一種采用多層fss的透射波束調(diào)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法，其步驟為：(1)構(gòu)造多層小型化頻率選擇表面單元；(2)確定頻率選擇表面各單元尺寸；(3)組成多層頻率選擇表面FSS；(4)構(gòu)建不同俯仰角的多層頻率選擇表面FSS；(5)構(gòu)建不同方位角的多層頻率選擇表面FSS；(6)組成傳輸陣天線；(7)更換多層頻率選擇表面FSS。本發(fā)明可以有效地實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線的大角度波束調(diào)控，同時(shí)可以很好地實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線的高增益效果。
【專利說明】
一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及電磁材料技術(shù)領(lǐng)域中的一種采用多層頻 率選擇表面FSS(Frequecy Selective Surface)的透射波束調(diào)控方法，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)發(fā) 射天線的大角度波束調(diào)控，同時(shí)可以很好地實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線的高增益效果。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率選擇表面是指由相同結(jié)構(gòu)的單元按照二維或是三維周期性排列而組成的一 種陣列結(jié)構(gòu)，可以在特定工作頻段內(nèi)形成帶阻特性或是帶通特性。近幾年，在傳統(tǒng)的多層 FSS的基礎(chǔ)上提出了一種多層非諧振結(jié)構(gòu)組成的小型化單元的設(shè)計(jì)方法，利用該方法可以 設(shè)計(jì)小型化且具有寬帶性能的帶通型FSS，其具有一系列性能優(yōu)點(diǎn)：頻選特性好，角度穩(wěn)定 性好，當(dāng)單元層數(shù)越多時(shí)可以獲得越大的相移范圍，可以更好地實(shí)現(xiàn)傳輸單元的小型化，因 此更加有利于對(duì)輻射的主波束的角度進(jìn)行調(diào)控。
[0003] 華為技術(shù)有限公司提出的專利申請(qǐng)"波束選擇方法及基站"（申請(qǐng)?zhí)枺?20140122995.9，公開號(hào)：104955061A)中公開了一種波束選擇方法及基站，其中，該波束選 擇方法包括:基站通過各個(gè)波束的天線，接受用戶設(shè)備的探測(cè)參考信號(hào)SRS，其中，各個(gè)波束 中包括一個(gè)寬波束和至少兩個(gè)窄波束。但是，該方法的不足之處是，天線對(duì)主波波束調(diào)控的 自由度不夠大，不能實(shí)現(xiàn)更大角度的波束調(diào)控。
[0004] 寧波高新區(qū)寧源科技服務(wù)有限公司提出的專利申請(qǐng)"一種天線及FSS系統(tǒng)的構(gòu)建 方法"（申請(qǐng)?zhí)枺?01510154646.X，公開號(hào)：104716425A)中公開了一種天線與FSS系統(tǒng)的構(gòu)建 方法。該方法通過設(shè)計(jì)一個(gè)低副瓣的相控陣天線，仿真得出其輻射特性，然后將FSS天線罩 與相控陣天線進(jìn)行一體化建模仿真，通過對(duì)比天線/FSS系統(tǒng)與原相控陣天線的增益方向 圖，分析不同單元結(jié)構(gòu)及尺寸的FSS天線罩對(duì)天線增益及副瓣電平產(chǎn)生的影響，并作出選 擇，該方法有效降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高了設(shè)計(jì)效率。但是，該方法仍然存在的不足之 處是，使用單層頻率選擇表面組成的發(fā)射天線的增益較低，不具有較高的傳輸效率。
[0005] 電子科技大學(xué)提出的專利申請(qǐng)"一種電控波束掃描反射陣天線及其波束掃描方 法"（申請(qǐng)?zhí)枺?0150200825.2，公開號(hào)：104779442A)中公開了一種低成本、低損耗、結(jié)構(gòu)簡單 的電控波束掃描反射陣天線及其波束掃描方法。該天線采用了兩個(gè)初始饋源對(duì)反射陣面進(jìn) 行照射激勵(lì)，通過改變饋源1和饋源2不同的幅值激勵(lì)比以改變總?cè)肷鋱?chǎng)在陣面的相位值分 布，從而實(shí)現(xiàn)電控的波束掃描。該天線結(jié)構(gòu)簡單，無需額外的偏置電路，加工方便。但是，該 方法的不足之處是，需要多個(gè)饋源進(jìn)行饋電，對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)要求較為復(fù)雜，且很難實(shí)現(xiàn)主波束 的寬角度掃描。
