基于平板反射陣列的緊縮場天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型適用于通訊領域，提供了一種基于平板反射陣列的緊縮場天線，與饋源相對設置，所述緊縮場天線包括超材料面板和設置在所述超材料面板一側的反射層；所述超材料面板包括至少一個超材料片層，所述超材料片層包括介質基板以及設置在所述介質基板上的多個導電幾何結構。依據(jù)饋源參數(shù)、饋源位置、波束收發(fā)方向等排布各種導電幾何結構，能夠對饋源發(fā)出的電磁波產生量化調制的不同，實現(xiàn)了緊縮場天線建立的低成本。
【專利說明】基于平板反射陣列的緊縮場天線
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于天線通信且可用于電磁調制的器件設計領域，尤其涉及一種基于平板反射陣列的緊縮場天線。
【背景技術】
[0002]緊縮場是一種在近距離內靠光滑的反射面將饋源發(fā)出的球面波變?yōu)槠矫娌ǖ臏y試設備。它所產生的平面波環(huán)境，可以充分滿足天線方向圖的測試要求，從而達到在近距離內對天線進行測試的目的。緊縮場系統(tǒng)上可以分為緊縮場天線部分和微波暗室部分。其天線部分采用精密的反射面，將點源產生的球面波在近距離內變換為平面波的一套裝置，通常按照設計要求，將其位置準確地安裝于微波暗室中，并調節(jié)好水平度，通過對緊縮場天線反射面邊緣的處理和微波暗室的配合，在空間測試區(qū)域創(chuàng)造出一個“靜區(qū)”，在靜區(qū)里可以模擬被測物在無反射的自由空間中的輻射特性。
[0003]與室外遠場和室內近場比較，緊縮場系統(tǒng)主要具有以下特點:1、安裝在微波暗室的緊縮場系統(tǒng)具有較好的保密性；2、安裝在室內的緊縮場受氣候環(huán)境影響小，改善了測試條件，進而提高了 RCS (Radar Cross-Section，雷達散射截面)的測量效率；3、可以將室外遠場測試問題轉換為暗室內近距離測試問題。
[0004]這些特點決定了緊縮場是研究電磁散射的重要測試設備，也是高性能雷達天線測試、衛(wèi)星整星測試、飛機反射特性測試等系統(tǒng)性能測試的重要基礎設施。同時，緊縮場技術在軍事領域越來越發(fā)揮著不可替代的作用。無論是衛(wèi)星、飛機，還是導彈、坦克、大炮等大型武器裝備的隱身性能測試、調整等，都依賴于發(fā)揮緊縮場的技術作用?？梢哉f，緊縮場的技術水平如何，不僅制約著軍隊武器裝備的性能與質量，也關系到一個國家的國防安全問題。因此，當今各大軍事強國都把緊縮場系統(tǒng)作為國防戰(zhàn)略技術之一，重點加以研究和發(fā)展。
[0005]目前，國內外從事電磁產品研發(fā)和技術研究的公司及科研院所，一般都建立了自己的緊縮場系統(tǒng)，使用起來非常方便和快捷。緊縮場系統(tǒng)作為現(xiàn)代天線測試的先進設備，無疑具有越來越重要的技術進步意義和極其廣泛的運用前景。
[0006]但傳統(tǒng)設計仍存如下問題:比如價格高昂，緊縮場天線表面處理依賴度高。
實用新型內容
[0007]本實用新型實施例的目的在于提供一種基于平板反射陣列的緊縮場天線，以解決成本高，表面處理依賴度高的問題。
[0008]本實用新型提供的一種基于平板反射陣列的緊縮場天線，與饋源相對設置，所述緊縮場天線包括超材料面板和設置在所述超材料面板一側的反射層；
[0009]所述超材料面板包括至少一個超材料片層，所述超材料片層包括介質基板以及設置在所述介質基板上的多個導電幾何結構。
[0010]進一步地，所述超材料面板包括多個層疊設置的超材料片層。
[0011 ] 進一步地，所述饋源與所述超材料面板上設有所述導電幾何結構的一側的邊緣或中部相對。
[0012]進一步地，所述饋源與所述超材料面板上設有所述導電幾何結構的一側的中部相對。
[0013]進一步地，所述反射層貼附于所述超材料面板上。
[0014]進一步地，所述反射層與所述超材料面板間隔設置。
[0015]進一步地，所述多個導電幾何結構包括雪花型導電幾何結構、嵌套雪花型導電幾何結構、十字框導電幾何結構、嵌套十字框導電幾何結構、方框導電幾何結構、菱形方格導電幾何結構、嵌套十字框切割導電幾何結構中的一種或多種。
[0016]進一步地，所述反射層為金屬涂層或金屬薄膜。
[0017]進一步地，所述反射層為金屬網(wǎng)格結構。
[0018]進一步地，所述緊縮場天線還包括至少兩層保護膜，分別設置在所述導電幾何結構層和所述反射層的上面。
[0019]進一步地，所述緊縮場天線的外圍邊界還延伸出多個突起的尖部，每一尖部上設置有用于抑制表面波的多個導電幾何結構。
[0020]進一步地，所述緊縮場天線包括相互拼接的多塊超材料面板，每一超材料面板的同一側設置有反射層。
[0021]上述緊縮場天線在介質基板上依據(jù)饋源參數(shù)、饋源位置、波束的收發(fā)方向等排布各種導電幾何結構，能夠對饋源發(fā)出的電磁波產生量化調制的不同，實現(xiàn)了緊縮場天線建立的低成本，另外，利用相位法對導電幾何結構的排布處理，使得天線的輻射出來的波束相位到達一致則能實現(xiàn)緊縮場系統(tǒng)性能，避免了傳統(tǒng)緊縮場天線需依賴特別設計的結構形狀才能實現(xiàn)系統(tǒng)性能，降低了成本、提高了效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型一實施例提供的緊縮場天線結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型另一實施例提供的緊縮場天線結構示意圖；
