一种天线反射面相位校正贴膜及反射面天线

摘要

本发明涉及一种天线反射面相位校正贴膜，所述天线反射面相位校正贴膜包括第一基板、第二基板及设置在第一基板与第二基板之间的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述第一基板及第二基板为柔性基板，合理设计天线反射面相位校正贴膜的折射率分布，使得电磁波经过贴附有该天线反射面相位校正贴膜的天线反射面反射后，出射的电磁波具有平整的等相位面。根据本发明的天线反射面相位校正贴膜，内部具有特定的折射率分布，使得贴附在传统的反射面上即可校正反射面表面出射相位，可以改善由安装或者是加工带来的相位误差，从而得到一个平整的出射等相位面，进而可以改进天线的远场性能（例如更高的增益）。

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种天线反射面相位校正贴膜 及反射面天线。

背景技术

抛物反射面天线是雷达、通信等电子设备的重要组成部分，天线反射面表面 精度是影响天线增益等电性能的主要因素。目前，随着天线口径的增大，工作频率 的提高，对天线反射面精度要求也越来越高。大型抛物面天线的反射面往往由几 十、甚至几百个反射面拼装而成，故天线面板的安装调整水平成为影响天线反射 面精度的主要因素之一。过去传统的方法是装配人员根据面板实测数据凭经验对 天线面板的位置进行调整。这种方式导致天线面板安装定位时，调整次数较多， 效率和精度较低。特别当天线面板较多，精度要求较高的情况下，上述问题更加 突出。

其次，天线抛物面设计往往按照理想抛物面来，馈源非点源也会造成电磁波 出射表面相位误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有的反射面天线容易造成电磁波出射 表面相位误差的缺陷，提供一种能够校正反射面表面出射相位的天线反射面相 位校正贴膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天线反射面相位校正贴 膜，所述天线反射面相位校正贴膜包括第一基板、第二基板及设置在第一基板 与第二基板之间的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝 线，所述第一基板及第二基板为柔性基板，合理设计天线反射面相位校正贴膜 的折射率分布，使得电磁波经过贴附有该天线反射面相位校正贴膜的天线反射 面反射后，出射的电磁波具有平整的等相位面。

进一步地，定义由天线反射面直接反射后得到的等相位面为原始等相位 面，定义原始等相位面上任一点到理想的等相位面的垂直距离为D_m，出射的 电磁波在D_m这一距离上所经过的相位为X_m，则有，

$X_m=\pm \frac{\omega D_m}{c};$

当原始等相位面上的点处于理想等相位面的左侧时，X_m取正值；

当原始等相位面上的点处于理想等相位面的右侧时，X_m取负值；

等相位面上的点的大小与单个人造微结构大小相当；

其中，ω为电磁波的角频率；

c为光速。

进一步地，所述天线反射面相位校正贴膜对应于X_m等于零的部分其折射 率为一定值n₁，所述天线反射面相位校正贴膜对应于X_m不等于零的部分其折 射率为n_m，且有，

$n_m=n_1-\frac{X_m\times c}{\omega \times 2d};$

其中，ω为电磁波的角频率；

d为天线反射面相位校正贴膜的厚度；

c为光速。

进一步地，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主 线两端连接有两个第一折角线，所述第二主线两端连接有两个第二折角线，所 述第一主线及第二主线相互垂直平分，所述第一主线与第二主线的长度相同， 所述第一折角线具有第一拐角点，所述第一主线两端分别连接在两个第一折角 线的两个第一拐角点上，所述第二折角线具有第二拐角点，所述第二主线两端 分别连接在两个第二折角线的两个第二拐角点上。

进一步地，所述两个第一折角线的拐角为90度，第一主线与第一折角线 的拐角的角平分线重合，所述两个第二折角线的拐角为90度，第二主线与第 二折角线的拐角的角平分线重合，所述第一折角线具有相同长度的第一水平角 边及第一竖直角边，所述第二折角线具有相同长度的第二水平角边及第二竖直 角边，所述第一折角线与第二折角线具有相同的尺寸。

