CN116093598A - 一种宽带双频透射阵单元、天线及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带双频透射阵单元、天线及其使用方法，透射阵单元包括接收天线和发射天线，位于接收天线和发射天线的中心设有低频单元，其四周设有高频单元；透射阵天线包括馈源和双频透射阵单元，馈源位于双频透射阵单元中心的上方；使用方法：当低频单元的辐射结构尺寸相同时，将低频接收天线旋转180°，使通过接收天线的透射波电场方向相反，旋转前后透射幅度基本保持不变，透射相位相差180°，两种不同的透射相位分别对应两种状态，高频单元同理；将低高频单元的辐射结构调整外环外半径的尺寸可实现180°相移范围，与上述方法相结合可实现360°的相移范围；本发明实现了双频独立极化的笔形波束，具有结构简单、易加工、低剖面、宽频带、高口径效率的优点。

Description

一种宽带双频透射阵单元、天线及其使用方法

技术领域

本发明属于微波毫米波天线技术领域，具体涉及一种宽带双频透射阵单元、天线及其使用方法。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，为了解决通信距离远、空间环境复杂所带来的一系列问题，需要使用方向性较好的高增益天线，透射阵天线作为一种高增益天线，因其制作简单、无需复杂的相控阵天线馈电网络、避免反射阵天线的馈电遮挡等优点而备受关注，在很多应用场合下，单个工作频带的天线不能适应通信需要，为了拓宽透射阵天线的应用领域，对双频透射阵的研究是非常有意义的，近年来，在Ka频带(下行链路：(17.7-21.2)GHz；上行链路：(27.5-31)GHz引起了极大的关注，这主要是由于允许频率重用的点波束覆盖，因此容量更高，在双链路卫星通信等领域，双频双极化透射阵天线具有广阔的应用前景。

目前，各种双频透射阵天线被提出来，它们都存在自己的优点，但同时也存在一定不足：

(1)2017年，KienT.Pham及RonanSauleau等学者提出了Ka波段的1-bit双频双线极化透射阵天线，透射阵天线的双频双极化特性是通过相互交错在下行链路和上行链路频带中单元来实现的。测试结果表明，该天线在19.5GHz和29GHz处的峰值增益分别为25.9dBi、29dBi，对应的口径效率分别为21.2％、20.1％。由于采用了1-bit的相位补偿方式，使得天线的口径效率较低。

(2)2018年，AbdulAziz及FanYang等学者提出了使用三个偶极子结构的双频正交极化的透射阵天线，高低频单元都是三个偶极子的结构，两个频带的单元以正交极化方式交错排布。测试结果表明，该天线在12.5GHz和14.25GHz处的1dB增益带宽分别为7.2％和7.0％，峰值增益为31dBi和31.8dBi，对应的口径效率为45％、41.3％。单元基于多层频率选择表面，且层与层之间用空气层隔开，增加了天线的剖面高度和加工难度。

(3)2019年，AbdulAziz及FanYang等学者提出了一款由两种圆环单元组成的双频双极化透射阵天线，不同圆环可以独立工作于不同的频段，并且单元在两个极化结构对称。测试结果表明，该天线在12.5GHz和14.25GHz的峰值增益为30.2dBi、32.3dBi，峰值口径效率为38％和46％。但单元只实现了300°的相移补偿。

(4)2021年，R.Madi及A.Clemente等学者提出了工作在K/Ka波段的1-bit双频双线极化透射阵天线，不同频段的单元置于不同的介质层上组成双层结构，在各自频段内通过将接收天线旋转180°实现了1-bit的相位量化。仿真结果表明，该天线在19.5GHz和29.1GHz处峰值增益分别为21.4dBi、23.4dBi，对应的口径效率为25.1％、20％，1dB增益带宽分别大于19.8％、12％。双频单元使用此种放置方式，增加了天线的剖面高度，1-bit的相位补偿方式，也使得天线的口径效率较低。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

