基于平板反射阵列的紧缩场天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型适用于通讯领域，提供了一种基于平板反射阵列的紧缩场天线，与馈源相对设置，所述紧缩场天线包括超材料面板和设置在所述超材料面板一侧的反射层；所述超材料面板包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括介质基板以及设置在所述介质基板上的多个导电几何结构。依据馈源参数、馈源位置、波束收发方向等排布各种导电几何结构，能够对馈源发出的电磁波产生量化调制的不同，实现了紧缩场天线建立的低成本。
【专利说明】基于平板反射阵列的紧缩场天线
【技术领域】
[0001]本实用新型属于天线通信且可用于电磁调制的器件设计领域，尤其涉及一种基于平板反射阵列的紧缩场天线。
【背景技术】
[0002]紧缩场是一种在近距离内靠光滑的反射面将馈源发出的球面波变为平面波的测试设备。它所产生的平面波环境，可以充分满足天线方向图的测试要求，从而达到在近距离内对天线进行测试的目的。紧缩场系统上可以分为紧缩场天线部分和微波暗室部分。其天线部分采用精密的反射面，将点源产生的球面波在近距离内变换为平面波的一套装置，通常按照设计要求，将其位置准确地安装于微波暗室中，并调节好水平度，通过对紧缩场天线反射面边缘的处理和微波暗室的配合，在空间测试区域创造出一个“静区”，在静区里可以模拟被测物在无反射的自由空间中的辐射特性。
[0003]与室外远场和室内近场比较，紧缩场系统主要具有以下特点:1、安装在微波暗室的紧缩场系统具有较好的保密性；2、安装在室内的紧缩场受气候环境影响小，改善了测试条件，进而提高了 RCS (Radar Cross-Section，雷达散射截面)的测量效率；3、可以将室外远场测试问题转换为暗室内近距离测试问题。
[0004]这些特点决定了紧缩场是研究电磁散射的重要测试设备，也是高性能雷达天线测试、卫星整星测试、飞机反射特性测试等系统性能测试的重要基础设施。同时，紧缩场技术在军事领域越来越发挥着不可替代的作用。无论是卫星、飞机，还是导弹、坦克、大炮等大型武器装备的隐身性能测试、调整等，都依赖于发挥紧缩场的技术作用。可以说，紧缩场的技术水平如何，不仅制约着军队武器装备的性能与质量，也关系到一个国家的国防安全问题。因此，当今各大军事强国都把紧缩场系统作为国防战略技术之一，重点加以研究和发展。
[0005]目前，国内外从事电磁产品研发和技术研究的公司及科研院所，一般都建立了自己的紧缩场系统，使用起来非常方便和快捷。紧缩场系统作为现代天线测试的先进设备，无疑具有越来越重要的技术进步意义和极其广泛的运用前景。
[0006]但传统设计仍存如下问题:比如价格高昂，紧缩场天线表面处理依赖度高。
实用新型内容
[0007]本实用新型实施例的目的在于提供一种基于平板反射阵列的紧缩场天线，以解决成本高，表面处理依赖度高的问题。
[0008]本实用新型提供的一种基于平板反射阵列的紧缩场天线，与馈源相对设置，所述紧缩场天线包括超材料面板和设置在所述超材料面板一侧的反射层；
[0009]所述超材料面板包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括介质基板以及设置在所述介质基板上的多个导电几何结构。
[0010]进一步地，所述超材料面板包括多个层叠设置的超材料片层。
[0011 ] 进一步地，所述馈源与所述超材料面板上设有所述导电几何结构的一侧的边缘或中部相对。
[0012]进一步地，所述馈源与所述超材料面板上设有所述导电几何结构的一侧的中部相对。
[0013]进一步地，所述反射层贴附于所述超材料面板上。
[0014]进一步地，所述反射层与所述超材料面板间隔设置。
[0015]进一步地，所述多个导电几何结构包括雪花型导电几何结构、嵌套雪花型导电几何结构、十字框导电几何结构、嵌套十字框导电几何结构、方框导电几何结构、菱形方格导电几何结构、嵌套十字框切割导电几何结构中的一种或多种。
[0016]进一步地，所述反射层为金属涂层或金属薄膜。
[0017]进一步地，所述反射层为金属网格结构。
[0018]进一步地，所述紧缩场天线还包括至少两层保护膜，分别设置在所述导电几何结构层和所述反射层的上面。
[0019]进一步地，所述紧缩场天线的外围边界还延伸出多个突起的尖部，每一尖部上设置有用于抑制表面波的多个导电几何结构。
[0020]进一步地，所述紧缩场天线包括相互拼接的多块超材料面板，每一超材料面板的同一侧设置有反射层。
[0021]上述紧缩场天线在介质基板上依据馈源参数、馈源位置、波束的收发方向等排布各种导电几何结构，能够对馈源发出的电磁波产生量化调制的不同，实现了紧缩场天线建立的低成本，另外，利用相位法对导电几何结构的排布处理，使得天线的辐射出来的波束相位到达一致则能实现紧缩场系统性能，避免了传统紧缩场天线需依赖特别设计的结构形状才能实现系统性能，降低了成本、提高了效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型一实施例提供的紧缩场天线结构示意图；
