本发明专利技术公开了一种频率选择表面型曲面介质及卡塞格伦天线系统，该曲面介质包括介质基底，介质基底的上表面为锅盖状的曲面，下表面是在上表面相同形状的基础上朝介质基底上表面方向削切形成的形状，使得介质基底上表面到下表面的垂直距离从介质基底的外边缘到中心依次递减；所述介质基底的上表面附着有设定厚度的金属层，锅盖状的金属层的中间区域实现所需波段能量全反射，外围区域的金属层上环形阵列设置有相同大小的缝隙单元，实现所需波段能量的透射。该发明专利技术的优点在于：本发明专利技术通过调整介质基底从外边缘到中心的厚度不同，这样即使投射角度发生变化，金属层的缝隙从外边缘到中心的尺寸均不需要发生变化，这样大大降低了加工的难度。
【技术实现步骤摘要】
一种频率选择表面型曲面介质及卡塞格伦天线系统
本专利技术天线反射面
，尤其是一种频率选择表面型曲面介质及卡塞格伦天线系统。
技术介绍
随着国内毫米波技术水平的进步，毫米波测云雷达技术也得到了快速发展，单一波段的测云雷达因其各自的固有缺陷影响，已不能满足目前系统的需求，发展双波段或多波段测云雷达势在必行。早期进行双波长探测采用双雷达，即两部不同波段的雷达同时开机，对同一目标进行探测。这种方法最大的问题是难以保证两部雷达探测的是同一目标，且设备量大，运行维护要求高。共口径天线雷达，是解决上述问题的有效方法。共口径技术是不同的工作频段共用一种天线口径的结构技术，一定程度上减少了系统的复杂度和天线在系统中的体积。常用的共口径技术中，频率选择表面具有结构简单、加工成本低等优势，是一种较佳的选择。频率选择表面(FSS)是一种单层或多层周期结构，一般由相同的金属贴片单元或者金属屏上的孔径缝隙单元按照一定的规律排列而成。作为一种空间滤波装置，其对不同的频率、极化方式、入射角度具有不同的散射特性，从而可以有效的控制电磁波的反射或透射性能。至今为止，大多数对FSS的研究大都处于无限大或有限大的平面结构，而实际应用中采用频率选择表面技术的大多都是有限大的曲面结构形式。曲面结构的FSS并没有呈现出严格的类似无限大平面结构FSS的周期特性，因而当电磁波入射时，会产生频率漂移、极化不稳定等特性，使问题的分析变得相对复杂。因此急需一种频率选择表面型曲面介质及卡塞格伦天线系统来控制电磁波的反射或投射性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，为此，本专利技术提供一种频率选择表面型曲面介质及卡塞格伦天线系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种频率选择表面型曲面介质，包括介质基底，介质基底的上表面为锅盖状的曲面，下表面是在上表面相同形状的基础上朝介质基底上表面方向削切形成的形状，使得介质基底上表面到下表面的垂直距离从介质基底的外边缘到中心依次递减；所述介质基底的上表面附着有设定厚度的金属层，锅盖状的金属层的中间区域实现所需波段能量全反射，外围区域的金属层上环形阵列设置有相同大小的缝隙单元，实现所需波段能量的透射。优化的，所述介质基底的上表面的形状由双曲线方程中的一条曲线绕x轴旋转后形成的形状，其中，x、y为双曲线的点坐标，a、b为双曲线坐标轴对应的半长轴、半短轴，与x轴相交的点作为介质基底上表面的中点。优化的，所述介质基底的下表面的外边缘到中心为阶梯状。优化的，所述介质基底的下表面的中心位置还设置有用于支撑介质的介质柱，所述介质柱长度方向的中轴线与X方向重合。优化的，金属层上阵列的缝隙单元为环状。优化的，环状的缝隙单元采用沿曲面顶点法向垂直投影的方式进行刻蚀。优化的，所述介质基底的材料为聚四氟乙烯。优化的，a＝14.9mm,b＝41.8mm，介质基底的口径为150mm。优化的，环形的缝隙单元的内半径为0.52mm，外半径为0.62mm，单元间距为1.24mm，在投射角0°～30°范围，介质基底的厚度为3.4mm；在投射角30°～40°范围，介质基底的厚度为3.55mm；在投射角40°～50°范围，介质基底的厚度为3.7mm；在投射角50°～60°范围，介质基底的厚度为3.9mm。包括上述频率选择表面型曲面介质的卡塞格伦天线系统，还包括主反射面、馈源喇叭、固定支架、馈源套筒；频率选择表面型曲面介质通过固定支架与馈源喇叭的外口面固定，所述频率选择表面型曲面介质内的金属层作为副反射面，副反射面与主反射面相对设置；馈源喇叭的另一端通过馈源套筒直接固定于主反射面的中心位置，馈源喇叭的内部馈线直接与后端收发系统相连。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术采用的频率选择表面技术为实现双波段共口径天线关键技术，在保证低频波段电磁能量全反射的情况下，金属层上设置的缝隙单元，实现了高频波段电磁能量的透射功能，展宽了高频波段的辐射波瓣宽度，达到双频段波束等化的目的，本专利技术通过调整介质基底从外边缘到中心的厚度不同，这样即使投射角度发生变化，金属层的缝隙从外边缘到中心的尺寸均不需要发生变化，这样大大降低了加工的难度。(2)本专利技术采用的频率选择表面应用的是符合双曲线形状的曲面结构，且为毫米波波段，结合了电讯性能和实际加工工艺的综合考虑，所选用的缝隙单元为环形的缝隙，由于整个介质为以X轴为中心的轴对称结构，因此具有工作频带宽、对极化电磁波(TE波、TM波)不敏感等优点。(3)阶梯状的设置在曲面介质实现效果的基础上降低了曲面介质的加工难度。