CN110518366B - 基于3d打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线 - Google Patents

基于3d打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线，解决了目前无法同时实现介质反射阵天线圆极化特性与加工的问题。圆极化介质反射单元包括介质块、介质底板和金属地板；介质块与介质底板均采用介电常数在3.4～4.1之间的介质材料，用光固化成型3D打印技术加工；介质块为六棱柱结构，实现线极化到圆极化转化；改变其高度调节反射相位大小。圆极化介质反射阵天线包括反射阵和馈源，反射阵由介质反射单元阵列构成；馈源为线极化波导探头。本发明中的六棱柱结构保证采用低介电常数介质材料的反射阵天线能同时实现圆极化特性与加工；缓解现有反射阵天线增益带宽较窄的现状，有效的扩宽反射阵天线的增益带宽，用于卫星通信。

Description

基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及圆极化反射阵天线，具体是一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线。应用于雷达及卫星通讯。
背景技术
反射阵天线是利用反射单元的相移特性来补偿从馈源发出的入射波至等相位面的路径差带来的相位差，从而形成垂直于等相位面的聚集波束，与传统的反射面天线相比，其结构紧凑更适用于空间受限的场合如便携式卫星通信天线。
近年来，介质反射阵天线由于和3D打印技术的结合，受到了广泛的关注。随着技术的发展，在微波系统中通常要求某些天线实现更宽的增益带宽和圆极化以加强天线的抗干扰能力。介质反射阵天线如何实现更宽的增益带宽与圆极化特性国内外研究学者的高度重视。
文献P.Nayeri et al.,"3D Printed Dielectric Reflectarrays:Low-CostHigh-Gain Antennas at Sub-Millimeter Waves,"in IEEE Transactions on Antennasand Propagation,vol.62,no.4,pp.2000-2008,April 2014.中可知介质反射阵天线与微带反射阵天线相比相位范围较大，但是仍未实现圆极化，且增益带宽较窄。
文献X.Zhao,F.Wei,B.Li and X.Shi,"Design of Circularly PolarizedDielectric Resonator Reflectarray Antenna,"2018 Asia-Pacific MicrowaveConference(APMC),Kyoto,2018,pp.1552-1554.中实现了圆极化介质反射阵天线，其采用介电常数为10.2的材料，因目前加工技术无法实现采用高介电常数的材料的介质反射阵的加工，所以无法进行加工与实测。
综上，目前的技术发明面临着两个问题，其一是介质反射阵天线增益带宽较窄；其二是如何采用低介电常数的材料实现圆极化介质反射阵天线。即无法同时实现介质反射阵天线圆极化特性与加工。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足、缺陷和困难，提出一种增益带宽更宽的基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线。
本发明是一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元，其特征在于，所述圆极化介质反射单元采用光固化成型3D打印技术，利用光束固化液体成型，所述圆极化介质反射单元包括介质块、介质底板和金属地板；介质块处于介质底板和金属地板中心；介质块的加工材料为光敏树脂，介电常数为3.4到3.8；介质块采用六棱柱结构，六棱柱结构的表面或横切面其中一对相邻的棱边线边长相等，分别为a和b，沿a和b顺时针旋转后的棱边线分别为c，a’，b’和c’，该六棱柱结构的表面或横切面关于棱边线c，c’中点的连线对称，还关于棱边线a，b交点和a’，b’交点连线对称，其中a＝b<c；介质块为主反射体，接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现线极化到圆极化的转换。
本发明还是一种基于3D打印技术的圆极化介质反射阵天线，包括圆极化介质反射阵和馈源，其特征在于，所述圆极化介质反射阵由权利要求1至3任一所述的圆极化介质反射单元排列成阵列构成；所述馈源采用波导探头形式，用于与所述圆极化介质反射阵之间传递波束，3dB波瓣宽度为31°，因此圆极化介质反射阵的焦径较小，将圆极化介质反射阵的焦径比降低到0.8甚至更低；所述馈源位于反射阵阵面的上方，其相位中心与反射阵阵面中心距离为138mm～158mm；所述馈源的馈电方式采用偏馈方式，偏馈角等于25°；所述馈源极化方式为线极化。
