CN102983410A - 反射阵面及反射阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反射阵面，所述反射阵面包括用于对入射电磁波进行波束调制的功能板以及设置在功能板一侧的用于反射电磁波的反射层，所述功能板包括两个或两个以上的功能板单元，所述反射层包括与功能板单元对应数量的反射单元，所述功能板单元与其对应的反射单元构成一个用于移相的移相单元；所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈预定角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。根据本发明的反射阵面，能够对预定角度范围内入射电磁波具有聚焦能力，从而可以使得该反射阵面能够具有多个焦点，以用于不同的环境或地区。另外，本发明还提供了一种反射阵列天线。

Description

反射阵面及反射阵列天线

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种反射阵面及反射阵列天线。

背景技术

现有的反射阵列天线现有技术中最常见的反射聚焦天线为抛物面天线，置于抛物面焦点上的馈源所辐射的球面波，经抛物面反射后变成与天线轴线平行的平面波，使天线平面口径上的场分布为同相位场。抛物面天线具有结构简单、增益高、方向性强、工作频带宽点优点，但是弯曲的抛物反射面不仅使天线体积庞大而笨重，限制了在空间有限的场合的应用，如航天器天线。此外，抛物面天线依靠机械旋转的波束扫描方式，难以满足波束指向机动灵活的要求。

为了突破传统的反射天线的这些缺陷，国外学者提出了一种新型的反射阵列天线，其采用具有移相特性的偶极子或微带贴片等移相单元组成反射阵列，并利用移相单元的移相特性构造一个等效的抛物面。

2010年由李华博士在电子科技大学发表的名称为《微带反射阵列天线的研究》的博士论文对微带反射阵列天线的现有结构及设计有着详细的描述。但是文中的反射阵列天线都对应于特定工作频段设计的，馈源位置相对于反射阵面是固定的，因此，设计好的同一个反射阵面只能工作在一特定角度入射的电磁波，例如应用到卫星电视天线，其只能在某个地区接收卫星电视信号，无法满足同一款卫星电视天线覆盖多个地区的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有的反射阵面只能工作于特定入射角度的电磁的缺陷，提供一种能够接收预定角度范围入射的电磁波的反射阵面。

本发明的上述技术问题通过以下技术方案解决：一种反射阵面，所述反射阵面包括用于对入射电磁波进行波束调制的功能板以及设置在功能板一侧的用于反射电磁波的反射层，所述功能板包括两个或两个以上的功能板单元，所述反射层包括与功能板单元对应数量的反射单元，所述功能板单元与其对应的反射单元构成一个用于移相的移相单元；所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈预定角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈0-70度角的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈10-60度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈20-50度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈30-40度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈0-20度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈10-30度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈20-40度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈30-50度角的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈35-55度角的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈50-70度角的入射电磁波具有聚焦能力。

进一步地，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值小于360度。

进一步地，所述功能板为一层结构或由多个片层所构成的多层结构。

进一步地，所述功能板单元包括基板单元以及设置在所述基板单元一侧的用于对入射电磁波产生电磁响应的人造结构单元。

进一步地，所述基板单元由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。

进一步地，所述高分子材料为聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯或环氧树脂。

进一步地，所述人造结构单元为导电材料构成的具有几何图案的结构。

进一步地，所述导电材料为金属或非金属导电材料。

进一步地，所述金属为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金。

进一步地，所述非金属导电材料为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

进一步地，所述反射阵面还包括用于覆盖所述人造结构单元的保护层。

进一步地，所述保护层为聚苯乙烯塑料薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇脂塑料薄膜或耐冲性聚苯乙烯塑料薄膜。

进一步地，所述功能板单元由基板单元及其上开设的单元孔构成。

进一步地，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～300度。

进一步地，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～280度。

进一步地，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～250度。

进一步地，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～180度。

进一步地，所述反射层贴附于所述功能板一侧表面。

进一步地，所述反射层与所述功能板相互间隔设置。

进一步地，所述反射层为金属涂层或者金属薄膜。

进一步地，所述反射层为金属网格反射层。

进一步地，所述金属网格反射层由多片相互间隔的金属片构成，单个金属片的形状为三角形或者多边形。

进一步地，所述单个金属片的形状为正方形。

进一步地，所述多片金属片相互之间的间隔小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二十分之一。

进一步地，所述金属网格反射层为由多条金属线纵横交错构成的具有多网孔的网状结构，单个网孔的形状为三角形或者多边形。

进一步地，所述单个网孔的形状为正方形。

进一步地，所述单个网孔的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二分之一，所述多条金属线的线宽大于或等于0.01mm。

进一步地，所述基板单元的横截面图形为三角形或多边形。

进一步地，所述基板单元的横截面图形为等边三角形、正方形、菱形、正五边形、正六边形或者正八边形。

进一步地，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二分之一。

进一步地，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的四分之一。

进一步地，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的八分之一。

进一步地，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的十分之一。

根据本发明的反射阵面，设计所述反射阵面上每一移相单元的移相量以实现反射阵面对预定角度范围内的入射电磁波具有聚焦能力，从而可以使得该反射阵面能够具有多个焦点，即满足在不同的纬度都能实现对接收到的电磁波聚焦，从而使得该反射阵面可以用于一定纬度范围内的不同地区。

另外本发明还提供了一种反射阵列天线。该反射阵列天线包括上述的反射阵面。

进一步地，所述反射阵列天线还包括馈源，所述馈源能够相对所述反射阵面运动以进行波束扫描。

进一步地，所述反射阵列天线还包括馈源，所述反射阵面的对称轴与馈源的中心轴同在第一平面内，所述反射阵面可相对天线安装面转动，所述馈源能够在所述第一平面内进行波束扫描以接收聚焦的电磁波。

进一步地，所述反射阵列天线还包括伺服系统，所述伺服系统用于控制馈源相对所述反射阵面运动以进行波束扫描。

进一步地，所述反射阵列天线还包括伺服系统，所述伺服系统用于控制反射阵面相对天线安装面转动及用于控制馈源在所述第一平面内运动以进行波束扫描。

进一步地，所述反射阵列天线还包括馈源以及用于支撑馈源和反射阵面的安装架，所述安装架包括用于使得反射阵面可相对天线安装面转动的旋转机构，以及用于使得馈源能够在所述第一平面内进行波束扫描的波束扫描机构。

进一步地，所述旋转机构包括设置在天线阵面中心处的通孔及设置在通孔中的旋转轴，所述旋转轴一端插入天线安装面。

进一步地，所述波束扫描机构包括一端与反射阵面背面固定连接的支杆、与馈源连接并活动连接在支杆另一端上的馈源卡件及可将支杆固定到天线安装面上的紧固件，支杆的与馈源卡件相连的一端沿轴向开设有至少一个滑移槽，馈源卡件上开设有与滑移槽相交的调节槽，至少一个调节螺栓依次穿过调节槽和滑移槽从而将馈源卡件和支杆的相对位置锁紧定位。

