[发明专利]基于单层内嵌式开槽圆环单元的宽带反射阵列天线

说明书

本发明公开了一种基于单层内嵌式开槽圆环单元的宽带反射阵列天线，包括反射阵列、馈电喇叭；反射阵列包括若干个反射单元；每个反射单元均包括金属贴片、介质基板和金属地板，金属贴片印制在介质基板的上表面，介质基板下方设置金属地板；金属贴片为圆环结构，且圆环相对一侧存在一对扇形缝隙，扇形缝隙靠近圆环中心的边缘与圆环内边缘之间预留一定宽度，扇形缝隙远离圆环中心的边缘与圆环外边缘之间预留一定宽度；两个扇形缝隙靠近圆环内边缘一侧的相对某一端均存在缝隙。本发明每个反射单元圆环的尺寸不变、且其相位可以实现线性变化，由反射单元构成的反射阵列天线可以实现高增益带宽和口径效率，与其他反射阵列天线相比性能上有显著的提高。

技术领域

本发明涉及反射阵列天线领域，特别是一种基于单层内嵌式开槽圆环单元的宽带反射阵列天线。

背景技术

对于大多数雷达和远距离通信系统，对高增益天线的需求与日俱增，其中，反射阵列天线由于其重量体积小、加工成本低和易于加工等优点而获得广泛应用。然而，反射阵天线有一个较为显著的缺点，即带宽窄。对于微带反射阵列天线，其窄带宽特性主要源于两个因素：一是微带贴片单元固有的窄带特性；二是因馈源喇叭到各个单元的路径不同引起的随频率变化的空间相位延迟。对于小尺寸或中等尺寸的反射阵列天线，反射单元的带宽是影响带宽的主要因素。目前有较多的单元设计方法可以用来增加带宽，例如论文“A high-efficiency Ku-band reflectarray antenna using single-layer multiresonanceelements”中设计了一种多谐振单元，论文“A wideband,single-layer reflectarrayexploiting a polarization rotating unit cell”中设计了一种极化旋转单元，论文“Broadband reflectarray antennas using double-layer subwavelength patchelements”中设计了一种亚波长单元等等。

但是对于上述提及的反射单元，依然存在一个问题，即相邻单元有可能存在尺寸突变问题，这会影响反射阵列天线的带宽。为了解决这个问题，国内外学者也提出了相应的单元设计方法，例如论文“Reflectarray element using interdigital gap loadingstructure”中设计了一种偶极子单元加载交指型结构，论文“An X-band reflectarraywith novel elements and enhanced bandwidth”中设计了一种圆环内嵌I型贴片结构，论文“A broadband reflectarray antenna using single-layer rectangular patchesembedded with inverted L-shaped slots”中设计了一种及矩形贴片开倒L型缝隙结构等。然而，这些结构设计的带宽依然较窄，不能满足现有的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反射单元尺寸不会发生突变、显著增加带宽的宽带反射阵列天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于单层内嵌式开槽圆环单元的宽带反射阵列天线，包括馈电喇叭和反射阵列，馈电喇叭位于反射阵列的斜上方；

反射阵列包括若干个反射单元；每个反射单元均包括金属贴片、介质基板和金属地板，金属贴片印制在介质基板的上表面，介质基板下方设置金属地板；金属贴片为圆环结构，其外半径为r₁，内半径为r₂，且圆环相对一侧存在一对以圆环中心为圆心、长度为宽度为W₂的扇形缝隙，扇形缝隙靠近圆环中心的边缘与圆环内边缘之间的宽度为W₁，扇形缝隙远离圆环中心的边缘与圆环外边缘之间的宽度为W₃；两个扇形缝隙靠近圆环内边缘一侧的相对某一端均存在宽度为w的缝隙。