CN208460992U - 一种基于井回形的定向平面反射阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于井回形的定向平面反射阵列天线，包括工作在X波段的馈源喇叭及表面具有形似井回形不同尺寸金属贴片的阵列单元构成的单层反射阵列。反射阵列由24×24即576个经过仿真计算设计的反射阵列单元组成，每个反射阵列单元的最上层为形似井回形的金属贴片，中间层为介质基板，最底层为铜质背板。本实用新型提出一种新的金属贴片形制，为平面反射阵列的阵列单元设计提供了新的想法，经过仿真计算天线能正常工作，当入射电磁波为11.6GHz，波束定向在15°、25°、30°时，反射电磁波的波束集中性好，且副瓣较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种定向反射天线，具体的说是一种由形似井回形阵列单元构成的具有单层结构的平面反射阵列天线，属于微波器件技术、射频***前端技术领域。
背景技术
定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，采用定向接收天线的主要目的是增强信号强度增加抗干扰能力。定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信***中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。近些年，卫星通信、微波通信和航天技术的迅猛发展，对雷达***提出了更高的要求，而用户之间的通信由天线发射到基站，再由基站传递给用户，因此移动通信必须有基站天线的配合才能完成。定向天线一般用于移动用户密度较高的区域，而在移动用户密度较低的区域需要用到全向天线。定向天线常用于覆盖比较长的街道，并有以下优点:具有较大的前向增益，能抑制后向信号，当该小区会对它后面的小区造成潜在的干扰时，这种特性非常有用。另外值得一提的是定向天线可以改善微蜂窝覆盖范围内某些建筑物的室内覆盖。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、传输效率高的基于井回形的定向平面反射阵列天线，能够实现X波段内的波束集中。
为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种基于井回形的定向平面反射天线，由工作在X波段的馈源喇叭及平面反射阵列组成，所述馈源喇叭通过支架安装于平面反射阵列一侧，所述平面反射阵列包括介质基板及金属背板，所述介质基板的上表面具有尺寸不同的周期性谐振单元构成的单层反射阵列，所述谐振单元包括若干个内部呈“回”字形，外部呈“井”字形的阵列单元。
本实用新型进一步限定技术方案为：所述阵列单元由金属贴片构成，内部由内外两个正方形构成一个“回”字形结构，且两个正方形的对应边相平行，所述“回”字形结构的外部设有与正方形的对应边相平行的“井”字形结构；
所述内正方形的边长为其外部正方形框由边长分别为的正方形相减而得，外部的“井”字形结构由四个矩形组合而成，各矩形的长和宽分别为2a、起始坐标分别为且所述单层反射阵列由24×24即576个经过计算得到的阵列单元组成；其形状为长288mm、宽288mm、厚度为3mm的长方体。
进一步的，所述介质基板为长、宽均为12mm，厚度为3mm的长方体，其材料采用FR4_epoxy，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。所述介质基板的底部固定有金属背板，所述金属背板采用长宽尺寸与介质基板相同的铜质背板，该铜质背板的厚度忽略不计。
进一步的，所述馈源喇叭的工作频段为X波段，其位于平面反射阵列一侧中心的正上方距反射阵列表面291mm处，与Z轴夹角为10°。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过仿真计算可以得出反射阵列单元在不同位置的相位补偿图，进而得到尺寸分布图，由此做出的平面反射阵列在馈源的照射下，由于阵面上所组成的反射单元结构尺寸存在偏差，以此修正反射相位延迟，补偿空间相位差，在远场获得等相位面，实现同相相加，得到所需方向上的辐射波束。且本实用新型提出一种新的金属贴片形制，为平面反射阵列的阵列单元设计提供了新的想法，经过仿真计算天线能正常工作，且副瓣较低。
本实用新型属于定向天线，能够满足通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境下的使用要求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的正视图。
图3为图2的立体图。
图4为阵列单元相位特性曲线图。
图5(a)为阵列在11.6GHz频率,波束指向15°时金属贴片的大小；
图5(b)为阵列在11.6GHz频率,波束指向25°时金属贴片的大小；
图5(c)为阵列在11.6GHz频率,波束指向30°时金属贴片的大小。
图6(a)为最大波束在yoz平面内指向θ1＝15°时的方向图；
图6(b)为最大波束在yoz平面内指向θ2＝25°时的方向图；
图6(c)为最大波束在yoz平面内指向θ3＝30°时的方向图。
附图标记解释：1—馈源喇叭，2—介质基板，3—阵列单元，4-金属背板。
具体实施方式
本实施例提供的一种基于井回形的定向平面反射阵列天线，结构如图1至图3所示，由馈源喇叭及平面反射阵列组成。其中，馈源喇叭的工作频段为X波段，其位于平面反射阵列一侧中心的正上方距反射阵列表面291mm处，与Z轴夹角为10°。
