[发明专利]一种阵列馈电式大范围波束扫描反射面天线

说明书

本发明属于毫米波波束扫描天线技术领域，具体提供一种基于拓扑优化的阵列馈电式大范围波束扫描反射面天线；将阵列馈源划分为两个或三个子阵馈源，并将第一子阵馈源平行于反射面的焦平面设置，其它子阵馈源均与第一子阵馈源所在平面形成夹角，形成三维阵列馈源。本发明将传统反射面天线的二维阵列馈源改进为三维阵列馈源，克服了传统阵列馈电式波束扫描反射面天线所面临的扫描范围受限的问题，并且能够有效减小单元幅度动态范围，提高可实现性。同时，本发明通过优化子阵馈源与焦平面的夹角角度，有效地减小天线的扫描损耗，克服了大范围波束扫描天线所面临的较大扫描损耗的难题，从而更好地应用于毫米波频段阵列馈电式波束扫描反射面天线领域。

技术领域

本发明属于毫米波波束扫描天线技术领域，具体为一种基于拓扑优化的阵列馈电式大范围波束扫描反射面天线。

背景技术

在通信系统中，随着工作频率升高至毫米波频段，会面临一系列难题，如空间损耗增大、大功率源获取困难等，从而限制了系统的作用距离。为实现远距离通信的需求，系统前端的天线需要满足高增益的特点；而高增益天线较窄的波束面临波束对准的问题，因此，亟需实现高增益波束扫描天线。相比传统大口径平板阵列天线，反射面天线具有结构简单、高效率的优势，利用反射面天线获得高增益扫描波束是最佳选择。为此，利用阵列馈源对反射面天线进行照射，通过对馈源的幅相控制，可以实现反射面天线不同指向的高增益波束；而阵列馈源会直接影响反射面天线的辐射性能，为了实现二次辐射波束的大范围覆盖，需要对阵列馈源拓扑进行优化。

近些年来，各种低频段阵列馈电式波束扫描反射面天线得到了研究。如文献“B.Rohrda ntz,T.Jaschke,T.Reuschel,S.Radzijewski,A.Sieganschin,and A.F.Jacob,“An electroni cally scannable reflector antenna using a planar active arrayfeed at Ka-band,”IEEE Trans.Microw.Theory Techn.,vol.65,no.5,pp.1650-1661,May2017.”中公开一种贴片阵列馈电式电扫描反射面天线，该天线利用单元间距0.7λ、7单元规模的阵列馈源实现了反射面在该维度7个波束的扫描，但是由于阵列馈源拓扑布局原因，扫描范围较小。此外，文献“N.H.Abd Rahman,M.T.Islam,N.Misran,Y.Yamada andN.Michishita,“Generating cont oured beams for Malaysia region by using acaustic locus graph[Antenna Applications Cor ner],”IEEE Antennas Propag.Mag.,vol.56,no.6,pp.328-336,Dec.2014.”中公开一种二维非规则拓扑阵列馈源布局方法，该最佳馈源位置优化方法一定程度上提升了天线性能，但是单元幅度动态范围较大，且面临扫描范围受限的问题。

上述天线的研究都工作于较低频段，如Ka、X波段等，对于更高的毫米波频段，如W频段等，受制于收发组件及封装电路尺寸的限制，阵列馈源的单元间距应尽可能大；而较大的单元间距会一定程度上恶化天线的辐射性能；为此，需要针对大单元间距阵列馈源的拓扑布局展开优化，以实现应用于毫米波频段的阵列馈电式波束扫描反射面天线。基于此，本发明提供一种基于拓扑优化的大单元间距阵列馈电式大范围波束扫描反射面天线。

发明内容

本发明目的在于针对上述阵列馈电式反射面天线波束扫描范围受限的问题，提供一种基于拓扑优化的大单元间距阵列馈电式大范围波束扫描反射面天线，用以实现高增益波束扫描范围的拓展以及扫描损耗性能的提升。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：