[发明专利]基于重叠反射单元的宽带单层极化分束平面反射阵列天线

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于重叠反射单元的宽带单层极化分束平面反射阵列天线，其属于电子通信领域。

背景技术：

平面反射阵列(Flat Reflectarray)是一种将反射抛物面和阵列天线相结合的一种天线形式。通过设计阵列上每个单元的结构参数来修正反射相位，使其在远场某一方向获得等相位面，得到该方向上的辐射波束。相比传统的抛物面反射天线，该结构剖面低、占用空间小、质量轻、加工简单且成本低；能实现折叠与展开，便于空间应用。相比于阵列天线，平面反射阵列则省去了复杂的馈电、功分网络，使得能量传输效率更高，并降低了设计的难度。最重要的是，反射单元一旦确定，就可以应用到多种用途的平面阵列中，通过调控表面反射单元的结构尺寸，就可以得到适应不同频段、不同波束要求天线。

而平面反射阵列有着固有缺点：馈源到阵面各个反射单元的路程差是关于频率的函数，随着频率的变化，各个反射单元需要补偿的空间相位差也随之变化。而反射单元的尺寸是固定的，频率的偏差超出设计，必将造成增益下降、波束偏差等问题，使得传统的平面反射阵列存在固有的窄带工作特性，难以实现宽频、多频工作。多谐振单元结构是指反射单元中包含尺寸相近、形状相似的贴片，能够在不增加阵列剖面的前提下，有效拓展工作带宽。本发明使用的平行单极子结构获得了15.7％的工作带宽，反射单元的相位调控曲线在11.3-13.4GHz的范围内呈线性并覆盖了超过360°的变化范围。另外，本发明实现了在同一平面上对不同极化方式反射波的分离，并使得每种波束指向各自设计好的空间方向。分极化的波束复用拓展了信道容量，提高了天线的使用效率。

发明内容：

本发明提供一种基于重叠反射单元的宽带单层极化分束平面反射阵列天线，本发明结构很好的改善了平面反射阵列的工作带宽。同时，该发明实现了同一平面对不同极化方式反射波束的分离，并且每种极化方式的波束空间指向可以进行独立的设计。

本发明所采用的技术方案有：一种基于重叠反射单元的宽带单层极化分束平面反射阵列天线，由馈源喇叭以及平面反射阵列组成，所述平面反射阵列包括介质基板、接地金属背板以及将介质基板与接地金属背板隔开的空气层，介质基板表面排布有反射单元，每一个反射单元由两组正交叠放的平行单极子组成。

进一步地，反射单元中两组平行单极子在表面正交叠放，分别对X方向线极化、Y方向线极化波进行独立的相位调控，实现同一个平面反射阵列对两种正交的线极化波的复用。

进一步地，所述反射单元为单层金属贴片，所述介质基板使用ARLON 25N材料，厚度为0.508mm，所述空气层的厚度为3mm。

本发明具有如下有益效果：首先，本发明使用单层金属贴片就实现了双线极化的复用，两组平行单极子正交叠放于同一平面，降低剖面从而大大降低了加工难度。另外，正交平行单极子具有良好的极化隔离特性，每组平行单极子对应一种极化方式，可实现两种极化反射波束的独立调控，从而大大提升了平面反射阵列设计的灵活性。最后，具有多谐振特性的平行单极子配合空气层结构，保证了该平面反射阵列能实现稳定的宽带工作。

附图说明：

图1是本发明的系统结构示意图。

图2为反射单元结构图，(a)为俯视图，(b)为侧视图。

图3为平行单极子结构图，(a)为俯视图，(b)为侧视图。

图4为平行单极子在X方向线极化入射波下的相位补偿曲线，(a)为平行单极子沿y轴放置，(b)为沿x轴放置。

图5为正交平行单极子叠放组成反射单元的示意图。

图6为反射单元在X方向线极化与Y方向线极化的入射波下的相位补偿曲线，(a)X方向线极化，(b)为Y方向线极化。

图7为平面反射阵列结构图。

图8为平面反射阵列辐射方向图，(a)为结构摆放示意图，(b)为X方向线极化辐射方向图，(c)为Y方向线极化辐射方向图。

其中：

1-馈源喇叭，2-平面反射阵列，3-反射单元，4-平行单极子，5-介质基板，6-空气层，7-接地金属背板。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。