[发明专利]一种具有极化旋转特性的宽频带双层金属透射阵列天线

说明书

本发明公开了一种具有极化旋转特性的宽频带双层金属透射阵列天线，包括由呈周期性分布若干透射单元组成的透射阵列和馈源天线。透射单元包括上层金属层、下层金属层和一根金属柱；有两条长度不同的U形缝隙的上层金属层和下层金属层的U形缝隙呈正交分布；金属柱连接上金属层和下层金属层。馈源天线的相位中心位于透射阵列的焦点处，向透射阵列发射的球面电磁波；透射阵列将来自馈源天线发射的球面电磁波转换成平面电磁波。本发明的具有极化旋转特性的宽频带双层金属透射阵列天线所用金属层少，不受介质的影响，功率容量大，可靠性高，适用于较为严格的工作环境。

技术领域

本发明涉及天线设计技术，特别涉及一种具有极化旋转特性的宽频带双层金属透射阵列天线。

背景技术

随着现代卫星通信和雷达探测系统等技术的快速发展，对宽频带高增益天线的需求日益增加。传统具有高增益特性的天线有透镜天线和微带阵列天线。透镜天线中的介质透镜剖面较高。加工复杂；微带阵列天线虽然剖面低，易加工，但是需要复杂的馈电网络，可用带宽较窄。透射阵列天线是一种离散的平面透镜，它结合了透镜天线与微带阵列天线的优点。透射阵列由于其平面结构，不需要复杂的馈电网络而受到广泛关注。

当前透射阵列设计至少使用了三层金属结构，保证透射单元具有足够的相移范围；或者具有双层结构，透射单元的相移范围不足360°；或者需要介质支撑，不适合应用于较为严格的环境，例如温度变化幅度较大的场所。当前双层金属结构的透射阵列增益平稳度较低，-1dB增益带宽对应的频带较窄。

因此，提出了一种具有极化旋转特性的宽频带双层金属透射阵列天线，利用透射单元的状态变换和变缝隙的长度，实现透射单元360°相移覆盖，同时保持了较宽的通带范围。所提出的透射阵列不需要介质层，稳定性好，适用于空间探索和雷达探测等某些恶劣的环境。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种宽频带、双层金属结构的透射阵列天线。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种具有极化旋转特性的宽频带双层金属透射阵列天线，包括透射阵列和馈源天线；

所述透射阵列是由若干透射单元呈周期性分布而组成的阵列，所述透射单元包括上层金属层、下层金属层和一根金属柱；上层金属层和下层金属层中开有两条长度不同的U形缝隙，且上层金属层和下层金属层的U形缝隙呈正交分布；

所述馈源天线的相位中心位于透射阵列的焦点处，向透射阵列发射的球面电磁波；透射阵列将来自馈源天线发射的球面电磁波转换成平面电磁波。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

优选的，所述上金属层和下层金属层结构相同，两条长度不同的U形缝隙开口向外，U形缝隙宽度相同，金属柱的两端分别连接到上金属层与下金属层之间的两条U形缝隙之间。

优选的，透射阵列中，透射单元的间距为上、下金属层的边长。

优选的，所述透射阵列的轮廓为矩形或圆形。

优选的，透射单元中U形缝隙满足：长U形缝隙长边长度L1为上、下金属层边长P的0.75～0.9，短U形缝隙长边长度L2为0.94L1-0.01L1×L1，长U形缝隙短边长度L11为0.35L1，U形缝隙短边长度L22为0.35L2。

优选的，所述金属柱是圆柱或棱柱。

优选的，馈源天线采用角锥或圆锥喇叭天线，馈源天线的辐射方向朝向透射阵列。

优选的，当透射单元的上金属层长U形缝隙开口方向朝向Y轴或-Y轴，下金属层长U形缝隙开口方向朝向-X轴，相对状态为0；当透射单元的上金属层长U形缝隙开口方向朝向Y轴或-Y轴，下金属层长U形缝隙开口方向朝向X轴，相对状态为1；