一種四頻微帶反射陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種四頻微帶反射陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 拋物面天線和陣列天線作為傳統(tǒng)的星載天線受到廣泛的應(yīng)用。拋物面天線雖然增 益高、工作頻帶寬，但是其具有體積大、重量大、安裝難、加工困難等缺點，尤其在高頻時。陣 列天線雖然體積小，掃描方式靈活且范圍較大，但是其效率低、饋電網(wǎng)絡(luò)復雜、傳輸損耗大、 加載的有源器件價格昂貴。這些缺點在一定程度上限制了上述兩種天線在雷達、衛(wèi)星通信 等方面的應(yīng)用。
[0003] 微帶反射陣天線是將拋物面天線和陣列天線的若干優(yōu)點進行結(jié)合而形成的一種 天線形式，它是由饋源和反射陣列組成，通過對陣中每個單元進行設(shè)計而使其將饋源輻射 波的散射相位進行一定的調(diào)整，使得經(jīng)反射陣反射的場在陣列口面上形成想要的相位分 布，從而輻射出設(shè)定的波束。比起上述兩種高增益天線，微帶反射陣天線具有如下優(yōu)點：體 積小、重量輕、加工簡單且成本低、效率較高、易實現(xiàn)波束掃描、易與載體共形等。這些優(yōu)點 使得反射陣天線在軍事和民用領(lǐng)域均具有很高的應(yīng)用價值。微帶反射陣天線的主要缺點是 帶寬窄，在一定程度上限制了其應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對天線的要求越來越高， 寬帶和多頻反射陣的研究越來越迫切，而且具有很強的實用價值。在現(xiàn)有的文獻中，大多數(shù) 的多頻都局限于雙頻，對于三頻段及以上的設(shè)計較少。在多頻微帶反射陣的設(shè)計中，常見的 有單層和雙層兩種結(jié)構(gòu)形式。單層結(jié)構(gòu)是將不同頻段的單元都置于同一層介質(zhì)基片上的結(jié) 構(gòu)形式，這對單元的形式要求較高。雙層結(jié)構(gòu)可以分為兩種不同的形式:低頻陣面置于高頻 陣面之上和高頻陣面置于低頻陣面之上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中采用的微帶反射陣天線難于實現(xiàn)四頻段工作 的技術(shù)問題，從而提供一種四頻微帶反射陣列天線，對于微帶反射陣列天線實現(xiàn)多頻或者 口徑復用來說具有重要的參考價值。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種四頻微帶反射陣列天線，包括:饋源和微帶 反射陣列，所述饋源為角錐喇叭天線，所述微帶反射陣列包括多個均勻排列的單層十字形 振子單元和雙層矩形貼片單元;其中，
[0006] 多個單層十字形振子單元橫向排列成行，縱向排列成列；每個單層十字形振子單 元的四周分布有四個雙層矩形貼片單元，所述十字形振子單元的中心與其相鄰的四個雙層 矩形貼片單元的中心具有相同的距離;該四頻微帶反射陣列天線的工作頻率分別為9GHz、 13.58GHz、24GHz和30GHz，所述單層十字形振子單元通過兩個相交的方向分別工作于9GHz 和13.58GHz，所述雙層矩形貼片單元通過兩個相交的方向分別工作于24GHz和30GHz。
[0007] 上述技術(shù)方案中，采用如下方式確定所述單層十字形振子單元或雙層矩形貼片單 元的單元尺寸大?。?br>[0008] 首先采用如下公式計算每個頻率處微帶反射陣列各個單元位置處所需補償?shù)南?位值：
[0009]
[0010] 其中，ko是真空中的傳播常數(shù)，不同的頻率對應(yīng)的傳播常數(shù)不同；（Xl，yi)是第i個 單元的中心坐標;di代表饋源相位中心與第i個單元之間的距離；（仇#Θ)為輻射波束方向； φ R Ui，yi)就是第i個單元所需補償?shù)南辔唬?br>[0011] 在得到微帶反射陣列各個位置處的單元所需補償?shù)南辔恢岛?，結(jié)合各個頻率處的 反射相位曲線，通過線性差值算法求出單元的尺寸大小。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述單層十字形振子單元包括:十字形振子、介質(zhì)基片、金屬地 板;所述十字形振子附著在所述介質(zhì)基片的表面，所述介質(zhì)基片的下表面貼在所述金屬地 板上;所述十字形振子采用金屬材料制成。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述單層十字形振子單元的柵格周期P為13mm，介電常數(shù)為2.2， 十字形振子在X方向和y方向的寬度w均為1mm，介質(zhì)基片厚度h為1.5mm。
[0014]上述技術(shù)方案中，當入射波為y極化時，所述單層十字形振子單元工作在9GHz，當 入射波為X極化時，所述單層十字形振子單元工作在13.58GHz。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述雙層矩形貼片單元包括上層貼片、下層貼片，以及兩層介質(zhì) 基片、金屬地板;所述上層貼片附著在上層介質(zhì)基片的上表面，所述下層貼片附著在下層介 質(zhì)基片的上表面，所述下層介質(zhì)基片貼在所述金屬地板上;所述矩形貼片由金屬材料制成。
[0016] 上述技術(shù)方案中，所述雙層矩形貼片單元的柵格周期q為單層十字形振子單元柵 格周期的一半;雙層矩形貼片單元的總厚度與單層十字形振子單元的厚度相同；介電常數(shù) 為2.2;上層貼片的邊長為下層貼片邊長的k倍。
