【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波与天线，特别是一种采用空间相位延迟技术的多极化反射单元及阵列天线。
技术介绍
1、低成本、高性能的天线系统对星间通信有重要的影响，尤其是针对编队卫星、立方体卫星等。这些卫星往往需要搭载低成本、低功耗、结构简单、成本低、性能优越的天线系统，以实现星与星之间的协同作用。抛物面天线是最常见的星载天线类型，由馈源和弧形反射面组成，往往应用于天地通信或者卫星中继。抛物面天线结构简单，往往不需要复杂的馈电网络，但是体积相对庞大，重量大、难以实现快速的波束切换，单副天线功能相对单一，通常需要多副天线完成多种通信模式，极大增加了天线系统的复杂程度，很难应用于小型卫星。另一种常见的星载天线是相控阵天线，平面结构可以与卫星共形，通过电控实现灵活快速的波束扫描，便于星间链路的实时重构。但是t/r组件增加了天线成本，同时馈电网络负载，功耗大、难以应用在低成本卫星。
2、反射阵列天线通过馈源进行空间馈电，结构相对简单，通过印刷电路板工艺加工，成本低，同时可以进行共形与折叠设计，便于与卫星的太阳能板进行一体化设计，极其适用于低成本小型卫星搭载。传统的反射阵列天线功能相对单一，尤其是只能实现单个极化设计。想要实现多个极化，往往需要多副天线，这增加了天线系统的复杂度，很难在空间相对受限的小型卫星表面搭载多副天线，这要求单副天线具备多种极化的功能。尽管多极化通过极化复用的方式可以提高信道容量，提高通信效率，同时可以实现多星同时通信。但是在实际环境中，由于卫星姿态时刻变化，对于线极化天线来说，当卫星的收发天线极化失配时，星间链路断开，
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种采用空间相位延迟技术的多极化反射单元及阵列天线，该采用空间相位延迟技术的多极化反射单元及阵列天线通过空间相位延迟技术对单元两个极化的反射性能进行优化，实现相位差的任意控制，能实现圆极化馈电功能，能使卫星姿态发生变化时，仍保持星间链路的稳定。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，包括移相结构和空间相位延迟结构。
4、移相结构为轴对称结构，具有呈正交的x向对称轴和y向对称轴，且能实现x和y两个极化方向的反射响应；
5、空间相位延迟结构设在移相结构正上方，包括沿y向依次布设的介质基板二和相位延迟贴片。
6、相位延迟贴片为鱼骨形结构，包括z向矩形条带和若干根x向长矩形条带。
7、z向矩形条带沿z向布设，其中，z向垂直于移相结构所在平面。
8、若干根x向长矩形条带对称布设在z向矩形条带的中部两侧，且沿z向呈周期性排列。
9、每根x向长矩形条带均与x向对称轴相平行。
10、相位延迟贴片还包括若干根x向短矩形条带。
11、若干根x向短矩形条带对称布设在z向矩形条带的顶部两侧和底部两侧，且从内侧向外侧，长度逐渐缩短，形成三角形渐变结构。
12、空间相位延迟结构能使x极化和y极化具有相同的相位变化，具体相位调控公式为：
13、
14、式中，为x极化和y极化在空间相位延迟结构调控后的相位差。
15、为x极化和y极化初始相位差。
16、kx为x极化方向在空间相位延迟结构中的传播常数。
17、ky为y极化方向在空间相位延迟结构中的传播常数。
18、d′为在空间相位延迟结构中的传播距离。
19、空间相位延迟结构仅能对x方向上的极化波产生电磁响应，因而，ky等于电磁波在真空中的传播常数；在工作频率保持不变时，通过调整每根x向长矩形条带的长度lpp，从而实现kx的调整，进而实现的调整；此时，lpp越大，kx将越大。
20、调整x向长矩形条带的数量n1，能调整传播距离d′，进而实现的调整；n1越大，d′将越大；当确定时，lpp越大，则d′将越小。
21、空间相位延迟结构布设在移相结构正上方的1/4λ处，其中，λ为多极化反射单元的中心工作频率的波长。
22、移相结构括从上到下依次堆叠排列的移相贴片、介质基板一、空气层和金属地。
23、移相贴片包括h型贴片和对称布设在h型贴片两侧的t型贴片；h型贴片沿y向布设。
24、h型贴片包括中间连接贴片和对称布设在中间连接贴片两端的长横贴片；每个长横贴片的宽度均为w4；
25、通过增大w4，能使多极化反射单元在两个极化方向上达到相同的谐振频点，且能达到设定目标的反射相位曲线平行度，利于空间相位延迟结构对x极化和y极化的相位调控，使得x极化和y极化的相位差能达到0度。
26、一种采用空间相位延迟技术的多极化反射阵列天线，包括x频段线极化馈源、x频段线极化馈源和反射面。
27、反射面采用多极化反射单元呈n*n的阵列排布形成；其中，n为正整数。
28、采用x频段的线极化馈源分别在x方向和y方向对多极化反射阵列天线进行馈电，实现双线极化设计；采用x频段的圆极化馈源进行馈电，能实现圆极化设计。
29、当两个线极化之间相位差90°时，采用x频段的线极化馈源对x极化和y极化同时进行线极化馈电，电场在空间中叠加，实现圆极化设计；当两个线极化之间相位差为0°时，采用x频段的圆极化馈源直接馈电，即能实现圆极化设计。
30、本专利技术具有如下有益效果：
31、1、本专利技术采用具有鱼骨形的相位延迟贴片的空间相位延迟结构，只对平行极化波(x方向)产生电磁响应，能实现仅对反射单元x极化方向上的反射相位进行控制，而保持y极化方向的相位不变。
32、2、上述鱼骨形的相位延迟贴片的使用，使得电磁波在相位延迟贴片的每个z向周期的传播常数固定，通过增加增加x向长矩形条带数量，即可实现相位的变化，当增加的相位满足x极化和y极化之间的相位差(或相位差+2π)时，所需的单元数量即本专利技术的优选数量。
