一种四频微带反射阵列天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线技术领域，特别涉及一种四频微带反射阵列天线。
【背景技术】
[0002] 抛物面天线和阵列天线作为传统的星载天线受到广泛的应用。抛物面天线虽然增 益高、工作频带宽，但是其具有体积大、重量大、安装难、加工困难等缺点，尤其在高频时。阵 列天线虽然体积小，扫描方式灵活且范围较大，但是其效率低、馈电网络复杂、传输损耗大、 加载的有源器件价格昂贵。这些缺点在一定程度上限制了上述两种天线在雷达、卫星通信 等方面的应用。
[0003] 微带反射阵天线是将抛物面天线和阵列天线的若干优点进行结合而形成的一种 天线形式，它是由馈源和反射阵列组成，通过对阵中每个单元进行设计而使其将馈源辐射 波的散射相位进行一定的调整，使得经反射阵反射的场在阵列口面上形成想要的相位分 布，从而辐射出设定的波束。比起上述两种高增益天线，微带反射阵天线具有如下优点：体 积小、重量轻、加工简单且成本低、效率较高、易实现波束扫描、易与载体共形等。这些优点 使得反射阵天线在军事和民用领域均具有很高的应用价值。微带反射阵天线的主要缺点是 带宽窄，在一定程度上限制了其应用。随着通信技术的迅猛发展，对天线的要求越来越高， 宽带和多频反射阵的研究越来越迫切，而且具有很强的实用价值。在现有的文献中，大多数 的多频都局限于双频，对于三频段及以上的设计较少。在多频微带反射阵的设计中，常见的 有单层和双层两种结构形式。单层结构是将不同频段的单元都置于同一层介质基片上的结 构形式，这对单元的形式要求较高。双层结构可以分为两种不同的形式:低频阵面置于高频 阵面之上和高频阵面置于低频阵面之上。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中采用的微带反射阵天线难于实现四频段工作 的技术问题，从而提供一种四频微带反射阵列天线，对于微带反射阵列天线实现多频或者 口径复用来说具有重要的参考价值。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种四频微带反射阵列天线，包括:馈源和微带 反射阵列，所述馈源为角锥喇叭天线，所述微带反射阵列包括多个均匀排列的单层十字形 振子单元和双层矩形贴片单元;其中，
[0006] 多个单层十字形振子单元横向排列成行，纵向排列成列；每个单层十字形振子单 元的四周分布有四个双层矩形贴片单元，所述十字形振子单元的中心与其相邻的四个双层 矩形贴片单元的中心具有相同的距离;该四频微带反射阵列天线的工作频率分别为9GHz、 13.58GHz、24GHz和30GHz，所述单层十字形振子单元通过两个相交的方向分别工作于9GHz 和13.58GHz，所述双层矩形贴片单元通过两个相交的方向分别工作于24GHz和30GHz。
[0007] 上述技术方案中，采用如下方式确定所述单层十字形振子单元或双层矩形贴片单 元的单元尺寸大小：
[0008] 首先采用如下公式计算每个频率处微带反射阵列各个单元位置处所需补偿的相 位值：
[0009]
[0010] 其中，ko是真空中的传播常数，不同的频率对应的传播常数不同；（Xl，yi)是第i个 单元的中心坐标;di代表馈源相位中心与第i个单元之间的距离；（仇#Θ)为辐射波束方向； φ R Ui，yi)就是第i个单元所需补偿的相位；
[0011] 在得到微带反射阵列各个位置处的单元所需补偿的相位值后，结合各个频率处的 反射相位曲线，通过线性差值算法求出单元的尺寸大小。
[0012] 上述技术方案中，所述单层十字形振子单元包括:十字形振子、介质基片、金属地 板;所述十字形振子附着在所述介质基片的表面，所述介质基片的下表面贴在所述金属地 板上;所述十字形振子采用金属材料制成。
[0013] 上述技术方案中，所述单层十字形振子单元的栅格周期P为13mm，介电常数为2.2， 十字形振子在X方向和y方向的宽度w均为1mm，介质基片厚度h为1.5mm。
[0014]上述技术方案中，当入射波为y极化时，所述单层十字形振子单元工作在9GHz，当 入射波为X极化时，所述单层十字形振子单元工作在13.58GHz。
[0015]上述技术方案中，所述双层矩形贴片单元包括上层贴片、下层贴片，以及两层介质 基片、金属地板;所述上层贴片附着在上层介质基片的上表面，所述下层贴片附着在下层介 质基片的上表面，所述下层介质基片贴在所述金属地板上;所述矩形贴片由金属材料制成。