本发明的结构设计和方案解决了传统介质反射阵天线增益带宽较窄与因加工技术限制无法实现圆极化介质反射阵的加工与实测的技术问题，以及无法同时实现介质反射阵天线圆极化特性与加工的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1本发明采用的反射单元主要由介质材料构成，介质材料制成的反射单元比传统微带反射单元相的反射相位范围更宽。反射相位范围越宽则反射阵天线的增益越高，增益带宽越宽，反射波束指向越准确。因此本发明中的由介质反射单元组成的反射阵天线的增益带宽相对于传统微带反射阵天线更宽，反射波束指向更精准。
2本发明的主反射体采用了六棱柱结构，六棱柱结构接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现了线极化到圆极化的转化。本发明中由此反射单元组成的反射阵天线具有良好的圆极化特性，实现了较低的轴比与较宽的轴比带宽。圆极化特性可以有效地抑制多径效应，可以提高天线的抗干扰能力，因此本发明中的反射阵天线具有较强的抗干扰性。
3由于现在加工技术的限制，使用较高介电常数材料的介质反射阵天线并不能进行加工，而使用低介电常数材料的介质反射阵天线则可以采用3D打印技术进行加工。因此，本发明中的介质材料均采用介电常数较低的材料并且实现了介质反射阵天线的圆极化特性，克服了现有圆极化介质反射阵天线无法加工与测试的缺点。
4本发明中的反射阵天线由六棱柱介质块，方形介质底板与方形底板组成，结构简单，且介质部分均采用3D打印技术进行加工，与传统微带反射阵天线的加工技术相比，3D打印技术速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠。
附图说明
图1为本发明的圆极化介质反射单元侧视图；
图2为本发明的圆极化介质反射单元平面俯视图；
图3为本发明的圆极化介质反射单元在中心频率14GHz处的反射相位曲线图；
图4为本发明的圆极化介质反射阵天线平面俯视图；
图5为本发明的圆极化介质反射阵天线结构示意图；
图6为本发明的圆极化介质反射阵天线在中心频率14GHz处的E面辐射方向图；
图7为本发明的圆极化介质反射阵天线随频率变化的增益曲线图；
图8为本发明的圆极化介质反射阵天线随频率变化的轴比曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征详细描述，以示意图方式说明本发明的基本结构，因此所举实施例仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
近年来，随着移动通信技术的快速发展，雷达和通信系统都期望天线具有更多的功能性和自适应性。而微带反射阵天线拥有反射面天线和大型相控阵天线的部分优势，得到广泛的应用和不断地改进。但是传统的微带反射阵天线由于相位范围较小，增益带宽较窄，结构复杂，应用范围受到限制；介质反射阵天线则相位范围较大，结构简单，易于加工。而圆极化天线可以抑制多径效应，因此圆极化介质反射阵天线受到了极大的关注。但是采用低介电常数材料的介质反射阵天线无法实现圆极化特性，而采用高介电常数材料的介质反射阵天线则无法加工。
本发明针对此现状以及存在的技术问题展开了研究与探讨，提供了一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线。
本发明是一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元，参见图1，本发明的基于3D打印技术的圆极化介质反射单元6采用光固化成型3D打印技术，利用光束固化液体成型，本发明的圆极化介质反射单元6包括介质块1、介质底板2和金属地板3。参见图2，介质块1处于介质底板2和金属地板3中心，介质块1与介质底板2材料相同，通过3D打印技术进行一体化加工。本例中，介质块1与介质底板2的加工材料为未来8000树脂，介电常数范围为3.4～3.8，在此范围内选定均可。介质块1采用六棱柱结构，棱柱结构的底面、表面和横切面均为六棱形，参见图2，六棱柱结构的上下表面或横切面中，其中一对相邻的棱边线边长相等，分别为a和b，沿a和b顺时针旋转后的棱边线分别为c，a’，b’和c’，该六棱柱结构的表面或横切面关于棱边线c，c’中点的连线对称，还关于棱边线a，b交点和a’，b’交点连线对称，也就是关于一个对角线对称，其中a＝b<c；介质块1为主反射体，接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现线极化到圆极化的转换。
