低剖面双层全金属透射阵列天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低剖面双层全金属透射阵列天线，包括角锥喇叭天线和透射阵列；角锥喇叭天线作为馈源，位于透射阵列的正上方；透射阵列包括若干个透射单元，每个透射单元均包括上层金属板和下层金属板；金属板上蚀刻双C形缝隙，下层的双C形缝隙结构是在上层的双C形缝隙的基础上，旋转

【技术实现步骤摘要】
低剖面双层全金属透射阵列天线


[0001]本技术属于天线
，特别是一种低剖面双层全金属透射阵列天线。

技术介绍

[0002]在现代社会中，随着雷达和卫星通信等技术的快速发展，对高增益天线的需求与日俱增。透射阵列天线作为一种平面空馈高增益阵列天线，结合了透镜天线和微带阵列天线的优点，具有高效率，高增益、重量轻、制作简单等优点。透射阵列天线由阵列面和馈源组成，馈源位于等效焦点上，阵列面上的透射单元周期排布，通过相位补偿，将来自馈源的球面电磁波转换成平面电磁波，获得具有高增益的辐射波束。与反射阵列不同，透射阵列辐射出的波束与馈源分别位于阵列的两侧，从而防止馈电遮挡，提高了辐射效率。
[0003]与传统的透射阵列天线相比，全金属透射阵列天线主要有两个优点。一是全金属透射阵列没有使用介质基板，在天线阵列面较大的情况下，这将会大幅度降低天线的制作成本。二是金属材质的性能受外太空环境的影响较小，性能稳定。
[0004]近年来，人们对全金属透射阵列天线进行了相关研究。为了获得较好的透射系数和相位范围，人们一般采用的是多层金属板的单元结构。2014年，Abdelrahman Ahmed等人提出了一种四层全金属透射阵列天线，在金属板上蚀刻十字形槽，每层金属板之间由空气层隔开，通过改变槽的长度，实现相位的变化。2015年，Rahmati Bahman和Hassani Hamid Reza提出了一种新型高效、宽带、单极化的全金属透射阵列天线，单元由三层金属板组成，上面蚀刻四个纵向排列的矩形槽，并由一个横向排列的矩形槽相连，每层之间填充空气层，通过改变矩形槽的长度，实现320
°
的相位变化范围。2015年，刘广等人设计了一个高效率的四层全金属透射阵列天线，在金属板上面蚀刻分裂式的双环形槽，通过改变半径的大小，实现360
°
的相位变化。2019年，Pham Kien Trung等人设计了一个三层的全金属透射阵列天线，底层金属板上面蚀刻C形槽，其它两层在底层的基础上，连续顺时针旋转45
°
得到顺时针结构，连续逆时针旋转45
°
得到逆时针结构，通过改变C形槽的宽度，可以实现360
°
的相位范围。2020年，陈官韬等人基于1 bit极化扭转单元，设计了一个四层全金属透射阵列天线，第一层金属板上面蚀刻一个由矩形槽连接的分裂式环形槽，其它三层在第一层的基础上，连续顺时针旋转30
°
获得0
°
相位结构，连续逆时针旋转30
°
得到180
°
相位结构。2021年，胡伟等人设计了一个基于极化扭转单元的双层宽带全金属透射阵列，单元由两层金属板和连接上下层的金属柱组成，金属板上蚀刻两个不同长度的U形槽，第二层在第一层的基础上分别顺时针和逆时针旋转90
°
获得状态 A和状态 B，实现360
°
的相位变化范围，两层的单元结构有效降低了剖面高度，但是金属柱的加入，提高了单元结构的复杂度。
[0005]综上所述，目前已有的全金属透射阵列天线存在层数多，剖面高、安装加工复杂等问题，因此设计一种低剖面、安装加工简单的全金属透射阵列天线是十分必要的，并且具有较高的挑战性。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于极化扭转单元的低剖面，高增益的双层全金属透射阵列天线。