进一步地，所述馈源卡件为U形弹簧片，所述馈源插入所述U形弹簧片的弧形区域，一紧定螺钉穿过所述U形弹簧片的两个延伸臂并挤压二者将所述馈源压紧定位。

进一步地，所述紧固件包括设置在所述支杆外表面上的压片和分别从所述压片两端穿过以进入天线安装面的螺钉。

进一步地，所述反射阵面平行于天线安装面，所述天线安装面为竖直表面、水平表面或斜表面。

进一步地，所述竖直表面为竖直墙壁。

进一步地，所述水平表面为水平地面或水平屋顶。

进一步地，所述斜表面为倾斜地面、倾斜屋顶或倾斜墙壁。

进一步地，所述反射阵列天线为发射天线、接收天线或收发两用天线。

进一步地，所述反射阵列天线为卫星电视接收天线、卫星通信天线、微波天线或雷达天线。

根据本发明的反射阵列天线，通过反射阵面的转动以及馈源在第一平面内进行波束扫描实现同一个反射阵列天线能够接收预定角度范围入射的电磁波，从而可以使得反射阵列天线可以应用于多种场合，例如，应用到卫星电视天线，同一款卫星电视天线能够覆盖一个纬度范围，从而使得该天线可以在该纬度范围内都能正常工作。通过有限的几款卫星电视天线就能够覆盖较广阔的纬度地区，通用性强。另外，馈源在所述第一平面内进行波束扫描还可以通过伺服系统来控制，易于实现天线对星的自动化。

另外，本发明还提供了一种动中通天线，所述动中通天线包括伺服系统及上述的反射阵列天线。

进一步地，所述伺服系统用于控制馈源相对所述反射阵面运动以进行波束扫描。

进一步地，所述伺服系统用于控制反射阵面相对天线安装面转动及用于控制馈源在所述第一平面内运动以进行波束扫描。

进一步地，所述动中通天线的移动载体为汽车、船舶、飞机或火车。

进一步地，所述天线安装面为汽车的车顶面或汽车的前舱盖顶面。

进一步地，所述天线安装面为船舶的控制舱顶面或船舶的船体侧面。

进一步地，所述天线安装面为飞机的机体顶面、飞机的机体侧面或飞机的机翼顶面。

进一步地，所述天线安装面为火车的顶面或火车的侧面。

根据本发明的动中通天线，通过反射阵面的转动以及馈源在第一平面内运动以进行波束扫描实现同一个反射阵列天线能够接收预定角度范围入射的电磁波，同一款天线能够覆盖一个纬度范围，从而使得该动中通天线可以在该纬度范围内都能正常工作。并且需要的伺服系统的结构与控制较为简单，易于成本的控制。同时，由于反射阵面是贴附在天线安装面上的，因此，相对于传统的动中通天线，整个动中通天线的体积与重量可以降低，可以广泛应用在例如汽车、船舶、飞机、火车等移动载体上。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，附图中：

图1是本发明的反射阵面一较佳实施方式的立体结构示意图；

图2是为由多个横截面图形为正六边形的基板单元所构成的功能板的正视示意图；

图3是本发明反射阵面另一较佳实施方式的侧视示意图；

图4是反射层一较佳实施方式的结构示意图；

图5是平面雪花状的人造结构单元所构成的移相单元的示意图；

图6是图5所示的人造结构单元的一种衍生结构；

图7是图5所示的人造结构单元的一种变形结构；

图8是平面雪花状的人造结构单元几何形状生长的第一阶段；

图9是平面雪花状的人造结构单元几何形状生长的第二阶段。

图10是本发明另一种结构的人造结构单元构成的移相单元的示意图；

图11是本发明另一种结构的人造结构单元构成的移相单元的示意图；

图12是图5所示的人造结构单元所构成的移相单元的移相量随结构生长参数S的变化曲线图；

图13是图10所示的人造结构单元的生长方式示意图；

图14是图10所示的人造结构单元所构成的移相单元的移相量随结构生长参数S的变化曲线图；

图15是图11所示的人造结构单元的生长方式示意图；

图16是图11所示的人造结构单元所构成的移相单元的移相量随结构生长参数S的变化曲线图；

图17a为三角形金属片状的人造结构单元的示意图；

图17b为正方形金属片状的人造结构单元的示意图；

图17c为圆形金属片状的人造结构单元的示意图；

图17d为圆形金属环状的人造结构单元的示意图；

图17e为方形金属环状的人造结构单元的示意图；

图18为偏焦角为45度的反射阵列天线其作为发射天线的远场图；

图19为偏焦角为50度的反射阵列天线其作为发射天线的远场图；

图20为偏焦角为65度的反射阵列天线其作为发射天线的远场图；

图21为网格结构的金属网格反射层的结构示意图；

图22是本发明具有多层功能板反射阵列天线的结构示意图；

图23为一种形式的移相单元的结构示意图；

图24为另一种形式的移相单元的结构示意图；

图25为具有一种形式的安装架的反射阵列天线结构示意图；

图26为图25另一视角图；

图27为具有另一种形式的安装架的反射阵列天线结构示意图；

图28为图27另一视角图；

图29是图5所示的人造结构单元所构成的另一种结构的移相单元的移相量随结构生长参数S的变化曲线图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的所述反射阵面RS包括用于对入射电磁波进行波束调制的功能板1以及设置在功能板1一侧的用于反射电磁波的反射层2，所述功能板1包括两个或两个以上的功能板单元10，所述反射层2包括与功能板单元10对应数量的反射单元20，所述功能板单元10与其对应的反射单元20构成一个用于移相的移相单元100；设计所述反射阵面RS上每一移相单元100的移相量以实现反射阵面RS对与反射阵面法线方向呈预定角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

以下将结合本发明的反射阵列天线来说明该反射阵面，应当理解的是，本发明的反射阵面应用范围不限于反射阵列天线，还可以是其它需要用到多焦点反射聚焦的场合。

如图25及图26所示，根据本发明实施例提供的一种反射阵列天线，包括馈源KY及反射阵面RS，所述馈源KY能够相对所述反射阵面RS运动以进行波束扫描。

本发明的一个实施例中，所述反射阵面RS固定不动，馈源KY能够相对所述反射阵面RS三维运动以进行波束扫描。

本发明的一个优选实施例中，所述反射阵面RS的对称轴与馈源的中心轴同在第一平面内，所述反射阵面RS可相对天线安装面转动，所述反射阵面RS对预定角度范围内的入射电磁波具有聚焦能力，所述馈源KY能够在所述第一平面内进行波束扫描以接收聚焦的电磁波。本发明中，馈源例如可以是波纹喇叭。反射阵面RS的对称轴，是指反射阵面RS的移相分布对称轴，即位于对称轴两侧的反射阵面的两个部分的移相量分布相同。上述的预定角度范围例如，可以是0-70度，即所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈0-70度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力；也可以是10-60度，即所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈10-60度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力；也可以是20-50度，即所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈20-50度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力；也可以是30-40度，即所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈30-40度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

请参照图1，图1为本发明反射阵面一较佳实施方式的立体结构示意图。图1中，该反射阵面包括用于对入射电磁波进行波束调制的功能板1以及设置在功能板1一侧的用于反射电磁波的反射层2。

本实施例中，所述功能板1包括两个或两个以上的功能板单元10，所述反射层2包括与功能板单元10对应数量的反射单元20，所述功能板单元10与其对应的反射单元20构成一个用于移相的移相单元100。可以理解的是，反射阵面整体可由多个独立的移相单元100拼接而成，也可由一整块功能板1与一整块反射层2构成。

入射到移相单元100的电磁波穿过所述功能板单元10后由所述反射单元20反射，经反射的电磁波再次穿过所述功能板单元10后出射，出射时的相位与入射时的相位的差值的绝对值为移相量。本实施例中，反射阵面的所有移相单元的移相量以反射阵面的对称轴呈轴对称分布形式。