进一步地，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H₂， 0.01mm≤H₂≤0.5mm；

所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W，0.08mm≤W≤0.3mm；

所述第一折角线与其相邻的第二折角线的距离为d₁，0.08mm≤d₁≤1mm；

并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL，0.08mm≤WL≤1mm；

相邻两个人造微结构之间的距离为L，1mm≤L≤30mm。

进一步地，所述第一基板与第二基板厚度相同，其厚度为H₁， 0.1mm≤H₁≤1mm。

进一步地，所述第一基板与第二基板的介电常数相同，其介电常数取值范 围为2.5-2.8。

进一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4 复合材料或聚苯乙烯制成。

进一步地，所述人造微结构由铜线或者银线制成，所述第一基板上的多个 人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法得到。

本发明的天线反射面相位校正贴膜，内部具有特定的折射率分布，使得贴 附在传统的反射面上即可校正反射面表面出射相位，可以改善由安装或者是加 工带来的相位误差，从而得到一个平整的出射等相位面，进而可以改进天线的 远场性能（例如更高的增益）。

另外本发明还提供一种贴附有上述的天线反射面相位校正贴膜的反射面 天线。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是贴附有本发明的天线反射面相位校正贴膜的一种反射面天线；

图2是本发明的天线反射面相位校正贴膜的结构示意图（透视）；

图3是图2所示的天线反射面相位校正贴膜去掉第二基板后的正视图；

图4是单个人造微结构的结构示意图；

图5是本发明另一种形式的人造微结构的结构示意图；

图6是本发明另一种形式的人造微结构的结构示意图；；

图7是图2所示实施例的天线反射面相位校正贴膜的仿真示意图；

图8是本发明的天线反射面相位校正贴膜的设计方法示意图。

具体实施方式

如图1至2所示，根据本发明的天线反射面相位校正贴膜TM包括第一基 板1、第二基板2及设置在第一基板1与第二基板2之间的多个人造微结构3， 所述人造微结构3为由导电材料制成的丝线，所述第一基板1及第二基板2 为柔性基板，合理设计天线反射面相位校正贴膜TM的折射率分布，使得电磁 波经过贴附有该天线反射面相位校正贴膜的天线反射面FS反射后，出射的电 磁波具有平整的等相位面。

本发明的柔性基板即为传统的柔性线路板（FPC）所使用的聚酰亚胺或聚 酯薄膜。人造微结构可以是金属微结构，其印刷方式可以与传统的FPC工艺 类似。只是相对于金属线路，本发明的人造微结构是根据折射率的分布设计出 来的。

图1中的反射面天线为抛物面反射面，因为本发明的天线反射面相位校正 贴膜TM是柔性的，所以可以很好的贴合抛物面反射面，当然生产得到的天线 反射面相位校正贴膜TM则是平面的，可以通过适当的剪裁使得更好地紧密贴 附在反射面天线的表面。

本发明的人造微结构可以是如图4所示的人造微结构，如图4所示，所 述人造微结构3具有相互垂直平分的第一主线31及第二主线32，所述第一主 线31与第二主线32的长度相同，所述第一折角线Z1具有第一拐角点J1，所 述第一主线31两端分别连接在两个第一折角线的两个第一拐角点J1上，所述 第二折角线Z2具有第二拐角点J2，所述第二主线32两端分别连接在两个第 二折角线的两个第二拐角点J2上。所述两个第一折角线Z1的拐角为90度， 第一主线31与第一折角线的拐角的角平分线重合，所述两个第二折角线的拐 角为90度，第二主线32与第二折角线的拐角的角平分线重合，所述第一折角 线Z1具有相同长度的第一水平角边SP1及第一竖直角边SZ1，第一水平角边 SP1及第一竖直角边SZ1所成的夹角即为第一折角线的拐角，所述第二折角线 Z2具有相同长度的第二水平角边SP2及第二竖直角边SZ2，第二水平角边SP2 及第二竖直角边SZ2所成的夹角即为第二折角线的拐角。另外，所述第一折 角线Z1与第二折角线Z2具有相同的尺寸。