[0024]圖3 (A)、3 (B)為本實用新型提供的單層和多層的超材料片層的示意圖；
[0025]圖4為本實用新型第一實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0026]圖5為本實用新型第二實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0027]圖6為本實用新型第三實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0028]圖7為本實用新型第四實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0029]圖8為本實用新型第五實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0030]圖9為本實用新型第六實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0031]圖10為本實用新型第七實施例提供導電幾何結構示意圖；
[0032]圖11為圖4的嵌套雪花型導電幾何結構隨生長參數(shù)L的變化的示意圖；
[0033]圖12為圖6的嵌套十字框導電幾何結構隨生長參數(shù)L的變化的示意圖；
[0034]圖13為圖4中嵌套雪花導電幾何結構的相位調制能力隨頻率和生長參數(shù)L的變化測試圖；
[0035]圖14為圖5中單獨雪花導電幾何結構的相位調制能力隨頻率和生長參數(shù)的變化測試圖；[0036]圖15為圖6中嵌套十字框導電幾何結構的相位調制能力隨頻率和長度參數(shù)的變化測試圖；
[0037]圖16為圖7中單十字框導電幾何結構相位調制能力隨頻率和長度參數(shù)的變化測試圖；
[0038]圖17為圖9中方框導電幾何結構位調制能力隨頻率和長度參數(shù)的變化測試圖；
[0039]圖18為本實用新型實施例提供反射層結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]為了使本實用新型要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具帶實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0041]參考圖1、2，本實用新型提供的緊縮場天線系統(tǒng)由一個饋源和一個布滿導電幾何結構的超材料面板組成。緊縮場天線10放在距離饋源20高度h處，此面接收到饋源20發(fā)射的電磁波的幅相分布是均勻的，每一點的幅相分布與該點與饋源20的距離成正比，為使天線整體發(fā)射出緊縮場需要的平面波，則電磁波經過該緊縮場天線10的調制后，需將所有點的相位調成一個統(tǒng)一值。以下示例所展示的相位調制能力將以Ku頻段的部分數(shù)據(jù)作為說明示例。
[0042]如圖1所示，一種基于平板反射陣列的緊縮場天線10，與饋源20相對設置，緊縮場天線10包括超材料面板和設置在超材料面板一側的反射層200 ;超材料面板100包括至少一個超材料片層，超材料片層包括介質基板101以及設置在介質基板101上的多個導電幾何結構。而為了方便說明，附圖1、2上的多個導電幾何結構使用其構成的導電幾何結構層102表示。
[0043]在進一步的實施例中，參考圖3 (A)和3 (B)，圖3A示出的是超材料面板100包括一個超材料片層的實施例；而圖3 (B)，根據(jù)場景需要，超材料面板100包括多個層疊設置的超材料片層，每個超材料片層以介質基板101、導電幾何結構層102依次層疊設置，以增強緊縮場天線的性能。
[0044]在進一步的實施例中，參考圖1，饋源20與超材料面板100上設有導電幾何結構的一側的邊緣相對；參考圖2，或饋源20與超材料面板100上設有導電幾何結構的一側的中部相對。兩種不同的饋源放置位置主要是根據(jù)應用場景的需要，考慮被緊縮場天線10反射出的電磁波束被遮擋的方向問題而選擇不同設置?？梢岳斫獾氖牵o縮場天線10與饋源20的相向位置可以根據(jù)實際情況調節(jié)。
[0045]在進一步的實施例中，反射層200貼附于超材料面板100上，實際是貼附在介質基板101沒有設置導電幾何結構的一側。進一步地，緊縮場天線10的反射層200還可以與超材料面板100間隔設置，通過支撐結構來固定連接。當然為了天線工作性能的穩(wěn)定以及天線的牢固起見，還可以在反射層200和超材料面板100之間設置間隔層300，即反射層100與超材料面板100之間以間隔層300相隔，間隔層300可以是泡沫壓制而成。
[0046]優(yōu)選地，多個導電幾何結構包括嵌套雪花型導電幾何結構A (參考圖4)、雪花型導電幾何結構A' (參考圖5)、嵌套十字框導電幾何結構B (參考圖6)、十字框導電幾何結構B' (參考圖7)、嵌套十字框切割導電幾何結構B'' (參考圖8)、方框導電幾何結構C (參考圖9)、菱形方格導電幾何結構D (參考圖10)中的一種或多種。
