[发明专利]一种反射阵列天线及其设计方法

权利要求书

1.一种反射阵列天线，所述反射阵列天线包括：馈源(3)和反射阵列；其特征在于，所述反射阵列包括多个呈等间隔周期排列的阵元；每个阵元的高度可调节，使各个阵元的高度呈不规则地增加或减小，且各个阵元的上端面处于不同平面上。

2.根据权利要求1所述的反射阵列天线，其特征在于，所述阵元为柱状结构或立方体结构，其表面为矩形、方形或圆形的辐射结构，所述阵元包括：薄片结构(1)和阵元位置控制层(2)；薄片结构(1)位于阵元位置控制层(2)之上，且贴合在阵元位置控制层(2)的顶部表面；

其中，阵元位置控制层(2)为柱状结构或立方体结构的高度可控材料层，采用电压控制、磁控制或温度控制方式，控制每个阵元中的薄片结构(1)在三维坐标系XYZ中的Z方向的坐标，从而改变每个阵元的高度。

3.根据权利要求2所述的反射阵列天线，其特征在于，所述薄片结构(1)上刻蚀不同形状的薄片；薄片结构(1)为薄金属片或微带贴片。

4.根据权利要求1所述的反射阵列天线，其特征在于，所述馈源(3)和反射阵列的组成形式为正馈或偏馈。

5.根据权利要求1所述的反射阵列天线，其特征在于，所述阵元位置控制层(2)内设置微电机，每个阵元上的薄片结构布设在该微电机上，利用可编程芯片控制每个微电机，从而控制每个阵元的上升高度和下降高度，每个阵元的高度调节范围为-λ～λ；其中，λ为电磁波的波长。

6.一种权利要求1-5任一项所述的反射阵天线的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

步骤1)根据焦距、天线口面尺寸和阵列单元数量N，设置反射阵列的平面排布方式为等间隔周期排列，并根据设置的平面排布方试，建立三维坐标系XYZ，获得第i个阵元的中心坐标(x_i，y_i，z_i)；其中，i＝1，2，...，N；x_i为每个阵元在x轴方向上的位移；y_i为每个阵元在y轴方向上的位移；z_i为每个阵元的高度；

步骤2)根据第i个阵元的中心坐标(x_i，y_i，z_i)；计算反射阵表面的相位分布：

φ(x_i，y_i，z_i)＝-k₀sinθ₀cosφ₀x_i-k₀sinθ₀sinφ₀y_i-k₀cosθ₀z_i (1)

其中，φ(x_i，y_i，z_i)为反射阵表面相位分布；sinθ₀为波束指向在θ₀的正弦值；cosθ₀为波束指向在θ₀的余弦值；sinφ₀为波束指向在φ₀的正弦值；cosφ₀为波束指向在φ₀的余弦值；k₀为真空中的传播常数；波束指向为(θ₀，φ₀)；(x_i，y_i，z_i)为第i个阵元的中心坐标；

步骤3)计算第i个阵元的入射场的相位M：

M＝-k₀d_i (2)

其中，

其中，(x_f，y_f，z_f)为馈源的相位中心坐标；

步骤4)计算第i个阵元所需要引入的相移：

其中，φ_i^R为第i个阵元所需要引入的相移；其中，为初始相位；

步骤5)采用HFSS仿真软件，计算第i个阵元的反射相位phi，将计算得到的phi与步骤4)计算得到的φ_i^R作差，根据该差值，计算第i个新的阵元的中心坐标；

步骤6)将第i个新阵元的中心坐标重复步骤2)-5)，进行多次迭代，直至该差值小于Δ；其中，Δ为一个已知常量；判断是否调整第i个阵元在Z方向上的坐标，获得第i个新的阵元的中心坐标；

步骤7)重复步骤2)-6)，得到N个阵元，并按照步骤1)设置的平面排布方式组成反射阵列，并与馈源按照正馈或反馈的方式组合，形成反射阵列天线。

7.根据权利要求6所述的反射阵天线的设计方法，其特征在于，所述步骤6)中，判断是否调整第i个阵元在Z方向上的坐标，获得第i个新的阵元的中心坐标；具体为：

如果该差值大于预先设定的阈值，则需要分别增加或减小第i个阵元在Z方向上的坐标，获得第i个新的阵元的中心坐标；

如果该差值小于或等于预先设定的阈值，则不需要调整第i个阵元在Z方向上的坐标。