[0006] 北京郵電大學(xué)提出的專利申請(qǐng)"一種波束切換方法"（申請(qǐng)?zhí)枺?0130660234.9,公 開號(hào)：103607233A)中公開了一種波束切換方法，本發(fā)明的波束切換方法，定期對(duì)劃分出的 hot波束進(jìn)行波束內(nèi)切換，以達(dá)到波束間切換時(shí)最小化需要切換子載波的數(shù)目的目的同時(shí) 兼顧了系統(tǒng)的整體性能以及實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，有效地提升了波束切換的效率。但是，該發(fā)明仍然存 在的不足之處是，輻射波束方向的改變不具有連續(xù)性，靈敏度較低，在波束調(diào)控應(yīng)用中存在 一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用多層FSS的透射波束 調(diào)控方法。
[0008] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的基本思路是，首先根據(jù)不同透射波束方向分別設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的多層頻率 選擇表面，然后保持饋源位置不變，通過更換不同的多層頻率選擇表面來獲得不同波束方 向的透射波，實(shí)現(xiàn)透射波的波束調(diào)控。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0010] (1)構(gòu)造多層小型化頻率選擇表面單元：
[0011] 由三層方形金屬貼片和兩層方形金屬環(huán)沿垂直方向組成多層小型化頻率選擇表 面單元，每層方形金屬貼片與每層方形金屬環(huán)采用間隔排列的方式。
[0012] (2)確定頻率選擇表面各單元尺寸：
[0013] (2a)對(duì)不同尺寸的多層小型化頻率選擇表面單元進(jìn)行仿真，得到每個(gè)不同尺寸多 層小型化頻率選擇表面單元的傳輸相位，將傳輸相位整理為一個(gè)相位與尺寸對(duì)應(yīng)的關(guān)系 表。
[0014] (2b)利用單元輻射場(chǎng)公式，計(jì)算每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元的待補(bǔ)償傳輸 相位。
[0015] (2c)從關(guān)系表中，查找每個(gè)待補(bǔ)償傳輸相位所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單 元的尺寸。
[0016] (3)組成多層頻率選擇表面FSS:
[0017] 將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，組成多層頻率選擇表面 FSS〇
[0018] (4)構(gòu)建不同俯仰角的多層頻率選擇表面FSS:
[0019] (4a)從關(guān)系表中，查找0°、30°、45°、60°四個(gè)俯仰角分別對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面 FSS的各位置單元的尺寸。
[0020] (4b)由查找出的各位置單元尺寸，制作組成多層頻率選擇表面FSS陣列的各位置 所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元。
[0021] (4c)將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，分別構(gòu)建四個(gè)俯仰角 所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS。
[0022] (5)構(gòu)建不同方位角的多層頻率選擇表面FSS:
[0023] (5a)從關(guān)系表中查找30°俯仰角時(shí)，30°、45°、60°三個(gè)方位角分別對(duì)應(yīng)的多層頻率 選擇表面FSS的各位置單元的尺寸。
[0024] (5b)由查找出30°俯仰角時(shí)的各位置單元尺寸，制作組成多層頻率選擇表面FSS陣 列的各位置所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元。
[0025] (5c)將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，分別構(gòu)建三個(gè)方位角 所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS。
[0026] (6)組成傳輸陣天線：
[0027] (6a)用X波段喇叭天線作為饋源。
[0028] (6b)將0°俯仰角所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS放置在饋源的中心軸向處。
