[發明專利]一種緊湊型一維全息電磁超穎表面天線

有效

• 申請號: 202010715089.5
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111864375B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 鄭宏興;李子巍;王蒙軍;李爾平
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q1/38;H01Q15/00;H01Q19/10
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 張國榮

本發明公開一種緊湊型一維全息電磁超穎表面天線，其特征在于，該天線包括接地介質基板、一維表面波發射器和電磁超穎表面三部分構成；所述一維表面波發射器由設置在接地介質基板正面左側中部的50歐姆矩形微帶線、梯形微帶漸變線、矩形反射銅板組成；所述電磁超穎表面設置在梯形微帶漸變線右側的接地介質基板正面上，為多個周期性排布的方形貼片陣延伸到接地介質基板正面的右側的結構；每個方形貼片陣通過多個不同的方形貼片單元去實現各點不同的表面阻抗，其表面阻抗值與一維坐標x的關系滿足全息理論公式。本發明天線能夠在給定的工作頻點實現任意指定的波束偏轉角以及波束角頻掃功能，同時具有窄波束、高增益、饋電結構簡單等特點。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種緊湊型一維全息天線，利用電磁超穎表面技術實現。

背景技術

隨著無線通信系統的迅猛發展，作為射頻前端的天線設計也面臨諸多挑戰。一方面對天線輻射方向圖的要求，如波束偏轉、多波束等，與傳統的相控陣天線相比，利用全息技術設計阻抗表面也能夠實現波束偏轉，避免了復雜的饋電網絡。另一方面隨著工作頻率的提高，天線尺寸小，天線性能需要優化。近年來，由于電磁超穎表面技術的出現，將其對電磁波的控制特性引入天線設計是提高天線性能的重要手段之一，但是電磁超穎表面具有二維周期結構，尺寸較大，無法與其他系統進行集成，因而，小型化成為重點研究方向之一。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種緊湊型一維全息電磁超穎表面天線，它能夠在給定的工作頻點實現任意指定的波束偏轉角以及波束角頻掃功能，同時具有窄波束、高增益、饋電結構簡單等特點。

為達到上述目標，本發明解決所述技術問題的技術方案是：設計一種緊湊型一維全息電磁超穎表面天線，其特征在于，該天線包括接地介質基板、一維表面波發射器和電磁超穎表面三部分構成，其中：所述接地介質基板為背面全覆銅的介質基板，支持主模為橫磁波的表面波傳播；

所述一維表面波發射器由設置在接地介質基板正面左側中部的50歐姆矩形微帶線、梯形微帶漸變線、矩形反射銅板組成；其中，50歐姆矩形微帶線的左側邊緣與接地介質基板正面左側的邊緣處重合居中設置，梯形微帶漸變線居中銜接在50歐姆矩形微帶線的右側，矩形反射銅板銜接在梯形微帶漸變線的右側并與接地介質基板上表面呈夾角設置；梯形微帶漸變線的形狀為等腰梯形，50歐姆矩形微帶線與梯形微帶漸變線兩者銜接處的邊的長度相等，梯形微帶漸變線與矩形反射銅板兩者銜接處的邊的長度相等，梯形微帶漸變線左側的邊的長度小于右側的邊的長度；

所述電磁超穎表面設置在梯形微帶漸變線右側的接地介質基板正面上，為多個周期性排布的方形貼片陣延伸到接地介質基板正面的右側的結構，其最大寬度與梯形微帶漸變線右側的邊的長度相等；每個方形貼片陣通過多個不同的方形貼片單元去實現各點不同的表面阻抗，其表面阻抗值與一維坐標x的關系滿足全息理論公式：

上式中，Z_s(x)為沿一維方向上各點處的表面阻抗值，k₀(f₀)為工作頻率f₀處的真空波數，θ₀為工作頻率f₀時天線相對于邊射方向的波束偏轉角；η₀為真空波阻抗，約等于377Ω；M為調制系數，X₀為平均表面阻抗，兩參數需要提前設定，要滿足M0.3，0.7η₀X₀1.2η₀。

與現有技術相比，本發明有益效果在于：

1、該天線摒棄了傳統實現波束偏轉的方法，將全息技術引入天線設計，實現了指定角度的波束偏轉而不需要加入復雜的饋電網絡，從而降低了天線成本。

2、將電磁超穎表面引入天線設計，實現了天線高增益、窄波束特性。