[发明专利]一种基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元

说明书

本发明公开一种基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元，属于天线技术领域。圆极化透射阵列天线单元由两个金属片和一个介质板组成。第一金属片和第二金属片结构尺寸相同且分别位于介质板的两侧。金属片设置为两个六边形开口环结构，利用x和y方向的结构不对称性，使x和y极化透射幅度相等，透射相位相差180°，具备圆极化波的连续调相特性。介质板为FR‑4，介电常数为4.3，损耗角正切为0.025。基于旋转调相法，本发明将单元绕中心从0°旋转到180°，实现360°的相位连续变化。本发明的工作频率为5.8GHz，单元的幅度具有稳定性，传输幅度均‑3.2dB，其中介质损耗占1.8dB。本发明设计简单且易加工，有效降低了天线阵列单元结构的复杂度和成本，提高单元性能。

技术领域

本发明属于天线领域，具体涉及一种基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元。

背景技术

透射阵列天线是一种新型的高增益天线，它结合了透镜天线和微带阵列的优点，如结构平坦、重量轻、灵活的辐射特性、辐射效率高、成本低、无需复杂的馈电网络等。更重要的是，与反射阵列天线相比，它也没有反射阻塞。在透射阵列天线中为了在足够的相位变化范围内获得较高的传输效率，通常采用多层结构。尤其是用多层频率选择表面法的设计，多个金属层被介质或空气隔开，以达到相位覆盖范围广的目的。超材料转换方法也被用于透射阵列天线设计，其相位控制是通过改变相对较大厚度工程结构的有效介电常数和磁导率来实现的。为了实现透射天线的高传输幅度和足够的传输相位覆盖，也为了简化透射天线的结构，人们还提出了各种双层设计方案。例如双层通孔单元的设计，但其插入损耗比较高，传输效率也相对较低，而且相位的覆盖能力有限。单元旋转法是一种典型调相方法，通过旋转单元，可以实现很好的相位覆盖，又因为圆极化的透射阵列天线单元研究有限，因此本发明提出了一种基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元，其主要是通过旋转调相法，使相位达到更好的覆盖。与双层通孔单元相比，其相位控制稳定性好，能实现360°的相位连续变化，成本更低，设计也更简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元，该天线单元包括：两个金属片和一个介质板；所述的圆极化透射阵列天线单元自上至下包括第一金属片(1)、介质板(2)、第二金属片(3)；所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元是平面结构，且沿xoy水平放置；

进一步，所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元的第一金属片(1)和第二金属片(3)结构尺寸相同且分布在介质板上下两侧；所述第一金属片(1)设置为大尺寸六边形开口环结构(11)和小尺寸六边形开口环结构(13)；所述六边形开口环(11)和六边形开口环(13)分别设置两个开口(12)和(14)；所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元关于结构中心对称；

进一步，所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元的第一介质板(2)设置为FR-4，介电常数是4.3，损耗角的正切值是0.025，所述第一介质板的厚度为8mm；

进一步，所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元利用六边形开口环结构的不对称性，使x和y极化透射幅度相等且透射相位相差180°，满足旋转调相法的要求；

进一步，所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元通过绕原点旋转θ角度，透射圆极化波相位随之改变2θ，相位的超前与滞后取决于旋转方向；所述入射波为左旋圆极化波，其透射圆极化波相位与旋转角度成正的2θ关系；当入射波为右旋圆极化波，其透射圆极化波相位与旋转角度成负的2θ关系；

进一步，所述基于旋转调相法的圆极化透射阵列天线单元的工作频点为5.8GHz，随单元旋转角度变化180°，可实现透射360°相位连续变化；单元幅度具有稳定性，传输幅度均大于-3.2dB，其中介质损耗占1.8dB；相位控制具有连续性且单元结构设计简单。