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)：
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平面反射陣列(flatreflectarray)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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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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arlon25n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)明作進一步的說明。

如圖1所示，該發(fā)明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的整體結(jié)構(gòu)由饋源喇叭1以及平面反射陣列2組成。饋源喇叭提供激勵；平面反射陣列表面的反射單元3由兩組平行單極子4正交疊放組成，每組平行單極子分別沿x軸與y軸方向排列。每組平行單極子可對其排列方向上的線極化波進行反射相位調(diào)節(jié)，而對正交方向上的線極化波起不到相位調(diào)節(jié)作用。將兩組平行單極子正交疊放，從而得到完整的反射單元，可以實現(xiàn)對x方向線極化與y方向線極化反射波相位的獨立調(diào)控。平面反射陣列上的反射單元通過變化尺寸來進行相位調(diào)節(jié)，補償饋源喇叭照射平面反射陣列的空間相位差，使得整個平面反射陣列在某一個遠(yuǎn)場方向獲得等相位面，實現(xiàn)同相相加，由此得到所該方向上的輻射波束。在雙線極化或圓極化入射時，平面反射陣列中y軸向與x軸向的平行單極子排布經(jīng)過獨立設(shè)計，實現(xiàn)在同一平面反射陣列表面上將x方向線極化與y方向線極化反射波束分離，波束各自指向設(shè)計好的方向。反射單元中每組平行單極子都采用了多諧振結(jié)構(gòu)的設(shè)計，加之反射單元3的介質(zhì)基板5與接地金屬背板7之間用空氣層6隔開，形成了跨越360°的平滑相位補償曲線，使得在寬頻帶內(nèi)反射波束保持穩(wěn)定的方向性和增益。

圖2所示為反射單元結(jié)構(gòu)圖。介質(zhì)基板5使用arlon25n材料，厚度為0.508mm。介質(zhì)基板5與接地金屬背板7之間用3mm的空氣層6隔開。空氣層6保證相位調(diào)節(jié)曲線跨越360°。介質(zhì)基板5表面的金屬貼片結(jié)構(gòu)為兩組正交疊放平行單極子4。

圖3所示為反射單元中的一組沿y軸放置的平行單極子。反射單元的尺寸為邊長ax＝ay＝16.5mm的正方形區(qū)域。三根平行單極子等距排列，間距為5.5mm，平行單極子寬度w＝1mm。中央的平行單極子長度為l1，兩邊的平行單極子長度為l2，并保持l2＝0.7l1。入射波為x方向線極化時，該平行單極子的相位補償曲線如圖4(a)所示。由圖中可見，在11.3ghz至13.4ghz之間，隨著中央的平行單極子l1長度在6-10mm間變化，各個頻點上的相位補償曲線大致呈線性變化，且變化范圍大于360°。

而同樣在x方向線極化入射波下，沿x軸放置的平行單極子的相位補償曲線如圖4(b)所示。各個頻點的反射相位不隨中央的平行單極子長度l1的變化而變化。將兩組正交的平行單極子疊放形成反射單元，如圖5所示。完整的反射單元的相位調(diào)節(jié)曲線如圖6所示，圖6(a)為x方向線極化的情況，圖6(b)為y方向線極化的情況。兩種情況下，中央的平行單極子長度均在5-10mm間變化，11.3ghz-13.4ghz之間各個頻點都得到了平滑的近線性相位補償曲線，且相位變化范圍均超過360°。

利用該結(jié)構(gòu)良好的極化隔離性，可以設(shè)計構(gòu)成平面反射陣列實現(xiàn)對x方向與y方向線極化反射波束的度獨立調(diào)控，用同一平面反射陣列生成兩束不同極化方式、不同空間指向的反射波束。如圖8(a)所示，平面反射陣列放置于x-y平面內(nèi)，坐標(biāo)原點位于平面反射陣列中心，饋源喇叭置于z軸。本專利中，設(shè)置的反射波束均位于y-z平面內(nèi)，x方向線極化反射波束的方位角為(θ1＝15°，φ1＝0°)，y方向線極化反射波束的方位角為(θ2＝-15°，φ2＝0°)，由此設(shè)計的平面反射陣列如圖7所示。

圖8(b)所示為x方向線極化反射波束的方向圖，在圖8(a)所示的y-z平面內(nèi)，11.3ghz-13.1ghz的反射波束方向圖最大增益均位于設(shè)計的(θ1＝15°，φ1＝0°)方向，12.2ghz時波束增益達(dá)到最大的28.12db，13.1ghz時出現(xiàn)了增益大于10db的副瓣。圖8(c)所示為y-z平面內(nèi)的y方向線極化反射波束方向圖，同樣在11.3ghz-13.1ghz內(nèi)，最大增益方向均在(θ2＝-15°，φ2＝0°)，12.2ghz時最大增益為27.98db。

本發(fā)明所描述的反射單元具有很強的設(shè)計靈活性，兩種極化方式的反射波束空間指向可以自由設(shè)計。本專利只描述了一個具體的設(shè)計，其他的各種波束設(shè)計均在本專利所要求的保護權(quán)利內(nèi)。