一种基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线

本发明涉及天线，特别是涉及一种基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，可用于无线通信和雷达等领域。

背景技术：

1、折叠透射阵天线(folded transmitarray antenna)通常由馈源、底层转极化表面以及顶层相位补偿阵列结构组成。相较于传统的反射阵或透射阵天线，折叠透射阵天线通过引入两次光路折叠极大地降低了天线的剖面尺寸，具有低剖面、高增益、易于集成等优势。

2、在影响折叠透射阵天线性能的因素中，相位补偿阵列起着最关键的作用，现如今，国内外已经提出一种新型结构fabry-perot透射转极化结构(fptp)来设计相位补偿阵列，fptp结构由两个正交的金属栅格层以及夹在两个金属栅格层中间的极化器组成，其具有体积小，损耗低，制作简单等优点，且在很多领域中都出现了fptp结构的应用。本发明成功将fptp结构应用在相位补偿阵列中，实现一种基于3-bit相位编码的折叠透射阵列天线，使得最终的发明具有宽带宽和高增益的优点。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供了一种基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，用于未来的无线通信领域。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，包括馈源(1)、具有转极化功能的主反射面(2)和具有转极化和相位补偿的fabry-perot透射转极化结构(fptp)构成。馈源(1)位于主反射面(2)中心位置，fptp阵列(3)放置于主反射面(2)正上方。馈源(1)辐射的电磁波经fptp阵列(3)底层反射到主反射面(2)上，主反射面(2)对其进行交叉极化转换并二次反射到fptp阵列(3)底层，fptp阵列(3)对二次反射的电磁波进行相位补偿，最终以平面波的形式透射到自由空间中。

3、优选地，所述fptp阵列(3)由m×n个fptp单元排列而成，单元包括三层金属层和两层介质层，自上而下依次为：金属栅格层1(4)、介质基板层1(5)、c形金属结构(6)、介质基板层2(7)和金属栅格层2(8)。

4、优选地，所述馈源(1)发射的电磁波极化方向与属栅格层1(4)金属栅方向相同，与金属栅格层2(8)的金属栅方向相互垂直。

5、优选地，所述c形金属结构(6)根据开口方向和尺寸的不同具有8种不同的状态，实现3-bit相位编码。

6、优选地，所述c形金属结构(6)的开口方向和尺寸通过所在位置的相位补偿值所确定，相位补偿值的计算公式为：其中ri是馈源(1)到第i个c形金属结构(6)的距离，k为在自由空间中的传播系数，和是第i个和第0个c形金属结构(6)的补偿相位。

7、优选地，所述主反射面(2)由25×25个单元周期性排列而成，单元由介质基板层3(9)、金属地(10)和倾斜的条状矩形金属结构(11)组成。

8、优选地，所述倾斜的条状矩形金属结构(11)相较于主反射面(2)单元边界的倾斜角度为45°。

9、优选地，所发明的折叠透射阵列天线的厚度仅为传统透射阵列天线焦距的1/3。

10、优选地，所述馈源(1)，采用波导喇叭结构。

11、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

12、(1)在相位补偿效果相同的前提下，本发明的透射阵列天线的高度为传统透射阵列天线高度的1/3，可见本发明的透射阵列天线相较于传统透射阵列天线具有更低的低剖特性。

13、(2)本发明采用3-bit相位编码fabry-perot透射转极化结构，可以实现具有8种相位编码的相位补偿面，使本发明具有更高的增益，3db增益带宽和峰值孔径效率。

14、(3)本发明的折叠透射阵列天线，可应用在下一代无线通信中。

技术特征：

1.一种基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，包括馈源(1)、具有转极化功能的主反射面(2)和具有转极化和相位补偿的fabry-perot透射转极化结构(fptp)构成。馈源(1)位于主反射面(2)中心位置，fptp阵列(3)放置于主反射面(2)正上方。馈源(1)辐射的电磁波经fptp阵列(3)底层反射到主反射面(2)上，主反射面(2)对其进行交叉极化转换并二次反射到fptp阵列(3)底层，fptp阵列(3)对二次反射的电磁波进行相位补偿，最终以平面波的形式透射到自由空间中。

2.根据权利要求1所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述fptp阵列(3)由m×n个fptp单元排列而成，单元包括三层金属层和两层介质层，自上而下依次为：金属栅格层1(4)、介质基板层1(5)、c形金属结构(6)、介质基板层2(7)和金属栅格层2(8)。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述馈源(1)发射的电磁波极化方向与金属栅格层1(4)金属栅方向相同，与金属栅格层2(8)的金属栅方向相互垂直。

4.根据权利要求2所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述c形金属结构(6)根据开口方向和尺寸的不同具有8种不同的状态，能够实现3-bit相位编码。

5.根据权利要求4所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述c形金属结构(6)的开口方向和尺寸通过所在位置的相位补偿值所确定，相位补偿值的计算公式为：其中ri是馈源(1)到第i个c形金属结构(6)的距离，k为在自由空间中的传播系数，和是第i个和第0个c形金属结构(6)的补偿相位。

6.根据权利要求1所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述主反射面(2)由p×q个单元周期性排列而成，单元由介质基板层3(9)、金属地(10)和倾斜的条状矩形金属结构(11)组成。

7.根据权利要求5所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述倾斜的条状矩形金属结构(11)相较于主反射面(2)单元边界的倾斜角度为45°。

8.根据权利要求1所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述的折叠透射阵列天线的厚度仅为传统透射阵列天线焦距的1/3。

9.根据权利要求1所述的基于3-bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，其特征在于，所述馈源(1)，采用波导喇叭结构。

技术总结本发明公开了一种基于3‑bit相位编码的宽带高增益折叠透射阵列天线，包括馈源、具有转极化功能的主反射面和具有转极化和相位补偿的Fabry‑Perot透射转极化结构(FPTP)构成。馈源位于主反射面中心位置，FPTP阵列放置于主反射面正上方。馈源辐射的电磁波经FPTP阵列底层反射到主反射面上，主反射面对其进行交叉极化转换并二次反射到FPTP阵列底层，FPTP阵列对二次反射的电磁波进行相位补偿，最终以平面波的形式透射到自由空间中。本发明的折叠透射阵列天线采用了一种宽带3‑bit相位编码FPTP阵列来实现电磁波的转极化和相位补偿，整个折叠透射阵的厚度仅为传统透射阵焦距的三分之一，因此本发明同时具有宽带、高增益、高孔径效率和低剖面的优点。技术研发人员：王强,邹俊,柯俊臣,杨宇成受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14