[发明专利]宽频带低剖面双圆极化反射阵天线、控制方法及应用

说明书

本发明属于反射阵天线技术领域，公开了一种宽频带低剖面的双圆极化反射阵天线、控制方法及应用，包括双圆极化馈源和平面圆极化反射阵；双圆极化馈源位于反射阵的焦平面附近，包括X/Ku波段线极化喇叭和3D打印的介质圆极化器，反射阵部分包括多个周期排列的反射阵单元。本发明基于相位补偿原理，同时结合动态相位和旋转相位技术对反射阵单元的相位补偿进行设计，使反射阵单元能够对不同旋向的电磁波相位进行独立调控，即能够实现任意组合的左旋/右旋圆极化相位补偿，且设计方法简单、设计周期短、结构稳定、加工便利、成本低廉，在卫星通信、车载/机载雷达等领域具有重要应用价值。

技术领域

本发明属于反射阵天线技术领域，尤其涉及一种反射波束具有极化独立特性的宽频带低剖面的双圆极化反射阵天线、控制方法及应用。

背景技术

目前，反射阵天线结合了反射器天线、相控阵天线和印刷天线的优点。与传统的金属反射器天线和相控阵天线相比，平面反射阵天线具有低剖面、高增益、低成本、部署简单、易于移动等优势，广泛应用于卫星/空间通信、汽车/机载雷达、低成本波束扫描等诸多应用场景。现有的大多数反射阵天线都是线极化的，但对于电信/卫星通信系统，复杂环境所引起的电磁干扰和多径效应很容易导致极化失准和功率传输损耗，而圆极化天线可以有效避免这个问题，因为圆极化波对环境干扰具有较强的鲁棒性。此外，对于具有高数据传输速率和复用要求的通信系统，具有宽频带和多极化的天线则更受青睐。因此，具有宽频带特性的双圆极化反射阵天线能够很好地实现高速稳定的传输和系统的极化复用。

然而，现有的大多数双圆极化反射阵天线的设计都存在着剖面较高、结构复杂、极化具有相干性、无法实现极化复用等问题。对于在不同频段分别实现双圆极化的反射阵天线设计，需要天线具有多个馈源或者馈源具有很宽的带宽，同时双圆极化的需求进一步增加了馈源和反射阵的结构复杂性；此外，每个频段始终对应一个极化状态，无法在同一频段实现极化复用。对于大多数在同一频段实现双圆极化的反射阵天线设计，仅引入了一种相位补偿技术(动态相位补偿或旋转相位补偿)来设计反射阵单元的相位补偿，使得反射阵对左旋和右旋圆极化波的波束调控具有相干性，无法分极化独立控制；该类设计虽然简化了馈源和反射阵单元的设计复杂度，但左旋和右旋圆极化的相干性也对反射阵天线的应用潜力产生了很大限制。因此，能够在同一频段实现波束分极化独立控制的结构简单的双圆极化反射阵天线具有重要的应用价值和广阔的应用场景。

目前，波束分极化独立调控的双圆极化反射阵天线的有关研究仍较为不足。在少数能够实现同频双圆极化波束独立调控的反射阵天线的设计中，反射阵单元的设计应用了动态相位补偿和旋转相位补偿两种补偿方式，使反射阵单元能够对左旋和右旋圆极化相位补偿进行独立调控，从而对反射波束进行分极化独立控制。然而，现有研究主要关注于如何结合两种相位补偿方式以实现关于极化独立的相位调控，而忽视了反射阵天线的宽频带、低剖面和轻量化设计，尽管卫星通信等诸多实际应用场景都对天线的带宽、剖面和重量有较为严格的要求。因此，设计波束具有极化独立特性的宽频带低剖面的双圆极化反射阵天线依然是一个值得研究的方向。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的大多数双圆极化反射阵天线无法在同一频段实现波束分极化独立控制以及极化复用，左旋和右旋圆极化的相干性限制了反射阵天线在面对多种应用场景和不同应用需求时的灵活性和适配性。而少数能够实现波束分极化独立调控的双圆极化反射阵天线又存在结构复杂、剖面较高、带宽不足的缺陷，无法适应卫星通信等实际应用领域的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种宽频带低剖面双圆极化反射阵天线、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种宽频带低剖面双圆极化反射阵天线包括：

平面圆极化反射阵，包括多个周期排列的反射阵单元，所述反射阵单元包括双头箭头形金属贴片层、介质层和金属地层，双头箭头形金属贴片层位于介质层的上表面，金属地层位于介质层的下表面；