專利名稱：一種天線反射面相位校正貼膜及反射面天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超材料領域，更具體地說，涉及一種天線反射面相位校正貼膜及反射面天線。
背景技術：
拋物反射面天線是雷達、通信等電子設備的重要組成部分，天線反射面表面精度是影響天線增益等電性能的主要因素。目前，隨著天線口徑的增大，工作頻率的提高，對天線反射面精度要求也越來越高。大型拋物面天線的反射面往往由幾十、甚至幾百個反射面拼裝而成，故天線面板的安裝調整水平成為影響天線反射面精度的主要因素之一。過去傳統(tǒng)的方法是裝配人員根據(jù)面板實測數(shù)據(jù)憑經(jīng)驗對天線面板的位置進行調整。這種方式導致 天線面板安裝定位時，調整次數(shù)較多，效率和精度較低。特別當天線面板較多，精度要求較高的情況下，上述問題更加突出。其次，天線拋物面設計往往按照理想拋物面來，饋源非點源也會造成電磁波出射表面相位誤差。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有的反射面天線容易造成電磁波出射表面相位誤差的缺陷，提供一種能夠校正反射面表面出射相位的天線反射面相位校正貼膜。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種天線反射面相位校正貼膜，所述天線反射面相位校正貼膜包括第一基板、第二基板及設置在第一基板與第二基板之間的多個人造微結構，所述人造微結構為由導電材料制成的絲線，所述第一基板及第二基板為柔性基板，合理設計天線反射面相位校正貼膜的折射率分布，使得電磁波經(jīng)過貼附有該天線反射面相位校正貼膜的天線反射面反射后，出射的電磁波具有平整的等相位面。進一步地，定義由天線反射面直接反射后得到的等相位面為原始等相位面，定義原始等相位面上任一點到理想的等相位面的垂直距離為Dm，出射的電磁波在Dm這一距離上所經(jīng)過的相位為Xm，則有，Xm = 土^^ ；
C當原始等相位面上的點處于理想等相位面的左側時，Xffl取正值；當原始等相位面上的點處于理想等相位面的右側時，Xffl取負值；等相位面上的點的大小與單個人造微結構大小相當；其中，ω為電磁波的角頻率；c為光速。進一步地，所述天線反射面相位校正貼膜對應于Xm等于零的部分其折射率為一定值Ii1，所述天線反射面相位校正貼膜對應于Xm不等于零的部分其折射率為nm，且有，
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其中，ω為電磁波的角頻率；d為天線反射面相位校正貼膜的厚度；c為光速。進一步地，所述人造微結構具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一折角線，所述第二主線兩端連接有兩個第二折角線，所述第一主線及第二主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長度相同，所述第一折角線具有第一拐角點，所述第一主線兩端分別連接在兩個第一折角線的兩個第一拐角點上，所述第二折角線具有第二拐角點，所述第二主線兩端分別連接在兩個第二折角線的兩個第二拐角點上。進一步地，所述兩個第一折角線的拐角為90度，第一主線與第一折角線的拐角的角平分線重合，所述兩個第二折角線的拐角為90度，第二主線與第二折角線的拐角的角平分線重合，所述第一折角線具有相同長度的第一水平角邊及第一豎直角邊，所述第二折角線具有相同長度的第二水平角邊及第二豎直角邊，所述第一折角線與第二折角線具有相同的尺寸。 進一步地，所述人造微結構各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm ^ H2 ^ O. 5mm ；所述人造微結構各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ O. 3mm ；所述第一折角線與其相鄰的第二折角線的距離為Cl1,0. 08mm ^ (I1 ^ Imm ；并且,相鄰兩個人造微結構之間的間隔為WL,O. 08mm ^ WL ^ Imm ；相鄰兩個人造微結構之間的距離為L，Imm彡L彡30mm。進一步地，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為H1,0. Imm ^ H1 ^ 1mm。進一步地，所述第一基板與第二基板的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為