1、现有的基于多层频率选择表面结构的双频透射阵天线，剖面高，带宽较窄。

2、现有的将不同频段的单元放置在同一介质层上的单元没有进行360°全相位补偿，采取的1-bit相位量化方式或300°的相位补偿会造成天线口径效率比较低。

3、现有的将不同频段的单元置于不同的介质层上的双层结构，这种形式的两层之间会产生相互作用，影响天线的性能，造成天线剖面高，而且双层结构难以对齐且加工成本高。

解决以上问题及缺陷的难度为：

降低透射阵单元剖面，设计一种简单的天线结构；

寻求一种新的相位补偿方法，在展宽单元传输带宽的同时，实现360°的相位补偿，提高天线的口径效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种宽带双频透射阵单元、天线及其使用方法，采用极化旋转和变尺寸相结合的方式进行相移，在低频段和高频段均实现了所需的360°相移，通过对低高频单元均进行连续360°的相位补偿，避免了量化相位带来的增益损失，实现较高的口径效率，在辐射结构的圆形贴片上开有C形缝隙，使得圆环和圆形贴片的连接处产生耦合，展宽单元的带宽；本发明宽带双频透射阵天线结构较为简单，性能较为稳定，易于加工，降低了成本，适合用于双链路卫星通信等领域。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种宽带双频透射阵单元，包括接收天线1和发射天线2，所述位于接收天线1的顶部以及位于发射天线2的底部均设有低频单元3和高频单元5，所述低频单元3和高频单元5设置在同层，且低频单元3与高频单元5采用正交极化的排布方式交错排布。

所述低频单元3包括设置在接收天线1顶部的低频接收天线3-1和设置在发射天线2底部的低频发射天线3-2，所述低频接收天线3-1至低频发射天线3-2之间贯穿有第一金属通孔4，且第一金属通孔4位于低频接收天线3-1和低频发射天线3-2的中心。

所述低频接收天线3-1与低频发射天线3-2的外环内半径r₁₁和内圆半径r₁₂与外环外半径r₁的比例关系为：r₁₁＝0.5·r₁，r₁₂＝r₁-0.2。

所述高频单元5包括设置在接收天线1顶部的高频接收天线5-1和设置在发射天线2底部的高频发射天线5-2，所述高频接收天线5-1至高频发射天线5-2之间贯穿有第二金属通孔6，且第二金属通孔6位于高频接收天线5-1和高频发射天线5-2的中心。

所述高频接收天线5-1及高频发射天线5-2的外环内半径r₂₁和内圆半径r₂₂与外环外半径r₂的比例关系为：r₂₁＝0.5·r₂，r₂₂＝r₂-0.4。

所述接收天线1包括由上至下依次设置的第一介质层9、粘接层11以及金属地板7，所述第一介质层9的顶部分别设有低频接收天线3-1及高频接收天线5-1；所述发射天线2包括由上至下依次设置的金属地板7、第二介质层10，所述第二介质层10的底部分别设有低频发射天线3-2及高频发射天线5-2。

所述低频单元3的辐射结构包括低频接收天线3-1及低频发射天线3-2，其结构为开有C形缝隙的圆形贴片；所述高频单元5的辐射结构包括高频接收天线5-1及高频发射天线5-2，其结构为开有C形缝隙的圆形贴片，所述低频单元3的辐射结构与高频单元5的辐射结构尺寸不同。

本发明还提供了一种宽带双频透射阵单元的天线，包括馈源8以及宽带双频透射阵单元，所述馈源8位于宽带双频透射阵单元中心的上方，馈源8采用宽带的波纹喇叭天线，馈源8的辐射方向朝向宽带双频透射阵单元。

所述宽带双频透射阵单元中的低频单元3与高频单元5正交极化的排布方式交错排布，采用阵列个数为N×N的低频单元3、阵列个数为(N+1)×(N+1)的高频单元5以及馈源8构成宽带双频透射阵天线。