[0047]上述的導電幾何結構均為由金屬或非金屬的導電材料構成的微結構，微結構是通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在介質基板101上。制作微結構的金屬可以為金、銀、銅、金合金、銀合金、銅合金、鋅合金或鋁合金；制作微結構的非金屬導電材料可以為導電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。圖4~12中的填充區(qū)域是由金屬或非金屬的導電材料構成的，圖18中的填充區(qū)域由金屬構成。下文中出現(xiàn)的“微結構”一詞視為與“導電幾何結構”等同。
[0048]介質基板101由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
[0049]根據(jù)無線電相關原理，調節(jié)微結構的生長參數(shù)L、線寬、間距以對電磁波的相位調制在指定頻率范圍內變化。參考圖13至圖17。
[0050]結合圖4、5、11和13，設計雪花型微結構構成緊縮場天線面，由單獨雪花型微結構A'或者嵌套雪花型微結構A組成。調節(jié)結構生長參數(shù)(定義為L)、線寬、間距等參數(shù)可以使單個微結構對電磁波的相位調制能力在指定頻率范圍內發(fā)生變化。以變化微結構長度L為例，微結構尺寸為4mm,遠小于對應頻率范圍內約10-15_的半波長尺寸。
[0051]在仿真圖13可知，該嵌套雪花型微結構A構成的微結構層102功能單元在生長參數(shù)L自最小(對應尺寸最小)變化到最大(對應尺寸最大)的過程中(如圖11自左至右所示)，其對頻率范圍在10至20GHz的垂直極化電磁波的相位調制能力變化明顯，在部分區(qū)域其調相能力覆蓋范圍大于360度，如圖13所示，其中每一條曲線對應一個不同的生長參數(shù)L數(shù)值。
[0052]結合圖5和圖14，圖14展示了單獨雪花型微結構A'其相位調制能力隨頻率和生長參數(shù)的變化情況，其中每條曲線代表了一個不同的生長參數(shù)數(shù)值，整體微結構尺寸為4mm?？梢钥闯銎湎辔徽{制覆蓋范圍可以達到約300度。
[0053]結合圖6、12、15，該實施例微結構尺寸為7mm的嵌套十字框微結構B，小于所觀察示例頻率范圍對應的半波長，如圖6所示。該實施例中將以其相位調制能力隨微結構的生長參數(shù)L的變化情況作為例子展示嵌套十字框微結構B所帶來的效果。該結構隨生長參數(shù)L的變化方式如圖12所示，其中生長參數(shù)L自左至右變大。圖15展示了其在9至16GHz范圍內的相位調制能力隨生長參數(shù)L的變化，其中每一條曲線對應一個不同的生長參數(shù)L數(shù)值，具體如表一所不。
[0054]表一:
[0055]
【權利要求】
1.一種基于平板反射陣列的緊縮場天線，與饋源相對設置，其特征在于，所述緊縮場天線包括超材料面板和設置在所述超材料面板一側的反射層； 所述超材料面板包括至少一個超材料片層，所述超材料片層包括介質基板以及設置在所述介質基板上的多個導電幾何結構。
2.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述超材料面板包括多個層疊設置的超材料片層。
3.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述饋源與所述超材料面板上設有所述導電幾何結構的一側的邊緣相對。
4.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述饋源與所述超材料面板上設有所述導電幾何結構的一側的中部相對。
5.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述反射層貼附于所述超材料面板上。
6.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述反射層與所述超材料面板間隔設置。
7.如權利要求1至6任一項所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述多個導電幾何結構包括雪花型導電幾何結構、十字框導電幾何結構、方框導電幾何結構中的一種或多種。
8.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述反射層為金屬涂層或金屬薄膜。
9.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述反射層為金屬網(wǎng)格結構。
10.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述緊縮場天線還包括至少兩層保護膜，分別設置在所述導電幾何結構層和所述反射層的上面。
11.如權利要求1所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述緊縮場天線的外圍邊界還延伸出多個突起的尖部，每一尖部上設置有用于抑制表面波的多個導電幾何結構。
12.如權利要求1或11所述的基于平板反射陣列的緊縮場天線，其特征在于，所述緊縮場天線包括相互拼接的多塊超材料面板，每一超材料面板的同一側設置有反射層。
【文檔編號】H01Q3/30GK203644950SQ201320674367
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司