[实用新型]低剖面高效率传输阵天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及天线技术，尤其是一种低剖面高效率传输阵天线。

背景技术

传输阵天线是一种高增益天线，它由空间馈源和平面传输阵组成，传输阵规避了抛物面天线所固有的制造复杂度，其厚度通常小于一个波长，与传统的介质透镜相比，具有尺寸小和重量轻的优势。由于空间馈电方法消除了大型天线阵列馈电网络的损耗，天线的辐射效率得到了提高。不同于反射阵馈源与反射波处在阵列的同一侧，馈源阻塞损耗会影响天线的效率。传输阵天线的馈源和出射波束在阵列两侧，因此馈源不会对出射波束造成影响。

传输阵的原理是独立调控每一个单元传输的幅度和相位，从馈源出射的球面相位波前经过传输阵转变为平面相位波前，根据傅里叶变换可以在远场得到一个高主瓣低副瓣的方向图。

传输阵天线设计中面临一个巨大的挑战，那就是单元传输幅度和相位的同时调控。即不仅要调控传输系数的相位满足在整个口径面上实现360°全覆盖，同时为了确保传输阵天线的高效率，传输系数的幅度要尽可能的接近1（0dB），也就是全透射。

实用新型内容

实用新型目的：一个目的是提供低剖面高效率传输阵天线，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种低剖面高效率传输阵天线，包括若干纵横排列的传输阵单元，所述传输阵单元包括两层以上的金属层、位于相邻金属层之间的若干介质基板层，以及位于介质基板层内或相邻介质基板层之间的光子带隙，所述金属层上开有方形环状槽，方形环状槽缝隙的长度与传输阵单元的传输相位成函数关系。

进一步的，所述金属层为三层，所述介质基板层为四层，相邻金属层间设置有两层介质基板层，相邻介质基板层之间具有光子带隙。所述光子带隙的厚度与金属层的厚度相同。

进一步的，传输阵单元入射波的相位为：

Ψ_ith=k·（R_ith－F）+Ψ_center

Ψ_ith为入射波到第i个单元时的相位，R_ith为第i个单元到波纹圆锥喇叭相位中心的距离，F为焦距，k为自由空间中的波数，Ψ_center为传输阵中心单元的相位。

通过该式可以计算出入射波到达每个传输阵单元时的相位，而根据函数关系计算出每个方形环状槽缝隙的长度，由此计算出不同传输阵单元的参数，从而获得整个传输阵天线。即方形环状槽缝隙的长度数据可根据传输阵单元入射波的相位得到。

优选的，所述介质基板的厚度为0.5mm，介电常数为2.5。所述金属层的厚度为0.035mm，光子带隙的厚度为0.035mm，传输阵单元的缝隙宽度为0.5mm。

有益效果：本实用新型由多个单元构成，通过调整金属缝隙的长度实现对波束相位的精确调控，不同位置的入射波相位不同，对应调控的单尺寸就不同。同时，本实用新型在将传输阵维持低剖面的同时，单元1-dB幅度带宽下实现360°相位全覆盖，结果也显示传输阵天线具有高达52%的口径面效率，同时只有大约λ₀/14的厚度。

附图说明

图1a：传输阵天线单元结构的结构示意图。

图1b：低剖面高效率传输阵天线的结构示意图及局部放大图。

图2：传输阵单元的仿真结果示意图，显示了单元传输系数幅度和相位与变量Dx的关系。

图3a：传输阵天线的E面方向图。

图3b：传输阵天线的H面方向图。

具体实施方式

如结合附图详细描述本实用新型的技术细节和原理。

如图1b所示，本实用新型的低剖面高效率传输阵天线由多层频率选择表面单元按照准周期方式排列构成。如图1a所示，每个单元包括金属层1、介质基板层2和光子带隙3。在该实施例中，金属层的数量为3个，介质基板层的数量为4个，光子带隙的数量为2个。相邻的金属层之间具有2层介质基板层，相邻介质基板层之间具有光子带隙。单元的总厚度为a。从图1b中可见传输阵单元的排布方式，图1b中左上方的部分对传输阵天线进行了放大，从该处能清楚地看出传输阵单元的局部排布方式。结合图1b中部所示的传输阵天线排布方式，技术人员能够清楚地了解该天线的结构。