一种平面高增益微带反射阵列天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种平面高增益微带反射阵列天线，包括馈源、极化栅格和反射面，馈源由2×2的微带贴片阵列组成，极化栅格采用印刷偶极子阵列，反射面采用阵列单元的设计，反射面由96个反射单元组成，每个反射单元的微带金属贴片层为正方形微带贴片，用金属柱的支架把极化栅格与反射面链接固定，使得极化栅格中印刷偶极子极化方向与馈源极化方向一致，就构成了折合式反射阵列天线，本发明所述天线具有结构及馈电简单、高增益、低剖面极化纯度高等特点，且加工难度小，制作成本低，易于寻找加工单位。
【专利说明】一种平面高增益微带反射阵列天线
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种天线，尤其是一种发射阵列天线。
【背景技术】
[0002] -直以来，卫星通信、雷达侦测、深空探测以及射电天文学研究等领域内需要高增 益、低剖面小型化的天线以实现远距离无线通信，反射阵列天线扮演着重要角色。反射阵列 天线具有小型化高增益的特点，反射阵列天线主要由极化栅格、馈源和反射面组成，反射阵 列天线的入射波由馈源提供，电磁波经过极化栅格反射到反射面上，电磁波经过反射面二 次反射出去在空间形成电磁波束。而一般技术采用矩形或圆锥形喇叭天线作为馈源，而喇 叭天线的交叉极化问题突出，发射出的电磁波极化纯度低，导致整个反射阵列天线的电磁 波束极化纯度低、增益低，影响天线整体性能。此外由于通信频段的升高，馈源尺寸相应减 小，喇叭天线的加工难度呈指数增加，天线加工误差会对天线性能产生巨大影响，加工误差 使得天线的理论值和天线的实测值差距明显。反射阵列天线的另外一个重要部分就是构成 反射面的反射单元，常用的反射单元一般为矩形，设计中需要根据单元的长宽来计算单元 反射相位，从而计算整体天线性能，但是矩形单元可调整的相位范围有限，且难同时调整两 个方向上的相位，即相位调整不灵活，调整范围有限，限制了天线的扫描范围。上述两种问 题在很大程度上制约着反射天线的极化纯度、设计灵活度、增益、扫描范围和效率，解决上 述问题就成为了我们的研究方向。
【发明内容】
[0003] 本专利为了解决馈源交叉极化问题，以及设计加工难度大，增益不够高，反射单元 的相位调整范围小，调整灵活度小的问题。目前现有技术因为天线结构原因，单纯靠参数优 化达不到预期的效果，所以我们需要寻找另一种结构来同时满足高极化纯度、高增益、低剖 面、高效率、扫描角度大及结构简单的特性。
[0004] 本发明所设计的反射阵列天线主要由三部分构成：馈源、极化栅格和反射面。
[0005] 所述馈源由2X2的微带贴片阵列组成，采用两级一分二功分器，背馈方式馈电。
[0006] 所述极化栅格，采用印刷偶极子阵列，本发明选择长16. 9mm宽0. 2mm的印刷偶极 子阵列作为极化栅格。
[0007] 所述反射面采用阵列单元的设计，反射面由96个反射单元组成，每个反射单元从 上到下总共分四层，即微带金属贴片层、开有缝隙的地层、相位延迟线层和金属层，金属贴 片层与开有缝隙的地层之间填充厚度为〇. 78_、介电常数为2. 2的介质基板，开有缝隙的 地层与相位延迟线层之间填充厚度为〇. 4mm、介电常数为4. 4的介质基板，相位延迟线层与 金属层之间是厚度为7. 5_的空气层，所述每个反射单元的微带金属贴片层为正方形微带 贴片，每个微带贴片边长为8. 75mm，贴片间的间距为14. 7mm，相位延迟线通过缝隙耦合与 反射单元的微带贴片相连。
[0008] 用金属柱的支架把极化栅格与反射面以间隔7. 5mm的距离链接固定，使得极化栅 格中印刷偶极子极化方向与馈源极化方向一致，就构成了折合式反射阵列天线。
[0009] 本发明的有益效果是采用了微带贴片天线作为馈源天线可以很方便的加工在反 射阵面上，采用背馈的馈电方式，结构简单益于加工；其次，微带贴片天线的制作成本远低 于喇叭天线的制作成本；最后，微带贴片天线的参数较多，给设计带来更多的自由度。本发 明的发射阵列天线结构尺寸比较规则，有利于进行仿真计算。微带反射阵还具有低剖面，体 积小，重量轻，其平面结构可折叠，易于与其他物体共形，易于与微带电路集成等优点。本发 明整个天线结构具有大范围扫描的特性，这种结构还可以获得较高的效率和增益。本发明 所述天线具有结构及馈电简单、高增益、低剖面极化纯度高等特点，且加工难度小，制作成 本低，易于寻找加工单位。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本发明的天线馈源。
