CN108281801A - 一种微带反射阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微带反射阵天线，主要解决现有技术结构复杂和带宽较窄的问题。其由若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，每个贴片单元的反射相位不同，排列周期D为0.3λ～0.5λ；每个单元自上而下依次包括：贴片(1)、介质基片(2)和地板(3)；该贴片(1)采用圆形结构，圆形贴片上开有两对缝隙(11)，这两对缝隙(11)分别位于该圆的两条相互垂直直径线两端。本发明提高了增益带宽，且结构简单、交叉极化较小、单元频率特性曲线平行度良好，可用于微波波段的电磁波调控。

Description

一种微带反射阵天线
技术领域
本发明属于电磁通信领域，特别涉及一种单层圆形开缝的微带反射阵单元，可用于微波波段的电磁波调控。
背景技术
近年来，随着移动通信技术的快速发展，雷达和通信系统都期望天线具有更多的功能性和自适应性。微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、易集成等特点得到了广泛研究和应用，而微带反射阵天线拥有反射面天线和大型相控阵天线的部分优势，得到广大研究人员的青睐。
微带反射阵天线主要由一系列微带贴片和馈源组成，但是传统的微带平面反射阵天线由于反射阵列单元的特性无法同时满足双极化、单元带宽较宽的要求，应用范围受到限制；考虑到多层反射阵的成本高、制造困难，而单层反射阵成本低、结构简单易于制造，因此设计一种双极化工作，且单元带宽较宽的单层反射阵单元是非常有意义的。
电子科技大学在其申请的专利“一种宽频带折叠反射阵天线”申请号201510278221.X，申请日2015.05.27，公布号CN 104901023A,公布日2015.09.09)中提出了一种双层的宽频带折叠反射阵天线，并利用该单元设计了一种微波频段的宽带反射阵天线，该发明所公开的折叠反射阵天线具有高增益、低损耗、结构紧凑、交叉极化低的特性。但是，该发明仍然存在的不足之处：1)单元结构复杂，不利于加工；2)该单元为双层结构，成本高。
文献Maurizio Bozzi,Simone Germani,and Luca Perregrini,“PerformanceComparison of Different Element Shapes Used in Printed Reflectarrays,”IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters,2003,Vol.2,pp.219–222中分析对比了数种单层反射阵单元的性能，从中可知一般的单层无源微带反射阵单元存在不足之处：1)单元相移范围难达到360°；2)相移曲线线性度不够，导致对加工精度要求大；3)带宽较窄。
东南大学在其申请的专利“一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线”(申请号201510581818.1，申请日2015.09.14，公布号CN 105098345A,公布日2015.11.25)中提出了一种新型双谐振结构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。该发明所公开的反射阵天线具有宽带和高增益特性。但是，该发明仍然存在的不足之处是：由于单元设计中采用了方环结构，会引入较大的交叉极化分量。
综上所述，目前的技术发明面临着三个问题，其一是单元结构复杂导致的加工困难和成本高，限制了复杂结构的微带反射阵天线大规模应用；其二是单层反射阵单元基本性能不足，例如相移范围难达到360°、相移曲线线性度不够、频率特性曲线平行度不足，导致单层微带反射阵天线的增益带宽降低；其三是单层反射阵单元在双极化状态下会引入较大的交叉极化分量，导致单层反射阵天线交叉极化较大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种微带反射阵天线，以减小天线的加工难度和交叉极化，增大天线的增益带宽。
为实现上述目的，本发明的微带反射阵天线由若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，每个单元自上而下依次包括：贴片、介质基片、地板；其特征在于：所述的贴片采用圆形结构，该圆形贴片上开有两对缝隙，这两对缝隙分别位于该圆的两条相互垂直直径线两端。
作为优选，所述两对缝隙的大小相同，即每条缝隙的宽度W为0.02λ～0.035λ，同一直径线上两条缝隙的距离L1为0.035λ～0.05λ，其中为λ波长。
