CN107039780B - 反射天线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射天线及其设计方法。其中，该反射天线包括：馈源，用于发射电磁波；副反射曲面，位于馈源辐射口一侧，用于对电磁波进行赋形；以及主反射面板，位于馈源辐射口的另一侧，用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位。本发明解决了现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的技术问题。

Description

反射天线及其设计方法

技术领域

本发明涉及天线领域，具体而言，涉及一种反射天线及其设计方法。

背景技术

随着卫星通信技术的快速发展，反射天线的应用越来越广泛。反射天线由馈源和平板反射阵列组成。其中，平板反射阵列是由大量印刷于介质基片上的微带贴片单元组成的平面阵列。反射天线的工作原理为：由馈源发射的电磁波沿着不同传输路径到达平板反射阵列上的每个单元，传输路径差异导致不同单元所接收的入射场具有不同的空间相位，通过合理设计每个单元，使其对不同的入射场做出不同的相位补偿，让反射场在天线口径面上形成所需的同相位波前。

现有的反射天线的馈源采用喇叭直接照射，其照射方式可以分为垂直照射(正馈)和斜入射(偏馈)两种。图1是根据现有技术的馈源喇叭斜入射正方形平板反射阵列面板时电磁波功率分布的示意图，如图1所示，图中的等值线代表的是归一化功率密度分贝值，-10dB的等值线代表平板反射阵列面板上此处的功率密度降为辐射功率密度最大值的十分之一，其中，-10dB等值线在馈源喇叭斜入射正方形平板反射阵列面板的情况下是一个椭圆。为了获得尽量大的板反射阵列面板的利用率，将此椭圆内切于正方形平板反射阵列面板，从图1中可以看出，正方形平板反射阵列面板四角处的面积没有得到利用，而且电磁波的功率密度在整个正方形平板反射阵列面板上不是均匀分布的，正方形平板反射阵列面板边缘的功率也是不可控的，这样将会导致天线的旁瓣电平有可能不符合国际卫星组织对于天线旁瓣包络规范，即天线的旁瓣电平不可以超过-14dB，同时，电磁波的功率密度在整个平板反射阵列面板上分布不均匀也将会导致不能对平板反射阵列面板的最佳相位调制性能进行优化。此外，现有的反射天线无论采用正馈还是偏馈方式，馈源对平板反射阵列面板发出的电磁波都会有一定程度的遮挡，降低了天线的总体效率。

针对现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种反射天线及其设计方法，以至少解决现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种反射天线，包括：馈源，用于发射电磁波；副反射曲面，位于馈源辐射口一侧，用于对电磁波进行赋形；以及主反射面板，位于馈源辐射口的另一侧，用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位。

进一步地，副反射曲面呈伞状曲面。

进一步地，副反射曲面的中部为凹面且向馈源方向凹陷。

进一步地，副反射曲面划分为多个彼此无缝连接的子曲面，多个子曲面的公共连接部是副反射曲面的中部。

进一步地，每个子曲面为凹面且向馈源方向凹陷。

进一步地，副反射曲面的横切面为多边形，多边形的每个边为曲线且向多边形的中心弯曲。

进一步地，相邻两个子曲面的交界区域为凸面且向远离馈源的方向凹陷。

进一步地，主反射面板包括：多个相位调整单元，其中，通过调整多个相位调整单元中的每个相位调整单元控制赋形后的电磁波具有相同的相位。

进一步地，主反射面板为超材料反射面板。

进一步地，超材料反射面板包括：介质基板；设置在介质基板表面的多个导电几何结构；以及设置在介质基板的与导电几何结构相对的另一表面的反射层。

进一步地，反射层为金属层。

进一步地，超材料反射面板的形状为矩形。

进一步地，副反射曲面上的点满足如下关系：tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)；以及KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，其中，K为预设常数，副反射曲面上的点为极坐标系下的点，ρ为副反射曲面上的点的极径，φ为副反射曲面上的点的极角，极坐标系的坐标原点为馈源的相位中心，G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为馈源方向图的微分面元，ψ为入射角，θ为反射角，入射角为电磁波的入射方向与馈源的中轴线的夹角，反射角为电磁波的反射方向与馈源的中轴线的夹角，入射角和反射角由主反射面板的尺寸和第一距离确定，第一距离为馈源与主反射面板之间的距离。