[0017] 上述技術(shù)方案中，k的取值為0.65。
[0018]上述技術(shù)方案中，當入射波為y極化時，所述雙層矩形貼片單元工作在24GHz;當入 射波為X極化時，所述雙層矩形貼片單元工作在30GHz。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0020] 本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線通過設(shè)置的單層十字形振子單元和雙層矩形貼 片單元，并充分考慮不同頻率單元之間的互耦影響，使得該天線能夠同時工作在9GHz、 13.58GHz、24GHz和30GHz四個頻率處，從而使得反射陣列天線的口徑得到了充分的復用;本 發(fā)明的微帶反射陣列天線具有良好的四頻輻射性能，易于工程實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)相對簡單，具有 較高的工程應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線中的微帶反射陣列的俯視圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的單層十字形振子單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明的雙層矩形貼片單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為在雙層矩形貼片單元存在時十字形振子單元在9GHz處的反射相位曲線； [0025]圖5為在雙層矩形貼片單元存在時十字形振子單元在13.58GHz處的反射相位曲 線；
[0026]圖6為在十字形振子單元存在時雙層矩形貼片單元在24GHz處的反射相位曲線； [0027]圖7為在十字形振子單元存在時雙層矩形貼片單元在30GHz處的反射相位曲線； [0028]圖8為本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9為本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線工作在9GHz時的輻射方向圖；
[0030]圖10為本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線工作在13.58GHz時的輻射方向圖；
[0031]圖11為本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線工作在24GHz時的輻射方向圖；
[0032]圖12為本發(fā)明的四頻微帶反射陣列天線工作在30GHz時的輻射方向圖。
【具體實施方式】
[0033] 現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0034] 如圖8所示，本發(fā)明的一種四頻微帶反射陣列天線，包括:饋源和微帶反射陣列，所 述饋源為角錐喇叭天線，所述微帶反射陣列包括多個均勻排列的單層十字形振子單元和雙 層矩形貼片單元。其中，多個單層十字形振子單元橫向排列成行，縱向排列成列;每個單層 十字形振子單元的四周分布有四個雙層矩形貼片單元，所述十字形振子單元的中心與其相 鄰的四個雙層矩形貼片單元的中心具有相同的距離。該天線的工作頻率分別為9GHz、 13.58GHz、24GHz和30GHz，所述單層十字形振子單元通過兩個相交的方向分別工作于9GHz 和13.58GHz，所述的雙層矩形貼片單元通過兩個相交的方向分別工作于24GHz和30GHz。
[0035] 下面對該四頻微帶反射陣列天線中的各個部分做進一步的說明。
[0036] 圖1為微帶反射陣列表面的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在微帶反射陣列的不同位置 處，各單元的尺寸大小存在差異(其中，單層十字形振子單元的尺寸大小包括十字形振子的 長度，如圖2中的Li、L 2;雙層矩形貼片單元的尺寸大小包括其所含雙層貼片的大小，如圖3中 a^b^a^bs)，這是因為饋源到微帶反射陣列上不同位置處單元的距離不同，導致從饋源發(fā) 出的波到達微帶反射陣列表面各個單元處產(chǎn)生相位差，而反射陣列天線實現(xiàn)聚焦波束要求 經(jīng)微帶反射陣列各個單元反射之后的波具有相同的相位，因此通過調(diào)節(jié)單元的尺寸來補償 反射陣各個單元由于距離差帶來的相位差，使得微帶反射陣列在特定方向上實現(xiàn)同相疊 加。
[0037] 在確定不同位置處單元的尺寸大小時，首先采用如下公式計算每個頻率處微帶反 射陣列各個單元位置處所需補償?shù)南辔恢担?br>[0038]
[0039] 其中，ko是真空中的傳播常數(shù)，不同的頻率對應(yīng)的傳播常數(shù)不同；（Xl，yi)是第i個 單元的中心坐標;di代表饋源相位中心與第i個單元之間的距離；(仇，卿).為輻射波束方向； φ R Ui, yi)就是第i個單元所需補償?shù)南辔弧?br>[0040] 在得到微帶反射陣列各個位置處的單元所需補償?shù)南辔恢岛?，結(jié)合各個頻率處的 反射相位曲線，通過線性差值算法就可以求出每個單元的尺寸大小。
[0041] 圖2為單層十字形振子單元的結(jié)構(gòu)示意圖，該單元包括一十字形振子，以及一介質(zhì) 基片、金屬地板;所述十字形振子附著在所述介質(zhì)基片的表面。所述介質(zhì)基片的下表面緊貼 在金屬地板上。所述十字形振子采用金