CN108539436B - 一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，该装置主要由反射阵口径与馈源组成。本发明公布的反射阵紧缩场装置，阵面单元将馈源发出的球面波准直校正为大角度离轴出射的静区平面波场，馈源采用准近轴结构以局部小角度偏馈照射反射阵，使阵面残余镜像波束远离静区以提升平面波质量。设计中由交替投影算法结合近场平面波谱传输技术快速综合出最佳静区所需的反射阵口径相位激励。本发明对反射阵天线的加工精度比传统的反射面的要求低，反射阵口径采用印刷电路结构，工艺简单、结构轻巧，并且将馈源宽带调谐匹配实现口径准直，应用于宽带毫米波/亚毫米波紧缩场***的低成本实现。

Description

一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置
技术领域
本发明涉及紧缩场技术领域，特别涉及一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场，通过对反射阵口径、偏馈角度、静区位置及馈电位置的优化布局设计，以实现优质宽带平面波静区场，其主要应用于毫米波\亚毫米波精密测试，可以满足天线方向图或目标RCS测试的远场平面波需求。
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承受的技术或成本缺陷。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，然而传统反射面天线受制于机械加工精度的严苛要求，应用于亚毫米波段较为困难或制造成本较高。
发明内容
本发明的发明目的为：克服毫米波反射面紧缩场加工工艺的困难，提出一种反射面口径为平面的大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场，作为传统的抛物面紧缩场的低成本替代解决方案，通过采用较高增益馈源的使用和方口径大角度旋转，抑制口径边缘截断绕射能量在静区的聚集，通过调谐匹配馈源的位置，以补偿频率变化引起的馈源入射波前相位失配，采用离轴布局、阵面口径旋转、口径相位综合、边缘绕射抑制和馈源宽带匹配照射等综合设计策略，构建高质量的宽带平面波静区，应用于毫米波\亚毫米波测试。本发明提出的反射阵紧缩场，加工精度要求比传统反射面低一个数量级，采用印刷电路结构、工艺简单、便于安装运输，可以降低制造成本，适合于满足低成本大批量测试需求。
本发明为了达到上述发明目的采用如下技术方案：一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，主要由馈源与反射阵天线组成，馈源和静区位于反射阵天线轴线的同侧，静区平面波束离轴倾斜出射于反射阵天线口面，馈源小角度近轴偏馈照射反射阵口径，使相位调制残余的阵面镜像波束以反向远离静区，以提升静区平面波质量。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，倾斜出射的平面波的离轴角度θ为30～40度。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，馈源准近轴小角度局部偏馈照射，馈源位置在反射阵平面的投影偏移方向由反射阵中心指向静区设置的方向，偏移距离约0.1～0.2倍焦距。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，反射阵方口径布局的绕自轴大角度旋转，旋转角度范围为30～60度。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，静区场的极化取决于馈源状态与反射阵单元特性。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，反射阵将球面波前校正成离轴出射的平面波波前，早照射幅度固定的约束下将出射口径相位加权，并由交替投影算法结合平面波角谱近场快速传输理论优化得出的反射阵相位激励。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，馈源到反射阵天线平面投影距离设为焦距，焦距与反射阵天线水平对角线的比值定义为焦径比，推荐焦径比为1.5～2，长焦设计利于降低阵面单元的倾斜照射和抑制镜像波束扩散。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，馈源与所述反射阵口径上的水平对角线正面相对，以形成准近轴照射。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，馈源与所述反射阵口径上的垂直对角线的局部偏置相对，以形成局部小角度偏馈照射。
所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，反射阵紧缩场能宽带工作，工作带宽超过5％时可通过调整馈源的位置来补偿由频率变化引起的入射相位的失配。
本发明的原理如下：本发明基于反射阵布局和近场平面波综合优化技术，将馈源发出的球面波在近距离准直校正成离轴出射于阵面口径，馈源准近轴同向局部偏馈照射反射阵，使阵面残余镜像波束的镜像反射反向远离静区，以提升静区平面波质量，满足天线测试或目标RCS测试的远场条件需求。
反射阵各单元组阵排布方式，即反射阵各单元所需提供的相位，由交替投影算法结合平面波角谱近场快速传递方法，进行平面波综合优化得到。
反射阵的馈源布局，采用近轴小角度局部偏馈方式，避免馈源照射到反射阵上产生镜像反射波束影响静区的质量。
反射阵紧缩场的宽带工作，由于工作频率从f0变化到f1，由馈源照射到反射阵天线的入射相位发生了变化，将焦距调整为原焦距的f1/f0倍，即可改善静区的质量。其中频率增加时馈源需远离口径，静区波束离轴角减小，反之亦反。
本发明相对于现有技术的优点在于：
本发明的离轴偏馈宽带反射阵紧缩场作为一种新型紧缩场，可以作为传统的抛物面紧缩场的低成本替代解决方案，应用于毫米波\亚毫米波测试；本发明提出的宽带反射阵紧缩场，加工精度要求相对宽松，采用微带线印刷工艺、结构轻便、制作简单、便于安装，可以降低制造和使用成本，并且进行宽带调谐可宽带工作，适合与低成本批量化地构建毫米波\亚毫米波波段的辐射和散射测试***。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的离轴偏馈反射阵紧缩场阵面旋转布局与单元示意图；
图4是本发明的平面波综合相位设计流程图；
图5是利用平面波综合相位设计得到的幅度和相位结果，其中，图5(a)为幅度结果，图5(b)为相位结果；
图6是离轴偏馈反射阵紧缩场的馈源宽带调谐俯视视示意图；
其中，1为馈源，2为偏馈距离，3为焦距，4为反射阵天线，5为离轴出射方向角，6为静区，7为平面波角谱方法，8为口径场，9为静区近场，10为频偏移动前馈源位置，11为频偏移动前静区位置，12为频偏移动后馈源位置，13为频偏移动后静区位置。
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1-2所示，该反射阵紧缩场装置由馈源1和反射阵天线4组成。
馈源1到反射阵天线4的投影距离定为焦距3，焦距3的大小设为1.8倍反射阵的对角线长度。
馈源1部分偏馈反射阵天线4，准近轴小角度的偏馈距离2设为0.1倍焦距3。
反射阵天线4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6的影响。
反射阵天线4采用PCB工艺来制造。
平面波静区离轴出射方向角5设为35度。
反射阵紧缩场装置的静区6的位置定在馈源1后，距离反射阵天线4的2倍反射阵的对角线长度。
反射阵单元的相位排布方式，即反射阵各单元位置所需提供的相位，由交替投影算法结合平面波角谱方法7，进行平面波综合优化得到。如图3所示，将接近优化目标的一组口径场8，经过傅里叶逆变换到角谱域，利用平面波角谱理论经过傅里叶变换得到静区近场9，对静区近场9进行约束再经过上述操作的逆操作得到优化后的新口径场。如此循环迭代得出满足条件的目标解。
离轴偏馈反射阵紧缩场的宽带工作，馈源1的工作频率为f0时，位置在10(即频偏移动前馈源位置)，静区位置在频偏移动前静区位置11，由于工作频率从f0变化到f1，由馈源照射到反射阵的入射相位发生了变化，将馈源位置从10(即频偏移动前馈源位置)移动到12(即频偏移动后馈源位置)，静区的位置将会从11(即频偏移动前静区位置)移动到13(即频偏移动后静区位置)，这种宽带调谐匹配照射技术，将改善宽带静区质量。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (10)

