CN106249058A - 一种全息反射阵紧缩场 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全息反射阵紧缩场，其由馈源、反射阵天线和边齿组成，馈源正馈垂直照射反射阵天线，反射阵天线将馈源发出的球面波在近距离校正为平面波，并通过口径布局和边齿抑制边缘绕射，产生特定的平面波静区以满足天线方向图或目标RCS测试的远场条件需求。本发明对反射阵天线的加工精度比传统的反射面低一个数量级，采用印刷结构、结构轻便、制作简单、便于安装，可以降低制造成本，适合于低成本地构建毫米波\亚毫米波波段的辐射或散射测试***。

Description

一种全息反射阵紧缩场
技术领域
本发明涉及紧缩场技术，特别涉及一种新型全息反射阵紧缩场，其主要应用于毫米波\亚毫米波测试，可以满足天线方向图或目标RCS测试的远场条件需求。
背景技术
随着毫米波\亚毫米波技术的快速发展，毫米波\亚毫米波天线测试的需求日益迫切。传统的近场，室外远场在毫米波测试方面均存在难以克服的缺陷。紧缩场技术在毫米波天线测试技术中具有不可替代的重要作用。传统反射面天线受制于机械加工精度的限制，应用于亚毫米波段较为困难或制造成本太高。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种全息反射阵紧缩场，可以替代传统的抛物面紧缩场，应用于毫米波\亚毫米波测试；本发明提出的全息反射阵紧缩场，对反射阵天线的加工精度比传统的反射面低一个数量级，采用印刷结构、结构轻便、制作简单、便于安装，可以降低制造成本，适合于低成本地构建毫米波\亚毫米波波段的辐射或散射测试***。
本发明为了达到上述发明目的采用如下技术方案：一种全息反射阵紧缩场，包括：馈源、反射阵天线和边齿；边齿位于反射阵天线边缘；馈源位于反射阵天线中心上方，垂直照射反射阵天线，利用反射阵天线近场辐射的菲涅尔区，将馈源发出的球面波转化为倾斜出射的平面波，并通过反射阵天线口径布局和边齿抑制边缘绕射，产生平面波静区，以满足天线方向图或目标RCS测试的远场条件需求。
所述馈源的位置固定，馈源的极化方向是可调的。
所述反射阵天线，利用了反射阵天线的近场菲涅尔区。
所述馈源到反射阵天线距离设为焦距，焦距与反射阵天线边长的比值定义为焦径比，焦径比定为1.5～2，适度长焦设计以避开馈源遮挡和近似垂直激励反射阵天线的反射阵单元，适度压缩来控制场地占地尺寸和平面波静区位置以提升平面波静区性能。
所述倾斜出射的平面波的角度θ为30～40度，θ值的选取要适中，太大口径倾斜投影严重，口径利用率降低；太小馈源会遮挡出射的平面波静区。
所述的产生平面波静区位置距离反射阵天线2倍口径后；所述平面波静区为矩形口径形状。
所述反射阵天线口径布局线采用正方形旋转30～60度。
所述反射阵天线的反射阵列单元能够对反射相位精细控制，使反射阵天线口径的能量利用效率高。
本发明的原理如下：本发明基于反射阵天线和全息原理，将馈源发出的球面波在近距离校正为平面波，因此可以利用反射阵天线和馈源构建一种新型全息反射阵紧缩场，满足天线方向图或目标RCS测试的远场条件需求。
反射阵天线是由反射阵单元组成的，反射阵单元具有相位调控特性，采用宽带反射阵单元。如图1所示，反射阵单元4由内部转45度矩形和外部环形组成，两者满足比例关系，该单元采用双谐振设计，同时在介质衬底7和接地板8中间加了空气层5以增加带宽，其中R为反射阵单元4之间的间距，L为外部环形长度，W为外部环形宽度，为内部矩形旋转角度，内部矩形尺寸为0.5*L-W，h1为介质衬底7的厚度，h2为空气层5的厚度。通过改变反射阵单元外部环形尺寸L来进行相位的调控，调控的相位覆盖0-2π区间。所以各单元能对入射球面波的相位进行精细调控，校正为平面波，并提升***的能量利用效率。
图2是Ka波段宽带反射单元在不同频率下的相位变化曲线，其中横坐标为反射阵单元4的外部环形尺寸L，纵坐标为在不同L尺寸参数下的相位调控角度，通过公式：
实现全息定影波前记录，在反射阵上实现球面波与平面波的数字干涉记录，计算出应调节的相位并用相应的尺寸单元实现，式中F为焦距，λ为波长，θ为平面波出射方向。再当通过馈源照射反射阵口径实现全息显影波前重构时，口径上反射阵单元调控记录的相位历史第一项的球面波前将由馈源激励所补偿，剩余的第二项将为所希望重构再现的平面波前，近距离辐射传播至菲涅尔区，并控制阵列口径的边缘绕射影响，以形成准等幅等相的平面波静区。
本发明相对于现有技术的优点在于：本发明的全息紧缩场作为一种新型紧缩场，可以替代传统的抛物面紧缩场，应用于毫米波\亚毫米波测试；本发明提出的全息反射阵紧缩场，对反射阵天线的加工精度比传统的反射面低一个数量级，采用印刷结构、结构轻便、制作简单、便于安装，可以降低制造成本，适合于低成本地构建毫米波\亚毫米波波段的辐射或散射测试***。
附图说明
图1为反射阵单元结构图；其中左边是反射阵单元俯视图，右图是反射阵单元侧视图；
图2为Ka波段宽带反射单元在不同频率下的相位变化曲线；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明的全息反射阵紧缩场口径布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
如图3所示，反射阵天线9由反射阵单元4、介质衬底7、空气层5和接地板8组成，不同尺寸的反射单元4对电磁波的调节相位的能力是不同的，反射阵天线9的制作可以采用PCB工艺来制造。
反射阵天线9的功能是将馈源发出的球面波在近距离校正为平面波。
馈源1正馈垂直照射反射阵天线9，保证口径均匀照射，球面波近似垂直照射所有反射阵单元4。
全息反射阵紧缩场焦距3设为1.5倍反射阵天线边长。
全息反射阵紧缩场采用正方形旋转45度的口径布局，该布局能有效使边缘绕射对平面波静区2的影响降低。
全息反射阵紧缩场的边缘采用边齿处理，边齿6能降低边缘绕射电平，改善平面波静区2的性能。
边齿6为等腰三角形形状，边齿6的高度为6.5个波长，宽度为两个波长。
全息反射阵紧缩场平面波静区2的位置选取在距离反射阵天线2倍口径后。
本发明的一个优选实施例：如图3所示的***结构示意图。Ka波段馈源激励垂直照射反射阵。设计中心频率为32GHz，***可工作在28GHz～36GHz频率范围内，静区波束指向会频变。反射阵天线工作在Ka波段，口径尺寸50×50个波长，通过反射单元布阵能较正球面波。馈源可选用波纹喇叭，波束副瓣电平低，相位中心稳定。反射阵采用正方形转45度布局，边缘采用边齿处理。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (7)

