CN105428801B - 一种平面双反射阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面双反射阵列天线，所述平面双反射阵列天线包括极化选择层、主反射面、位于所述主反射面上的微带贴片单元和与所述主反射面位于同侧的馈源，所述极化选择层，用于将所述馈源发射的电磁波信号反射至所述主反射面；所述微带贴片单元，用于对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束。这样，平面双反射阵列天线将传统反射阵列天线截面轮廓高度减半，有效地避免天线剖面较高的问题，同时平面双反射阵列天线中的微带贴片单元实现对电磁波信号极化方向的调整，有效地提高了平面双反射阵列天线的性能。

Description

一种平面双反射阵列天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种平面双反射阵列天线。
背景技术
机场跑道外来物碎片又称为机场跑道FOD(英文：Foreign Object Debris)，是民航飞机在起飞阶段和降落阶段面临的最大风险因素之一。其造成的危害包括飞机发动机损坏、轮胎爆裂、飞机机体损伤等。
为了避免机场跑道外来物碎片所造成的危害，需要在机场跑道附近设置机场跑道外来物碎片检测***。目前，在实际应用中机场跑道外来物碎片检测***由雷达检测***组成。雷达检测***的工作原理是：雷达设备发射特定频率的电磁波，通过对电磁波的回波信号进行检测分析，确定外来物碎片的空间位置信息。
目前用于机场跑道外来物碎片检测的雷达***一般采用毫米波，毫米波为波长介于1～10毫米的电磁波。毫米波天线是毫米波雷达的重要组成部分之一。但是，目前用于机场跑道外来物碎片检测的毫米波天线包括反射面天线和平面反射阵列天线等。其中，反射面天线由馈源和特定形状的金属反射面构成，存在的缺陷是：馈源与反射面之间的距离较大，造成天线剖面较高的问题；平面反射阵列天线利用不同尺寸、形状的微带贴片单元产生不同的反射补偿相位，用以补偿馈源到反射单元的路径差异，在阵列前方形成具有特定指向的波束，存在的缺陷是：采用一次反射工作机制，造成天线剖面较高的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种平面双反射阵列天线，用以解决现有技术中雷达天线阵列存在的天线剖面较高的问题。
一种平面双反射阵列天线，所述平面双反射阵列天线包括极化选择层、主反射面、位于所述主反射面上的微带贴片单元和与所述主反射面位于同侧的馈源，其中：
所述极化选择层，用于将所述馈源发射的电磁波信号反射至所述主反射面；
所述微带贴片单元，用于对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供了一种平面双反射阵列天线，所述平面双反射阵列天线包括极化选择层、主反射面、位于所述主反射面上的微带贴片单元和与所述主反射面位于同侧的馈源，所述极化选择层，用于将所述馈源发射的电磁波信号反射至所述主反射面；所述微带贴片单元，用于对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束。这样，平面双反射阵列天线将传统反射阵列天线截面轮廓高度减半，有效地避免天线剖面较高的问题，同时平面双反射阵列天线中的微带贴片单元实现对电磁波信号极化方向的调整，有效地提高了平面双反射阵列天线的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中平面反射阵列天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种平面双反射阵列天线的结构示意图；
图3为本发明实施例中所记载的极化选择层的结构示意图；
图4为极化选择层的传输示意图；
图5为微带贴片单元在主反射面上的位置示意图；
图6为微带贴片单元的结构示意图；
图7(a)为8种微带贴片单元实现45度步进相位补偿所得平面双反射天线在中心工作频率下的E面方向图；
图7(b)为8种微带贴片单元实现45度步进相位补偿所得平面双反射天线在中心工作频率下的H面方向图。
具体实施方式