进一步地，主反射面板上赋形后的电磁波的功率密度呈环形分布，其中，环形的外边界内切于主反射面板的边界，馈源在主反射面板上的投影落在环形的内边界内。

进一步地，赋形后的电磁波的功率密度在环形分布的区域内均匀分布。

进一步地，馈源通过连接部件与主反射面板相连接。

进一步地，连接部件为圆波导管或支撑杆，馈源沿圆波导管或支撑杆轴向可活动的设置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种本发明实施例中任一种反射天线的设计方法，该方法包括：获取主反射面板的尺寸和第一距离，其中，第一距离为馈源与主反射面板之间的距离；根据主反射面板的尺寸和第一距离计算副反射曲面，其中，副反射曲面用于对馈源发射的电磁波赋形，主反射面板用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位；以及由馈源、副反射曲面和主反射面板得到反射天线。

进一步地，根据主反射面板的尺寸和第一距离计算副反射曲面包括：根据主反射面板的尺寸和第一距离确定入射角和反射角，其中，入射角为电磁波的入射方向与馈源的中轴线的夹角，反射角为电磁波的反射方向与馈源的中轴线的夹角；按照入射角和反射角分别建立第一方程和第二方程；以及由第一方程和第二方程联立求解得到副反射曲线；以及通过旋转副反射曲线得到副反射曲面。

进一步地，第一方程为tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)，其中，ψ为入射角，θ为反射角，ρ为极坐标系下的极径，极坐标系的坐标原点为馈源的相位中心，第二方程为KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，其中，G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为馈源方向图的微分面元，φ为极坐标系下的极角，K为预设常数。

进一步地，赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上呈环形分布，其中，环形的外边界内切于主反射面板的边界，馈源在主反射面板上的投影落在环形的内边界内。

进一步地，赋形后的电磁波的功率密度在环形分布的区域内均匀分布。

进一步地，主反射面板为超材料反射面板；超材料反射面板包括：介质基板；设置在介质基板表面的多个导电几何结构；以及设置在介质基板的与导电几何结构相对的另一表面的反射层。

在本发明中，反射天线的副反射曲面由主反射面板的尺寸以及馈源与主反射面板之间的距离确定，通过副反射曲面对馈源发出的电磁波进行赋形，使得反射到主反射面板上的赋形后的电磁波的功率密度呈均匀地环形分布，达到了提高主反射面板利用率的目的，从而实现了提高反射天线总体效率的技术效果，进而解决了现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的馈源喇叭斜入射正方形平板反射阵列面板时电磁波功率分布的示意图；

图2是根据本发明实施例的反射天线的示意图；

图3a是根据本发明实施例的馈源喇叭的斜仰视示意图；

图3b是根据本发明实施例的馈源喇叭的斜俯视示意图；

图3c是根据本发明实施例的馈源喇叭的剖面示意图；

图4是根据本发明实施例的入射角和反射角的示意图；

图5a是根据本发明第一实施例的副反射曲面的示意图；

图5b是根据本发明第一实施例的副反射曲面的俯视示意图；

图6a是根据本发明第二实施例的副反射曲面的示意图；

图6b是根据本发明第二实施例的副反射曲面的俯视示意图；

图7是根据本发明实施例的主反射面板上赋形后的电磁波的功率密度分布示意图；

图8是由本发明第一实施例的副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上的分布示意图；

图9是由本发明第二实施例的副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上的分布示意图；以及

图10是根据本发明实施例的反射天线的设计方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种反射天线。图2是根据本发明实施例的反射天线的示意图，如图2所示，该实施例的反射天线包括：馈源10，副反射曲面20和主反射面板30。

