一种单层三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，特别涉及一种单层三频微带反射阵列天线。
【背景技术】
[0002] 雷达、卫星通信、太空探测技术以及其他远距离无线传输系统要求天线具有高增 益、高效率、波束扫描等性能，传统的高增益天线主要包括抛物面天线或者阵列天线。抛物 面天线虽然结构简单、工作频带宽，但是其庞大笨重、隐蔽性差、难于加工，而且需要机械转 动实现波束扫描。微带阵列天线加工简单，通过控制单元的相位实现波束的扫描，扫描方式 灵活且范围较大，但是其馈电网络复杂，传输损耗大，效率难以得到保证，而且其加载的有 源器件价格昂贵。而微带反射阵列天线很好的克服了上述两种天线的缺点，它具有重量轻、 体积小、平面结构、加工成本低、制作简单、易与其他物体共形等优点，使得其无论在军事领 域还是在民用领域中都具有很高的应用价值。
[0003] 传统的微带反射阵列天线的带宽通常都较窄，因此实现多频或者口径复用是非常 有意义的。在现有的文献中，大多数的多频都局限于双频，而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，常见的有三类：一，采用分形单元实现双频或者多频工作， 分形单元的自相似性和自加载特性可以用来实现多频工作或者展宽带宽；它的缺点是不同 频率之间影响较为严重，且大多数都是用来实现双频性能，而用在反射阵天线上实现三频 性能的很少。二，将高低频段的单元都置于同一层介质上的单层结构形式，在这种情况下， 大多数都是对于双频而言的，Fan Yang等人在2007年提出了单层三频段的微带反射阵，该 反射阵工作在C/X/Ka三个频段内，其中C波段和Ka波段为圆极化工作，X波段为线极化， 单层结构的优势在于上层对下层没有遮挡及损耗，避免了双层之间的相互影响，但不同频 率单元之间的互耦较大；三，将不同频段的单元置于不同的介质层上的双层结构形式，此类 主要是针对双频来说的，低频阵面置于高频阵面之上或者高频阵面置于低频阵面之上，这 两种形式都可以实现双频工作。但是，双层结构形式具有其固有的缺点：首先，上层单元及 其地板对于下层单元的遮挡会对下层单元工作的频段的增益有很大的影响；其次，下层单 元激发的谐振模式会影响上层单元阵列的增益和副瓣；再次，双层结构难以对齐，且加工成 本高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，为克服现有技术中采用的反射阵天线难于实现三频段工作的 技术问题，本发明提出了一种单层三频微带反射阵列天线，其工作频段为X/Ku/Ka三个频 段，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，本发明提供的一种单层三频段微带反射阵列天线，其工作频 段为X/Ku/Ka三个频段，所述天线包括：馈源和微带反射阵列，所述微带反射阵列包括：若 干个均匀排列于介质基片上表面的十字形振子单元和圆环跟圆同轴组合而成的多谐振单 元；
[0006] 所述十字形振子单元通过两个相交的方向分别工作于微带反射阵列天线中X波 段和Ku波段，该十字形振子单元可以在不同的极化方向上实现不同的工作频率；所述的多 谐振单元工作于Ka波段。充分考虑不同频率单元之间的相互影响，合理选择单元形式，结 果表明上述结构的微带反射阵列具有良好的多频辐射性能且不同频段之间相互影响很小。
[0007] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的馈源采用角锥喇叭天线。
[0008] 作为上述技术方案的进一步改进，为了减小馈源遮挡对反射阵天线辐射性能的影 响，所述的X波段和Ku波段的馈电方式为偏馈，馈源的入射角为30° ;所述Ka波段的馈电 方式为正馈。
[0009] 作为上述技术方案的进一步改进，所述圆环的内径Γι表示为：
[0010] rx= 0. 8*r
[0011] 其中r表示圆环的外径。
[0012] 作为上述技术方案的进一步改进，所述圆的半径r2表示为：
[0013] r2= 0. 64*r
[0014] 其中r表示圆环的外径。
[0015] 作为上述技术方案的进一步改进，所述圆环跟圆同轴组合而成的多谐振单元的栅 格周期为十字形振子单元栅格周期的一半。
[0016] 上述技术方案中，所述三频段微带反射阵列天线中X波段和Ku波段工作在单线极 化，Ka波段可以工作在双线极化。所述的单线极化是指本发明中X/Ku波段只能工作于y/x 方向的线极化波，而对于x/y方向的线极化波不具有聚焦功能。所述的双线极化是指本发 明中Ka波段既可以工作在X方向的线极化波，也可以工作在y方向的线极化波。
[0017] 本发明的一种单层三频微带反射阵列天线的优点在于：
[0018] 本发明的单层三频微带反射阵列天线通过设置的十字形振子单元和多谐振单元， 并充分考虑各波段之间的互耦影响，使得该天线能够同时工作在X/Ku/Ka三个频段，且为 单层结构形式，使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 有良好的多频辐射性能，其结构相对简单，易于工程实现，具有较高的工程应用价值。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的一种单层三频微带反射阵列天线中阵列表面结构图。
[0020] 图2为本发明中的十字形振子单元结构示意图。
[0021] 图3为本发明中的多谐振单元结构示意图。
[0022] 图4a为Ka波段单元对X/Ku波段单元影响的单元互耦作用分析模型。
[0023] 图4b为X/Ku波段单元对Ka波段单元影响的单元互耦作用分析模型。
[0024] 图5为本发明中的微带反射阵列馈电方式示意图。
[0025] 图6为X波段单元在Ka波段单元互耦作用下的反射相位曲线（10GHz)。
[0026] 图7为Ku波段单元在Ka波段单元互耦作用下的反射相位曲线（13. 58GHz)。
[0027] 图8为Ka波段单元在X波段和Ku波段单元互耦作用下的反射相位曲线 (23. 8GHz)。
[0028] 图9为X波段的辐射方向图（10GHz)。
[0029] 图10为Ku波段的辐射方向图（13. 58GHz)。
[0030] 图11为Ka波段的辐射方向图（23. 8GHz)。
[0031] 附图标记
[0032] 1、馈源 2、微带反射阵列 3、介质基片
[0033] 4、十字形振子单元5、多谐振单元
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明所述的一种单层三频微带反射阵列天线进行详 细说明。
[0035] 本发明的一种单层三频微带反射阵列天线，包括：馈源和微带反射阵列；所述的 微带反射阵列包括：若干个均匀排列于介质基片上表面的十字形振子单元和圆环跟圆同轴 组合而成的多谐振单元；所述十字形振子单元通过两个相交的方向分别工作于X波段和Ku 波段，所述的多谐振单元工作于Ka波段。
[0036] 基于上述结构的微带反射阵列天线，如图1所示，所述的微带反射阵列是由不同 频段的单元交错排列在介质基片3上构成的。其中X波段和Ku波段的单元采用十字形振 子单元4结构，Ka波段的单元采用圆环跟圆同轴组合而成的多