本发明还提供了一种宽带双频透射阵单元的天线的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：当宽带双频透射阵单元中低频单元3的低频接收天线3-1和低频发射天线3-2的尺寸相同时，将低频单元3的低频接收天线3-1旋转180°，使通过接收天线1的透射波电场方向相反，旋转前后透射幅度基本保持不变，透射相位相差180°，两种不同的透射相位分别对应两种不同的状态，宽带双频透射阵单元中的高频单元5同理；

步骤2：将宽带双频透射阵单元的低频单元3以及高频单元5中的辐射结构调整外环外半径的尺寸可实现180°的相移范围，与步骤1方法相结合可实现360°的相移范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的宽带双频透射阵单元由于采用接收-发射结构，从而避免了基于多层频率选择表面结构层与层之间空气层的存在，而且在同一层容纳工作在两个不同频段的单元，降低了透射阵天线的剖面。

2、本发明采用极化旋转和变尺寸相结合的方式进行相移，在低频段和高频段都实现了所需的360°相移，双频透射阵天线在20.5GHz和30GHz分别获得了25.73dBi和28.1dBi的最大增益。

3、本发明通过在辐射结构的圆形贴片上开设C形缝隙，使得圆环和圆形贴片的连接处产生耦合，展宽了单元的带宽，因此宽带双频透射阵天线获得了较宽的带宽，在20GHz和30GHz下反射系数小于-10dB的相对阻抗带宽分别为20.9％(17.5GHz-22.7GHz)、20％(27GHz-30GHz)；在低频段和高频段的1dB增益带宽分别为13.6％(18.5GHz-21.2GHz)、10.91％(28GHz-31.23GHz)，3dB增益带宽分别为26.26％(17.3GHz-22.53GHz)、17.33％(27.4GHz-32.6GHz)。

4、本发明的宽带双频透射阵天线对低频单元3和高频单元5都进行了连续360°的相位补偿，避免了量化相位带来的增益损失，从而实现了较高的口径效率，在19.75GHz和29.75GHz分别获得了72.8％和48.37％的峰值口径效率。

5、本发明将高低频单元放置在同一层，减小了两层放置时高低频单元之间的相互影响，降低了天线剖面高度，同时将高低频单元正交放置，从而解决不同频段单元间的互耦问题，避免相互影响，影响天线性能。

6、本发明中的低频单元3和高频单元5交错放置在同一层，降低了剖面高度，采用了正交极化的排布方式，降低了单元之间的互耦影响。

综上，本发明的宽带双频透射阵天线实现了双频独立极化的笔形波束，性能稳定，具有结构简单、易加工、低剖面、宽频带、高口径效率的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明宽带双频透射阵单元的三维结构示意图。

图2是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元的单元排布示意图和俯视图；其中，图2(a)是宽带双频透射阵单元的单元排布示意图；图2(b)是宽带双频透射阵单元的俯视图。

图3是本发明在宽带双频透射阵单元中，分别改变低频单元3中外圆环和内圆连接的宽度w₁和高频单元5中外圆环和内圆连接的宽度w₂时的透射幅度与透射相位的仿真结果图；其中，图3(a)是本发明实施例提供的透射阵天线单元在20GHz处不同长度w₁时的透射幅度与透射相位的仿真结果图，图3(b)是本发明实施例提供的透射阵天线单元在30GHz处不同长度w₂时的透射幅度与透射相位的仿真结果图。

图4是与本发明实施例原理相同的其他可实现相移的单元结构示意图。

图5是本发明宽带双频透射阵单元改变r₁和r₂时在不同频点下的透射幅度与透射相位的仿真结果图；其中，图5(a)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元改变r₁时在低频点及其附近频点处的透射幅度与相位的仿真结果图；图5(b)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元改变r₂时在高频点及其附近频点处的透射幅度与相位的仿真结果图。

