[发明专利]基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线有效

专利信息
申请号: 202010881826.9 申请日: 2020-08-28
公开(公告)号: CN111916909B 公开(公告)日: 2022-04-19
发明(设计)人: 杨锐;杨佩;高鹏飞 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: H01Q1/38 分类号: H01Q1/38;H01Q15/02;H01Q15/14;H01Q15/24;H01Q21/24;H01Q1/24
代理公司: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 陈宏社;王品华
地址: 710071*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 表面 剖面 极化 涡旋 波折 透射 天线
【说明书】:

本发明提出了一种基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线,用于解决现有技术中存在的不能实现辐射波束极化转换且天线剖面体积较大的技术问题,包括主透射镜、副反射镜、支撑结构和馈源;所述的主透射镜采用由第一超表面单元组成平面阵结构,该第一超表面单元包括第一圆形金属贴片、第一介质基板、蚀刻有漏波缝隙的金属贴片、第二介质基板和第二圆形金属贴片,每个第一圆形金属贴片与第二圆形金属贴片金属化过孔连接;所述副反射镜采用中心镂空的由第二超表面单元组成平面阵结构,该第二超表面单元包括第三介质基板、印制在第一介质基板上表面的双开口环形金属贴片和下表面的金属地板。

技术领域

本发明属于天线技术领域,涉及一种折叠天线,具体涉及一种基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线,可用于无线通信和雷达等领域。

技术背景

透射阵天线由馈源和具有大量透射型单元的平面阵构成,具有高增益、重量轻和易于加工制造等优点,被广泛应用于天线基站和雷达通信系统中。透射阵天线能够通过调节每个透射型单元的相位,将从馈源发射的球面入射波转换成平面波,同时辐射出去在指定方向上形成笔形射束,与反射阵天线相比,透射阵天线的馈源位于辐射口径的后方,能有完美的避免反射阵天线所产生馈源遮挡辐射口径的技术问题,具有高口径效率和低副瓣电平的优点。然而,对于透射阵天线来说,其馈源位置与透射阵天线的焦距有关,而天线的焦距与口径成正比关系。所以,口径越大,透射阵天线相应的剖面高度也越大。

为了解决透射阵天线剖面高度较大的技术问题,现有研究提出了一种低剖面透射阵列天线,采用透射阵面与反射面结合的方式,利用光路折叠的方法有效的降低透射阵天线的剖面高度。如授权公告号CN 110233339 B,名称为“一种低剖面透射阵天线”的发明专利中,公开了一种基于超表面的低剖面透射阵天线,该发明包括透射阵面、反射阵面、馈源天线和尼龙柱,透射阵面和反射阵面之间通过四个尼龙柱支撑,使得透射阵面和反射阵面之间的距离保持为焦距的三分之一。上述现有技术的缺陷在于,该透射阵天线仅能将天线的剖面体积固定为焦距的三分之一,由于折叠光路的问题天线的剖面无法进一步降低,但这对于低频的透射阵天线来说,焦距的三分之一下其剖面体积仍然较大,因此期望能够实现对剖面高度的进一步降低;与此同时,该透射阵天线仅有能力实现简单的线极化辐射波束,对于某些特定的场合更多的是发射和接收圆极化辐射波束,因此也期望透射阵天线具有较好的极化转换能力。另外,与笔波束辐射相比,基于轨道角动量的涡旋波辐射作为一种新的通信方式,可以实现在同一频段内并行传输多路信息,能够大大提高频谱利用率,面对目前复杂的通信环境,仅能传输单一信息的笔波束辐射天线已经难以满足通信需求,因此期望天线能够产生涡旋波辐射。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的不足,提出一种基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线,旨在将馈源辐射的线极化波束转换为圆极化涡旋波束,同时实现天线的小型化。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案包括主透射镜1、副反射镜2、支撑结构3和馈源4,其中:

所述主透射镜1,包括M×N个周期性排布的第一超表面单元11,M≥8,N≥8;所述第一超表面单元11包括上下层叠的第一介质基板111和第二介质基板112;所述第一介质基板111的上表面印制有中心蚀刻C型缝隙的第一圆形金属贴片1111,该第一圆形金属贴片1111的任意一条直径与圆周的两个交汇点位置各蚀刻一个矩形缺口,每个第一圆形金属贴片1111绕着其中心轴线旋转,旋转方向根据该第一圆形金属贴片1111所在位置的相位补偿值ΦM(x1,y1)确定,用于实现圆极化涡旋波特性;所述第二介质基板112的上表面印制有蚀刻漏波缝隙的金属贴片1121,下表面印制有中心蚀刻C型缝隙的第二圆形金属贴片1122;所述第一介质基板111上表面印制的第一圆形金属贴片1111与其在第二介质基板112下表面对应位置印制的第二圆形金属贴片1122通过金属化过孔113连接;

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