[發明專利]全息超表面天線的極化可重構方法

在審

• 申請號: 201910294005.2
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110021824A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 李梅;張哲豪;唐明春
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/22;H01Q15/24;H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種線極化、左旋圓極化和右旋圓極化三種狀態可切換的全息超表面天線極化可重構方法，屬于天線技術領域。該天線包括負責漏波輻射的極化不敏感全息超表面、極化可重構饋電結構和金屬地板三部分。所述極化不敏感全息超表面結構是通過對極化不敏感超表面的亞波長單元等效折射率施以周期性正弦調制得到。所述極化可重構饋電結構由加載4個PIN管的交叉偶極子組成且采用50歐姆同軸線直接對其饋電，該天線通過控制4個PIN管的導通和截止狀態能夠實現線極化、左旋圓極化和右旋圓極化三種極化狀態之間的轉換。所述金屬地板用于實現天線的定向輻射。本發明首次提出了利用折射率正弦調制的極化不敏感全息超表面結合極化可重構饋電結構，實現全息超表面天線的極化可重構設計方法，達到了在維持全息超表面輻射口徑不變的情況下，通過控制極化可重構饋電結構的少數PIN開關的通斷，實現全息超表面天線的三種狀態極化可重構功能，且具有筆錐形輻射方向圖、高增益、高口徑效率、平面型、低剖面、低成本及易加工等優勢。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及全息超表面天線的線極化、左旋圓極化和右旋圓極化三種狀態的極化可重構實現方法。

背景技術

極化可重構天線能夠在線極化和圓極化之間切換極化狀態，通過復用相同的信道和頻譜來提高系統容量，減小極化失配和信道干擾。基于全息光學技術，全息超表面天線通過對超表面結構施以周期性調制以實現特性輻射的口徑天線。相比于反射面天線，其在天線的輻射方向上無饋源遮擋問題；相比于微帶天線陣，全息超表面天線無需復雜的饋電結構，避免了饋電網絡的高損耗問題。全息超表面天線能夠利用印刷電路板技術加工，饋源和全息超表面輻射結構集成于同一平面，具有低剖面、易共形的特點。目前，全息超表面天線的報道主要集中于線極化或者圓極化的單一極化方面，具有極化可重構能力的全息超表面天線鮮有報道。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種結構簡單、低成本、易加工的極化可重構全息超表面天線實現方法，該方法提出利用極化不敏感全息超表面實現漏波輻射并通過切換極化可重構饋電結構的極化狀態控制漏波輻射的極化狀態，實現在保持全息超表面輻射結構不變的情況下，僅通過改變極化可重構饋電結構的4個PIN管通斷狀態，達到全息超表面天線的極化可重構功能。本發明提出的極化可重構全息超表面天線具有結構簡單、剖面低、成本低、增益高、信道容量大、口徑效率高等特點。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

極化可重構全息超表面天線，該天線由極化不敏感全息超表面、極化可重構饋電結構以及金屬地板三部分組成，所述極化不敏感全息超表面用于漏波輻射，所述極化可重構饋電結構用于實現漏波輻射的線極化、左旋圓極化和右旋圓極化三種狀態的極化可重構功能，金屬地板用于實現天線的定向輻射；

該天線由兩層介質基板組成，所述上層基板用于印制極化不敏感全息超表面結構和極化可重構饋電結構。所述下層基板的用于印制天線金屬地板，所述金屬地板印刷于下層基板的下表面，用于實現天線的定向輻射。

所述極化不敏感全息超表面是通過對極化不敏感超表面的亞波長單元等效折射率施以周期性正弦調制得到，用于實現漏波輻射以形成高指向性的側射方向圖；

所述極化可重構饋電結構集成于極化不敏感全息超表面的中心處，用于實現全息超表面天線的極化可重構；

所述極化可重構饋電結構由加載4個PIN管的交叉偶極子組成且采用50歐姆同軸線對其饋電；所述交叉偶極子的四臂用兩個金屬圓弧結構連接起來形成一對金屬枝節；所述50歐姆同軸線的內外導體分別連接一對金屬枝節的兩端；

通過對所述4個PIN管(型號為MA4GP907，二極管的導通狀態等效為4.2歐姆電阻，截止狀態等效為0.025pF的電容)導通或截止狀態的控制，能夠實現線極化、左旋圓極化和右旋圓極化之間的轉換，為了方便描述，將四個PIN管分別記為PIN#1、PIN#2、PIN#3、PIN#4：

1)當四個PIN管同時處于截至狀態時，天線產生45°線極化狀態；