当然本发明的人造微结构还可以是图5及图6所示形态的人造微结构。

图5所示为平面雪花状的人造微结构，所述的雪花状的人造微结构具有相 互垂直平分的第一金属线J1及第二金属线J2，所述第一金属线J1与第二金属 线J2的长度相同，所述第一金属线J1两端连接有相同长度的两个第一金属分 支F1，所述第一金属线J1两端连接在两个第一金属分支F1的中点上，所述 第二金属线J2两端连接有相同长度的两个第二金属分支F2，所述第二金属线 J2两端连接在两个第二金属分支F2的中点上，所述第一金属分支F1与第二 金属分支F2的长度相等。

图6为图5的一种变形形式，所述人造微结构3具有相互垂直平分的第一 主线31及第二主线32，所述第一主线31与第二主线32的长度相同，所述第 一主线31两端连接有相同长度的两个第一支线Z1，所述第一主线31两端连 接在两个第一支线Z1的中点上，所述第二主线32两端连接有相同长度的两 个第二支线Z2，所述第二主线32两端连接在两个第二支线Z2的中点上，所 述第一支线Z1与第二支线Z2的长度相等，每一所述第一支线Z1的两端向里 弯折延伸出两个第一折线ZX1，每一所述第二支线Z2的两端向里弯折延伸出 两个第二折线ZX2。本实施例中，所述第一折线ZX1与第一支线Z1所成的夹 角为θ₁，所述第二折线ZX2与第二支线Z2所成的夹角为θ₂，且有，

θ₁=θ₂；θ₁≤45°。

优选地，所述第一折线ZX1与第一支线Z1所成的夹角θ₁及所述第二折线 ZX2与第二支线Z2所成的夹角θ₂均为45度。即第一折线Z1与第二折线Z2 平行。

图2为透视图，即假定第一基板与第二基板透明，人造微结构不透明。

本发明例中，如图3及图4所示，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚 度为H₂，0.01mm≤H₂≤0.5mm；

所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W，0.08mm≤W≤0.3mm；

所述第一折角线与其相邻的第二折角线的距离为d₁，0.08mm≤d₁≤1mm；

并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL，0.08mm≤WL≤1mm；如图3 所示，WL即为其中一个人造微结构的第一拐角点与另一个人造微结构的与该 第一拐角点相邻的第二拐角点的距离。

相邻两个人造微结构之间的距离为L，1mm≤L≤30mm；如图3所示，L即 为相邻两个人造微结构中心点之间的距离，此处的中心点即为第一主线与第二 主线的交点。L的长度与入射电磁波有关，通常L的长度小于入射电磁波的波 长，例如L可以是入射电磁波的五分之一或十分之一，这样可以对入射电磁波 产生连续的响应。

本发明中，所述人造微结构3为由导电材料制成的丝线。例如铜线、银线 及其它金属线，采用金属材料制成的人造微结构，可以通过蚀刻、电镀、钻刻、 光刻、电子刻或离子刻的方法得到。例如，可以在第一基板上覆上一定厚度的 铜膜或银膜，再利用蚀刻的方法去掉多个人造微结构以外的部分铜膜或银膜 （利用化学溶液溶解腐蚀），即能得到附着在第一基板上的多个人造微结构。

另外，人造微结构3还可以由其它非金属的导电材料制成，例如，铟锡氧 化物、碳纳米管或者石墨等。

本发明中，所述第一基板1与第二基板2厚度相同，其厚度为H₁， 0.1mm≤H₁≤1mm。并且，所述第一基板1与第二基板2的介电常数相同，其介 电常数取值范围为2.5-2.8。

本发明中，第一基板1及第二基板2可以由任意的介电材料制成，例如陶 瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料。高分子材料，例如可 以有F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯（PS）等。