2.5—2. 8 ο進一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復合材料、FR-4復合材料或聚苯乙烯制成。進一步地，所述人造微結構由銅線或者銀線制成，所述第一基板上的多個人造微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到。本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜，內部具有特定的折射率分布，使得貼附在傳統(tǒng)的反射面上即可校正反射面表面出射相位，可以改善由安裝或者是加工帶來的相位誤差，從而得到一個平整的出射等相位面，進而可以改進天線的遠場性能(例如更高的增益)。另外本發(fā)明還提供一種貼附有上述的天線反射面相位校正貼膜的反射面天線。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是貼附有本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜的一種反射面天線；圖2是本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜的結構示意圖(透視);圖3是圖2所示的天線反射面相位校正貼膜去掉第二基板后的正視圖；圖4是單個人造微結構的結構示意圖；圖5是本發(fā)明另一種形式的人造微結構的結構示意圖；圖6是本發(fā)明另一種形式的人造微結構的結構示意圖；；圖7是圖2所示實施例的天線反射面相位校正貼膜的仿真示意圖8是本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜的設計方法示意圖。
具體實施例方式如圖I至2所示，根據(jù)本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜TM包括第一基板I、第二基板2及設置在第一基板I與第二基板2之間的多個人造微結構3，所述人造微結構3為由導電材料制成的絲線，所述第一基板I及第二基板2為柔性基板，合理設計天線反射面相位校正貼膜TM的折射率分布，使得電磁波經(jīng)過貼附有該天線反射面相位校正貼膜的天線反射面FS反射后，出射的電磁波具有平整的等相位面。本發(fā)明的柔性基板即為傳統(tǒng)的柔性線路板(FPC)所使用的聚酰亞胺或聚酯薄膜。人造微結構可以是金屬微結構，其印刷方式可以與傳統(tǒng)的FPC工藝類似。只是相對于金屬線路，本發(fā)明的人造微結構是根據(jù)折射率的分布設計出來的。圖I中的反射面天線為拋物面反射面，因為本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜TM是柔性的，所以可以很好的貼合拋物面反射面，當然生產得到的天線反射面相位校正貼膜 TM則是平面的，可以通過適當?shù)募舨檬沟酶玫鼐o密貼附在反射面天線的表面。本發(fā)明的人造微結構可以是如圖4所示的人造微結構，如圖4所示，所述人造微結構3具有相互垂直平分的第一主線31及第二主線32，所述第一主線31與第二主線32的長度相同，所述第一折角線Zl具有第一拐角點J1，所述第一主線31兩端分別連接在兩個第一折角線的兩個第一拐角點Jl上，所述第二折角線Z2具有第二拐角點J2，所述第二主線32兩端分別連接在兩個第二折角線的兩個第二拐角點J2上。所述兩個第一折角線Zl的拐角為90度，第一主線31與第一折角線的拐角的角平分線重合，所述兩個第二折角線的拐角為90度，第二主線32與第二折角線的拐角的角平分線重合，所述第一折角線Zl具有相同長度的第一水平角邊SPl及第一豎直角邊SZ1，第一水平角邊SPl及第一豎直角邊SZl所成的夾角即為第一折角線的拐角，所述第二折角線Z2具有相同長度的第二水平角邊SP2及第二豎直角邊SZ2，第二水平角邊SP2及第二豎直角邊SZ2所成的夾角即為第二折角線的拐角。另外，所述第一折角線Zl與第二折角線Z2具有相同的尺寸。當然本發(fā)明的人造微結構還可以是圖5及圖6所示形態(tài)的人造微結構。圖5所示為平面雪花狀的人造微結構，所述的雪花狀的人造微結構具有相互垂直平分的第一金屬線Jl及第二金屬線J2，所述第一金屬線Jl與第二金屬線J2的長度相同，所述第一金屬線Jl兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支Fl，所述第一金屬線Jl兩端連接在兩個第一金屬分支Fl的中點上，所述第二金屬線J2兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支F2，所述第二金屬線J2兩端連接在兩個第二金屬分支F2的中點上，所述第一金屬分支Fl與第二金屬分支F2的長度相等。圖6為圖5的一種變形形式，所述人造微結構3具有相互垂直平分的第一主線31及第二主線32，所述第一主線31與第二主線32的長度相同，所述第一主線31兩端連接有相同長度的兩個第一支線Zl，所述第一主線31兩端連接在兩個第一支線Zl的中點上，所述第二主線32兩端連接有相同長度的兩個第二支線Z2，所述第二主線32兩端連接在兩個第二支線Z2的中點上，所述第一支線Zl與第二支線Z2的長度相等，每一所述第一支線Zl的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線ZX1，每一所述第二支線Z2的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線ZX2。