[0029] (7)更換多層頻率選擇表面FSS:
[0030] (7a)由30°、45°、60°三個(gè)俯仰角對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，分別替換0°俯仰角 所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，產(chǎn)生30°、45°、60°三個(gè)俯仰角的透射波。
[0031] (7b)由30°、45°、60°三個(gè)方位角對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，分別替換0°俯仰角 所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，產(chǎn)生30°、45°、60°三個(gè)方位角的透射波。
[0032] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 第一，由于本發(fā)明采用多層頻率選擇表面組成發(fā)射天線，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的 天線對(duì)主波波束調(diào)控的自由度不夠大，不能實(shí)現(xiàn)更大角度的波束調(diào)控的問題，使得本發(fā)明 具有了在俯仰角〇°~60°范圍的波束調(diào)控以及方位角任意角度的波束控制的優(yōu)點(diǎn)。
[0034] 第二，由于本發(fā)明采用多層頻率選擇表面組成發(fā)射天線，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的 使用單層頻率選擇表面組成的發(fā)射天線的增益較低，不具有較高的傳輸效率的問題，使得 本發(fā)明具有了高增益?zhèn)鬏敽洼^大的波束偏轉(zhuǎn)特性的優(yōu)點(diǎn)。
[0035] 第三，由于本發(fā)明采用位于多層頻率選擇表面的中心軸向方向的喇叭天線作為饋 源，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的需要多個(gè)饋源進(jìn)行饋電，對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)要求較為復(fù)雜，且很難實(shí)現(xiàn) 主波束的寬角度掃描的問題，使得本發(fā)明具有了饋電網(wǎng)絡(luò)簡易，實(shí)際操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0036] 第四，由于本發(fā)明采用更換不同的多層頻率選擇表面FSS進(jìn)行波束調(diào)控，克服了現(xiàn) 有技術(shù)存在的輻射波束方向的改變不具有連續(xù)性，靈敏度較低，在波束調(diào)控應(yīng)用中存在一 定的局限性的問題，使得本發(fā)明具有了輻射波束方向改變連續(xù)性，波束調(diào)控操作簡易的優(yōu) 點(diǎn)。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明的多層小型化頻率選擇表面單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明單元尺寸與單元位置的相位信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明不同俯仰角對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面示意圖；
[0041] 圖5為本發(fā)明不同方位角對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面示意圖；
[0042] 圖6為本發(fā)明不同俯仰角對(duì)應(yīng)的天線在10GHz處的增益特性圖；
[0043]圖7為本發(fā)明不同方位角對(duì)應(yīng)的天線在10GHz處的增益特性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0045] 參照附圖1，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施步驟作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0046] 步驟1，構(gòu)造多層小型化頻率選擇表面單元。
[0047]由三層方形金屬貼片和兩層方形金屬環(huán)沿垂直方向組成多層小型化頻率選擇表 面單元，每層方形金屬貼片與每層方形金屬環(huán)采用間隔排列的方式。
[0048] 每層方形金屬貼片的邊長為P，每層方形金屬環(huán)的寬度為w，P的取值范圍為lmm<P <8mm，w的取值范圍為0.