图6是本发明宽带双频透射阵单元旋转低频单元3和高频单元5的接收天线前后的透射幅度与相位的仿真结果图；其中，图6(a)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元在20GHz处旋转低频单元3接收天线前后的透射幅度与相位的仿真结果图；图6(b)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元在30GHz处旋转高频单元5接收天线前后的透射幅度与相位的仿真结果图。

图7是本发明透射阵高低频单元之间的相互影响；其中，图7(a)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元在20GHz处改变高频结构参数对低频性能的影响；图7(b)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元在30GHz处改变低频结构参数对高频性能的影响。

图8是本发明宽带双频透射阵单元在不同频点下的斜入射特性；其中，图8(a)是本发明实施例提供的宽带双频透射阵单元在20GHz处，

面和

面下，斜入射角度在25°以内的透射幅度与相位的仿真结果图；图8(b)是本发明实施例提供的透射阵天线单元在30GHz处，

面和

面下，斜入射角度在25°以内的透射幅度与相位的仿真结果图。

图9是本发明实施例提供的天线在不同频点下的相位补偿示意图；其中，图9(a)是本发明实施例提供的天线在20GHz处的相位补偿示意图，图9(b)是本发明实施例提供的天线在30GHz处的相位补偿示意图。

图10是本发明实施例提供的天线阵列模型各层结构俯视图；其中，图10(a)为阵列结构图；图10(b)为接收天线1的俯视图；图10(c)为金属地板7的俯视图；图10(d)为发射天线2的俯视图。

图11是本发明实施例提供的天线反射系数仿真结果图。

图12是本发明实施例提供的天线在20GHz频点附近的增益和口径效率仿真结果图。

图13是本发明实施例提供的天线在30GHz频点附近的增益和口径效率仿真结果图。

图14是本发明实施例提供的天线在20GHz和30GHz的仿真归一化辐射方向图；其中，图14(a)是本发明实施例提供的天线在20GHz的仿真归一化辐射方向图；图14(b)是本发明实施例提供的天线在30GHz的仿真归一化辐射方向图。

图中：1、接收天线；2、发射天线；3、低频单元；3-1、低频接收天线；3-2、低频发射天线；4、第一金属通孔；5、高频单元；5-1、高频接收天线；5-2、高频发射天线；6、第二金属通孔；7、金属地板；8、馈源；9、第一介质层；10、第二介质层；11、粘接层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明一种宽带双频透射阵单元，单元由三层金属层和两层介质层组成，包括接收天线1和发射天线2两部分，两个天线共用一层金属地板7并通过粘接层11相连；低频单元3和高频单元5的辐射结构都由开有C形缝隙的圆形贴片组成，分别印刷在第一介质层9的顶部和第二介质层10的底部；低频单元3由低频接收天线3-1通过第一金属通孔4穿过金属地板7和低频发射天线3-2构成；高频单元5由高频接收天线5-1通过第二金属通孔6穿过金属地板7和高频发射天线5-2构成；第一金属通孔4位于低频接收天线3-1和低频发射天线3-2的中心，将两个天线连接起来实现电磁能量的耦合；第二金属通孔6位于高频接收天线5-1和高频发射天线5-2的中心，将两个天线连接起来实现电磁能量的耦合。低频单元3和高频单元5交错放置在同一层，降低了剖面高度，同时为了降低单元之间的互耦影响，采用了正交极化的排布方式。

进一步，第一介质层9以及第二介质层10采用TaconicTSM-DS，粘接层11采用FR27-0040-43F。

低频单元3的辐射结构的外环内半径r₁₁和内圆半径r₁₂与外环外半径r₁的比例关系为：r₁₁＝0.5·r₁，r₁₂＝r₁-0.2；高频单元5的辐射结构的外环内半径r₂₁和内圆半径r₂₂与外环外半径r₂的比例关系为：r₂₁＝0.5·r₂，r₂₂＝r₂-0.4。

