反射式天线阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种反射式天线阵列，包括激励源、可编程基板、超材料表面和金属支架；所述激励源、可编程基板与超材料表面固定于该金属支架上；所述超材料表面包括若干个有源天线单元，该有源天线单元包括超材料单元和连接在超材料单元之间的有源二极管。本实用新型专利技术可快速设计相对应的“0”和“1”编码排布，通过可编程基板快速控制对应的有源二极管，控制波束扫描角度和辐射波束。与传统结构相比，不需要机械转动天线结构即可实现需要方位角度的辐射波束，整体体积减小，增加灵活性。

【技术实现步骤摘要】
反射式天线阵列
本技术属于通信
，尤其是一种反射式天线阵列。
技术介绍
雷达天线是雷达中用以辐射和接收电磁波并决定其探测方向的重要设备，雷达的重要战术性能，例如探测距离、探测范围、探测角(方位、俯仰)精度、角度分辨率和反干扰能力等，均与雷达天线性能有关。为实现雷达对目标的探测和追踪，一般的雷达天线需要具有波束扫描能力，按其扫描方式，可将雷达天线分为机械扫描天线、电子扫描天线和机电扫描天线三类。机械扫描天线采用较多的为抛物面天线和透镜天线，具有旁瓣和后瓣电平小、定向性好等优点，因此在航空、航天、卫星通信、移动通信等领域获得了重要而广泛的应用。但由于传统抛物面天线和透镜天线具有体积大、重量高、安装复杂、不易于集成等问题，在机载雷达、星载雷达和弹载雷达等对体积和质量有着苛刻要求的系统中难以获得应用。当今主流的相控阵雷达天线中即采用了电子扫描方式，在这种天线中每个雷达天线单元连接一个移相器，且所有的移相器由计算机控制，从而实现天线的波束扫描。但相控阵天线中的移相器等T/R组件价格昂贵。反射面天线具有高增益、低副瓣、主瓣窄等优点，可以在形成高增益和要求形状波束的同时，馈电简单、设计比较容易、成本较低，能满足多种常规雷达系统的要求。反射面天线是卫星通信地面终端站天线的主要形式之一，在远程无线电通信和高分辨雷达等方面有广泛应用。反射面天线由一个反射表面和一个馈电天线构成，通过反射面对电磁波的散射效应形成期望的辐射方向图。但是现有反射式天线阵列的体积还比较大，波束调控功能不够全面等缺点。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种反射式天线阵列。具体的方案为：一种反射式天线阵列，包括激励源、可编程基板、超材料表面和金属支架；所述激励源、可编程基板与超材料表面固定于该金属支架上；所述超材料表面包括若干个有源天线单元，该有源天线单元包括超材料单元和连接在超材料单元之间的有源二极管。在进一步的实施例中，当有源二极管的状态排布不同时，超材料表面的“0”、“1”状态分布不同；进而将平面波反射形成所需要的辐射波束。所述激励源为圆锥喇叭，所述圆锥喇叭的顶角θ＝2arctan(a/2L)，其中a为喇叭口面直径，L为喇叭辐射长度。所述圆锥喇叭转动连接于金属支架上，圆锥喇叭的转动角度为0-60°。与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益效果：(1)、本技术设计的有源超材料单元通过有源二极管的通断实现了控制其不同相位的工作状态“0”和“1”，根据电磁编码逆向算法，由雷达系统对辐射波束的不同要求，可快速设计相对应的“0”和“1”编码排布，通过可编程基板快速控制对应的有源二极管，控制波束扫描角度和辐射波束。与传统抛物面雷达天线相比，可直接进行数字控制，无需复杂昂贵的移相器以及AD/DA转换器，实现更全面的波束调控功能，不但可以进行波束扫描，还能够产生高增益单波束、双波束和可控多波束，且能够灵活切换。(2)、本技术驱动电压和功耗低，结构简单。可编程基板通过5V电压即可进行驱动，而且单个有源二极管的工作电流很低(5.2mA)，整个控制板和有源超材料表面功率消耗低。整体结构采用激励喇叭源、超材料表面和可编程基板组成即可生成0°-70°的全方位扫描波束，与传统结构相比，不需要机械转动天线结构即可实现需要方位角度的辐射波束，整体体积减小，增加灵活性。(3)、本技术反射面和激励喇叭源集成在金属支架上，通过调节喇叭源与反射面的方位就可实现最佳的反射波束，可适应于不同的激励喇叭与反射面，具有灵活的调节性。附图说明图1a为本技术的原理图；图1b为本技术的结构示意图。图2a、图2b和图2c分别为本技术的有源天线单元的主视图、后视图和侧视图。图3为本技术的激励喇叭源的结构图。图4a和图4b为本技术的天线支架的侧视图和俯视图。图5为本技术的可编程基板原理框图。图6a和图6b分别为本技术在10GHz频率点测试的单波束辐射方向图。图7a和图7b为本技术在10GHz频率点测试的双波束辐射方向图。图8是本技术的工作流程图。具体实施方式申请人经研究后认为：传统的反射面天线通过设计反射面的形状来实现期望的辐射方向，反射面的结构和性能就已经固定，无法根据实际需要对天线进行实时控制。可编程反射面天线具有传统抛物面反射天线和相控阵天线的优点，通过调节二维结构的微带反射天线的单元排列，能够实现单个波束或多个波束同时工作，并覆盖特定形状的空域，在卫星通信和电子对抗等
