可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵、控制方法及应用技术

本发明专利技术属于反射阵技术领域，公开了一种可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵、控制方法及应用，包括Ku波段双圆极化馈源和全金属反射阵；Ku波段双圆极化馈源位于全金属反射阵的焦平面附近，全金属反射阵包括多个周期排列的金属反射阵单元。本发明专利技术同时结合动态相位补偿技术和几何相位补偿技术对金属反射阵单元的结构进行设计，并结合简单的机械控制，实现了1比特

【技术实现步骤摘要】
可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵、控制方法及应用


[0001]本专利技术属于反射阵
，尤其涉及一种可重构的且波束具有极化去耦合特性的双圆极化反射阵、控制方法及应用。

技术介绍

[0002]反射阵综合了反射器、相控阵和印刷天线的优点，具有低成本、低剖面、高增益、部署简单等优势，广泛应用于机载/舰载雷达、卫星/空间通信、低成本波束调控等诸多场景。在远距离通信应用场景中，复杂环境中的多径效应和电磁干扰很容易引起系统收发之间的极化失准和传输损耗，而对环境干扰具有较强鲁棒性的圆极化天线能够很好地应对这一问题。此外，兼具宽带和双极化特性的天线在具有高速率传输和极化复用需求的通信系统中也更受青睐。因此，具有宽带特性且能够在同一频段实现的双圆极化工作的反射阵对于实现通信系统的高速稳定传输、极化复用、低成本以及轻量化具有重要价值。
[0003]现有的大多数同频双圆极化反射阵的左旋和右旋圆极化工作状态具有耦合相干性，这是因为所采用的阵列单元仅应用了一种相位补偿技术(动态相位补偿技术或几何相位补偿技术)，使得单元的相位调制自由度有限，左旋和右旋圆极化相位补偿具有一定的相干性，从而无法对反射波束进行分极化独立控制。这种正交极化之间的耦合相干性会极大限制天线的应用广度和潜力。因此，能够在同一频段实现极化去耦合的双圆极化反射阵应运而生。现有的同频段极化去耦合的双圆极化反射阵大多同时应用了上述两种相位补偿技术，通过增加反射阵单元结构的设计自由度来实现对双圆极化相位补偿的去耦合，进而对反射波束进行分极化独立控制。然而，单元结构的设计自由度的提升同时也极大增加了阵列可重构设计的难度，使反射阵很难实现波束扫描、赋形等功能。这也是为什么现有的极化去耦合的双圆极化反射阵的波束指向均为固定状态，不具备波束扫描能力。而在卫星通信等诸多实际应用场景中，相较于波束指向相对固定的反射阵，具备扫描和赋形功能的反射阵能够更加灵活高效地应对复杂多变的通信环境和系统需求。因此，设计可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵是一个值得钻研和攻克的方向。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的大多数双圆极化反射阵无法在同一频段实现极化去耦合，其左旋和右旋圆极化波束的相干性限制了反射阵的应用广泛性和适配性。而已有的少数能够实现同频段极化去耦合的双圆极化反射阵又因单元设计自由度的提升而难以实现反射阵的可重构设计，从而不具备波束扫描等功能，无法灵活应对实际应用场景中复杂多变的通信需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵、控制方法及应用。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵包括Ku波段双圆极化馈源和全金属反射阵，其中全金属反射阵包括多个周期排列的金属反射阵单元，所
述Ku波段双圆极化馈源正对全金属反射阵放置，位于全金属反射阵的焦平面位置，距离全金属反射阵的垂直距离为F，全金属反射阵的两边长均为D，其中，0.7<F/D<1.2。
[0007]进一步，所述金属反射阵单元呈二维周期性排布在边长为金属反射阵单元周期长度的正方形网格的中心点上；所述的金属反射阵单元的周期长度a为0.4～0.6个工作波长。
[0008]进一步，所述金属反射阵单元包括固定部分和可重构部分，两者相互独立并呈嵌套状态；其中，固定部分不可移动或旋转，可重构部分在竖直方向上存在2种位移状态，在水平面内存在4种旋转状态。
[0009]进一步，所述金属反射阵单元的固定部分为正八边形孔状结构，可重构部分为上端开有矩形槽的正八边形柱状结构，其中正八边形的边长a1、矩形槽的深度h和宽度w均为固定值；所述金属反射阵单元的可重构部分在竖直方向上的位移d存在2个取值(d
1 mm和d
2 mm)，用于实现2种动态相位补偿；同时，可重构部分在水平面内的旋转角度存在4个取值(0
°
、45
°
、90
°
、135
°
)，用于实现4种的几何相位补偿。
[0010]进一步，所述金属反射阵单元的可重构部分的2种位移状态和4种旋转状态共组成可重构部分的全部4种位置状态(非排列组合)：[d
1 mm,0
°
]、[d
2 mm,45
°
]、[d
1 mm,90
°
]、[d
2 mm,135
°
]；将金属反射阵单元的这4种位置状态命名为状态1至状态4，则状态1至4分别对应1比特左旋圆极化相位补偿(φ