本发明还提供了一种宽带双频透射阵单元的天线，包括馈源8以及宽带双频透射阵单元，馈源8位于宽带双频透射阵单元中心的上方，馈源8采用宽带的波纹喇叭天线，馈源8的辐射方向朝向宽带双频透射阵单元。

所述宽带双频透射阵单元中的低频单元3与高频单元5正交极化的排布方式交错排布，采用阵列个数为N×N的低频单元3、阵列个数为(N+1)×(N+1)的高频单元5以及馈源8构成宽带双频透射阵天线。

本发明还提供了一种宽带双频透射阵单元的天线的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：当宽带双频透射阵单元中低频单元3的低频接收天线3-1和低频发射天线3-2的尺寸相同时，将低频单元3的低频接收天线3-1旋转180°，使通过接收天线1的透射波电场方向相反，旋转前后透射幅度基本保持不变，透射相位相差180°，两种不同的透射相位分别对应两种不同的状态，宽带双频透射阵单元中的高频单元5同理；

步骤2：将宽带双频透射阵单元的低频单元3以及高频单元5中的辐射结构调整外环外半径的尺寸可实现180°的相移范围，与步骤1方法相结合可实现360°的相移范围。

基于步骤1中极化旋转的特性，单元状态本身提供固定的相位差，再结合变尺寸方式可以实现360°的相移范围，两种方式相结合减小了只采用变尺寸方式需要提供的相移，增加了单元整体相移曲线的线性范围，扩大了单元的传输带宽。

进一步，本发明实施例中的透射阵列的轮廓为矩形，高低频单元通过交错排布的方式，阵列中低频单元3的个数16×16，高频单元5的个数17×17，馈源8采用宽带的波纹喇叭天线，馈源8的辐射方向朝向透射阵列。

如图3所示，在实现透射相移的方式上，以低频单元3为例，不仅可以通过改变外环外半径r₁实现，还可以通过改变外圆环和内圆连接的宽度w₁实现，如图3(a)所示，当w₁从0.2mm-0.6mm变化的过程中，在20GHz处，透射幅度大于-1.57dB，并且产生了28°的相移。

在实现透射相移的方式上，以高频单元5为例，不仅可以通过改变外环外半径r₂实现，还可以通过改变外圆环和内圆连接的宽度w₂实现，如图3(b)所示，当w₂从0.1mm-0.3mm变化的过程中，在30GHz处，透射幅度大于-1.43dB，并且产生了37.15°的相移。

如图4所示，除此之外，可以实现相移的单元结构还有多种，例如将连接外圆环和内圆贴片的过渡设计为弧型结构。

如图5(a)和图5(b)所示，分别给出了本发明的宽带双频透射阵单元在19GHz、20GHz、21GHz处以及29GHz、30GHz、31GHz处的透射幅度与透射相位的仿真结果，可以看出，当r₁从1.7mm变化到2.13mm时，透射幅度大部分保持在-1dB以上，在20GHz处实现了180°的透射相移，同样地，当r₂从1.17mm变化到1.41mm时，透射幅度大部分保持在-1dB以上，在30GHz处实现了180°的透射相移，而且不同频率对应的透射相位曲线之间平行度较好，说明该单元在高频段和低频段具有一定的宽带性能。

如图6(a)和图6(b)所示，分别给出了本发明的宽带双频透射阵单元在20GHz和30GHz处将接收天线旋转180°前后的透射幅度与透射相位的仿真结果，低频接收天线3-1旋转前后分别对应状态A和状态B，高频接收天线5-1旋转前后分别对应状态C和状态D。可以看出，无论是在低频单元3还是高频单元5，在20GHz和30GHz处都实现了180°的透射相移，且透射幅度基本保持不变。