馈源10，用于发射电磁波。该实施例中的馈源10为馈源喇叭，图3a是根据本发明实施例的馈源喇叭的斜仰视示意图，图3b是根据本发明实施例的馈源喇叭的斜俯视示意图，图3c是根据本发明实施例的馈源喇叭的剖面示意图，如图3a，图3b，图3c所示，馈源喇叭可以包括依次连接的馈电段31、过渡变化段32和辐射口段33，其中，在馈电段中心设置有金属隔板34。馈源喇叭的辐射口为圆形，馈源喇叭关于其自身中心轴线上下、左右均对称，这样极大地优化了馈源喇叭的发射均匀电磁波的性能。馈源喇叭可以为现有的异形变张角差模喇叭，馈源喇叭的辐射口可以为圆形，馈源喇叭的辐射口也可以为八边形。

副反射曲面20，位于馈源10辐射口一侧，用于对电磁波进行赋形，其中，副反射曲面20是由主反射面板30的尺寸以及馈源10与主反射面板30之间的距离确定的曲面。

可选地，副反射曲面20上的点满足以下关系：tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)；以及KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，其中，K为预设常数，副反射曲面上的点为极坐标系下的点，ρ为副反射曲面上的点的极径，φ为副反射曲面上的点的极角，极坐标系的坐标原点为馈源的相位中心，G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为馈源方向图的微分面元。图4是根据本发明实施例的入射角和反射角的示意图，如图4所示，ψ为入射角，θ为反射角，入射角为电磁波的入射方向与馈源的中轴线的夹角，反射角为电磁波的反射方向与馈源的中轴线的夹角，入射角和反射角由主反射面板的尺寸和第一距离确定，第一距离为馈源与主反射面板之间的距离。

副反射曲面20为不规则曲面，副反射曲面20上的每个点均满足上述关系。根据实际的设计需求的不同，主反射面板的尺寸以及馈源与主反射面板之间的距离不同，相应地，副反射曲面20的形状也会不同。比如，图5a是根据本发明第一实施例的副反射曲面的示意图，图5b是根据本发明第一实施例的副反射曲面的俯视示意图，图6a是根据本发明第二实施例的副反射曲面的示意图，图6b是根据本发明第二实施例的副反射曲面的俯视示意图，图5a、图5b以及图6a、图6b中所示的副反射曲面分别是根据两种不同的主反射面板的尺寸以及馈源与主反射面板之间的距离确定得到的副反射曲面。如图5a、图5b、图6a以及图6b所示，副反射曲面20呈伞状曲面，其可划分为多个彼此无缝连接的子曲面，多个子曲面的公共连接部是副反射曲面20的中部。副反射曲面20的中部为凹面且向馈源10方向凹陷。副反射曲面20的多个子曲面中的每个子曲面为凹面且向馈源方向凹陷，且相邻两个子曲面的交界区域为凸面且向远离馈源的方向凹陷。副反射曲面20的横切面为多边形，多边形的每个边为曲线且向多边形的中心弯曲。图5a、图5b、图6a以及图6b所示的副反射曲面只是本发明副反射曲面的优选实施例，根据主反射面板的尺寸以及馈源与主反射面板之间的距离，本发明中的副反射曲面还可以有多种不同的形状，此处不再一一举例说明。

如图2所示，该实施例中的馈源10的相位中心位于副反射曲面20的焦点上，馈源10与副反射曲面20之间通过金属杆等衔接部件相连接。该实施例的反射天线中的馈源10发出的电磁波照射到副反射曲面20，通过控制副反射曲面20上的每一个点的空间坐标，实现副反射曲面20对电磁波进行赋形，使得赋形后的电磁波按照需求方向反射到主反射面板30上。为了提高反射天线的效率，该实施例中的副反射曲面20将按照以下需求对电磁波进行赋形：在主反射面板上赋形后的电磁波的功率密度均匀分布，且赋形后的电磁波的功率密度尽量地分布在整个主反射面板上，以达到提高主反射面板利用率的效果。