功能板单元10的数量根据需要设定，可以是两个或两个以上。例如可以是并排的2个，2×2的阵列，10×10的阵列，100×100的阵列，1000×1000的阵列，10000×10000的阵列等等。

本发明中，优选地，反射阵面中的所有移相单元100的最大移相量与最小移相量的差值小于360度，设计反射阵面上每一移相单元100的移相量以实现反射阵面对预定角度范围内的入射电磁波具有聚焦能力。

当然，反射阵面所有移相单元100的最大移相量与最小移相量的差值也可以大于360度，利用现有文献中所记载的方法，也可以得到反射阵面RS的移相量分布，以实现反射阵面对预定角度范围内的入射电磁波具有聚焦能力。

本发明的反射阵面，其功能板可以为图1所示的一层结构也可以是由多个片层所构成的多层结构，多个片层之间可采用胶水粘接，或者采用机械方式连接，如螺栓连接或者卡扣连接。如图22所示，为一种形式的多层结构的功能板1，该功能板1包括三个片层11。当然图22只是示意性地，本发明的功能板1还可是由两个片层构成的两层结构或者是由四个以上的片层构成的多层结构。

单个移相单元的移相量，可以通过下述方法测量获得：

将所要测试的移相单元，在空间中进行周期排列形成足够大的组合，足够大是指形成的周期组合的尺寸（长度和宽度）应远远大于所要测试的移相单元的尺寸，例如形成的周期组合包括至少100个所要测试的移相单元。

用平面波垂直角度入射该周期组合，用近场扫描设备扫描近场电场相位分布，根据出射相位，代入阵列理论公式：

可得出所测试移相单元移相量

上式中，θ为出射相位；λ为入射电磁波波长；a为移相单元的尺寸；此处，移相单元的尺寸是指移相单元在反射层上的投影所形成的图形的边长，也即相邻两个功能板单元的几何中心之间的距离。

同样方法，对反射阵面上的所有移相单元进行测量，可以得到反射阵面的移相量分布。

本发明的反射层2可如图1所示紧密贴附于功能板1一侧表面设置，例如通过胶水粘结、机械连接等多种常用的连接方式来实现紧密贴附于功能板1一侧表面。反射层2还可以如图3所示与功能板1间隔一定距离设置，图3为本发明反射阵面另一较佳实施方式的侧视示意图。间隔距离的大小可依据实际需求来设置。反射层2与功能板1之间可通过支撑件3来连接，也可以通过在两者之间填充泡沫、橡胶等来实现。

反射层2可为一整块金属片或金属网格反射层，也可为涂覆于功能板1一侧的金属涂层或金属薄膜。金属片、金属涂层、金属薄膜或者金属网格反射层可以选用铜、铝或铁等金属材料。

采用整块金属片、金属涂层或者金属薄膜作为反射层时，其厚度一般较薄，约为0.01-0.03毫米，金属片、金属涂层或者金属薄膜的长及宽远远大于其厚度。在制备和实际应用时容易因为应力的作用发生翘曲，一方面降低了产品制备过程中的良率，造成大量浪费，另一方面也增大了产品使用后的维护成本。

本发明中，反射层2优选地采用金属网格反射层，金属网格反射层由多片相互间隔的金属片构成，每一金属片的长宽值和厚度值的差异减小，从而减小产品应力，避免反射层翘曲。然而由于各金属片之间存在缝隙，如果缝隙的宽度过宽会使得电磁波被网格状反射板反射时产生栅瓣效应，给反射阵面性能带来影响，而如果缝隙的宽度过窄则会使得每一金属片的长宽值与厚度值的差异增大，不利于应力的释放。优选地，所述多片金属片相互之间的间隔小于反射阵面工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二十分之一。

本发明中，单个金属片的形状为三角形或者多边形。

在一优选实施例中，如图4所示，所述金属网格反射层WG由多片相互间隔的金属片4构成，单个金属片形状为正方形。

在另一优选实施例中，如图21所示，所述金属网格反射层WG为由多条金属线纵横交错构成的具有多网孔的网状结构，图中多条金属线分为纵向金属线ZX及横向金属线HX，纵向金属线ZX与横向金属线HX之间形成多个网孔WK，单个网孔WK的形状可为三角形或者多边形。并且所有网孔WK的形状可以相同，也可以不同。

在图21所示的实施例中，优选地，所有网孔WK的形状均为正方形，纵向金属线ZX与横向金属线HX的线宽相同。所述单个网孔的边长小于二分之一波长，所述多条金属线的线宽大于或等于0.01mm。优先地，所述单个网孔的边长为0.01mm至天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二分之一，所述多条金属线的线宽为0.01mm至天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的5倍。

在上述反射层的描述中，均以金属材料作为反射层材料，但应知本发明中反射层的作用为反射电磁波，因此只要能达到反射电磁波的材料均为本发明反射层的可选材料。

本发明的功能板单元有两种实现方案，如下：

第一种方案是，如图1，功能板单元10包括基板单元V以及设置在所述基板单元V一侧的用于对入射电磁波产生电磁响应的人造结构单元M。人造结构单元M可以直接附着在基板单元V的表面，如图23所示。

当然，人造结构单元M也可以与基板单元V的表面间隔设置，例如人造结构单元M可以通过杆支撑在基板单元上。

基板单元V的横截面图形可以有多种形式。比较典型的基板单元的横截面图形可为三角形或多边形，优选地，基板单元的横截面图形为等边三角形、正方形、菱形、正五边形、正六边形或者正八边形，图1中示出了横截面图形为正方形的基板单元；图2示出了由多个横截面图形为正六边形基板单元所构成的功能板1的正视示意图。基板单元的横截面图形优选为等边三角形、正方形、菱形、正五边形、正六边形或者正八边形，基板单元的横截面图形的边长小于该反射阵面工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二分之一，优选地，基板单元的横截面图形的边长小于该反射阵面工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的四分之一；更为优选地，基板单元的横截面图形的边长小于该反射阵面工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的八分之一；更为优选地，基板单元的横截面图形的边长小于该反射阵面工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的十分之一。

基板单元可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成，高分子材料可为聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯或环氧树脂。

人造结构单元可为导电材料构成的具有几何图案的结构，导电材料可为金属或非金属导电材料，所述金属为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金；所述非金属导电材料为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。人造结构单元的加工方式可以有多种，可通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在基板单元上。

人造结构单元M能够对入射电磁波产生电磁响应，此处的电磁响应可以是电场响应，也可以是磁场响应，或者是既有电场响应又有磁场响应。

为了保护人造结构单元，在本发明的另一个实施例中，人造结构单元上还可覆盖有保护层，保护层可为聚苯乙烯（PS）塑料薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）塑料薄膜或耐冲性聚苯乙烯（HIPS）塑料薄膜。

第二种方案是，功能板单元10由基板单元V及其上开设的单元孔K构成，单元孔可以具有规则的横截面形状也可是具有不规则的横截面形状，单元孔可以是通孔也可以是盲孔，通过单元孔的不同形状、体积来控制移相单元的移相量。由此种方案的功能板单元所构成的移相单元如图24所示。