本发明的主反射体采用了六棱柱结构，六棱柱结构接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现了线极化到圆极化的转化，抑制了多径效应，提供了反射阵天线的抗干扰性，并且实现了较低的轴比与较宽的轴比带宽。介质材料采用未来8000树脂，未来8000树脂可采用3D打印技术进行加工，从而克服了现有圆极化介质反射阵天线无法加工与测试的缺点。3D打印技术与传统加工相比，速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠。
实施例2
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元总体构成和具体结构同实施例1，参见图2，介质块1边长a在4.5mm～5mm之间选定，边长b也在4.5mm～5mm之间选定和边长c在5.8mm～6.8mm之间选定，在本发明中a＝b。反射单元6周期设置为12mm～20mm。参见图3，本发明介质块1高度h从5.5mm变化到23mm，介质反射单元6反射相位随之从-123°变化到-486°。在本发明中介质块1高度与反射相位关系一一对应。在本实施例中，a＝b＝5mm，c＝5.8mm，反射单元6周期设置为12mm，多用于对于天线口径效率要求较高的情况。
本发明采用的介质反射单元6反射相位范围超过360°，相对目前很多微带反射单元，反射相位范围较宽，周期因此由介质反射单元6组成的反射阵天线的增益较高。反射单元6周期影响天线口径效率，作为优选，在本实施例中，反射单元6周期设置为12mm。介质块1边长a，c和反射单元6周期可以优化反射阵4轴比与轴比带宽，从而实现更好的圆极化特性，更好的抑制多径效应，具有更强的抗干扰性。
实施例3
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元总体构成和具体结构同实施例1-2，参见图2，介质块1边长a在4.5mm～5mm之间选定，边长b也在4.5mm～5mm之间选定和边长c在5.8mm～6.8mm之间选定，在本发明中a＝b。反射单元6周期设置为12mm～20mm。参见图3，本发明介质块1高度h从5.5mm变化到23mm，介质反射单元6反射相位随之从-123°变化到-486°。在本发明中介质块1高度与反射相位关系一一对应。在本实施例中，a＝b＝4.5mm，c＝6.8mm，反射单元6周期设置为20mm，多用于对于圆极化要求较高的情况。
本发明采用的介质反射单元6反射相位范围超过360°，相对目前很多微带反射单元，反射相位范围较宽，因此由介质反射单元6组成的反射阵天线的增益较高。介质块1边长a，c和反射单元6周期可以优化反射阵4轴比与轴比带宽，作为优选，在本实施例中，a＝b＝4.5mm，c＝6.8mm，从而实现更好的圆极化特性，更好的抑制多径效应，具有更强的抗干扰性。
实施例4
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元总体构成和具体结构同实施例1-3，所述介质底板(2)的材料采用低介电常数的加工材料，介电常数范围为3.4～4.1，厚度为1mm。
在本实施例中，介质块1与介质底板2的材料采用未来8500树脂，介电常数为3.8～4.1，介质块1与介质底板2采用3D打印技术进行一体化加工，与传统加工方式相比速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠。介质材料不局限于未来8500树脂，介电常数为3.4～4.1的介质材料均可使用。介质底板2厚度选取0.5mm～2mm均可，作为优选，在此实施例中，介质底板2厚度为1mm。
本发明中的基于3D打印技术的圆极化介质反射单元可以很好的实现圆极化特性，该结构不仅可以作为反射阵天线的反射单元，还可以应用于圆极化谐振器天线中。
实施例5
本发明还提出了一种基于3D打印技术的圆极化介质反射阵天线，包括圆极化介质反射阵4和馈源5，参见图4，本发明的圆极化介质反射阵4由上述的圆极化介质反射单元排列成阵列构成，中心频率为14GHz，反射波束指向+z方向，即
Figure BDA0002157553680000061
也可选择其他方向，如θ0＝25°，
Figure BDA0002157553680000062
θ0＝25°，
Figure BDA0002157553680000063
