CN214505776U - 一种传输阵列天线单元和传输阵列天线 - Google Patents
一种传输阵列天线单元和传输阵列天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN214505776U CN214505776U CN202120568648.4U CN202120568648U CN214505776U CN 214505776 U CN214505776 U CN 214505776U CN 202120568648 U CN202120568648 U CN 202120568648U CN 214505776 U CN214505776 U CN 214505776U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- array antenna
- symmetry
- transmission array
- metal sheet
- rectangular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种传输阵列天线单元和传输阵列天线，包括上下对齐的四层金属片，相邻两层金属片的层间距相等；每层金属片均具有相互垂直的x0对称轴和y0对称轴；其中，x0对称轴平行于X方向入射的线极化入射波；y0对称轴平行于Y方向入射的线极化入射波；每层金属片上均设置有x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙，呈“十”字形正交布设，且交叉点均位于每层金属片的中心；四层金属片上的x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的尺寸均相同，且上下对齐。本申请通过调整两正交缝隙的长度最终实现对两正交极化的独立调控；且具有低损耗、高稳定性、高增益和独立操纵两正交线极化入射波的能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，特别是一种传输阵列天线单元和传输阵列天线。
背景技术
随着通信技术的发展，微波通信已经难以满足人们对宽带宽和高传输速度的要求，所以人们寻求一个频率更高的波段来满足日益增高的通信需求。太赫兹波具有光子能量低、穿透性好、高分辨等特性，其频率介于0.1-10THz之间，使其具有很宽的频段，并且有很大的传输容量。太赫兹阵列天线具有体积小、性能好和波束控制灵活等优点已成为国内外研究的热点研究课题。
通信频谱越来越高，电磁波损耗也随之增加，为确保通信覆盖半径，现有技术中的微带阵列天线往往需要增加天线单元数来提高天线增益，然而单元数目增加后，需要设计复杂的馈电网络。
人工超材料天线因其特殊的结构，而有着比传统天线更优秀的性能。传输阵列天线因为其馈源和最大波束指向位于阵面的两侧而避免了反射阵列天线中普遍存在的馈源遮挡，从而具有更灵活的操作空间。
现有技术的天线在结构和效果方面主要有以下问题：
(1)天线体积大，复杂的馈电网络将引入额外的损耗，对于高频波频段此问题尤为突出，难以实现高增益。
(2)高频天线波束范围普遍较窄。
(3)结构复杂造成成本昂贵。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种传输阵列天线单元和传输阵列天线，该传输阵列天线单元和传输阵列天线能通过单独调整每个阵列天线单元中x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的长度，实现对两正交极化的独立调控；另外，采用空间馈电的方式对各阵列天线单元进行馈电，具有低损耗、高稳定性、高增益和独立操纵两正交线极化入射波的能力，且天线体积小、高频天线波束范围宽、成本造价低。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种传输阵列天线单元，包括上下对齐的四层金属片，相邻两层金属片的层间距相等。
每层金属片均具有相互垂直的x0对称轴和y0对称轴。其中，x0对称轴平行于X方向入射的线极化入射波。y0对称轴平行于Y方向入射的线极化入射波。
每层金属片上均设置有沿x0对称轴的x0向矩形缝隙和沿y0对称轴的y0向矩形缝隙。x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙呈“十”字形正交布设，且交叉点均位于每层金属片的中心。
四层金属片上的x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的尺寸均相同，且上下对齐。
x0向矩形缝隙的长度尺寸lx能够调整，y0向矩形缝隙的长度尺寸ly能调整。
x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的宽度相等，且均为w。
lx＝630～740um，ly＝630～740um，w＝100um。
一种传输阵列天线，包括馈源和传输阵列平面XOY。
馈源指向传输阵列平面XOY的正中心O，用于对传输阵列平面XOY进行空间馈电。
传输阵列平面XOY采用若干个传输阵列天线单元呈等间距周期性阵列排布形成。
馈源为多模喇叭，馈源到传输阵列平面XOY的距离f＝59600um。
若干个传输阵列天线单元在传输阵列平面XOY上形成圆形阵列平面。
圆形阵列平面的直径上具有41个传输阵列天线单元。
本实用新型具有如下有益效果：
1、每个传输阵列天线单元均为纯金属结构，由四层一样的金属薄膜片(也称金属片)构成，消除了在高频情况下介质损耗显著的问题，减少了加工的复杂度。
2、x0向矩形缝隙平行于X方向入射的线极化入射波，y0向矩形缝隙平行于Y方向入射的线极化入射波，只需通过改变x0或y0向矩形缝隙的长度来影响极化方向与其垂直的线极化入射波的单元响应；故而，通过控制矩形缝隙的长度，来满足设计所需要的传输阵列天线中单元的传输相位。另外，x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙相互正交，长度互不依赖，可独立调整，以达到对不同极化的入射波进行独立操纵的目的。