本實施例中，所述第一折線ZXl與第一支線Zl所成的夾角為Q1，所述第二折線ZX2與第二支線Z2所成的夾角為Θ 2，且有，θ 1= Θ 2 ; Θ 丄彡 45°。優(yōu)選地，所述第一折線ZXl與第一支線Zl所成的夾角Θ i及所述第二折線ZX2與第二支線Z2所成的夾角θ2均為45度。即第一折線Zl與第二折線Ζ2平行。圖2為透視圖，即假定第一基板與第二基板透明，人造微結構不透明。本發(fā)明例中，如圖3及圖4所示，所述人造微結構各處的厚度相同，其厚度為H2,
O.Olmm < H2 < O. 5mm ;所述人造微結構各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ O. 3mm ；所述第一折角線與其相鄰的第二折角線的距離為Cl1,0. 08mm ^ (I1 ^ Imm ； 并且，相鄰兩個人造微結構之間的間隔為WL，0. 08mm ^ WL ^ Imm ;如圖3所示，WL即為其中一個人造微結構的第一拐角點與另一個人造微結構的與該第一拐角點相鄰的第二拐角點的距離。相鄰兩個人造微結構之間的距離為L，Imm彡L彡30mm ;如圖3所示，L即為相鄰兩個人造微結構中心點之間的距離，此處的中心點即為第一主線與第二主線的交點。L的長度與入射電磁波有關，通常L的長度小于入射電磁波的波長，例如L可以是入射電磁波的五分之一或十分之一，這樣可以對入射電磁波產生連續(xù)的響應。本發(fā)明中，所述人造微結構3為由導電材料制成的絲線。例如銅線、銀線及其它金屬線，采用金屬材料制成的人造微結構，可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到。例如，可以在第一基板上覆上一定厚度的銅膜或銀膜，再利用蝕刻的方法去掉多個人造微結構以外的部分銅膜或銀膜(利用化學溶液溶解腐蝕)，即能得到附著在第一基板上的多個人造微結構。另外，人造微結構3還可以由其它非金屬的導電材料制成，例如，銦錫氧化物、碳納米管或者石墨等。本發(fā)明中，所述第一基板I與第二基板2厚度相同，其厚度為H1,0. Imm彡H1S 1mm。并且，所述第一基板I與第二基板2的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為2. 5-2. 8。本發(fā)明中，第一基板I及第二基板2可以由任意的介電材料制成，例如陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。高分子材料，例如可以有F4B復合材料、FR-4復合材料或聚苯乙烯(PS)等。本發(fā)明中，采用具有如下參數(shù)的天線反射面相位校正貼膜進行仿真，仿真軟件為CST ；第一基板與第二基板的厚度為Imm ;第一基板與第二基板為介電常數(shù)為2. 7的PS塑料板，損耗正切為O. 0002。相鄰兩個人造微結構之間的距離L為2. 7mm ;人造微結構的厚度H2為O. 018mm ；人造微結構的線寬W為O. 14mm ；第一折角線與第二折角線的距離Cl1為O. 14mm ；相鄰兩個人造微結構之間的間隔WL為O. 14mm ；對具有上述參數(shù)的天線反射面相位校正貼膜進行仿真，即測試該天線反射面相位校正貼膜在不同頻率下的折射率，得到折射率相對于頻率的電磁響應曲線如圖7所示。由圖可知，所述天線反射面相位校正貼膜能在非常寬的一段頻率上(O IOGHz)有很好的低色散性能(即折射變化穩(wěn)定)。同時，該天線反射面相位校正貼膜還具有很低的電磁損耗，不會對原來的反射面天線的輻射性能產生影響。本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜根據(jù)需要設計，例如可通過以下方法設計，如圖8所示，首先，定義由天線反射面FS直接反射后得到的等相位面為原始等相位面XM,定義原始等相位面XM上任一點(例如圖中的a點及b點)到理想的等相位面PZ的垂直距離為Dm，出射的電磁波在Dm這一距離上所經(jīng)過的相位為Xm，則有，
權利要求
1.一種天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述天線反射面相位校正貼膜包括第一基板、第二基板及設置在第一基板與第二基板之間的多個人造微結構，所述人造微結構為由導電材料制成的絲線，所述第一基板及第二基板為柔性基板，合理設計天線反射面相位校正貼膜的折射率分布，使得電磁波經(jīng)過貼附有該天線反射面相位校正貼膜的天線反射面反射后，出射的電磁波具有平整的等相位面。
