一种超表面多波束极化天线的制作方法

本发明涉及一种多波束天线，特别是一种超表面多波束极化天线。

背景技术：

1、对于需要多路复用的通信系统，通常使用不同极化方向的天线来进行信号传输。传统的多波束天线馈电网络复杂，体积庞大，不利于系统集成。

2、因此，亟需一种超表面多波束极化天线。

技术实现思路

1、本发明公开了一种线极化超表面多波束天线，天线单元采用双谐振环圆形超表面单元结构，通过改变圆形金属贴片的轴长来分别对水平线极化波和垂直线极化波的相位进行独立调控，且调控相位区间覆盖2π。通过广义斯涅尔定律计算得到超表面阵列每个单元的相位分布，并将其转换成相应的贴片尺寸分布，从而实现了超表面天线多波束的辐射效果。具体技术方案如下：

2、一种超表面多波束线极化天线，所述超表面多波束线极化天线由多个超表面单元组成的超表面阵列构成，每个超表面单元内设置有线极化贴片，所述线极化贴片用于对不同极化方向的线极化波产生不同的相位相应；所述超表面陈列通过多个不同相位相应的所述线极化贴片，产生极化方向不同的波束。

3、优选的，每个所述超表面单元内的线极化贴片的轴长不同，通过预设轴长对不同极化方向的线极化波产生不同的相位响应。

4、优选的，所述线极化贴片为椭圆形，所述轴长包括长轴长度和短轴长度。

5、优选的，所述极化贴片包括：边框、谐振环、椭圆贴片；所述边框为正方向金属框，所述谐振环为所述边框内切的圆形金属环，所述椭圆贴片设置在所述谢振环内，且所述椭圆贴片与所述谐振环不接触。

6、优选的，所述超表面阵列内的每个所述超表面单元按照预设位置设置。

7、优选的，每个所述超表面单元的位置设置通过如下公式确定：

8、

9、

10、其中，标示水平极化的相位分布，标示垂直极化的相位分布；j为复数单位，k0为波常数。

11、优选的，每个所述超表面单元内设置有多层所述线极化贴片，设置在通一个超表面单元的所述线极化贴片形状相同，每层线极化贴片之间用介质基板相隔开。

12、优选的，所述线极化贴片设置有四层，所述介质基板设置有三层，所述线极化贴片与所述介质基板间隔设置。

13、优选的，每层介质基板的厚度为1.6mm，谐振环宽度皆为0.1mm。

14、优选的，所述介质基板的材料为介电常数为2.2的f4b。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明公开了一种线极化超表面多波束天线，天线单元采用双谐振环圆形超表面单元结构，通过改变圆形金属贴片的轴长来分别对水平线极化波和垂直线极化波的相位进行独立调控，且调控相位区间覆盖2π。通过广义斯涅尔定律计算得到超表面阵列每个单元的相位分布，并将其转换成相应的贴片尺寸分布，从而实现了超表面天线多波束的辐射效果。其中两个波束的极化方向为水平极化，另外两个波束的极化方向为垂直极化，辐射角度分别为(phi＝0°，theta＝11°)、(phi＝0°，theta＝-11°)、(phi＝90°，theta＝11°)、(phi＝90°，theta＝-11°)，各波束能量比相同。通过使用超表面结构，可以大幅简化多波束天线的馈电网络，并对各个波束进行独立的调控。

技术特征：

1.一种超表面多波束线极化天线，其特征在于，所述超表面多波束线极化天线由多个超表面单元组成的超表面阵列构成，每个超表面单元内设置有线极化贴片，所述线极化贴片用于对不同极化方向的线极化波产生不同的相位相应；所述超表面陈列通过多个不同相位相应的所述线极化贴片，产生极化方向不同的波束。

2.如权利要求1所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，每个所述超表面单元内的线极化贴片的轴长不同，通过预设轴长对不同极化方向的线极化波产生不同的相位响应。

3.如权利要求2所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，所述线极化贴片为椭圆形，所述轴长包括长轴长度和短轴长度。

4.如权利要求1所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，所述极化贴片包括：边框、谐振环、椭圆贴片；所述边框为正方向金属框，所述谐振环为所述边框内切的圆形金属环，所述椭圆贴片设置在所述谢振环内，且所述椭圆贴片与所述谐振环不接触。

5.如权利要求1所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，所述超表面阵列内的每个所述超表面单元按照预设位置设置。

6.如权利要求5所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，每个所述超表面单元的位置设置通过如下公式确定：

7.如权利要求1所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，每个所述超表面单元内设置有多层所述线极化贴片，设置在通一个超表面单元的所述线极化贴片形状相同，每层线极化贴片之间用介质基板相隔开。

8.如权利要求7所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，所述线极化贴片设置有四层，所述介质基板设置有三层，所述线极化贴片与所述介质基板间隔设置。

9.如权利要求7所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，每层介质基板的厚度为1.6mm，谐振环宽度皆为0.1mm。

10.如权利要求7所述的一种超表面多波束极化天线，其特征在于，所述介质基板的材料为介电常数为2.2的f4b。

技术总结
本发明公开了一种线极化超表面多波束天线，天线单元采用双谐振环圆形超表面单元结构，通过改变圆形金属贴片的轴长来分别对水平线极化波和垂直线极化波的相位进行独立调控，且调控相位区间覆盖2π。通过广义斯涅尔定律计算得到超表面阵列每个单元的相位分布，并将其转换成相应的贴片尺寸分布，从而实现了超表面天线多波束的辐射效果。其中两个波束的极化方向为水平极化，另外两个波束的极化方向为垂直极化，辐射角度分别为(phi＝0°，theta＝11°)、(phi＝0°，theta＝‑11°)、(phi＝90°，theta＝11°)、(phi＝90°，theta＝‑11°)，各波束能量比相同。通过使用超表面结构，可以大幅简化多波束天线的馈电网络，并对各个波束进行独立的调控。

技术研发人员：唐逸豪
受保护的技术使用者：北京遥感设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29