[發(fā)明專利]一種全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011506868.0
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112636005B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)迫A;余振宇;何思遠(yuǎn);朱國強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H01Q19/10
• 分類號: H01Q19/10;H01Q15/24;H01Q21/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

1.一種全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線，包括極化柵陣列，其特征在于：設(shè)置主反射器和極化轉(zhuǎn)換器，極化柵陣列安裝在主反射器上方，極化轉(zhuǎn)換器安裝在極化柵陣列上方；所述主反射器中在單層的介質(zhì)板上集成設(shè)置多個基片集成背腔縫隙天線和多個具有移相功能的移相貼片單元，所述極化轉(zhuǎn)換器通過在三層介質(zhì)板中分別印制回折線形狀的金屬條帶形成，其中第一層與第三層的回折線具有相同的尺寸；

設(shè)有M×N個移相貼片單元等間距設(shè)置在介質(zhì)板上，對于一個波束掃描反射陣列天線，口徑面上各個金屬移相貼片單元所需要的相位通過下式計(jì)算：

其中，k₀表示真空中的波數(shù)，i用于標(biāo)識第i個設(shè)計(jì)的波束，(x_mn,y_mn)表示第m行第n列移相貼片單元的中心坐標(biāo)，θ⁽ⁱ⁾表示第i個波束的俯仰角，表示第i個波束的方位角，Δφ⁽ⁱ⁾表示第i個設(shè)計(jì)波束的參考相位，表示饋源相位中心到第m行第n列移相貼片單元之間的距離，m＝1,2,…M，n＝1,2,…N；

三個設(shè)計(jì)的波束方向分別為(θ⁽²⁾＝0°,)，(θ⁽³⁾＝θ⁽¹⁾,)，同時，第一個波束和第三個波束具有相同的參考相位Δφ⁽¹⁾＝Δφ⁽³⁾，需要的相位補(bǔ)償簡化為

對于設(shè)計(jì)的波束，每個移相貼片單元的整體相位誤差表示為

其中，為第m行第n列移相貼片單元實(shí)現(xiàn)的相位，L為移相貼片單元的尺寸，根據(jù)天線陣列理論，權(quán)重因子表示為

其中，和分別是饋源天線和移相貼片單元的輻射方向圖，其中q_f為饋源天線方向圖因子，q_e為移相貼片單元方向圖因子，θ_f為饋源天線方向圖的觀察角，θ_e為移相貼片單元方向圖的觀察角；

饋源偏置因子BDF表示為

其中，θ為設(shè)計(jì)的波束指向角，α表示饋源天線的偏移角；

對于第i個波束所需要的相位分布能夠由空間距離和參考相位Δφ⁽ⁱ⁾計(jì)算出來，而空間距離是關(guān)于饋源偏置因子BDF⁽ⁱ⁾的函數(shù)，函數(shù)關(guān)系表示為

其中，F(xiàn)為焦距；

建立關(guān)于最小權(quán)重相位誤差的目標(biāo)函數(shù)，表示為

通過粒子群算法對上式進(jìn)行尋優(yōu)，設(shè)置全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線，根據(jù)式(1)計(jì)算出各個金屬移相貼片單元的尺寸，多個基片集成背腔縫隙天線與多個移相貼片單元集成設(shè)計(jì)在主反射器中，根據(jù)式(6)計(jì)算出各個基片集成背腔縫隙天線的距離D_f,來構(gòu)建不同的波前相位，從而形成不同指向的波束。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線，其特征在于：設(shè)置支撐柱，極化柵陣列通過支撐柱固定在主反射器上方，極化轉(zhuǎn)換器通過支撐柱固定在極化柵陣列上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線，其特征在于：所述基片集成背腔縫隙天線，包括通過在介質(zhì)板的上層金屬面印制金屬框和方形金屬貼片，在金屬框與方形金屬貼片之間的縫隙中灌注多個金屬化過孔，形成基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)板底層的同軸探針對方形金屬貼片進(jìn)行饋電傳輸TEM波，通過基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為TE₁₀波，通過金屬框和方形金屬貼片之間的縫隙向外輻射。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線，其特征在于：設(shè)置七個基片集成背腔縫隙天線，各個基片集成背腔縫隙天線（2）的距離D_f＝12.7mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述全集成寬角度掃描的圓極化折疊反射陣列天線，其特征在于：主反射器中單層的介質(zhì)板采用羅杰斯5880介質(zhì)板。