作为优选，所述介质基片的相对介电常数ε为3.4～3.8，厚度h为0.02λ～0.2λ，其中λ为波长。
作为优选，所述每个单元的排列周期D为0.3λ～0.5λ，其中为λ波长。
作为优选，所述圆形贴片的直径L为0.25D～D，其中D为每个单元的排列周期；通过调整圆形贴片的直径L，实现对每个单元反射相位的调节。
作为优选，所述地板采用金属地板，以减小后向辐射。
本发明具有以下优点：
第一，本发明由于用若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，且贴片采用圆形结构，结构简单、成本低、易于制造和加工。
第二，本发明由于在贴片单元的圆形贴片上开有两对缝隙，可减小交叉极化。
第三，本发明通过调整圆形贴片的直径L，实现对每个单元反射相位的调节，进而实现对反射阵天线波束指向的控制。
第四，本发明由于其贴片单元的相移覆盖范围超过360°、相移曲线线性度较好、单元频率特性曲线平行度良好，因而使得本发明的反射阵天线具有较宽的增益带宽。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的反射阵单元俯视图；
图3为图1中的反射阵单元侧视图；
图4为本发明的第一实施例结构图；
图5为本发明的第二实施例结构图；
图6为本发明的第三实施例结构图；
图7为本发明中反射阵单元的反射相位曲线图；
图8为本发明中反射阵单元随频率变化的反射相位曲线图；
图9为本发明主波束方向为(30°,90°)的主极化与交叉极化方向系数曲线图；
图10为本发明最大方向系数随频率变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
参照图1，图2，图3，本发明由若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，每个单元的排列周期D为0.3λ～0.5λ，其中λ为波长。每个单元自上而下依次包括：贴片1、介质基片2和地板3，其中贴片1采用圆形结构，每个圆形贴片直径L不同，其取值范围为0.25D～D，每个圆形贴片上开有大小相同的两对缝隙11，这两对缝隙11分别位于该圆的两条相互垂直直径线两端。每条缝隙的宽度W为0.02λ～0.035λ，同一直径线上两条缝隙的距离L1为0.035λ～0.05λ。
所述介质基片2的相对介电常数ε为3.4～3.8，厚度h为0.02λ～0.2λ，
所述地板3采用金属地板，以减小后向辐射。·
本发明的设计原理如下：
在电磁仿真软件HFSS中，利用Floquet端口和主从边界条件，通过全波仿真获取工作频率为28GHz时，反射阵单元反射相位随圆形贴片直径L的变化关系。假设入射波角度反射波的角度基于基本的阵列理论，根据馈源的位置、工作频率、所设入射波和反射波的角度、单元坐标，求出各个微带反射阵单元所需要的反射相位φR(i)，各个反射阵单元的反射相位φR(i)由以下公式计算得到：
其中，(xi,yi,zi)是第i个反射阵单元的坐标，φR(i)是第i个反射阵单元的反射相位，λ为波长，为入射波的角度，为反射波的角度。反射阵单元的反射相位通过该公式计算得到后，反射阵单元的直径可由反射相位与直径的变化曲线得到，再通过全波仿真获取微带反射阵列的远场辐射方向图。
根据不同的参数设计，给出如下三种实施例：
实例1:口径分布为40mm×40mm的微带反射阵天线。
参照图4，在本实施例中微带反射阵的口径分布为40mm×40mm，由10×10共100个反射阵单元按照周期D为4mm间距排列组成。每个单元直径L不同，即根据反射相位与直径的变化曲线在1mm～4mm里设置，每条缝隙的宽度W为0.3mm，两条缝隙的距离L1为0.4mm；介质基片的相对介电常数ε为3.66，厚度h为1.118mm；反射阵单元的坐标(xi,yi,zi)取值范围为：-4.5D≤xi≤4.5D，-4.5D≤yi≤4.5D，zi＝0，其中，D为每个单元的排列周期；入射波角度反射波角度
实例2：口径分布为28mm×28mm的微带反射阵天线
参照图5，本实例口径分布为28mm×28mm的微带反射阵天线，由8x8共64个反射阵单元按照周期D为3.5mm间距排列组成。每个单元直径L不同，即根据反射相位与直径的变化曲线在0.875mm～3.5mm里设置，每条缝隙的宽度W为0.22mm，两条缝隙的距离L1为0.375mm；介质基片的相对介电常数ε为3.4，厚度h为0.25mm；反射阵单元的坐标(xi,yi,zi)取值范围为：-3.5D≤xi≤3.5D，-3.5D≤yi≤3.5D，zi＝0，其中，D为每个单元的排列周期；入射波角度反射波角度
实例3：口径分布为60mm×60mm的微带反射阵天线