(4)介质柱的设置可以方便曲面介质的固定。(5)本专利技术中包括曲面介质的卡塞格伦天线系统，其中曲面介质相当于口径变小的副反射面，不仅达到双波段共面的效果，还实现了波束等化的目的。(6)本专利技术的曲面介质和包括曲面介质的卡塞格伦天线系统的结构简单紧凑、应用方便，性能优越，具有很强的实用性。附图说明图1为本专利技术一种频率选择表面型曲面介质下表面处的结构图。图2为本专利技术一种频率选择表面型曲面介质上表面的结构图和上表面局部放大图。图3为本专利技术一种频率选择表面型曲面介质在xy平面上的剖视图。图4为本专利技术中的卡塞格伦天线系统的整体结构示意图。图5为本专利技术频率选择表面型曲面介质在Ka波段、W波段各投射角度下的传输系数图。图6为本专利技术卡塞格伦天线系统在Ka波段的E面、H面辐射方向图。图7为本专利技术卡塞格伦天线系统在W波段的E面、H面辐射方向图。图中标注符号的含义如下：1-介质基底11-下表面12-上表面2-金属层21-中间区域22-外围区域24-缝隙单元3-介质柱4-馈源喇叭5-固定支架6-馈源套筒7-主反射面具体实施方式实施例1如图1-3所示，一种频率选择表面型曲面介质，包括介质基底1，介质基底1选用透波性能良好、介质损耗较低的介质材料，在本实施例中，介质基底1的材料为聚四氟乙烯，介电常数为2.1。介质基底1上表面12为锅盖状的曲面，下表面11是在上表面12相同形状的基础上朝介质基底1上表面12方向削切形成的形状，使得介质基底1上表面12到下表面11的垂直距离从介质基底1的外边缘到中心依次递减；在本实施例中，介质基底1的下表面11的外边缘到中心为阶梯状，即实现介质基底1厚度按照电磁波投射角度的不同而呈现阶梯式变化，从介质基底1的外边缘到中心，透射角度逐渐减小，因此介质基底1的厚度随梯度性减小。在该实施例中介质基底1的上表面12的形状由双曲线方程中的一条曲线绕x轴旋转后形成的形状，其中，x、y为双曲线的点坐标，a、b为双曲线坐标轴对应的半长轴、半短轴，与x轴相交的点作为介质基底1上表面12的中点，其中a＝14.9mm,b＝41.8mm，介质基底1的口径为150mm。所述介质基底1的上表面12附着有设定厚度的金属层2，锅盖状的金属层2的中间区域21实现所需波段能量全反射，外围区域22的金属层2上环形阵列设置有相同大小的环形的缝隙，实现高频段W波段能量的良好透射功能以及Ka波段能量的全反射。环形的缝隙单元24采用沿曲面顶点法向垂直投影的方式进行刻蚀，随着投射角度的变化，介质基底1的下表面11设置为阶梯状，是为了保证整个副反射面环形的缝隙单元24尺寸的一致性，易于整个曲面介质的制图和加工。由于谐振频率和缝隙单元24尺寸密切相关，在本实施例中，缝隙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种频率选择表面型曲面介质，其特征在于，包括介质基底(1)，介质基底(1)的上表面(12)为锅盖状的曲面，下表面(11)是在上表面(12)相同形状的基础上朝介质基底(1)上表面(12)方向削切形成的形状，使得介质基底(1)上表面(12)到下表面(11)的垂直距离从介质基底(1)的外边缘到中心依次递减；所述介质基底(1)的上表面(12)附着有设定厚度的金属层(2)，锅盖状的金属层(2)的中间区域(21)实现所需波段能量全反射，外围区域(22)的金属层(2)上环形阵列设置有相同大小的缝隙单元(24)，实现所需波段能量的透射。
【技术特征摘要】
1.一种频率选择表面型曲面介质，其特征在于，包括介质基底(1)，介质基底(1)的上表面(12)为锅盖状的曲面，下表面(11)是在上表面(12)相同形状的基础上朝介质基底(1)上表面(12)方向削切形成的形状，使得介质基底(1)上表面(12)到下表面(11)的垂直距离从介质基底(1)的外边缘到中心依次递减；所述介质基底(1)的上表面(12)附着有设定厚度的金属层(2)，锅盖状的金属层(2)的中间区域(21)实现所需波段能量全反射，外围区域(22)的金属层(2)上环形阵列设置有相同大小的缝隙单元(24)，实现所需波段能量的透射。2.根据权利要求1所述的一种频率选择表面型曲面介质，其特征在于，所述介质基底(1)的上表面(12)的形状由双曲线方程中的一条曲线绕x轴旋转后形成的形状，其中，x、y为双曲线的点坐标，a、b为双曲线坐标轴对应的半长轴、半短轴，与x轴相交的点作为介质基底(1)上表面(12)的中点。3.根据权利要求1所述的一种频率选择表面型曲面介质，其特征在于，所述介质基底(1)的下表面(11)的外边缘到中心为阶梯状。4.根据权利要求1所述的一种频率选择表面型曲面介质，其特征在于，所述介质基底(1)的下表面(11)的中心位置还设置有用于支撑介质的介质柱(3)，所述介质柱(3)长度方向的中轴线与X方向重合。5.根据权利要求2所述的一种频率选择表面型曲面介质，其特征在于，金属层(2)上阵列的缝隙单元(24)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李运志，胡卫东，孙浩，金秀梅，
申请(专利权)人：安徽四创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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