CN112909578B - 低剖面宽带全金属传输阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低剖面宽带全金属传输阵天线，解决了现有技术中剖面高、带宽窄及成本高的问题。本发明的传输阵天线包括有周期性排布的金属腔体单元组成的传输阵面，金属腔体单元的上下两层均开有“I”形缝隙，还包括有宽带金属极化旋转反射单元组成的反射阵面和馈源，宽带金属极化旋转反射单元上设有两条相互平行的金属斜槽实现宽带极化旋转特性。本发明通过金属腔体单元和宽带金属极化旋转反射单元的设计，提供了一种全新的全金属传输阵天线，有效降低了天线剖面，拓宽了工作带宽。全金属折叠技术，避免了多层介质板的使用，降低了传输阵天线的剖面和制造成本，使得全金属传输阵天线在无线通信领域的应用更加广泛。

Description

低剖面宽带全金属传输阵天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，主要涉及一种传输阵天线，具体是一种低剖面宽带全金属传输阵天线，可用于雷达探测、射电天文和卫星通信等无线领域。

背景技术

传统的平面传输阵天线由馈源天线与平面传输阵列组成，其中的平面传输阵列的每个单元都有相位可调节的特性，用来补偿馈源照射到阵面上每个单元的空间路径不同所造成的相位延迟，从而形成所需的高增益辐射特性。作为一种新型的高增益天线，平面传输阵天线受到越来越多的人们关注。与传统的抛物面天线、介质透镜、相控阵天线等高增益天线相比，平面传输阵天线避免了抛物面天线和介质透镜天线固有的制造复杂性，具有体积小、成本低、重量轻等优点。空间馈电方法消除了相控阵天线馈电网络的损耗，提高了传输阵天线的辐射效率。此外，相比于传统的反射阵天线，平面传输阵天线的馈源和出射波束分布在阵面的两侧，馈源对出射波束没有遮挡，因此具有明显的辐射特性优势。

虽然平面传输阵天线具有上述较多优点，然而，为了满足高增益、多极化、宽带、高效率、波束扫描等各种高性能要求，需要低损耗均匀微波介质基板，对于大孔径或高频传输阵设计，这些材料是非常昂贵的。此外，不使用介质基板不但可以使得传输阵天线更好地适应恶劣环境，特别是空间环境，还可以降低制造成本。因此，有必要设计一种新型的全金属传输阵天线，以适应在恶劣环境中的应用。在过去的几年中，一些全金属传输阵天线已经被提出。在这些传输阵天线中，仍然使用传统的多层结构来实现360°相移和更高的传输振幅。

例如，文献“Transmitarray antenna design using cross-slot elements withno dielectric substrate,”IEEE Antennas Wirel Propag Lett.vol.13,pp.177-180,2014.中提出了一款没有介质基板的四层交叉缝隙单元的传输阵天线，实现了8.2％的1-dB增益带宽。然而，随着入射角的增大，单元透射系数变差，测量的增益下降超过5dB，而且四层单元结构的剖面较高。此外，文献“High-Efficient wideband slot transmitarrayantenna,”IEEE Trans Antennas Propag.vol.63,no.11,pp.5149-5155,2015.中提出了一款具有15.5％的1-dB增益带宽和峰值孔径效率55％的高效率宽带缝隙传输阵天线。

虽然上述天线在带宽和效率方面有了一定的改进，但整个天线的剖面高和带宽窄，极大限制了其适用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷和不足，提出一种低成本、结构简单的低剖面宽带全金属传输阵天线。

本发明是一种低剖面宽带全金属传输阵天线，包括有馈源和金属层面，其中金属层面由相互平行的三层金属层组成，每一个金属层面上都设有M×N个周期性排布的传输阵天线基本单元，共同组成传输阵天线的阵面，馈源位于阵面的等效焦点上，其特征在于：第一金属层和第二金属层之间，第二金属层和第三金属层之间均不设有低损耗均匀微波介质基板；第一金属层和第二金属层通过连接共同组成金属腔体阵面，所述金属腔体阵面由等体积的M×N个金属腔体单元按M行N列的顺序排列形成；第三金属层由M×N个开有金属斜槽的宽带金属极化旋转反射单元按M行N列的顺序排列形成；第一金属层和第三金属层之间形成的剖面为a个波长；馈源位于第三金属层的中央。

