：基板、空气层、接地板；每个双谐振相移单元上设有贴片，所述贴片设置在所述基板上，贴片由两部分组成，内部的正方形贴片与外部的正方形环状贴片，两者边所在的直线有45°的角度差；在所述正方形环状贴片的环宽度保持不变的情况下，正方形贴片和正方形环状贴片尺寸的变化能够实现反射波相位的变化；每个双谐振相移单元的边长为p = 3mm，正方形环状贴片环宽度为w R = 0.1 mm，正方形环状贴片的边长l R 与正方形贴片的边长l S 的表达关系为；
角锥喇叭天线对反射阵面进行偏馈20°，即的照射，反射阵面将波束聚焦到仰角20°，即的方向，为俯仰角为方位角。
2.如权利要求1所述的采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，其特征在于：根据馈源角锥喇叭天线的入射波在反射阵面的相位分布，可得到各个双谐振相移单元贴片的大小。
3.如权利要求1所述的采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线，其特征在于：角锥喇叭天线的相位中心到反射阵面的垂直距离为82.3mm；不包括接地板，整个反射阵列的尺寸为72mm*72mm*1.508mm。
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