[發明專利]具有用于寬帶頻率調諧的可重新配置輻射器的電子可控全息天線

有效

• 申請號: 201980052701.0
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN112640213B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 瑞安·G·夸福斯;卡爾森·R·懷特
• 申請（專利權）人: HRL實驗室有限責任公司
• 主分類號: H01Q9/28
• 分類號: H01Q9/28;H01Q5/55;H01Q1/38
• 代理公司: 北京鴻德海業知識產權代理有限公司 11412
• 代理人: 于未茗

一種全息天線包括：傳輸線結構，具有沿著傳輸線結構的長度的行波模式；和多個可重新配置的輻射元件，沿著傳輸線結構的長度定位。

【相關申請的交叉引用】

本申請涉及并要求2018年9月10日提交的美國臨時專利申請號62/729,341的權益，此處以引證的方式將該申請并入，如同完全闡述一樣。本申請還涉及并要求2019年7月23日提交的美國非臨時專利申請編號16/519,374的優先權，該申請被同時提交，并且在此處以引證的方式將該申請并入，如同完全闡述一樣。

【關于聯邦資金的聲明】

無

【技術領域】

本公開涉及天線，并且具體涉及全息天線和電子掃描相控陣天線。

【背景技術】

現有技術全息天線具有小于30％的操作帶寬，其受到輻射元件帶寬的限制，并且根據天線的尺寸，瞬時帶寬通常小于3％。

現有技術中的電子掃描相控陣天線或波束形成陣列天線可以通過使用寬帶天線元件來實現寬帶寬。然而，為了在陣列中使用該元件，該元件必須在各側上具有小于波長一半的長度。因此，為了實現寬帶操作，天線元件在垂直方向上必須更大，這在成本、陣列制造和重量方面具有缺點。寬帶相控陣可以是全息陣列的5倍高，并且具有更復雜的制造和電子器件，這兩者都增加了成本。

相比之下，全息天線架構已經顯示出3-5倍量級的成本節省。全息陣列的小厚度通常在2毫米的量級，這為子陣列面板提供了例如由操作者折疊和隨后展開的可能性。進一步地，全息陣列具有在接收模式中使用顯著更少功率的潛力，因為它們具有遠遠更少的天線元件。相控陣在接收模式中使用顯著更多的功率，因為它們具有的接收模塊是全息陣列的15-20倍之多。

現有技術的全息天線設計可以是固定波束且電子可控的。早在1940年就已經研究了具有開槽波導的漏波天線(LWA)，如下面參考文獻[1]所述，此處以引證的方式將該文獻并入，并且這些天線的前身在1921年獲得專利，如下面參考文獻[2、3]所述，此處以引證的方式將這些文獻并入。LWA是非諧振天線，其中波沿著結構傳播，并且由于天線所支持的模式的特性而輻射。LWA可以被分成兩類，即均勻的和周期性的，如下面參考文獻[4]所述，此處以引證的方式將該文獻并入。均勻天線支持快波模式，其中天線的相速度大于光速。對于這種情況，波根據方程(1)基于沿著天線的模式的波數輻射：

β＝k₀sinθ (1)

其中β是沿著天線傳播的波的波數，k₀是自由空間中的波數，θ是相對于天線的表面法線的輻射角。準均勻天線類似于均勻天線操作，但是具有亞波長周期負載以便改進天線特性。復合左右手(CRLH)傳輸線天線使用電容和電感負載以允許改進的波束掃描，如下面參考文獻[5]所述，此處以引證的方式將該文獻并入。然而，這些結構通常通過改變它們的操作頻率來獲得波束掃描，并且這種方法與諸如移動衛星通信的需要固定操作頻率的多種應用不兼容。周期性LWA使用其波數被調制的慢波引導結構。在這種情況下，天線輻射由方程(2)定義的無限數量的空間諧波：

β＝k₀sinθ+mk_p (2)