主反射面板30，位于馈源10辐射口的另一侧，用于调整赋形后的电磁波具有相同的相位。该实施例中的主反射面板30为超材料反射面板，且超材料反射面板的形状为矩形，比如边长为1.2米的正方形超材料反射面板。超材料反射面板可以包括：介质基板；设置在介质基板一表面的多个导电几何结构；以及设置在介质基板的与导电几何结构相对的另一表面的反射层，其中，反射层为金属层。该实施例的主反射面板采用具备导电几何结构和金属反射层的超材料反射面板，有利于准确分析主反射面板上电场强度的相位信息，以有效控制主反射面板反射的电磁波具有相同的相位，从而达到提高反射天线增益，提高反射天线总体效率的技术效果。同时，采用具备导电几何结构和金属反射层的超材料反射面板作为主反射面板，也能够提高主反射面板反射电磁波的强度，进而提高反射天线发射信号的强度。可选地，该实施例中的馈源10通过连接部件与主反射面板30相连接，其中，连接部件可以为圆波导管，也可以为其他部件，比如支撑杆。馈源10沿主反射面板30中心的轴向设置，并与主反射面板30间隔设置，使得馈源10与主反射面板30之间具有一定的距离，该距离与主反射面板的尺寸共同决定了副反射曲面的形状以及大小。馈源10沿圆波导管方向可活动的设置，目的是为了灵活调整馈源10与主反射面板30之间的距离，进而计算得到更加符合要求的副反射曲面，达到提高主反射面板利用率的目的。

可选地，该实施例的反射天线还包括：调节支架，其中，调节支架安装在连接部件的一端，主反射面板30安装在连接部件的另一端。调节支架沿圆波导管方向可活动的设置，且馈源10安装在调节支架上，这样即可以通过调整调节支架来调节馈源10与主反射面板30之间的距离。

可选地，该实施例的反射天线采用环焦正馈的方法，将馈源10与副反射曲面20集成在一个结构中，该结构成为赋形副反射面环焦馈源。赋形副反射面环焦馈源包括馈源10和副反射曲面20，赋形副反射面环焦馈源位于主反射面板30的中心上方，通过连接部件(比如圆波导管或者支撑杆)与主反射面板30相连接。赋形副反射面环焦馈源也沿主反射面板30中心的轴向设置，并与主反射面板30间隔设置，且沿圆波导管方向可活动的设置，这样能够方便地调节赋形副反射面环焦馈源与主反射面板之间的距离。该实施例将馈源10与副反射曲面20集成在一个结构，即赋形副反射面环焦馈源，一定程度上缩小了反射天线的大小，同时，有利于避免从主反射面板反射的电磁波被馈源或者副反射曲面遮挡，提高了反射天线的总体效率。

可选地，该实施例的反射天线的主反射面板30上赋形后的电磁波的功率密度呈均匀地环形分布。图7是根据本发明实施例的主反射面板上赋形后的电磁波的功率密度分布示意图，如图7所示，主反射面板30上赋形后的电磁波的功率密度呈环形分布，且在环形区域内均匀分布。其中，环形的外边界内切于主反射面板30的边界，馈源10在主反射面板30上的投影落在环形的内边界内。可选地，副反射曲面20在主反射面板30上的投影落也落在环形的内边界内。馈源10和副反射曲面20在主反射面板30上的投影落在环形的内边界内，目的是为了确保主反射面板30上发射的赋形后的电磁波不被任何物体(比如馈源10、副反射曲面20)遮挡，从而达到提高反射天线增益的效果。

