一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线，包括三层金属平板，该金属平板的层与层之间呈平行关系，每一层该金属平板都蚀刻了多个指型缝隙单元，并且该多个指型缝隙单元呈等间距排列在该金属平板的每一层上，其中，所述指型缝隙单元依次顺序包括：第一纵向缝隙，第二纵向缝隙，第三纵向缝隙，第四纵向缝隙和第五纵向缝隙，所述第一纵向缝隙，所述第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙之间相互平行，且关于所述第三纵向缝隙呈左右对称分布；所述指型缝隙单元还包括第一横向缝隙，所述第一横向缝隙垂直且穿过所述第一纵向缝隙，该第二纵向缝隙，该第三纵向缝隙，该第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙。
【专利说明】
一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线
技术领域
[0001] 本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天 线。
【背景技术】
[0002] 天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播 无线电波的作用，是有效地辐射和接收无线电波必不可少的装置。其中，阵列天线是一类由 不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。
[0003] 目前，现有的传输阵列天线，一般包含馈源和传输阵列两部分，通过设计传输阵列 中的每个单元的传输相位，对馈源辐射的球面波进行相位补偿，即可将馈源辐射的球面波 转化为平面波，从而实现高增益波束。但是现有的传输阵列天线，往往是四层结构，加工难 度较大，而且天线的IdB增益带宽较窄，一般在10%以内。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，为解决对现有的宽带传输阵列天线存在加工难度大，IdB增益 带宽小于10%，工作宽带较窄的缺陷，本发明提供了一种基于三层金属平板的宽带传输阵 列天线，包括三层金属平板，所述的金属平板的层与层之间呈平行关系，所述的每一层的金 属平板都蚀刻了多个指型缝隙单元，并且所述的多个指型缝隙单元呈等间距排列在所述的 金属平板的每一层上，其中，所述指型缝隙单元依次顺序包括:第一纵向缝隙，第二纵向缝 隙，第三纵向缝隙，第四纵向缝隙，和第五纵向缝隙，所述第一纵向缝隙，所述第二纵向缝 隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙之间相互平行，且关于所述 第三纵向缝隙呈左右对称分布;所述指型缝隙单元还包括第一横向缝隙，所述第一横向缝 隙垂直且穿过所述第一纵向缝隙，所述第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝 隙和所述第五纵向缝隙。
[0005] 所述第二纵向缝隙的长度大于所述第一纵向缝隙的长度，所述第三纵向缝隙的长 度大于所述第二纵向缝隙，所述第一纵向缝隙的长度与第五纵向缝隙的长度相同；所述第 二纵向缝隙的长度与所述第四纵向缝隙的长度相同。
[0006] 所述的金属平板的层与层之间的间距为天线波长的四分之一。
[0007] 所述第一横向缝隙包括第一横向缝隙宽度;通过计算获得所述宽带传输阵列天线 中的每个所述指型缝隙单元的传输相位，根据传输相位与所述指型缝隙单元中的第一横向 缝隙的宽度的对应关系的图表，获得每个所述指型缝隙单元中的第一横向缝隙的宽度；当 馈源辐射的电磁波经过所述的宽带传输阵列天线时，每个所述指型缝隙单元中的第一横向 缝隙的宽度通过计算和传输相位曲线进行设计，即可对馈源辐射的电磁波进行相位补偿， 将馈源辐射的球面波转换成平面波，从而实现高增益波束。
[0008] 本发明的优点在于:采用三层金属平板式的传输阵列天线，降低了传输天线的加 工难度，扩展了其IdB增益带宽和工作带宽。
【附图说明】
[0009]图1(a)是本发明的指型缝隙单元的结构示意图的俯视图
[0010]图1(b)是本发明的指型缝隙单元的结构示意图的侧视图
[0011] s纵向缝隙的宽度 Ll第一纵向缝隙的长度
[0012] L2第二纵向缝隙的长度 L3第三纵向缝隙的长度
[0013] W第一横向缝隙的宽度 h三层金属平板的层与层之间的间距
[0014] L第一横向缝隙的长度
[0015] 图2是本发明的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线的示意图
[0016] 图3是本发明的指型缝隙单元的传输相位与第一横向缝隙宽度的关系曲线
[0017] 图4是本发明的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线的传输相位的数据表
[0018] 图5是本发明的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线的频率-增益曲线 [0019]图6是本发明的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线的俯视图
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0021] 如图1(a)，l(b)，2和6所示，本发明提供一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天 线，包括三层金属平板，所述的金属平板的层与层之间呈平行关系，所述的每一层的金属平 板都蚀刻了多个指型缝隙单元，单元尺寸为12mmX 12mm，并且所述的多个指型缝隙单元呈 等间距排列在所述的金属平板的每一层上，其中，所述指型缝隙单元从左至右依次包括:第 一纵向缝隙，第二纵向缝隙，第三纵向缝隙，第四纵向缝隙和第五纵向缝隙，所述第一纵向 缝隙，所述第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙之间 相互平行，且关于所述第三纵向缝隙呈左右对称分布，所述指型缝隙单元还包括第一横向 缝隙，其包括所述第一横向缝隙宽度;所述第一横向缝隙垂直且穿过所述第一纵向缝隙，所 述第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙。
