[發明專利]基于超表面的格里高利天線

有效

• 申請號: 201711345204.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108306111B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊銳;李冬;張澳芳;高東興;楊佩;雷振亞
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14;H01Q19/185;H01Q1/50
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

本發明提出了一種基于超表面的格里高利天線，旨在降低天線的相位補償誤差，同時簡化天線結構，包括平板波導及夾持在平板波導兩個金屬板之間的主反射鏡、副反射鏡和饋源，主反射鏡和副反射鏡均采用基于廣義斯涅爾定理構建的相位突變超表面結構，主反射鏡相位調控層上的金屬環微結構尺寸，由其所在位置的電磁波入射角和散射參數相位決定，實現與拋物面類似的電磁波相位補償特性，副反射鏡相位調控層上的金屬環微結構尺寸，由其所在位置的電磁波入射角和散射參數相位決定，實現與橢圓面類似的電磁波相位補償特性；饋源位于與副反射鏡相位調控層相對的主反射鏡中點處，副反射鏡的近焦點與主反射鏡的焦點重合，遠焦點與饋源的相位中心重合。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種格里高利天線，具體涉及一種基于廣義斯涅爾定理的相位突變超表面實現平面結構的格里高利天線，可用于微波領域。

技術背景

微波反射面天線主要為拋物面天線，利用拋物面反射面對電磁波的準直作用形成高定向性的輻射方向圖。格里高利天線是在拋物面天線基礎上增加橢圓面副反射面，電磁波經過副反射面，主反射面反射后形成高定向性的輻射方向圖。相比于普通拋物面天線，一方面，增加的副反射面更便于設計口面場分布，能夠優化天線輻射性能；另一方面，由于饋源放置在靠近主反射面頂點處，大大縮短了饋線長度，降低損耗，降低天線系統噪聲系數。典型的格里高利天線其反射面是由加工成曲面輪廓的金屬面構成，雖然設計簡單，但是對加工要求較高。

為解決輪廓設計調控電磁波的曲面反射面不便于加工和組裝的問題，現有研究利用超材料調控電磁波，通過印刷微帶板實現平板結構格里高利天線。如中國專利，申請公開號為CN 102800995 A，名稱為“一種卡塞格倫型超材料天線”的發明，公開了一種卡塞格倫型超材料天線，該發明通過在接地介質板中間設置平面雪花狀十字形金屬微結構，金屬反射面上覆蓋折射率梯度變化超材料來近似曲面反射器的反射特性，實現了一種平板結構的格里高利天線，但其相位補償方式為電磁波先后兩次經過超材料，利用傳播路徑上超材料不同的本構參數在相同物理距離下電波長變化不同的方式來進行波前校準，一方面，基于超材料層的相位路徑設計前提是假設電磁波垂直入射反射面，并沒有考慮當電磁波斜入射時入射角的變化，理論上只有當折射率為無窮大時才能使折射波垂直于反射面，存在著較大的相位補償誤差，并且隨著入射角度的增大，相位誤差會增大，這限制了基于超材料的格里高利天線的輻射特性和應用范圍；另一方面，因為反射波前的相位補償是建立在電磁波兩次經過超材料層的基礎上的，不同電磁參數超材料與自由空間的匹配程度不同，所以超材料層與自由空間的匹配問題也將影響天線的波前校準結果，造成的相位補償誤差進一步增大。最后，所需超材料通過多層介質板內加載金屬微結構來實現，較為復雜。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術存在的不足，提出了一種超表面格里高利天線，旨在降低天線的相位補償誤差，同時簡化天線結構。

實現本發明目的采用的技術方案為：

一種基于超表面的格里高利天線，包括主反射鏡1、副反射鏡2、饋源3和平板波導4，所述主反射鏡1、副反射鏡2和饋源3夾持在平板波導4的兩個金屬板之間，其中：

所述主反射鏡1和副反射鏡2，采用基于廣義斯涅爾定律構建的相位突變超表面結構；

所述主反射鏡1包括第一介質層11、印制在第一介質層11一個側面的第一反射層12和另一個側面的第一相位調控層13；所述第一相位調控層13由一排或多排包含m個均勻排布的第一金屬矩形環微結構131組成，m≥4，各第一金屬矩形環微結構131的尺寸由其所在位置的電磁波入射角和散射參數相位決定，實現與拋物面類似的電磁波相位補償特性；

所述副反射鏡2包括第二介質層21、印制在第二介質層21一個側面的第二反射層22和另一個側面的第二相位調控層23；所述第二相位調控層23由一排或多排包含n個均勻排布的第二金屬矩形環微結構231組成，n≥4，各第二金屬矩形環微結構231的尺寸由其所在位置的電磁波入射角和散射參數相位決定，實現與橢圓面類似的電磁波相位補償特性；