CN109755742A - 一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线 - Google Patents

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王翔宇
黄晓东
程崇虎
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Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
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Abstract

本发明公开了一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，所述天线依次包括定向性馈源、混合阵元反射面、介质层和完整金属地，所述混合阵元反射面和完整金属地上下层叠，平行放置；所述混合阵元反射面包括两种以上不同形状的反射单元。本发明结构简单，其通过将两种以上不同形状的反射单元设计在同一层上，通过保留并结合不同形状反射单元各自的优点，弥补了只采用单一类型阵元时的缺陷。

Description

一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线
技术领域
本发明属于微波技术领域，尤其是涉及一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线。
背景技术
随着现代卫星通信、微波通信以及航天技术的突飞猛进，高增益天线在超远距离通信中扮演着极其重要的角色。传统的抛物面天线是应用最广泛的高增益天线，但是因为其体型笨重，不符合当今移动通信“小型化”的要求；通过天线组阵方法也可以极大地提高天线的增益，但是随着阵列规模的扩大，馈线网络的复杂程度也会随之大幅度上升，从而导致传输损耗增大，影响天线的整体辐射效率。结合了抛物面天线和微带阵列天线的优点，一种新型的天线——平面反射阵列天线就孕育而生了。但是，传统的平面反射阵列天线造价较高、性能欠佳，不符合民用和商业的需求。因此，积极开展更高性能、低成本的平面反射阵列天线的研究，对于满足现代通信系统的要求具有及其重要的意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，能够同时优化高增益和低副瓣的辐射性能。
技术方案：一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，所述天线依次包括定向性馈源、混合阵元反射面、介质层和完整金属地，所述混合阵元反射面和完整金属地上下层叠，平行放置；所述混合阵元反射面包括两种以上不同形状的反射单元。本发明结构简单，其通过将两种以上不同形状的反射单元设计在同一层上，通过保留并结合不同形状反射单元各自的优点，弥补了只采用单一类型阵元时的缺陷。
进一步的，所有反射单元呈平面分布。
进一步的，混合阵元反射面主体使用增益相对较高、但调相范围小的单元贴片，由于局部位置处于该贴片的调相盲区，换用调相范围大但增益相对较低的单元贴片。
进一步的，介质层由空气、承载介质或其组合构成。
有益效果：本发明的一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，具有以下优点：
1、本发明的单频高增益混合阵元平面反射阵列天线结构对称简单，易于加工制作，成本低廉；
2、本发明的单频高增益混合阵元平面反射阵列天线保留并结合了不同形状反射单元各自的优点，从而弥补只采用单一类型阵元时的缺陷，支持双极化同时工作，最终可以较采用单一阵元时优化高增益、低副瓣的辐射性能。
附图说明
图1为本发明结构的主视图；
图2为本发明的正方形结构反射单元的俯视图；
图3为本发明的三圆环结构反射单元的俯视图；
图4为本发明的混合阵元反射面的俯视图；
图5为本发明的完整金属地的俯视图；
图6是利用HFSS软件计算的正方形阵元的反射相位曲线；
图7是利用HFSS软件计算的三圆环阵元的反射相位曲线；
图8是利用HFSS软件计算的混合阵元平面反射阵列天线的回波损耗特性；
图9是利用HFSS软件计算的混合阵元反射阵列天线与单一阵元反射阵列天线在14GHz处的E面方向图；
图10是利用HFSS软件计算的混合阵元反射阵列天线与单一阵元反射阵列天线在14GHz处的H面方向图；
其中：1.定向性馈源，2.混合阵元反射面，3.介质层，4.完整金属地。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1至图5所示，一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线的结构是：天线的馈源部分1采用一个喇叭天线，将其放置于混合阵元反射面2、介质层3和完整金属地4的上方。混合阵元反射面2和完整金属地4上下层叠，平行放置；上层为由两种不同形状反射单元构成的混合阵元反射面2，反射单元分别为：正方形贴片和三圆环贴片；下层为一块完整的金属地4。
本发明实例采用两块单层介质板来实现对混合阵元反射面2和完整金属地4的承载，从而使中间的介质层3由空气构成，也可以由承载介质或者空气和承载介质相组合的形式构成；同样混合阵元反射面2可以由其他形状的两种反射单元构成，也可以采用多种不同形状的反射单元，本发明不对其进行限定。
作为优选方案，所述承载混合阵元反射面2和完整金属地4的两块单层介质基板厚度均为0.6mm，采用介电常数为4.4的FR4，两块单层基板整体尺寸长度为180mm，宽度为180mm。
作为优选方案，所述混合阵元反射面2置于第一块介质基板的下表面，完整金属地4置于第二块介质基板的上表面，用于承载作用的两块介质基板之间的距离设计为2.0mm。
作为优选方案，所述馈源喇叭1和混合阵元反射面2之间的距离为115mm。
如图6所示，给出了单频高增益混合阵元平面反射阵列天线中增益较高的正方形阵元的反射相位曲线，从图中可看出其反射相位变化范围不能达到360ο，存在一定的相位盲区。
如图7所示，给出了单频高增益混合阵元平面反射阵列天线中增益较低的三圆环阵元的反射相位曲线，从图中可看出其反射相位变化范围远远超过了360ο，不存在相位盲区。
如图8所示，给出了单频高增益混合阵元平面反射阵列天线采用两块单层介质板设计时，利用HFSS软件计算的天线回波损耗特性。由图8可知，天线在14G频率附近的回波损耗低于-10dB，满足通信系统对天线阻抗的要求。
如图9所示，给出了单频高增益混合阵元反射阵列天线与单一阵元反射阵列天线在14GHz处的E面方向图，从图中可看出混合阵元反射阵列天线比单一阵元时在YOZ面的方向图有更高的增益和更低的旁瓣抑制。
如图10所示，给出了单频高增益混合阵元反射阵列天线与单一阵元反射阵列天线在14GHz处的H面方向图，从图中可看出混合阵元反射阵列天线比单一阵元时在XOZ面的方向图有更高的增益和更低的旁瓣抑制。
综上所述，本发明的单频高增益混合阵元平面反射阵列天线能够保留并结合不同形状反射单元各自的优点，弥补只采用单一类型阵元时的缺陷，支持双极化同时工作，最终与传统的单一类型阵元反射阵列天线相比较，能够同时优化高增益和低副瓣的辐射性能；且结构对称简单，易于加工制作，成本低廉，因此本发明有着广泛的应用前景。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。
上面结合附图和实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，其特征在于：所述天线依次包括定向性馈源(1)、混合阵元反射面(2)、介质层(3)和完整金属地(4)，所述混合阵元反射面(2)和完整金属地(4)上下层叠，平行放置；所述混合阵元反射面(2)包括两种以上不同形状的反射单元。
2.根据权利要求1所述的一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，其特征在于：所有反射单元呈平面分布。
3.根据权利要求1所述一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，其特征在于：介质层(3)由空气、承载介质或其组合构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，其特征在于：所述反射单元为正方形贴片、三圆环贴片。
5.根据权利要求1所述的一种单频高增益混合阵元平面反射阵列天线，其特征在于：所述的定向性馈源(1)为喇叭天线。
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