[發明專利]一種大掃描角度高增益Ka波段相控陣平板透鏡天線

在審

• 申請號: 201710458339.X
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107369909A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張安學;李夢婷;楊國鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q15/23;H01Q21/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種大掃描角度高增益Ka波段相控陣平板透鏡天線，其特征在于：包括介質基板(1)以及并列排布在介質基板(1)上的多個天線單元(3)，介質基板(1)的上表面刻蝕有四個銅制成的單元貼片天線(3)，且介質基板(1)的下表面覆銅；

所述介質基板(1)的正上方設置有能夠對電磁波進行反射與折射的介質平板透鏡(2)；介質平板透鏡(2)的反射系數γ與透射系數τ分別為：

γ＝Γe^jψ，τ＝Te^jφ

由天線單元(3)發射電磁波入射至介質平板透鏡(2)經各級反射得到總反射系數：

Γ=Γ1+T1Γ2T2e-jβ22d/cosθt+jβ12d tanθtsinθi1-Γ22e-jβ22d/cosθt+jβ12d tanθtsinθi]]>

根據能量守恒原理得：

T²+Γ²＝1

根據電場的表達式：

E=Σn=0∞f(α)E0Γn1-Γ2eiθn]]>

其中θ_n由下式確定：

θn=n(φ-π-4πcfh)]]>

f(α)是單元天線的方向函數，由于Г小于1，得：

Σn=0∞(ΓejΦ)n=11-ΓejΦ]]>

故，電場強度的大小為：

|E|=|E0|f(α)1-Γ21+Γ2-2ΓcosΦ]]>

介質平板透鏡(2)的厚度d為四分之波長，在不計損耗的情況下，計算得到天線增益為：

P(α)=f2(α)1-Γ21+Γ2-2Γcos(φ-π-4πcfhcosα)]]>

考慮到介質透鏡反射系數的幅度和相位都是入射角的函數，假設令入射角為10°時，天線增益取得最大值，那么由下式推出介質基板(1)與介質平板透鏡(2)的間距h：

最后通過仿真優化可得到對計算得到的參數值進行進一步的優化得到介質基板(1)與介質平板透鏡(2)的間距h以及介質平板透鏡(2)的大小的最優值；

上式中：

γ——總反射系數；γ₀——第0序列波的反射系數；γ₁——第一序列波的反射系數；γ₂——第二序列波的反射系數；Γ——總反射系數的模值；φ——反射系數的相位；τ——總透射系數；T——總透射系數的模值；ψ——透射系數的相位；Г₁——由空氣入射到介質中的反射系數模值；T₁——由空氣入射到介質中的透射系數模值；Γ₂——由介質入射到空氣中的反射系數模值；T₂——由介質入射到空氣中的透射系數模值；β₁——空氣中的傳播常數；β₂——介質中的傳播常數；θ_i——入射角；θ_t——折射角；θ_n——多次折射后的相位角；c——光速；f——中心頻率；h——天線與介質平板透鏡之間的距離；E——電場；α——入射角；f(α)——單元天線的方向函數；E₀——假設的用來衡量電場值的一個常數。