CN107359422A - 一种宽带双极化双层透射阵单元 - Google Patents

一种宽带双极化双层透射阵单元 Download PDF

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Abstract

宽带双极化双层透射阵单元，属于天线设计领域，包括卐字形金属贴片，金属通孔和介质基板；卐字形金属贴片尺寸可以改变；在一定尺寸范围内，宽带双极化双层透射阵单元具有金属通孔，尺寸范围外，不具有金属通孔，卐字形金属贴片结构中心对称，具有完全相同的两层，分别位于介质基板的上下表面，金属通孔与位于介质基板上下表面的卐字形金属贴片相连接；所有金属通孔与卐字形金属贴片结构中心的距离相同，卐字形金属贴片的尺寸改变时，其线宽和金属通孔之间的距离成比例改变；本发明提出了一种可实现透射幅度大于‑1dB条件下360度相移覆盖，支持双极化，较宽频带范围内透射率较高，仅具有两层金属贴片和单层介质基板的宽带双极化双层透射阵单元。

Description

一种宽带双极化双层透射阵单元
技术领域
本发明属于无线通信技术技术领域，涉及天线技术，特别涉及一种宽带双极化双层透射阵单元。
背景技术
高增益天线在通信领域具有重要的应用。其中，介质透镜和金属透镜天线是高增益天线中的重要种类之一。随着超材料技术的发展，目前可以实现使用超材料单元设计平面透镜。超材料平面透镜可以在维持一定带宽条件下，降低传统透镜的剖面和加工成本。然而，超材料平面透镜单元依然存在着基板层数过多、仅支持单极化、透射率较低、移相范围不足360度等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种宽带双极化双层透射阵单元，可实现360度的相移范围。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种宽带双极化双层透射阵单元，包括：
介质基板3；
两层对称分布在介质基板3上表面与下表面的卐字形金属贴片1；
其中，所述卐字形金属贴片1的尺寸范围满足透射相位能够改变360度的条件设定，根据卐字形金属贴片1的尺寸，设置或者不设置连接上下两层卐字形金属贴片1的金属通孔2。
为了实现360度的相移范围，改变卐字形金属贴片1的尺寸，使得其尺寸最小值与最大值的透射相位相同。
改变卐字形金属贴片1的尺寸，透射相移同时改变。由于相移随尺寸连续变化，可依照相移最大与最小相等，选择卐字形金属贴片1尺寸的最小与最大值。
设置金属通孔2的卐字形金属贴片1的尺寸按照透射相位连续且透射幅度最高的条件设定。
所述卐字形金属贴片1为中心对称结构，四条与中心相连的等宽的边构成十字形状，该四条边的另一端分别垂直连接一条等宽外边的一端，整体呈左旋的卐字形。
当设置金属通孔2时，所述金属通孔2有四个，所述四个金属通孔2分别设置在卐字形金属贴片1的四条与中心直接连接的边上，所有金属通孔2与卐字形金属贴片1结构中心的距离相同。
所述卐字形金属贴片1的尺寸改变时，其线宽、金属通孔2之间的距离以及透射相位均同时按照不同比例变化。
所述单元的中心频率为20GHz，单元周期P为0.5倍波长，即7.5mm，所述卐字形金属贴片1的线宽W与线长L的关系为W＝0.15*L，其中，线长L指的是其结构中心到外边的长度的两倍，金属通孔2与卐字形金属贴片1结构中心的距离T，T＝(0.12L2+0.34L+0.47)mm，所述金属通孔2的直径D为0.3mm，介质基板3的介电常数为2.2，介质损耗为0.0009，高度H为2.36mm。
所述卐字形金属贴片1的尺寸范围为：1mm≤L≤6.5mm，在该范围内，当单元设置金属通孔2的情况下，L＝1mm与L＝6.5mm时，单元的透射相位对360度取模后相等，同时1mm≤L≤6.5mm的范围内透射相位单调递减，表明卐字形金属贴片1的尺寸在1mm≤L≤6.5mm的范围内，单元能够实现360度的相移。
当L＝1mm和L＝5.1mm时，设置金属通孔2与不设置金属通孔2的单元透射相位相同，当1≤L≤2以及5.1≤L≤6.5时，不设置金属通孔2的单元透射幅度更高，当2＜L＜5.1时，设置金属通孔2的单元透射幅度更高。
与现有技术相比，本发明宽带双极化双层透射阵单元可实现透射幅度大于-1dB条件下360度相移覆盖，并支持双极化，在较宽频带范围内的透射率较高，且仅具有两层金属贴片和单层介质基板，结构简单。
附图说明
图1表示本发明实施实例的三维结构示意图。
图2表示本发明实施实例的俯视图。
