[发明专利]全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法

说明书

本发明公开全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法，包括步骤一、单元结构的设计，步骤二、可重构平面反射阵天线结构设计，步骤三、馈源位置和入射波极化方向的确定，步骤四、通过控制二极管开关状态来控制反射波束，步骤五、可重构反射阵列天线的仿真；本发明通过将可重构反射阵天线入射波极化方向设为45°，使天线单元获得等幅同相的电场分量，同时根据平面反射阵天线原理和电磁波极化原理，独立地控制单元两方向二极管开关状态，实现全极化大角度波束扫描，且通过阵列中单元的连续正交摆放，有效地降低圆极化轴比，提高圆极化纯度。通过特殊的二极管编码方式，实现数字调整改变反射波极化和扫描角度，无需机械旋转馈源，使波束响应时间更短。

技术领域

本发明涉及可重构反射阵列天线技术领域，尤其涉及全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法。

背景技术

目前设计了一个1bit双频段可重构反射阵列天线(RRA),它可以产生两个正交极化的铅笔束。该RRA单元是具有两个独立控制的PIN二极管的矩形贴片。该RRA由256个单元组成，在12.5GHz和14.25GHz，具有双线极化(水平线极化和垂直线极化)以及大角度波束扫描能力；

现有技术提出了一种具有独特旋转角度和相位安排的2×2子阵列，该子阵列可以使阵列天线具有更低的轴比以及更宽的轴比带宽。单元的旋转角度依次为0°，90°，180°，270°；

可重构反射阵现有的方法是用含有两个PIN二极管的矩形贴片做反射面单元，通过机械地调整入射波极化来实现双线极化的反射波束，此方法使天线的响应时间增长，同时只能实现双线极化反射波束，不能实现全极化(+45°LP、-45°LP、LHCP和RHCP)反射波束，因此，本发明提出全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法，该全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法通过将可重构反射阵天线入射波极化方向设为φ＝45°，使天线单元在x和y方向上获得等幅同相的电场分量，同时根据平面反射阵天线原理和电磁波极化原理，独立地控制单元两方向二极管开关状态，实现全极化(+45°LP、-45°LP、RHCP、LHCP)大角度波束扫描，且通过改变阵列中单元摆放方式为连续正交摆放，有效降低圆极化轴比，提高圆极化纯度，实现数字调整即可改变极化和扫描角度，无需机械旋转馈源，使波束响应时间更短。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：全极化可重构平面反射阵天线技术的设计方法，步骤一、单元结构设计，选取带有两个可独立控制的PIN二极管的方形贴片做反射面天线单元；

步骤二、以2×2个单元为一个子阵，子阵中单元按照0°、90°、180°和270°连续旋转排布，可重构反射面天线由8×8个子阵组成，即16×16个单元组成；

步骤三、设馈源位置为(50mm，110mm，)，令馈源的极化方向为φ＝45°方向；

步骤四、因入射波的极化方向为φ＝45°方向，所以对于每个单元来说入射波沿x轴方向和y轴方向的电场分量是等幅同相的，通过控制单元两个方向二极管开关状态可以独立地控制x和y方向的反射波，根据反射面天线原理计算单元的相位补偿值，然后进行量化并对二极管状态进行编码；

步骤五、用三维电磁仿真软件对可重构反射阵列天线进行仿真，得出仿真结果，并根据式(1)计算得出天线效率。

其中G为天线最大增益，A为天线孔径，λ为波长。

进一步改进在于：所述步骤一中反射面天线单元结构为最上层是金属方形贴片和PIN二极管，第一层介质基板采用Taconic TLX-8，下层为金属板接地，与连接最上层贴片中心的金属过孔相连，中间两层为FR-4，中间金属为扇形枝节直流偏置电路，最后一层介质基板与中间两层介质基板一致，为直流电路布线提供足够空间。