CN105428819A - 一种可控副瓣电平的反射阵天线及方法 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种可控副瓣电平的反射阵天线及方法，属于无线通信技术、雷达技术、成像技术领域。通过在其基本周期单元中引入能够控制插入损耗的结构变量，并增大插入损耗幅度变化范围，同时保证在整个变量变化范围内，引入的相位误差保持低于一定值。在保证满足相位补偿的情况下，通过改变阵面各单元插入损耗的大小实现不同阵面电平分布完成对反射阵列天线副瓣电平的控制。结构实现简单，加工方便，可用于微波、毫米波甚至太赫兹等各个频段。该发明方法首次提出了反射阵列天线通过控制阵面各单元插入损耗的大小实现对于副瓣电平的控制。

Description

一种可控副瓣电平的反射阵天线及方法
技术领域
本发明属于无线通信技术、雷达技术、成像技术领域。具体涉及一种新颖的具有可控副瓣电平的反射阵天线。
背景技术
反射阵列天线由初级馈源和平面阵面构成，通过改变阵面上单元的结构尺寸或者旋转其角度补偿由于初级馈源到达阵面各单元不同路径长度造成的相位延迟，能够实现电场在远场的同相叠加。反射阵列相比于传统的抛物面天线和相控阵天线，在实现高增益的同时能够克服抛物面天线的笨重体积和相控阵天线昂贵的造价。这就使得反射阵列天线提出后就获得了快速的发展和应用。
然而，到目前为止仍没有具体的文章、专利或者产品提出关于反射阵列副瓣电平的控制方法。由于反射阵列相比于相控阵天线缺少T/R组件，使得对于反射阵列副瓣电平的控制缺乏有效的实现手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法实现对于反射阵列天线副瓣电平控制。这种方法能够有效实现对反射阵列天线副瓣电平的各种需求。
本发明一种可控副瓣电平的反射阵天线，该天线包括介质层、位于介质层上方的反射阵列、位于介质层下方的金属地板，所述反射阵列包括多个反射阵元，反射阵元为金属贴片，其特征在于反射阵元包括环形贴片(201)和位于环形贴片内且中心对称的“Z”形贴片(202)，所述“Z”形贴片的顶部和底部为同心圆弧形，且与环形贴片共中心。
其中所述环形贴片为圆环形或方环形。
一种用于可控副瓣电平反射阵天线的副瓣电平控制方法，该方法为通过调节“Z”形贴片的顶部和底部弧形的弧度来调节该反射天线的插入损耗；通过调节环形贴片的半径大小来调节反射天线的相位。
本发明方法所述的一种可控副瓣电平的反射阵列天线结构实现简单，加工方便，可用于微波、毫米波甚至太赫兹等各个频段。该发明方法首次提出了反射阵列天线通过控制阵面各单元插入损耗的大小实现对于副瓣电平的控制。
附图说明
图1为本发明采用的正向馈电方式侧视图；
图2为反射阵列基本周期单元结构；
图3为基本周期单元插入损耗随不同参数变化图；
图4为基本周期单元反射相位随不同参数变化图；
图5为对阵面电平的不同处理图；
具体实施方式
下面结合附图，对本发明技术方案进行详细的说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施实例。
本发明方法通过在其基本周期单元中引入能够控制插入损耗的结构变量，并增大插入损耗幅度变化范围，同时保证在整个变量变化范围内，引入的相位误差保持低于一定值。在保证满足相位补偿的情况下，通过改变阵面各单元插入损耗的大小实现不同阵面电平分布完成对反射阵列天线副瓣电平的控制。
图1为本发明采用的正向馈电方式侧视图。馈源101位于反射阵面102中心正上方。
图2为本发明方法所采用的反射阵列基本周期单元的俯视图和侧视图。该单元由三层结构构成，分别为201和202金属贴片层，203介质层以及204金属地板支撑层。该单元工作在1THz。其中介质203的介电常数为2.48，损耗正切角为0.01，厚度h为30μm。201、202和204使用金属铝，并采用表面阻抗边界，其阻抗ZSR＝0.301+j0.345Ω。基本周期单元为方形单元，整体的大小p＝120μm。201和202为两个谐振单元，线宽w都为5μm，两者之间的缝隙g＝8μm。通过改变201的半径L控制单元的反射相位，同时，在需要的反射相位满足的条件下，通过控制202支节来改变两个谐振结构之间能量的耦合强度以实现对于插入损耗的控制并同时保证反射相位仅仅受到一定程度内的影响。
图3为平行于Y轴的电场照射到单元上，改变L和时，单元的插入损耗变化。由图可知，当L固定时，改变能够很大程度的改变插入损耗的变化范围，最大变化范围甚至达到-20dB左右，为设计不同的阵面电平分布提供了基础条件。
图4为平行于Y轴的电场照射到单元上，改变L和时，单元的反射相位变化。由图可知，当固定时，改变L能够获得大于360度的相位变化范围，满足反射阵列相位设计的基本要求。同时，当L固定时，改变时引入的反射相位变化在一定范围内几乎可以忽略不计，这就为控制副瓣电平的同时并不影响天线方向图主瓣提供了可靠的保证。
图5为本发明所仿真的实例对于阵面电平的控制。由于基本单元的不对称性，设计两列对称分布来降低阵列天线的交叉极化。实例中阵列大小为20×2，F/D＝2。图中，‘■’标记曲线为不对阵面单元插入损耗采取任何控制所表现出的电平分布，其中，每个标记点为对应阵列单元所表现出的插入损耗加上由于距离所造成的损耗。其中，距离所造成的损耗与位于阵列中心的参考单元进行归一化处理。标记曲线为希望设计出的阵面电平分布，通过设计成“锥削”分布以达到降低副瓣电平的效果。标记曲线为实际控制实现的阵面电平分布，与理想的分布基本保持一致，同时，引入的相位误差为389度，平均于每个单元相位误差低于10度，保证了设计的可行性。

Claims (3)

1.一种可控副瓣电平的反射阵天线，该天线包括介质层、位于介质层上方的反射阵列、位于介质层下方的金属地板，所述反射阵列包括多个反射阵元，反射阵元为金属贴片，其特征在于反射阵元包括环形贴片(201)和位于环形贴片内且中心对称的“Z”形贴片(202)，所述“Z”形贴片的顶部和底部为同心圆弧形，且与环形贴片共中心。
2.如权利要求1所述的一种可控副瓣电平的反射阵天线，其特征在于所述环形贴片为圆环形或方环形。
3.一种用于可控副瓣电平反射阵天线的副瓣电平控制方法，该方法为通过调节“Z”形贴片的顶部和底部弧形的弧度来调节该反射天线的插入损耗；通过调节环形贴片的半径大小来调节反射天线的相位。
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