[发明专利]基于超表面的低剖面双波束频扫谐振腔天线

说明书

本发明提出了一种基于超表面的低剖面双波束频扫谐振腔天线，用于解决现有技术加载有源器件和馈电网络后结构复杂的问题，其包括馈源天线和部分反射盖板；馈源天线(1)采用缝隙耦合微带天线，其自上而下包括金属贴片(11)，第一介质基板(12)，金属接地板(13)，第二介质基板(14)和馈电线(15)；部分反射盖板(2)由数个反射单元(3)周期排列而成，该反射单元为双层覆铜结构，其上表面印制有方形缝隙贴片(31)，下表面印制有方形金属贴片(33)，该方形缝隙贴片(31)上蚀刻有上下非对称的双开口缝隙，用于用于实现在无源条件下的双波束扫描。本发明结构简单，加工方便的优点，可用于基站、微波远程传输系统中。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种低剖面双波束频扫谐振腔天线，可用于基站、微波远程传输系统中。

技术背景

谐振腔天线的出现为我们提供了一种实现天线高增益且不需要增加复杂馈电系统的新方法，广泛应用于天线基站、微波远程传输等无线系统中。谐振腔天线的设计通常是在微带天线上方添加一块具有部分反射特性的盖板，这个结构可以使满足谐振条件的电磁波穿过部分反射盖板时实现同相叠加，从而实现天线的高增益。传统的谐振腔天线具有增益高、设计简单等优点，但也存在一定的缺陷，主要体现在以下方面：1.纵向剖面通常较高，其谐振腔的腔体高度一般为半个波长。当天线工作在低频情况时，将会导致天线体积较大；2.增益带宽较窄，通常传统的谐振腔天线的3dB增益带宽仅为2％；3.通常无源设计中仅简单的做为高增益天线使用，波束重构和波束扫描类的谐振腔天线实现较为复杂，通常需要加载有源器件。

为了降低谐振腔天线的纵向剖面，2013年，韩雷在名为“低剖面高增益Fabry-Perot谐振腔天线研究”的硕士论文中，提出了一种基于人工电磁材料覆层的低剖面谐振腔天线，该人工覆层结构在谐振频点处的反射相位为2°，与传统的谐振腔天线相比，反射相位极大的降低，其腔体高度比传统的Fabry-Perot谐振腔天线相降低了7.6mm。

为了克服增益带宽较窄的缺陷，2014年，王乃志在名为“宽带高增益Fabry-Perot谐振腔天线研究”的博士论文中，提出了基于频率选择表面的宽带谐振腔天线，其馈源使用具有较宽的宽带的缝隙耦合微带天线，相对增益带宽为28％，与传统的谐振腔天线的2％相比，有了极大的提高。

为了实现谐振腔天线的波束重构和波束扫描，2014年，朱玲玲在名为“波束可重构的Fabry-Perot谐振腔天线的设计”的硕士论文中，提出了一种波束可重构的Fabry-Perot谐振腔天线，设计变容二极管电容分别为0.31pF和0.45pF时形成两种可控的波束，当C＝0.31pF时，FP谐腔振天线工作在谐振方式下，形成高增益的笔状波束；当C＝0.45pF时，笔状波束分裂，形成与法向成20度左右夹角的双向波束。同时还提出了一种Fabry-Perot波束扫描的谐振腔天线，通过对电容二极管的电容值进行有序的调节，使阵子单元的透射相位依次改变，实现了-20°～20°范围内谐振腔天线的波束扫描。

上述现有技术的缺陷在于，为实现波束重构和波束扫描，引入了有源器件和馈电网络，结构复杂，波束扫描角度有限。

发明内容

本发明的目的在于针对目前已有技术的不足，提出一种基于超表面的低剖面双波束频扫谐振腔天线，以免除有源器件和馈电网络，简化具有波束控制特性的谐振腔天线的结构。

实现发明目的的技术关键是：在谐振腔天线上加盖一种具有频率控制波束扫描特性的新型反射盖板，通过调节谐振频率实现谐振腔天线的波束调控，其结构如下：

一种基于超表面的低剖面双波束频扫谐振腔天线，包括馈源天线和部分反射盖板，部分反射盖板由多个反射单元周期排列而成，且平行置于馈源天线的上方，其特征在于：每个反射单元包括方形缝隙贴片、介质基板和方形金属贴片，该方形缝隙贴片印制在介质基板的上表面，方形金属贴片印制在介质基板的下表面，用于实现双波束扫描。