[0023]图2为本实用新型另一实施例提供的紧缩场天线结构示意图；
[0024]图3 (A)、3 (B)为本实用新型提供的单层和多层的超材料片层的示意图；
[0025]图4为本实用新型第一实施例提供导电几何结构示意图；
[0026]图5为本实用新型第二实施例提供导电几何结构示意图；
[0027]图6为本实用新型第三实施例提供导电几何结构示意图；
[0028]图7为本实用新型第四实施例提供导电几何结构示意图；
[0029]图8为本实用新型第五实施例提供导电几何结构示意图；
[0030]图9为本实用新型第六实施例提供导电几何结构示意图；
[0031]图10为本实用新型第七实施例提供导电几何结构示意图；
[0032]图11为图4的嵌套雪花型导电几何结构随生长参数L的变化的示意图；
[0033]图12为图6的嵌套十字框导电几何结构随生长参数L的变化的示意图；
[0034]图13为图4中嵌套雪花导电几何结构的相位调制能力随频率和生长参数L的变化测试图；
[0035]图14为图5中单独雪花导电几何结构的相位调制能力随频率和生长参数的变化测试图；[0036]图15为图6中嵌套十字框导电几何结构的相位调制能力随频率和长度参数的变化测试图；
[0037]图16为图7中单十字框导电几何结构相位调制能力随频率和长度参数的变化测试图；
[0038]图17为图9中方框导电几何结构位调制能力随频率和长度参数的变化测试图；
[0039]图18为本实用新型实施例提供反射层结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具带实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0041]参考图1、2，本实用新型提供的紧缩场天线系统由一个馈源和一个布满导电几何结构的超材料面板组成。紧缩场天线10放在距离馈源20高度h处，此面接收到馈源20发射的电磁波的幅相分布是均匀的，每一点的幅相分布与该点与馈源20的距离成正比，为使天线整体发射出紧缩场需要的平面波，则电磁波经过该紧缩场天线10的调制后，需将所有点的相位调成一个统一值。以下示例所展示的相位调制能力将以Ku频段的部分数据作为说明示例。
[0042]如图1所示，一种基于平板反射阵列的紧缩场天线10，与馈源20相对设置，紧缩场天线10包括超材料面板和设置在超材料面板一侧的反射层200 ;超材料面板100包括至少一个超材料片层，超材料片层包括介质基板101以及设置在介质基板101上的多个导电几何结构。而为了方便说明，附图1、2上的多个导电几何结构使用其构成的导电几何结构层102表示。
[0043]在进一步的实施例中，参考图3 (A)和3 (B)，图3A示出的是超材料面板100包括一个超材料片层的实施例；而图3 (B)，根据场景需要，超材料面板100包括多个层叠设置的超材料片层，每个超材料片层以介质基板101、导电几何结构层102依次层叠设置，以增强紧缩场天线的性能。
[0044]在进一步的实施例中，参考图1，馈源20与超材料面板100上设有导电几何结构的一侧的边缘相对；参考图2，或馈源20与超材料面板100上设有导电几何结构的一侧的中部相对。两种不同的馈源放置位置主要是根据应用场景的需要，考虑被紧缩场天线10反射出的电磁波束被遮挡的方向问题而选择不同设置。可以理解的是，紧缩场天线10与馈源20的相向位置可以根据实际情况调节。
[0045]在进一步的实施例中，反射层200贴附于超材料面板100上，实际是贴附在介质基板101没有设置导电几何结构的一侧。进一步地，紧缩场天线10的反射层200还可以与超材料面板100间隔设置，通过支撑结构来固定连接。当然为了天线工作性能的稳定以及天线的牢固起见，还可以在反射层200和超材料面板100之间设置间隔层300，即反射层100与超材料面板100之间以间隔层300相隔，间隔层300可以是泡沫压制而成。
[0046]优选地，多个导电几何结构包括嵌套雪花型导电几何结构A (参考图4)、雪花型导电几何结构A' (参考图5)、嵌套十字框导电几何结构B (参考图6)、十字框导电几何结构B' (参考图7)、嵌套十字框切割导电几何结构B'' (参考图8)、方框导电几何结构C (参考图9)、菱形方格导电几何结构D (参考图10)中的一种或多种。
[0047]上述的导电几何结构均为由金属或非金属的导电材料构成的微结构，微结构是通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在介质基板101上。制作微结构的金属可以为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金；制作微结构的非金属导电材料可以为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。图4~12中的填充区域是由金属或非金属的导电材料构成的，图18中的填充区域由金属构成。下文中出现的“微结构”一词视为与“导电几何结构”等同。