3、采用空间馈电的方式对传输阵列平面上各个传输阵列单元进行馈电，且馈源主波束方向指向传输阵列平面的中心，所以不需要馈电网络，大大减少了设计和加工成本；天线为纯金属结构，不包含介质，所以对工作环境的要求更低，可以工作在太空中温差较大的情况下。
4、本申请能对两正交线极化入射波进行独立的操纵，根据透射相位曲线来分别设计所述传输阵列天线的两个主波束方向，且这两个波束指向上增益是一样大的。本申请的传输阵列天线实现了双波束，使得波束范围翻倍，克服了传统高频天线波束范围窄的困难，还可以更进一步实现圆极化，达到线极化到圆极化的极化转换器的功能。
5、本申请的传输阵列天线，结合了THz波和传输阵列天线的优点，具有低损耗，低剖面和高增益的特性，应用前景广泛。
附图说明
图1显示了本申请一种传输阵列天线单元的结构示意图。
图2显示了本申请一种传输阵列天线单元的的俯视图。
图3显示了本申请一种传输阵列天线的结构示意图。
图4显示了在不同lx下，ly与x向线极化入射波相移角度的变化曲线。
图5显示了在不同lx下，ly与y向线极化入射波相移角度的变化曲线。
图6显示了本申请一种传输阵列天线三维辐射方向图。
图7显示了本申请一种传输阵列天线二维辐射方向图(分别为phi＝0°和phi＝90°平面)。
其中有：
10.传输阵列天线单元；11.金属片；12.x0向矩形缝隙；13.y0向矩形缝隙；
20.馈源；30.传输阵列平面XOY。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
本申请中，优选以设计单元工作频点220GHz为例，对本申请进行详细说明如下。
如图3所示，一种传输阵列天线，包括馈源20和传输阵列平面XOY 30。
馈源为多模喇叭，馈源指向传输阵列平面XOY的正中心O，馈源到传输阵列平面XOY的距离优选为f＝59600um。本申请中，馈源用于对传输阵列平面XOY进行空间馈电，所以不需要馈电网络，大大减少了设计和加工成本。本实施例中，将馈源至传输阵列平面XOY的垂直轴为z轴。
本申请中，一种传输阵列天线具有正交方向入射的线极化入射波，分别为X方向入射的线极化入射波和Y方向入射的线极化入射波。
传输阵列平面XOY采用若干个如图1所示的传输阵列天线单元10呈等间距周期性阵列排布形成。本申请中，传输阵列天线单元的周期优选为p＝840um。
进一步，传输阵列天线单元在传输阵列平面XOY上形成41*41的圆形阵列平面，也即圆形阵列平面的直径上具有41个传输阵列天线单元。
如图1所示，一种传输阵列天线单元，包括上下对齐的四层金属片11，相邻两层金属片的层间距相等，均为h。
每层金属片均具有相互垂直的x0对称轴和y0对称轴。其中，x0对称轴平行于X方向入射的线极化入射波。y0对称轴平行于Y方向入射的线极化入射波。
每层金属片上均设置有沿x0对称轴的x0向矩形缝隙和沿y0对称轴的y0向矩形缝隙。x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙呈“十”字形正交布设，且交叉点均位于每层金属片的中心。
四层金属片上的x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的尺寸均相同，且上下对齐。在本申请中，
x0向矩形缝隙的长度尺寸优选为lx＝630～740um，y0向矩形缝隙的长度尺寸优选为ly＝630～740um，x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的宽度相等，且均优选为w＝100um。
进一步，x0向矩形缝隙的长度尺寸lx能够独立调整，y0向矩形缝隙的长度尺寸ly能独立调整。通过改变lx和ly的长度来分别影响y和x方向线极化入射波，以此对两个方向上产生独立的电磁控制。
如图4所示，显示了在不同lx下，ly与x向线极化入射波相移角度的变化曲线；其中，横坐标为y0向矩形缝隙的长度尺寸ly，纵坐标为x向线极化入射波相移角度。从图4曲线可知：在不同lx下，ly的变化不会对x向线极化入射波对应的单元响应产生影响。
如图5所示，显示了在不同lx下，ly与y向线极化入射波相移角度的变化曲线；其中，横坐标为y0向矩形缝隙的长度尺寸ly，纵坐标为y向线极化入射波相移角度。从图5曲线可知：在不同lx下，随着ly的变化，对应于y向线极化入射波的单元响应均获得了360°的相移范围。
本申请由于能对两正交线极化入射波进行独立的操纵，根据透射相位曲线来分别设计传输阵列天线的两个主波束方向，本实施例中，设计传输阵列天线的两个反射波束指向分别为
和
其中，θ1、
θ2、
分别表示第一反射波束指向与Z轴的夹角，第一反射波束指向与x向的夹角，第二反射波束指向与Z轴的夹角，第二反射波束指向与x向的夹角。
从如图6和图7可以看出，所提出的传输阵列天线实现了设计目标，在预定的方向上产生了两个增益均为30dB的波束。其中，图7中的横坐标是指球坐标系(r，theta，phi)中的theta。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种传输阵列天线单元，其特征在于：包括上下对齐的四层金属片，相邻两层金属片的层间距相等；
每层金属片均具有相互垂直的x0对称轴和y0对称轴；其中，x0对称轴平行于X方向入射的线极化入射波；y0对称轴平行于Y方向入射的线极化入射波；
每层金属片上均设置有沿x0对称轴的x0向矩形缝隙和沿y0对称轴的y0向矩形缝隙；x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙呈“十”字形正交布设，且交叉点均位于每层金属片的中心；
四层金属片上的x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的尺寸均相同，且上下对齐。
2.根据权利要求1所述的传输阵列天线单元，其特征在于：x0向矩形缝隙的长度尺寸lx能够调整，y0向矩形缝隙的长度尺寸ly能调整。
3.根据权利要求2所述的传输阵列天线单元，其特征在于：x0向矩形缝隙和y0向矩形缝隙的宽度相等，且均为w。
4.根据权利要求3所述的传输阵列天线单元，其特征在于：lx=630~740um，ly=630~740um，w=100 um。