主反射面板30的尺寸不同或者馈源10与主反射面板30之间的距离不同，将会决定副反射曲面20的形状和尺寸的不同。电磁波经过不同的副反射曲面20赋形后得到的赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板30上的分布不同。比如，图8是由本发明第一实施例的副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上的分布示意图，图9是由本发明第二实施例的副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上的分布示意图。从图7、图8以及图9中可以看出，该实施例的反射天线能够提高主反射面板的有效利用率，能够控制赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上均匀分布，达到了提高反射天线增益，降低旁瓣电平以及优化相位调整性能的效果。

可选地，该实施例中的主反射面板30由多个相位调整单元组成，其中，通过调整多个相位调整单元中的每个相位调整单元控制赋形后的电磁波具有相同的相位。通过主反射面板调整反射天线发出的电磁波具有相同的相位，有利于增强天线信号强度，提高了天线的效率。

该实施例的反射天线包括馈源、副反射曲面以及主反射面板，其中，副反射曲面可以根据主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板之间的距离确定，使得通过副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上呈均匀地环形分布，通过该实施例的反射天线解决了现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的问题，进而达到了提高天线增益，降低旁瓣电平以及优化相位调整性能的技术效果。

根据本发明实施例，提供了一种反射天线的设计方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图10是根据本发明实施例的反射天线的设计方法的流程图，该方法中的反射天线为本发明实施例中的任意一种可选或者优选的反射天线，如图10所示，该反射天线的设计方法包括如下步骤：

步骤S102，获取主反射面板的尺寸和第一距离，其中，第一距离为馈源与主反射面板之间的距离。

根据实际设计要求，主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板之间的距离可以进行调整。主反射面板的尺寸包括主反射面板的形状和大小。该实施例的反射天线的设计方法中的主反射面板优选为超材料反射面板，该超材料反射面板的形状优选为矩形，比如，边长1.2米的正方形超材料反射面板。反射天线中的馈源通过连接部件(比如圆波导管)与主反射面板相连接，馈源沿主反射面板中心的轴向设置，并与主反射面板间隔设置，且馈源沿连接部件方向可活动的设置，该实施例将馈源可活动地设置在连接部件方向上，进而达到了灵活调节馈源与主反射面板之间的距离的目的。

步骤S104，根据主反射面板的尺寸和第一距离计算副反射曲面，其中，副反射曲面用于对馈源发射的电磁波赋形，主反射面板用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位。

主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板间的距离作为获取副反射曲面的数据依据，不同的主反射面板的尺寸或者不同的馈源与主反射面板间的距离，将决定不同的副反射曲面。该实施例的反射天线的设计方法根据主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板间的距离计算副反射曲面，是为了控制经过副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上均匀分布，且尽量地分布在整个主反射面板上，以实现提高主反射面板利用率的效果。

可选地，根据主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板间的距离计算副反射曲面包括以下步骤：

步骤S1，根据主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板间的距离确定入射角和反射角，如图4所示，入射角为电磁波的入射方向与馈源的中轴线的夹角，反射角为电磁波的反射方向与馈源的中轴线的夹角。

步骤S2，按照入射角和反射角分别建立第一方程和第二方程。其中，第一方程为几何光学反射原理对应的方程，即tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)，其中，ψ为入射角，θ为反射角，ρ为极坐标系下的极径，极坐标系的坐标原点为馈源的相位中心。第二方程为能量守恒原理对应的方程，即KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，其中，G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为馈源方向图的微分面元，φ为极坐标系下的极角，K为预设常数，根据入射功率与反射功率相等求得。

步骤S3，由第一方程和第二方程联立求解得到副反射曲线。根据几何光学反射原理对应的方程和能量守恒原理对应的方程联立求解得到的是一组极坐标系下的坐标值，通过连接这组坐标值即可以得到一条曲线，即副反射曲线。