[0049] 每層方形金屬貼片附著在介質(zhì)板的上表面，每層方形金屬環(huán)附著在介質(zhì)板的下表 面，每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元采用四層介質(zhì)板，每層介質(zhì)板厚度均為h = l.5mm，邊 長為D = 10mm，介電常數(shù)為2.65。
[0050] 步驟2，確定頻率選擇表面各單元尺寸。
[0051]利用仿真軟件HFSS中的無限周期模型floquent端口對(duì)不同尺寸的多層小型化頻 率選擇表面單元進(jìn)行仿真，得到每個(gè)不同尺寸多層小型化頻率選擇表面單元的傳輸相位， 將傳輸相位整理為一個(gè)相位與尺寸對(duì)應(yīng)的關(guān)系表。
[0052]利用單元福射場(chǎng)公式，計(jì)算每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元的待補(bǔ)償傳輸相 位。
[0053]單元輻射場(chǎng)公式如下：
[0055] 其中，?！?表示多層小型化頻率選擇表面單元位置的輻射強(qiáng)度，6表示任意方向矢 量，Μ表示多層頻率選擇表面FSS總的行數(shù)，Σ表示求和操作，m表示多層頻率選擇表面FSS的 第m行，N表示多層頻率選擇表面FSS總的列數(shù)，η表示多層頻率選擇表面FSS的第η列，F(xiàn)( ·) 表示饋源的輻射方向圖，^表示第m行第η列的多層小型化頻率選擇表面單元的位置矢量， 4表示饋源位置矢量，Α( ·)表示多層小型化頻率選擇表面單元的輻射方向圖，4為透射波 主波束方向，exp{ · }表示以e為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)，j表示虛數(shù)單位，ko表示波矢量，| · |表示 絕對(duì)值，Φ ^是每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元的補(bǔ)償相位。
[0056] 從關(guān)系表中，查找每個(gè)待補(bǔ)償傳輸相位所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元的 尺寸。
[0057] 步驟3,組成多層頻率選擇表面FSS。
[0058]將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，組成多層頻率選擇表面 FSS〇
[0059] Μ表示多層頻率選擇表面FSS總的行數(shù)，1彡Μ彡50，N表示多層頻率選擇表面FSS總 的列數(shù)，1彡N彡50。
[0060] 步驟4,構(gòu)建不同俯仰角的多層頻率選擇表面FSS。
[00611從關(guān)系表中，查找0°、30°、45°、60°四個(gè)俯仰角分別對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS 的各位置單元的尺寸。
[0062] 由查找出的各位置單元尺寸，制作組成多層頻率選擇表面FSS陣列的各位置所對(duì) 應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元。
[0063] 將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，分別構(gòu)建四個(gè)俯仰角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS。
[0064] 步驟5,構(gòu)建不同方位角的多層頻率選擇表面FSS。
[0065]從關(guān)系表中查找30°俯仰角時(shí)，30°、45°、60°三個(gè)方位角分別對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇 表面FSS的各位置單元的尺寸。
[0066] 由查找出30°俯仰角時(shí)的各位置單元尺寸，制作組成多層頻率選擇表面FSS陣列的 各位置所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元。
[0067] 將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，分別構(gòu)建三個(gè)方位角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS。
[0068]步驟6,組成傳輸陣天線。
[0069]用X波段喇叭天線作為饋源。
[0070]將0°俯仰角所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS放置在饋源的中心軸向處。
[0071] 步驟7,更換多層頻率選擇表面FSS。
[0072]由30°、45°、60°三個(gè)俯仰角對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，分別替換0°俯仰角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，產(chǎn)生30°、45°、60°三個(gè)俯仰角的透射波。