[0016] 上述技术方案中，所述双层矩形贴片单元的栅格周期q为单层十字形振子单元栅 格周期的一半;双层矩形贴片单元的总厚度与单层十字形振子单元的厚度相同；介电常数 为2.2;上层贴片的边长为下层贴片边长的k倍。
[0017] 上述技术方案中，k的取值为0.65。
[0018]上述技术方案中，当入射波为y极化时，所述双层矩形贴片单元工作在24GHz;当入 射波为X极化时，所述双层矩形贴片单元工作在30GHz。
[0019] 本发明的优点在于：
[0020] 本发明的四频微带反射阵列天线通过设置的单层十字形振子单元和双层矩形贴 片单元，并充分考虑不同频率单元之间的互耦影响，使得该天线能够同时工作在9GHz、 13.58GHz、24GHz和30GHz四个频率处，从而使得反射阵列天线的口径得到了充分的复用;本 发明的微带反射阵列天线具有良好的四频辐射性能，易于工程实现，其结构相对简单，具有 较高的工程应用价值。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的四频微带反射阵列天线中的微带反射阵列的俯视图；
[0022] 图2为本发明的单层十字形振子单元的结构示意图；
[0023] 图3为本发明的双层矩形贴片单元的结构示意图；
[0024]图4为在双层矩形贴片单元存在时十字形振子单元在9GHz处的反射相位曲线； [0025]图5为在双层矩形贴片单元存在时十字形振子单元在13.58GHz处的反射相位曲 线；
[0026]图6为在十字形振子单元存在时双层矩形贴片单元在24GHz处的反射相位曲线； [0027]图7为在十字形振子单元存在时双层矩形贴片单元在30GHz处的反射相位曲线； [0028]图8为本发明的四频微带反射阵列天线的结构示意图；
[0029]图9为本发明的四频微带反射阵列天线工作在9GHz时的辐射方向图；
[0030]图10为本发明的四频微带反射阵列天线工作在13.58GHz时的辐射方向图；
[0031]图11为本发明的四频微带反射阵列天线工作在24GHz时的辐射方向图；
[0032]图12为本发明的四频微带反射阵列天线工作在30GHz时的辐射方向图。
【具体实施方式】
[0033] 现结合附图对本发明作进一步的描述。
[0034] 如图8所示，本发明的一种四频微带反射阵列天线，包括:馈源和微带反射阵列，所 述馈源为角锥喇叭天线，所述微带反射阵列包括多个均匀排列的单层十字形振子单元和双 层矩形贴片单元。其中，多个单层十字形振子单元横向排列成行，纵向排列成列;每个单层 十字形振子单元的四周分布有四个双层矩形贴片单元，所述十字形振子单元的中心与其相 邻的四个双层矩形贴片单元的中心具有相同的距离。该天线的工作频率分别为9GHz、 13.58GHz、24GHz和30GHz，所述单层十字形振子单元通过两个相交的方向分别工作于9GHz 和13.58GHz，所述的双层矩形贴片单元通过两个相交的方向分别工作于24GHz和30GHz。
[0035] 下面对该四频微带反射阵列天线中的各个部分做进一步的说明。
[0036] 图1为微带反射阵列表面的结构示意图。如图1所示，在微带反射阵列的不同位置 处，各单元的尺寸大小存在差异(其中，单层十字形振子单元的尺寸大小包括十字形振子的 长度，如图2中的Li、L 2;双层矩形贴片单元的尺寸大小包括其所含双层贴片的大小，如图3中 a^b^a^bs)，这是因为馈源到微带反射阵列上不同位置处单元的距离不同，导致从馈源发 出的波到达微带反射阵列表面各个单元处产生相位差，而反射阵列天线实现聚焦波束要求 经微带反射阵列各个单元反射之后的波具有相同的相位，因此通过调节单元的尺寸来补偿 反射阵各个单元由于距离差带来的相位差，使得微带反射阵列在特定方向上实现同相叠 加。
[0037] 在确定不同位置处单元的尺寸大小时，首先采用如下公式计算每个频率处微带反 射阵列各个单元位置处所需补偿的相位值：
[0038]
[0039] 其中，ko是真空中的传播常数，不同的频率对应的传播常数不同；（Xl，yi)是第i个 单元的中心坐标;di代表馈源相位中心与第i个单元之间的距离；(仇，卿).为辐射波束方向； φ R Ui, yi)就是第i个单元所需补偿的相位。
[0040] 在得到微带反射阵列各个位置处的单元所需补偿的相位值后，结合各个频率处的 反射相位曲线，通过线性差值算法就可以求出每个单元的尺寸大小。
[0041] 图2为单层十字形振子单元的结构示意图，该单元包括一十字形振子，以及一介质 基片、金属地板;所述十字形振子附着在所述介质基片的表面。所述介质基片的下表面紧贴 在金属地板上。所述十字形振子采用金