[發(fā)明專利]基于重疊反射單元的寬帶單層極化分束平面反射陣列天線

在審

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• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107104287A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞劭杰;劉少斌;劉季煊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;H01Q15/14;H01Q15/24;H01Q19/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于重疊反射單元的寬帶單層極化分束平面反射陣列天線，其屬于電子通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

平面反射陣列(Flat Reflectarray)是一種將反射拋物面和陣列天線相結(jié)合的一種天線形式。通過設(shè)計陣列上每個單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)來修正反射相位，使其在遠(yuǎn)場某一方向獲得等相位面，得到該方向上的輻射波束。相比傳統(tǒng)的拋物面反射天線，該結(jié)構(gòu)剖面低、占用空間小、質(zhì)量輕、加工簡單且成本低；能實現(xiàn)折疊與展開，便于空間應(yīng)用。相比于陣列天線，平面反射陣列則省去了復(fù)雜的饋電、功分網(wǎng)絡(luò)，使得能量傳輸效率更高，并降低了設(shè)計的難度。最重要的是，反射單元一旦確定，就可以應(yīng)用到多種用途的平面陣列中，通過調(diào)控表面反射單元的結(jié)構(gòu)尺寸，就可以得到適應(yīng)不同頻段、不同波束要求天線。

而平面反射陣列有著固有缺點：饋源到陣面各個反射單元的路程差是關(guān)于頻率的函數(shù)，隨著頻率的變化，各個反射單元需要補(bǔ)償?shù)目臻g相位差也隨之變化。而反射單元的尺寸是固定的，頻率的偏差超出設(shè)計，必將造成增益下降、波束偏差等問題，使得傳統(tǒng)的平面反射陣列存在固有的窄帶工作特性，難以實現(xiàn)寬頻、多頻工作。多諧振單元結(jié)構(gòu)是指反射單元中包含尺寸相近、形狀相似的貼片，能夠在不增加陣列剖面的前提下，有效拓展工作帶寬。本發(fā)明使用的平行單極子結(jié)構(gòu)獲得了15.7％的工作帶寬，反射單元的相位調(diào)控曲線在11.3-13.4GHz的范圍內(nèi)呈線性并覆蓋了超過360°的變化范圍。另外，本發(fā)明實現(xiàn)了在同一平面上對不同極化方式反射波的分離，并使得每種波束指向各自設(shè)計好的空間方向。分極化的波束復(fù)用拓展了信道容量，提高了天線的使用效率。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種基于重疊反射單元的寬帶單層極化分束平面反射陣列天線，本發(fā)明結(jié)構(gòu)很好的改善了平面反射陣列的工作帶寬。同時，該發(fā)明實現(xiàn)了同一平面對不同極化方式反射波束的分離，并且每種極化方式的波束空間指向可以進(jìn)行獨立的設(shè)計。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：一種基于重疊反射單元的寬帶單層極化分束平面反射陣列天線，由饋源喇叭以及平面反射陣列組成，所述平面反射陣列包括介質(zhì)基板、接地金屬背板以及將介質(zhì)基板與接地金屬背板隔開的空氣層，介質(zhì)基板表面排布有反射單元，每一個反射單元由兩組正交疊放的平行單極子組成。

進(jìn)一步地，反射單元中兩組平行單極子在表面正交疊放，分別對X方向線極化、Y方向線極化波進(jìn)行獨立的相位調(diào)控，實現(xiàn)同一個平面反射陣列對兩種正交的線極化波的復(fù)用。

進(jìn)一步地，所述反射單元為單層金屬貼片，所述介質(zhì)基板使用ARLON 25N材料，厚度為0.508mm，所述空氣層的厚度為3mm。

本發(fā)明具有如下有益效果：首先，本發(fā)明使用單層金屬貼片就實現(xiàn)了雙線極化的復(fù)用，兩組平行單極子正交疊放于同一平面，降低剖面從而大大降低了加工難度。另外，正交平行單極子具有良好的極化隔離特性，每組平行單極子對應(yīng)一種極化方式，可實現(xiàn)兩種極化反射波束的獨立調(diào)控，從而大大提升了平面反射陣列設(shè)計的靈活性。最后，具有多諧振特性的平行單極子配合空氣層結(jié)構(gòu)，保證了該平面反射陣列能實現(xiàn)穩(wěn)定的寬帶工作。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為反射單元結(jié)構(gòu)圖，(a)為俯視圖，(b)為側(cè)視圖。

圖3為平行單極子結(jié)構(gòu)圖，(a)為俯視圖，(b)為側(cè)視圖。

圖4為平行單極子在X方向線極化入射波下的相位補(bǔ)償曲線，(a)為平行單極子沿y軸放置，(b)為沿x軸放置。

圖5為正交平行單極子疊放組成反射單元的示意圖。

圖6為反射單元在X方向線極化與Y方向線極化的入射波下的相位補(bǔ)償曲線，(a)X方向線極化，(b)為Y方向線極化。

圖7為平面反射陣列結(jié)構(gòu)圖。

圖8為平面反射陣列輻射方向圖，(a)為結(jié)構(gòu)擺放示意圖，(b)為X方向線極化輻射方向圖，(c)為Y方向線極化輻射方向圖。

其中：

1-饋源喇叭，2-平面反射陣列，3-反射單元，4-平行單極子，5-介質(zhì)基板，6-空氣層，7-接地金屬背板。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。