1.一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：装置主要由馈源(1)与反射阵天线(4)组成，馈源(1)和静区(6)位于反射阵物理轴线的相同一侧，静区平面波束离轴倾斜出射于反射阵天线(4)口面，馈源(1)近轴小角度偏馈照射反射阵天线(4)口面，使相位调制残余的阵面镜像波束在异侧反方向远离静区(6)，以提升静区平面波质量。
2.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：离轴倾斜出射的平面波束的离轴角度θ为30～40度。
3.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：所述馈源准近轴小角度局部偏馈照射，馈源位置在反射阵平面的投影偏移方向由反射阵中心指向静区设置的方向，偏移距离0.1～0.2倍焦距。
4.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：所述反射阵天线(4)方口径布局的绕自轴大角度旋转，旋转角度范围为30～60度。
5.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：静区场的极化取决于馈源状态与反射阵单元特性。
6.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：反射阵天线(4)将球面波前校正成离轴出射的平面波波前，在照射幅度固定的约束下将出射口径相位加权，并由交替投影算法结合平面波谱近场快速传输理论优化得出的反射阵相位激励。
7.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：将所述馈源到反射阵天线(4)平面投影距离设为焦距，焦距与反射阵天线水平对角线的比值定义为焦径比，焦径比为1.5～2，长焦设计利于降低阵面单元的倾斜照射和抑制镜像波束扩散。
8.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：所述馈源与所述反射阵天线(4)口径上的水平对角线正面相对，以形成准近轴照射。
9.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：所述馈源与所述反射阵天线(4)口径上的垂直对角线的局部小角度偏置相对，以形成局部偏馈照射。
10.根据权利要求1所述的一种大角度离轴小角度偏馈的宽带反射阵紧缩场装置，其特征在于：所述的反射阵紧缩场能宽带工作，工作带宽超过5％时通过调整馈源的位置来补偿由频率变化引起的入射相位的失配。
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