[0007]实现本技术目的的技术解决方案为：一种基于极化扭转单元的低剖面双层全金属透射阵列天线，该天线包括：角锥喇叭天线和透射阵列；角锥喇叭天线作为馈源，位于透射阵列的正上方；透射阵列包括若干个透射单元，每个透射单元均包括由上至下依次设置的上层金属板和下层金属板，上层金属板和下层金属板之间存在空气层；上层金属板和下层金属板上表面均蚀刻双C形缝隙结构，每组双C形缝隙包括开口方向一致的两层C型缝隙，分别记为内侧C形缝隙和外侧C形缝隙；内侧C形缝隙和外侧C形缝隙的角度相同，且两者之间存在间距W2，0<W2<P/2，其中P为透射单元之间的间距。所述内侧C形缝隙的宽度为W1，外侧C形缝隙的宽度为W3，内侧C形缝隙的内径与金属板中心的距离为R1，所述0<R1+W1+W2+W3 <P/2，其中0<R1<P/2，0<W1<P/2，0<W3<P/2。
[0008]进一步地，所述双C形缝隙的角度可调，用于调节透射单元的线性相位变化。
[0009]进一步地，所述上层金属板上刻蚀的双C形缝隙的圆心角位于上层金属板的中心，且圆心角与C形圆弧中间点的连线始终沿着y方向。
[0010]进一步地，所述上层金属板和下层金属板的双C形缝隙结构互相垂直，其中下层金属板上的双C形缝隙结构是在上层金属板的双C形缝隙结构的基础上，旋转获得。
[0011]进一步地，所述上层金属板和下层金属板均为正方形结构，且尺寸相同。
[0012]进一步地，所述上层金属板和下层金属板之间的空气层高度，其中为设定中心频率对应的自由空间波长。
[0013]进一步地，所述若干个透射单元呈周期性分布。
[0014]进一步地，所述透射单元之间的间距，其中为设定中心频率对应的自由空间波长。
[0015]本技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0016]1）本技术与多层全金属透射阵列天线相比，该天线阵列仅由两层金属板构成，能有效降低阵列的剖面高度。
[0017]2）本技术与基于介质基板的透射阵列天线相比，成本低廉，且在外太空环境下性能较为稳定。
[0018]3）本技术与加入金属销钉的透射阵列天线相比，简化了单元结构，易于加工。
[0019]4）本技术提出的全金属透射阵列天线的剖面高度为仅有0.067个自由空间波长，实现了天线的低剖面设计，能有效减小高增益天线在系统中所占空间，有利于系统集成。
[0020]5）本技术提出的基于极化扭转的双层全金属透射单元结构，下层的双C形缝隙结构在上层的双C形缝隙的基础上，逆时针旋转90
°
，得到状态A, 可以实现约180
°
的相位范围；顺时针旋转90
°
，得到状态B，与状态A相位相差180
°
，因此可获得总共360
°
的移相范围。
[0021]下面结合附图对本技术作进一步详细描述。
附图说明
[0022]图1为本技术基于极化扭转单元的低剖面双层全金属透射阵列天线示意图。
[0023]图2为图1中编号3部分的放大示意图。
[0024]图3为本技术基于极化扭转单元的低剖面双层全金属透射阵列天线的透射单元的三维示意图。
[0025]图4为本技术基于极化扭转单元的低剖面双层全金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低剖面双层全金属透射阵列天线，该天线包括：角锥喇叭天线（1）和透射阵列（2）；角锥喇叭天线（1）作为馈源，位于透射阵列（2）的正上方；透射阵列（2）包括若干个透射单元（3），其特征在于，每个透射单元（3）均包括由上至下依次设置的上层金属板（4）和下层金属板（5），上层金属板（4）和下层金属板（5）之间存在空气层；上层金属板（4）和下层金属板（5）上表面均蚀刻双C形缝隙结构，每组双C形缝隙包括开口方向一致的两层C型缝隙，分别记为内侧C形缝隙和外侧C形缝隙；内侧C形缝隙和外侧C形缝隙的角度相同，且两者之间存在间距W2，0<W2<P/2，其中P为透射单元（3）之间的间距；所述内侧C形缝隙的宽度为W1，外侧C形缝隙的宽度为W3，内侧C形缝隙的内径与金属板中心的距离为R1，所述0<R1+W1+W2+W3 <P/2，其中0<R1<P/2，0<W1<P/2，0<W3<P/2。2.根据权利要求1所述的低剖面双层全金属透射阵列天线，其特征在于，所述双C形缝隙的角...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭璐，王雨晴，冯文杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：新型
国别省市：