一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列天線波束掃描天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，該反射陣列波束掃描天線包括饋源天線（401）和反射陣列平板（301）；反射陣列平板（301）包括偏波束微帶反射陣列層（101）和高透過率相移表面層（201）；偏波束微帶反射陣列層（101）是能夠?qū)崿F(xiàn)饋源波束偏轉(zhuǎn)的微帶反射陣平板，高透過率相移表面層（201）是能夠?qū)崿F(xiàn)平面波波束偏轉(zhuǎn)的相移表面平板；兩者間以一定空氣間隔層疊組裝成反射陣列平板（301）；饋源天線（401）采用正饋式；以反射陣列平板（301）中心軸為軸分別旋轉(zhuǎn)兩層能實現(xiàn)天線波束的掃描。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，對任意極化的電磁波都具有響應(yīng)，適用于發(fā)射和接收任意極化的電磁波，可承載高功率。
【專利說明】一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列天線波束掃描天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，提供了一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線。
【背景技術(shù)】
[0002]超材料是近十年來迅速發(fā)展起來的對電磁波具有調(diào)制作用的人工電磁材料，而這種材料通常是在商用介質(zhì)基板上面刻制由金屬微結(jié)構(gòu)單元組成的金屬圖案，金屬微結(jié)構(gòu)單元通常采用環(huán)形、圓形、方形，工字形結(jié)構(gòu)等，將這些金屬微結(jié)構(gòu)按一定周期排列組合成的金屬圖案對作用在其表面的電磁波具有一定的調(diào)制作用。
[0003]傳統(tǒng)的地面衛(wèi)星接收天線通常采用拋物面反射天線，但是由于其精度要求高，曲面加工難度大，同時曲面天線不易攜帶，運輸也不方便。目前也有采用基于超材料構(gòu)造的反射面陣列天線。
[0004]微帶反射陣列天線通常由微帶貼片單元組成的平面陣列，加工采用傳統(tǒng)的PCB印刷工藝，其制作簡單，質(zhì)量輕，平面的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。微帶貼片單元的尺寸與其反射相位有關(guān)。利用相位補償技術(shù)合理安排微帶貼片單元在平面內(nèi)的尺寸分布可制作具有一定功能的微帶反射面陣列天線(如:波束賦形天線，高增益低副瓣天線)。這種陣列天線相比相控陣天線具有低損耗和質(zhì)量輕的優(yōu)點。但是反射面陣列天線缺乏實現(xiàn)波束動態(tài)掃描的能力。為實現(xiàn)反射面陣列天線波束掃描的能力，一種方法是在微帶貼片單元中引入電控元件，如引入MEMS開關(guān)、二極管以及功能性材料(鐵氧體)，通過控制電控元件參數(shù)來改變微帶貼片單元的反射相位值。這種相位控制技術(shù)引入的電控元件使得單元的損耗增大，特別是在高頻段。
[0005]近年來，相移表面技術(shù)被提出，利用這種技術(shù)構(gòu)造的超材料具有實現(xiàn)電磁波的空間相位延遲的功能。它具有平面結(jié)構(gòu)，低損耗，質(zhì)量輕的優(yōu)點。利用相移表面技術(shù)，可以用來制作相移表面透鏡替代傳統(tǒng)的介質(zhì)透鏡，這種透鏡具有了相移結(jié)構(gòu)表面的輕、薄、低損耗的優(yōu)點，能夠采用傳統(tǒng)的PCB印刷工藝制作。根據(jù)雙介質(zhì)透鏡的波束掃描原理，采用相移表面技術(shù)構(gòu)造旋轉(zhuǎn)相移表面透鏡替代雙介質(zhì)透鏡，通過旋轉(zhuǎn)相移表面透鏡實現(xiàn)波束掃描。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，利用旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)，提出一種基于相移表面技術(shù)的反射陣列平板，該反射陣列平板由一層偏波束微帶反射陣列層和高透過率相移表面層組成，通過旋轉(zhuǎn)這兩個相移表面層來實現(xiàn)波束掃描。