[發(fā)明專利]二維掃描變容管有源超表面帶孔介質透鏡天線

有效

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• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109728446B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 吳錫東;戴少鵬;周金芳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q15/00;H01Q15/08;H01Q13/02;H01Q1/52
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發(fā)明公開了一種二維掃描變容管有源超表面帶孔介質透鏡天線，包括聚焦透鏡、二維掃描陣列、墊片、支撐柱、喇叭天線和底座；二維掃描陣列為超表面；聚焦透鏡為帶孔介質透鏡；二維掃描陣列、聚焦透鏡、支撐柱均通過墊片依次連接，喇叭天線固定在底座上；二維掃描陣列由兩個一維掃描陣列：x方向和y方向掃描陣列在z方向疊加而成，y方向作為入射波極化方向，z方向作為透鏡對稱軸方向，兩個一維掃描陣列中變容管的偏置線方向均為x方向。該天線通過改變變容管的偏置電壓實現二維掃描。掃描陣列通過兩組一維掃描陣列實現二維掃描，兩組一維掃描陣列的掃描方向正交，且在縱向疊加，利用此方法能有效降低大規(guī)模二維掃描陣列中超表面復雜度和成本。

技術領域

本發(fā)明屬于毫米波、太赫茲通信技術領域，尤其涉及一種有源二維掃描變容管有源超表面帶孔介質透鏡天線。

背景技術

毫米波是頻率范圍為30～300GHz的電磁波，其波長為10mm～1mm。太赫茲是頻率范圍為300GHz～3THz的頻段，其波長為1mm～0.1mm。毫米波段及太赫茲頻段具有頻帶寬，傳輸速率高，設備體積小，同時衰減小，穿透力強等特點，適合近場點對點通信，衛(wèi)星通信等。超表面是一種縱向厚度遠小于波長，橫向采用平面周期結構，通過調整排列單元的結構實現調整反射波以及透射波相位，幅度，極化方式的結構。是一種超材料在二維平面的應用。實現電控二維掃描的傳統(tǒng)方法為利用相控陣天線，但是因其難以在毫米波及更高頻率下獲得良好的性能，因此本發(fā)明采用有源超表面實現二維掃描。為了利用超表面實現二維掃描，一般方法需要為每一個單元獨立加載偏置線，并根據預期偏角調整每個單元的偏置電壓，隨著陣列規(guī)模增大，偏置線的數量不可避免地隨著陣列規(guī)模平方倍增長，獨立控制單元偏置電壓也會導致計算量過大。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種工作于毫米波及太赫茲波段的有源二維掃描變容管有源超表面帶孔介質透鏡天線，用于解決現有二維掃描變容管有源超表面中偏置線數量與單元數量相同導致偏置線數量隨透鏡尺寸平方倍增長，在較大規(guī)模超表面透鏡中偏置線過多的問題。

本發(fā)明通過以下技術方案解決：一種二維掃描變容管有源超表面帶孔介質透鏡天線，包括聚焦透鏡、二維掃描陣列、墊片、支撐柱、喇叭天線和底座；所述聚焦透鏡為帶孔介質透鏡，所述二維掃描陣列為超表面；所述二維掃描陣列、聚焦透鏡、支撐柱均通過墊片依次連接，所述支撐柱固定在底座上，所述喇叭天線固定在底座上，所述喇叭天線的喇叭口朝向聚焦透鏡；所述二維掃描陣列由兩個一維掃描陣列：x方向掃描陣列和y方向掃描陣列在z方向疊加而成，y方向作為入射波極化方向，z方向作為透鏡對稱軸方向，兩個一維掃描陣列中變容管的偏置線方向均為x方向。

進一步地，其特征在于，該天線為全封閉結構。

進一步地，所述支撐柱為圓筒狀，所述墊片為圓環(huán)狀，所述支撐柱與墊片的材料均為ABS塑料，所述支撐柱內壁貼有吸波材料。

進一步地，所述聚焦透鏡為等厚度的均勻介質，介質內分布直徑不一的z方向通孔，將介質視為行距和列距相等的xy平面網格結構，任意通孔的對稱軸位于網格結構的交點處。

進一步地，調整聚焦透鏡通孔的孔徑，通孔周圍透射波的相移隨之改變，使得每個通孔能夠補償該位置的待補償相移。

進一步地，所述一維掃描陣列采用多層變容管有源超表面，每層包含介質基板，介質基板的下表面刻蝕周期性排布的金屬圖案單元，每個金屬圖案單元為外正方形環(huán)嵌套內正方形貼片，外正方形環(huán)與內正方形貼片之間通過兩個方向相反的變容二極管相連；相鄰的兩層間為空氣層或任意介電常數的介質。

進一步地，所述一維掃描陣列采用多層變容管有源超表面，每層包含介質基板，介質基板的下表面刻蝕周期性排布的金屬圖案單元，每個金屬圖案單元為外圓形環(huán)嵌套內圓形貼片，外圓形環(huán)與內圓形貼片之間通過兩個方向相反的變容二極管相連。

進一步地，所述一維掃描陣列相鄰的兩層間為分隔層，填充空氣、泡沫或介質基板。