CN109904625A - 一种双频多层平面反射阵列天线 - 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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Nanjing Post and Telecommunication University
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Abstract

本发明公开了一种双频多层平面反射阵列天线，包括定向性馈源以及依次层叠、平行放置的高频反射面、高频镂空地、增透面、低频反射面和低频完整地。本发明结构简单，通过将高频反射面、低频反射面分别设计在上、下两个不同的层上，基于频率选择性增透技术，可在两个分离的电磁波频段，实现天线单元的独立设计，支持双频双极化同时工作，最终在每个频段每种极化均可达到高增益、低副瓣的设计目标。

Description

一种双频多层平面反射阵列天线
技术领域
本发明属于微波技术领域，尤其是涉及一种双频多层平面反射阵列天线。
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，现代通信技术对天线的要求极为苛刻，在很多的应用场合不仅要求天线具有体积小的特点，而且要求天线能够在两个甚至多个的频段内都具有良好的性能。因此，积极开展双频平面反射阵列天线的研究，对于满足现代通信系统的苛刻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，本发明提供一种双频多层平面反射阵列天线，能够在双频双极化的情况下都能实现高增益和低副瓣的辐射性能。
技术方案：一种双频多层平面反射阵列天线，包括定向性馈源以及依次层叠、平行放置的高频反射面、高频镂空地、增透面、低频反射面和低频完整地。本发明结构简单，高频反射面、低频反射面分别设计在上、下两个不同的层上，基于频率选择性增透技术，能够在两个分离的电磁波频段，实现天线单元的独立设计，支持双频双极化同时工作，最终在每个频段每种极化均可达到高增益、低副瓣的设计目标。
所述高频反射面中的单元与高频镂空地的单元几何中心相同，位置一一对应，分别形成高频反射器单元。
所述高频反射器呈平面分布。
所述增透面由金属贴片组成，每个贴片与高频镂空地每个单元的位置一一对应。
所述增透面金属贴片的尺寸以及与高频镂空地之间的距离由电磁波透射系数随频率变化的关系曲线确定。
所述高频反射面、高频镂空地、增透面、低频反射面和低频完整地中间的空隙部分可以由空气层、承载介质层或其组合构成。
有益效果：本发明的一种双频多层平面反射阵列天线，具有以下优点：
1、本发明的双频多层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、本发明的双频多层平面反射阵列天线在高、低频段可独立进行设计，支持双频双极化同时工作，最终在每个频段每种极化均可达到高增益、低副瓣的设计目标。
附图说明
图1为本发明结构的主视图；
图2为本发明的高频反射面的俯视图；
图3为本发明的高频镂空地的俯视图；
图4为本发明的增透面的俯视图；
图5为本发明的低频反射面的俯视图；
图6为本发明的低频完整地的俯视图；
图7是利用HFSS软件计算的天线回波损耗特性；
图8是利用HFSS软件计算的天线在14GHz处的H面方向图；
图9是利用HFSS软件计算的天线在14GHz处的E面方向图；
图10是利用HFSS软件计算的天线在10GHz处的H面方向图；
图11是利用HFSS软件计算的天线在10GHz处的E面方向图；
其中：1.定向性馈源、2.高频反射面、3.高频镂空地、4.增透面、5.低频反射面、6.低频完整地。
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6所示，一种双频多层平面反射阵列天线的结构是：天线的馈源部分采用一个喇叭天线1，将其放置于高频反射面2、高频镂空地3、增透面4、低频反射面5和低频完整地6的上方。第一层为高频反射面2，采用内部为正方形、外部为方环相组合的结构；第二层为高频镂空地3，其每个单元采用正方形结构，与高频反射面2的每个单元一一对应，几何中心相同；第三层为增透面4，由多个正方形金属贴片组成，每个贴片均与高频镂空地3的每个单元一一对应；第四层为低频反射面5，同样采用内部为方形贴片、外部为方环相组合的结构；第五层为一块完整的低频金属地6。
本发明实例采用两块双层介质板外加一块单层介质板来实现对高频反射面2、高频镂空地3、增透面4、低频反射面5和低频完整地6的承载，也可以由空气层或者空气层和承载介质相组合的形式；同样高、低频辐射单元和高频镂空地3、增透面4的贴片单元可使用其他结构，本发明不对其进行限定。
作为优选方案，所述承载高频反射面2、高频镂空地3和增透面4的两块介质基板厚度均为0.8mm，采用介电常数为2.2的Rogers5880；承载低频反射面5和低频完整地6的一块介质基板厚度为1.5mm，采用介电常数为3.38的Rogers4003C，三块基板整体尺寸长度为180mm，宽度为180mm。
作为优选方案，所述用于承载作用的三块介质基板之间的距离均为1.5mm。
作为优选方案，所述馈源喇叭1和高频反射面2之间的距离为115mm。
如图7所示，给出了双频多层平面反射阵列天线采用两块双层介质板外加一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7可知，天线在10G和14G这2个频率的回波损耗均低于-10dB，满足双频通信系统对天线阻抗的要求。
如图8所示，给出了双频多层平面反射阵列天线在14GHz处的H面方向图，从图中可看出该天线在高频时XOZ面的方向图有良好的增益和旁瓣抑制。
如图9所示，给出了双频多层平面反射阵列天线在14GHz处的E面方向图，从图中可看出该天线在高频时YOZ面的方向图有良好的增益和旁瓣抑制。
如图10所示，给出了双频多层平面反射阵列天线在10GHz处的H面方向图，从图中可看出该天线在低频时XOZ面的方向图有良好的增益和旁瓣抑制。
如图11所示，给出了双频多层平面反射阵列天线在10GHz处的E面方向图，从图中可看出该天线在低频时YOZ面的方向图有良好的增益和旁瓣抑制。
综上所述，本发明的双频多层平面反射阵列天线可以在两个分离的电磁波频段，实现天线单元的独立设计，支持双频双极化同时工作，最终在每个频段每种极化均可达到高增益、低副瓣的设计目标；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。

Claims (6)

1.一种双频多层平面反射阵列天线，其特征在于：包括定向性馈源(1)以及依次层叠、平行放置的高频反射面(2)、高频镂空地(3)、增透面(4)、低频反射面(5)和低频完整地(6)。
2.根据权利要求1所述的一种双频多层平面反射阵列天线，其特征在于：所述高频反射面(2)中的单元与高频镂空地(3)的单元几何中心相同，位置一一对应，分别形成高频反射器单元。
3.根据权利要求2所述的一种双频多层平面反射阵列天线，其特征在于：所述高频反射器呈平面分布。
4.根据权利要求1所述的一种双频多层平面反射阵列天线，其特征在于：所述增透面(4)由金属贴片组成，每个贴片与高频镂空地(3)每个单元的位置一一对应。
5.根据权利要求1所述的一种双频多层平面反射阵列天线，其特征在于：所述高频反射面(2)、高频镂空地(3)、增透面(4)、低频反射面(5)和低频完整地(6)中间的空隙部分可以由空气层、承载介质层或其组合构成。
6.根据权利要求1所述的一种双频多层平面反射阵列天线，其特征在于：所述定向性馈源(1)为喇叭天线。
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