[发明专利]基于亚波长单层反射单元的宽带编码折叠反射阵天线

说明书

本发明提出一种基于亚波长单层反射单元的宽带编码折叠反射阵天线，解决了折叠反射阵天线带宽窄和设计复杂度高的问题。该天线是等面积的极化栅板和主阵面等间距上下安装，馈源装于主阵面几何中心，本发明主阵面由两种相位差为180度结构相同的亚波长单层反射单元按照经典反射阵相位理论周期编码排列构成。本发明中的相位差为180度的两种反射单元，一个是“0”反射单元，另一个是由“0”反射单元逆时针旋转90度形成的“1”反射单元。本发明的折叠反射阵天线产生了高增益笔形波束，降低天线阵列设计难度，带宽宽，设计复杂度低，充分发挥了折叠反射阵天线的高增益、低损耗、结构紧凑、交叉极化低等优点，可应用于高性能通讯或雷达系统中。

技术领域

本发明属于微波和射频技术领域，主要涉及高增益反射阵天线，具体是一种基于亚波长单层反射单元的宽带编码折叠反射阵天线，可应用于无线通信系统射频前端。

背景技术

近年来，随着无线通信系统的不断的发展，高增益的大型相控阵天线和抛物面天线在航空领域应用广泛。大型相控阵天线具有灵活的宽角度波束扫描能力，然而馈电网络复杂、收发组件价格高昂、功率损耗大、工作效率相对较低等缺点限制了相控阵天线在航天、雷达、卫星等方面的应用；而抛物面天线具有结构简单、工作频带宽、方向性强、增益高等优点，但其体积过于庞大、质量过重，固有的曲面结构都也使得抛物面天线在加工制作及调试安装等方面产生诸多不便。因此为克服以上传统高增益天线的缺点，同时又兼顾其彼此间各自的优势，“反射阵天线”应运而生。反射阵天线采用平面结构替代抛物面天线的曲面结构，降低了加工难度，同时加工成本低、体积小、易于共形和赋形；另外，由于平面反射阵天线采用了空间馈电结构，它不仅避免了相控阵天线复杂的馈电结构和相移网络，又减小了传输中的能量损耗和加工成本。但是其馈源喇叭与阵面之间的距离一般约为阵面直径，这不仅需要设计高度合适的支架对馈源进行支撑，并且馈源对反射波的遮挡效应往往不可避免。随着对极化特性的深入研究和共形理念的认识，2002年，W.Menzel及D.Pilz提出折叠反射阵天线的概念。折叠反射阵天线在平面反射阵的基础上，利用阵元的极化扭转特性和极化栅板的极化选择特性，将馈源与反射阵面共面集成，大大降低反射阵天馈系统整体剖面。因此采用折叠反射阵结构，具有低剖面，在实现阵列天线大口径综合等方面有着巨大优势。因此，折叠反射阵天线受到了国内外众多学者越来越多的关注，研究折叠反射阵天线具有应用价值。

例如，2017年Lu Guo等学者在IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATIONLETTERS期刊(Vol.6，No.1，JULY 2017)上发表论文“On the Use of Single-LayeredSubwavelength Rectangular Patch Elements for Broadband Folded Reflectarrays”，提出了一种基于亚波长结构的双极化单元的宽频带折叠反射阵天线。该天线将馈源与主阵面集成，在距主阵面上方二分之一焦距的位置放置极化栅板。相比于传统反射阵天线，该天线可在轴向减少一半的高度，其1-dB增益带宽达到16％。

又如，申请公布号CN104901023A，名称为“一种宽频带折叠反射阵天线”的专利申请，公开了一种基于新型双层单元的折叠反射阵天线。其主阵面为双层结构，主阵面中由多个形状相同、尺寸不一的双层反射单元构成。该发明采用的双层反射单元，可独立控制两个正交极化的反射相位，并且保证了两个极化的反射相位都能实现良好的相移曲线，实现了折叠反射阵天线的宽频带特性，但是该反射单元结构复杂且层数较多，导致设计难度较大，加工成本较高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种结构简单易于工程化实现的基于亚波长单层反射单元的宽带编码折叠反射阵天线。