[发明专利]基于微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及到一种基于微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线及制作方法。

背景技术

高增益波束扫描天线具有抗干扰性强、通信距离远、通信信息量大、能够实时跟踪目标等优势，广泛用于雷达导航追踪、卫星通信以及大规模深空探测等领域。高增益波束扫描天线包含抛物面反射天线、相控阵天线以及微带平面反射阵天线等，抛物面反射天线通过机械转动能够实现电磁波束的动态扫描功能，但是存在扫描速度慢、机械金属器件笨重且占用空间尺寸大等缺点；相控阵天线可实现快速波束扫描，但是其馈电网络复杂、损耗大、造价昂贵；微带平面反射阵天线综合了抛物面反射天线及相控阵天线的部分优势，同时也克服了他们的许多缺陷，具有重量轻、损耗低、效率高、易于实现批量化生产、易于集成及共形设计等优势，成为了当前的研究热点。微带平面反射阵天线一般由呈周期性排布的反射阵面和馈源组成，可以通过调节每个离散单元的反射系数，设计和控制阵面上每个离散点的幅度和相位，从而可实现对波束的动态调控。传统微带平面反射阵工作原理是：电磁波由馈源发出后，经过不同的传输路径到达反射阵面，反射阵面是由拓扑结构相似的呈周期性排布的单元构成；各单元的位置决定了入射电磁波有不同的空间相位延迟。通过对每个单元的尺寸、旋转角度或耦合口径等物理尺寸的设计而使其对馈源发出的电磁波的相位进行调节，使反射阵面上的口径场形成所需的分布，最终产生所需的辐射方向图。

现有技术中通过采用机械调谐技术以及电子器件调谐技术完成波束扫描。机械调谐技术是通过调整馈源喇叭的位置、旋转反射面口径上相移单元等手段实现波束扫描。机械调谐技术的优点是射频功率容量高、能提供低损耗的连续相位调谐，但是其存在扫描速度慢、偏置电压高、可靠性差的技术问题。电子调谐技术主要通过调控加载的可调电子器件的偏压，从而控制移相单元的移相量来实现波束扫描。常用于实现波束扫描的电子器件有PIN二极管、FET二极管、MEMS可调谐器件、变容二极管等，加载电子器件可实现微带平面反射阵离散或是连续的波束扫描。电子器件调谐技术扫描速度快、偏置电压较低、直流功耗较小，但是其存在功率容量低、应用频率低的技术问题。因此提供一种功率容量高，工作频率高的微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线就很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的功率容量低，工作频率低的技术问题，提供一种新的微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线，该天线具有功率容量高，工作频率高，损耗低，调谐速度快的技术特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线，包括微带天线阵列，依次位于微带天线阵列下方的介质板，接地面，所述微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线还包括位于微带反射阵列正下方与微带反射阵列触接的移相单元；与所述移相单元对应连接的波束扫描装置及与所述波束扫描装置连接的馈源，所述馈源位于微带反射阵列正下方；所述移相单元为液晶单元；所述馈源用于连接天线输入/输出端；所述波束扫描装置用于提供移相单元的外置偏压。

上述方案中，为优化，进一步地，所述波束扫描装置包括MCU微控制单元，与所述MCU微控制单元连接的扫描单元，所述扫描单元与移相单元对应连接；

所述扫描单元包括外置电压输出模块，用于提供液晶单元的外置偏压；

所述MCU微控制单元用于控制所述扫描单元。多个扫描单元可集成设计为一个扫描单元组合。

进一步地，所述微带天线阵列包括N个天线阵元，所述天线阵元为相同的反射单元结构；

其中N为正整数。

进一步地，所述反射单元结构为多谐振结构单元。

进一步地，所述多谐振结构单元为栅格周期均匀排列的N1个微带单元，微带单元长度呈对数周期分布，其中N1为正整数。

进一步地，所述介质板包括上、中、下三层介质板，所述微带天线阵元设置于上层介质板下表面；所述中间层介质板挖方孔，方孔与所述微带天线阵元对应，用于装载所述液晶单元；所述接地面设置于下层介质板的上表面。

进一步地，所述液晶单元介电常数2.2-3.2。

进一步地，所述馈源为偏馈馈源，焦径比F/D＝1。

本发明还提供一种微晶材料的波束扫描微带平面反射阵天线的制作方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据天线指标计算反射阵单元参数，完成多谐振单元的设计，依据反射阵单元确定液晶单元参数；

(2)单独测试液晶单元，获取外置偏压-复反射系数数值关系；