为了实现本发明的目的，本发明实施例提供了一种平面双反射阵列天线，所述平面双反射阵列天线包括极化选择层、主反射面、位于所述主反射面上的微带贴片单元和与所述主反射面位于同侧的馈源，所述极化选择层，用于将所述馈源发射的电磁波信号反射至所述主反射面；所述微带贴片单元，用于对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束。这样，平面双反射阵列天线将传统反射阵列天线截面轮廓高度减半，有效地避免天线剖面较高的问题，同时平面双反射阵列天线中的微带贴片单元实现对电磁波信号极化方向的调整，有效地提高了平面双反射阵列天线的性能。
下面结合说明书附图对本发明各个实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为现有技术中平面反射阵列天线的结构示意图。从图1中可以看出，传统的平面反射阵列天线包含馈源101、主反射面102和位于主反射面102上的微带贴片单元103。
具体地，馈源101与主反射面102之间的距离为焦距f。馈源101中产生的电磁波信号在主反射面102中产生反射，其中，主反射面102上的微带贴片单元103根据其在主反射面102中的位置不同，对接收到的电磁波信号产生不同的相位延迟，并使其形成指向设定方向的合成波束。
这里需要说明的是，主反射面102中所包含的微带贴片单元不止一个，可以根据需要设置多个，至于设置的数量这里不做具体限定。
针对图1中所示的平面反射阵列天线，由于馈源101与主反射面102之间的距离为焦距f，导致天线剖面较高，为此，本发明实施例提出了一种平面双反射阵列天线，如图2所示，为本发明实施例提供的一种平面双反射阵列天线的结构示意图。
所述平面双反射阵列天线包括极化选择层201、主反射面202、位于所述主反射面202上的微带贴片单元203和与所述主反射面202位于同侧的馈源 204，其中：
所述极化选择层201，用于将所述馈源发射的电磁波信号反射至所述主反射面；
所述微带贴片单元203，用于对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束。
具体地，由于本发明实施例提供的平面双反射阵列天线的馈源与主反射面位于同侧，那么馈源发射的电磁波信号需要通过极化选择层将电磁波信号反射至主反射面，再由主反射面中的微带贴片单元到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，这里的改变所述电磁波信号的极化方向可以理解为将电磁波信号的极化方向进行扭转，例如：到达所述主反射面的电磁波信号的极化方向为水平方向，那么微带贴片单元改变所述电磁波信号的极化方向可以理解为将电磁波信号的极化方向由水平方向调整为垂直方向；到达所述主反射面的电磁波信号的极化方向为垂直方向，那么微带贴片单元改变所述电磁波信号的极化方向可以理解为将电磁波信号的极化方向由垂直方向调整为水平方向，并使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束，以便于发射该合成波束。
下面具体说明本发明实施例中所记载的极化选择层和微带贴片单元的具体内容。
具体地，所述极化选择层201由印刷在低介电常数微波基材上的平行金属条带栅301构成，如图3所示，为本发明实施例中所记载的极化选择层的结构示意图。
从图3中可以看出，极化选择层中平行金属带栅宽度为d，相邻两条金属带栅之间的间距为s。
具体地，所述极化选择层201，具体用于反射极化方向与所述金属条带栅平行的电磁波信号，并透射极化方向与所述金属条带栅垂直的电磁波信号。
这里仍以图3中所示的为例，所述金属条带栅平行方向可以是指图3中所示的x轴方向，所述金属条带栅垂直方向可以是指图3中所示的y轴方向。
在本发明的另一实施例中，所述极化选择层的厚度根据平面双反射阵列天线的工作频率对应的波长和所述低介电常数微波基材的相对介电常数确定。
具体地，假设平面双反射阵列天线的口径为160mm，焦径为f/D＝0.5m，则对应的f＝80mm，f/2＝40mm。馈源204采用圆锥波纹喇叭天线形式，通过合理地设计波纹喇叭的口径和深度可以确定波纹喇叭天线辐射方向图的增益和波瓣宽度，例如，设计的馈源波纹喇叭的增益为10dB，波瓣宽度为45度。
假设平面双反射阵列天线的工作频率为76.5GHz，所选择的低介电常数微波基材的相对介电常数为2.2，那么计算得到的极化选择层的厚度为1.32mm，对应选择的金属条带栅的宽度为0.1mm，相邻金属条带栅之间的宽度为 0.3mm。
图4为极化选择层的传输示意图。
从图4中可以看出，极化选择层对与所述金属条带栅平行的电磁波信号几乎全部反射，极化选择层对与所述金属条带栅垂直的电磁波信号几乎全部透射。