获得广泛应用。微带反射天线是改进卫星通信系统性能的一项关键性技术，也是现代电子对抗中分选大量目标的一种重要手段。以下详细描述本技术的技术方案和实施案例。在图1a至图7所示的实施例中，该反射式天线阵列主要包括喇叭激励源1、超材料表面5和可编程基板4；有源天线单元6由有源二极管器件2和超材料单元3组成；“0”、“1”超材料表面由n×n个有源天线单元阵列组成；可编程基板通过插槽与超材料表面相连接，通过下载线将编码序列写入到可编程基板；所述喇叭激励源、可编程基板和“0”、“1”超材料表面固定在金属支架上；激励源固定于金属支架的一端，超材料表面和可编程基板固定于金属支架的另一端。喇叭激励源作为信号激励源，发射平面波至“0”、“1”超材料表面，其发射的平面波面积与超材料表面大小近似，最大的将平面波反射，形成高增益、方向性较好的反射波束，通过调整喇叭激励源的位置和方位角即可实现对不同大小的反射板天线发射进行适当的激励。“0”、“1”超材料表面通过控制有源二极管器件的通断改变表面的“0”、“1”状态分布，将喇叭激励源的平面波反射形成所需要的辐射波束。可编程基板按照雷达波束的要求将特定的“0”、“1”编码分布通过FPGA控制板写入，控制有源二极管器件的通断，将平面波反射形成特定的辐射波束。喇叭激励源可提供平面波激励，保证超材料表面上所有的有源天线单元接受到的平面波相位幅度相同。金属支架7可调节激励喇叭源和超材料表面的距离和方位，实现每个有源超材料单元都可作用于反射波束，达到最佳的反射效果。在上述的反射式天线阵列中，所述有源天线单元的“0”和“1”工作状态通过控制有源二极管器件的通断实现，两种不同的工作状态下其工作频率范围内的相位相差180°，构成0和1的1bit编码超材料单元。如图2a至图2c所示为有源天线单元结构，通过表面的辐射贴片上两个通孔分别连接地与电源正极，给有源二极管器件2供电，极大简化了整个系统的供电。其中，结构中参数l1、l2可改变单元的工作频率点；w2为有源二极管器件的长度；根据有源二极管器件2的通断，对参数s1、s2和w1进行优化可得到两种情况下相位相差180°，那么由此单元可以设计在X波段各个频点对应的单元。所述“0”、“1”超材料表面上所有的单元形成的方向性由式(1)进行表示，其中，θ和分别为辐射波束的俯仰角和方位角；为超材料单元3的散射远场；k为自由空间的波数；D为单元的宽度；每个单元的相位为通常为0°或180°。那么就可以计算得到反射式天线所形成的方向图。可编程基板通过FPGA控制板实现，具有成本低、易于集成、稳定性高等优点，根据雷达辐射波束的需求，由电磁逆算法计算得到的“0”、“1”超材料表面的编码通过下载线写入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射式天线阵列，其特征在于，包括激励源、可编程基板、超材料表面和金属支架；所述激励源、可编程基板与超材料表面固定于该金属支架上；所述超材料表面包括若干个有源天线单元，该有源天线单元包括超材料单元和连接在超材料单元之间的有源二极管。

【技术特征摘要】
1.一种反射式天线阵列，其特征在于，包括激励源、可编程基板、超材料表面和金属支架；所述激励源、可编程基板与超材料表面固定于该金属支架上；所述超材料表面包括若干个有源天线单元，该有源天线单元包括超材料单元和连接在超材料单元之间的有源二极管。2.如权利要求1所述的反射式天线阵列，其特征在于，当有源二极管的状态排布不同时，超材料表面的“0”...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海江，郭鹏良，黄翀，周华，叶恺，
申请(专利权)人：江苏赛博防务技术有限公司，长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32