33、3、本专利技术采用x频段的线极化馈源分别在x方向和y方向对多极化反射阵列天线进行馈电，可以实现双线极化设计；采用x频段的圆极化馈源进行馈电，可以实现圆极化设计；圆极化馈源性能稳定，有利于降低反射面的相位补偿误差，提高反射阵列天线的圆极化性能。另外，本专利技术能实现相位差的任意控制，提高反射单元的多功能性。
34、4、本专利技术将空间相位延迟结构放置在移相结构上方四分之一波长处，根据电磁波理论，当距离为四分之一波长时，二者可以实现阻抗匹配，有较好的电磁波入射。
35、5、本专利技术中，通过增大h型贴片中每个长横贴片的宽度w4，能使多极化反射单元在两个极化方向上达到相同的谐振频点，且能达到设定目标的反射相位曲线平行度，利于空间相位延迟结构对x极化和y极化的相位调控，使得x极化和y极化的相位差能达到0度，进而达到圆极化的设计基础。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：包括移相结构和空间相位延迟结构；
2.根据权利要求1所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：相位延迟贴片还包括若干根X向短矩形条带；
3.根据权利要求1或2所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：空间相位延迟结构能使X极化和Y极化具有相同的相位变化，具体相位调控公式为：
4.根据权利要求3所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：空间相位延迟结构仅能对X方向上的极化波产生电磁响应，因而，KY等于电磁波在真空中的传播常数；在工作频率保持不变时，通过调整每根X向长矩形条带的长度lpp，从而实现KX的调整，进而实现的调整；此时，lpp越大，KX将越大。
5.根据权利要求4所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：调整X向长矩形条带的数量n1，能调整传播距离D′，进而实现的调整；n1越大，D′将越大；当确定时，lpp越大，则D′将越小。
6.根据权利要求1所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：空
7.根据权利要求1所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：移相结构括从上到下依次堆叠排列的移相贴片、介质基板一、空气层和金属地；
8.根据权利要求7所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：H型贴片包括中间连接贴片和对称布设在中间连接贴片两端的长横贴片；每个长横贴片的宽度均为w4；通过增大w4，能使多极化反射单元在两个极化方向上达到相同的谐振频点，且能达到设定目标的反射相位曲线平行度，利于空间相位延迟结构对X极化和Y极化的相位调控，使得X极化和Y极化的相位差能达到0度。
9.一种采用空间相位延迟技术的多极化反射阵列天线，其特征在于：包括X频段线极化馈源、X频段线极化馈源和反射面；
10.根据权利要求9所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射阵列天线，其特征在于：当两个线极化之间相位差90°时，采用X频段的线极化馈源对X极化和Y极化同时进行线极化馈电，电场在空间中叠加，实现圆极化设计；当两个线极化之间相位差为0°时，采用X频段的圆极化馈源直接馈电，即能实现圆极化设计。
...【技术特征摘要】
1.一种采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：包括移相结构和空间相位延迟结构；
2.根据权利要求1所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：相位延迟贴片还包括若干根x向短矩形条带；
3.根据权利要求1或2所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：空间相位延迟结构能使x极化和y极化具有相同的相位变化，具体相位调控公式为：
4.根据权利要求3所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：空间相位延迟结构仅能对x方向上的极化波产生电磁响应，因而，ky等于电磁波在真空中的传播常数；在工作频率保持不变时，通过调整每根x向长矩形条带的长度lpp，从而实现kx的调整，进而实现的调整；此时，lpp越大，kx将越大。
5.根据权利要求4所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：调整x向长矩形条带的数量n1，能调整传播距离d′，进而实现的调整；n1越大，d′将越大；当确定时，lpp越大，则d′将越小。
6.根据权利要求1所述的采用空间相位延迟技术的多极化反射单元，其特征在于：空间相位延迟结构布设在移相结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：李森，蔡洋，马宏，卜立君，漆思雨，曹玉凡，闫序存，田煜，吴涛，白文祺，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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