[0022] 如图1(a)所示，所述第一纵向缝隙，所述第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述 第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙的缝隙宽度s均为0.8mm，所述第一纵向缝隙的长度Ll为 5.5mm，所述第二纵向缝隙的长度L2为7.7mm，所述第三纵向缝隙的长度L3为I Imm;所述第二 纵向缝隙的长度L2大于所述第一纵向缝隙的长度Ll，所述第三纵向缝隙的长度L3大于所述 第二纵向缝隙的长度L2,所述第一纵向缝隙的长度Ll与第五纵向缝隙的长度相同；所述第 二纵向缝隙的长度L2与所述第四纵向缝隙的长度相同。
[0023]所述的金属平板的层与层之间的间距h为天线波长的四分之一。
[0024]如图2所示，假设在三维坐标系中，馈源的坐标为(Xf，yf，zf)，所述的宽带传输阵列 天线位于xoy平面，其中第i个单元的坐标为（xi，yi，0)。假设每个单元的传输相位为 奶(Λ.，乃），那么辐射波束指向:(％，吼；)与每个传输单元的位置（X i，y i，0 )和传输相位 於 (.Wi)，以及馈源的位置(Xf，yf，Zf)的关系式如下所示：
[0025] φ, (xr y,) = Zi0 (d, - sin 0t) (x cos+ j- sin ^11)) ( I )
[0026] 其中ko为自由空间中的波数,Cl1为馈源与第i个单元之间的距离：
[0027]
(2)
[0028] 对所述的每一个指型缝隙单元的传输特性进行计算，计算结果如图3所示，当所述 第一横向缝隙宽度w由1.2mm增大至4.5mm时，所述的指型缝隙单元的传输相位随着所述第 一横向缝隙宽度w的改变可以实现360°范围的传输相位变化。
[0029] 该传输阵列天线的口径为156mm，喇叭馈源距离阵面124.8mm，由公式（1)和公式 (2)可得该传输阵列天线中每个所述指型缝隙单元的传输相位分布如图4所示。根据图4的 传输相位分布与图3所示的传输相位与所述指型缝隙单元中的第一横向缝隙宽度的对应关 系图，获得传输阵列中每个所述指型缝隙单元中的第一横向缝隙的宽度《，从而完成该宽带 传输阵列的设计，如图6所示；当馈源辐射的电磁波经过所述的宽带传输阵列天线时，每个 所述指型缝隙单元中的第一横向缝隙的宽度通过公式（1)和传输相位曲线进行设计，即可 对馈源辐射的电磁波进行相位补偿，将馈源辐射的球面波转换成平面波，从而实现高增益 波束。
[0030] 如图5所示，该宽带传输阵列天线在中心频率13.58GHz的增益为21 . 2dB，在 12.7GHz-16GHz频段内，该宽带传输阵列天线的增益大于20.2dB，相对于中心频率 13.58GHz，该宽带传输阵列天线的IdB增益带宽为24%，同现有的传输阵列天线的IdB增益 带宽小于10%相比，得到了显著性的提高，进而实现高增益波束。
[0031] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线，其特征在于，将馈源辐射的球面波转 换成平面波，从而实现高增益波束;所述宽带传输阵列天线包括三层金属平板，所述的金属 平板的层与层之间呈平行关系，所述的每一层的金属平板都蚀刻了多个指型缝隙单元，并 且所述的多个指型缝隙单元呈等间距排列在所述的金属平板的每一层上，其中，所述指型 缝隙单元依次顺序包括:第一纵向缝隙，第二纵向缝隙，第三纵向缝隙，第四纵向缝隙和第 五纵向缝隙，所述第一纵向缝隙，所述第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝 隙和所述第五纵向缝隙之间相互平行，且关于所述第三纵向缝隙呈左右对称分布;所述指 型缝隙单元还包括第一横向缝隙，所述第一横向缝隙垂直且穿过所述第一纵向缝隙，所述 第二纵向缝隙，所述第三纵向缝隙，所述第四纵向缝隙和所述第五纵向缝隙。2. 根据权利要求1所述的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线，其特征在于，所 述第二纵向缝隙的长度大于所述第一纵向缝隙的长度，所述第三纵向缝隙的长度大于所述 第二纵向缝隙，所述第一纵向缝隙的长度与第五纵向缝隙的长度相同；所述第二纵向缝隙 的长度与所述第四纵向缝隙的长度相同。3. 根据权利要求1所述的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线，其特征在于，所 述的金属平板的层与层之间的间距为天线波长的四分之一。4. 根据权利要求1所述的一种基于三层金属平板的宽带传输阵列天线，其特征在于，第 一横向缝隙的宽度是由所述指型缝隙单元的传输相位和所述指型缝隙单元的传输相位与 所述第一横向缝隙宽度的关系曲线图共同确定;而所述指型缝隙单元的传输相位则通过公 式（1)计算获得;其中，位于x〇y平面的所述的宽带传输阵列天线的第i个单元的传输相位为 0(.^,)，与辐射波束指向味.，爲:)、第1个传输单元的位置(1 1，71，〇)以及馈源的位置(％^， zf)的关系用公式(1)表示如下：其中，k〇为自由空间中的波数，cU为馈源与第i个单元之间的距离。
【文档编号】H01Q1/36GK106058445SQ201610596425
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610596425.2, CN 106058445 A, CN 106058445A, CN 201610596425, CN-A-106058445, CN106058445 A, CN106058445A, CN201610596425, CN201610596425.2
【发明人】刘广, 王宏建, 易敏, 刘洋, 薛飞
【申请人】中国科学院国家空间科学中心