[发明专利]一种反射阵天线及其设计方法

说明书

本发明属于宽频液晶反射阵天线领域，具体涉及一种反射阵天线及其设计方法，所述反射阵天线包括馈源和反射阵面，馈源和反射阵面的组成形式为正馈或偏馈；所述反射阵面包括可控介电常数层及其上贴合的m行*n列的反射阵单元；所有反射阵单元采用相同的控制电压。本发明从材料的介电常数调节着手，可以展宽已有的反射阵天线的带宽，解决了现有反射阵天线频带展宽问题。

技术领域

本发明属于宽频液晶反射阵天线技术领域，具体是一种可展宽反射阵带宽的反射阵天线及其设计方法。

背景技术

反射阵天线一般由馈源和反射阵组成。馈源可采用任意天线形式，馈源辐射的电磁波照射在反射阵上，经过反射阵反射后在阵列口面上形成不同的幅度和相位分布。反射阵的设计可以类比抛物面天线，即馈源的摆放位置应位于反射阵的“焦点”或“焦线”上。

抛物面天线虽然可以形成高增益的波束，但是体积太大，不利于小型化。反射阵天线相比于抛物面天线可以降低剖面，还可以利用折叠、可展开等技术，便于天线的小型化设计。

为了实现反射阵天线的波束赋形，现有研究已将反射阵的介质材料替换为介电常数可调的材料，最广泛的研究对象即为液晶材料。但这些研究都是对反射阵的一个单元或一组单元介电常数进行调节，使不同的调节单元具有不同的介电常数。由于反射阵天线单元数量成百上千，因而这种调节形式结构复杂。

现有反射阵单元的结构如图1和图2所示，其中图1为反射阵结构的俯视图，图1中，多个矩形为刻蚀在微带板材或隔离层(一般为石英)上的金属，圆形为可控介电常数层。图2示出了可控介电常数层的结构，其中，可控介电常数层分为三部分，上下两部分为导电材质用于形成不同的电压值，中间部分为液晶层，其在不同的电压下，对应不同的介电常数。

可控介电常数层可以不止一层，如图3所示，为两层可控介电常数层。当采用多个可控介电常数层时，两个相邻的可控介电常数层之间可以由绝缘材质隔开，也可以由经过刻蚀的微带电路板隔开。可控介电常数层下面为刻蚀在微带板材或隔离层(一般为石英)上的金属地板层。

现有反射阵天线采用微带介质板结构，因而频带较窄。现有研究对于展宽频带从单元带宽、单元空间相位延迟不同以及单元间距等方面着手，未有其他方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可展宽反射阵带宽的反射阵天线及其设计方法，本发明从材料的介电常数调节着手，可以展宽已有的反射阵天线的带宽，解决了现有反射阵天线频带展宽问题。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种反射阵天线，包括馈源和反射阵面，馈源和反射阵面的组成形式为正馈或偏馈；所述反射阵面包括可控介电常数层及其上贴合的m行*n列的反射阵单元；所有反射阵单元连接同一个电压控制器，使反射阵单元采用相同的控制电压。

优选地，所述可控介电常数层的层数为1层，本领域技术人员根据需要可以选择可控介电常数层的层数，具体层数可以为2层或3层等。

可控介电常数层所采用的制作材料可以是领域内的常用液晶材料，具体可以为K15，TUD-862，TUD-566，GT-23001，TUD-899等。

优选地，所述可控介电常数层的介电常数可调范围εv-εh为2.32到3.11。这个介电常数可调范围是由上述具体材料决定的，本发明优选采用TUD-566。

优选地，反射阵单元采用四臂阿基米德螺旋单元结构，21行*19列反射阵单元的排列方式，扇形波束反射阵天线。根据需要，本领域技术人员还可以选择其他类型的单元结构以及排布方式。

本发明中，按照介电常数的中间值设计中心频点的反射阵天线，不同位置的反射阵单元采用不同的螺旋圈数从而使反射阵表面的相位分布一致，圈数取值为0.6到0.9。

本发明还提供了上述反射阵天线的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：