本发明的反射阵面可以根据实际的应用场景来设计具体的形状，因此，功能板1与反射层2可为平面状也可根据实际需要制成曲面状。

本发明的一个实施例中，如图25及图26所示，所述反射阵列天线还包括用于支撑馈源KY及反射阵面RS的安装架，所述安装架包括用于使得反射阵面RS可相对天线安装面转动的旋转机构，以及用于使得馈源KY能够在所述第一平面内进行波束扫描的波束扫描机构。本文中的波束扫描，是指馈源在第一平面内运动，馈源接收到的电磁波为最佳或接近最佳时，扫描结束（馈源停止运动）。

在本发明的一个实施例中，如图25及图26所示，所述旋转机构200包括设置在天线阵面RS中心处的通孔201及设置在通孔201中的旋转轴202，所述旋转轴202一端插入天线安装面，旋转轴202可以是光轴也可以是螺栓或者螺钉。通孔201与旋转轴202间隙配合，以使得反射阵面RS可相对安装表面转动。

在本发明的一个实施例中，如图25及图26所示，所述波束扫描机构300包括一端与反射阵面RS背面固定连接的支杆301、与馈源KY连接并活动连接在支杆301另一端上的馈源卡件302及可将支杆301固定到天线安装面上的紧固件303，支杆301的与馈源卡件302相连的一端沿轴向开设有至少一个滑移槽304，馈源卡件302上开设有与滑移槽304相交的调节槽305，至少一个调节螺栓306依次穿过调节槽305和滑移槽304从而将馈源卡件302和支杆301的相对位置锁紧定位。借助于滑移槽304、调节槽305及调节螺栓306可以使得馈源在第一平面内运动，以实现馈源在第一平面内进行波束扫描，从而接收预定角度范围的电磁波。

作为一个实施例，所述馈源卡件302为U形弹簧片，馈源KY插入所述U形弹簧片的弧形区域，一紧定螺钉3021穿过所述U形弹簧片的两个延伸臂3022并挤压二者将馈源KY压紧定位。

作为一个实施例，所述紧固件303包括设置在所述支杆301外表面上的压片3031和分别从所述压片3031两端穿过以进入天线安装面的螺钉3032。

在本发明的另一个实施例中，如图27及图28所示，所述旋转机构400包括设置在天线阵面RS中心处的通孔401及设置在通孔401中的旋转轴402，所述旋转轴402一端插入天线安装面，旋转轴402可以是光轴也可以是螺栓或者螺钉。通孔401与旋转轴402间隙配合，以使得反射阵面RS可相对安装表面转动。

在本发明的另一个实施例中，如图27及图28所示，所述波束扫描机构500包括用于固定反射阵面的固定架501以及与固定架501固定连接的馈源支杆，所述馈源支杆包括空心杆50以及设置在空心杆502中相对空心杆可直线运动的伸缩杆503，所述伸缩杆503的末端铰接有馈源KY。固定架501下端设置有安装孔，借助螺栓、螺钉等连接件可将反射阵面固定到天线安装面上。图28为反射阵面的背部结构示意图，可以看出，固定架501还具有十字形的结构加强件504。

借助于伸缩杆相对空心杆的滑动以及馈源相对伸缩杆的转动可以使得馈源在第一平面内运动，以实现馈源在第一平面内进行波束扫描，从而接收预定角度范围的电磁波。

当然，安装架的旋转机构并不限于图25及图27所示的形式，机械领域的普通技术人员可以想到很多机构来实现反射阵面相对天线安装面转动，例如可以利用轴承与转轴的组合实现。

同样的，安装架的波束扫描机构也不限于图25及图27所示的形式，机械领域的普通技术人员可以想到很多机构来实现馈源在第一平面内进行波束扫描，例如利用多连杆结构或者是类似于台灯伸缩杆类似的结构。

另外，本发明的另一个实施例中，利用伺服系统来控制反射阵面相对天线安装面转动及馈源在所述第一平面内运动进行波束扫描，反射阵面的转动与馈源的运动可以看作是两个可控制的维度，根据所接收卫星所在的经度、接收点当地的经纬度、反射阵面接收的卫星传送来的电磁波与反射阵面的法线方向的夹角（以下简称为反射阵面的偏焦角）、天线安装面的方位角（即天线安装面的法线在水平面的投影与正南方的夹角）、天线安装面与水平面的夹角等参数，可以得到上述两个维度的对应运动轨迹，从而实现天线的自动对星。本实施例中，伺服系统并无特殊要求，只要其能够控制反射阵面相对天线安装面转动及馈源在第一平面内进行波束扫描，从而实现对星即可。本领域的技术人员，很容易就能够设计出具有上述功能的伺服系统，因此，本发明中，对伺服系统的具体结构不再详述。

本发明的所述反射阵面RS平行于天线安装面，根据不同的安装环境，天线安装面可以为竖直表面（垂直水平表面）、水平表面或斜表面（既不垂直也不平行于水平表面）。

本发明中，所述竖直表面为竖直墙壁，即将天线的反射阵面贴附竖直墙壁安装，如正对南面的垂直墙壁。

本发明中，所述水平表面为水平地面或水平屋顶，即将天线的反射阵面贴附水平地面或水平屋顶安装。

本发明中，所述斜表面为倾斜地面、倾斜屋顶或倾斜墙壁，即将天线的反射阵面贴附倾斜地面、倾斜屋顶或倾斜墙壁安装。

为了使得反射阵面对预定角度范围内的入射电磁波具有聚焦能力，首先设计出一特定入射角度的电磁波通过反射阵面后发生聚焦所需要的每一移相单元对应的移相量，也就是说要获得或者设计出反射阵面上的移相量分布情况；然后通过旋转反射阵面以及将馈源在第一平面内进行波束扫描来确定上述的角度范围，即由此特定入射角度设计的反射阵面，能够对哪个角度范围的入射电磁波都有聚焦能力。

反射阵面的移相量分布可以采用李华博士《微带反射阵列天线的研究》的博士论文中所记载的方法来设计，也可以采用本发明的如下一种设计方法。

该方法如下：

S1、设置每一移相单元的移相量的变化范围，构造n个移相单元的移相量的向量空间Θ；设置预期的电磁波辐射方向图对应的参数指标。这里的参数指主波束指向等。

S2、对所述移相量的向量空间Θ进行抽样，生成m（m<n）个移相单元的抽样向量空间Θ₀；这里的抽样可以是常用的各种抽样方法，例如随机抽样、系统抽样等。

S3、依据所述抽样向量空间，通过插值方法计算剩余n-m个移相单元的移相量，生成n个移相单元的新的移相量的向量空间Θ_i；插值方法可以是高斯过程插值法、样条长治方法等。

S4、计算Θ_i对应的参数指标，判断计算的参数指标是否满足预设要求，若是，则Θ_i即为满足需要的移相量的向量空间；若否，则通过预设的优化算法生成新的抽样向量空间，并通过插值方法生成新的移相量的向量空间Θ_i+1，循环执行直至满足预设要求。预设的优化算法可以是模拟退火、遗传算法、禁忌搜索等算法。预设要求可以包括例如参数指标的阈值以及精度的范围。

通过上述的方法可以得到实现特定的主波束指向的方向图所需要的反射阵面移相量分布情况，根据天线的可逆特性，此处的主波束指向其实就是指的电磁波的入射角度，然后通过连续旋转反射阵面以及将馈源在第一平面内进行波束扫描来确定上述的角度范围，即由此特定入射角度设计的反射阵面，设计出了对一个角度范围通过该反射阵面都能发生聚焦的反射阵面天线。例如，如果采用由基板单元及人造结构单元构成的功能板单元来实现入射电磁波方向图的调制，那么就需要找出能够满足移相量分布的人造结构单元的形状、尺寸信息的对应关系；如果采用由基板单元及单元孔构成的功能板单元来实现入射电磁波方向图的调制，则需要找出能够满足移相量分布的孔的形状、尺寸信息的对应关系。