参照图6，在本实施例中微带反射阵的口径分布为60mm×60mm，由12×12共100个反射阵单元按照周期D为5mm间距排列组成。每个单元直径L不同，即根据反射相位与直径的变化曲线在1.25mm～5mm里设置，每条缝隙的宽度W为0.36mm，两条缝隙的距离L1为0.5mm；介质基片的相对介电常数ε为3.8，厚度h为2mm；反射阵单元的坐标(xi,yi,zi)取值范围为：-5.5D≤xi≤5.5D，-5.5D≤yi≤5.5D，zi＝0，其中，D为每个单元的排列周期；入射波角度反射波角度
本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：
一.仿真条件
在电磁仿真软件HFSS中，反射阵天线工作于28GHz，微带反射阵的口径分布为40mm×40mm，由10×10共100个反射阵单元按照周期D为4mm间距排列组成。
二.仿真内容
仿真1，在上述条件下对实例一中反射阵单元的反射相位进行仿真，结果如图7所示。图7中的横坐标为圆形贴片的直径L，纵坐标为反射阵单元的反射相位，图7中的曲线为单元反射相移大小随圆形贴片的直径L的变化曲线。从图7中可以看到，随着直径L的变化，反射相位相对线性变化，具有较好的相移曲线线性度，并且相位覆盖范围超过360°，说明本发明通过调节圆形贴片的直径L，可以对反射阵单元的反射相位进行调节。
仿真2，在上述条件下对实例一中的反射阵单元在3个频率下的反射相位进行仿真，结果如图8所示。
图8中的横坐标为圆形贴片的直径L，纵坐标为反射阵单元的反射相位，其三条曲线分别为反射阵单元在26.5GHz、28GHz、29.5GHz时反射相移大小随单元直径L的变化曲线。从图8中可以看到，三个频率的反射相位曲线基本平行，表明单元反射相位曲线在3个频率下的平行度和线性度都较好。
仿真3，在上述条件下对实例一的反射阵天线主波束方向的主极化与交叉极化方向系数进行仿真，结果如图9所示。
图9中的横坐标为Theta角，纵坐标为方向性系数，其两条曲线分别为微带反射阵天线主极化和交叉极化的方向性系数大小随Theta角的变化曲线。从图9中可以看到，主极化在Theta角为29°时取得最大方向性系数为21.35dB，交叉极化在Theta角为29°时小于-15dB，说明本发明的微带反射阵列天线交叉极化较小，具有良好的极化保持特性。
仿真4，在上述条件下对实例一的反射阵天线随频率变化的最大方向性系数进行仿真，结果如图10所示。图10中的横坐标为频率，纵坐标为方向性系数，图10中的曲线为微带反射阵列天线最大方向系数随频率的变化曲线。从图10中可以看到，在工作频率29.5GHz时有最大方向系数为21.75dB，1dB增益带宽的范围为26.97GHz至31.83GHz，相对带宽为16.47％，说明本发明的微带反射阵列天线具有较好的宽带性能。
以上是本发明的三个具体实例并不构成对本发明的任何限制。

Claims (7)

1.一种微带反射阵天线，由若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，每个单元自上而下依次包括：贴片(1)、介质基片(2)、地板(3)；其特征在于：所述的贴片(1)采用圆形结构，该圆形贴片上开有两对缝隙(11)，这两对缝隙(11)分别位于该圆的两条相互垂直直径线两端。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，两对缝隙(11)的大小相同，即每条缝隙的宽度W为0.02λ～0.035λ，同一直径线上两条缝隙的距离L1为0.035λ～0.05λ，其中λ为波长。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基片(2)的相对介电常数ε为3.4～3.8，厚度h为0.02λ～0.2λ，其中λ为波长。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每个贴片单元的排列周期D为0.3λ～0.5λ，其中λ为波长。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，圆形贴片(1)的直径L为0.25D～D，其中D为每个单元的排列周期；通过调整圆形贴片的直径L，实现对每个单元反射相位的调节。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每个贴片单元的反射相位由以下公式计算得到：
其中(xi,yi,zi)是第i个反射阵单元的坐标，φR(i)是第i个反射阵单元的反射相位，λ为波长，为入射波的角度，为反射波的角度，i≥8。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，地板(3)采用金属地板，以减小后向辐射。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109728432A (zh) * 2019-01-24 2019-05-07 厦门大学嘉庚学院 渐变方形缝隙分形阵列超宽频带天线