本发明解决了传统平面传输阵天线剖面高、带宽窄的问题。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

减小了传输阵体积和制造成本：本发明使用的传输阵天线单元的移相结构只包含一个由两层金属组成的金属腔，金属腔的上下两层金属有“I”形缝隙，且相互正交，通过调节“I”形缝隙的位置和宽度，可以实现0°，90°，180°，270°的相移，避免了现有技术中使用多层介质板体积明显增大的缺陷，有效减小了传输阵体积和制造成本。

拓阔了传输阵天线的应用领域：本发明应用了折叠技术，在不影响传输阵工作带宽性能的前提下，避免了现有技术中多层移相结构使用导致的平面传输阵天线剖面增高的缺陷，明显降低了传输阵天线的剖面，使得该传输阵天线的应用领域更为广泛，尤其是在空间卫星通信领域。

结构简单、成本低：本发明首次提出了结构简单、低成本的低剖面宽带全金属传输阵列天线。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的金属腔体单元的立体结构示意图；

图3为本发明的金属腔体单元的平面结构示意图；其中，图3(a)为本发明的金属腔体单元结构的俯视图；图3(b)为本发明的金属腔体单元结构的侧视图；

图4为本发明的宽带金属极化旋转反射单元的平面结构示意图；其中，图4(a)为本发明的宽带金属极化旋转反射单元的俯视图；图4(b)为本发明的宽带金属极化旋转反射单元结构的侧视图；图4(c)为本发明的宽带金属极化旋转反射单元结构的立体图；

图5为本发明的金属腔体单元传输相位改变示意图；其中，图5(a)为本发明金属腔体单元传输相位改变为0°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图；图5(b)为本发明金属腔体单元传输相位改变为90°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图；图5(c)为本发明金属腔体单元传输相位改变为180°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图；图5(d)为本发明金属腔体单元传输相位改变为270°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图；

图6为本发明的加工实物图；

图7为本发明实施例的S12的传输幅度结果仿真图；

图8为本发明实施例的S12的传输相位结果仿真图；

图9为本发明实施例的S11结果仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明详细说明：

实施例1

虽然目前已经有部分传统平面传输阵天线的宽带特性可以满足要求，但它们都不可避免的使用了多层微波介质基板来展宽带宽，这就使得天线的剖面明显增高，成本增加。而现有的全金属传输阵天线，虽然剖面有所降低，体积有所减小，但其带宽很窄，这使得此类天线的应用受到极大的限制。本发明对此现状展开了研究和分析，提出一种低剖面宽带全金属传输阵天线，在保证带宽性能满足使用要求的前提下，有效降低了平面传输阵天线的剖面。

本发明是一种低剖面宽带全金属传输阵天线，包括有馈源和金属层面，其中金属层面由相互平行的三层金属层组成，每一个金属层面上都设有M×N个周期性排布的传输阵天线基本单元，共同组成传输阵天线的阵面，馈源位于阵面1的等效焦点上，参见图1，图1为本发明的结构示意图，本发明结构中不设有低损耗均匀微波介质基板，不仅节省了制造成本，而且在没有介质基板的情况下，保证了传输阵天线的带宽性能不受影响，剖面有所降低。本发明的第一金属层和第二金属层通过连接共同组成金属腔体阵面1，在实际工程中连接是可以通过隔壁金属板网格来实现。本发明的金属腔体阵面1由等体积的M×N个金属腔体单元按M行N列的顺序排列形成。金属腔体单元的设计减小了第一层和第二层金属层之间的距离，进一步降低了传输阵天线的剖面。第三层金属层由M×N个开有金属斜槽的宽带金属极化旋转反射单元按M行N列的顺序排列形成。本发明的第一金属层和第层金属层之间形成的剖面为a个波长。本发明的馈源位于第三层金属表面的中央，馈源的位置是金属腔体传输阵面1的等效焦点。

