一种利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线

本发明涉及电磁场与微波领域，具体涉及一种利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线。

背景技术：

1、频率选择表面(frequency selective surface，fss)是一种二维或三维周期阵列单元所组成的结构，就其本质而言是一个空间电磁调控器，可实现对自由空间中的电磁波实现滤波、极化扭转、相位补偿、吸波等功能。极化扭转面就是频率选择表面的一种典型形式，它可将线极化电磁入射波转换为交叉极化形式，即将入射波的极化方向扭转90度。根据电磁波传播方向的不同，极化扭转面可分为透射型和反射型两种，其中极化扭转反射面(polarization rotation reflective surface,prrs)在降低雷达截面(radar crosssection，rcs)、反射阵天线和折合式透射阵天线等方面均有着广泛的应用。

2、折合式透射阵列天线(foldedtransmitarrayantenna,fta)是在平面透射阵天线基础上提出的一种高增益天线，相较于传统的平面透射阵列天线，折合式透射阵天线的剖面高度降低了一半，并且可有效降低馈源天线的口径遮挡。折合式透射阵天线主要由三部分组成，即馈源天线、主反射面以及平行于主反射面的副反射面。现有技术中传统的主反射面通常用来起到极化扭转的作用，本发明通过使用一种具有空间滤波功能的主反射面，同时起到了空间滤波和极化扭转的作用，简化了结构的复杂程度，具有孔径效率高、外形小巧、低成本等优点。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线采用简单的线极化喇叭天线作为馈源天线，副反射面选用了一种宽带的折合式反射阵列天线，由具有反射和透射两个正交线极化波功能的聚焦超表面和反射型线极化转换超表面组成，来实现极化选择和相位补偿。同时使用一个具有高频率选择特性的极化扭转反射面(prrs)作为主反射面，来同时实现极化扭转和空间滤波的功能，其中心频率为30ghz。通过使用prrs作为主反射面可以引入一个交叉极化反射零点，并且该交叉极化反射零点可灵活的位于上阻带或下阻带。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，包括馈源、主反射面和副反射面；其中所述馈源设置在所述主反射面的相位中心；所述副反射面正对所述馈源的发射端布置，且所述副反射面与所述主反射面平行；所述主反射面的内部设置有双模谐振器；所述双模谐振器为中心设置有矩形孔的矩形块；在所述矩形块的高度方向投影面上，所述矩形孔与所述矩形块的长边平行，且两个所述矩形孔的长边至相邻的所述矩形块的长边的间距相等。

4、在一些实施例中，所述主反射面还包括介质基板和地层；所述双模谐振器附在所述介质基板上表面；所述介质基板的下表面为接地层，所述地层附在所述介质基板的接地层上。

5、在一些实施例中，所述矩形孔的长边与相邻的所述矩形块的长边的间距为w1，所述矩形孔的短边与相邻的所述矩形块的短边的间距为w2。

6、在一些实施例中，所述主反射面的交叉极化反射零点是位于上阻带时，w1与w2相等。

7、在一些实施例中，所述主反射面的交叉极化反射零点是位于下阻带时，w1小于w2。

8、在一些实施例中，所述馈源为矩形波导喇叭天线。

9、在一些实施例中，所述副反射面由具有反射和透射两个正交线极化波功能的聚焦超表面和反射型线极化转换超表面组成。

10、在一些实施例中，所述介质基板为正方形；在沿所述介质基板的投影面上，所述介质基板和矩形块的中心重合，且所述矩形块的长边与所述介质基板的边长夹角为45°

11、在一些实施例中，介质基板厚度为0.508mm，相对介电常数εr＝2.2。

12、本发明的有益效果：

13、本发明基于折合式透射阵列天线技术，将一种具有高频率选择性的计划扭转反射面(fss pcrs)作为主反射面，主反射面同时具有空间滤波器和极化扭转器的功能。天线具有高增益、低剖面、窄波束的特性，并且可观察到具有高频率选择特性，在其通带内可观测到二阶带通频率响应，同时在其上阻带或下阻带位置存在一个交叉极化反射零点。

14、本发明所用到的主反射面，可以通过改变双模谐振器的宽度比可灵活地调整交叉极化反射零点的位置，且不需要通孔加工工艺，仅需一层正方形介质基板，结构简单、加工便捷。在28ghz-32ghz内增益都大于20dbic，在30ghz的频率下，天线的增益达到24.2dbic，口径效率达到32.7％，3db增益频带是从28ghz-32ghz，相对带宽达13.3％，具有高增益特性。

技术特征：

1.一种利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，包括馈源(3)、主反射面(2)和副反射面(1)；其中所述馈源(3)设置在所述主反射面(2)的相位中心；所述副反射面(1)正对所述馈源(3)的发射端布置，且所述副反射面(1)与所述主反射面(2)平行；所述主反射面(2)的内部设置有双模谐振器；所述双模谐振器为中心设置有矩形孔的矩形块；在所述矩形块的高度方向投影面上，所述矩形孔与所述矩形块的长边平行，且两个所述矩形孔的长边至相邻的所述矩形块的长边的间距相等。

2.根据权利要求1所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，所述主反射面(2)还包括介质基板和地层；所述双模谐振器附在所述介质基板上表面；所述介质基板的下表面为接地层，所述地层附在所述介质基板的接地层上。

3.根据权利要求1所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，所述矩形孔的长边与相邻的所述矩形块的长边的间距为w1，所述矩形孔的短边与相邻的所述矩形块的短边的间距为w2。

4.根据权利要求3所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，所述主反射面(2)的交叉极化反射零点是位于上阻带时，w1与w2相等。

5.根据权利要求3所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，所述主反射面(2)的交叉极化反射零点是位于下阻带时，w1小于w2。

6.根据权利要求1所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，所述馈源(3)为矩形波导喇叭天线。

7.根据权利要求1所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，所述副反射面(1)由具有反射和透射两个正交线极化波功能的聚焦超表面和反射型线极化转换超表面组成。

8.根据权利要求2所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于,所述介质基板为正方形；在沿所述介质基板的投影面上，所述介质基板和矩形块的中心重合，且所述矩形块的长边与所述介质基板的边长夹角为45°。

9.根据权利要求8所述的利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，其特征在于，介质基板厚度为0.508mm，相对介电常数εr＝2.2。

技术总结
本发明公开了一种利用主反射面进行滤波的折合式透射阵列天线，涉及电磁场与微波技术领域，主要包含馈源、主反射面和副反射面。其中，馈源位于主反射面的相位中心，馈源置于主反射面的一侧；副反射面放置在主反射面的另一侧，副反射面正对馈源并与主反射面平行；主反射面用于极化扭转和空间滤波，副反射面用于极化选择和相位补偿。副反射面选择了一种宽带的折合式反射阵列天线，主反射面没有采用传统的宽带极化扭转反射面，而是采用了一种具有高频选择性极化扭转反射面形式。其中，PCRS周期元件主要由带金属接地的双模矩形环构成并且可以在PCRS设计中引入交叉极化零点。并且，可以很容易地将交叉极化零点的位置灵活地调整到PCRS的上阻带或下阻带。

技术研发人员：朱熙铖
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5