一种双频波束扫描透射阵天线的制作方法

本发明涉及透射阵天线，尤其涉及一种双频波束扫描透射阵天线。

背景技术：

1、对于下一代的无线通信系统已经不仅仅局限于地面间基站通信，空天地一体化通信进程已然成为了必然趋势，其中6g技术在这一进程中扮演着不可或缺的角色。相对于频率较低的ka波段、ku波段等通信，6gthz通信因其宽带、高增益、小尺寸等优势引发众多关注。近年来，出现了许多基于超表面的高增益和波束扫描天线。同时，聚焦天线在近场通信，以及无线输能等点对点，点对多点的应用中也发挥着重要的作用，各种类型的聚焦天线快速发展。且天线扫描功能也成为天线发展的至关重要的一部分，天线扫描可以让天线在小的频段扫描尽量大的范围，实现多角度，多区域覆盖。可以实现天线多个角度的多个方位扫描功能也越来越引发人们的关注。

2、透射阵天线（transmitarray antenna）是一种新型的电磁辐射天线，它是由一系列小的透明单元单元组成的阵列，这些单元单元通过调整它们的相位和振幅来控制电磁波的辐射方向和波束宽度。透射阵天线可以用于射频（rf）和毫米波（mmwave）频段，通常用于无线通信、雷达和卫星通信等应用。相比于传统的天线，透射阵天线具有更高的辐射效率和更大的带宽，同时也更容易集成在复杂的系统中。此外，透射阵天线的低剖面和轻量化设计也是其优点之一，这使得它们可以被广泛应用于各种空间有限的场景，如移动设备和卫星通信系统。

3、相比于反射阵天线，透射阵天线没有馈源遮挡问题，可以更好的传输所需要的信息。传统的透射阵波束扫描天线、多数是基于馈源结构相对旋转实现扫描功能，在各个频段调整馈源相对位置以及对应的相对相位，通过算数平均，叠加出所需要的相位，实现多角度扫描的效果。这样的馈源天线所需要占据的空间较大，且有时扫描不够精准。

4、现阶段大部分都在研究单频段高增益透射阵天线类型，能实现频段和功能往往会有局限，所以thz透射阵通常需要天线具备多频段多功能特性。因此，设计满足thz频段需求的双频双极化波束扫描天线已然成为了必然趋势。

5、传统的透射阵天线扫描增益损失在2～5db以内，增益损失随着扫描角度的增加增益效果会有所下降，且扫描角度较窄。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种增益损失较小、扫描角度较宽的双频波束扫描透射阵天线。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种双频波束扫描透射阵天线，包括透射阵和馈源天线，所述的透射阵包括两个透镜，两个透镜与馈源天线同轴；透镜包括透镜层，透镜层包括基板和附在基板上的贴片层，贴片层包括多个透射单元，多个透射单元包括复数个高频透射单元和复数个低频透射单元；复数个高频透射单元按m行、n列的矩阵布置，复数个低频透射单元按（m-1）行、（n-1）列的矩阵布置，低频透射单元与高频透射单元交错间隔布置；两个透镜中的一个为定透镜，另一个为可旋转的动透镜。

3、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，透镜包括复数个所述的透镜层，复数个透镜层层叠布置；贴片层为铜箔层，透镜层的铜箔层朝向馈源天线；两个透镜之间包括气隙，低频透射单元的中心点位于相邻4个高频透射单元对角线的交叉点；基板为圆形，所述的矩阵是四角去角的切角矩阵。

4、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，高频透射单元为五星形，五星形的高频透射单元包括5个t字形的枝节，5个t字形枝节竖槽的下端相互连接；5个t字形枝节的横槽为同心的圆弧；低频透射单元包括圆环槽和布置在圆环槽内部的十字槽。

5、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，高频透射单元的直径为高频频段波长的0.38～0.43倍，低频透射单元圆环槽内径为低频频段波长的0.08～0.13倍。

6、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，两个透镜中，定透镜靠近馈源天线，动透镜远离馈源天线；所述的透镜层为4个，所述的基板为罗杰斯板材，基板的厚度为2mm，气隙的厚度为0.5mm；馈源天线的口径面距定透镜的距离为18.85mm，馈源天线的焦距为21.85mm；高频透射单元矩阵的行距为1.15 mm，列距为1.15 mm，低频透射单元矩阵的行距为1.15mm，列距为1.15 mm。

7、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，所述的低频为90ghz，所述的高频为140ghz。

8、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，高频透射单元的外径为0.82～0.94mm ，t字形枝节竖槽的宽度为0.12mm；横槽的宽度为0.10mm，横槽对应的圆心角为55°；横槽两端侧边内收，夹角为90°；低频透射单元圆环槽的内径为0.28～0.44mm，圆环槽的宽度为0.1mm；十字槽的外径为0.18～0.28mm，十字槽的槽宽为0.15mm。

