[發明專利]C/X波段雙頻透鏡天線設計

在審

• 申請號: 201710597233.8
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107394411A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王光明;蔡通;梁建剛;高向軍;莊亞強;李海鵬;侯海生
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 郭偉紅

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及電磁超表面與透鏡天線設計技術領域，尤其涉及C/X波段雙頻透鏡天線設計。

背景技術

近年來，隨著無線通信系統、波前工程和雷達系統的快速發展，高增益透鏡天線在航天工程、目標探測等領域的作用越來越凸顯。尤其是雙頻透鏡天線，同時擁有陣列天線和雙頻工作的優良性能，且結構簡單，使得雙頻透鏡天線具有廣泛的工程應用價值，因此受到廣大天線工程師的青睞。目前，透鏡天線工作頻段也由微波波段擴展到太赫茲頻段，其功能也相應增多，如雙極化透鏡天線、雙圓極化透鏡天線，雙頻透鏡天線等。

隨著雙多頻透鏡天線的廣泛應用，其實現方式也呈現多樣化。如，文獻T.Chaloun,C.Hillebrand,C.Waldschmidt,and W.Menzel,“Active transmitarray submodule for K/Ka band satcom applications”GeMiC,Germany,198-201,2015中，通過加載可調元件，在不同頻率實現了雙諧振結構，因而設計了雙頻透射陣天線，但由于可調元件損耗較大，導致兩個頻率天線效率較低；文獻S.H.Zainud-Deen,S.M.Gaber,H.A.Malhat,and K.H.Awadalla,“Single feed dual-polarization dual-band transmitarray for satellite applications,”30th National Radio Science Conference,pp.27-34,2013中，通過在兩個不同極化狀態設計不同工作頻率，實現了雙頻工作，但各個頻率單元透射率較低且波動較大，導致透鏡天線口徑效率較低；文獻H.Hasanil,J.S.Silval,J.R.Mosig,and M.Garcia-Vigueras,“Dual-band 20/30GHz circularly polarized transmitarray for SOTM applications,”10th European Conference on Antennas and Propagation(EuCAP),pp,1-3,2016中，通過兩種不同諧振單元，采用幾何相位分布實現了雙頻透鏡天線，但不同頻率相互影響較大，導致天線效率受損。

總之，目前對雙頻透鏡天線的研究存在著瓶頸與缺陷：一是如何實現不同頻率相位的獨立調控；二是如何在不同工作頻率提高單元的透射率，同時降低透射波動。

發明內容

本申請的目的在于提出一種C/X波段雙頻透鏡天線設計，來解決以上背景技術部分提到的技術問題。

本申請提出了C/X波段雙頻透鏡天線設計，該設計方法包括：設計具有各向異性ABBA結構的單元，所述ABBA結構的單元由4層金屬層、3層介質層構成，第一金屬層與第四金屬層結構相同，第二金屬層與第三金屬層結構相同；調節所述單元不同層間的耦合，提高所述單元的透射率，抑制透射波動，同時基于極化獨立控制原則，在不同極化狀態下實現了雙頻工作；采用所述單元構建雙頻透鏡天線，所述雙頻透鏡天線在不同工作頻率處的相位分布分別滿足拋物面分布，且具有相同的焦距；采用Vivaldi天線作為所述透鏡天線的天線饋源，在C和X波段分別獲得了高增益。

在一些實施例中，調節所述單元不同層間的耦合，提高所述單元的透射率，同時抑制透射波動，包括：調節所述單元每層的結構，進而調節所述單元的透射幅度和透射相位以提高所述單元的透射率并抑制透射波動。

在一些實施例中，采用所述單元構建雙頻透鏡天線，所述雙頻透鏡天線在不同工作頻率處的相位分布分別滿足拋物面分布，且所述雙頻透鏡天線具有相同的焦距，包括：采用17×13個所述單元構建雙頻透鏡天線，且每個單元的相位呈現拋物線分布；所述每個單元印刷電路板采用介電常數ε_r為2.65、厚度h為4.5mm、損耗角δ正切值tanδ為0.001的FR4印刷電路板。

本發明的有益效果如下：在兩個工作頻率處分別實現了相位獨立高效調控，所有單元透射率均大于0.85，且極大的抑制了透射波動；設計的雙頻透鏡在兩個工作頻率處均實現了良好的能量匯聚效果，其能量分別增強了16倍和20倍以上；透鏡天線在C波段和X波段口徑效率均大于30％，增益分別達到了18.7dB和23dB。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：