CN217956129U - 毫米波折叠透射阵天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种毫米波折叠透射阵天线，涉及天线技术领域。所述天线包括透射结构、极化转换结构以及馈源，所述透射结构位于所述极化转换结构的上侧，所述馈源位于所述极化转换结构的中间，所述透射结构包括若干个相互连接到一起的透射单元，所述透射单元用于实现调相和透射单一线极化波的功能；所述极化转换结构包括若干个相互连接到一起的极化转换单元，所述极化转换单元用于实现将线极化波转换的功能；所述馈源为矩形开口波导，通过所述馈源为所述折叠透射阵天线提供能量。所述天线能够提高增益，降低单元设计复杂度，提高极化转换效率。

Description

毫米波折叠透射阵天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于双层磁电偶极子调相的毫米波折叠透射阵天线。

背景技术

随着现代社会对通信需求的增长，新一代无线通信系统快速发展，同时人们对于通信技术的要求越来越高，对高质量，高效率的天线的需求也更加强烈。现代通信天线需要满足尺寸，带宽，增益等多方面指标。无线通信发展至今，低频波段已经十分拥挤，所以需要将天线工作频率提高，因此本实用新型采用毫米波段。而毫米波应用中波长过小以及过高容差要求会引起损耗，且对辐射方向图有损，本实用新型采用透射阵结构来提高效率。

透射阵天线是一类新型高增益天线，其馈源发出的球面波照射到平面透射阵面上，其到达阵面上每个单元的路径不同，各个单元之间存在一定的相位差，通过控制阵面上每个单元的相移，使得电磁波经过透射阵面后形成同相波，从而实现高增益波束。采用的空间馈电方式消除了馈电网络带来的损耗，提高了天线的辐射效率。且透射阵的馈源与出射波束分列在透射阵面两侧，不存在反射阵列的馈源遮挡效应。但空馈形式的引入，导致系统剖面过高。与传统的透射阵天线相比，折叠透射阵结构避免了透射阵的系统复杂性，且具有独特的低剖面优势。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种能够提高增益，降低单元设计复杂度，提高极化转换效率的毫米波折叠透射阵天线。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：包括透射结构、极化转换结构以及馈源，所述透射结构位于所述极化转换结构的上侧，所述馈源位于所述极化转换结构的中间，所述透射结构包括若干个相互连接到一起的透射单元，所述透射单元用于实现调相和透射单一线极化波的功能；所述极化转换结构包括若干个相互连接到一起的极化转换单元，所述极化转换单元用于实现将线极化波转换的功能；所述馈源为矩形开口波导，通过所述馈源为所述折叠透射阵天线提供能量；

所述透射单元包括第一金属层、第一介质层以及第二金属层，所述第一金属层的结构与所述第一金属层的结构相同，所述第一金属层位于所述第一介质层的上表面，所述第二金属层位于所述第一介质层的下表面，所述第一金属层与所述第二金属层之间通过位于所述第一介质层内的金属化过孔连接到一起；

所述极化转换单元包括第四金属层、第二介质层和第五金属层，所述第四金属层位于所述第二介质层的上表面，所述第五金属层位于所述第二介质层的下表面。

进一步的技术方案在于：所述第一金属层上形成有四条矩形槽，所述矩形槽两两相对设置，且矩形槽与矩形槽之间的夹角为90°，矩形槽与矩形槽之间不互相连接，沿所述矩形槽相对的长边的两侧形成有与其连通的若干个方形缺口，具有矩形槽和方形缺口的所述第一金属层和第二金属层构成磁电偶极子，通过改变其尺寸实现相位的调节，所述方形缺口是增加电流流经路径，从而减小单元尺寸。

优选的，所述金属化过孔设置有四个，且所述金属化过孔位于矩形槽之间。

进一步的技术方案在于：所述透射单元还包括位于第二金属层下侧的第三金属层，所述第三层为多条互相平行的金属线条，用于实现对极化方向的筛选，保证沿 x 方向的线极化能够通过而沿 y 方向的线极化被反射回去，构成部分反射表面。

进一步的技术方案在于：所述第四层金属片采用蝶形不对称结构，用于将入射的x 方向的线极化波转换为 y 方向的线极化波；所述第五层金属片为金属地板，位于所述透射阵天线中间的所述极化转换单元上形成有开槽，馈源位于所述开槽内。

优选的，所述第一介质层和第二介质层的厚度分别为0.1λ和 0.15λ，为介电常数εr 是2.64 的 F4B材料，所述透射单元的边长p1 = 0.43λ，极化转换单元的边长p2 = 0.5λ。

