[发明专利]一种反射阵列天线及其设计方法

说明书

本发明属于反射阵列天线技术领域，具体地说，涉及一种反射阵列天线，其特征在于，所述反射阵列天线包括：馈源(3)和反射阵列；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。

技术领域

本发明属于反射阵天线技术领域，具体地说，涉及一种反射阵列天线及其设计方法。

背景技术

反射阵列天线一般包括：馈源和反射阵列。其中，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列上，经过反射阵列反射后，在反射阵列的口面上，形成不同的幅度和相位分布。反射阵列天线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。

反射阵与抛物面天线均包括馈源和阵面。可以理解为反射阵的阵面替代了抛物面，反射阵的馈源与抛物面天线的馈源一样位于抛物面的焦点或焦线上。

虽然，抛物面天线可以形成高增益的波束，但是，抛物面天线的体积太大，不利于小型化。反射阵列天线相比于抛物面天线，可以降低天线的剖面，还可以利用折叠、可展开的方式，便于天线的小型化设计。

现有的反射阵列天线中的反射阵列主要通过调节阵元自身的尺寸，或调节介质材料层的介电常数来实现波束的赋形，波束扫描、波束重构以及多波束；传统的反射阵天线的口面相位分布不易改变，口面相位改变代价很大。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种反射阵列天线，通过调节阵元高度与位置，简易实现了口面相位的改变，从而更便于实现波束赋性、扫描及多波束的性能。

所述反射阵列天线包括：馈源和反射阵列；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。

作为上述技术方案的改进之一，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：薄片结构和阵元位置控制层；薄片结构位于阵元位置控制层之上，且贴合在阵元位置控制层的顶部表面；

其中，阵元位置控制层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。

作为上述技术方案的改进之一，所述薄片结构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。

作为上述技术方案的改进之一，所述馈源和反射阵列的组成形式为正馈或偏馈。

作为上述技术方案的改进之一，所述阵元位置控制层内设置微电机，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。

本发明还提供了一种反射阵天线的设计方法，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距周期排列，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：