本发明针对的问题是现有传输阵天线剖面高、带宽窄、体积大以及制造成本高。

本发明的思路和构思是通过改变现有传输阵天线的结构，本发明的方案和效果是不使用介质基板，只保留现有传输阵天线中的三层金属层面，其中上两层金属层通过连接共同组成金属腔体单元，金属腔体单元按照M行N列的顺序排布形成平面传输阵天线的传输阵面1，金属腔体单元的设计降低了平面传输阵天线的第一金属层和第二金属层之间的剖面，第三金属层包括开有金属斜槽的宽带金属极化旋转反射单元，宽带金属极化旋转反射单元按照M行N列的顺序排布形成平面传输阵天线的反射阵面2，宽带金属极化旋转反射表面的设计展宽了传输阵天线的带宽，实现了极化旋转的特性，馈源位于第三层金属层的中央，进一步降低了传输阵天线的总体剖面。本发明应用全金属结构，不使用介质基板来降低传输阵天线的剖面、体积和制造成本，通过应用折叠技术进一步降低了传输阵天线的剖面，通过应用宽带金属极化旋转反射表面来提高带宽。

实施例2

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1，等体积的金属腔体单元包括有对应的第一层金属层、对应的第二层金属层以及连接上下两层金属层的四块隔壁金属板，四块隔壁金属板的尺寸相等，相邻两个金属腔体单元共用一个隔壁金属板。本例中第一层金属层和第二层金属层以及隔壁金属板的金属厚度均为0.5mm，方便传输阵天线的实物加工，不仅降低了加工成本，而且工程易实现，金属厚度可以依据合适的型材小范围适当的调整。本发明中每一个等体积的金属腔体单元对应的第一金属层面和第二金属层面上均设有“I”形的缝隙，参见图3，图3(a)为本发明的金属腔体单元结构的俯视图，通过仿真软件仿真和加工实践证明，与矩形缝隙相比，“I”形缝隙的设置可以明显提高单元的传输效率。本发明中第二金属层上设有的“I”形缝隙与第一金属层面上设置的“I”形缝隙大小相等，位置相互正交，不仅可以实现较好的传输相位调节，而且易于工程技术的实现。

实施例3

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-2，金属腔体单元上的“I”形缝隙的纵向枝节的长度为L1，宽度为W1，上下两个横向枝节的尺寸相等，长度为L2，宽度为W2，通过调节“I”形缝隙的参数，本发明可以改变金属腔体单元的传输特性，实现良好的阵面传输特性。枝节的长度L1要大于上下两个横向枝节的长度L2，纵向枝节的宽度W1要小于横向枝节的长度L2，保证金属腔体传输单元有良好的相位调节特性。金属腔体单元对应的第一层金属层上的“I”形缝隙与该缝隙平行且最近的一侧的距离为dx，对应的第二层金属层上的“I”形缝隙与该缝隙平行且最近的一侧的距离为dy，且dx和dy的长度不能大于金属腔体单元尺寸的一半。在本实施例中，对于同一个金属腔体单元上的“I”形缝隙来说，dx和dy应该相等，有利于金属腔体单元传输特性的调节。金属腔体单元的第一金属层与第二金属层之间的距离为H1，通过调节距离H1、dx和dy可以改变金属腔体单元的传输幅度特性，距离H1越小，传输阵天线的剖面越低，因此，本发明需要在保证金属腔体单元传输特性的同时尽可能的减小距离H1，这有助于传输阵天线的剖面降低。

实施例4

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-3，宽带极化旋转反射金属单元为厚度H2的金属块，每一个单元金属块上开有两条相互平行且与单元金属块的边缘夹角为45°的斜槽，这有助于实现宽带金属极化旋转反射单元的极化转化特性，本例中的夹角为45°，实现了最好的极化旋转特性。斜槽的宽度为W3，斜槽的深度为H3；两斜槽的尺寸相等，且都与金属极化旋转反射单元的对角线平行，两金属斜槽之间的距离为W4，这有利于实现金属极化旋转反射单元的宽带特性，通过调节两斜槽的参数可以实现较宽的带宽性能。参见图4，图4是本发明的宽带金属极化旋转反射单元的平面结构示意图。

实施例5

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-4，本发明通过调节同一金属腔体单元上下两层金属上的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置，实现所述金属腔体单元产生0°，90°，180°和270°的传输相位差。参见图5，图5为本发明的金属腔体单元传输相位改变示意图，图5(a)为金属腔体单元传输相位改变为0°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图，当“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置如图5(a)所示，金属腔体单元可以产生0°的传输相位差。图5(b)为金属腔体单元传输相位改变为90°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图，当“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置如图5(b)所示，金属腔体单元可以产生90°的传输相位差。图5(c)为金属腔体单元传输相位改变为180°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图，当“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置如图5(c)所示，金属腔体单元可以产生180°的传输相位差。图5(d)为金属腔体单元传输相位改变为270°的“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置的示意图，当“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置如图5(d)所示，金属腔体单元可以产生270°的传输相位差。本发明可以通过来灵活调节“I”形缝隙的纵向枝节的宽度和相对位置，不仅可以实现本发明所需的传输相位特性，而且还可以实现很大范围内的传输相位差，为本发明提供了很高的实用性。

