[发明专利]一种单层微带反射阵列天线及其设计方法

权利要求书

1.一种单层微带反射阵列天线，其特征在于，包括馈源和微带反射阵列；所述的微带反射阵列包括若干个移相单元、单层介质基底和金属底板，所述的移相单元包括两个宽度沿周向渐变的圆环贴片，两个圆环贴片以非同心位置嵌套在一起，所有移相单元等间隔周期排列在介质基底上，所述的金属底板设置于单层介质基底的底面；

两个圆环贴片的最小宽度均为0.1mm，且两个圆环贴片之间的最小间距为0.2mm；

所述的两个圆环贴片中的大圆环的外圆直径为D₁，大圆环的内圆直径为D₂，小圆环的外圆直径为D₃，小圆环的内圆直径为D₄，则有关系为D₂＝0.8D₁，D₃＝0.5D₁，D₄＝0.8D₃；所述大圆环的外圆直径由移相单元所需的补偿相位确定；D₁为1.4mm到13mm，反射相位的范围为560°。

2.根据权利要求1所述的单层微带反射阵列天线，其特征在于，所述单层介质基底的厚度为3mm。

3.根据权利要求1所述的单层微带反射阵列天线，其特征在于，所述移相单元的周期长度为固定值P，并满足P＝0.6λ＝13.25mm，其中λ为电磁波在13.58GHz时的自由空间波长。

4.根据权利要求1所述的单层微带反射阵列天线，其特征在于，所述的单层介质基底的相对介电常数为2.2，介质损耗角正切值为0.001。

5.根据权利要求1所述的单层微带反射阵列天线，其特征在于，所述的馈源采用角锥喇叭，所述的微带反射阵列的馈电方式为正馈。

6.基于权利要求1-5之一所述的单层微带反射阵列天线的设计方法，其特征在于，包括：

步骤1)选择角锥喇叭作为天线的馈源，将角锥喇叭设置于微带反射阵列的上方，同时设置角锥喇叭的相位中心距离微带反射阵列的距离为焦径F，满足F＝k·D，其中D表示微带反射阵列的口径宽度，k的取值范围为0.75-1之间；

步骤2)利用反射阵相位计算公式计算每个移相单元所需的补偿相位；

所述的反射阵相位计算公式表示为：

其中，表示第i个移相单元所需补偿的相位，以选定的xoy平面设定角锥喇叭的相位中心坐标为(x_f,y_f,z_f)，设定第i个移相单元的位置坐标为(x_i,y_i,0)，表示反射波的波束指向角度，k₀＝2π/λ表示真空中电磁波的传播常数，λ为电磁波在所设计的中心频率处的自由空间波长，d_i表示馈源相位中心与第i个移相单元之间的距离，其计算公式为

步骤3)根据移相单元在其中心频率处的反射相位曲线，获取与其补偿相位相对应的大圆环的外圆直径D₁；

步骤4)利用步骤3)中获得的大圆环的外圆直径为D₁，计算获得大圆环的内圆直径为D₂＝0.8D₁，小圆环的外圆直径为D₃＝0.5D₁，小圆环的内圆直径为D₄＝0.8D₃；

步骤5)根据步骤4)中获得的大圆环和小圆环尺寸制作各移相单元，将各移相单元等间隔周期排列在介质基底上，并将金属底板设置于单层介质基底的底面。