[0011] 图2是本发明偶极子阵列单元平面图的俯视图。
[0012] 图3是本发明印刷偶极子阵列的俯视图。
[0013] 图4是本发明反射阵列单元详细尺寸图的俯视图。
[0014] 图5是本发明本发明平面微带反射阵列单元剖面图。
[0015] 图6是本发明平面微带反射阵列天线反射阵面。
[0016] 图7是本发明扫描为0°时，微带反射阵列的反射系数。
[0017] 图8是本发明扫描为45°时，微带反射阵列的反射系数。
[0018] 图9是本发明扫描角为0°时，E面方向图的实测与仿真结果。
[0019] 图10是本发明扫描角为0°时，H面方向图的实测与仿真结果。
[0020] 图11是本发明扫描角为45°时，E面方向图的实测与仿真结果。
[0021] 图12是本发明扫描角为45°时，H面方向图的实测与仿真结果。
[0022] 其中，zl是第二级功分器的长度，z2是第二级功分器末端与贴片的距离，z3是馈 源贴片的宽度，z4是馈源贴片的长度，z5是第一级功分器的长度，D1、K1表示极化栅格单元 的长和宽，D2、K2分别表示偶极子的长和宽，1表示反射面微带贴片，2、4表示缝隙，3、5表 示相位延迟线，7表示馈源贴片，8代表整个功分器，a为反射单元的边长，lp为反射面微带 贴片的边长，W为相位延迟线的宽度，wl为缝隙在反射贴片的正下方部分的宽度，w2为缝 隙在反射贴片的外部的宽度，11为相位延迟线深入贴片下端部分的顶端到缝隙最里端的距 离，12为缝隙上下端的长度，13为相位延迟线在反射贴片外部的顶端与缝隙中间部分外侧 的距离，14为缝隙上下端内侧的距离，L1为反射贴片层，L2为缝隙层，L3为相位延迟线层， L4为金属层，hi为反射贴片层与缝隙层之间的距离，h2为缝隙层与相位延迟线层之间的距 离，h3为相位延迟线层与金属板的距离。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0024] 本发明设计了两个扫描角分别为0度和45度的折合式平面微带反射阵列天线。
[0025] 如图1所示，馈源采用由2X2的微带贴片阵列，阵元为长12. 9mm，宽8. 7mm的微带 贴片，可以采用一分四功分器，但是性能不如两级一分二功分器好，设计相对麻烦，而一分 二功分器容易实现，方便加工，性能也好，满足要求，所以此馈源采用两级一分二功分器进 行馈电。
[0026] 图1中的尺寸如下表：
【权利要求】
1. 一种平面高增益微带反射阵列天线，其特征在于：包括馈源、极化栅格和反射面； 所述馈源由2X2的微带贴片阵列组成，采用两级一分二功分器，背馈方式馈电； 所述极化栅格，采用印刷偶极子阵列，本发明选择长16. 9mm宽0. 2mm的印刷偶极子阵 列作为极化栅格； 所述反射面采用阵列单元的设计，反射面由96个反射单元组成，每个反射单元从上到 下总共分四层，即微带金属贴片层、开有缝隙的地层、相位延迟线层和金属层，金属贴片层 与开有缝隙的地层之间填充厚度为〇. 78mm、介电常数为2. 2的介质基板，开有缝隙的地层 与相位延迟线层之间填充厚度为0. 4mm、介电常数为4. 4的介质基板，相位延迟线层与金 属层之间是厚度为7. 5_的空气层，所述每个反射单元的微带金属贴片层为正方形微带贴 片，每个微带贴片边长为8. 75mm，贴片间的间距为14. 7mm，相位延迟线通过缝隙耦合与反 射单元的微带贴片相连； 用金属柱的支架把极化栅格与反射面以间隔7. 5mm的距离链接固定，使得极化栅格中 印刷偶极子极化方向与馈源极化方向一致，就构成了折合式反射阵列天线。
【文档编号】H01Q21/00GK104362435SQ201410625792
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】韦高, 佟进款, 韩旭 申请人:西北工业大学