步骤S4，通过旋转副反射曲线得到副反射曲面。在与主反射面板平行的方向上旋转一周副反射曲线得到副反射曲面。

利用该实施例的反射天线的设计方法根据主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板间的距离获取副反射曲面。反射天线中的馈源发出的电磁波照射到副反射曲面，通过控制副反射曲面上的每一个点的空间坐标，实现副反射曲面对电磁波进行赋形，使得赋形后的电磁波按照需求方向反射到主反射面板上。为了提高反射天线的效率，该实施例中的副反射曲面将按照以下需求对电磁波进行赋形：在主反射面板上赋形后的电磁波的功率密度均匀分布，且赋形后的电磁波的功率密度尽量大的分布在主反射面板上，以达到提高主反射面板利用率的效果。

可选地，通过该实施例的反射天线的设计方法中的副反射曲面赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上呈环形分布，且在环形区域内均匀分布。其中，环形的外边界内切于主反射面板的边界，馈源在主反射面板上的投影落在环形的内边界内，且副反射曲面在主反射面板上的投影也落在环形的内边界内，保证了主反射面板上发射的赋形后的电磁波不被任何物体(比如馈源、副反射曲面)遮挡，从而达到提高反射天线增益的效果。

可选地，该实施例中的主反射面板为超材料反射面板，超材料反射面板包括：介质基板；设置在介质基板一表面的多个导电几何结构；以及设置在介质基板的与导电几何结构相对的另一表面的反射层，其中，反射层为金属层。主反射面板用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位。主反射面板由多个相位调整单元组成，调整调制后的电磁波具有相同的相位包括：获取主反射面板上调制后的电磁波的电场强度的相位信息；根据相位信息调整多个相位调整单元中的每个相位调整单元；以及控制每个相位调整单元反射的调制后的电磁波具有相同的相位。通过主反射面板调整反射天线发出的电磁波具有相同的相位，有利于增强天线信号强度，提高了天线的效率。

步骤S106，由馈源、副反射曲面和主反射面板得到反射天线。

该实施例的反射天线的设计方法根据主反射面板的尺寸和馈源与主反射面板之间的距离获取副反射曲面，该副反射曲面可以按照需求对电磁波赋形，使得赋形后的电磁波的功率密度在主反射面板上呈均匀地环形分布。通过本发明实施例的反射天线的控制方法，解决了现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的问题，从而达到了提高天线增益与效率，降低旁瓣电平以及优化相位调制性能的技术效果。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种反射天线，其特征在于，包括：

馈源，用于发射电磁波；

副反射曲面，位于所述馈源辐射口一侧，用于对所述电磁波进行赋形；以及

主反射面板，位于所述馈源辐射口的另一侧，用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位；

其中，所述副反射曲面呈伞状曲面；

其中，所述副反射曲面划分为多个彼此无缝连接的子曲面，每个所述子曲面为凹面且向所述馈源方向凹陷；

其中，所述副反射曲面上的点满足如下关系：

tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)；以及

KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，

其中，K为预设常数，所述副反射曲面上的点为极坐标系下的点，ρ为所述副反射曲面上的点的极径，φ为所述副反射曲面上的点的极角，所述极坐标系的坐标原点为所述馈源的相位中心，

G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为所述反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为所述馈源方向图的微分面元，ψ为入射角，θ为反射角，所述入射角为电磁波的入射方向与所述馈源的中轴线的夹角，所述反射角为电磁波的反射方向与所述馈源的中轴线的夹角，所述入射角和所述反射角由所述主反射面板的尺寸和第一距离确定，所述第一距离为所述馈源与所述主反射面板之间的距离。

