本

技術(shù)實現(xiàn)要素：
屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬帶的高增益反射陣天線。

背景技術(shù)：

在雷達探測系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和深空探測系統(tǒng)等遠距離通信系統(tǒng)中，高效的高增益天線是不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備?，F(xiàn)有的高增益天線主要是拋物面天線和陣列天線。

典型的拋物面天線結(jié)構(gòu)，天線饋源置于拋物面天線的焦點上，通過拋物面將饋源輻射的球面波經(jīng)反射后形成平面波進行傳播。拋物面天線具有結(jié)構(gòu)簡單，口面效率高，工作帶寬寬等優(yōu)點。但曲面形狀的拋物反射面使得天線體積龐大笨重，尤其是在設(shè)計高頻段天線時，對反射面曲面精度要求較高。

典型的陣列天線結(jié)構(gòu)，相比較于拋物面天線，陣列天線剖面低，通過后端饋電網(wǎng)絡(luò)能夠靈活實現(xiàn)波束掃描。但復(fù)雜的陣列排布和饋電網(wǎng)絡(luò)，使其設(shè)計難度較大，而且饋電網(wǎng)絡(luò)損耗較大，天線工作效率較低，隨著天線工作頻率的升高此影響愈發(fā)嚴重。

反射陣天線是一種新型的反射面天線，它利用平面反射面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋物面曲面。平面反射面上排布有大量的反射陣單元，通過控制反射陣單元的移相量，可以在特定指向形成高增益波束。

反射陣天線具有增益高、容易實現(xiàn)波束賦形，加工成本低、易于部署等技術(shù)優(yōu)勢；但反射陣天線的技術(shù)瓶頸是工作頻帶窄。這種窄帶特性由兩方面原因造成的：一是反射陣單元的移相特性是窄帶的；二是反射陣單元的相位補償范圍小，無法完全補償中心波束與邊緣波束的相位差。傳統(tǒng)的反射陣單元主要為微帶貼片形式，其相移曲線呈“S”形變化，工作頻帶較窄。

本發(fā)明提出一種基于介質(zhì)開孔單元結(jié)構(gòu)的寬帶反射陣天線。該天線的反射陣單元采用介質(zhì)開孔結(jié)構(gòu)，單元的移相曲線具有良好的線性度，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的相位補償，使得反射陣天線能夠?qū)拵Чぷ鳌?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種寬帶工作的反射陣天線。該天線采用新型介質(zhì)開孔單元，獲得了性能良好的相移曲線。相比基于金屬貼片單元的反射陣天線，這種反射陣天線具有寬帶工作能力。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于介質(zhì)開孔單元結(jié)構(gòu)的寬帶反射陣天線，包括雙極化饋源1和平面反射陣面2；其特征在于：平面反射陣面2包括移相層3、匹配層4和金屬背板5；所述的移相層3和匹配層4均為平面介質(zhì)基板；移相層3的上表面與匹配層4的下表面相連接，移相層3的下表面與金屬背板5相連接；移相層3由多個反射陣單元組成，每個反射陣單元包含多個沿平面反射陣面2的法線方向開設(shè)的空氣孔6，空氣孔6的大小和間距根據(jù)電磁波的移相值和反射相位設(shè)定；匹配層4上開設(shè)有多個沿平面反射陣面2的法線方向的空氣孔6，匹配層4中空氣孔6的軸線與移相層3中空氣孔6的軸線相重合。

其中，匹配層4中空氣孔6的大小通過四分之一波長匹配層理論計算得到。

其中，移相層3和匹配層4的組成材料均為低損耗的微波介質(zhì)基板。

其中，移相層3和匹配層4的組成材料均為高介電常數(shù)的介質(zhì)基板。

其中，移相層3和匹配層4選用介電常數(shù)不同的組成材料。

本發(fā)明相比于背景技術(shù)，其優(yōu)點為：

(1)反射陣天線陣面采用平面形式，陣面可分塊，收藏方便，具有便攜性。

(2)反射陣單元采用全介質(zhì)設(shè)計，避免了傳統(tǒng)微帶貼片結(jié)構(gòu)的諧振特性，改善反射陣單元的移相特性。

(3)反射陣單元采用了匹配層設(shè)計，改善了單元移相曲線的線性度和平行度，減小了單元組陣后的相位誤差。

(4)介質(zhì)移相層和匹配層可采用印制板工藝制作，工藝成熟穩(wěn)定，加工精度高，便于安裝固定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明寬帶反射陣天線的示意圖。

圖2為本發(fā)明反射陣單元結(jié)構(gòu)模型的示意圖。

圖3為本發(fā)明反射陣面四分之一面板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明反射陣單元的移相特性曲線。

圖5為本發(fā)明反射陣天線的輻射方向圖。

具體實施方案

下面結(jié)合圖1至圖5對本發(fā)明作進一步說明。但本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施范例。

如圖1所示，本發(fā)明涉及的基于介質(zhì)開孔單元結(jié)構(gòu)的寬帶反射陣天線，包括：支持雙極化的饋源1和基于介質(zhì)開孔單元結(jié)構(gòu)的平面反射陣面2。

本發(fā)明涉及的平面反射陣面由平面反射陣面2包括移相層3、匹配層4和金屬背板5；所述的移相層3和匹配層4均為平面介質(zhì)基板；移相層3的上表面與匹配層4的下表面相連接，移相層3的下表面與金屬背板5相連接；移相層3由多個反射陣單元組成，每個反射陣單元包含多個沿平面反射陣面2的法線方向開設(shè)的空氣孔6，如圖3所示，空氣孔6的大小和間距根據(jù)電磁波的移相值和反射相位設(shè)定；如圖2所示，匹配層4上開設(shè)有多個沿平面反射陣面2的法線方向的空氣孔6，匹配層4中空氣孔6的軸線與移相層3中空氣孔6的軸線相重合，匹配層4中空氣孔6的大小通過四分之一波長匹配層理論計算得到。

移相層3和匹配層4的組成材料均為低損耗的微波介質(zhì)基板且為高介電常數(shù)的介質(zhì)基板。

作為一個實施例，移相層3和匹配層4選用介電常數(shù)不同的基材，移相層3的基材選用介電常數(shù)為10的印制板；匹配層4的基材選用介電常數(shù)為6的印制板。印制板上含有周期性排布的空氣孔。改變空氣孔的位置，可以調(diào)節(jié)電磁波的反射相位。

圖4為本發(fā)明涉及的反射陣單元的移相特性曲線。該曲線可以用于反射陣天線的陣面設(shè)計。根據(jù)相位疊加理論，可以得到反射陣面不同位置需要的移相值。由此可以確定反射陣面上不同位置處的單元開孔尺寸。

作為一個實施例，本發(fā)明設(shè)計了一種陣元規(guī)模設(shè)計為30×30的反射陣陣面。由于陣列規(guī)模較大且反射陣單元尺寸各不相同，采用matlab軟件調(diào)用電磁全波仿真軟件，實現(xiàn)了整個反射陣天線的自動化建模。

圖5是采用本發(fā)明的反射陣天線在中心頻點的方向圖，輻射主波束方向性好，旁瓣電平值低，天線性能較好。