CN112635984A - 高度集成的宽带折叠式反射阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高度集成的宽带折叠式反射阵天线，包括该天线包括平面宽带馈源天线(1)、双极化反射单元(21)组成的主反射板(2)、极化栅(3)和多个支撑装置(4)；其中，平面宽带馈源天线(1)位于主反射板(2)上表面，且与主反射板(2)集成在同一块单层印刷电路板上，支撑装置(4)的一端与主反射板(2)连接，支撑装置(4)的另一端与极化栅(3)连接，主反射板(2)与极化栅(3)平行放置。本发明通过设计新型平面宽带馈源天线，能够有效实现宽带折叠式反射阵天线。此外，本发明设计的新型双极化反射单元，在两个正交方向都能够扭转极化方向90°，并且提供线性相位补偿。

Description

高度集成的宽带折叠式反射阵天线
技术领域
本发明涉及天线阵，特别是涉及一种高度集成的宽带折叠式反射阵天线。属于天线设计的技术领域。
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)折叠式反射阵列天线带宽很窄，主要受限于馈源天线和阵面单元的带宽，限制了折叠式反射阵列天线的实际应用。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种宽带的、低成本、易与平面电路直接集成的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，将新型平面宽带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。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，包括新型平面宽带馈源天线、新型双极化反射单元组成的主反射板、极化栅和多个支撑装置，馈源天线与主反射板集成在同一块单层印刷电路板上，支撑装置的一端与主反射板连接，另一端与极化栅连接，以保证主反射板平行放置于极化栅。
进一步，新型平面宽带馈源天线是背靠背基片集成波导馈电的开放槽缝天线阵列，包括基片集成波导馈电结构和设置在馈电结构两边相反方向的开放槽缝，同轴馈电基片集成波导，进而基片集成波导传输能量到两边的开放槽缝。同轴到两个开放槽缝的路径差1/2波长，以补偿两个开放槽缝在相反方向产生的180°相位差，所以两个开放槽缝辐射的能量能够同相叠加。
进一步，新型双极化反射单元是准双箭头结构，由两个直角以及两个直角之间连接的条带组成，并且通过旋转新型双极化反射单元，在两个正交方向都能够扭转极化方向90°以及提供线性相位补偿。从而有利于加工，尤其是毫米波太赫兹频段的微纳加工。通过旋转双极化反射单元，它在两个正交方向都能够将电磁波的极化方向扭转90°并提供线性相位补偿。
进一步，该单层结构可采取多种馈电形式，比如本次设计中的同轴激励和共面波导激励。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明将新型平面宽带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。
2)本发明的新型平面宽带馈源天线是背靠背基片集成波导馈电的开放槽缝天线阵列，开放槽缝结构作为一个单模谐振器，具有较低的Q值，相对于现有技术中的槽缝天线，有效提高了带宽性能和增益，并且整体结构紧凑。
3)本发明的新型双极化反射单元是准双箭头结构，相对于现有技术中的宽带反射单元，该结构的外部轮廓连线的弯转角度均不小于90°，从而有利于加工，尤其是毫米波太赫兹频段的微纳加工。
附图说明
图1a为折叠式反射阵天线的主视图；
图1b为折叠式反射阵天线的侧视图；
图2a为平面宽带馈源天线的主视图；
图2b为平面宽带馈源天线的侧视图；
图3为本发明具体实施方式中极化栅的结构示意图；
图4a为平面宽带馈源天线的反射系数和增益；
图4b为平面宽带馈源天线的辐射方向图；
图5为本发明双极化反射单元的结构示意图；
图6a为双极化反射单元的极化扭转结果图；
图6b为双极化反射单元相位补偿结果图；
图7a为折叠式反射阵天线的反射系数和增益；
图7b为折叠式反射阵天线的辐射方向图。
图中有：平面宽带馈源天线1、主反射板2、双极化反射单元21、极化栅3、支撑装置4，同轴线11、第一开放槽缝12、第二开放槽缝13、基片集成波导馈电结构14。
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高度集成的宽带折叠式反射阵天线。如图1a和图1b所示，该天线包括平面宽带馈源天线1、双极化反射单元21组成的主反射板2、极化栅3和多个支撑装置4；其中，平面宽带馈源天线1位于主反射板2上表面，且与主反射板2集成在同一块单层印刷电路板上，支撑装置4的一端与主反射板2连接，支撑装置4的另一端与极化栅3连接，主反射板2与极化栅3平行放置。
所述平面宽带馈源天线1是背靠背基片集成波导馈电的开放槽缝天线阵列，包括基片集成波导馈电结构14和设置在基片集成波导馈电结构两边相反方向的第一开放槽缝12、第二开放槽缝13，基片集成波导馈电结构采用同轴线11馈电，进而基片集成波导传输能量到两边的第一开放槽缝12、第二开放槽缝13。如图2a和图2b所示，开放槽缝天线阵列采用同轴线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，进而基片集成波导传输能量到两边的开放槽缝。同轴到两个开放槽缝的路径差是1/2波长，以补偿两个开放槽缝在相反方向产生的180°相位差，所以开放槽缝12和开放槽缝13辐射的能量能够同相叠加。该天线的优点如下：1)背靠背基片集成波导馈电的开放槽缝天线阵列能被同轴线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；4)槽缝结构作为一个单模谐振器，具有较低的Q值，因此带宽比传统的槽缝天线更宽，同时保持稳定的辐射性能。图4a和图4b的仿真结果表明新型平面宽带馈源天线具有28.4％的S11相对带宽，E面和H面的轴向增益达到8.86dBi。
主反射板2上的新型双极化反射单元21如图5所示，在两个正交方向θ＝45°和θ＝135°具有相同的扭转极化方向90°效果，并且在两个正交方向提供的线性相位补偿具有恒定的相位差180°。图6a和图6b仿真结果表明新型双极化反射单元共极化反射的幅度在-10dB以下，交叉极化反射的幅度在-0.5dB以上，并且该单元能提供300°的线性相位补偿。
图7a和图7b仿真结果表明高度集成的宽带折叠式反射阵天线具有20.6％的S11相对带宽，E面和H面的轴向增益达到26.8dBi，副瓣达到-20dB以下。

