一种宽带宽角工作的频率选择副反射面的制作方法

本发明属于卫星通信、深空探测、侦察对抗、遥感遥测等领域，涉及一种宽带宽角工作的频率选择副反射面。

背景技术：

双反射面天线在卫星通信、深空探测、侦察对抗、遥控遥感等领域应用广泛。双反射面天线主要有卡塞格伦型和格里高利型。卡塞格伦天线的副反射面为双曲面，格里高利天线的副反射面为椭圆面。双反射面天线的性能比单反射面天线更加优异。

频率选择表面是一种由结构单元周期排布组成的功能性表面，它对某一频段的电磁波呈现金属特性，起到全反射作用，对另一频段的电磁波则呈现空气特性，起到全透射作用。

在双反射面天线系统中，将金属副反射面替换为频率选择表面，在该面两侧分别放置前馈馈源和后馈馈源，可以反射后馈馈源的能量，同时透射前馈馈源的能量，实现主反射面的频率复用。

使用频率选择表面技术制作副反射面，需要加工制作曲面形状的频率选择表面。而现阶段使用的频率选择表面大多采用平面印制板工艺制作，首先将设计好的金属图案印刷到平面柔性基板表面，然后将带有金属图案的柔性基板贴敷成曲面。当曲面可以平面展开时，这种办法是可行的。对于不可平面展开的曲面，如椭圆面、双曲面，这种办法会导致柔性基板和金属图案扭曲变形，最终严重恶化频率选择曲面的性能。

本发明提出一种基于金属骨架的频率选择副反射面。该频率选择副反射面包括开孔金属曲面和介质锥阵列两部分。金属曲面上的每一个通孔填充一个介质锥。介质锥的卡口结构将介质锥与金属曲面牢固结合。这种填充介质锥的金属孔结构具有宽带宽角工作特性，并且加工工艺成熟，成品率高。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种宽带宽角工作的频率选择副反射面。该频率选择副反射面对低频电磁波起全反射作用，对高频电磁波起全透射作用。将这种频率选择副反射面应用于反射面天线系统中，可以实现主反射面的频率复用。

本发明采用的技术方案为：

一种宽带宽角工作的频率选择副反射面，其特征在于：包括金属曲面1和介质锥2；金属曲面1上包含周期性排布的通孔3，通孔3的开孔方向沿金属曲面的法线方向，每一个通孔3中填充一个介质锥2。

其中，所述介质锥2包括中间段、两个卡口段和两个锥台段；中间段的两端分别设有一个卡口段，每个卡口段外端分别设有一个锥台段；中间段的直径与通孔3的内径相同，中间段的高度与通孔3的高度相同；卡口段的外径大于通孔3的内径；锥台段的底面直径与卡口段的外径相同，锥台段的顶面直径小于底面直径。

其中，金属曲面1从中心到边缘的厚度保持不变，厚度在0.15倍波长至1.5倍波长之间。

其中，通孔3的中心间距在0.1倍波长至1倍波长之间，通孔的直径小于通孔3的中心间距。

其中，通孔3的布列形式选用方形布阵或三角形布阵。

其中，介质锥2的材料为低损耗的微波材料。

本发明相比基于柔性印制板的技术方案，其优点为：

(1)该频率选择副反射面的骨架为金属材料。金属材料易于形成双曲面、椭圆面等工程应用中需要的副反射面外形。

(2)每一金属孔对应一个介质锥。介质锥通过自身的卡口结构与金属曲面牢固结合。不同介质锥独立装配。该设计具有良好的可维修性。

(3)介质加载结构能够减小频率选择面单元的组阵间距，改善了副反射面的宽角工作性能。

附图说明

图1是本发明涉及的频率选择副反射面示意图。

图2是未填充介质锥的金属曲面示意图。

图3是介质锥的结构示意图。

图4是频率选择副反射面在双反射面天线系统中的使用方式。

具体实施方式

下面结合图1至图4对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围不局限于所述实施范例。

如图1所示，本发明使用的频率选择副反射面由金属曲面1和介质锥2两部分组成。

如图2所示，金属曲面1上包含周期性排布的通孔3，通孔3的开孔方向沿金属曲面的法线方向，每一个通孔3中填充一个介质锥2，通孔3的尺寸一致，介质锥2尺寸也是一致的；通孔中心间距在0.1倍波长至1倍波长之间，通孔的直径小于通孔中心间距；金属曲面1从中心到边缘的厚度保持不变，厚度在0.15倍波长至1.5倍波长之间。

如图3所示，所述介质锥2包括中间段、两个卡口段和两个锥台段；中间段的两端分别设有一个卡口段，每个卡口段外端分别设有一个锥台段；中间段的直径与通孔3的内径相同，中间段的高度与通孔3的高度相同；卡口段的外径大于通孔3的内径；锥台段的底面直径与卡口段的外径相同，锥台段的顶面直径小于底面直径。介质锥上、下两边的卡口结构将介质锥2与金属曲面1牢固结合；

通孔3的布列形式选用方形布阵或三角形布阵，本实施例通孔3的布列形式选用三角形布阵。

介质锥2的材料选用聚四氟乙烯。该材料具有支持高频电磁信号、损耗正切小、热膨胀系数小、环境适应性好等优点。同时聚四氟乙烯具有弹性。因此，由聚四氟乙烯制成的介质锥，其卡口段可以在外力辅助下微小收缩，使介质锥顺利通过金属副反射面的通孔，并与金属曲面牢固配合。

该频率选择副反射面在双反射面天线系统中的应用方式如图4所示。该双反射面天线系统包括前馈馈源4、后馈馈源5、频率选择副反射面和天线主反射面6。其中，前馈馈源4辐射高频电磁信号，后馈馈源5辐射低频电磁信号。该频率选择副反射面对前馈馈源呈现全透射特性，对后馈馈源呈现全反射特性。通过这种系统组成方式，实现了主反射面的频率复用。