本发明属于电磁通信领域，特别涉及一种微带反射阵天线，可用于微波波段的电磁波调控。
背景技术：
近年来，随着移动通信技术的快速发展，雷达和通信系统都期望天线具有更多的功能性和自适应性。微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、易集成的特点得到了广泛研究和应用，而微带反射阵天线拥有反射面天线和大型相控阵天线的部分优势，得到广大研究人员的青睐。
微带反射阵天线主要由一系列微带贴片和馈源组成，但是传统的微带平面反射阵天线由于反射阵列单元的特性无法同时满足双极化工作且交叉极化低的要求，应用范围受到限制；考虑到多层反射阵的成本高、制造困难，而单层反射阵成本低、结构简单易于制造，因此设计一种双极化工作，且交叉极化低的单层反射阵单元是非常有意义的。
电子科技大学在其申请的专利“一种宽频带折叠反射阵天线”申请号201510278221.x，申请日2015.05.27，公布号cn104901023a,公布日2015.09.09)中提出了一种双层的宽频带折叠反射阵天线，并利用该单元设计了一种微波频段的宽带反射阵天线，该发明所公开的折叠反射阵天线具有高增益、低损耗、结构紧凑、交叉极化低的特性。但是，该发明仍然存在的不足之处：1)单元结构复杂，不利于加工；2)该单元为双层结构，成本高。
文献mauriziobozzi,simonegermani,andlucaperregrini,“performancecomparisonofdifferentelementshapesusedinprintedreflectarrays,”ieeeantennasandwirelesspropagationletters,2003,vol.2,pp.219–222中分析对比了数种单层反射阵单元的性能，从中可知一般的单层微带反射阵单元存在不足之处：1)单元相移范围难达到360°；2)相移曲线线性度不够，导致对加工精度要求大。
南京肯微弗通信技术有限公司在其申请的专利“反射阵辐射单元及平板反射阵天线”(申请号201520219282.4，申请日2015.04.13，公布号204464478u,公布日2015.07.08)中提出了一种新型多环嵌套结构的反射阵天线相移单元，并利用该单元设计了一种反射阵天线。该发明所公开的反射阵天线具有宽带和高口径效率特性。但是，该发明仍然存在的不足之处是：由于单元设计中采用了多环嵌套结构，会引入较大的交叉极化分量。
综上所述，目前的技术发明面临着三个问题，其一是单元结构复杂导致的加工困难和成本高，限制了复杂结构的微带反射阵天线大规模应用；其二是单层反射阵单元基本性能不足，例如相移范围难达到360°和相移曲线线性度不够导致单层微带反射阵天线的增益带宽降低；其三是单层反射阵单元在双极化状态下会引入较大的交叉极化分量，导致单层反射阵天线交叉极化较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种微带反射阵天线，以减小天线的加工难度和交叉极化的同时，保持良好的增益带宽。
为实现上述目的，本发明的微带反射阵天线由若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期d排列组成，每个单元自上而下依次包括：贴片、介质基片、地板；其特征在于：所述的贴片包含一组平行振子，一组垂直振子和一个方形环，平行振子和垂直振子分别位于方形环上侧和右侧，该平行振子和垂直振子大小相同，均由三条矩形条组成。
进一步，每个贴片单元的排列周期d为0.35λ～0.55λ，其中λ为波长。
进一步，平行振子横向放置，该平行振子由中央平行矩形条和两侧平行矩形条按间距g为0.01λ～0.03λ排列组成，其中λ为波长。
进一步，中央平行矩形条的宽度w为0.03λ～0.06λ，两侧平行矩形条的大小相同，宽度w1为中央平行矩形条宽度的k1倍，即w1＝k1*w；中央平行矩形条长度l为0.2d～0.85d，两侧平行矩形条长度l1为中央平行矩形条长度的k1倍，即l1＝k1*l，其中d为每个单元的排列周期，k1取0.5～0.8；通过调整中央平行矩形条的长度l，实现对每个单元反射相位的调节。
进一步，方形环的环宽w2为中央平行矩形条宽度的k2倍，即w2＝k2*w，其中k2取0.4～0.8；方形环的外边长l2为中央平行矩形条长度l的k3倍，即l2＝k3*l，其中k3取0.35～0.55。
本发明具有以下优点：
第一，本发明由于用若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，且每个贴片包含一组平行振子、一组垂直振子和一个方形环，因此结构简单、成本低、易于制造和加工。
第二，本发明由于贴片单元中平行振子和垂直振子正交放置，即平行振子和垂直振子分别位于方形环的上侧和右侧，可减小交叉极化。
第三，本发明由于贴片单元同时包含一组平行振子，一组垂直振子和一个方形环，相较于单一的平行振子单元、垂直振子单元和方形环单元，增大了相移覆盖范围，改善了相移曲线线性度，使反射阵天线保持了良好的增益带宽。
第四，本发明通过调整中央平行矩形条的长度l，实现对每个单元反射相位的调节，进而实现对反射阵天线波束指向的控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的贴片单元俯视图；
图3为图1中的贴片单元侧视图；
图4为本发明的第一实施例结构图；
图5为本发明的第二实施例结构图；
图6为本发明的第三实施例结构图；
