[发明专利]一种高频毫米波低剖面透射阵列天线

说明书

一种高频毫米波低剖面透射阵列天线，属于毫米波阵列天线技术领域。所述高频毫米波低剖面透射阵列天线包括馈源、位于馈源正上方的PRS阵面以及位于PRS阵面正上方的透射阵面。本发明提供的一种高频毫米波低剖面透射阵列天线，采用特定结构和排布方式的透射阵面，与特定结构与排布方式的PRS阵面结合，得到的透射阵列天线在95.3GHz～104.6GHz范围内，增益波动小于3dB，相对带宽9.3％；3dB增益带宽内除95.3GHz～95.8GHz范围内s11小于‑9dB，其余频点s11小于‑10dB；95.3GHz～104.6GHz范围内，在二维空间内实现±40°的波束扫描。

技术领域

本发明属于毫米波阵列天线技术领域，具体涉及一种用于高频毫米波的宽带低剖面透射阵列天线，在新一代的高频段毫米波卫星通信、移动通信、雷达探测与成像等领域具有广泛应用价值。

背景技术

高频毫米波频段作为未来毫米波通信的重要工作频段，能够满足通信等电子设备对更宽的带宽和更高的信息传输速率的需求。但是在高频毫米波频段，电磁波较大的空间损耗，近似直线传播的特性使信号的空间覆盖成为了限制高频段毫米波规模商用的桎梏。

透射式阵列天线作为一种高增益波束扫描天线，集成了空间馈电与相位调制技术，通过对每个透射单元状态的精确调控，可以控制阵列天线波束指向的角度。透射式阵列天线具备高增益与波束实时可控的特性，能够解决毫米波空间传输损耗大以及波束实时对准的问题。

与传统相控阵天线相比，透射式阵列天线具有结构简单、成本较低等优点，但是传统的透射式阵列天线采用喇叭天线、vivaldi天线等分立式馈源进行激励，馈源距离透射阵列表面距离约0.8～1.2D(D为透射阵面边长或直径)，天线整体剖面较高，不利于其集成化的应用。采用增加一个反射地板或相位补偿平面可以将天线剖面缩减至0.3D以内，但增加反射地板的天线仅能在X波段工作，通过相位补偿平面减小剖面的方法天线工作带宽仅有3.8％。

PRS即反射面是一种周期性排布的电磁结构，于1956年由Trentini G V提出，其工作机理是利用PRS阵面与天线金属地板的多次反射波的同相叠加效应，有效提升天线的增益。PRS阵面与馈源金属地板的距离通常为中心工作频率对应半波长的整数倍。但是由于谐振条件限制，传统的PRS阵面带宽只有2％左右。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种高频毫米波低剖面透射阵列天线。本发明利用PRS阵面(反射阵面)的同相叠加效应，采用特定结构的PRS单元，在近场区将馈源辐射的球面波转换为平面波，实现了天线整体剖面高度的缩减，同时采用8种不同结构的透射单元，实现了高频段毫米波的宽带波束扫描。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高频毫米波低剖面透射阵列天线，包括馈源、位于馈源正上方的PRS阵面以及位于PRS阵面正上方的透射阵面。

进一步的，所述馈源用于为透射阵列天线提供馈电，所述馈源包括波导和位于波导之上的金属地板，具体为矩形波导和位于矩形波导之上的矩形金属地板，或者圆形波导和位于圆形波导之上的圆形金属地板，金属地板与波导口面齐平，如图6所示。

进一步的，所述PRS阵面包括位于阵面中心的阵列排列的第二PRS单元(PRS单元2)、以及位于第二PRS单元四周的阵列排列的第一PRS单元(PRS单元1)，如图1所示；所述第二PRS单元在工作频段的反射系数大于第一PRS单元在工作频段的反射系数；所述PRS阵面的一条边与金属地板的一条边平行，中心与金属地板的中心重合；所述PRS阵面与金属地板之间的距离h1＝N/2×λ±0.2mm，λ为工作中心频率对应波长，单位为mm，N为大于1的正整数；所述PRS阵面的边长与第二PRS单元的边长之间的比值为1.44～2.5；所述阵列排列的第二PRS单元至少为6×6个，最多为18×18个。