基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线制造技术

本发明专利技术提出了一种基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，用于实现全空间内的多波束定向辐射，波束指向动态可调，包括两个相对的三波束夹角反射面天线单元，每个天线单元包括一个侧面印制有金属底板的介质板及呈星型分布的三块直角隔离板，介质板另一个侧面的中心位置设置有垂直于板面的旋转轴，介质板与直角隔离板形成三个三面夹角结构，每个夹角结构的口径面外侧设置有球面波馈源，直角隔离板包括直角金属板及附着在其两个侧面的直角介质板，形成三面夹角结构的介质板和六块直角介质板的板面上分别印制有周期性排布的对称金属环结构，对称金属环结构的尺寸，由其所在位置的坐标值、球面波馈源的坐标值以及电磁波入射角度确定。

【技术实现步骤摘要】
基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线
本专利技术属于天线
，涉及一种夹角反射面天线，具体涉及一种基于超表面的全域空间可调六波束高定向性夹角反射面天线，可用于无线通信和雷达领域。技术背景多波束天线技术能够以高增益覆盖广泛的传输区域，在卫星通信、雷达侦察、电子对抗以及微波传输等领域的需求不断扩大，成为了下一代卫星天线、多目标跟踪雷达和全域电子对抗系统的重要发展方向。多波束天线依据波束形成原理的不同一般分为三类，即平面相控阵天线、反射面天线和透镜天线。对于高定向性多波束天线而言，天线设计和波束设计不仅是其设计的难点，同时也是关键技术。现有的基于超表面的多波束夹角反射面技术，通常是通过一块水平方向上的底板与多块垂直方向上的隔离板的组合，达到构建多波束天线的目的，并通过在夹角反射面表面加载超表面单元的方式，实现对出射波束的校准，从而实现高定向特性。然而现有的夹角反射面多波束天线设计并未涉及全域空间动态可调扫描。2015年，申请公布号为CN104682012A，名称为“渐变波纹加载的高增益低散射夹角反射面”的专利申请，公开了一种渐变波纹加载的高增益低散射夹角反射面，通过在夹角反射面板上加载一组高度渐变的金属波纹结构，简单有效地将馈源球面波校准为平面波出射，从而有效提高了辐射增益，同时大幅降低了天线的后向散射特性，但是该专利技术仅工作在半空间区域，并且波束指向不能动态可调。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于超表面的全域空间可调六波束高定向性夹角反射面天线，采用六个角反射面的结构形式，实现全域空间内的多波束定向辐射，并通过旋转机构的设置，实现平面波波束指向的动态可调。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，其特征在于：包括两个三波束夹角反射面天线单元，该天线单元包括一个侧面印制有金属底板2的介质板1，该介质板1另一个侧面的中心位置设置有垂直于板面的旋转轴3以及以旋转轴3为中心呈星型分布的三块直角隔离板4，形成三面夹角结构，每个夹角结构三个顶点所在平面的外侧设置有球面波馈源6，并通过与三个顶点连接的支撑杆7固定；所述直角隔离板4包括直角金属板41以及附着在直角金属板41两个侧面的直角介质板42；形成三面夹角结构的介质板1和六块直角介质板42的板面上分别印制有由多个周期性排布的对称金属环结构5组成的面阵结构；所述对称金属环结构5的尺寸，是通过该对称金属环结构5所在位置的坐标值、所在夹角结构对应的球面波馈源6位置的坐标值，以及入射电磁波的入射角度确定；所述两个三波束夹角反射面天线单元印制有金属底板2的一侧相对，形成全域空间可调六波束高定向夹角反射面结构，且两个三波束夹角反射面天线单元可以以各自的旋转轴3为中心旋转，用于实现全空间的多波束可调旋转扫描。上述基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，所述直角隔离板4，其板面形状为等腰直角三角形。上述基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，所述介质板1另一个侧面的中心位置设置的以旋转轴3为中心呈星型分布的三块直角隔离板4，其两两之间的夹角均为120°。上述基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，所述对称金属环结构5，采用外边长为w1、内边长为w2的正方形金属环结构，通过调节外边长w1和内边长w2的尺寸，实现对入射波的相位补偿，其相位补偿值的计算公式为：其中，k0为自由空间中波数，ri为球面波馈源6的相位中心距第i个对称金属环单元中心的距离；(xi,yi)为第i个对称金属环单元中心在xoy平面的位置坐标，为平面波出射方向，θ0和分别为平面波出射方向与z轴和x轴的夹角。上述基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，所述球面波馈源6，采用标准矩形波导结构，该球面波馈源6的相位中心位于波导口径面中心位置，其具体坐标通过计算机仿真实验参数优化确定，确定的原则为：一是调整球面波馈源6口径面中心位置与三面夹角反射面单元顶点的距离，使得球面波馈源6辐射的球面电磁波刚好全部照射入对应夹角结构，且没有能量外漏；二是调整球面波馈源6的俯仰方位，使得入射球面电磁波的照射面积最大。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术通过两个半域空间的夹角反射面结构组合，简单有效地实现了全域空间的反射面天线结构的构建，与现有技术相比，实现了全域空间多波束特性，且实现了任意角度的波束指向。2、本专利技术通过旋转机构的设置，实现了天线在全域空间的多波束连续可调旋转扫描。附图说明图1是本专利技术实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例的超表面单元结构示意图；图3是本专利技术实施例的三维增益效果图；图4是本专利技术实施例的二维增益效果图；图5是本专利技术实施例的宽带辐射特性示意图；图6是本专利技术实施例未加载超表面时的三维RCS效果图；图7是本专利技术实施例的三维RCS效果图；图8是加载超表面前后本专利技术实施例在Ku波段内的RCS对比曲线图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。参照图1，基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，包括两个三波束夹角反射面天线单元，该天线单元包括一个侧面印制有金属底板2的介质板1，该介质板1另一个侧面的中心位置设置有垂直于板面的旋转轴3以及以旋转轴3为中心呈星型分布的三块直角隔离板4，形成三面夹角结构，每个三面夹角结构在全域空间中的作用区域为120°角范围，每个夹角结构三个顶点所在平面的外侧设置有球面波馈源6，并通过与三个顶点连接的支撑杆7固定；所述金属底板2采用金属铜材料，为了提高本专利技术的结构强度，金属底板1的厚度为0.5mm；介质板1采用FR4材料，厚度为1mm，所述介质板1的上表面印制有由M2个周期性排布的对称金属环结构5组成的面阵结构，M≥20；所述直角隔离板4包括直角金属板41以及附着在直角金属板41两个侧面的直角介质板42，直角金属板41和直角介质板42板面采用等腰直角三角形，介质板42的外表面印制有M×(1+M)/2个周期性排布的对称金属环结构5组成的面阵结构，M≥20，排布周期长度为a；所述等腰直角三角形板面的腰长为a×(1+M)，底边长为所述对称金属环结构5的尺寸，是通过该对称金属环结构5所在位置的坐标值、所在夹角结构对应的球面波馈源6位置的坐标值，以及入射电磁波的入射角度确定；所述两个三波束夹角反射面天线单元印制有金属底板2的一侧相对，形成全域空间可调六波束高定向夹角反射面结构，且两个三波束夹角反射面天线单元可以以各自的旋转轴3为中心旋转，用于实现全空间的多波束可调旋转扫描。所述M2个周期性排布的对称金属环结构5，理论上当M≥55时，即夹角反射面边长的电尺寸达到10λ以上，超表面对于波束的调控效果最好，此时圆形金属底板2的直径大于200mm；但在实验验证的过程中，由于受到计算机仿真条件限制，本专利技术实施例仅取M＝20，即夹角反射面边长的电尺寸不足5λ，此时对应的圆形金属底板的直径为79.8mm。本实施例中，天线的尺寸虽然仅约为最优效果条件下的一半，但天线的整体性能与现有技术相比，已增益相当，且RCS缩减效果更好；依据天线原理，若继续增加夹角反射面板的电尺寸长度，其辐射增益将得到大幅提高；因此显而易见的是，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，其特征在于：包括两个三波束夹角反射面天线单元，该天线单元包括一个侧面印制有金属底板(2)的介质板(1)，该介质板(1)另一个侧面的中心位置设置有垂直于板面的旋转轴(3)以及以旋转轴(3)为中心呈星型分布的三块直角隔离板(4)，形成三面夹角结构，每个夹角结构三个顶点所在平面的外侧设置有球面波馈源(6)，并通过与三个顶点连接的支撑杆(7)固定；所述直角隔离板(4)包括直角金属板(41)以及附着在直角金属板(41)两个侧面的直角介质板(42)；形成三面夹角结构的介质板(1)和六块直角介质板(42)的板面上分别印制有由多个周期性排布的对称金属环结构(5)组成的面阵结构；所述对称金属环结构(5)的尺寸，是通过该对称金属环结构(5)所在位置的坐标值、所在夹角结构对应的球面波馈源(6)位置的坐标值，以及入射电磁波的入射角度确定；所述两个三波束夹角反射面天线单元印制有金属底板(2)的一侧相对，形成全域空间可调六波束高定向夹角反射面结构，且两个三波束夹角反射面天线单元可以以各自的旋转轴(3)为中心旋转，用于实现全空间的多波束可调旋转扫描。