2.根據(jù)權利要求I所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，定義由天線反射面直接反射后得到的等相位面為原始等相位面，定義原始等相位面上任一點到理想的等相位面的垂直距離為Dm，出射的電磁波在Dm這一距離上所經(jīng)過的相位為Xm，則有，
3.根據(jù)權利要求2所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述天線反射面相位校正貼膜對應于Xm等于零的部分其折射率為一定值Ii1，所述天線反射面相位校正貼膜對應于Xm不等于零的部分其折射率為nm，且有，
4.根據(jù)權利要求I所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述人造微結構具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一折角線，所述第二主線兩端連接有兩個第二折角線，所述第一主線及第二主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長度相同，所述第一折角線具有第一拐角點，所述第一主線兩端分別連接在兩個第一折角線的兩個第一拐角點上，所述第二折角線具有第二拐角點，所述第二主線兩端分別連接在兩個第二折角線的兩個第二拐角點上。
5.根據(jù)權利要求4所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述兩個第一折角線的拐角為90度，第一主線與第一折角線的拐角的角平分線重合，所述兩個第二折角線的拐角為90度，第二主線與第二折角線的拐角的角平分線重合，所述第一折角線具有相同長度的第一水平角邊及第一豎直角邊，所述第二折角線具有相同長度的第二水平角邊及第二豎直角邊，所述第一折角線與第二折角線具有相同的尺寸。
6.根據(jù)權利要求5所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述人造微結構各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm≤H2≤O. 5mm ； 所述人造微結構各處的線寬相同，其線寬為W，O. 08mm ≤ W ≤ O. 3mm ；所述第一折角線與其相鄰的第二折角線的距離為(I1,0. 08mm ≤(I1≤ Imm ； 并且，相鄰兩個人造微結構之間的間隔為WL,O. 08mm ≤ WL≤ Imm ；相鄰兩個人造微結構之間的距離為L, Imm ^ L ^ 30mm。
7.根據(jù)權利要求5所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為H17O. Imm ^ H1 ^ 1mm。
8.根據(jù)權利要求7所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述第一基板與第二基板的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為2. 5-2. 8。
9.根據(jù)權利要求8所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復合材料、FR-4復合材料或聚苯乙烯制成。
10.根據(jù)權利要求I所述的天線反射面相位校正貼膜，其特征在于，所述人造微結構由銅線或者銀線制成，所述第一基板上的多個人造微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到。
11.一種反射面天線，其特征在于，所述反射面天線的反射面上貼附有權I至10任意一項所述的天線反射面相位校正貼膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線反射面相位校正貼膜，所述天線反射面相位校正貼膜包括第一基板、第二基板及設置在第一基板與第二基板之間的多個人造微結構，所述人造微結構為由導電材料制成的絲線，所述第一基板及第二基板為柔性基板，合理設計天線反射面相位校正貼膜的折射率分布，使得電磁波經(jīng)過貼附有該天線反射面相位校正貼膜的天線反射面反射后，出射的電磁波具有平整的等相位面。根據(jù)本發(fā)明的天線反射面相位校正貼膜，內部具有特定的折射率分布，使得貼附在傳統(tǒng)的反射面上即可校正反射面表面出射相位，可以改善由安裝或者是加工帶來的相位誤差，從而得到一個平整的出射等相位面，進而可以改進天線的遠場性能(例如更高的增益)。
文檔編號H01Q15/00GK102820544SQ201210226480
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權日2012年7月3日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 張凌飛, 劉豫青 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司