左旋
＝0/π)和1比特右旋圆极化相位补偿(φ
右旋
＝0/π)的全部组合，共4种相位补偿状态：[φ
左旋
,φ
右旋
]＝[0,0]、[0,π]、[π,π]、[π,0]。
[0011]进一步，所述金属反射阵单元的矩形槽结构能够使单元在两正交方向上的反射相位始终相差180
°
，以保证反射前后电磁波不会因为半波损失而发生手性翻转。
[0012]进一步，所述全金属反射阵通体采用铝合金材料。
[0013]进一步，所述可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵在左旋、右旋圆极化激励下均能够实现方位角
‑
45
°
～45
°
、俯仰角
‑
45
°
～45
°
范围内的任意波束指向，交叉极化均在
‑
15dB以下，副瓣电平均在
‑
10dB以下；
[0014]具体的，当左旋圆极化激励下的左旋圆极化波束指向固定为(φ＝135
°
,θ＝
‑
30
°
)时，所述可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵在右旋圆极化激励下能够实现(φ＝45
°
,θ＝0
°
～
‑
45
°
)的右旋圆极化波束扫描范围，且扫描增益下降不超过1.2dB；同时左旋圆极化激励下的波束指向保稳定不变，增益波动小于1dB；
[0015]具体的，当右旋圆极化激励下的右旋圆极化波束指向固定为(φ＝45
°
,θ＝
‑
30
°
)时，所述可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵在左旋圆极化激励下能够实现(φ＝135
°
,θ＝0
°
～
‑
45
°
)的左旋圆极化波束扫描范围，且扫描增益下降不超过1.2dB；同时右旋圆极化激励下的波束指向保稳定不变，增益波动小于0.7dB。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵的控制方法，包括以下步骤：
[0017]步骤一，设置全金属反射阵的尺寸D，并根据Ku波段双圆极化馈源的辐射特性及全金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵，其特征在于，所述可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵包括Ku波段双圆极化馈源和全金属反射阵，其中全金属反射阵包括多个周期排列的金属反射阵单元，所述Ku波段双圆极化馈源正对全金属反射阵放置，位于全金属反射阵的焦平面位置，距离全金属反射阵的垂直距离为F，全金属反射阵的两边长均为D，其中，0.7<F/D<1.2。2.如权利要求1所述的可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵，其特征在于，所述金属反射阵单元呈二维周期性排布在边长为金属反射阵单元周期长度的正方形网格的中心点上；所述的金属反射阵单元的周期长度a为0.4～0.6个工作波长。3.如权利要求1所述的可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵，其特征在于，所述金属反射阵单元包括固定部分和可重构部分，两者相互独立并呈嵌套状态；其中，固定部分不可移动或旋转，可重构部分在竖直方向上存在2种位移状态，在水平面内存在4种旋转状态。4.如权利要求3所述的可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵，其特征在于，所述金属反射阵单元的固定部分为正八边形孔状结构，可重构部分为上端开有矩形槽的正八边形柱状结构，其中正八边形的边长a1、矩形槽的深度h和宽度w均为固定值；所述金属反射阵单元的可重构部分在竖直方向上的位移d存在2个取值(d
1 mm和d
2 mm)，用于实现2种动态相位补偿；同时，可重构部分在水平面内的旋转角度存在4个取值(0
°
、45
°
、90
°
、135
°
)，用于实现4种的几何相位补偿。5.如权利要求3所述的可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵，其特征在于，所述金属反射阵单元的可重构部分的2种位移状态和4种旋转状态共组成可重构部分的全部4种位置状态：[d
1 mm,0
°
]、[d
2 mm,45
°
]、[d
1 mm,90
°
]、[d
2 mm,135
°
]；将金属反射阵单元的这4种位置状态命名为状态1至状态4，则状态1至4分别对应1比特左旋圆极化相位补偿和1比特右旋圆极化相位补偿的全部组合，共4种相位补偿状态：[0,π]、[π,π]、[π,0]。6.如权利要求4所述的可重构的极化去耦合的双圆极化反射阵，其特征在于，所述金属反射阵单元的矩形槽结构能够使单元在两正交方向上的反射相位始终相差180
°
，以保证反射前后电磁波不会因为半波损失而发生手性翻转。7.如权利要求5所述的可重构的极化去耦合的双圆极...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，樊钰璐，林先其，杨歆汨，陈哲，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：