如图7(a)和图7(b)所示，分别给出了本发明的宽带双频透射阵单元在20GHz时高频单元(5)的尺寸参数变化对低频单元3透射幅度和透射相移的影响以及在30GHz时低频单元3的尺寸参数变化对高频单元5透射幅度和透射相移的影响，可以发现，当高频段的尺寸参数r₂变化时，在低频的频段内，幅度曲线和相位曲线基本保持不变，这表明高频单元5参数变化不会对低频单元3产生影响。当低频段的尺寸参数r₁变化时，在高频的频段内，相位曲线基本保持不变，幅度曲线在r₁较小时保持在-0.5dB左右，r₁为2.13mm，损耗最大为1.5dB，这表明低频单元3参数变化不会对高频单元5产生影响，这表明高低频单元之间的隔离度较好，可以独立进行工作，互不影响。

如图8(a)和图8(b)所示，分别给出了本发明的宽带双频透射阵单元在20GHz和30GHz时，单元在

面和

面的25°以内的斜入射角度下的透射幅度与透射相位的仿真结果，20GHz时，在最大斜入射角下，单元的透射幅度保持在-0.9dB以上，最大相位误差小于8°；30GHz时，在最大斜入射角下，单元的透射幅度保持在-2dB以上，最大相位误差小于55°。

如图9(a)和图9(b)所示，分别给出了阵列在20GHz和30GHz相位补偿方案，根据此对上述天线单元进行组阵，透射阵列的轮廓为矩形，低频单元3个数为16×16，高频单元5个数为17×17，馈源8采用宽带的波纹喇叭天线，馈源8的辐射方向朝向透射阵列。

如图10所示，给出了本发明天线阵列模型各层结构的俯视图，图10(a)为阵列结构图，图10(b)为接收天线1的俯视图，图10(c)为金属地板7的俯视图，图10(d)为发射天线2的俯视图，可以看出，高低频单元交错排布，且高低频单元均有两种不同的状态。

如图11所示，给出了本发明天线反射系数的仿真结果图，可以看出本发明天线在20GHz和30GHz下反射系数小于-10dB的相对阻抗带宽分别为20.9％(17.5GHz-22.7GHz)、20％(27GHz-33GHz)。

如图12所示，给出了本发明天线在20GHz处的增益和口径效率的仿真结果图，可以看出本发明的双频透射阵天线在20.5GHz获得了25.73dBi的最大增益，在19.75GHz获得了72.8％的峰值口径效率。1dB增益带宽分别为13.6％(18.5GHz-21.2GHz),3dB增益带宽分别为26.26％(17.3GHz-22.53GHz)。

如图13所示，给出了本发明天线在30GHz处的增益和口径效率的仿真结果图，可以看出本发明的双频透射阵天线30GHz获得了28.13dBi的最大增益，在29.75GHz获得了50.03％的峰值口径效率。1dB增益带宽为10.91％(28GHz-31.23GHz),3dB增益带宽为18.23％(27.22GHz-32.68GHz)。

如图14(a)和图14(b)所示，分别给出了本发明天线在20GH和30GHz处的E面和H面的仿真归一化辐射方向图，在20GH时，E面和H面的副瓣电平都位于-19.4dB以下，交叉极化分量低于-30dB；在30GH时，E面和H面的副瓣电平都位于-20dB以下，交叉极化分量低于-30dB，具备了稳定的方向图和较好的法向辐射性能。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明解决以上问题及缺陷的意义为：

1、设计一种低剖面的双频透射阵天线具有重要的使用价值，可应用于小型化的通信系统中；

2、透射阵天线无法实现360°的相位补偿，会造成阵列口径效率低，因此实现360°的全相位补偿，可以提高天线的口径效率，满足高效率性能的需求，用于双链路卫星通信等领域；

3、解决不同频段单元间的互耦问题，避免相互影响，影响天线性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带双频透射阵单元，包括接收天线(1)和发射天线(2)，其特征在于：所述位于接收天线(1)的顶部以及位于发射天线(2)的底部均设有低频单元(3)和高频单元(5)，所述低频单元(3)和高频单元(5)设置在同层，且低频单元(3)与高频单元(5)采用正交极化的排布方式交错排布。