CN109802244A (zh) * 2019-01-24 2019-05-24 西安电子科技大学 一种宽带微带反射阵列天线
CN110838613A (zh) * 2019-10-28 2020-02-25 南京理工大学 基于单层准自互补结构单元的宽带反射阵列天线
CN112952398A (zh) * 2021-02-21 2021-06-11 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种双通道Ku波段接收天线
CN113078461A (zh) * 2021-03-11 2021-07-06 重庆邮电大学 一种基于镜像对称法的高效反射阵列天线单元
CN116864996A (zh) * 2023-08-30 2023-10-10 天府兴隆湖实验室 超表面阵列结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105261837A (zh) * 2015-09-07 2016-01-20 中国科学院国家空间科学中心 一种反射阵天线
US20160111796A1 (en) * 2013-05-27 2016-04-21 Emw Co., Ltd. Phase lag cell and antenna including same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160111796A1 (en) * 2013-05-27 2016-04-21 Emw Co., Ltd. Phase lag cell and antenna including same
CN105261837A (zh) * 2015-09-07 2016-01-20 中国科学院国家空间科学中心 一种反射阵天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P. DE VITA ET AL.: "Broadband element for high-gain single-layer printed reflectarray antenna", 《ELECTRONICS LETTERS》 *
刘洋: "平面反射阵天线的优化设计和误差分析", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109728432A (zh) * 2019-01-24 2019-05-07 厦门大学嘉庚学院 渐变方形缝隙分形阵列超宽频带天线
CN109802244A (zh) * 2019-01-24 2019-05-24 西安电子科技大学 一种宽带微带反射阵列天线
CN109802244B (zh) * 2019-01-24 2020-08-04 西安电子科技大学 一种宽带微带反射阵列天线
CN109728432B (zh) * 2019-01-24 2021-01-29 厦门大学嘉庚学院 渐变方形缝隙分形阵列超宽频带天线
CN110838613A (zh) * 2019-10-28 2020-02-25 南京理工大学 基于单层准自互补结构单元的宽带反射阵列天线
CN110838613B (zh) * 2019-10-28 2020-09-25 南京理工大学 基于单层准自互补结构单元的宽带反射阵列天线
CN112952398A (zh) * 2021-02-21 2021-06-11 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种双通道Ku波段接收天线
CN112952398B (zh) * 2021-02-21 2022-08-02 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种双通道Ku波段接收天线
CN113078461A (zh) * 2021-03-11 2021-07-06 重庆邮电大学 一种基于镜像对称法的高效反射阵列天线单元
CN116864996A (zh) * 2023-08-30 2023-10-10 天府兴隆湖实验室 超表面阵列结构
CN116864996B (zh) * 2023-08-30 2023-11-21 天府兴隆湖实验室 超表面阵列结构

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