5.一种传输阵列天线，其特征在于：包括馈源和传输阵列平面XOY；
馈源指向传输阵列平面XOY的正中心O，用于对传输阵列平面XOY进行空间馈电；
传输阵列平面XOY采用权利要求1-4任一项所述的若干个传输阵列天线单元呈等间距周期性阵列排布形成。
6.根据权利要求5所述的传输阵列天线，其特征在于：馈源为多模喇叭，馈源到传输阵列平面XOY的距离f=59600um。
7.根据权利要求5所述的传输阵列天线，其特征在于：若干个传输阵列天线单元在传输阵列平面XOY上形成圆形阵列平面。
8.根据权利要求7所述的传输阵列天线，其特征在于：圆形阵列平面的直径上具有41个传输阵列天线单元。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120568648.4U CN214505776U (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种传输阵列天线单元和传输阵列天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120568648.4U CN214505776U (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种传输阵列天线单元和传输阵列天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214505776U true CN214505776U (zh) | 2021-10-26 |
Family
ID=78199489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202120568648.4U Active CN214505776U (zh) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | 一种传输阵列天线单元和传输阵列天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214505776U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114614263A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-10 | 西安电子科技大学 | 一种双层金属表面的低剖面宽频带透射阵列天线 |
-
2021
- 2021-03-19 CN CN202120568648.4U patent/CN214505776U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114614263A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-10 | 西安电子科技大学 | 一种双层金属表面的低剖面宽频带透射阵列天线 |
| CN114614263B (zh) * | 2022-03-28 | 2023-01-31 | 西安电子科技大学 | 一种双层金属表面的低剖面宽频带透射阵列天线 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108539417B (zh) | 一种圆极化轨道角动量反射阵天线 | |
| CN109103601B (zh) | 一种双极化双模式电磁涡旋发生器 | |
| CN101242027B (zh) | 定向耦合器馈电低轮廓背腔圆极化天线 | |
| CN211829191U (zh) | 一种基于具有极化转换功能的相位梯度超表面的低rcs天线 | |
| CN108832293B (zh) | 一种用于近场二维扫描的基片集成波导漏波缝隙阵天线 | |
| CN108598692B (zh) | 一种空域移相单元以及双模涡旋波束双极化相位板 | |
| CN108664694B (zh) | 一种圆极化涡旋电磁波产生方法 | |
| CN111129732B (zh) | 一种用于同时同频全双工通信的全息人工阻抗表面 | |
| CN114759362B (zh) | 一种具备二维扫描能力的长缝阵列天线 | |
| CN115036707B (zh) | 一种具有双模态的反射型超表面涡旋波天线 | |
| CN113013638A (zh) | 一种宽带折叠式平面反射阵列天线 | |
| CN214505776U (zh) | 一种传输阵列天线单元和传输阵列天线 | |
| CN116031660A (zh) | 一种高增益圆极化涡旋波发生器 | |
| CN116435789A (zh) | 一种具有双线性极化的反射型超表面单元及其阵列天线 | |
| CN114122736B (zh) | 一种全向覆盖的宽带圆极化多波束天线阵列 | |
| CN214898875U (zh) | 一种增加空气层的宽带微带平面反射单元及阵列天线 | |
| CN115395217A (zh) | 毫米波小型化圆极化反射阵天线 | |
| CN213071365U (zh) | 一种宽带全息反射阵列天线 | |
| EP3918668B1 (en) | Leaky wave antenna | |
| CN115036715B (zh) | 一种宽带高效率极化旋转透射阵天线 | |
| CN116259962B (zh) | 一种采用谐振移相结构的反射型超表面单元及其阵列天线 | |
| KR102703309B1 (ko) | 6g 네트워크 패시브 빔 포밍을 위한 메타 안테나 | |
| CN220042283U (zh) | 一种基于交指电容耦合的超宽带双极化透射阵天线 | |
| CN214254744U (zh) | 一种宽带微带平面反射单元及阵列天线 | |
| CN221727466U (zh) | 基于全金属平面馈源的全金属折叠透射阵列天线 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |