一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列

本发明涉及微波天线与阵列领域，具体涉及一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列。

背景技术：

1、圆极化天线因其对极化不敏感以及抑制多径干扰的能力，受到了极大关注，并在许多场景中得到了广泛应用。为了应对长距离通信和传感系统的大尺度衰落问题，具有高定向性波束的天线和阵列备受青睐。其中，在许多高增益圆极化天线和阵列中，透射阵天线由于其低成本、易于制造、馈电简单、易于波束赋型的特性，成为一种极富前景的解决方案。

2、近些年来，有一些高性能的圆极化透射阵被提出，根据所采用的馈源极化方式，主要可以分为两类，一种是使用线极化馈源照射透射阵列表面，通过透射阵面引入的极化转换来实现辐射圆极化波。而且透射单元中的接收和辐射单元的设计可以不同，因为接收和发射层被地板隔离，因此其设计自由度更高。另一种是使用圆极化馈源和相移表面。在这种方法中，通过调整单元的几何特性来调控透射相位。但是，这些圆极化透射阵往往会受限于单元性能而只具有狭窄的工作带宽。因此，宽带介质透射阵列设计具有明确的现实意义。

3、专利内容

4、技术问题：本发明的目的在于实现一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列,以解决上述背景技术中提出的问题。

5、技术方案：本发明的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列由核心介质层1和位于核心介质层1上下两侧的末端加载阻抗匹配层2组成负各向异性斜率的介质单元；其中核心介质层1由三层中间填充空气介质8的氧化铝陶瓷7长方体阵列构成，氧化铝陶瓷7长方体的横截面为长方形，位于核心介质层1中间的长方体阵列的长方形长边横向设置为中心层，所述中心层外周的长方形长边竖向设置为第二层，所述第二层外周的长方形长边横向设置为第三层。

6、所述空气介质8在氧化铝陶瓷7中的形状为上下分别一个四棱台和中间一个长方体。

7、所述负各向异性斜率的介质单元为两个正交线极化之间等效折射率的差值随频率变化曲线的斜率为负数，该特性增加了透射阵的轴比带宽。

8、所述介质单元通过调整所述四棱台的高度h1和空气长方体的宽度w1,实现主极化透射相位为0°介质单元4、透射相位为60°介质单元5、透射相位为120°介质单元6的三种介质单元。

9、所述主极化透射相位为0°介质单元4、透射相位为60°介质单元5、透射相位为120°介质单元6的三种介质单元通过绕中轴线旋转90°实现透射相位为180°、240°和300°的另三种介质单元；共形成0°、60°、120°、180°、240°、300°六种介质单元。

10、所述六种介质单元在平面介质透射阵的圆形口径上呈周期分布,以形成目标指向的聚焦波束的相位分布。

11、所述核心介质层1采用光固化的3d打印技术加工成型，材质为氧化铝陶瓷7。

12、所述末端加载阻抗匹配层2采用熔融沉积成型的3d打印技术加工成型，材质为聚乳酸材料。

13、所述核心介质层1和末端加载阻抗匹配层2的外周设有螺栓结构3。

14、有益效果：本发明提出了一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，通过设计具有负各向异性斜率的单元，极大拓展了圆极化介质透射阵的带宽。进一步采用修改介质单元的几何尺寸和旋转介质单元的方法，可以实现极化转换和圆极化透射波的相位调控。基于此设计了六种不同透射相位的介质单元，并将极化扭转和相位调控功能集成到单层核心介质层上。与基于pcb工艺制造的圆极化透射阵相比，该方法更具成本效益和带宽优势，与3d打印透射阵相比，本发明仅采用一个集成的双功能层实现相位调控和极化扭转，结构更为紧凑，且轴比带宽更宽。

技术实现思路

技术特征：

1.一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于：该透射阵列由核心介质层(1)和位于核心介质层(1)上下两侧的末端加载阻抗匹配层(2)组成负各向异性斜率的介质单元；其中核心介质层(1)由三层中间填充空气介质(8)的氧化铝陶瓷(7)长方体阵列构成，氧化铝陶瓷(7)长方体的横截面为长方形，位于核心介质层(1)中间的长方体阵列的长方形长边横向设置为中心层，所述中心层外周的长方形长边竖向设置为第二层，所述第二层外周的长方形长边横向设置为第三层。

2.根据权利要求1所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述空气介质(8)在氧化铝陶瓷(7)中的形状为上下分别一个四棱台和中间一个长方体。

3.根据权利要求1所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述负各向异性斜率的介质单元为两个正交线极化之间等效折射率的差值随频率变化曲线的斜率为负数，该特性增加了透射阵的轴比带宽。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述介质单元通过调整所述四棱台的高度h1和空气长方体的宽度w1,实现主极化透射相位为0°介质单元(4)、透射相位为60°介质单元(5)、透射相位为120°介质单元(6)的三种介质单元。

5.根据权利要求4所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述主极化透射相位为0°介质单元(4)、透射相位为60°介质单元(5)、透射相位为120°介质单元(6)的三种介质单元通过绕中轴线旋转90°实现透射相位为180°、240°和300°的另三种介质单元；共形成0°、60°、120°、180°、240°、300°六种介质单元。

6.根据权利要求5所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于,所述六种介质单元在平面介质透射阵的圆形口径上呈周期分布,以形成目标指向的聚焦波束的相位分布。

7.根据权利要求1所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述核心介质层(1)采用光固化的3d打印技术加工成型，材质为氧化铝陶瓷(7)。

8.根据权利要求1所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述末端加载阻抗匹配层(2)采用熔融沉积成型的3d打印技术加工成型，材质为聚乳酸材料。

9.根据权利要求1所述的一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，其特征在于，所述核心介质层(1)和末端加载阻抗匹配层(2)的外周设有螺栓结构(3)。

技术总结
本发明提出了一种具有负各向异性斜率的宽带圆极化介质透射阵列，涉及微波天线与阵列领域，该透射阵列由核心介质层(1)和位于核心介质层(1)上下两侧的末端加载阻抗匹配层(2)组成负各向异性斜率的介质单元；其中核心介质层(1)由三层中间填充空气介质(8)的氧化铝陶瓷(7)长方体阵列构成，氧化铝陶瓷(7)长方体的横截面为长方形，位于核心介质层(1)中间的长方体阵列的长方形长边横向设置为中心层，所述中心层外周的长方形长边竖向设置为第二层，所述第二层外周的长方形长边横向设置为第三层；通过几何形状调整和单元旋转获得了六种不同透射相位的介质单元，所提发明为设计宽带极化器和离散透镜开辟了新的途径。

技术研发人员：吴凡,赵武广,洪伟
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23