1.一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：包括馈源、反射阵天线和边齿；边齿位于反射阵天线边缘；馈源位于反射阵天线中心上方，垂直照射反射阵天线，利用反射阵天线近场辐射的菲涅尔区，将馈源发出的球面波转化为倾斜出射的平面波，并通过反射阵天线口径布局和边齿抑制边缘绕射，产生平面波静区，以满足天线方向图或目标RCS测试的远场条件需求。
2.根据权利要求1所述的一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：所述馈源的位置固定，馈源的极化方向是可调的。
3.根据权利要求1所述的一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：所述馈源到反射阵天线距离设为焦距，焦距与反射阵天线边长的比值定义为焦径比，焦径比定为1.5～2，适度长焦设计以避开馈源遮挡和近似垂直激励反射阵天线的反射阵单元，适度压缩来控制场地占地尺寸和平面波静区位置以提升平面波静区性能。
4.根据权利要求1所述的一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：所述倾斜出射的平面波的角度为30～40度，值的选取要适中，太大口径倾斜投影严重，口径利用率降低；太小馈源会遮挡出射的平面波静区。
5.根据权利要求1所述的一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：所述的产生平面波静区位置距离反射阵天线2倍口径后；所述平面波静区为矩形口径形状。
6.根据权利要求1所述的一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：所述反射阵天线口径布局线采用正方形旋转30～60度。
7.根据权利要求1所述的一种全息反射阵紧缩场，其特征在于：所述反射阵天线的反射阵列单元能够对反射相位精细控制，使反射阵天线口径的能量利用效率高。
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