优选的，所述透射单元设置有20×20个，所述极化转换单元的设置有16 ×16个。

优选的，所述折叠透射阵天线的口面尺寸为 8.6λ× 8.6λ，实现的辐射主波瓣宽度为 7°，旁瓣电平为 -24 dB。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）本实用新型采用透射阵的结构，通过控制透射阵面上每个透射单元的相移，使得电磁波经过透射阵面后形成同相波，从而实现高增益；

2）本实用新型的透射单元刻蚀方形缺口，使天线的调相单元尺寸减小，实现了小型化的特点；

3）本实用新型采用双层耦合磁电偶极子的结构，仅用两层结构实现了310°的调相性能，大大降低了结构的层数，实现低剖面、结构简单的设计要求；

4）本实用新型采用蝶形不对称结构，具有较高的极化转化效率，并且实现了结构简单的设计要求；

5）本实用新型的馈源采用矩形开口波导，导体损耗和介质损耗小，功率容量大，没有辐射损耗，结构简单，易于制造。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图 1a 为本实用新型所述毫米波折叠透射阵天线的分解结构示意图；

图1b为本实用新型实施例所述天线中透射单元的结构示意图；

图1c为本实用新型实施例所述天线中极化转换单元的结构示意图；

图1d为本实用新型实施例所述天线中馈源的结构示意图；

图 2 为本实用新型实施例所述天线中透射单元的相位和幅度曲线图；

图3 为本实用新型实施例所述天线中极化转换单元的极化转换曲线图；

图4 为本实用新型实施例所述天线中馈源反射系数幅度曲线图；

图5 为本实用新型实施例所述天线 75 GHz 处的 E 面归一化方向图；

其中：1、第一金属层；2、第一介质层；3、金属化过孔；4、第二金属层；5、第三金属层；6、第四金属层；7、第二介质层；8、第五金属层；9、馈源；10、透射结构；11、极化转换结构；111、矩形槽；112、方形缺口。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

总体的，如图1a所示，本实用新型实施例公开了一种毫米波折叠透射阵天线，优选的，所述折叠透射阵天线口面尺寸为 8.6λ× 8.6λ。所述天线包括透射结构10、极化转换结构11以及馈源9，所述透射结构10位于所述极化转换结构11的上侧，所述馈源9位于所述极化转换结构11的中间，所述透射结构10包括若干个相互连接到一起的透射单元，所述透射单元用于实现调相和透射单一线极化波的功能；所述极化转换结构11包括若干个相互连接到一起的极化转换单元，所述极化转换单元用于实现将线极化波转换的功能；所述馈源9为矩形开口波导，通过所述馈源为所述折叠透射阵天线提供能量。优选的，所述透射结构10是由 20 × 20 个透射单元按照 2 维周期性的规律组成，实现调相和透射单一线极化波的功能；所述极化转换结构11由 16 × 16 个极化转换单元和金属地按照2维周期性的规律组成，实现将线极化波转换的功能；

优选的，所述透射单元之间的间距 p1 = 0.43λ，进一步的，如图1b所示，所述透射单元包括第一金属层1、第一介质层2以及第二金属层4。所述第一金属层1的结构与所述第二金属层4的结构相同，所述第一金属层1位于所述第一介质层2的上表面，所述第二金属层4位于所述第一介质层2的下表面，所述第一金属层1与所述第二金属层4之间通过位于所述第一介质层2内的金属化过孔3连接到一起。

更进一步的，如图1b所示，所述第一金属层1上形成有四条矩形槽111，所述矩形槽111两两相对设置，且矩形槽111与矩形槽111之间的夹角为90°，矩形槽111与矩形槽111之间不互相连接。沿所述矩形槽111相对的长边的两侧形成有与其连通的若干个方形缺口112，具有矩形槽111和方形缺口112的所述第一金属层1和第二金属层4构成磁电偶极子，通过改变其尺寸实现相位的调节，所述方形缺口112为增加电流流经路径，从而减小单元尺寸。所述金属化过孔3设置有四个，且所述金属化过孔3位于矩形槽111之间。

更进一步的，如图1b所示，所述透射单元还包括位于第二金属层4下侧的第三金属层5，所述第三金属层5为多条互相平行的金属线条，用于实现对极化方向的筛选，保证沿 x方向的线极化能够通过而沿 y 方向的线极化被反射回去，构成部分反射表面。

优选的，极化转换单元之间的间距 p2 = 0.5λ，进一步的，如图1c所示，所述极化转换单元包括第四金属层6、第二介质层7和第五金属层8，所述第四金属层6位于所述第二介质层7的上表面，所述第五金属层8位于所述第二介质层7的下表面。所述第四金属层6采用蝶形不对称结构，用于将入射的 x 方向的线极化波转换为 y 方向的线极化波；所述第五金属层8为金属地板，位于所述透射阵天线中间的所述极化转换单元上形成有开槽，馈源9位于所述开槽内。