实施例6

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-5，本发明通过调节第三层金属层面的宽带金属极化旋转反射单元上的两条斜槽之间的距离W4来实现对于入射电磁波极化的转换，参见图4，图4为本发明宽带金属极化旋转反射单元结构示意图，宽带金属极化旋转反射单元可以将x极化的入射电磁波的极化转化为y极化的电磁波反射。通过实验仿真验证了本发明可以在很宽的带宽内实现极化旋转，现有传输阵天线的极化旋转单元仅可实现在很窄的带宽内较好的极化旋转特性，本发明的宽带金属极化旋转反射表面可以在25％的带宽范围内实现极化旋转特性，为传输阵天线的宽带性能有了很大的提升。

下面给出一个更加详实的例子，对本发明进一步说明

实施例7

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-6，参见图1，本发明包括M×N个周期性排布的金属腔体传输阵天线单元组成的阵面1，所述阵面1包括相互平行的第一层金属层和第二金属层以及连接的金属隔壁网格；还包括由M×N个宽带金属极化旋转反射表面单元组成的阵面2和宽带圆形波导馈源3。本发明中馈源3采用标准圆波导的相位中心位于阵面2的中心法线上，本实施例中，标准圆波导的等效相位中心与阵面边长的焦径比(F/D)为0.5。本实施例M＝21，N＝21。

本发明的一种低剖面宽带全金属传输阵天线，馈源3位于阵面1的等效焦点O，等效焦点O位于阵面2的中央。参见图2，图2为本发明的金属腔体单元立体分层结构示意图，如图2所示，传输阵天线金属腔体单元包括上下排布的方形第一层金属层11和第二层金属12以及连接上下两层金属的四壁13，第一层金属11上有“I”形缝隙111，第二层金属12上也有“I”形缝隙121，且两层金属上的“I”形缝隙111和121相互正交，第一层金属11和第二层金属12由金属四壁13连接组成一个金属腔体。

参见图3，图3为本发明的金属腔体单元的平面示意图，图3(a)为本例中的金属腔体传输阵天线单元的尺寸为10mm×10mm×3mm，其中上层金属11和下层金属12的厚度均为t＝0.5mm，金属腔体隔壁金属的厚度为t＝0.5mm，高度为H1＝2mm；第一层金属11上的“I”形缝隙的高度与方形金属腔体的一边相等为10mm，“I”形缝隙的上侧枝节与下侧枝节保持长度和宽度相等，长度为3mm，宽度为2.3mm，“I”形缝隙的中间部分长度为4.4mm，宽度为3.7mm，且与金属腔体一边保持平行；第二层金属12上的“I”形缝隙的高度与方形金属腔体的一边相等为10mm，“I”形缝隙的上侧枝节与下侧枝节保持长度和宽度相等，长度为3mm，宽度为2.3mm，“I”形缝隙的中间部分长度为4.4mm，宽度为3.7mm，且与金属腔体另外一边保持平行；第一层金属的“I”形缝隙与第二层金属的“I”形缝隙始终保持正交，以保证每一个金属腔体单元的相移特性，也保证了整体阵面1的传输特性。

参见图4，图4为本发明的宽带金属极化旋转反射单元的平面示意图，本发明的金属极化旋转反射表面是一个有斜槽的金属块，也就是本发明的第三金属层的结构，本例中金属块的尺寸为10mm×10mm×5.5mm，金属块的长和宽与金属腔体的长和宽保持相等，在金属块上表面开有两条倾斜角为45°的斜槽，槽深为5mm，两斜槽之间的宽度为1.2mm。

本发明的工作原理参见图1，位于等效焦点O上的宽带圆波导馈源3辐射出沿x极化方向的电磁波，经过金属腔体阵面1全反射后照射到宽带金属极化旋转阵面2，宽带极化旋转金属阵面2将x极化方向的入射电磁波经过极化旋转，转换为沿y方向的电磁波后全反射，再次通过金属腔体阵面1出射，形成本发明全金属传输阵天线的高增益特性。

本发明解决了现有技术中剖面高的问题。本发明包括有由M×N个周期性排布的金属腔体传输阵天线单元组成的阵面1，还包括有由M×N个宽带金属极化旋转反射表面单元组成的反射阵面2和宽带圆形波导馈源3。传输阵天线的阵面1有M×N个具有相移特性的金属腔体单元，金属腔体单元的上下两层开有“I”形缝隙，宽带金属极化旋转反射表面单元为开有两条平行斜槽的金属块。本发明通过应用全金属折叠技术，避免了现有技术中多层介质板移相结构增高剖面的缺陷，有效降低了传输阵天线的剖面。

以下通过仿真实验，对本发明的技术效果再做说明：

实施例7

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-6，

仿真条件和内容：

仿真利用现有文献中使用的商业软件HFSS_18.0，对上述实例在14-18GHz频段范围内进行仿真；

仿真1，对本发明实施案例中金属腔体传输阵天线单元的传输系数S12进行仿真，其结果如图7。

仿真结果分析：

参照图7，图7为本发明实施例的传输系数S12的传输幅度结果仿真图。图7的横坐标为频率，纵坐标为传输幅度，图中曲线为本发明技术方案仿真的0°，90°，180°和270°相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线。图中以方块标记的曲线为0°的相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线，图中以正三角标记的曲线为180°的相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线。从图中曲线可以看出，在很宽的频带范围内，0°，180°的相移情况下，两条曲线的趋势基本重合，传输阵天线金属腔体单元的传输幅度均大于0.7，且在14-17GH在的范围内传输幅度大于0.8。图中以圆点标记的曲线为90°的相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线，图中以倒三角标记的曲线为270°的相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线。从图中曲线可以看出，在很宽的频带范围内，90°，270°的相移情况下，传输阵天线金属腔体单元的传输幅度均大于0.5，且在14.5-17GH在的范围内传输幅度大于0.8。本发明不仅避免了现有技术中使用多层介质板体积明显增大的缺陷，还有效减小了传输阵体积和制造成本。

参照图8，图8为本发明实施例的传输系数S12的传输相位结果仿真图。图8的横坐标为频率，纵坐标为传输相位，图8中曲线为本发明技术方案仿真的0°，90°，180°和270°相移情况下金属腔体单元传输相位随频率变化的曲线。图8中以方块标记的曲线为0°的相移情况下金属腔体单元传输相位随频率变化的曲线，图8中以正三角标记的曲线为90°的相移情况下金属腔体单元传输相位随频率变化的曲线。图中以圆点标记的曲线为180°的相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线，图中以倒三角标记的曲线为270°的相移情况下金属腔体单元传输幅度随频率变化的曲线。从图中曲线可以看出，四条相位曲线基本保持平行，在14-18GHz的频带范围内，金属腔体单元可以提供100°的相位差。本发明不仅避免了多层介质基板的使用，还保证了天线传输相位的稳定和宽带特性，拓宽了天线的应用领域

实施例8

低剖面宽带全金属传输阵天线的总体构成和具体结构同实施例1-6，

仿真条件和内容：

仿真利用现有文献中使用的商业软件HFSS_18.0，对上述实例在12-18GHz频段范围内进行仿真；

仿真2，对本发明实施案例中金属极化旋转反射表面传输阵天线单元的反射系数S11进行仿真，其结果如图9。

仿真结果分析：

参照图9，图9为本发明实施例的反射系数S11结果仿真图。图9的横坐标为频率，纵坐标为反射幅度，反射振幅Rxy表示宽带极化旋转反射金属单元将y极化波的转化为x极化波后的反射振幅，反射振幅Rxx表示宽带极化旋转反射金属单元对于x极化波的反射幅度。图9给出了在0°，10°，20°，30°，40°入射角的情况下，反射振幅Rxy和反射振幅Rxx随频率的变化曲线。图9的上面五条曲线表示了不同入射角下的反射振幅Rxy随频率变化的曲线，五条曲线的趋势基本一致，极化旋转特性保持稳定，且都在12-18GHz的范围内大于0.8，表明宽带极化旋转反射金属单元可以在很宽的频率范围内实现极化旋转特性，所有的x极化波都被转换成y极化波。