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，其特征在于：包括两个三波束夹角反射面天线单元，该天线单元包括一个侧面印制有金属底板(2)的介质板(1)，该介质板(1)另一个侧面的中心位置设置有垂直于板面的旋转轴(3)以及以旋转轴(3)为中心呈星型分布的三块直角隔离板(4)，形成三面夹角结构，每个夹角结构三个顶点所在平面的外侧设置有球面波馈源(6)，并通过与三个顶点连接的支撑杆(7)固定；所述直角隔离板(4)包括直角金属板(41)以及附着在直角金属板(41)两个侧面的直角介质板(42)；形成三面夹角结构的介质板(1)和六块直角介质板(42)的板面上分别印制有由多个周期性排布的对称金属环结构(5)组成的面阵结构；所述对称金属环结构(5)的尺寸，是通过该对称金属环结构(5)所在位置的坐标值、所在夹角结构对应的球面波馈源(6)位置的坐标值，以及入射电磁波的入射角度确定；所述两个三波束夹角反射面天线单元印制有金属底板(2)的一侧相对，形成全域空间可调六波束高定向夹角反射面结构，且两个三波束夹角反射面天线单元可以以各自的旋转轴(3)为中心旋转，用于实现全空间的多波束可调旋转扫描。2.根据权利要求1所述的基于超表面的全域空间可调六波束高定向夹角反射面天线，其特征在于，所述直角隔离板(4)，其板面形状为等腰直角三角形。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐，郭海琼，刘瑾，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61