图7为本发明中反射阵单元的反射相位曲线图；
图8为本发明主波束方向为(30°,90°)的主极化与交叉极化方向系数曲线图；
图9为本发明最大方向系数随频率变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
参照图1，图2，图3，本发明由若干个横向、纵向均匀排列的贴片单元按周期排列组成，每个单元的排列周期d为0.35λ～0.55λ，其中λ为波长。每个单元自上而下依次包括：贴片1、介质基片2和地板3，其中贴片1包含一组平行振子11，一组垂直振子12和一个方形环13，平行振子11和垂直振子12分别位于方形环13上侧和右侧，该平行振子11和垂直振子12大小相同；平行振子11由3条矩形条按间距g为0.01λ～0.03λ排列组成，其中中央平行矩形条111的宽度w为0.03λ～0.06λ，两侧平行矩形条112的大小相同，宽度为中央平行矩形条111宽度的k1倍，即两侧平行矩形条112宽度w1为k1*w，k1取0.5～0.8；方形环12的环宽w2为中央平行矩形条111宽度的k2倍，即方形环12的环宽w2为k2*w，k2取0.4～0.8；每个单元的中央平行矩形条111长度l不同，其取值范围为0.2d～0.85d，两侧平行矩形条112的大小相同，长度为中央平行矩形条111长度的k1倍，即两侧平行矩形条112长度l1为k1*l；方形环12的外边长l2为中央平行矩形条111长度的k3倍，即方形环12的外边长l2为k3*l，k3取0.35～0.55。
所述介质基片2的相对介电常数ε为3.4～3.8，厚度h为0.02λ～0.2λ。
所述地板3采用金属地板，以减小后向辐射。
本发明的设计原理如下：
在电磁仿真软件hfss中，利用floquet端口和主从边界条件，通过全波仿真获取工作频率为28ghz时，反射阵单元反射相位随两侧平行矩形条长度l的变化关系。假设入射波角度
根据不同的参数设计，给出如下三种实施例：
实例1:口径分布为50mm×50mm的微带反射阵天线。
参照图4，在本实施例中微带反射阵的口径分布为50mm×50mm，由10×10共100个反射阵单元按照周期d为5mm间距排列组成。每个单元的中央平行矩形条长度l不同，即根据反射相位与中央平行矩形条长度的变化曲线在相应范围里设置。每个贴片单元的反射相位由以下公式计算得到：
其中(xi,yi,zi)是第i个反射阵单元的坐标，φr(i)是第i个反射阵单元的反射相位，
实例2：口径分布为32mm×32mm的微带反射阵天线。
参照图5，本实例口径分布为32mm×32mm的微带反射阵天线，由8x8共64个反射阵单元按照周期d为4mm间距排列组成。每个单元的中央平行矩形条长度l不同，即根据反射相位与中央平行矩形条长度的变化曲线在相应范围里设置。每个单元的反射相位计算方法与实例一相同。
本实施例中，反射阵单元的坐标(xi,yi,zi)取值范围为：-3.5d≤xi≤3.5d，-3.5d≤yi≤3.5d，zi＝0，其中d为每个单元的排列周期；入射波角度
实例3：口径分布为69mm×69mm的微带反射阵天线
参照图6，在本实施例中微带反射阵的口径分布为69mm×69mm，由12×12共144个反射阵单元按照周期d为5.75mm间距排列组成。每个单元的中央平行矩形条长度l不同，即根据反射相位与中央平行矩形条长度的变化曲线在相应范围里设置。每个单元的反射相位计算方法与实例一相同。
本实施例中，反射阵单元的坐标(xi,yi,zi)取值范围为：-5.5d≤xi≤5.5d，-5.5d≤yi≤5.5d，zi＝0，其中d为每个单元的排列周期；入射波角度
本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：
一.仿真条件
在电磁仿真软件hfss中，反射阵天线工作于28ghz，微带反射阵的口径分布为50mm×50mm，由10×10共100个反射阵单元按照周期d为5mm间距排列组成。
二.仿真内容
仿真1，在上述条件下对实例一中反射阵单元的反射相位进行仿真，结果如图7所示。
图7中的横坐标为中央平行矩形条长度l，纵坐标为反射阵单元的反射相位，图7中的曲线为单元反射相移大小随中央平行矩形条长度l的变化曲线。从图7中可以看到，随着随中央平行矩形条长度l的变化，反射相位相对线性变化，具有较好的相移曲线线性度，并且相位覆盖范围超过360°，说明本发明通过调节中央平行矩形条长度l，可以对反射阵单元的反射相位进行调节。
仿真2，在上述条件下对实例一的反射阵天线主波束方向的主极化与交叉极化方向系数进行仿真，结果如图8所示。
图8中的横坐标为theta角，纵坐标为方向性系数，其两条曲线分别为微带反射阵天线主极化和交叉极化的方向性系数大小随theta角的变化曲线。从图8中可以看到，主极化在theta角为30°时取得最大方向性系数为21.36db，交叉极化在theta角为30°时小于-12db，说明本发明的微带反射阵列天线交叉极化较小，具有良好的极化保持特性。
仿真3，在上述条件下对实例一的反射阵天线随频率变化的最大方向性系数进行仿真，结果如图9所示。图9中的横坐标为频率，纵坐标为方向性系数，图9中的曲线为微带反射阵列天线最大方向系数随频率的变化曲线。从图9中可以看到，在工作频率26.9ghz时有最大方向系数为22db，1db增益带宽的范围为26.97ghz至31.83ghz，相对带宽为13.5％，说明本发明的微带反射阵列天线具有良好的宽带性能。
以上是本发明的三个具体实例并不构成对本发明的任何限制。