[发明专利]一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其是涉及一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法。

背景技术

在微波毫米波工程中，利用平面波照射方法进行测量等相关研究已被广泛认同。现有的产生平面波照射的方法也是种类繁多。

应用在该领域的阻抗表面调制技术都是基于通过表面阻抗来调整表面电流的相位，从而达到辐射出平面波的效果。

全息技术首先在光学领域被提出来，曾经在1971年获得过诺贝尔物理学奖。所谓全息是指幅度和相位的全信息，该技术主要应用在光学成像领域。对于该技术在微波领域的贡献主要体现在微波全息天线的设计上。与光学全息原理相同，只不过将成像中的物波换成了我们想要出射的辐射波，我们也可以将他们统称为再现波。基于阻抗表面技术，结合微波全息天线技术，可以设计出我们想要的任意波束的定向辐射。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,本发明提出了一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法。该天线通过全息阻抗表面调制技术将单极子的全向辐射调制成某方向上的定向辐射，则该方向出射的波可以认为是平面波。相比于传统产生平面波的方法，该方法更加灵活方便，避开了很多繁琐的设计流程，适用于毫米波和太赫兹波等不同频段。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法，所述多波束天线包含正方形金属贴片、介质基底和接地板，所述介质基底的一面正中间贴接正方形金属贴片，介质基底的另一面贴接接地板；所述正方形金属贴片由带间隙的阻抗金属贴片单元排列构成，其特征在于，所述多波束天线设计方法包含如下步骤：

步骤A，计算带间隙的贴片单元阻抗值Z：

Z=jZ₀k_z/k₀

其中,j是虚数单位,k₀是贴片单元的自由空间波数，k_z是贴片单元的垂直表面方向衰减常数，Z₀是贴片单元的自由空间阻抗；

步骤B，计算贴片单元的间隙g：

g=(-1.3360*10^-6Z³+9.2688*10^-4Z²-0.2189Z¹+17.84)

步骤C，确定单极子天线在全息阻抗表面波ψ_r和天线出射平面波ψ_o，计算公式分别是：

ψ_r=e^-jknr

ψ_o=e^jknxsin(-θ)+e^jknxsin(+θ)

其中，θ为出射平面波的方向，n为表面平均折射率，k是自由空间波数，r是单极子天线在全息阻抗表面的位置，x为x轴的轴向分量，y为y轴的轴向分量；

步骤D，通过下式天线干涉图方程，确定带间隙的贴片阻抗变化范围：

Z(x,y)=j[X+MRe(ψrψo*)]]]>

其中，X为平均阻抗值，M为调制率，Re(·)表示取复数实部运算，(·)^*表示复数共轭运算；通过确定X和M值，使阻抗Z(x,y)变化范围与带间隙贴片阻抗变化范围一致。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法，所述设计方法基于全息阻抗表面技术，所述全息阻抗表面是由彼此之间有间隙的金属贴片单元构成，通过调整金属贴片单元之间的间隙来改变贴片单元的阻抗值；结合微波全息术中干涉图的原理，确定天线表面的阻抗分布；由一个全向辐射的单极子天线，经过阻抗干涉图的调制之后出射设计要求的天线方向图。本发明设计方法，适用于微波、毫米波和太赫兹波波段。

附图说明