[0048]介质基板101由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。
[0049]根据无线电相关原理，调节微结构的生长参数L、线宽、间距以对电磁波的相位调制在指定频率范围内变化。参考图13至图17。
[0050]结合图4、5、11和13，设计雪花型微结构构成紧缩场天线面，由单独雪花型微结构A'或者嵌套雪花型微结构A组成。调节结构生长参数(定义为L)、线宽、间距等参数可以使单个微结构对电磁波的相位调制能力在指定频率范围内发生变化。以变化微结构长度L为例，微结构尺寸为4mm,远小于对应频率范围内约10-15_的半波长尺寸。
[0051]在仿真图13可知，该嵌套雪花型微结构A构成的微结构层102功能单元在生长参数L自最小(对应尺寸最小)变化到最大(对应尺寸最大)的过程中(如图11自左至右所示)，其对频率范围在10至20GHz的垂直极化电磁波的相位调制能力变化明显，在部分区域其调相能力覆盖范围大于360度，如图13所示，其中每一条曲线对应一个不同的生长参数L数值。
[0052]结合图5和图14，图14展示了单独雪花型微结构A'其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况，其中每条曲线代表了一个不同的生长参数数值，整体微结构尺寸为4mm。可以看出其相位调制覆盖范围可以达到约300度。
[0053]结合图6、12、15，该实施例微结构尺寸为7mm的嵌套十字框微结构B，小于所观察示例频率范围对应的半波长，如图6所示。该实施例中将以其相位调制能力随微结构的生长参数L的变化情况作为例子展示嵌套十字框微结构B所带来的效果。该结构随生长参数L的变化方式如图12所示，其中生长参数L自左至右变大。图15展示了其在9至16GHz范围内的相位调制能力随生长参数L的变化，其中每一条曲线对应一个不同的生长参数L数值，具体如表一所不。
[0054]表一:
[0055]
【权利要求】
1.一种基于平板反射阵列的紧缩场天线，与馈源相对设置，其特征在于，所述紧缩场天线包括超材料面板和设置在所述超材料面板一侧的反射层； 所述超材料面板包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括介质基板以及设置在所述介质基板上的多个导电几何结构。
2.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述超材料面板包括多个层叠设置的超材料片层。
3.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述馈源与所述超材料面板上设有所述导电几何结构的一侧的边缘相对。
4.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述馈源与所述超材料面板上设有所述导电几何结构的一侧的中部相对。
5.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述反射层贴附于所述超材料面板上。
6.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述反射层与所述超材料面板间隔设置。
7.如权利要求1至6任一项所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述多个导电几何结构包括雪花型导电几何结构、十字框导电几何结构、方框导电几何结构中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述反射层为金属涂层或金属薄膜。
9.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述反射层为金属网格结构。
10.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述紧缩场天线还包括至少两层保护膜，分别设置在所述导电几何结构层和所述反射层的上面。
11.如权利要求1所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述紧缩场天线的外围边界还延伸出多个突起的尖部，每一尖部上设置有用于抑制表面波的多个导电几何结构。
12.如权利要求1或11所述的基于平板反射阵列的紧缩场天线，其特征在于，所述紧缩场天线包括相互拼接的多块超材料面板，每一超材料面板的同一侧设置有反射层。
【文档编号】H01Q3/30GK203644950SQ201320674367
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启创新技术有限公司