采用由基板单元及人造结构单元构成的功能板单元，可以合理设计每一移相单元上的人造结构单元的形状、几何尺寸，设计出所述反射阵面上每一移相单元的移相量，从而实现入射电磁波通过反射阵面后的聚焦。

给定天线的工作频段，确定好基板单元的物理尺寸、材料及电磁参数，以及人造结构单元的材料、厚度及拓扑结构，利用仿真软件，如CST、MATLAB、COMSOL等，可以获得移相单元的移相量随人造结构单元几何形状生长的变化曲线，即可得到连续变化的移相单元与移相量的对应关系，即获得该种形态的移相单元最大移相量与最小移相量。

本实施例中，移相单元的结构设计可通过计算机仿真（CST仿真）得到，具体如下：

（1）确定基板单元的材料。基板单元的材料，例如为FR-4、F4b或PS等。

（2）确定基板单元的形状及物理尺寸。例如，基板单元可为横截面图形为正方形的方形薄片，基板单元的物理尺寸由天线的工作频段的中心频率得到，利用中心频率得到其波长，再取小于波长的二分之一的一个数值做为基板单元横截面图形的边长，例如基板单元横截面图形的边长为天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的十分之一。基板单元的厚度根据天线的工作频段有所不同，如天线工作于Ku波段时，基板单元的厚度可取0.5-4mm；天线工作于X波段时，基板单元的厚度可取0.7-6.5mm；天线工作于C波段时，基板单元的厚度可取1-12mm；例如在，ku波段下，基板单元的厚度可取为1mm、2mm等。

（3）确定人造结构单元的材料、厚度及拓扑结构。例如，人造结构单元的材料为铜，人造结构单元的拓扑结构可为图5所示的平面雪花状的人造结构单元，所述的雪花状的人造结构单元具有相互垂直平分的第一金属线J1及第二金属线J2，所述第一金属线J1与第二金属线J2的长度相同，所述第一金属线J1两端连接有相同长度的两个第一金属分支F1，所述第一金属线J1两端连接在两个第一金属分支F1的中点上，所述第二金属线J2两端连接有相同长度的两个第二金属分支F2，所述第二金属线J2两端连接在两个第二金属分支F2的中点上，所述第一金属分支F1与第二金属分支F2的长度相等；此处的拓扑结构，是指人造结构单元几何形状生长的基础形状。人造结构单元的厚度可为0.005-1mm。例如为0.018mm。

（4）确定人造结构单元的几何形状结构生长参数，此处用S表示。例如，如图5所示的平面雪花状的人造结构单元的几何形状结构生长参数S可以包括人造结构单元的线宽W，第一金属线J1的长度a，第一金属分支F1的长度b。

（5）确定人造结构单元的几何形状的生长限制条件。例如，如图5所示的平面雪花状的人造结构单元的人造结构单元的几何形状的生长限制条件有，人造结构单元之间的最小间距WL（如图5所示，人造结构单元与基板单元的边的距离为WL/2），人造结构单元的线宽W，以及第一金属分支与第二金属分支之间的最小间距，此最小间距可以与人造结构单元之间的最小间距WL保持一致；由于加工工艺限制，WL通常大于等于0.1mm，同样，线宽W通常也是要大于等于0.1mm。第一次仿真时，WL可以取0.1mm，W可以取一定值（即人造结构单元的线宽均匀），例如0.14mm或0.3mm，此时人造结构单元的几何形状结构生长参数只有a、b两个变量，令结构生长参数S＝a+b。人造结构单元的几何形状通过如图8至图9所示的生长方式，对应于某一特定中心频率（例如11.95GHZ），可以得到一个连续的移相量变化范围。

以图5所示的人造结构单元为例，具体地，所述人造结构单元的几何形状的生长包括两个阶段（几何形状生长的基础形状为图5所示的人造结构单元）：

第一阶段：根据生长限制条件，在b值保持不变的情况下，将a值从最小值变化到最大值，此时b=0，S=a，此生长过程中的人造结构单元均为“十”字形（a取最小值时除外）。a的最小值即为线宽W，a的最大值为（BC-WL）。因此，在第一阶段中，人造结构单元的几何形状的生长如图8所示，即从边长为W的正方形JX1，逐渐生长成最大的“十”字形几何形状JD1。

第二阶段：根据生长限制条件，当a增加到最大值时，a保持不变；此时，将b从最小值连续增加到最大值，此时b不等于0，S＝a+b，此生长过程中的人造结构单元均为平面雪花状。b的最小值即为线宽W，b的最大值为（BC-WL-2W）。因此，在第二阶段中，人造结构单元的几何形状的生长如图9所示，即从最大的“十”字形几何形状JD1，逐渐生长成最大的平面雪花状的几何形状JD2，此处的最大的平面雪花状的几何形状JD2是指，第一金属分支J1与第二金属分支J2的长度b已经不能再伸长，否则第一金属分支与第二金属分支将发生相交。

应用上述方法对如下三种人造结构单元所构成的移相单元进行仿真：

（1）图5所示为平面雪花状的人造结构单元构成的移相单元，该移相单元的第一种结构中，基板单元V的材料为聚苯乙烯（PS），其介电常数为2.7，损耗角正切为0.0009；基板单元V的物理尺寸为，厚度2mm，横截面图形为边长为2.7mm的正方形；人造结构单元的材料为铜，其厚度为0.018mm；反射单元的材料为铜，其厚度为0.018mm；此处，结构生长参数S为第一金属线J1的长度a与第一金属分支F1的长度b之和。具有此结构的人造结构单元的移相单元的生长方式请参见图8至图9；具有此人造结构单元的移相单元其移相量随结构生长参数S的变化如图12所示。从图中可以看出，移相单元的移相量是随着S参数的连续增大连续变化的，该移相单元的移相量的变化范围大概在10-230度，其最大移相量与最小移相量的差值约为220度，小于360度。在该移相单元的第二种结构中，仅改变基板单元V横截面图形为边长为8.2mm的正方形，其它参数不变，具有该种结构的人造结构单元的移相单元其移相量随结构生长参数S的变化如图29所示；从图中可以看出，该移相单元的移相量是随着S参数的连续增大连续变化的，该移相单元的移相量的变化范围大概在275-525度，其最大移相量与最小移相量的差值约为250度，仍然小于360度。

（2）如图10所示为另一种形式的人造结构单元构成的移相单元，该人造结构单元具有相互垂直平分的第一主线Z1及第二主线Z2，第一主线Z1与第二主线Z2形状尺寸相同，第一主线Z1两端连接有两个相同的第一直角折角线ZJ1，第一主线Z1两端连接在两个第一直角折角线ZJ1的拐角处，第二主线Z2两端连接有两个第二直角折角线ZJ2，第二主线Z2两端连接在两个第二直角折角线ZJ2的拐角处，第一直角折角线ZJ1与第二直角折角线ZJ2形状尺寸相同，第一直角折角线ZJ1、第二直角折角线ZJ2的两个角边分别平行于正方形基板单元的两个边，第一主线Z1、第二主线Z2为第一直角折角线ZJ1、第二直角折角线ZJ2的角平分线。该移相单元中，基板单元V的材料为聚苯乙烯（PS），其介电常数为2.7，损耗角正切为0.0009；基板单元的物理尺寸为，厚度2mm，横截面图形为边长为2mm的正方形；人造结构单元的材料为铜，其厚度为0.018mm；反射单元的材料为铜，其厚度为0.018mm；此处，结构生长参数S为第一主线与第一直角折角线的长度之和。该移相单元上的人造结构单元的生长方式请参见图13；具有此人造结构单元的移相单元其移相量随结构生长参数S的变化如图14所示。从图中可以看出，移相单元的移相量是随着S参数的连续增大连续变化的，该移相单元的移相量的变化范围大概在10-150度，其最大移相量与最小移相量的差值约为140度，小于360度。