图9的下面五条曲线表示了在0°，10°，20°，30°，40°入射角下的反射振幅Rxx随频率变化的曲线，五条曲线的趋势也基本一样，且都在12-18GHz的范围内大于0.8，表明宽带金属极化旋转反射单元可以在很宽的频率范围内实现极化旋转特性，所有的x极化波都被转换成y极化波。

综上所述，本发明提供的一种低剖面宽带全金属传输阵天线，解决了现有技术中剖面高、带宽窄以及制造成本高的问题。传输阵天线包括有由M×N个周期性排布的金属腔体单元组成的传输阵面1，并且每一个金属腔体单元的上下两层开有“I”形缝隙，还包括有由M×N个宽带金属极化旋转反射单元组成的反射阵面2和宽带圆形波导馈源3，并且每一个宽带金属极化旋转反射单元上开有两条相互平行的金属斜槽来实现宽带极化旋转特性。本发明通过应用金属腔体单元的设计，提供了一种全新的全金属传输阵天线，本发明有效降低了传输阵天线的剖面，通过应用全金属折叠技术，避免了现有技术中多层介质板移相结构的使用，进一步降低了传输阵天线的剖面和制造成本，宽带极化旋转反射金属表面的设计拓宽了传输阵天线的工作带宽，使得全金属传输阵天线的应用领域更加广泛。

以上描述仅是本发明的实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理和结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求和保护范围内。

Claims (5)

1.一种低剖面宽带全金属传输阵天线，包括有馈源和金属层面，其中金属层面由相互平行的三层金属层组成，每一个金属层面上都设有M×N个周期性排布的传输阵天线基本单元，共同组成传输阵天线的阵面，馈源位于阵面的等效焦点上，其特征在于：第一金属层和第二金属层之间，第二金属层和第三金属层之间均不设有低损耗均匀微波介质基板；第一金属层和第二金属层通过金属四壁连接共同组成金属腔体传输阵面，所述金属腔体传输阵面由等体积的M×N个金属腔体单元按M行N列的顺序排列形成；等体积的金属腔体单元包括有对应的第一金属层、对应的第二金属层以及连接上下两层金属层的四块隔壁金属板，相邻两个金属腔体共用一个隔壁金属板；其中每一个等体积的金属腔体单元对应的第一金属层面和第二金属层面上均设有“I”形的缝隙；第一金属层上设有的“I”形缝隙与该金属层的一边平行；第二金属层上设有的“I”形缝隙与第一金属层上设有的“I”形缝隙大小相等，位置相互正交；第三金属层由M×N个开有金属斜槽的宽带金属极化旋转反射单元按M行N列的顺序排列形成；第一金属层和第三金属层之间形成的剖面为a个波长；馈源位于第三金属层的中央。

2.根据权利要求1所述的一种低剖面宽带全金属传输阵天线，其特征在于：金属腔体单元上的“I”形缝隙的纵向枝节的长度为L1，宽度为W1，上下两个横向枝节的尺寸相等，长度为L2，宽度为W2；金属腔体单元对应的第一金属层上的“I”形缝隙与该缝隙平行且最近的一侧的距离为dx，对应的第二金属层上的“I”形缝隙与该缝隙平行且最近的一侧的距离为dy，金属腔体单元的第一金属层与第二金属层之间的距离为H1。

3.根据权利要求1所述的一种低剖面宽带全金属传输阵天线，其特征在于：所述宽带金属极化旋转反射单元为厚度H2的金属块，每一个单元金属块上开有两条相互平行且与单元金属块的边缘夹角为45°的斜槽；单元金属块上两斜槽的宽度相等为W3，且两斜槽的相邻边相距为D。

4.根据权利要求1所述的一种低剖面宽带全金属传输阵天线，其特征在于：通过调节金属腔体单元上两个互相正交的“I”形缝隙纵向枝节的宽度和相对位置，实现所述金属腔体单元产生0°，90°，180°和270°的传输相位差。

5.根据权利要求3所述的一种低剖面宽带全金属传输阵天线，其特征在于：通过调节宽带金属极化旋转反射单元上两斜槽之间的距离，实现所述宽带金属极化旋转单元的极化旋转特性。

Images