2.根据权利要求1所述的一种宽带双频透射阵单元，其特征在于：所述低频单元(3)包括设置在接收天线(1)顶部的低频接收天线(3-1)和设置在发射天线(2)底部的低频发射天线(3-2)，所述低频接收天线(3-1)至低频发射天线(3-2)之间贯穿有第一金属通孔(4)，且第一金属通孔(4)位于低频接收天线(3-1)和低频发射天线(3-2)的中心。

3.根据权利要求2所述的一种宽带双频透射阵单元，其特征在于：所述低频接收天线(3-1)与低频发射天线(3-2)的外环内半径r₁₁和内圆半径r₁₂与外环外半径r₁的比例关系为：r₁₁＝0.5·r₁，r₁₂＝r₁-0.2。

4.根据权利要求1所述的一种宽带双频透射阵单元，其特征在于：所述高频单元(5)包括设置在接收天线(1)顶部的高频接收天线(5-1)和设置在发射天线(2)底部的高频发射天线(5-2)，所述高频接收天线(5-1)至高频发射天线(5-2)之间贯穿有第二金属通孔(6)，且第二金属通孔(6)位于高频接收天线(5-1)和高频发射天线(5-2)的中心。

5.根据权利要求4所述的一种宽带双频透射阵单元，其特征在于：所述高频接收天线(5-1)及高频发射天线(5-2)的外环内半径r₂₁和内圆半径r₂₂与外环外半径r₂的比例关系为：r₂₁＝0.5·r₂，r₂₂＝r₂-0.4。

6.根据权利要求1或2或4所述的一种宽带双频透射阵单元，其特征在于：所述接收天线(1)包括由上至下依次设置的第一介质层(9)、粘接层(11)以及金属地板(7)，所述第一介质层(9)的顶部分别设有低频接收天线(3-1)及高频接收天线(5-1)；所述发射天线(2)包括由上至下依次设置的金属地板(7)、第二介质层(10)，所述第二介质层(10)的底部分别设有低频发射天线(3-2)及高频发射天线(5-2)。

7.根据权利要求1或2或4所述的一种宽带双频透射阵单元，其特征在于：所述低频单元(3)的辐射结构包括低频接收天线(3-1)及低频发射天线(3-2)，其结构为开有C形缝隙的圆形贴片；所述高频单元(5)的辐射结构包括高频接收天线(5-1)及高频发射天线(5-2)，其结构为开有C形缝隙的圆形贴片；所述低频单元(3)的辐射结构与高频单元(5)的辐射结构尺寸不同。

8.基于权利要求1至7任意一种宽带双频透射阵单元的天线，其特征在于：包括馈源(8)以及宽带双频透射阵单元，所述馈源(8)位于宽带双频透射阵单元中心的上方，馈源(8)采用宽带的波纹喇叭天线，馈源(8)的辐射方向朝向宽带双频透射阵单元。

9.根据权利要求8所述的一种宽带双频透射阵单元的天线，其特征在于：所述宽带双频透射阵单元中的低频单元(3)与高频单元(5)正交极化的排布方式交错排布，采用阵列个数为N×N的低频单元(3)、阵列个数为(N+1)×(N+1)的高频单元(5)以及馈源(8)构成宽带双频透射阵天线。

10.根据权利要求8至9任意一种天线的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：当宽带双频透射阵单元中低频单元(3)的低频接收天线(3-1)和低频发射天线(3-2)的尺寸相同时，将低频单元(3)的低频接收天线(3-1)旋转180°，使通过接收天线(1)的透射波电场方向相反，旋转前后透射幅度基本保持不变，透射相位相差180°，两种不同的透射相位分别对应两种不同的状态，宽带双频透射阵单元中的高频单元(5)同理；

步骤2：将宽带双频透射阵单元的低频单元(3)以及高频单元(5)中的辐射结构调整外环外半径的尺寸可实现180°的相移范围，与步骤1方法相结合可实现360°的相移范围。

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