一种带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，包括圆极化馈源和层叠天线结构，层叠天线结构包括依次设置的第一介质板、第一泡沫层、第二介质板、第二泡沫层和第三介质板，在第一介质板的上下表面分别设置第一金属电路图案和第二金属电路图案，第一金属电路图案包括多个调整相位不完全相同的调相单元，第二介质板的上表面设置第三金属电路图案，第三介质板的上下表面分别设置第四金属图案和金属地板。本发明专利技术具有如下优点：第二金属图案和第三金属图案具有相同结构实现频率选择，同时可以让两个频率单元之间电磁耦合被完全抑制住，极大的降低双频反射阵设计难度和设计周期，同时可以有效提升反射阵口径效率和增益带宽等辐射性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信天线领域，具体设计一种带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线。
技术介绍
伴随着卫星通信产业的蓬勃发展，高增益天线作为电磁能量收发器，是整个通信系统中必不可少的一个重要组件。传统的高增益天线主要是抛物面天线(即所谓的“锅”天线)和大型的平板阵列天线。大型的平板阵列天线包括微带阵列以及波导缝隙阵列天线等。然而，抛物面天线体积大、质量重，反射表面为曲面结构，在加工制作时需要保持极好的表面光滑度，导致加工要求高，制作困难，尤其在高频段，比如毫米波及其以上，更是对加工精度提出了巨大的挑战。而平板阵列天线，比如微带阵列和波导缝隙阵列，可以弥补抛物面天线在机械结构上的不足，但是对于大型的相控阵而言，却存在损耗大以及口面效率低等辐射性能上的劣势。为了弥补抛物面天线在机械结构以及平板阵列在辐射性能上的各自不足之处，国际天线界提出了微带平面反射阵的概念。但是由于微带阵列固有的特点，其增益带宽一般较窄。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于以即将到来的Ka波段动中通应用为实例，设计出一款工作于20.4/30.2GHz的高效率宽频带双频圆极化微带反射阵。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，包括：圆极化馈源，用于发射和接收电磁波；层叠天线结构，所述层叠天线结构包括依次设置的第一介质板、第一泡沫层、第二介质板、第二泡沫层和第三介质板，其中，所述第一介质板的上表面设置有第一金属电路图案，所述第一金属电路图案包括多个调相单元，所述多个调相单元调整的相位不完全相同；所述第一介质板的下表面设置有第二金属电路图案，所述第二介质板的上表面设置有第三金属电路图案，所述第二金属电路图案与所述第三金属电路图案几何形状一致，所述第二金属电路图案和所述第三金属电路图案均为周期性排布，通过所述第二金属图案和所述第三金属电路图案实现对电磁波频率的选择；所述第三介质层的上表面设置有第四金属电路图案，通过调整所述第四金属图案的大小以调节相位；所述第三介质层的下表面设置有金属地板。根据本专利技术实施例的带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，第二金属图案和第三金属图案具有相同结构，以实现频率选择，同时可以让两个频率单元之间电磁耦合被完全抑制住，极大的降低双频反射阵设计难度和设计周期，同时可以有效地提升反射阵口径效率和增益带宽等辐射性能。另外，根据本专利技术上述实施例的带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述圆极化馈源包括个一个双频圆极化波纹喇叭、圆极化帽型馈源或圆极化环焦副反射面。进一步地，所述圆极化馈源包括数量不少于两个的圆极化波纹喇叭。进一步地，所述第一金属电路图案包括双切口圆环、单切口圆环和双切口方形环中任意一种形状的电路图案。进一步地，所述第二金属电路图案包括双圆环、双方环、十字和缝隙中任意一种形状的电路图案。进一步地，所述的第四金属图案包括方形贴片、方形环、圆形贴片、边角带有切口的方向贴片、十字和缝隙中任意一种形状的电路图案。进一步地，所述第一金属图案和所述第四金属图案的频点处所需的空间相位补偿按下式计算：其中，f为设计频点，为第mn个单元的相位补偿，k为自由空间波数，为阵列中心到第mn个单元的位置矢量，为馈源到第mn个单元的位置矢量，为天线最大辐射方向单位矢量，Δφ为参考相位，N为任意整数。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线的结构示意图；图2是本专利技术一个实施例的层叠天线结构的结构示意图；图3是本专利技术一个实施例的第一金属电路图案的结构示意图；图4是本专利技术一个实施例的第二和第三金属电路图案的结构示意图；图5是本专利技术一个实施例的第四金属电路图案的结构示意图；图6为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所设计的频率选择表面结构的反/透射系数随频率变化曲线；图7为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的反射相位在低频段二维响应图；图8为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的反射相位在高频段二维响应图；图9为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的反射振幅在低频段二维响应图；图10为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的反射振幅在高频段二维响应图；图11为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，，所获得的反射相位在低频段的一维响应图；图12为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的反射相位在高频段的一维响应图；图13为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的在低频段的辐射方向图；图14为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的在高频段的辐射方向图；图15为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的在低频段的增益和口径效率图；图16为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的在高频段的增益和口径效率图；图17为本专利技术一个实施例的当第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的在低频段的轴比随频率变化曲线图；图18为本专利技术一个实施例的第一金属电路图案工作在高频段，第四金属电路图案工作在低频段时，所获得的在高频段的轴比随频率变化曲线图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。参照下面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，其特征在于，包括：圆极化馈源，用于发射和接收电磁波；层叠天线结构，所述层叠天线结构包括依次设置的第一介质板、第一泡沫层、第二介质板、第二泡沫层和第三介质板，其中，所述第一介质板的上表面设置有第一金属电路图案，所述第一金属电路图案包括多个调相单元，所述多个调相单元调整的相位不完全相同；所述第一介质板的下表面设置有第二金属电路图案，所述第二介质板的上表面设置有第三金属电路图案，所述第二金属电路图案与所述第三金属电路图案几何形状一致，所述第二金属电路图案和所述第三金属电路图案均为周期性排布，通过所述第二金属图案和所述第三金属电路图案实现对电磁波频率的选择；所述第三介质层的上表面设置有第四金属电路图案，通过调整所述第四金属图案的大小以调节相位；所述第三介质层的下表面设置有金属地板。

【技术特征摘要】
1.一种带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，其特征在于，包括：圆极化馈源，用于发射和接收电磁波；层叠天线结构，所述层叠天线结构包括依次设置的第一介质板、第一泡沫层、第二介质板、第二泡沫层和第三介质板，其中，所述第一介质板的上表面设置有第一金属电路图案，所述第一金属电路图案包括多个调相单元，所述多个调相单元调整的相位不完全相同；所述第一介质板的下表面设置有第二金属电路图案，所述第二介质板的上表面设置有第三金属电路图案，所述第二金属电路图案与所述第三金属电路图案几何形状一致，所述第二金属电路图案和所述第三金属电路图案均为周期性排布，通过所述第二金属图案和所述第三金属电路图案实现对电磁波频率的选择；所述第三介质层的上表面设置有第四金属电路图案，通过调整所述第四金属图案的大小以调节相位；所述第三介质层的下表面设置有金属地板。2.根据权利要求1所述的带有频选结构的双频圆极化平面反射阵天线，其特征在于，所述圆极化馈源包括一个双频圆极化波纹喇叭或圆极化帽型馈源或圆极化环焦副反射面。3.根据权利要求1所述的带有频选结构的双...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓如渊，杨帆，许慎恒，李懋坤，熊林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11