（3）如图11所示为另一种形式的人造结构单元构成的移相单元，该人造结构单元具有相互垂直平分的第一主干线GX1及第二干主线GX2，第一主干线GX1与第二干主线GX2的形状尺寸相同，第一主干线GX1两端连接有沿相反方向延伸的两个第一直线ZX1，第二主干线GX2两端连接有沿相反方向延伸的两个第二直线ZX2，第一直线ZX1与第二直线ZX2的形状尺寸相同，第一直线ZX1与第二直线ZX2分别平行于正方形基板单元V的两个边，第一直线ZX1与第一主干线GX2的夹角为45度，第二直线ZX2与第二主干线GX2的夹角为45度。该移相单元中，基板单元V的材料为聚苯乙烯（PS），其介电常数为2.7，损耗角正切为0.0009；基板单元V的物理尺寸为，厚度2mm，横截面图形为边长为2mm的正方形；人造结构单元的材料为铜，其厚度为0.018mm；反射单元的材料为铜，其厚度为0.018mm。此处，结构生长参数S为第一主线与第一折线的长度之和。该移相单元上的人造结构单元的生长方式请参见图15；具有此人造结构单元的移相单元其移相量随结构生长参数S的变化如图16所示。从图中可以看出，移相单元的移相量是随着S参数的连续增大连续变化的，该移相单元的移相量的变化范围大概在10-130度，其最大移相量与最小移相量的差值约为120度，小于360度。

另外，图5所示的平面雪花状的人造结构单元还可以有其它变形。

图6是图5所示的平面雪花状的人造结构单元的一种衍生结构。其在每个第一金属分支F1及每个第二金属分支F2的两端均连接有完全相同的第三金属分支F3，并且相应的第三金属分支F3的中点分别与第一金属分支F1及第二金属分支F2的端点相连。依此类推，本发明还可以衍生出其它形式的人造结构单元。图6所示的只是人造结构单元几何形状生长的基础形状。

图7是图5所示的平面雪花状的人造结构单元的一种变形结构，此种结构的人造结构单元，第一金属线J1与第二金属线J2不是直线，而是弯折线，第一金属线J1与第二金属线J2均设置有两个弯折部WZ，但是第一金属线J1与第二金属线J2仍然是垂直平分，通过设置弯折部的朝向与弯折部在第一金属线与第二金属线上的相对位置，使得图7所示的人造结构单元绕垂直于第一金属线与第二金属线交点的轴线向任意方向旋转90度的图形都与原图重合。另外，还可以有其它变形，例如，第一金属线J1与第二金属线J2均设置多个弯折部WZ。图7所示的只是人造结构单元几何形状生长的基础形状。

除上述的三种拓扑结构的人造结构单元外，本发明还可以有其它拓扑结构的人造结构单元。如图17a所示的三角形金属片；如图17b所示的正方形金属片，如图17c所示的圆形金属片；如图17d所示的圆形金属环；如图17e所示的方形金属环等。通过上述方法也能得到具有上述人造结构单元的移相单元的移相量随结构生长参数S的变化曲线。

通过上述生长得到的移相单元的移相量范围如果包含了我们需要的移相量范围（即能同时取到所需的最大移相量与最小移相量），则满足设计需要。如果上述生长得到移相单元的移相量变化范围不满足设计需要，例如移相量最大值太小或移相量最小值过大，则变动WL与W，重新仿真，直到得到我们需要的移相量变化范围。

根据预期的聚焦要求，通过计算得到反射阵面上的移相量分布，通过上述的人造结构单元的生长方法得到移相量分布对应的人造结构单元尺寸和分布信息，即能得到本发明的功能板，在功能板的一侧设置反射层，即形成了本发明的反射阵面，该反射阵面即可实现入射电磁波通过反射阵面后的聚焦。

本发明的所述反射阵列天线可以为发射天线、接收天线或收发两用天线。

以下以接收中星9号卫星的卫星接收天线为例，详细说明本发明。应当理解的是，本发明的反射阵列天线并不限定于卫星接收天线，其还可以是卫星通信天线、微波天线、雷达天线及其它类型的天线。

第一实施例

反射阵面接收的卫星传送来的电磁波与反射阵面的法线方向的夹角α为45度，夹角α以下简称为偏焦角。反射阵面为直径为500mm的圆形薄板，其上排布有图5所示的人造结构单元。如图18所示，为偏焦角为45度的反射阵列天线其作为发射天线的远场图，可以看出其主波束指向为45度，根据天线可逆原理，以45度角入射的电磁波也能够在馈源处聚焦。

经过实际测试，该天线在偏焦角为30-50度范围内时，天线的性能还保持良好，超出此范围仍有信号，但信号质量不高。即本实施例中，反射阵面对与反射阵面法线方向呈30-50度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

根据不同的应用场合，第一实施例的卫星接收天线可有三种工作环境。

（1）壁挂式

即反射阵面的安装表面为竖直墙壁，反射阵面与竖直墙壁平行；以中星9号卫星为例，此天线的工作区域为东北三省，河北省北部地区及内蒙古东北部。只要满足偏焦角30-50度的范围都可安装使用。

壁挂式的天线安装方式如下：

第一步，根据卫星在所在地区的方位角A及仰角E信息，来选定安装墙面，一般的，房屋俯视图为矩形，当墙面方位角A’与卫星方位角A之差|A’-A|≥90°时，安装在该墙面的天线无法接收到卫星信号；因此，四面墙中，有且仅有一面墙的方位角A’在A-45°与A+45°之间，这面墙即为安装壁挂式天线的最佳墙面；偏焦角越小，天线效果越好。墙面方位角A’定义如下：自正北方向开始，顺时针转动到墙面的法线方向的角度，如正南墙的方位角为180°，正西墙的方位角为270°。

上述的方位角A及仰角E信息可以通过计算得到，也可以通过查表获得。计算方式为：

方位角A计算公式如下：

$A={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{\mathrm{tg}\left(\mathrm{lon}\right)}{\sin \left(\mathrm{lat}\right)};$

仰角E计算公式如下：

$E={\mathrm{tg}}^{-1}\left[\frac{\cos \left(\mathrm{lon}\right)\&times;\cos \left(\mathrm{lat}\right)-\frac{r}{R}}{\sqrt{1-{\left(\cos \left(\mathrm{lon}\right)\cos \left(\mathrm{lat}\right)\right)}^2}}\right];$