平面反射阵列包括介质基板及金属背板，介质基板的上表面具有尺寸不同的周期性谐振单元构成的单层反射阵列，所述谐振单元包括若干个形似井回形的阵列单元。其中，阵列单元由金属铜贴片构成，内部由内外两个正方形构成一个“回”字形结构，且两个正方形的对应边相平行，所述“回”字形结构的外部设有与正方形的对应边相平行的“井”字形结构；中央内正方形的边长为其外部正方形框由边长分别为的正方形相减而得，外部的“井”字形结构由四个矩形组合而成，各矩形的长和宽分别为2a、起始坐标分别为且单层反射阵列由24×24即576个经过计算得到的阵列单元组成，其形状为长288mm、宽288mm、厚度为3mm的长方体。
介质基板是长、宽都为12mm，厚度为3mm的长方体，其材料是FR4_epoxy，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。而在介质基板的底部固定有铜质背板，其长、宽也为12mm，厚度忽略不计。
本实施例的原理为：本实施例的整体结构由激励源喇叭、单层反射阵列组成，通过仿真计算可以得出反射阵列单元在不同位置的相位补偿图，进而得到尺寸分布图，由此做出的平面反射阵列在馈源的照射下，由于阵面上所组成的反射单元结构尺寸存在偏差，以此修正反射相位延迟，补偿空间相位差，在远场获得等相位面，实现同相相加，得到所需方向上的辐射波束。
图4为阵列单元的相位特性曲线图，反射阵列单元经过相位补偿和特性位移曲线的计算，可以得出每一单元所需的尺寸，图5(a)为波束指向15°时金属贴片的大小，图5(b)为波束指向 25°时金属贴片的大小，图5(c)为波束指向30°时金属贴片的大小，从而得到所需频率下不同反射波束角度的反射阵列，在馈源喇叭的照射下，可以得到同一频段、不同波束指向的反射阵列。
如图6(a)、图6(b)、图6(c)所示，构建了三个工作于11.6GHz不同波束角度的的反射阵列，在第一种工作状态下，所设计的最大波束在yoz平面内指向θ1＝15°，如图6(a)所示，仿真结果最大波束θ1＝15°,可以看出在该角度下波束的指向性比较好，能量比较集中；同样，第二种工作状态下，所设计的最大波束在yoz平面内指向θ2＝25°，如图6(b)所示，仿真结果最大波束θ2＝25°；第三种工作状态下，所设计的最大波束在yoz平面内指向θ3＝30°，如图6(c)所示，仿真结果最大波束θ3＝30°。
本实用新型提出一种新的金属贴片形制，为平面反射阵列的阵列单元设计提供了新的想法，经过仿真计算天线能正常工作，副瓣较低。且本实用新型属于定向天线，适用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于井回形的定向平面反射阵列天线，其特征在于：由工作在X波段的馈源喇叭及平面反射阵列组成，所述馈源喇叭通过支架安装于平面反射阵列一侧，所述平面反射阵列包括介质基板及金属背板，所述介质基板的上表面具有尺寸不同的周期性谐振单元构成的单层反射阵列，所述谐振单元包括若干个内部呈“回”字形，外部呈“井”字形的阵列单元。
2.根据权利要求1所述的基于井回形的定向平面反射阵列天线，其特征在于：所述阵列单元由金属贴片构成，内部由内外两个正方形构成一个“回”字形结构，且两个正方形的对应边相平行，所述“回”字形结构的外部设有与正方形的对应边相平行的“井”字形结构；
所述内正方形的边长为其外部正方形框由边长分别为的正方形相减而得，外部的“井”字形结构由四个矩形组合而成，各矩形的长和宽分别为2a、起始坐标分别为。
3.根据权利要求1所述的基于井回形的定向平面反射阵列天线，其特征在于：所述单层反射阵列由24×24即576个经过计算得到的阵列单元组成；所述单层反射阵列为长288mm、宽288mm、厚度为3mm的长方体。
4.根据权利要求1所述的基于井回形的定向平面反射阵列天线，其特征在于：所述介质基板为长、宽均为12mm，厚度为3mm的长方体，其材料采用FR4_epoxy，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
5.根据权利要求4所述的基于井回形的定向平面反射阵列天线，其特征在于：所述介质基板的底部固定有金属背板，所述金属背板采用长宽尺寸与介质基板相同的铜质背板。
6.根据权利要求1所述的基于井回形的定向平面反射阵列天线，其特征在于：所述馈源喇叭位于平面反射阵列一侧中心的正上方，距反射阵列表面291mm处，且所述馈源喇叭与Z轴夹角为10°。
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| CN201820588152.1U CN208460992U (zh) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 一种基于井回形的定向平面反射阵列天线 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112952395A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-11 | 南京理工大学 | 基于单层回形针型单元结构的宽带反射阵列天线 |
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| CN112952395B (zh) * | 2021-01-27 | 2022-05-17 | 南京理工大学 | 基于单层回形针型单元结构的宽带反射阵列天线 |
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