[发明专利]一种高口径效率反射阵天线

说明书

技术领域

本发明属于天线设计技术领域，尤其涉及一种高口径效率反射阵天线。

背景技术

近年来，随着无线通信系统，波前工程和雷达系统的快速发展，紧凑型高增益天线在航天工程，目标探测等领域的作用越来越凸显。尤其对平面反射阵天线，拥有反射面天线和阵列天线的优良性能，同时具有平面结构等优点，使得平面反射阵天线受到广大天线设计人员的青睐。

现有平面反射阵天线已被广泛用于太赫兹频段和微波波段，同时，由于其高效的波束控制特性，也已用于研制不同功能的反射阵天线，如双频高增益天线、双极化反射阵天线、双圆极化反射阵、双线极化可调反射阵天线、X波段超宽带天线，波束扫描天线以及多波束高增益天线。

目前，研究人员主要通过优化单元特性来提高反射阵天线性能，单元性能优化主要包括两个方面，一是设计出反射相位覆盖(0,360°)的单元用于减小补偿相位误差，二是通过降低反射相位的敏感性来减小加工误差。其中，不同形式的多谐振单元用于提高反射相位的覆盖范围，例如，基于双谐振环形结构的单元相位覆盖范围达到了550°，设计的反射阵天线口径效率达到了38％，同时其1-dB辐射带宽得到了极大展宽；文献J.H.Yoon,J.Kim,Y.J.Yoon,etal.“Single-layerreflectarraywithcombinationofelementtypes,”ElectronicsLetters,Vol.50No.8pp.574–576,2014，中，采用三种单元相结合的方式实现了2.2dB的增益提高，同时其口径效率达到了66.7％。另一方面，文献B.D.Nguyen,KienT.Pham,Van-SuTranetal.“Reflectarrayelementusingcut-ringpatchcoupledtodelayline,”IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,Vol.14,pp.571-574,2015；Y.Pan,Y.Zhang,andX.Yu.“Areflectarraydesignwithreducedcrosspolarizationforpolarimetricradar,”MicrowaveAndOpticalTechnologyLetters,Vol.56,No.8,pp.1879-1883,2014；R.Florencio,J.A.Encinar,R.R.Boix,etal.“Reflectarrayantennasfordualpolarizationandbroadbandtelecomsatelliteapplications,”IEEETrans.Antenn.Propag.,Vol.63,No.4,pp.1234-1246,2015，采用多层结构用于减小反射相位的敏感性，这也从一定程度提高了反射阵天线的效率。

目前，采用多层单元降低反射相位敏感性的方法增大了器件的厚度，同时提高了加工复杂性；采用多种单元相结合设计平面反射阵天线步骤复杂，且加工成本较高；同时目前报道的反射阵单元尺寸保持在0.3～0.5λ0，极大了限制了平面反射阵天线相位补偿的精细程度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种高口径效率反射阵天线。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种高口径效率反射阵天线，包括金属底板，所述金属底板上设有14*14相位补偿单元阵列，每个所述相位补偿单元包括印刷电路板，在所述印刷电路板上设有各向同性三环方形谐振器；其中，相位补偿单元周期为5.8mm×5.8mm，各向同性三环方形谐振器的厚度为0.018mm，谐振器金属线的宽度为02.mm，开口尺寸为0.4mm，不同环间距为0.2mm，外环谐振器边长根据需要实现的相位确定。

作为优选，所述印刷电路板采用介电常数ε_r为4.3、厚度h为3mm和损耗角δ正切值tanδ为0.004的FR4印刷电路板。

本发明的有益效果如下：

从宏观超表面和微观反射单元设计两方面提出了高效反射阵天线设计的一般方法；采用单层双谐振低Q值结构实现了360°相位覆盖范围，同时反射相位变化率较小；仅采用一种单元就可以实现高效反射阵天线的研制，易加工，成本低；单元尺寸仅为0.18λ₀，提高了相位补偿的精细程度。

附图说明