图3表示本发明实施实例的侧视图。
图4表示本发明实施实例的两种单元结构，幅度和相位随尺寸变化图。
图5表示本发明实施实例的两种单元性能最优部分结合后，幅度和相位随尺寸变化图。
图6表示本发明实施实例的两种单元性能最优部分结合后，幅度和相位在不同的入射角下，随尺寸变化图。
图7表示本发明实施实例的两种单元性能最优部分结合后，部分尺寸的单元结构，幅度和相位随频率变化图。
图8表示本发明实施实例的两种单元实现平面透镜的三维结构示意图。
图9表示图8中平面透镜在中心频点处，E面和H面的方向图。
图10表示图8中平面透镜的最大增益，随频率变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明的技术方案实现方式为：宽带双极化双层透射阵单元具有卐字形金属贴片1，金属通孔2和介质基板3；所述卐字形金属贴片1尺寸可以改变；在一定尺寸范围内，所示宽带双极化双层透射阵单元具有金属通孔2，尺寸范围外，不具有金属通孔2。所述宽带双极化双层透射阵单元具有两层完全相同的卐字形金属贴片1。所述卐字形金属贴片1结构中心对称，位于介质基板3的上下表面。所述金属通孔2与位于介质基板3上下表面的卐字形金属贴片1相连接；所有金属通孔2与卐字形金属贴片1结构中心的距离相同。所述卐字形金属贴片1的尺寸改变时，其线宽和金属通孔2之间的距离成比例改变。
本发明的实施例的结构具体说明如下：
宽带双极化双层透射阵单元中心频率为20GHz。如图2所示，单元周期P为0.5倍波长，即7.5mm。卐字形金属贴片1的线宽W与线长L的关系为W＝0.15*L。金属通孔2与卐字形金属贴片1结构中心的距离T，与线长L的关系为T＝(0.12L2+0.34L+0.47)mm。金属通孔的直径D为0.3mm。如图3所示，介质基板3的介电常数为2.2，介质损耗为0.0009，高度H为2.36mm。
本实施例的单元结构在Ansoft HFSS 15.0中仿真，透镜结构在CST Studio Suitesoftware 2015中仿真。
卐字形金属贴片1结构的尺寸范围按照透射相位能够改变360度的条件设定，当单元设置金属通孔2的情况下，在L＝1mm与6.5mm＝L时，单元的透射相位对360度取模后相等，同时1mm≤L≤6.5mm的范围内透射相位单调递减，表明卐字形金属贴片1结构的尺寸在1mm≤L≤6.5mm的范围内，单元可以实现360度的相移。
因此，当图1(a)中有通孔单元和图1(b)中无通孔单元线长L长度由1mm连续变化到6.5mm，两种单元的透射幅度和相位分别如图4(a)和(b)所示。在线长为2mm到5.1mm之间时，有通孔单元的幅度和相位性能更好。将两种单元性能最优的部分结合，可实现透射幅度大于-1dB条件下360度相移覆盖，如图5所示。第二种结构(不带金属通孔)与第一种结构(带有金属通孔)的相位存在重合位置，由于两重合位置中间第一种结构的幅度最高，因此中间部分选取第一种结构，单元最大或最小时选取第二种结构。
将两种单元结合，改变入射电磁波的入射角，透射幅度和相位分别如图6(a)和(b)所示。幅度仅在与θ＝30°条件下具有较大恶化；相位在各入射角下具有良好的一致性。
将两种单元结合后，选取相移角度为0°,45°,90°,135°,180°,215°,270°,315°的8个单元，其在30％带宽范围内的透射幅度和相位分别如图7(a)和(b)所示。幅度在频带内均大于-2dB，相位变化较为缓慢。
两种单元实现平面透镜的三维结构示意图如图8所示。透镜将球面波补偿为平面波，透镜不同的位置放置不同尺寸的补偿单元，根据相位选取单元的尺寸。透镜为圆形结构，直径为150mm，共包含276个单元。馈源为线极化标准增益喇叭。平面透镜将从馈源照射到的球面相位分布的球面波，补偿成等相位分布的平面波，实现高增益。根据透镜上所需的透射相位，选取相应尺寸L的透射阵单元，按照相邻两单元中心间距为一个单元周期P排布在平面透镜上。平面透镜在中心频率20GHz的方向图仿真如图9所示，E面和H面方向图一致性较好，增益为26dB，口径效率为40.3％。平面透镜的最大增益随频率变化如图10所示，-1dB和-3dB增益带宽分别为11.5％和23.6％。
综上，本发明提出了一种可实现透射幅度大于-1dB条件下360度相移覆盖，支持双极化，较宽频带范围内透射率较高，仅具有两层金属贴片和单层介质基板的宽带双极化双层透射阵单元。基于本发明单元设计的平面透镜，其具有较宽的带宽和较高的口径效率，为高性能低成本的高增益天线中较好的备选方案之一。