[0073] 本發(fā)明的實(shí)施例1說明0°俯仰角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益，設(shè) 計(jì)主瓣方向?yàn)棣?= 0°〇的傳輸陣天線，根據(jù)單元福射場(chǎng)公式可計(jì)算每個(gè)單元位置處需補(bǔ) 償?shù)膫鬏斚辔恍畔ⅲ瑘D4(a)是0°俯仰角對(duì)應(yīng)的平面?zhèn)鬏旉?示意圖，將該傳輸陣放置在X波 段標(biāo)準(zhǔn)喇叭上方100mm處，組成傳輸陣天線1。
[0074] 本發(fā)明的實(shí)施例2說明30°俯仰角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益， 設(shè)計(jì)主瓣方向?yàn)棣?= 30°，r=_0°的傳輸陣天線，根據(jù)單元福射場(chǎng)公式計(jì)算單元相位信息，圖4 (b)是30°俯仰角對(duì)應(yīng)的平面?zhèn)鬏旉?示意圖，將該傳輸陣放置在X波段標(biāo)準(zhǔn)喇叭上方100mm 處，組成傳輸陣天線2。
[0075] 本發(fā)明的實(shí)施例3說明45°俯仰角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益， 設(shè)計(jì)主瓣方向在Θ = 45°，0 = 0"的傳輸陣天線，由單元福射場(chǎng)公式計(jì)算單元相位信息，圖4(c) 是45°俯仰角對(duì)應(yīng)的平面?zhèn)鬏旉?示意圖，將該傳輸陣放置在X波段標(biāo)準(zhǔn)喇叭上方100mm處， 組成傳輸陣天線3。
[0076] 本發(fā)明的實(shí)施例4說明60°俯仰角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益， 設(shè)計(jì)主瓣方向在Θ = 60°，@=_〇°的傳輸陣天線，由單元福射場(chǎng)公式計(jì)算單元相位信息，圖4(d) 是60°俯仰角對(duì)應(yīng)的平面?zhèn)鬏旉?示意圖，傳輸陣4距離在X波段標(biāo)準(zhǔn)喇叭100_，組成傳輸陣 天線4。
[0077]由30°、45°、60°三個(gè)方位角對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，分別替換0°俯仰角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，產(chǎn)生30°、45°、60°三個(gè)方位角的透射波。
[0078] 本發(fā)明的實(shí)施例5說明30°方位角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益， 選定其俯仰角方向?yàn)? = 30°，設(shè)定方位角方向?yàn)? = 首先根據(jù)單元福射場(chǎng)公式計(jì)算出陣 列單元的相位信息，圖5(a)是30°方位角對(duì)應(yīng)的傳輸陣5示意圖，利用以上傳輸陣與饋源喇 口八組成傳輸陣天線5。
[0079] 本發(fā)明的實(shí)施例6說明45°方位角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益， 選定其俯仰角方向?yàn)? = 30°，設(shè)定方位角方向?yàn)锧_=_.45_°_，首先根據(jù)單元福射場(chǎng)公式計(jì)算出陣 列單元的相位信息，圖5(b)是45°方位角對(duì)應(yīng)的傳輸陣6,利用以上傳輸陣與饋源喇叭組成 傳輸陣天線6。
[0080] 本發(fā)明的實(shí)施例7說明60°方位角對(duì)應(yīng)的天線實(shí)現(xiàn)波束調(diào)控，并能提高天線增益， 選定其俯仰角方向?yàn)? = 30°，設(shè)定方位角方向?yàn)槭紫雀鶕?jù)單元福射場(chǎng)公式計(jì)算出陣 列單元的相位信息，圖5(c)是60°方位角對(duì)應(yīng)的傳輸陣7,利用以上傳輸陣與饋源喇叭組成 傳輸陣天線7。
[0081] 參照附圖2,對(duì)本發(fā)明采用的多層小型化頻率選擇表面單元作進(jìn)一步的描述。
[0082]圖2(a)是多層小型化頻率選擇表面單元結(jié)構(gòu)示意圖，該單元由三層方形金屬貼片 1和兩層方形金屬環(huán)2沿垂直方向組成，每層方形金屬貼片1與每層方形金屬環(huán)2采用間隔排 列的方式。每層方形金屬貼片附著在介質(zhì)板的上表面，每層方形金屬環(huán)附著在介質(zhì)板的下 表面，每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元采用四層介質(zhì)板，每層介質(zhì)板厚度均為h = 1.5mm， 邊長為D = 10mm，介電常數(shù)為2.65，在工作頻段內(nèi)其損耗為tanS = 〇. 〇〇 1。圖2 (b)是方形金屬 貼片1示意圖，方形金屬貼片1的邊長為P，P的取值范圍為圖2(c)是方形金屬 環(huán)2示意圖，方形金屬環(huán)2的寬度為w，w的取值范圍為0.5mm<w<4mm。
