[發明專利]超寬帶圓極化平面反射陣天線的設計方法

有效

• 申請號: 202010501639.3
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111666682B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 賈冰;張屾
• 申請（專利權）人: 陜西宛鳴信息科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 劉桐

本發明提供一種基于單層雙箭頭PB超表面的超寬帶圓極化平面反射陣天線的設計方法，該方法包括基于瓊斯矩陣從理論上推導高效反射PB單元在寬帶范圍內的高效實現條件，并建立寬帶PB超表面工作方程；基于旋轉對稱性，在超寬帶范圍12GHz?18GHz內制作出超表面單元；使得所述聚集超表面寬帶透鏡在13.5GHz?18.5GHz范圍內實現聚焦；采用阿基米德螺旋天線作為天線饋源，對所述聚集超表面寬帶透鏡進行饋電，得到所述圓極化平面反射陣天線。與相關技術相比，本發明的基于單層雙箭頭PB超表面的圓極化平面反射陣天線帶寬大，厚度小，圓極化純度高，成本低。

技術領域

本發明涉及通訊技術領域，尤其涉及一種基于單層雙箭頭型PB超表面的超寬帶圓極化平面反射陣天線的設計方法。

背景技術

微帶反射陣天線由饋源天線和超表面兩部分夠成，它集成了反射面天線與陣列天線的優勢，在衛星通信系統、雷達系統中應用十分廣泛，其工作頻段也由微波段拓展至太赫茲頻段，同時，由于反射陣天線強大的波束控制特性，天線工程師已研制出了不同功能的反射陣天線，如雙頻高增益天線、雙極化反射陣天線、圓極化反射陣天線、雙線極化可調反射陣天線、X波段超寬帶天線，波束掃描天線以及多波束高增益天線等。

圓極化反射陣天線的應用非常廣泛，但現有技術中傳統的圓極化反射陣天線采用多層技術實現帶寬的展寬，這顯著增加了圓極化天線的厚度，增加了加工成本，同時不利于工程應用中的實際加載。

因此，有必要提供一種新的基于單層PB(Pancharatnam–Berry)超表面的圓極化平面反射陣天線的設計方法解決上述問題。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種超寬帶圓極化平面反射陣天線的設計方法，該方法設計出的超寬帶圓極化平面反射陣天線的帶寬大，厚度小(剖面低)，圓極化純度高，成本低。

為解決上述技術問題，本發明提供了超寬帶圓極化平面反射陣天線的設計方法，該方法基于單層雙箭頭PB超表面進行設計，該方法包括如下步驟：

步驟S1、基于瓊斯矩陣從理論上推導高效反射PB單元在寬帶范圍內的高效實現條件，并建立寬帶PB超表面工作方程；

步驟S2、結合所述寬帶PB超表面工作方程，基于旋轉對稱性和多模諧振特征，設計出單層雙箭頭PB超表面單元，實現超寬帶特性，且在超寬帶范圍12GHz-18GHz內所述超表面單元的效率大于0.9，其單元尺寸為0.4λ₀，其厚度為0.16λ₀，其中λ₀為中心頻率的自由空間波長；

步驟S3、基于所述單層雙箭頭PB超表面單元設計聚集超表面寬帶透鏡，并使得所述聚集超表面寬帶透鏡在13.5GHz-18.5GHz范圍內實現超寬帶波束匯聚；

步驟S4、采用阿基米德螺旋天線作為天線饋源，對所述聚集超表面寬帶透鏡進行饋電，得到所述圓極化反射陣天線。

優選的，所述步驟S2中，所述單層雙箭頭PB超表面單元由上層雙箭頭諧振貼片、中間介質層以及下層金屬地板構成。

優選的，所述中間介質層采用厚度為h＝3mm，介電常數為2.65的F4B基板構成。

優選的，所述單層雙箭頭PB超表面單元的周期尺寸px×py＝8mm×8mm，t＝0.55mm，b＝2.5mm。

優選的，所述步驟S3中，所述聚集超表面寬帶透鏡的中心頻率設置為f₀＝16GHz，焦距設置為L＝70mm。

優選的，所述聚集超表面寬帶透鏡由20×20個所述單層雙箭頭PB超表面單元構成，所述聚集超表面寬帶透鏡尺寸為160×160mm²。