Claims (8)

1.一种宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，包括：
介质基板(3)；
两层对称分布在介质基板(3)上表面与下表面的卐字形金属贴片(1)；
其中，所述卐字形金属贴片(1)的尺寸范围满足透射相位能够改变360度的条件设定，根据卐字形金属贴片(1)的尺寸，设置或者不设置连接上下两层卐字形金属贴片(1)的金属通孔(2)。
2.根据权利要求1所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，设置金属通孔(2)的卐字形金属贴片(1)的尺寸按照透射相位连续且透射幅度最高的条件设定。
3.根据权利要求1所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，所述卐字形金属贴片(1)为中心对称结构，四条与中心相连的等宽的边构成十字形状，该四条边的另一端分别垂直连接一条等宽外边的一端，整体呈左旋的卐字形。
4.根据权利要求1所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，当设置金属通孔(2)时，所述金属通孔(2)有四个，所述四个金属通孔(2)分别设置在卐字形金属贴片(1)的四条与中心直接连接的边上，所有金属通孔(2)与卐字形金属贴片(1)结构中心的距离相同。
5.根据权利要求1所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，所述卐字形金属贴片(1)的尺寸改变时，其线宽、金属通孔(2)之间的距离以及透射相位均同时按照不同比例变化。
6.根据权利要求1所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，所述单元的中心频率为20GHz，单元周期P为0.5倍波长，即7.5mm，所述卐字形金属贴片(1)的线宽W与线长L的关系为W＝0.15*L，其中，线长L指的是其结构中心到外边的长度的两倍，金属通孔(2)与卐字形金属贴片(1)结构中心的距离T，T＝(0.12L2+0.34L+0.47)mm，所述金属通孔(2)的直径D为0.3mm，介质基板(3)的介电常数为2.2，介质损耗为0.0009，高度H为2.36mm。
7.根据权利要求6所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，所述卐字形金属贴片(1)的尺寸范围为：1mm≤L≤6.5mm，在该范围内，当单元设置金属通孔(2)的情况下，L＝1mm与L＝6.5mm时，单元的透射相位对360度取模后相等，同时1mm≤L≤6.5mm的范围内透射相位单调递减，表明卐字形金属贴片(1)的尺寸在1mm≤L≤6.5mm的范围内，单元能够实现360度的相移。
8.根据权利要求6所述宽带双极化双层透射阵单元，其特征在于，当L＝1mm和L＝5.1mm时，设置金属通孔(2)与不设置金属通孔(2)的单元透射相位相同，当1≤L≤2以及5.1≤L≤6.5时，不设置金属通孔(2)的单元透射幅度更高，当2＜L＜5.1时，设置金属通孔(2)的单元透射幅度更高。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598714A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 齐齐哈尔大学 一种极化无关的电磁感应透明超材料结构
CN110518364A (zh) * 2019-08-22 2019-11-29 南京理工大学 基于无通孔单一结构的超表面聚焦透镜
CN110739548A (zh) * 2019-10-14 2020-01-31 南京理工大学 高增益低剖面透射阵列天线
CN110854539A (zh) * 2019-10-21 2020-02-28 南京星隐科技发展有限公司 透射结构
CN111834752A (zh) * 2020-07-21 2020-10-27 广西科技大学 一种单层微带双极化透射阵天线及制造方法
CN111916894A (zh) * 2020-07-08 2020-11-10 华南理工大学 一种双极化平面透射型聚焦超表面天线
CN112563742A (zh) * 2020-12-03 2021-03-26 西安朗普达通信科技有限公司 一种新型宽带去耦天线罩
US11175439B2 (en) 2019-10-21 2021-11-16 Nanjing Star Hidden Technology Development Co., Ltd. Transmission structure
CN113889771A (zh) * 2021-09-10 2022-01-04 中国人民解放军空军工程大学 双圆极化多波束数字编码透射超构表面

