[发明专利]反射器阵列和包括该反射器阵列的天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射器阵列，用于反射器阵列天线。其主要应用 于安装在例如通信卫星的太空飞行器上的天线，或者应用于用于卫星 通信或广播系统的地面终端的天线。

背景技术

反射器阵列(或“反射阵列”)天线10，如图1中的实例所示，包 括一组个体辐射元件12，其装配为一维或二维阵列11并且形成反射表 面14，使得能够增加天线10的方向性和增益。反射器阵列的个体辐射 元件，也称为个体单元，是金属片和/或狭槽型，具有变量，例如刻蚀 图形(etched pattern)的几何尺寸(片或狭槽的长和宽)，设置该几何 尺寸以获得所选择的辐射图形。如图2中的实例所示，个体辐射元件 12可以包括金属片，金属片填充有辐射狭槽并且与金属接地平面分开 在λg/10和λg/6之间的典型距离，其中λg是间隔介质中的引导波长。 此间隔介质可以是介电的，还可以是复合材料夹层，由蜂巢类型的分 离器和介电的薄膜的对称布局而形成。为了使天线10有效，对于频带 的不同频率，个体单元必须能够准确地控制在入射波上产生的相移。 反射器阵列的制造方法也必须尽可能简单。

反射器阵列中的辐射元件的布局需要很注意。其应该遵守，至少 是大概遵守，限定了反射器阵列的反射特性的强周期性(strong periodicity)(典型地小于0.65λ，优选地等于0.5λ，其中λ是自由空间 的波长)。如同下面所述，周期越大，效率越高。然而，当前已知的反 射器阵列有很大的问题。

个体辐射元件相对于彼此形成反射器阵列的布局是综合的，以便 在被选择来产生给定覆盖的指定方向上获得给定的辐射图形。图3a示 出了根据现有技术的反射器阵列天线的辐射元件的示例性布置，使得 能够获得在相对于天线的横向上指向的方向性射束。因为反射器阵列 的平面性(flatness)以及因为由主要馈送(feed)13发射到阵列的每 个辐射元件的波的路径长度的不同，源自主要馈送13的入射波造成的 反射器阵列的照射在反射表面上方产生电磁场的相位分布。因而辐射 元件的尺寸受到限制，使得入射波被阵列11反射，具有补偿入射波的 相对相位的相移。辐射元件12因此没有全被相似的原件围绕，并且相 位变化的越快，从一个辐射元件到另一个的转变(transition)越大。

结果，有两个问题：首先，在计算假定周期无限大的辐射元件的 电特性中存在的标准近似对于这些元件不再正确。还有，在个体辐射 元件12的布置的准周期中(pseudo-periodicity)有突变的区域中会发 生衍射现象。尽管假定电场的振幅取决于与来自主要馈送13的射束的 宽度有关的切趾分布(apodized distribution)，在反射器阵列11上方的 辐射电场的测量到的分布整体上展现了其被衰减(damped)的区域， 其精确地对应于这些强转变的位置。反射器阵列的网格大小(mesh size)越大，该衍射变得越大。这造成次级波瓣的电平(level)增加， 甚至保持小于-20dB，这造成相关联的天线10的方向性降低，这对于 通信天线是不可接受的。

发明内容

本发明的目的是提出一种反射器阵列来改善这些缺点，该反射器 阵列不会造成反射表面上的辐射元件的周期中的强烈突变，因此能够 减少辐射图形的干扰并增强包括该反射器阵列的阵列天线的方向性。

本发明的另一个目的是提出一种反射器阵列，当由辐射元件反射 的波的相位变化的可能性增加时，其能够减少转变的次数。

本发明的最后的一个目的是提出一种反射器阵列，其包括具有简 单和紧凑的辐射结构的个体辐射元件，

至此，本发明的主题是一种反射器阵列，其包括彼此并排布置的多 个个体辐射元件，并且形成没有突变的反射表面，并且能够用选择来 提供给定的覆盖的相位变化规律来反射入射波，其特征在于：

-个体辐射元件由平面技术(planar technology)生产，

-反射表面的每个辐射元件选自称为图形的一组预定的连续的辐射 元件，所述图形能够在图形的第一个元件和最后一个元件之间产生至 少360°的逐渐的相位变化，

-所述图形的第一个元件和最后一个元件对应于同一个相位，以 360°为模，并且是相同的，