[发明专利]低剖面宽带全金属传输阵天线

说明书

本发明提供了一种低剖面宽带全金属传输阵天线，解决了现有技术中剖面高、带宽窄及成本高的问题。本发明的传输阵天线包括有周期性排布的金属腔体单元组成的传输阵面，金属腔体单元的上下两层均开有“I”形缝隙，还包括有宽带金属极化旋转反射单元组成的反射阵面和馈源，宽带金属极化旋转反射单元上设有两条相互平行的金属斜槽实现宽带极化旋转特性。本发明通过金属腔体单元和宽带金属极化旋转反射单元的设计，提供了一种全新的全金属传输阵天线，有效降低了天线剖面，拓宽了工作带宽。全金属折叠技术，避免了多层介质板的使用，降低了传输阵天线的剖面和制造成本，使得全金属传输阵天线在无线通信领域的应用更加广泛。

技术领域

本发明属于天线技术领域，主要涉及一种传输阵天线，具体是一种低剖面宽带全金属传输阵天线，可用于雷达探测、射电天文和卫星通信等无线领域。

背景技术

传统的平面传输阵天线由馈源天线与平面传输阵列组成，其中的平面传输阵列的每个单元都有相位可调节的特性，用来补偿馈源照射到阵面上每个单元的空间路径不同所造成的相位延迟，从而形成所需的高增益辐射特性。作为一种新型的高增益天线，平面传输阵天线受到越来越多的人们关注。与传统的抛物面天线、介质透镜、相控阵天线等高增益天线相比，平面传输阵天线避免了抛物面天线和介质透镜天线固有的制造复杂性，具有体积小、成本低、重量轻等优点。空间馈电方法消除了相控阵天线馈电网络的损耗，提高了传输阵天线的辐射效率。此外，相比于传统的反射阵天线，平面传输阵天线的馈源和出射波束分布在阵面的两侧，馈源对出射波束没有遮挡，因此具有明显的辐射特性优势。

虽然平面传输阵天线具有上述较多优点，然而，为了满足高增益、多极化、宽带、高效率、波束扫描等各种高性能要求，需要低损耗均匀微波介质基板，对于大孔径或高频传输阵设计，这些材料是非常昂贵的。此外，不使用介质基板不但可以使得传输阵天线更好地适应恶劣环境，特别是空间环境，还可以降低制造成本。因此，有必要设计一种新型的全金属传输阵天线，以适应在恶劣环境中的应用。在过去的几年中，一些全金属传输阵天线已经被提出。在这些传输阵天线中，仍然使用传统的多层结构来实现360°相移和更高的传输振幅。

例如，文献“Transmitarray antenna design using cross-slot elements withno dielectric substrate,”IEEE Antennas Wirel Propag Lett.vol.13,pp.177-180,2014.中提出了一款没有介质基板的四层交叉缝隙单元的传输阵天线，实现了8.2％的1-dB增益带宽。然而，随着入射角的增大，单元透射系数变差，测量的增益下降超过5dB，而且四层单元结构的剖面较高。此外，文献“High-Efficient wideband slot transmitarrayantenna,”IEEE Trans Antennas Propag.vol.63,no.11,pp.5149-5155,2015.中提出了一款具有15.5％的1-dB增益带宽和峰值孔径效率55％的高效率宽带缝隙传输阵天线。

虽然上述天线在带宽和效率方面有了一定的改进，但整个天线的剖面高和带宽窄，极大限制了其适用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷和不足，提出一种低成本、结构简单的低剖面宽带全金属传输阵天线。

本发明是一种低剖面宽带全金属传输阵天线，包括有馈源和金属层面，其中金属层面由相互平行的三层金属层组成，每一个金属层面上都设有M×N个周期性排布的传输阵天线基本单元，共同组成传输阵天线的阵面，馈源位于阵面的等效焦点上，其特征在于：第一金属层和第二金属层之间，第二金属层和第三金属层之间均不设有低损耗均匀微波介质基板；第一金属层和第二金属层通过连接共同组成金属腔体阵面，所述金属腔体阵面由等体积的M×N个金属腔体单元按M行N列的顺序排列形成；第三金属层由M×N个开有金属斜槽的宽带金属极化旋转反射单元按M行N列的顺序排列形成；第一金属层和第三金属层之间形成的剖面为a个波长；馈源位于第三金属层的中央。