Claims (7)

1.高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：该天线包括平面宽带馈源天线(1)、双极化反射单元(21)组成的主反射板(2)、极化栅(3)和多个支撑装置(4)；其中，平面宽带馈源天线(1)位于主反射板(2)上表面，且与主反射板(2)集成在同一块单层印刷电路板上，支撑装置(4)的一端与主反射板(2)连接，支撑装置(4)的另一端与极化栅(3)连接，主反射板(2)与极化栅(3)平行放置。
2.根据权利要求1所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：所述平面宽带馈源天线(1)是背靠背基片集成波导馈电的开放槽缝天线阵列，包括基片集成波导馈电结构(14)和设置在基片集成波导馈电结构两边相反方向的第一开放槽缝(12)、第二开放槽缝(13)，基片集成波导馈电结构采用同轴线(11)馈电，进而基片集成波导传输能量到两边的第一开放槽缝(12)、第二开放槽缝(13)。
3.根据权利要求2所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：所述同轴线(11)到两个开放槽缝即第一开放槽缝(12)、第二开放槽缝(13)的路径差1/2波长，以补偿两个开放槽缝在相反方向产生的180°相位差，两个开放槽缝辐射的能量能够同相叠加。
4.根据权利要求2所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：所述背背靠背基片集成波导馈电的开放槽缝天线阵列，其中的开放槽缝结构，作为一个单模谐振器，具有低的Q值，比传统的槽缝天线或贴片天线具有更大的带宽，同时保持稳定的辐射性能。
5.根据权利要求1所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：所述双极化反射单元(21)是准双箭头结构，它由两个直角以及两个直角之间连接的条带组成，该结构的外部轮廓连线的弯转角度均不小于90°。
6.根据权利要求2所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：所述基片集成波导馈电结构还能采用共面波导的结构馈电。
7.根据权利要求1所述的高度集成的宽带折叠式反射阵天线，其特征在于：所述的极化栅(3)由平行的金属条带蚀刻在介质板制成的，能将一种极化波反射回主反射板，并且将正交极化波透射出去。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114649686A (zh) * 2022-05-16 2022-06-21 电子科技大学 一种具有滤波特性的高增益折合式平面反射阵天线
CN114824834A (zh) * 2022-06-29 2022-07-29 电子科技大学 全集成的大频比双频双馈折叠反射阵天线
CN115332816A (zh) * 2022-08-23 2022-11-11 南京理工大学 基于全金属极化扭转反射单元的反射阵列天线

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106329106A (zh) * 2016-10-13 2017-01-11 哈尔滨工程大学 一种基于siw技术的宽带高隔离度低交叉极化双极化微带天线阵
US20170047658A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 Sony Mobile Communications Inc. Wideband antennas including a substrate integrated waveguide
KR101823365B1 (ko) * 2016-10-21 2018-03-14 연세대학교 산학협력단 폴디드 리플렉트어레이 안테나 및 편파 격자 기판
CN107819200A (zh) * 2017-10-23 2018-03-20 东南大学 一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线
CN107834185A (zh) * 2017-11-08 2018-03-23 东南大学 二维扫描的单层折叠式反射阵天线
CN109755757A (zh) * 2019-03-07 2019-05-14 西安电子科技大学 基于亚波长单层反射单元的宽带编码折叠反射阵天线
CN110556626A (zh) * 2019-07-24 2019-12-10 西安空间无线电技术研究所 一种宽频带可重构反射阵天线

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170047658A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 Sony Mobile Communications Inc. Wideband antennas including a substrate integrated waveguide
CN106329106A (zh) * 2016-10-13 2017-01-11 哈尔滨工程大学 一种基于siw技术的宽带高隔离度低交叉极化双极化微带天线阵
KR101823365B1 (ko) * 2016-10-21 2018-03-14 연세대학교 산학협력단 폴디드 리플렉트어레이 안테나 및 편파 격자 기판
CN107819200A (zh) * 2017-10-23 2018-03-20 东南大学 一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线
CN107834185A (zh) * 2017-11-08 2018-03-23 东南大学 二维扫描的单层折叠式反射阵天线
CN109755757A (zh) * 2019-03-07 2019-05-14 西安电子科技大学 基于亚波长单层反射单元的宽带编码折叠反射阵天线
CN110556626A (zh) * 2019-07-24 2019-12-10 西安空间无线电技术研究所 一种宽频带可重构反射阵天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAWEI YANG: "Highly-Integrated Folded Reflectarray for Generation of Bessel Beam Carrying Orbital Angular Momentum", 《 2018 INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTROMAGNETICS IN ADVANCED APPLICATIONS (ICEAA)》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114649686A (zh) * 2022-05-16 2022-06-21 电子科技大学 一种具有滤波特性的高增益折合式平面反射阵天线
CN114649686B (zh) * 2022-05-16 2022-08-02 电子科技大学 一种具有滤波特性的高增益折合式平面反射阵天线
CN114824834A (zh) * 2022-06-29 2022-07-29 电子科技大学 全集成的大频比双频双馈折叠反射阵天线
CN114824834B (zh) * 2022-06-29 2022-10-14 电子科技大学 全集成的大频比双频双馈折叠反射阵天线
CN115332816A (zh) * 2022-08-23 2022-11-11 南京理工大学 基于全金属极化扭转反射单元的反射阵列天线

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