一种宽带低有源反射贴片相控阵天线
本发明涉及一种微波通信器件，尤其涉及一种贴片相控阵天线。
背景技术：
1、相控阵天线具有高增益、宽覆盖范围的特点，被广泛应用在雷达及通信领域内。然而，相控阵在扫描过程中容易叠加周围天线单元的信号形成强有源反射，不利于系统稳定工作，通常需要通过相关技术降低有源反射，而在宽频范围内实现低有源反射具有一定的挑战。利用贴片天线实现低有源反射相控阵有利于提高相控阵系统的集成度，易于加工，降低成本。
2、现有的低有源反射贴片相控阵天线实现方式主要有三种。第一种是在馈电层面加载传输线网络，利用网络与相邻单元耦合引入额外信号，抵消反射信号，形成低有源反射贴片相控阵，对于线阵和面阵都适用，但是相控阵的底层馈电结构复杂不易进行系统集成，且带宽较窄。第二种是在贴片辐射体周围分布共面周期性结构形成超表面抑制表面波降低反射信号，形成低有源反射贴片相控阵，可以用于线阵，但是超表面需要占据较大的尺寸，并且整体带宽较窄。第三种是在对角贴片之间加载环形与l型结构组合的寄生结构，用于降低二维相控阵的有源反射，但是该方法仅适用于面阵，不适用于线阵，而且过孔较多导致结构复杂。因此，有必要提出一种宽带低有源反射贴片相控阵，不仅能适用于线阵，而且工作带宽宽、结构简单及尺寸小。
技术实现思路
1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种宽带低有源反射贴片相控阵天线，实现宽带的低有源反射，并且能线阵工作，结构简单易加工，且尺寸小。
2、技术方案：一种宽带低有源反射贴片相控阵天线，包括从上而下依次设置的顶部金属层、第一基片层、空气层、第二金属层、第二基片层、第三金属层、第三基片层、金属地层、第四基片层、底部金属层；顶部金属层包括沿线性方向周期性排布的顶层多贴片，每个顶层多贴片由沿线性方向等间距排列的若干方形小贴片构成；第二金属层包括沿线性方向周期性交替排布的金属方形贴片一和背对背u型金属条带，每个金属方形贴片一设有四个中心对称排布的方形槽一；第三金属层包括沿线性方向周期性排布的金属方形贴片二，每个金属方形贴片二的中央设有方形槽二；金属地层包括一个整体金属地，在整体金属地上沿线性方向周期性排布有圆形槽；底部金属层包括沿线性方向周期性排布的竖直金属条带，各竖直金属条带的末端连接有金属小圆盘；各顶层多贴片、金属方形贴片一、金属方形贴片二的几何中心依次一一对齐；
3、还包括若干馈电过孔，各馈电过孔垂直穿过所述圆形槽，用于连接所述金属小圆盘与所述金属方形贴片二。
4、进一步的，所述顶层多贴片中，每个小贴片长为0.03 ~0.07 λ0，相邻小贴片的间距为0.04 ~ 0.08λ0，λ0为中心频率的空气波长。
5、进一步的，所述背对背u型金属条带由两个u型金属条带在垂直所述线性方向上背对背间隔排布构成，每个u型金属条带的竖直长度为0.07~0.13λ0，水平宽度为0.02~0.06λ0，所述金属方形贴片一的边长为0.2~0.24λ0，λ0为中心频率的空气波长。
6、进一步的，所述金属方形贴片二的边长为0.21~0.25λ0，所述方形槽二的边长为0.04~0.06λ0，λ0为中心频率的空气波长。
7、进一步的，还包括若干塑料螺丝，塑料螺丝从两侧穿过所有金属层与基板层，用于固定整体相控阵，并形成所述第一基片层和第二金属层之间的空气层。
8、进一步的，相邻顶层多贴片的中心距、相邻金属方形贴片一的中心距、相邻金属方形贴片二的中心距均为0.49λ0，λ0为中心频率的空气波长。
9、进一步的，通过调整所述顶层多贴片中各小贴片的长度和间距来调控最低感应电流对应的频率。
10、进一步的，所述空气层高度为0.13λ0。
11、有益效果：现有的低有源反射贴片相控阵无法兼顾线阵、宽带工作、低结构复杂度及小尺寸。本发明将背对背u型金属条带及顶层多贴片与带有方形槽的叠层方形贴片相结合进行周期性排布，利用背对背u型金属条带对相邻叠层贴片感应电流的降低作用，以及顶层多贴片对最低感应电流对应频率的调控能力，实现适用于线阵的宽带低有源反射贴片相控阵，并且尺寸小、结构简单易加工。
12、具体的，背对背u型金属条带与金属方形贴片一周期性交替分布，工作时能够呈现对称的同向电流，能够在宽频范围内降低e面相邻金属方形贴片二上的感应电流，并在频带内形成一个具有最低感应电流的频率点，保证整个频带内的感应电流都有一定程度的降低，实现宽带低有源反射的线型贴片相控阵。
13、顶层多贴片结构周期性排布于金属方形贴片一正上方，能够通过调整顶层多贴片中各小贴片的长度和间距，加强最低感应电流对应频率的调控能力，进一步降低相控阵整体频带内的有源反射，实现宽带低有源反射的线型水平极化贴片相控阵。
技术特征：
1.一种宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，包括从上而下依次设置的顶部金属层（1）、第一基片层（2）、空气层、第二金属层（3）、第二基片层（4）、第三金属层（5）、第三基片层（6）、金属地层（7）、第四基片层（8）、底部金属层（9）；
2.根据权利要求1所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，所述顶层多贴片（101）中，每个小贴片长为0.03 ~0.07 λ0，相邻小贴片的间距为0.04 ~ 0.08λ0，λ0为中心频率的空气波长。
3.根据权利要求1所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，所述背对背u型金属条带（301）由两个u型金属条带在垂直所述线性方向上背对背间隔排布构成，每个u型金属条带的竖直长度为0.07~0.13λ0，水平宽度为0.02~0.06λ0，所述金属方形贴片一（302）的边长为0.2~0.24λ0，λ0为中心频率的空气波长。
4.根据权利要求1所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，所述金属方形贴片二（501）的边长为0.21~0.25λ0，所述方形槽二（502）的边长为0.04~0.06λ0，λ0为中心频率的空气波长。
5.根据权利要求1所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，还包括若干塑料螺丝（11），塑料螺丝（11）从两侧穿过所有金属层与基板层，用于固定整体相控阵，并形成所述第一基片层（2）和第二金属层（3）之间的空气层。
6.根据权利要求1-5任一所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，相邻顶层多贴片（101）的中心距、相邻金属方形贴片一（302）的中心距、相邻金属方形贴片二（501）的中心距均为0.49λ0，λ0为中心频率的空气波长。
7.根据权利要求1-5任一所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，通过调整所述顶层多贴片（101）中各小贴片的长度和间距来调控最低感应电流对应的频率。
8.根据权利要求6所述的宽带低有源反射贴片相控阵天线，其特征在于，所述空气层高度为0.13λ0。
技术总结
本发明公开了一种宽带低有源反射贴片相控阵天线，将背对背U型金属条带及顶层多贴片与带有方形槽的叠层方形贴片相结合进行周期性排布，利用背对背U型金属条带对相邻叠层贴片感应电流的降低作用，以及顶层多贴片对最低感应电流对应频率的调控能力，实现适用于线阵的宽带低有源反射贴片相控阵，并且尺寸小、结构简单易加工。
技术研发人员：施金,顾天乐,徐凯,姜芮芮,张凌燕,郁梅
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23