本发明中，采用具有如下参数的天线反射面相位校正贴膜进行仿真，仿真 软件为CST；

第一基板与第二基板的厚度为1mm；第一基板与第二基板为介电常数为

2.7的PS塑料板，损耗正切为0.0002。

相邻两个人造微结构之间的距离L为2.7mm；

人造微结构的厚度H₂为0.018mm；

人造微结构的线宽W为0.14mm；

第一折角线与第二折角线的距离d₁为0.14mm；

相邻两个人造微结构之间的间隔WL为0.14mm；

对具有上述参数的天线反射面相位校正贴膜进行仿真，即测试该天线反射 面相位校正贴膜在不同频率下的折射率，得到折射率相对于频率的电磁响应曲 线如图7所示。由图可知，所述天线反射面相位校正贴膜能在非常宽的一段频 率上（0～10GHz）有很好的低色散性能（即折射变化稳定）。同时，该天线反 射面相位校正贴膜还具有很低的电磁损耗，不会对原来的反射面天线的辐射性 能产生影响。

本发明的天线反射面相位校正贴膜根据需要设计，例如可通过以下方法设 计，

如图8所示，首先，定义由天线反射面FS直接反射后得到的等相位面为 原始等相位面XM，定义原始等相位面XM上任一点（例如图中的a点及b点） 到理想的等相位面PZ的垂直距离为D_m，出射的电磁波在D_m这一距离上所经 过的相位为X_m，则有，

$X_m=\pm \frac{\omega D_m}{c}---\left(1\right);$

其中，ω为电磁波的角频率；

c为光速。

当原始等相位面上的点处于理想等相位面的左侧时，X_m取正值，

当原始等相位面上的点处于理想等相位面的右侧时，X_m取负值；

例如图中的a点，其在理想等相位面的左侧，则有该点在D_a这一距离上 所经过的相位为X_a；其中，

再例如图中的b点，其在理想等相位面的右侧，则有该点在D_a这一距离 上所经过的相位为X_a；其中，

本发明中，理想等相位面即为上述的平整的等相位面。等相位面上的点的 大小与单个人造微结构大小相当。

其次，设计所述天线反射面相位校正贴膜对应于X_m等于零的部分其折射 率为一定值n₁，即X₀=0；设计所述天线反射面相位校正贴膜对应于X_m不等于 零的部分其折射率为n_m，且有，

$n_m=n_1-\frac{X_m\times c}{\omega \times 2d}---\left(2\right);$

其中，ω为电磁波的角频率；

d为天线反射面相位校正贴膜的厚度；

c为光速。

当原始等相位面上的点处于理想等相位面的左侧时，X_m取正值，将公式 式（1）代入公式（2）中，简化公式，得到：

$n_m=n_1-\frac{D_m}{2d}---\left(3\right);$

即处于原始等相位面上左侧的点其在天线反射面相位校正贴膜上的投影 点的折射率小于n₁。且该些点的折射率的设计值只与原始等相位面上任一点到 理想的等相位面的垂直距离为D_m以及天线反射面相位校正贴膜d相关。原始等 相位面可通过激光扫描的方式获得。

当原始等相位面上的点处于理想等相位面的右侧时，X_m取负值，将公式 式（1）代入公式（2）中，简化公式，得到：

$n_m=n_1+\frac{D_m}{2d}---\left(4\right);$

即处于原始等相位面上左侧的点其在天线反射面相位校正贴膜上的投影 点的折射率大于n₁。

以a点及b点为例，对应于a点，则有：

$n_a=n_1-\frac{D_a}{2d};$

对应于b点，则有：

$n_b=n_1+\frac{D_b}{2d};$

因此，知道了D_a、D_b（通过激光扫描获得），以及确定了n₁及d值，就可 以设计出n_a、n_b，以使得a点及b点通过校正后的两个点会处于理想等相位面 上。依此类推，可以校正整个原始等相位面，使得最终的等相位面与理想的等 相位面重合，即完成了对特定反射面天线的相位校正。

另外本发明还提供一种贴附有上述的天线反射面相位校正贴膜的反射面 天线。所述天线还可以包括馈源，馈源设置在反射面天线的焦点上。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本 领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。