CN107834185A - 二维扫描的单层折叠式反射阵天线 - Google Patents

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胡三明
杨佳伟
王李宁
沈竹
沈一竹
孟洪福
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二维扫描的单层折叠式反射阵天线，包括馈源天线、主反射板、极化栅和多个长度可控装置，馈源天线与主反射板集成在同一块单层印刷电路板上，长度可控装置的一端与主反射板连接，长度可控装置的另一端与极化栅连接，通过调节长度可控装置的长度，以调节极化栅的倾斜角度并且保持极化栅的几何中心高度不变。本发明采用单层印刷电路板实现，故可减少馈源天线的装配误差，降低成本。本发明通过长度可控装置调节极化栅的倾斜角度，能够实现二维扫描。并且，本发明有效提高了扫描精度。此外，本发明中主反射板固定，更易于与有源电路集成。

Description

二维扫描的单层折叠式反射阵天线
技术领域
本发明涉及天线阵，特别是涉及一种二维扫描的单层折叠式反射阵天线。
背景技术
反射阵列天线是在20世纪80年代随着微带天线的兴起而逐渐发展起来的，其工作原理是，通过调节表面辐射单元的相位分布，将馈源发出的球面波形成聚焦的波束。2000年，德国乌尔姆大学的W.Menzel教授首次提出了折叠式反射阵天线的概念，利用光路折合的原理将反射阵的厚度缩减为原来的一半，从而降低了反射阵的体积，减少了馈源的阻挡作用。折叠式反射阵天线具有低剖面、低成本、低交叉极化、易于平面集成等优点，在实现毫米波乃至亚毫米波高增益天线上具有良好的应用前景。然而，现有的折叠式反射阵的馈源采用三维喇叭、单独的平面结构、或是多层印刷电路板结构，具有不易装配、加工成本高等缺陷。
折叠式反射阵天线的波束扫描能力通常可通过三种方法实现，即机械扫描、多波束和电控波束扫描。对于机械扫描，现有技术中可通过旋转主反射面实现一维扫描，改变主反射面中馈源位置可实现多波束，将旋转主反射面与改变馈源位置的方法结合起来可实现二维扫描。另外，使用液晶技术可实现电控波束扫描。然而，现有技术中的折叠式反射阵天线普遍存在两个问题：(1)传统的馈源天线大多数采用喇叭天线，加工成本高且不易与平面电路直接集成；(2)折叠反射阵列天线有多种方法可实现波束扫描，目前提出的方法还不足以应对各种扫描应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种低成本、易于与平面电路直接集成、能够应对各种扫描应用的二维扫描的单层折叠式反射阵天线。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的二维扫描的单层折叠式反射阵天线，包括馈源天线、主反射板、极化栅和多个长度可控装置，馈源天线与主反射板集成在同一块单层印刷电路板上，长度可控装置的一端与主反射板连接，长度可控装置的另一端与极化栅连接；能够通过调节各个长度可控装置的长度，来调节极化栅的倾斜角度并且保持极化栅的几何中心高度不变。
进一步，所述长度可控装置包括弹簧，弹簧的一端与主反射板连接，弹簧的另一端与极化栅连接。
进一步，所述长度可控装置包括可控旋转臂，可控旋转臂的一端与主反射板连接，可控旋转臂的另一端与极化栅连接。
进一步，所述馈源天线包括基片集成波导缝隙天线或者其它单层平面结构。
进一步，所述主反射板的形状为正方形或者多边形。
有益效果：本发明公开了一种二维扫描的单层折叠式反射阵天线，将馈源天线和主反射板集成在同一块单层印刷电路板中，这样能够减少馈源天线的装配误差，降低成本。本发明通过长度可控装置的设置能够调节极化栅的高度和倾斜角度，能够实现二维扫描。并且，本发明的二维扫描是通过调节长度可控装置的长度从而调节极化栅的倾斜角度来实现，相对于现有技术中旋转主反射板实现二维扫描的方案，本发明有效提高了扫描精度。此外，相对于现有技术中旋转主反射板实现二维扫描的方案，本发明中主反射板固定，更易于与有源电路集成。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中折叠式反射阵天线的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中基片集成波导缝隙天线的结构示意图；
图2(a)为基片集成波导缝隙天线的主视图；
图2(b)为基片集成波导缝隙天线的侧视图；
图3为本发明具体实施方式中基片集成波导缝隙天线的仿真结果；
图3(a)为基片集成波导缝隙天线的反射系数和增益；
图3(b)为基片集成波导缝隙天线的辐射方向图；
图4为本发明具体实施方式中旋转极化栅实现机械E面扫描的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种二维扫描的单层折叠式反射阵天线，单层折叠式反射阵是指，仅利用单层印刷电路板或类似工艺即可实现的折叠式反射阵。如图1所示，包括馈源天线1、主反射板2、极化栅3和四个长度可控装置4，本具体实施方式中的长度可控装置4为长度可控螺钉。馈源天线1与主反射板2集成在同一块单层印刷电路板中，长度可控螺钉的一端与主反射板2连接，长度可控螺钉的另一端与极化栅3连接，并且四个长度可控螺钉分别位于极化栅3的四角。当需要调节极化栅3的倾斜角度并保持极化栅3的几何中心高度不变时，可以通过调节各个长度可控螺钉的高度来实现。
馈源天线1为基片集成波导缝隙天线，如图2(a)和图2(b)所示，基片集成波导缝隙天线采用同轴线11馈电。同轴线11通过同轴到基片集成波导的过渡结构将能量传送到基片集成波导里，能量从缝隙12中辐射出去。该天线的优点如下：1)基片集成波导缝隙天线能被同轴线11直接馈电，馈电方式简单；2)结构采用单层介质，成本低，减小天线的整体横截面积；3)天线的馈电位置在底部，易于与折叠式反射阵天线协同设计。图3(a)和图3(b)的仿真结果表明基片集成波导缝隙天线具有3.6％的相对带宽，E面和H面的轴向增益达到4.4dBi。
图4所示的是旋转极化栅二维机械扫描辐射方向图。扫描角度能达到±7°，且随着扫描角度的增加，E面旁瓣电平从-17dB逐渐增加到-9dB，3dB波束宽度从4.4°增加到5.2°，同时增益相对于中心波束减小了4dB。

Claims (5)

1.二维扫描的单层折叠式反射阵天线，其特征在于：包括馈源天线(1)、主反射板(2)、极化栅(3)和多个长度可控装置(4)，馈源天线(1)与主反射板(2)集成在同一块单层印刷电路板上，长度可控装置(4)的一端与主反射板(2)连接，长度可控装置(4)的另一端与极化栅(3)连接；能够通过调节各个长度可控装置(4)的长度，来调节极化栅(3)的倾斜角度并且保持极化栅(3)的几何中心高度不变。
2.根据权利要求1所述的二维扫描的单层折叠式反射阵天线，其特征在于：所述长度可控装置(4)包括弹簧，弹簧的一端与主反射板(2)连接，弹簧的另一端与极化栅(3)连接。
3.根据权利要求1所述的二维扫描的单层折叠式反射阵天线，其特征在于：所述长度可控装置(4)包括可控旋转臂，可控旋转臂的一端与主反射板(2)连接，可控旋转臂的另一端与极化栅(3)连接。
4.根据权利要求1所述的二维扫描的单层折叠式反射阵天线，其特征在于：所述馈源天线(1)包括基片集成波导缝隙天线或者其它单层平面结构。
5.根据权利要求1所述的二维扫描的单层折叠式反射阵天线，其特征在于：所述主反射板(2)的形状为正方形或者多边形。
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