上述的基于3D打印技术的圆极化介质反射单元6的总体构成和具体结构同实施例1-5。参见图5，F为反射阵4的焦径，D为天线口径长度。因为反射阵4上每个位置的反射相位不同，因此每个介质反射单元6的介质块1高度h不一样。本发明的馈源5采用波导探头形式，用于与本发明的圆极化介质反射阵4之间传递波束，3dB波瓣宽度为31°，因此焦径F较小，圆极化介质反射阵4的焦径F/D较小，将圆极化介质反射阵4的焦径比降低到0.8甚至更低。本发明的馈源5位于反射阵阵面的上方，其相位中心与反射阵阵面中心距离为138mm～158mm。本发明的馈源5的馈电方式采用偏馈方式，偏馈角θ为馈源5的发出的入射波束与z轴正向的夹角，本例中偏馈角θ等于25°，也可选择其他方向的偏馈角，如20°，30°；本发明的馈源5极化方式为线极化。在本实施例中，圆极化介质反射阵4介质材料选用介电常数范围为3.4～3.8的未来8000树脂，反射阵阵面中心距离为148mm。
本发明中馈源5采用波导探头，3dB波瓣宽度较宽，焦径较小，降低了圆极化介质反射阵4的焦径比；且馈电方式为偏馈，可以有效防止馈源5的遮挡。本发明中反射阵天线4具有圆极化特性，圆极化特性可以有效地抑制多径效应，可以提高天线的抗干扰能力，因此本发明中的反射阵天线4具有较强的抗干扰性。由于现在加工技术的限制，使用较高介电常数材料的介质反射阵天线并不能进行加工，而使用低介电常数材料的介质反射阵天线则可以采用3D打印技术进行加工。因此，本发明中的介质材料均采用介电常数较低的材料，克服了现有圆极化介质反射阵天线无法加工与测试的缺点。介质部分均采用3D打印技术进行加工，与传统微带反射阵天线的加工技术相比，3D打印技术速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠。
简而言之，本发明中的基于圆极化介质反射单元设计的圆极化介质反射阵天线克服了采用低介电常数介质材料的介质反射阵天线无法实现圆极化特性与采用高介电常数介质材料的介质反射阵天线无法加工的问题，并且结合了3D打印技术，实现了较好的圆极化特性和增益带宽。
实施例6
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线的总体结构同实施例1-5，圆极化介质反射阵4中的圆极化介质反射单元6介质块1高度h，由本发明中的圆极化介质反射单元6与馈源5的距离、圆极化介质反射单元6的位置、及圆极化介质反射阵4反射波束方向计算确定。
具体地，采用以下公式对阵列中的每个介质反射单元6反射相位φR(xi,yi)，进行计算：
Figure BDA0002157553680000071
其中，(xi,yi)为反射阵4中第i个介质反射单元中心的坐标，k0为真空中的传播常数，di为馈源5与第i个介质反射单元之间的距离，实际操作中di是馈源5的相位中心与反射单元6的中心，
Figure BDA0002157553680000072
为反射阵4的反射波束指向，θ0为反射波束指向与z轴正向夹角，
Figure BDA0002157553680000073
为反射波束指向与x正向夹角。
通过公式(1)计算得到反射阵4中每个圆极化介质反射单元6位置处所需补偿的相位值之后，结合图3给出的圆极化介质反射单元6的反射相位曲线，因为高度与反射相位关系一一对应的关系，从而得出反射阵4中每个圆极化介质反射单元6的介质块1的高度h，由于反射阵4中每个圆极化介质反射单元6位置处所需补偿的相位值不同，每个介质块1的高度h也不同。反射阵4将馈源5发出的线极化球面波经反射阵4反射之后形成圆极化平面波。
由图3可知本发明中的介质反射单元6相的反射相位在-123°到-485°之间，范围超过360°，反射相位范围越宽则反射阵天线的增益带宽越宽，波束指向越准确。因此本发明中的由介质反射单元6组成的反射阵天线的增益带宽较宽，波束指向更精准。
实施例7
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线的总体结构同实施例1-6，参见图4，所述的圆极化介质反射单元6阵列排列构成，可实现圆形，方形，矩形等的阵列排列，本实施例中给出一个最佳方案，阵列为n×m方形排布，其中n＝m＝10。
在本发明中，n可以等于m，n也可以不等于m，并且阵列排布不局限于方形排布，也可以采用其他排布，如圆形排布。考虑到加工成本，馈源5波瓣宽度与反射阵4的焦径比，在本实施例中，作为优选，选用规格为10×10的方形阵列结构构成圆极化介质反射阵。易于加工，成本较低，布局紧凑。
下面将圆极化介质反射单元与圆极化介质反射阵天线融合在一起，给出一个更加详实的例子，对本发明进一步说明。
实施例8
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线的总体结构同实施例1-7，