2.根据权利要求1所述的反射天线，其特征在于，所述副反射曲面的中部为凹面且向所述馈源方向凹陷。

3.根据权利要求1所述的反射天线，其特征在于，多个子曲面的公共连接部是所述副反射曲面的中部。

4.根据权利要求3所述的反射天线，其特征在于，所述副反射曲面的横切面为多边形，所述多边形的每个边为曲线且向所述多边形的中心弯曲。

5.根据权利要求3所述的反射天线，其特征在于，相邻两个子曲面的交界区域为凸面且向远离所述馈源的方向凹陷。

6.根据权利要求1所述的反射天线，其特征在于，所述主反射面板包括：

多个相位调整单元，其中，通过调整所述多个相位调整单元中的每个相位调整单元控制赋形后的电磁波具有相同的相位。

7.根据权利要求1所述的反射天线，其特征在于，所述主反射面板为超材料反射面板。

8.根据权利要求7所述的反射天线，其特征在于，所述超材料反射面板包括：

介质基板；

设置在介质基板表面的多个导电几何结构；以及

设置在介质基板的与所述导电几何结构相对的另一表面的反射层。

9.根据权利要求8所述的反射天线，其特征在于，所述反射层为金属层。

10.根据权利要求7至9任一项所述的反射天线，其特征在于，所述超材料反射面板的形状为矩形。

11.根据权利要求1所述的反射天线，其特征在于，

所述主反射面板上所述赋形后的电磁波的功率密度呈环形分布，

其中，所述环形的外边界内切于所述主反射面板的边界，所述馈源在所述主反射面板上的投影落在所述环形的内边界内。

12.根据权利要求11所述的反射天线，其特征在于，所述赋形后的电磁波的功率密度在所述环形分布的区域内均匀分布。

13.根据权利要求1所述的反射天线，其特征在于，所述馈源通过连接部件与所述主反射面板相连接。

14.根据权利要求13所述的反射天线，其特征在于，所述连接部件为圆波导管或支撑杆，所述馈源沿所述圆波导管或支撑杆轴向活动设置。

15.一种权利要求1至14任一项所述的反射天线的设计方法，其特征在于，包括：

获取主反射面板的尺寸和第一距离，其中，所述第一距离为馈源与所述主反射面板之间的距离；

根据所述主反射面板的尺寸和所述第一距离计算副反射曲面，其中，所述副反射曲面用于对所述馈源发射的电磁波赋形，所述主反射面板用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位；以及

由所述馈源、所述副反射曲面和所述主反射面板得到所述反射天线。

16.根据权利要求15所述的设计方法，其特征在于，根据所述主反射面板的尺寸和所述第一距离计算副反射曲面包括：

根据所述主反射面板的尺寸和所述第一距离确定入射角和反射角，其中，所述入射角为电磁波的入射方向与所述馈源的中轴线的夹角，所述反射角为电磁波的反射方向与所述馈源的中轴线的夹角；

按照所述入射角和所述反射角建立第一方程和第二方程；以及

由所述第一方程和所述第二方程联立求解得到副反射曲线；以及

通过旋转所述副反射曲线得到所述副反射曲面。

17.根据权利要求16所述的设计方法，其特征在于，

所述第一方程为tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)，

其中，ψ为所述入射角，θ为所述反射角，ρ为极坐标系下的极径，所述极坐标系的坐标原点为所述馈源的相位中心，

所述第二方程为KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，

其中，G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为所述反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为所述馈源方向图的微分面元，φ为所述极坐标系下的极角，K为预设常数。

18.根据权利要求15所述的设计方法，其特征在于，

所述赋形后的电磁波的功率密度在所述主反射面板上呈环形分布，

其中，所述环形的外边界内切于所述主反射面板的边界，所述馈源在所述主反射面板上的投影落在所述环形的内边界内。

19.根据权利要求18所述的设计方法，其特征在于，所述赋形后的电磁波的功率密度在所述环形分布的区域内均匀分布。

20.根据权利要求15所述的设计方法，其特征在于，所述主反射面板为超材料反射面板；所述超材料反射面板包括：

介质基板；

设置在介质基板表面的多个导电几何结构；以及

设置在介质基板的与所述导电几何结构相对的另一表面的反射层。