使用溅射板馈源的平面反射阵天线的制作方法

本发明涉及天线设计技术领域，具体涉及平面反射阵天线。

背景技术：

高增益天线是现代无线通讯、雷达探测、深空通信等领域的重要的通信前端部分。抛物面天线及卡塞格伦天线、格里高利天线等抛物面天线的变形是无源高增益天线的主要形式。但是，抛物面天线需要立体结构的旋转抛物面作为主反射面，其纵向剖面较高，对加工、运输和安装等环节都提出了较高的要求。为了降低反射面的剖面，d.pozar等人提出了使用微带电路工艺的平面反射阵天线的概念。平面反射阵天线的构成为：初级馈源及由离散微带单元组成的平面阵面。控制阵面上各微带单元的尺寸或旋转角度，可以实现单元相移变化，以实现反射电磁波在所需方向同相叠加。但是一般采用的前馈式初级馈源喇叭与阵面之间的距离(焦径比)需要在0.7以上，增加了天线的整体尺寸，使得天线不够紧凑；并且前馈式馈源需要额外的结构支撑，造成的电磁波散射将使天线的方向图变形。为了降低馈源高度，w.menzel及d.pilz等人提出了折叠反射阵的概念，该天线为后馈式，馈源在反射阵面中心。在反射阵面上方加入了极化选择阵面，该阵面可以实现单线极化反射，正交极化透射；并且反射阵面的单元在实现相位补偿的同时还进行了90度极化旋转。该类天线的馈源照射经过极化选择阵面单次反射后，由反射阵面做极化旋转并聚焦。相比于传统反射阵天线，该天线可在轴向减少一半的高度。然而，该类天线只可以实现单线极化，这限制了其进一步应用。

基于上述背景，在实际应用中，需要一种双极化低焦径比的平面反射阵天线，以满足现代通信系统中对天线高性能的需求，实现高增益、低损耗、低焦径比、双极化等特性。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种结构简单，具有高增益、低损耗、低焦径比、双极化等优点的使用溅射板馈源的平面反射阵天线。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种使用溅射板馈源的平面反射阵天线，其特征在于，它包括金属波导、安装于金属波导的介质溅射板馈源和支持双极化电磁波的平面反射阵面；金属波导从平面反射阵面中心穿出，垂直于平面反射阵面设置；

所述溅射板馈源安装于金属波导的一端，主要由赋形介质与加载于赋形介质顶部的金属材料组成；

所述平面反射阵面包括介质基板、金属地板和微带印制图案组成的多个天线单元。

作为上述方案的进一步说明，所述加载于赋形介质顶部的金属材料为金属反射板，可将金属波导中的导行波依照所需照射角反射至阵面上。

进一步地，平面反射阵面的金属地板设置在介质基板的下表面，介质基板作为支撑和印制材料，金属微带印制图案设置在介质基板上表面。

进一步地，平面反射阵面的微带印制图案呈现周期性排列，且关于阵面中心的中心对称分布。

进一步地，溅射板馈源通过介质赋形和顶部反射面，可以实现所需的照射角辐射，通过后端omt的组装，可实现双极化。

进一步地，所述天线单元的周期尺寸小于等于0.5倍的中心频点处的自由空间波长。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

本发明通过集成溅射板馈源和平面反射阵面，有效降低了主反射面的高度，且相对于传统平面反射阵天线具有更低的焦径比，具有高增益、低损耗、低焦径比、双极化等优点。

附图说明

图1为本发明的天线的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的天线的结构左视示意图；

图3为本发明的天线的部分阵面的单元结构俯视示意图；

图4为本发明的天线的中心频率的辐射方向图。

图5为本发明的天线的增益随频率变化的曲线图。

附图标记说明：101、介质基板102、微带印制图案103、金属地板104、开口波导105、赋形介质106、金属反射板。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。

如图1-图5所示，本发明是一种使用溅射板馈源的平面反射阵天线，它包括金属波导104、安装于金属波导的介质溅射板馈源和支持双极化电磁波的平面反射阵面。金属波导从平面反射阵面中心穿出，垂直于平面反射阵面设置；所述溅射板馈源安装于金属波导的一端，主要由赋形介质与加载于赋形介质顶部的金属材料组成；所述平面反射阵面包括介质基板101、金属地板103和微带印制图案102组成的多个天线单元。加载于赋形介质105顶部的金属材料为金属反射板106，可将金属波导中的导行波依照所需照射角反射至阵面上。

进一步地，平面反射阵面的微带印制图案呈现周期性排列，且关于阵面中心的中心对称分布。溅射板馈源通过介质赋形和顶部反射面，可以实现所需的照射角辐射，通过后端omt的组装，可实现双极化。

参见图2，赋形介质105和顶部金属反射板106组成的溅射板馈源安装于金属波导104。对于平面的介质基板101，其上表面印制微带图案102，其下表面印制金属地板103。

参见图3，微带印制图案102呈现周期性分布，其周期间距要求小于0.5个自由空间波长。各位置的单元尺寸应当根据需求变化。

根据本技术的一个实施例，设计于工作在28.5ghz的平面反射阵天线，圆形金属波导104的内直径为7.14mm，在阵面上方的管长为25mm。介质材料105的高度为11.67mm，覆盖其顶部的金属反射板直径为26.4mm。对应的照射角为120度，大于传统平面反射阵的70度左右照射角，因而可以降低天线的焦径比。介质基板101与金属地板103的直径为102mm。微带印制图案102的单元数目为472个，单元的周期间距为4mm。根据选定的介质基板材料的介电常数、厚度等性能参数，可以仿真得到单元各尺寸对应的反射相位和反射幅度，再根据馈源照射至阵面各位置的电磁波相位，选择合适的单元尺寸的阵面分布，使得总体反射波形成等相位从而形成高增益聚焦波束。

本发明的效果可以通过以下仿真结果进一步说明。

参见图4，是本技术的一个实施例所得的在中心频点的仿真方向图。可以看到，该天线在两个方向的切面都形成了较好的聚焦波束。

参见图5，是本技术的一个实施例所得的增益随频率变化的曲线图。可以看到，该天线在27ghz到30.5ghz的增益均高于25dbi，形成了高增益波束，并且其25dbi以上增益的工作带宽达到3.5ghz，相对带宽为12.2％左右。

本发明与现有技术相比，通过集成溅射板馈源和平面反射阵面，有效降低了主反射面的高度，且相对于传统平面反射阵天线具有更低的焦径比，具有高增益、低损耗、低焦径比、双极化等优点。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种使用溅射板馈源的平面反射阵天线，其特征在于，它包括金属波导、安装于金属波导的介质溅射板馈源和支持双极化电磁波的平面反射阵面；金属波导从平面反射阵面中心穿出，垂直于平面反射阵面设置；所述溅射板馈源安装于金属波导的一端，主要由赋形介质与加载于赋形介质顶部的金属材料组成；所述平面反射阵面包括介质基板、金属地板和微带印制图案组成的多个天线单元。本发明具有高增益、低损耗、低焦径比、双极化等优点，可用于微波毫米波波段的高增益天线设计。

技术研发人员：罗俊;陈志兴;杨华
受保护的技术使用者：广东盛路通信科技股份有限公司
技术研发日：2019.02.20
技术公布日：2019.05.10