以下结合附图对本发明的原理和特征详细描述，以示意图方式说明本发明的基本结构，因此所举实施例仅显示与本发明有关的构成。
图1为本发明圆极化介质反射单元的结构侧视示意图，如图1所示，圆极化介质反射单元6包括介质块1、介质底板2和金属地板3；介质块1采用六棱柱结构，介质块1为主反射体，质块1接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现线极化到圆极化的转换。
图2为本发明的圆极化介质反射单元平面俯视图，介质块1处于介质底板2和金属地板3中心；介质块1与介质底板2材料相同，通过3D打印技术进行一体化加工。本例中，介质块1与介质底板2的加工材料为未来8000树脂，介电常数范围为3.4～3.8。调节介质块1边长c可改变圆极化介质反射单元6的反射系数，从而改变圆极化介质反射阵天线4轴比。
图3为本发明的圆极化介质反射单元在中心频率14GHz处的反射相位曲线图，从图3中可以看到，当设置的介质块1高度h变化时，圆极化介质反射单元6的反射相位值也随着变化。当h从5.5mm增加到23mm时，本发明圆极化介质反射单元6的反射相位值从-123°到-486°，总的变化范围超过360°的限制，有利于提高圆极化介质反射阵天线的增益带宽与反射波束指向的精准度。
本发明中的介质反射单元是一个基础性的结构设计，具有很好的极化扭转性能，经阵列排布可以实现圆极化性能良好的反射阵天线。
图4为本发明基于圆极化介质反射单元的反射阵表面结构示意图，图5为本发明基于圆极化介质反射单元的反射阵天线结构模型示意图。如图4和图5所示，本发明提供的一种基于3D打印技术的反射阵天线，包括反射阵4和馈源5，反射阵4由实施例1-6提供的圆极化介质反射单元6组成的阵列构成；馈源5采用波导探头形式，用于与所述反射阵4之间传递波束。馈源5的馈电方式采用偏馈方式，极化方式为线极化。
如图4所示，反射阵4中介质块1采用六棱柱结构，可将馈源5发出的线极化波转化为圆极化波。圆极化介质反射阵4中的圆极化介质反射单元6介质块1高度h，由本发明的圆极化介质反射单元6与馈源5的距离、本发明的圆极化介质反射单元的位置、及本发明的圆极化介质反射阵4反射波束方向确定。
在一个具体的实施例中，圆极化介质反射阵天线的入射波的中心频率为14GHz，反射阵4介质6周期为19mm，本发明的介质块1边长a，c分别为4.8mm，6.2mm；馈源5极化方式为线极化；馈源5的偏馈角为25°。馈源5采用波导以偏馈的方式对反射阵进行馈电，阵面口径大小为190mm×190mm，焦径为148mm，即焦径比F/D＝0.8，波束指向为
Figure BDA0002157553680000091
的方向，阵列的工作极化方式为圆极化。
本发明的圆极化介质反射单元阵列排列构成，包括圆形，方形，矩形的阵列排列，最佳方案为n×m方形，n＝m＝10。本例中，具体地，反射阵4由行数和列数均为10的所述圆极化介质单元阵列组成，即反射阵天线共有10行10列，共100个介质反射单元6，单元周期为19mm，反射阵4的中心频率为14GHz。在其他实施中，圆极化介质反射单元6的个数根据应用情况而定。由于反射阵4中各个圆极化介质反射单元6与馈源5的之间的距离不同，因此反射阵4中不同位置处所需补偿的相位值不同，即每个圆极化介质反射单元6的高度不同，从而将馈源5发出的线极化球面波经反射阵4反射之后形成圆极化平面波，反射阵4中介质块1采用六棱柱结构，接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现线极化到圆极化的转换。
通过公式(1)计算得到反射阵4中每个圆极化介质反射单元6位置处所需补偿的相位值之后，结合图3给出的圆极化介质反射单元6的反射相位曲线，得出反射阵4中每个圆极化介质反射单元6的高度，从而完成反射阵天线的设计。
下面通过仿真与实测，对本发明的技术效果，再做验证性说明：
实施例9
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线的总体结构同实施例1-8，
仿真与实测的条件与内容：
本发明基于HFSS仿真平台对本发明进行模拟仿真，并且在微波暗室中进行了测试。
仿真与实测的结果分析：
参见图6，图6是该实施例反射阵天线的E面辐射方向图，横坐标为θ0，纵坐标为反射阵天线方向图随θ0变化的曲线。其中虚线为仿真方向图，实线为本发明的实测方向图。从图6可以看出，本发明的仿真与实测中的波束指向均准确地指向了所设计的
Figure BDA0002157553680000101
方向，在3dB波瓣宽度的范围内完全重合，仿真与实测中的主波束基本重合，体现了仿真与实测的一致性，验证了本发明中的反射阵天线的精确度和可行性。
实施例10