图5为微带贴片单元在主反射面上的位置示意图。图5中所示的微带贴片单元，不同灰度的微带贴片单元所代表的对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿的相位角度不同。
所述微带贴片单元203被印刷在低介电常数微波基材上，由金属半开放矩形框和位于单元中心的金属矩形贴片构成。
图6为微带贴片单元的结构示意图。其中，假设微带贴片单元的边界尺寸为a*a，金属半开放矩形框501的***尺寸为b*b，开口宽度为L1，框宽为L2。
金属矩形贴片502的尺寸为W1*W2。
那么通过调整低介电常数微波基材的厚度和a、b的大小，以调整微带贴片单元的谐振频率；通过调整L1、L2、W1和W2，以调整微带贴片单元的相位补偿角度。
具体地，所述微带贴片单元中所述金属半开放矩形框开口方向每旋转90 度，所述微带贴片单元对到达所述主反射面的电磁波信号产生的相位补偿角度改变180度。
若在实际应用中采用本发明实施例提供的微带贴片单元实现0～360度的相位补偿，仅需预设0～180度的相位补偿分别对应的微带贴片单元即可，这样，将预设0～180度的相位补偿分别对应的微带贴片单元开口方向旋转90度，即可得到相位补偿180～360度的微带贴片单元。
仍以图5中所示的为例，假设图5中所示的四种不同颜色的微带贴片单元，这四种颜色对应的微带贴片单元对应的相位补偿角度分别是0度、90度、180 度和270度，若需要改变这些微带贴片处理单元对应的相对补偿角度，可以通过调节图6中所示的L1、L2、W1和W2。
在本发明实施例中，可以采用8种微带贴片单元，这8中微带贴片单元实现45度步进相位补偿(0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度)。由于微带贴片单元开口旋转90度，微带贴片单元对应的相位补偿角度改变180度，那么在实际设计中仅需设计相位补偿分别为0度、45度、90 度、135度的微带贴片单元即可。
图7(a)为8种微带贴片单元实现45度步进相位补偿所得平面双反射天线在中心工作频率下的E面方向图；
图7(b)为8种微带贴片单元实现45度步进相位补偿所得平面双反射天线在中心工作频率下的H面方向图。
具体地，所述微带贴片单元203，具体用于基于到达所述主反射面的电磁波信号的初始极化方向，调整所述电磁波信号的极化方向，其中，调整后的所述电磁波信号的极化方向与所述初始极化方向相差90度。
这样，平面双反射阵列天线将传统反射阵列天线截面轮廓高度减半，有效地避免天线剖面较高的问题，同时平面双反射阵列天线中的微带贴片单元实现对电磁波信号相位的补偿，有效地提高了平面双反射阵列天线的性能，使得平面双反射阵列天线具有高增益、窄波束、低副瓣的特性。
本领域的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种平面双反射阵列天线，其特征在于，所述平面双反射阵列天线包括极化选择层、主反射面、位于所述主反射面上的微带贴片单元和与所述主反射面位于同侧的馈源，其中，
所述极化选择层由印刷在低介电常数微波基材上的平行金属条带栅构成，所述极化选择层用于将所述馈源发射的电磁波信号反射至所述主反射面；
所述微带贴片单元被印刷在低介电常数微波基材上，由金属半开放矩形框和位于单元中心的金属矩形贴片构成，所述微带贴片单元用于对到达所述主反射面的电磁波信号进行相位补偿，并改变所述电磁波信号的极化方向，使所述电磁波信号透射所述极化选择层以形成指向设定方向的合成波束。
2.如权利要求1所述的平面双反射阵列天线，其特征在于，
所述极化选择层，具体用于反射极化方向与所述金属条带栅平行的电磁波信号，并透射极化方向与所述金属条带栅垂直的电磁波信号。
3.如权利要求2所述的平面双反射阵列天线，其特征在于，
所述极化选择层的厚度根据平面双反射阵列天线的工作频率对应的波长和所述低介电常数微波基材的相对介电常数确定。
4.如权利要求1所述的平面双反射阵列天线，其特征在于，
所述微带贴片单元，具体用于基于到达所述主反射面的电磁波信号的初始极化方向，调整所述电磁波信号的极化方向，其中，调整后的所述电磁波信号的极化方向与所述初始极化方向相差90度。
5.如权利要求4所述的平面双反射阵列天线，其特征在于，
所述微带贴片单元中所述金属半开放矩形框开口方向每旋转90度，所述微带贴片单元对到达所述主反射面的电磁波信号产生的相位补偿角度改变180度。
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