一种反射阵元件、大口径宽带平面反射阵及设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114976617A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210652640.5(22)申请日2022.06.07(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人张淮清苏东平肖辉宋伟肖冬萍熊汉(74)专利代理机构重庆聚为捷知识产权代理事务所(普通合伙)50297专利代理师黄海鸥(51)Int.Cl.H01Q1/38(2006.01)H01Q1/50(2006.01)H01Q1/22(2006.01)H01Q9/04(2006.01)H01Q5/50(2015.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种反射阵元件、大口径宽带平面反射阵及设计方法(57)摘要本发明公开了一种反射阵元件，其包括介质基板和金属地板，位于所述介质基板正表面有轮廓为连贯曲线的多谐振结构的辐射贴片，该辐射贴片通过轮廓曲线波幅的调节达到相位补偿的目的。本发明还公开了一种大口径宽带平面反射阵及设计方法。本发明减少了天线整个宽频段的空间色散效应，具有优异的远场辐射性能，在此基础上可实现更大口径平面反射阵天线，克服了现有技术中平面反射阵相位调节的可调性差以及口径效率较低的问题，可应用于无线能量传输、射电天文、雷达系统、卫星通信等领域。CN114976617ACN114976617A权利要求书1/2页1.一种反射阵元件，包括介质基板和金属地板，其特征在于：位于所述介质基板正表面有轮廓为连贯曲线的多谐振结构的辐射贴片，该辐射贴片通过轮廓曲线波幅的调节达到相位补偿的目的。2.根据权利要求1所述的一种反射阵元件，其特征在于：所述辐射贴片包括空心环单元和中心单元，该中心单元内嵌于空心环单元的中心镂空部，空心环单元的内、外轮廓与中心单元的轮廓非相交且变化趋势一致。3.根据权利要求1或2所述的一种反射阵元件，其特征在于：所述辐射贴片的轮廓曲线为圆周余弦曲线，其数学表达式为：x(t)＝(R+A·cos(wt))cos(t)·Sy(t)＝(R+A·cos(wt))sin(t)·S，其中，w取固定倍数，R取固定半径值，A为幅度系数，S为比例系数，幅度系数A用于反射相位调节，比例系数S用于可调斜率的频率‑相位响应特性调节。4.根据权利要求3所述的一种反射阵元件，其特征在于：所述辐射贴片空心环单元的外轮廓圆周余弦曲线的比例系数大于内轮廓圆周余弦曲线的比例系数且均为固定值，中心单元的轮廓圆周余弦曲线的比例系数为小于空心环单元轮廓圆周余弦曲线的比例系数的可调变量。5.根据权利要求4所述的一种反射阵元件，其特征在于：所述介质基板和金属地板相对其且为边长p＝16mm、厚度d＝2mm的正方形F4B板，且介质基板和金属地板之间间隔有厚度h＝7mm的空气层，辐射贴片的轮廓圆周余弦曲线表达式中，w取固定值16，R取固定值5mm，空心环单元的外轮廓圆周余弦曲线的比例系数为1，空心环单元的内轮廓圆周余弦曲线的比例系数为0.8。6.一种大口径宽带平面反射阵，其特征在于：采用如权利要求1～5中任一项所述的反射阵元件进行阵列排布，每个阵列位置的反射阵元件通过轮廓曲线波幅的调节达到补偿空间延迟的相位，以及通过轮廓曲线可调斜率的频率‑相位响应特性的调节达到所在位置的空间色散补偿。7.根据权利要求6所述的一种大口径宽带平面反射阵，其特征在于：该反射阵为60×60元件的偏馈阵，阵面边长为960mm，焦距为1248mm，对应的焦径比为1.3，所述反射阵元件的边长与元件间的间隔均为p＝16mm，所述反射阵元件的圆周余弦曲线的数学表达式中w取固定值16以实现阵列的双线极化和双圆极化。8.一种针对权利要求6或7所述的大口径宽带平面反射阵的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、确定反射阵的中心频率和结构参数，包括尺寸、焦径比和馈源入射角度；步骤2、确定介质基板的参数以及空气层厚度，并通过参数扫描优化空气层厚度以平衡频率‑相位响应曲线斜率线性度和相位灵敏度；步骤3、确定元件间的间距，通过仿真反射阵元件的幅度、相位响应并计算频率‑相位响应曲线斜率|kFP|，对元件的圆周余弦曲线进行多参数优化以建立反射阵元件的数据库；步骤4、距离馈源最近的阵列位置选取数据库中|kFP|值最小的元件并设置该处为参考相位φ0，将参考相位φ0代入以下算式得到第i个元件的传输相位φRA，2CN114976617A权利要求书2/2页在数据库选取对应传输相位φRA的元件，将其分布在阵列的对应位置上排布成平面反射阵。9.根据权利要求8所述的一种大口径宽带平面反射阵设计方法，其特征在于，还包括：步骤5、在数据库中检索每个阵列位置对应的元件时，设置相位误差范围[‑φe，+φe]，选取元件时以该相位误差范围内斜率最优值为优先条件。10.根