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线的总体结构同实施例1-8，仿真与实测的条件与内容同实施例9。
参见图7，图7为实施例反射阵天线的增益曲线图，横坐标为频率，纵坐标为反射阵天线增益随频率变化的曲线。图7中虚线为仿真增益曲线，实线为测试增益曲线，从图7可以看出，仿真与实测中的天线1-dB增益带宽均在17％以上，体现了仿真与实测的一致性，验证了本发明中的反射阵天线的可行性和良好宽带性能。
实施例11
基于3D打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线的总体结构同实施例1-8，仿真与实测的条件与内容同实施例9。
参见图8，图8为实施例反射阵天线的轴比曲线图，横坐标为频率，纵坐标为反射阵天线轴比随频率变化的曲线。图8中虚线为仿真轴比曲线，实线为测试轴比曲线，从图8可以看出，在仿真与实测中反射阵天线4中心频率14GHz处的轴比为2dB以下，轴比带宽为14％以上，体现了仿真与实测的一致性，验证了本发明中的反射阵天线的可行性与良好的圆极化特性。
简而言之，本发明公开的一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元以及反射阵天线，解决了目前介质反射阵天线圆极化特性与加工问题无法兼得的技术问题，即无法同时实现介质反射阵天线圆极化特性与加工。圆极化介质反射单元包括介质块、介质底板和金属地板；介质块与介质底板均采用介电常数在3.4～4.1之间的介质材料，可用光固化成型3D打印技术进行加工；介质块采用六棱柱结构，以实现其线极化到圆极化的转化；改变棱柱的高度，以调节圆极化介质反射单元反射相位的大小。圆极化介质反射阵天线包括反射阵和馈源，反射阵由介质反射单元组成的阵列构成；馈源采用波导探头形式，极化形式为线极化。相比于现有技术，本发明中的反射阵天线能够采用低介电常数的材料实现从线极化到圆极化的转化，以现实天线的加工与实测；并且缓解了现有微带与介质反射单元反射增益带宽较窄的现状，能有效的扩宽反射阵天线的增益带宽，用于卫星通信。

Claims (4)

1.一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元，所述圆极化介质反射单元(6)采用光固化成型3D打印技术，利用光束固化液体成型，所述圆极化介质反射单元(6)包括介质块(1)、介质底板(2)和金属地板(3)；介质块(1)处于介质底板(2)和金属地板(3)中心；介质块(1)采用六棱柱结构，其特征在于，介质块(1)的材料采用低介电常数的加工材料，介电常数范围为3.4～4.1；六棱柱结构的表面或横切面其中一对相邻的棱边线边长相等，分别为a和b，沿a和b顺时针旋转后的棱边线分别为c，a’，b’和c’，该六棱柱结构的表面或横切面关于棱边线c，c’中点的连线对称，还关于棱边线a，b交点和a’，b’交点连线对称，其中a＝b<c；介质块(1)为主反射体，接收的电磁波为线极化波，反射的电磁波为圆极化波，实现线极化到圆极化的转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元，其特征在于，介质块(1)高度h从5.5mm变化到23mm，圆极化介质反射单元(6)反射相位随之从-123°变化到-486°，介质块(1)高度与反射相位关系一一对应，介质块(1)边长a，c分别为4.5mm～5mm，5.8mm～6.8mm；圆极化介质反射单元(6)周期设置为12mm～20mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的圆极化介质反射单元，其特征在于，所述介质底板(2)的材料采用低介电常数的加工材料，介电常数范围为3.4～4.1，厚度为1mm。
4.一种基于3D打印技术的圆极化介质反射阵天线，包括圆极化介质反射阵(4)和馈源(5)，所述馈源(5)位于反射阵阵面的上方，所述馈源(5)的馈电方式采用偏馈方式；所述馈源(5)极化方式为线极化，其特征在于，所述圆极化介质反射阵(4)由权利要求1至3任一所述的圆极化介质反射单元(6)阵列排列构成，中心频率为14GHz；所述馈源(5)采用波导探头形式，用于与所述圆极化介质反射阵(4)之间传递波束，3dB波瓣宽度为31°，圆极化介质反射阵(4)的焦径比至少降低到0.8；馈源相位中心与反射阵阵面中心距离为138mm～158mm；所述的圆极化介质反射单元(6)阵列排列构成，包括圆形，正方形，长方形的阵列排列，其中正方形的阵列排列方案为n×m，n＝m＝10。
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