[0083] 參照附圖3,對(duì)本發(fā)明中頻率選擇表面各單元尺寸與所在位置相位信息的對(duì)應(yīng)關(guān) 系作進(jìn)一步的描述。
[0084] 圖3(a)是方形金屬貼片1尺寸與傳輸相位的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，方形曲線、圓形曲線和三 角曲線分別表示方形金屬環(huán)2的寬為w= 2.25mm，w= 1.5mm，w = 0.5mm時(shí)，金屬貼片1的邊長 在間變化對(duì)多層小型化頻率選擇表面單元傳輸相位的影響曲線。圖3 (b)是方形金 屬環(huán)2尺寸與傳輸相位的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，方形曲線、圓形曲線和三角曲線分別表示方形金屬貼 片1邊長為P = 4mm，P = 5 · 5mm，P = 7mm時(shí)，金屬環(huán)2的寬在0 · 5mm-4mm間變化對(duì)多層小型化頻 率選擇表面單元傳輸相位的影響曲線。
[0085] 參照附圖6,對(duì)本發(fā)明中不同俯仰角對(duì)應(yīng)的傳輸陣天線的增益特性做進(jìn)一步的描 述。圖6是四個(gè)俯仰角分別對(duì)應(yīng)的傳輸陣天線與饋源喇叭天線在10GHz處的上半空間增益曲 線，其中橫軸為俯仰角的方向，縱軸為天線增益，傳輸陣天線1到傳輸陣天線4分別對(duì)應(yīng)0°、 30°、45°、60°俯仰角的天線增益曲線，饋源喇叭天線對(duì)應(yīng)的是不采用多層FSS的天線增益曲 線，傳輸陣均對(duì)饋源主波束實(shí)現(xiàn)了明顯的波束壓窄，相對(duì)饋源喇叭的增益分別提高了 11.4dB、10.2dB、9dB、7.4dB，且對(duì)饋源天線的波束實(shí)現(xiàn)大角度調(diào)控的傳輸陣天線4主波束相 對(duì)于傳輸陣天線1來說，增益僅下降了 4dB，增益特性良好。
[0086] 參照附圖7,對(duì)本發(fā)明中不同方位角對(duì)應(yīng)的傳輸陣天線的增益特性做進(jìn)一步的描 述。圖7是三個(gè)方位角分別對(duì)應(yīng)的傳輸陣天線與饋源喇叭天線在10GHz處的上半空間增益曲 線，其中橫軸為方向角的方向，縱軸為天線增益，方形曲線、圓形曲線和三角曲線表示θ = 30°俯仰角時(shí)，方位角分別為於=撕，，=45°，Ρ = 的天線增益曲線，三個(gè)天線的主瓣增益 基本與傳輸陣天線2在Θ = 30°，口=〇°點(diǎn)的增益大致相同，均為23dB左右，相對(duì)饋源天線增益 提高了 10dB以上。
[0087] 以上僅為本發(fā)明天線的七個(gè)實(shí)施例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，顯然在本發(fā)明 的構(gòu)思下，可以對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行修改，進(jìn)而得到本發(fā)明的可應(yīng)用于很好地實(shí)現(xiàn) 天線高增益和波束調(diào)控的特性，但這些均在本發(fā)明的保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法，包括步驟如下： (1) 構(gòu)造多層小型化頻率選擇表面單元： 由三層方形金屬貼片和兩層方形金屬環(huán)沿垂直方向組成多層小型化頻率選擇表面單 元，每層方形金屬貼片與每層方形金屬環(huán)采用間隔排列的方式； (2) 確定頻率選擇表面各單元尺寸： (2a)對(duì)不同尺寸的多層小型化頻率選擇表面單元進(jìn)行仿真，得到每個(gè)不同尺寸多層小 型化頻率選擇表面單元的傳輸相位，將傳輸相位整理為一個(gè)相位與尺寸對(duì)應(yīng)的關(guān)系表； (2b)利用單元輻射場(chǎng)公式，計(jì)算每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元的待補(bǔ)償傳輸相 位； (2c)從關(guān)系表中，查找每個(gè)待補(bǔ)償傳輸相位所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元的 尺寸； (3) 組成多層頻率選擇表面FSS: 將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，組成多層頻率選擇表面FSS; (4) 構(gòu)建不同俯仰角的多層頻率選擇表面FSS: (4a)從關(guān)系表中，查找0°、30°、45°、60°四個(gè)俯仰角分別對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS 的各位置單元的尺寸； (4b)由查找出的各位置單元尺寸，制作組成多層頻率選擇表面FSS陣列的各位置所對(duì) 應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元； (4c)將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，分別構(gòu)建四個(gè)俯仰角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS; (5) 構(gòu)建不同方位角的多層頻率選擇表面FSS: (5a)從關(guān)系表中查找30°俯仰角時(shí)，30°、45°、60°三個(gè)方位角分別對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇 表面FSS的各位置單元的尺寸； (5b)由查找出30°俯仰角時(shí)的各位置單元尺寸，制作組成多層頻率選擇表面FSS陣列的 各位置所對(duì)應(yīng)的多層小型化頻率選擇表面單元； (5c)將多層小型化頻率選擇表面單元按照MXN排布成陣列，分別構(gòu)建三個(gè)方位角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS; (6) 組成傳輸陣天線： (6a)用X波段喇叭天線作為饋源； (6b)將0°俯仰角所對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS放置在饋源的中心軸向處； (7) 更換多層頻率選擇表面FSS: (7a)由30°、45°、60°三個(gè)俯仰角對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，分別替換0°俯仰角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，產(chǎn)生30°、45°、60°三個(gè)俯仰角的透射波； (7b)由30°、45°、60°三個(gè)方位角對(duì)應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，分別替換0°俯仰角所對(duì) 應(yīng)的多層頻率選擇表面FSS，產(chǎn)生30°、45°、60°三個(gè)方位角的透射波。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法，其特征在于，步驟（1) 中所述的每層方形金屬貼片的邊長為P，每層方形金屬環(huán)的寬度為W，P的取值范圍為1mmSP <8mm，w的取值范圍為0.3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法，其特征在于，步驟（1) 中所述的每層方形金屬貼片附著在介質(zhì)板的上表面，每層方形金屬環(huán)附著在介質(zhì)板的下表 面，每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元采用四層介質(zhì)板，每層介質(zhì)板厚度均為h = l.5mm，邊 長為D = 10mm，介電常數(shù)為2.65。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法，其特征在于，步驟 (2b)中所述的單元輻射場(chǎng)公式如下：其中，舍·)表示多層小型化頻率選擇表面單元位置的輻射強(qiáng)度，表示任意方向矢量，M 表示多層頻率選擇表面FSS總的行數(shù)，Σ表示求和操作，m表示多層頻率選擇表面FSS的第m 行，N表示多層頻率選擇表面FSS總的列數(shù)，η表示多層頻率選擇表面FSS的第η列，F(xiàn)( ·)表示 饋源的輻射方向圖，4表示第m行第η列的多層小型化頻率選擇表面單元的位置矢量，吞表 示饋源位置矢量，Α( ·)表示多層小型化頻率選擇表面單元的輻射方向圖，各為透射波主波 束方向，exp{ ·}表示以e為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)，j表示虛數(shù)單位，ko表示波矢量，I · I表示絕對(duì) 值，Φ ^是每個(gè)多層小型化頻率選擇表面單元的補(bǔ)償相位。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用多層FSS的透射波束調(diào)控方法，其特征在于，步驟 (3)、步驟(4c)、步驟(5c)中所述的M表示多層頻率選擇表面FSS總的行數(shù)，1彡M彡50，N表示 多層頻率選擇表面FSS總的列數(shù)，KNS 50。
【文檔編號(hào)】H01Q15/00GK106025564SQ201610409929
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李龍, 張?zhí)炝? 劉海霞, 席瑞, 孔曉洋, 史琰, 翟會(huì)清
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)