[发明专利]反射天线及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，具体而言，涉及一种反射天线及其设计方法。

背景技术

随着卫星通信技术的快速发展，反射天线的应用越来越广泛。反射天线由馈源和平板反射阵列组成。其中，平板反射阵列是由大量印刷于介质基片上的微带贴片单元组成的平面阵列。反射天线的工作原理为：由馈源发射的电磁波沿着不同传输路径到达平板反射阵列上的每个单元，传输路径差异导致不同单元所接收的入射场具有不同的空间相位，通过合理设计每个单元，使其对不同的入射场做出不同的相位补偿，让反射场在天线口径面上形成所需的同相位波前。

现有的反射天线的馈源采用喇叭直接照射，其照射方式可以分为垂直照射(正馈)和斜入射(偏馈)两种。图1是根据现有技术的馈源喇叭斜入射正方形平板反射阵列面板时电磁波功率分布的示意图，如图1所示，图中的等值线代表的是归一化功率密度分贝值，-10dB的等值线代表平板反射阵列面板上此处的功率密度降为辐射功率密度最大值的十分之一，其中，-10dB等值线在馈源喇叭斜入射正方形平板反射阵列面板的情况下是一个椭圆。为了获得尽量大的板反射阵列面板的利用率，将此椭圆内切于正方形平板反射阵列面板，从图1中可以看出，正方形平板反射阵列面板四角处的面积没有得到利用，而且电磁波的功率密度在整个正方形平板反射阵列面板上不是均匀分布的，正方形平板反射阵列面板边缘的功率也是不可控的，这样将会导致天线的旁瓣电平有可能不符合国际卫星组织对于天线旁瓣包络规范，即天线的旁瓣电平不可以超过-14dB，同时，电磁波的功率密度在整个平板反射阵列面板上分布不均匀也将会导致不能对平板反射阵列面板的最佳相位调制性能进行优化。此外，现有的反射天线无论采用正馈还是偏馈方式，馈源对平板反射阵列面板发出的电磁波都会有一定程度的遮挡，降低了天线的总体效率。

针对现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种反射天线及其设计方法，以至少解决现有技术中天线的平板反射阵列面板的利用率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种反射天线，包括：馈源，用于发射电磁波；副反射曲面，位于馈源辐射口一侧，用于对电磁波进行赋形；以及主反射面板，位于馈源辐射口的另一侧，用于对赋形后的电磁波进行调制，使得调制后的电磁波具有相同的相位。

进一步地，副反射曲面呈伞状曲面。

进一步地，副反射曲面的中部为凹面且向馈源方向凹陷。

进一步地，副反射曲面划分为多个彼此无缝连接的子曲面，多个子曲面的公共连接部是副反射曲面的中部。

进一步地，每个子曲面为凹面且向馈源方向凹陷。

进一步地，副反射曲面的横切面为多边形，多边形的每个边为曲线且向多边形的中心弯曲。

进一步地，相邻两个子曲面的交界区域为凸面且向远离馈源的方向凹陷。

进一步地，主反射面板包括：多个相位调整单元，其中，通过调整多个相位调整单元中的每个相位调整单元控制赋形后的电磁波具有相同的相位。

进一步地，主反射面板为超材料反射面板。

进一步地，超材料反射面板包括：介质基板；设置在介质基板表面的多个导电几何结构；以及设置在介质基板的与导电几何结构相对的另一表面的反射层。

进一步地，反射层为金属层。

进一步地，超材料反射面板的形状为矩形。

进一步地，副反射曲面上的点满足如下关系：tan(θ+ψ)/2＝dρ/(ρdρ)；以及KP(θ,φ)dA(θ,φ)＝G_f(ψ,θ)dA_f(ψ,θ)，其中，K为预设常数，副反射曲面上的点为极坐标系下的点，ρ为副反射曲面上的点的极径，φ为副反射曲面上的点的极角，极坐标系的坐标原点为馈源的相位中心，G_f(ψ,θ)为馈源方向图，P(θ,φ)为反射方向图，dA(θ,φ)为反射方向图的微分面元，dA_f(ψ,θ)为馈源方向图的微分面元，ψ为入射角，θ为反射角，入射角为电磁波的入射方向与馈源的中轴线的夹角，反射角为电磁波的反射方向与馈源的中轴线的夹角，入射角和反射角由主反射面板的尺寸和第一距离确定，第一 距离为馈源与主反射面板之间的距离。

进一步地，主反射面板上赋形后的电磁波的功率密度呈环形分布，其中，环形的外边界内切于主反射面板的边界，馈源在主反射面板上的投影落在环形的内边界内。

进一步地，赋形后的电磁波的功率密度在环形分布的区域内均匀分布。