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202034470U (zh) * 2011-04-11 2011-11-09 中国计量学院 周期性卐字形镂空结构的太赫兹波滤波器
CN102480017A (zh) * 2011-06-01 2012-05-30 深圳光启高等理工研究院 一种基于cmos工艺制备的超材料
US20120280872A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 Werner Douglas H Anisotropic metamaterial gain-enhancing lens for antenna applications
CN103094713A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 厦门大学 K波段平面贴片透镜天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202034470U (zh) * 2011-04-11 2011-11-09 中国计量学院 周期性卐字形镂空结构的太赫兹波滤波器
US20120280872A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 Werner Douglas H Anisotropic metamaterial gain-enhancing lens for antenna applications
CN102480017A (zh) * 2011-06-01 2012-05-30 深圳光启高等理工研究院 一种基于cmos工艺制备的超材料
CN103094713A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 厦门大学 K波段平面贴片透镜天线

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598714A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 齐齐哈尔大学 一种极化无关的电磁感应透明超材料结构
CN110518364A (zh) * 2019-08-22 2019-11-29 南京理工大学 基于无通孔单一结构的超表面聚焦透镜
CN110739548A (zh) * 2019-10-14 2020-01-31 南京理工大学 高增益低剖面透射阵列天线
CN110739548B (zh) * 2019-10-14 2021-08-31 南京理工大学 高增益低剖面透射阵列天线
CN110854539A (zh) * 2019-10-21 2020-02-28 南京星隐科技发展有限公司 透射结构
US11175439B2 (en) 2019-10-21 2021-11-16 Nanjing Star Hidden Technology Development Co., Ltd. Transmission structure
CN111916894A (zh) * 2020-07-08 2020-11-10 华南理工大学 一种双极化平面透射型聚焦超表面天线
CN111834752A (zh) * 2020-07-21 2020-10-27 广西科技大学 一种单层微带双极化透射阵天线及制造方法
CN112563742A (zh) * 2020-12-03 2021-03-26 西安朗普达通信科技有限公司 一种新型宽带去耦天线罩
CN113889771A (zh) * 2021-09-10 2022-01-04 中国人民解放军空军工程大学 双圆极化多波束数字编码透射超构表面

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