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列天線波束掃描天線，反射陣列波束掃描天線包括饋源天線以及反射陣列平板；反射陣列平板包括偏波束微帶反射陣列層和高透過率相移表面層；偏波束微帶反射陣列層是能夠?qū)崿F(xiàn)饋源波束偏轉(zhuǎn)的微帶反射陣平板，高透過率相移表面層是能夠?qū)崿F(xiàn)平面波波束偏轉(zhuǎn)的相移表面平板；兩者間以一定空氣層層疊組裝成反射陣列平板；饋源天線采用正饋式；以反射陣列平板的中心軸為軸分別旋轉(zhuǎn)偏波束微帶反射陣列層和高透過率相移表面層就能實現(xiàn)天線波束的掃描。
[0008]其中，饋源天線采用傳統(tǒng)的拋物面天線的饋源天線作為饋源，如:矩形喇叭、圓喇叭或波紋喇叭。
[0009]其中，偏波束微帶反射陣列層是能夠?qū)崿F(xiàn)饋源波束偏轉(zhuǎn)的微帶反射陣平板；微帶反射陣平板的陣列單元所需的相位補償量:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，其特征在于:該反射陣列波束掃描天線包括饋源天線(401)以及反射陣列平板(301);反射陣列平板(301)包括偏波束微帶反射陣列層(101)和高透過率相移表面層(201);偏波束微帶反射陣列層(101)是能夠?qū)崿F(xiàn)饋源波束偏轉(zhuǎn)的微帶反射陣平板，高透過率相移表面層(201)是能夠?qū)崿F(xiàn)平面波波束偏轉(zhuǎn)的相移表面平板；兩者間以一定空氣間隔層疊組裝成反射陣列平板(301);饋源天線(401)采用正饋式；以反射陣列平板(301)的中心軸為軸分別旋轉(zhuǎn)偏波束微帶反射陣列層(101)和高透過率相移表面層(201)就能實現(xiàn)天線波束的掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，其特征在于:饋源天線(401)采用傳統(tǒng)的拋物面天線的饋源天線作為饋源，具體為:矩形喇叭、圓喇叭或波紋喇叭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，其特征在于:所述的偏波束微帶反射陣列層(101)是能夠?qū)崿F(xiàn)饋源波束偏轉(zhuǎn)的微帶反射陣平板；微帶反射陣平板的陣列單元所需的相位補償量:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，其特征在于:所述的高透過率相移表面層(201)是能夠?qū)崿F(xiàn)平面波波束偏轉(zhuǎn)的相移表面平板；相移表面平板的陣列單元只提供實現(xiàn)平面波波束偏轉(zhuǎn)的相位補償量
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，其特征在于:所述偏波束微帶反射陣列層(101 )，其能夠?qū)崿F(xiàn)饋源的主波束方位角與X軸的夾角為Ψ1，而所述高透過率相移表面層(201)，其能夠?qū)崿F(xiàn)平面波束偏轉(zhuǎn)的主波束方位角與X軸的夾角為Ψ2，可以得到基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射面陣列天線波束掃描天線的波束方位角
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)相移表面技術(shù)的反射陣列波束掃描天線，其特征在于:所述偏波束微帶反射陣列層(101)，其上面的微帶貼片單元具有電磁極化響應(yīng)對稱的特性；微帶貼片采用正方形、圓形、圓環(huán)、十字對稱結(jié)構(gòu)或者其組合形式；所述高透射率相移表面層(201)，其上面的相移表面單元也具有電磁極化響應(yīng)對稱的特性，相移表面單元微帶形狀同樣可采用正方形、圓形、圓環(huán)、十字對稱結(jié)構(gòu)或者其組合形式。
【文檔編號】H01Q3/32GK103762423SQ201410033925
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】羅先剛, 黃成 , 馬曉亮, 易廣為, 崔建華, 潘文波 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所