上述两个公式中用到的参数为：

lon=地面站所在地经度-卫星定点经度；

lat=地面站所在地纬度；

r=6378km（地球半径）；

R=42218km(卫星轨道半径)；

第二步，计算天线的偏焦角；对于方位角为A’的墙面，天线的偏焦角计算公式为：

α=cos^-1(cos(A-A’)*cos(E))；

第三步，计算反射阵面的对称轴与铅垂线之间的夹角γ，即计算安装时反射阵面相对于铅垂线所需要旋转的角度，γ取正值时，铅垂线逆时针旋转γ角度后与反射阵面的对称轴重合；γ取负值时，铅垂线顺时针旋转-γ角度后与反射阵面的对称轴重合。夹角γ的计算公式如下：

γ=tg^-1(sin(A-A’)cos(E)/sin(E))；

用户在实际安装时，根据算好的夹角γ，利用铅垂、量角器等工具通过旋转机构相对竖直墙壁转动可以调整好天线的方位角，即使得反射阵面的对称轴指向卫星。根据算好的偏焦角α，可以得到馈源的位置，利用波束扫描机构调整馈源的位置，即可以使得馈源处于反射阵面的聚点。

（2）地砖式

卫星接收天线可平铺在地面（即地砖式卫星接收天线），特定为某一地区水平地面(或其他水平面)使用，只需将反射阵面平铺于水平地面上,调整方位角,即可固定接收一颗卫星的信号。平置于地面的平板天线有效地解决了传统锅形天线的风阻问题，省去了支架，节约了资源与空间，且具有易安装、易使用的特性。

以中星9号为例，此地砖式的卫星接收天线的工作区域为中国南方，长江以南的区域。地砖式的卫星接收天线与壁挂式的卫星接收天线，其本质是一样的，其换算关系为，该卫星接收天线的俯仰角为90度减去偏焦角。所以，也可以换一种说法，即该天线适用的俯仰角范围为：40-60°。

地砖式的卫星接收天线其方位，直接通过安装时对准，俯仰通过调节馈源位置实现。安装方式较简单。

（3）斜面式

即天线安装表面既不垂直也不平行于水平表面。可将天线放于斜面之上。初始位置参考地砖式。地砖式的换算关系为：俯仰角=90°-偏焦角。所以适用的俯仰角范围为：40°-60°。而这里的斜面有个倾斜角，设为k，所以需要对这个倾斜角进行补偿，则所在地的俯仰角为k+E。如果这个k+E的范围在40°-60°的范围内，则可用此款天线，且在斜面上，天线可在适用范围内旋转对星。

第二实施例

天线的偏焦角α为50度。反射阵面为直径为500mm的圆形薄板，其上排布有图5所示的人造结构单元。如图19所示，为偏焦角为50度的反射阵列天线其作为发射天线的远场图，可以看出其主波束指向为50度，根据天线可逆原理，以50度角入射的电磁波也能够在馈源处聚焦。

经过实际测试，该天线在偏焦角为35-55度范围内时，天线的性能还保持良好，超出此范围仍有信号，但信号质量不高。即本实施例中，反射阵面对与反射阵面法线方向呈35-55度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

根据不同的应用场合，第二实施例的卫星接收天线可有三种工作环境，即壁挂式、地砖式及斜面式。

本实施例的天线其对星、安装方式与第一实施例相同。

以中星9号为例，本实施例的壁挂式卫星天线的工作区域为黄河以北地区至东山省以下。只要满足偏焦角35°-55°的范围都可安装。

本实施例的地砖式的卫星接收天线的工作区域为中国中南部。

第三实施例

天线的偏焦角α为65度。反射阵面为直径为500mm的圆形薄板，其上排布有图5所示的人造结构单元。如图20所示，为偏焦角为65度的反射阵列天线其作为发射天线的远场图，可以看出其主波束指向为65度，根据天线可逆原理，以65度角入射的电磁波也能够在馈源处聚焦。

经过实际测试，该天线在偏焦角为50-70度范围内时，天线的性能还保持良好，超出此范围仍有信号，但信号质量不高。即本实施例中，反射阵面对与反射阵面法线方向呈50-70度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

根据不同的应用场合，第三实施例的卫星接收天线可有三种工作环境，即壁挂式、地砖式及斜面式。

本实施例的天线其对星、安装方式与第一实施例相同。

以中星9号为例，本实施例的壁挂式卫星天线的工作区域为中国南部地区。只要满足偏焦角50-70度的范围都可安装。

本实施例的地砖式的卫星接收天线的工作区域为中国北部。

结合以上三个实施例，可以得到，由于本发明的同一反射阵面对一个较宽角度范围内的入射电磁波均具有聚焦能力，因此，利用本发明实施例一至三的三个卫星接收天线基本上可以覆盖中国大部分地区，通用性强，生产加工成本低。当然，根据需要还可以设计出对世界上其它地区也适用的卫星接收天线。

当然，同样的原理，还可以设计出对与反射阵面法线方向呈0-20度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力的反射阵面；对与反射阵面法线方向呈10-30度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力的反射阵面；以及对与反射阵面法线方向呈20-40度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力的反射阵面。

另外，本发明还提供了一种动中通天线，所述动中通天线包括伺服系统及上述的反射阵列天线。

本发明的一个实施例中，所述反射阵面固定不动，伺服系统控制馈源相对反射阵面三维运动以进行波束扫描。以本实施例的反射阵列天线应用在卫星接收天线上为例，根据所接收卫星所在的经度、移动载体所处位置的经纬度、反射阵面的当前偏焦角、天线安装面的当前方位角（即天线安装面的法线在水平面的投影与正南方的夹角）、天线安装面与水平面的当前夹角等参数，设计合适的机械结构及控制系统（通过软件编程实现需要的控制策略），即可实现天线的实时对星。

本发明的一个优选实施例中，所述反射阵面的对称轴与馈源的中心轴同在第一平面内，所述反射阵面可相对天线安装面转动，所述伺服系统用于控制反射阵面相对天线安装面转动及用于控制馈源在所述第一平面内运动以进行波束扫描。利用伺服系统来控制反射阵面相对天线安装面转动及馈源在所述第一平面内运动进行波束扫描，反射阵面的转动与馈源的运动可以看作是两个可控制的维度，以本实施例的反射阵列天线应用在卫星接收天线上为例，根据所接收卫星所在的经度、移动载体所处位置的经纬度、反射阵面的当前偏焦角、天线安装面的当前方位角（即天线安装面的法线在水平面的投影与正南方的夹角）、天线安装面与水平面的当前夹角等参数，设计合适的机械结构及控制系统（通过软件编程实现需要的控制策略），即可实现天线的实时对星。

本实施例中，所述动中通天线的移动载体为汽车、船舶、飞机或火车等。

本实施例中，所述天线安装面为汽车的车顶面、汽车的前舱盖顶面或者汽车上其它合适的安装表面。

本实施例中，所述天线安装面为船舶的控制舱顶面、船舶的船体侧面或者船舶上其它合适的安装表面。

本实施例中，所述天线安装面为飞机的机体顶面、飞机的机体侧面、飞机的机翼顶面或者飞机上其它合适的安装表面。

本实施例中，所述天线安装面为火车的顶面、火车的侧面或者或者火车上其它合适的安装表面。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (67)

1.一种反射阵面，其特征在于，所述反射阵面包括用于对入射电磁波进行波束调制的功能板以及设置在功能板一侧的用于反射电磁波的反射层，所述功能板包括两个或两个以上的功能板单元，所述反射层包括与功能板单元对应数量的反射单元，所述功能板单元与其对应的反射单元构成一个用于移相的移相单元；所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈预定角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

2.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈0-70度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

3.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈10-60度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