9、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，透射单元的相位补偿值；

10、其中，是透射阵的第i行、第j列透射单元的补偿相位，k0为中心频率处的电磁波空间传播常数，是馈源天线到第i行、第j列透射单元的路程，l是馈源天线的口径面距定透镜中心的距离，为透镜中心单元的初始相位值。

11、以上所述的双频波束扫描透射阵天线，偏转公式：；

12、其中，是透射单元的相位补偿值，是电磁波在自由空间中的传播常数，l是馈源天线的口径面距定透镜中心的距离，、和分别为透射单元的空间坐标值，为自定义的电磁波偏转角度。以上所述的双频波束扫描透射阵天线，动透镜相对于定透镜旋转的范围为0°～90°，通过两个透镜的相对旋转，实现透射阵天线的扫描功能。

13、本发明的波束扫描透射阵天线不旋转馈源，通过旋转动透镜，实现两个频段的扫描效果。利用里斯利棱镜原理，通过动透镜的相对旋转，使得天线可以在两个波段实现相同的波束扫描效果。透射阵天线两个频段增益都提高了10db以上，且增益损耗在2.5db以内，波束扫描角度较宽，可以应用于需要多通道多容量信道场景中。

技术特征：

1.一种双频波束扫描透射阵天线，包括透射阵和馈源天线，其特征在于，所述的透射阵包括两个透镜，两个透镜与馈源天线同轴；透镜包括透镜层，透镜层包括基板和附在基板上的贴片层，贴片层包括多个透射单元，多个透射单元包括复数个高频透射单元和复数个低频透射单元；复数个高频透射单元按m行、n列的矩阵布置，复数个低频透射单元按（m-1）行、（n-1）列的矩阵布置，低频透射单元与高频透射单元交错间隔布置；两个透镜中的一个为定透镜，另一个为可旋转的动透镜。

2.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，透镜包括复数个所述的透镜层，复数个透镜层层叠布置；贴片层为铜箔层，透镜层的铜箔层朝向馈源天线；两个透镜之间包括气隙，低频透射单元的中心点位于相邻4个高频透射单元对角线的交叉点；基板为圆形，所述的矩阵是四角去角的切角矩阵。

3.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，高频透射单元为五星形，五星形的高频透射单元包括5个t字形的枝节，5个t字形枝节竖槽的下端相互连接；5个t字形枝节的横槽为同心的圆弧；低频透射单元包括圆环槽和布置在圆环槽内部的十字槽。

4.根据权利要求3所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，高频透射单元的直径为高频频段波长的0.38～0.43倍，低频透射单元圆环槽内径为低频频段波长的0.08～0.13倍。

5.根据权利要求2所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，两个透镜中，定透镜靠近馈源天线，动透镜远离馈源天线；所述的透镜层为4个，所述的基板为罗杰斯板材，基板的厚度为2mm，气隙的厚度为0.5mm；馈源天线的口径面距定透镜的距离为18.85mm，馈源天线的焦距为21.85mm；高频透射单元矩阵的行距为1.15 mm，列距为1.15 mm，低频透射单元矩阵的行距为1.15 mm，列距为1.15 mm。

6.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，所述的低频为90ghz，所述的高频为140ghz。

7.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，高频透射单元的外径为0.82～0.94mm ，t字形枝节竖槽的宽度为0.12mm；横槽的宽度为0.10mm，横槽对应的圆心角为55°；横槽两端侧边内收，夹角为90°；低频透射单元圆环槽的内径为0.28～0.44mm，圆环槽的宽度为0.1mm；十字槽的外径为0.18～0.28mm，十字槽的槽宽为0.15mm。

8.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，透射单元的相位补偿值；

9.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，偏转公式：；

10.根据权利要求1所述的双频波束扫描透射阵天线，其特征在于，动透镜相对于定透镜旋转的范围为0°～90°，透射阵天线通过两个透镜的相对旋转，实现透射阵天线的扫描功能。

技术总结
本发明公开了一种双频波束扫描透射阵天线，包括透射阵和馈源天线，所述的透射阵包括两个透镜，两个透镜与馈源天线同轴；透镜包括透镜层，透镜层包括基板和附在基板上的贴片层，贴片层包括多个透射单元，多个透射单元包括复数个高频透射单元和复数个低频透射单元；复数个高频透射单元按M行、N列的矩阵布置，复数个低频透射单元按（M‑1）行、（N‑1）列的矩阵布置，低频透射单元与高频透射单元交错间隔布置；两个透镜中的一个为定透镜，另一个为可旋转的动透镜。本发明的双频波束扫描透射阵天线增益损失较小、扫描角度较宽。

技术研发人员：黄洪平,查文德,冯波涛,邓胜丰,白启昊
受保护的技术使用者：深圳市齐奥通信技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15