CN105914474B - 一种平面形式的频率复用的天线副反射面 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平面形式的频率复用的天线副反射面。该副反射面包含两个功能层，分别是频率选择层和移相层。频率选择层对前馈馈源是全透射的，对后馈馈源是全反射的。后馈馈源照射移相层后，电磁波的反射相位发生变化，使反射波的相位中心与天线主反射面的焦点重合。该副反射面的两个功能层共同作用，实现主反射面的频率复用。本发明避免加工曲面形式的频率选择层，可以提高产品的成品率。

Description

一种平面形式的频率复用的天线副反射面
技术领域
本发明属于通信、测控和遥感接收等领域，涉及一种平面形式的频率复用的天线副反射面。
背景技术
反射面天线在卫星通信、深空探测、遥控遥感等领域应用广泛。其中双反射面天线的性能比单反射面天线更加优异。双反射面天线有主反射面和副反射面两块面板。其中副反射面的作用是，将初级馈源的辐射能量有规律地反射到主反射面上，形成高增益波束。双反射面天线主要有卡塞格伦型和格里高利型。卡塞格伦天线的副反射面为双曲面，格里高利天线的副反射面为椭圆面。
频率选择表面是一种由金属微结构单元周期排布组成的功能性表面，它对某一频段的电磁波呈现金属特性，起到全反射作用，对另一频段的电磁波则呈现空气特性，起到全透射作用。在双反射面天线系统中，将金属副反射面替换为频率选择表面，在该面两侧分别放置前馈馈源和后馈馈源，可以反射后馈馈源的能量，同时透射前馈馈源的能量，实现主反射面的频率复用。
但是，曲面共形的频率选择表面，设计分析难度大，加工工艺流程复杂，产品成品率极低。
发明内容
本发明提出一种平面形式的具备频率复用特性的天线副反射面，保留原曲面副反射面的频率复用功能。本发明避免了曲面频率选择副反射面的设计难度、加工工艺复杂度和实施难度，可以大大提高频率复用副反射面的成品率。
本发明所采取的技术方案为：
一种平面形式的天线副反射面，其特征在于：包括平面结构的频率选择层和平面结构的移相层，所述的频率选择层与移相层为平行设置且两者之间为非导电介质；所述的频率选择层由第一介质板和印刷在第一介质板一侧表面的多个结构相同的第一金属微结构单元组成，多个第一金属微结构单元为阵列排布；所述的移相层由第二介质板和印刷在第二介质板一侧表面的多个第二金属微结构单元组成，多个第二金属微结构单元的中心与多个第一金属微结构单元的中心一一对齐。
第二金属微结构单元的移相角度的计算公式为：
其中，f为后馈馈源的工作频率，c为光速，r为副面上某点到副面中心的距离，d1为后馈馈源相位中心到副反射面的距离，d2为副反射面到主面焦点的距离。
作为一种优选方案，频率选择层和移相层均为圆盘形。
作为一种优选方案，所述的非导电介质为空气或泡沫。
本发明相比于背景技术，其优点为：
(1)副反射面外形为平面形，不存在扭曲变形的问题，设计准确，制作简单。
(2)频率选择层可自主设计，工作频宽调控方便。微结构单元形状多样，布阵方式灵活，支持全极化电磁波。
(3)移相层可自主设计，工作频宽调控方便。微结构单元形状多样，布阵方式灵活，支持全极化电磁波。
(4)频率选择层和移相层可采用印制板工艺制作，工艺成熟稳定，加工精度高，便于安装固定。
附图说明
图1是平面形式的天线副反射面的结构示意图；
图2是使用本发明的天线系统示意图。
图3是频率选择层的结构示意图。
图4是移相层的结构示意图。
图5是移相层的设计方法示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图5对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围不局限于所述实施范例。
如图1所示，一种平面形式的天线副反射面，包括平面结构的频率选择层1和平面结构的移相层2，所述的频率选择层与移相层为平行设置且两者之间为非导电介质；所述的非导电介质是指具有非导电性能的材料，包括空气、泡沫和纸蜂窝。
如图2所示，一种使用该副反射面的天线系统还包含前馈馈源3，后馈馈源4和天线主反射面5。两个馈源的工作频带不同。前馈馈源3的相位中心与主反射面的焦点重合。后馈馈源4的相位中心经过副反射面后，反射波的相位中心与主反射面的焦点重合。频率选择层1和移相层2的前后顺序不可调换。
如图3所示，所述的频率选择层由第一介质板1-1和印刷在第一介质板一侧表面的多个结构相同的第一金属微结构单元1-2组成，多个第一金属微结构单元为阵列排布；
如图4所示，所述的移相层由第二介质板2-1和印刷在第二介质板一侧表面的多个第二金属微结构单元2-2组成，多个第二金属微结构单元的中心与多个第一金属微结构单元的中心一一对齐。
第二金属微结构单元的移相角度的计算公式为：
其中，f为后馈馈源的工作频率，c为光速，r为副面上某点到副面中心的距离，d1为后馈馈源相位中心到副反射面的距离，d2为副反射面到主面焦点的距离。根据公式(1)可知，称相层2的移相值呈环形分布。
作为一种优选方案，频率选择层和移相层均为圆盘形。
实施过程中，副面的横向尺寸由主反射面设计要求的照射角决定。

Claims (3)

1.一种平面形式的天线副反射面，其特征在于：包括平面结构的频率选择层(1)和平面结构的移相层(2)，所述的频率选择层(1)与移相层(2)为平行设置且两者之间为非导电介质；所述的频率选择层(1)由第一介质板(1-1)和印刷在第一介质板一侧表面的多个结构相同的第一金属微结构单元(1-2)组成，多个第一金属微结构单元(1-2)为阵列排布；所述的移相层(2)由第二介质板(2-1)和印刷在第二介质板一侧表面的多个第二金属微结构单元(2-2)组成，多个第二金属微结构单元(2-2)的中心与多个第一金属微结构单元(2-1)的中心一一对齐；
所述的第二金属微结构单元(2-2)的移相角度的计算公式为：
其中，f为后馈馈源(4)的工作频率，c为光速，r为副面上某点到副面中心的距离，d1为后馈馈源相位中心到副反射面的距离，d2为副反射面到主面焦点的距离。
2.根据权利要求1所述的一种平面形式的天线副反射面，其特征在于：频率选择层(1)和移相层(2)均为圆盘形。
3.根据权利要求2所述的一种平面形式的天线副反射面，其特征在于：所述的非导电介质为空气或泡沫。
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