图 2 为本实用新型实施例所述天线中透射单元的相位和幅度曲线图，可以看到，所述透射单元方形贴片尺寸变化范围为 0.2525λ-0.3875λ，其调相范围为 116° -197°，且幅度大于 0.8。

图 3 为本实用新型所述天线中极化转换单元的极化转换曲线图。可以看出，其极化转换单元的反射在频带频率 60.6-89.8 GHz范围内的x极化幅度高于 -1 dB；y极化在频率 63.0 – 87.8 GHz范围内低于 -10 dB；单元的工作频带为 60.6 – 87.8 GHz；

图 4 为本实用新型基于双层磁电偶极子调相的毫米波折叠透射阵天线的馈源反射系数幅度曲线图，可以看出，馈源的反射系数幅度低于 -55 dB；

图 5 为本实用新型基于双层磁电偶极子调相的毫米波折叠透射阵天线在 75GHz 处的 E 面归一化方向图。可以看出，基于双层磁电偶极子调相的毫米波折叠透射阵天线的 3 dB波瓣宽度为 7°，其旁瓣电平低于 -24 dB;可以看出，其在工作频点具有良好的方向图。

由上可知，本实用新型基于双层磁电偶极子调相的毫米波折叠透射阵天线具有高增益，低旁瓣，低损耗，小型化和结构简单的特性。

Claims (8)

1.一种毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：包括透射结构（10）、极化转换结构（11）以及馈源（9），所述透射结构（10）位于所述极化转换结构（11）的上侧，所述馈源（9）位于所述极化转换结构（11）的中间，所述透射结构（10）包括若干个相互连接到一起的透射单元，所述透射单元用于实现调相和透射单一线极化波的功能；所述极化转换结构（11）包括若干个相互连接到一起的极化转换单元，所述极化转换单元用于实现将线极化波转换的功能；所述馈源（9）为矩形开口波导，通过所述馈源为所述折叠透射阵天线提供能量；

所述透射单元包括第一金属层（1）、第一介质层（2）以及第二金属层（4），所述第一金属层（1）的结构与所述第二金属层（4）的结构相同，所述第一金属层（1）位于所述第一介质层（2）的上表面，所述第二金属层（4）位于所述第一介质层（2）的下表面，所述第一金属层（1）与所述第二金属层（4）之间通过位于所述第一介质层（2）内的金属化过孔（3）连接到一起；

所述极化转换单元包括第四金属层（6）、第二介质层（7）和第五金属层（8），所述第四金属层（6）位于所述第二介质层（7）的上表面，所述第五金属层（8）位于所述第二介质层（7）的下表面。

2.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述第一金属层（1）上形成有四条矩形槽（111），所述矩形槽（111）两两相对设置，且矩形槽（111）与矩形槽（111）之间的夹角为90°，矩形槽（111）与矩形槽（111）之间不互相连接，沿所述矩形槽（111）相对的长边的两侧形成有与其连通的若干个方形缺口（112），具有矩形槽（111）和方形缺口（112）的所述第一金属层（1）和第二金属层（4）构成磁电偶极子，通过改变其尺寸实现相位的调节，所述方形缺口（112）为增加电流流经路径，从而减小单元尺寸。

3.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述金属化过孔（3）设置有四个，且所述金属化过孔（3）位于矩形槽（111）之间。

4.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述透射单元还包括位于第二金属层（4）下侧的第三金属层（5），所述第三金属层（5）为多条互相平行的金属线条，用于实现对极化方向的筛选，保证沿 x 方向的线极化能够通过而沿 y 方向的线极化被反射回去，构成部分反射表面。

5.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述第四金属层（6）采用蝶形不对称结构，用于将入射的 x 方向的线极化波转换为 y 方向的线极化波；所述第五金属层（8）为金属地板，位于所述透射阵天线中间的所述极化转换单元上形成有开槽，馈源（9）位于所述开槽内。

6.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述第一介质层（2）和第二介质层（7）的厚度分别为0.1λ和 0.15λ，为介电常数εr 是2.64 的 F4B材料，所述透射单元的边长p1 = 0.43λ，极化转换单元的边长p2 = 0.5λ。

7.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述透射单元设置有20×20个，所述极化转换单元的设置有16 ×16个。

8.如权利要求1所述的毫米波折叠透射阵天线，其特征在于：所述折叠透射阵天线的口面尺寸为 8.6λ× 8.6λ，实现的辐射主波瓣宽度为 7°，旁瓣电平为 -24 dB。

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