[發明專利]寬帶表面散射天線

有效

• 申請號: 201680082282.1
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN108780951B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 埃里克·J·布萊克;布萊恩·馬克·多伊奇;亞歷山大·雷姆萊·卡特科;梅爾羅·馬卡多;杰伊·霍華德·麥坎德利斯;雅羅斯拉夫·A·烏爾朱莫夫
• 申請（專利權）人: 希爾萊特有限責任公司
• 主分類號: H01Q13/22
• 分類號: H01Q13/22;H01Q13/28;H01Q3/22;H01Q15/00
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠;張華

具有緊密耦合或緊密連接的輻射器陣列的表面散射天線提供具有寬帶瞬時帶寬的可調節天線。天線包括傳輸線、緊密耦合或連接的輻射器陣列，以及將該傳輸線連接到該輻射器的相應的可調節饋電結構陣列。

優先權申請的所有主題通過引用并入本文，只要這類主題與本申請不矛盾。

背景技術

任何天線的主要功能都是將在天線結構內傳導的電磁波耦合到在自由空間中傳播的電磁波。存在許多實現這種耦合的方法，并且由于天線的廣泛實際應用已經對所述方法進行了深入研究。參見，例如Constantine A.Balanis,Antenna Theory,第三版,Wiley2005。

在基于表面散射天線的天線中，導波和傳播波之間的耦合通過調制與導波電磁接觸的表面的電磁特性來實現。這種受控表面調制可以被稱為“調制模式”。天線中的導波可以被稱為“參考波”或“參考模式”以及期望的自由空間傳播波模式可以被稱為“輻射波”或“輻射模式”。

表面散射天線例如在美國專利申請公開號2012/0194399(下文稱“Bily I”)中有描述，其中改進的表面散射天線在美國專利申請公開號2014/0266946(下文稱“Bily II”)中有進一步描述。包含耦合到裝載有集總裝置的可調散射元件的波導的表面散射天線在美國申請號14/506,432(下文稱“Chen I”)中有描述，而各種全息調制圖案方法在美國專利申請號14/549,928(下文稱“Chen II”)中有描述。所有這些專利申請都通過引用整體并入本文，其在下文中統稱為“MSAT申請”。

表面散射天線包括離散輻射元件陣列，其中元件間隔通常小于天線工作頻率下的約四分之一波長。可以離散地調制來自每個元件的輻射，使得它們的集體效應近似于期望的調制模式。

通常通過調節單個輻射元件的諧振頻率在表面散射天線中完成調制，這增加或減少了從參考波耦合到輻射波的能量。這種方法通常產生窄帶天線，因為深亞波長輻射元件通常是借助于其帶寬約束而有效地輻射的高Q輻射器。

在諸如寬帶通信之類的應用中可能需要增加帶寬。因此，增加表面散射天線的帶寬的技術具有實際意義。

發明內容

實施方式包含提供具有寬帶瞬時帶寬的表面散射天線的天線、方法和系統。

表面散射天線通常包含高Q輻射元件，其中單個天線元件晶胞的尺寸是深亞波長。表面散射天線塑造輻射圖案的能力通常隨著晶胞尺寸的減小而改善，因為附加的元件在其他(大部分)幅度受制的自適應陣列中提供附加的相位采樣點。

在天線元件被視為陣列中的隔離的單個天線的方法中，可能優選的是使每個元件的Q與天線尺寸成反比。在其他方法中，根據本發明的實施方式，天線元件不被視為隔離的單個天線，而是被視為互耦的輻射器系統中的元件。互耦是當兩個附近的輻射元件各自擾亂另一個的行為而背離人們對這兩個天線響應的簡單疊加所期望的行為時發生的現象。在相控陣天線的情況下，這種行為通常被視為是負面的，其中陣列設計和操作取決于將隔離的元件的圖案與預先計算的天線“陣列因子”的圖案疊加的可行性。

在高度耦合的陣列中，單個晶胞本身不是天線。相反，它們是更大天線的一部分，其中相關Chu極限是整個天線表面(而不是單個輻射器)的極限。由于單個電小元件，這立即減輕了對帶寬和效率的限制。

前述發明內容僅是說明性的，并不旨在以任何方式進行限制。除了以上描述的說明性方面、實施方式和特征之外，通過參考附圖和以下的詳述，其他方面、實施方式和特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1描繪了寬帶表面散射天線的示意性實施方式。

圖2描繪了用于示例性晶胞的輻射器的實施例。

圖3描繪了示例性晶胞的饋電結構的實施例。

圖4示出了示例性晶胞的逐層描繪圖。

具體實施方式