4.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈20-50度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

5.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈30-40度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

6.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈0-20度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

7.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈10-30度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

8.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈20-40度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

9.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈30-50度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

10.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈35-55度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

11.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面对与反射阵面法线方向呈50-70度角度范围的入射电磁波具有聚焦能力。

12.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值小于360度。

13.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述功能板为一层结构或由多个片层所构成的多层结构。

14.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述功能板单元包括基板单元以及设置在所述基板单元一侧的用于对入射电磁波产生电磁响应的人造结构单元。

15.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。

16.根据权利要求15所述的反射阵面，其特征在于，所述高分子材料为聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚醚醚酮、聚四氟乙烯或环氧树脂。

17.根据权利要求14所述的反射阵面，其特征在于，所述人造结构单元为导电材料构成的具有几何图案的结构。

18.根据权利要求17所述的反射阵面，其特征在于，所述导电材料为金属或非金属导电材料。

19.根据权利要求18所述的反射阵面，其特征在于，所述金属为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金。

20.根据权利要求18所述的反射阵面，其特征在于，所述非金属导电材料为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

21.根据权利要求14所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面还包括用于覆盖所述人造结构单元的保护层。

22.根据权利要求21所述的反射阵面，其特征在于，所述保护层为聚苯乙烯塑料薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇脂塑料薄膜或耐冲性聚苯乙烯塑料薄膜。

23.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述功能板单元由基板单元及其上开设的单元孔构成。

24.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～300度。

25.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～280度。

26.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～250度。

27.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射阵面中的所有移相单元的最大移相量与最小移相量的差值的范围为0～180度。

28.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射层贴附于所述功能板一侧表面。

29.根据权利要求1所述的反射阵面，其特征在于，所述反射层与所述功能板相互间隔设置。

30.根据权利要求28所述的反射阵面，其特征在于，所述反射层为金属涂层或者金属薄膜。

31.根据权利要求28所述的反射阵面，其特征在于，所述反射层为金属网格反射层。

32.根据权利要求31所述的反射阵面，其特征在于，所述金属网格反射层由多片相互间隔的金属片构成，单个金属片的形状为三角形或者多边形。

33.根据权利要求32所述的反射阵面，其特征在于，所述单个金属片的形状为正方形。

34.根据权利要求32所述的反射阵面，其特征在于，所述多片金属片相互之间的间隔小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二十分之一。

35.根据权利要求31所述的反射阵面，其特征在于，所述金属网格反射层为由多条金属线纵横交错构成的具有多网孔的网状结构，单个网孔的形状为三角形或者多边形。

36.根据权利要求35所述的反射阵面，其特征在于，所述单个网孔的形状为正方形。

37.根据权利要求35或36所述的反射阵面，其特征在于，所述单个网孔的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二分之一，所述多条金属线的线宽大于或等于0.01mm。

38.根据权利要求14所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元的横截面图形为三角形或多边形。

39.根据权利要求38所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元的横截面图形为等边三角形、正方形、菱形、正五边形、正六边形或者正八边形。

40.根据权利要求39所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的二分之一。

41.根据权利要求39所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的四分之一。

42.根据权利要求39所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的八分之一。

43.根据权利要求39所述的反射阵面，其特征在于，所述基板单元的横截面图形的边长小于天线工作频段的中心频率所对应的电磁波波长的十分之一。

44.一种反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线包括权利要求1-43任意一项所述的反射阵面。

45.根据权利要求44所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线还包括馈源，所述馈源能够相对所述反射阵面运动以进行波束扫描。

46.根据权利要求44所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线还包括馈源，所述反射阵面的对称轴与馈源的中心轴同在第一平面内，所述反射阵面可相对天线安装面转动，所述馈源能够在所述第一平面内进行波束扫描以接收聚焦的电磁波。

47.根据权利要求45所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线还包括伺服系统，所述伺服系统用于控制馈源相对所述反射阵面运动以进行波束扫描。

48.根据权利要求46所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线还包括伺服系统，所述伺服系统用于控制反射阵面相对天线安装面转动及用于控制馈源在所述第一平面内运动以进行波束扫描。

49.根据权利要求46所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线还包括用于支撑馈源和反射阵面的安装架，所述安装架包括用于使得反射阵面可相对天线安装面转动的旋转机构，以及用于使得馈源能够在所述第一平面内进行波束扫描的波束扫描机构。

50.根据权利要求49所述的反射阵列天线，其特征在于，所述旋转机构包括设置在天线阵面中心处的通孔及设置在通孔中的旋转轴，所述旋转轴一端插入天线安装面。

51.根据权利要求49所述的反射阵列天线，其特征在于，所述波束扫描机构包括一端与反射阵面背面固定连接的支杆、与馈源连接并活动连接在支杆另一端上的馈源卡件及可将支杆固定到天线安装面上的紧固件，支杆的与馈源卡件相连的一端沿轴向开设有至少一个滑移槽，馈源卡件上开设有与滑移槽相交的调节槽，至少一个调节螺栓依次穿过调节槽和滑移槽从而将馈源卡件和支杆的相对位置锁紧定位。

52.根据权利要求51所述的反射阵列天线，其特征在于，所述馈源卡件为U形弹簧片，所述馈源插入所述U形弹簧片的弧形区域，一紧定螺钉穿过所述U形弹簧片的两个延伸臂并挤压二者将所述馈源压紧定位。

53.根据权利要求51所述的反射阵列天线，其特征在于，所述紧固件包括设置在所述支杆外表面上的压片和分别从所述压片两端穿过以进入天线安装面的螺钉。

54.根据权利要求46所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵面平行于天线安装面，所述天线安装面为竖直表面、水平表面或斜表面。

55.根据权利要求54所述的反射阵列天线，其特征在于，所述竖直表面为竖直墙壁。

56.根据权利要求54所述的反射阵列天线，其特征在于，所述水平表面为水平地面或水平屋顶。

57.根据权利要求54所述的反射阵列天线，其特征在于，所述斜表面为倾斜地面、倾斜屋顶或倾斜墙壁。

58.根据权利要求44所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线为发射天线、接收天线或收发两用天线。

59.根据权利要求44所述的反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线为卫星电视接收天线、卫星通信天线、微波天线或雷达天线。

60.一种动中通天线，其特征在于，所述动中通天线包括伺服系统及权利要求44所述的反射阵列天线。

61.根据权利要求60所述的动中通天线，其特征在于，所述伺服系统用于控制馈源相对所述反射阵面运动以进行波束扫描。

62.根据权利要求60所述的动中通天线，其特征在于，所述反射阵面的对称轴与馈源的中心轴同在第一平面内，所述伺服系统用于控制反射阵面相对天线安装面转动及用于控制馈源在所述第一平面内运动以进行波束扫描。

63.根据权利要求62所述的动中通天线，其特征在于，所述动中通天线的移动载体为汽车、船舶、飞机或火车。

64.根据权利要求63所述的动中通天线，其特征在于，所述天线安装面为汽车的车顶面或汽车的前舱盖顶面。

65.根据权利要求63所述的动中通天线，其特征在于，所述天线安装面为船舶的控制舱顶面或船舶的船体侧面。

66.根据权利要求63所述的动中通天线，其特征在于，所述天线安装面为飞机的机体顶面、飞机的机体侧面或飞机的机翼顶面。

67.根据权利要求63所述的动中通天线，其特征在于，所述天线安装面为火车的顶面或火车的侧面。

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