[发明专利]一种基于超表面的宽带低副瓣天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种低副瓣天线，更具体地说，涉及一种基于超表面，能够工作在较宽频带内的低副瓣天线。

背景技术

传统角锥喇叭天线是由矩形波导终端张开而成，是一种增益较高、结构简单的面天线。传统角锥喇叭天线在工程领域有着广泛的应用，可以充当反射面天线和平板透镜天线的馈源。传统角锥喇叭的E面电场分布较为平均，H面电场分布呈锥削分布，所以传统角锥喇叭的H面副瓣较低，但传统角锥喇叭天线E面副瓣较高，不能满足对馈源低副瓣的要求。

在现有技术中，出现了一些其他形式的低副瓣天线，例如波纹喇叭。波纹喇叭是通过在圆锥喇叭内部开槽，将理想电壁转换为高阻抗表面来实现低副瓣的。波纹喇叭的设计方法较为复杂，单一槽深的波纹喇叭很难实现较宽频带下的低副瓣，渐变槽深的波纹喇叭加工较为复杂，成本也比较高。同时，波纹喇叭的波纹和输入圆波导之间需要进行阻抗匹配，增加了天线的长度；另外，波纹喇叭需要通过在较厚的喇叭壁上开槽实现，这些都使得其变得较为笨重。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是低副瓣天线带宽较窄、加工难度大、成本高的缺陷，提出一种结构简单、组装方便以及成本较低的基于超表面的宽带低副瓣天线。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于超表面的宽带低副瓣天线，包括矩形波导、角锥喇叭，设定所述角锥喇叭与口面电场垂直方向的金属壁距矩形波导一定距离为起始位置，从起始位置到角锥喇叭口的所述金属壁由超表面取代，所述超表面内壁由若干非谐振单元结构均匀排布组成，所述非谐振单元结构包括设置在金属地板上的平面介质基板，及在其上层刻蚀的金属图案。

进一步，所述超表面的大小在不同需求下是不同的，即其起始位置不同。

进一步，所述金属图案的形状可为正方形、长方形、平行四边形。

进一步，所述非谐振单元结构的厚度与喇叭壁相同，边长取值范围为工作频带中心频率波长的十分之一到八分之一之间，具体尺寸需要根据要求优化。

进一步，所述平面介质基板可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料环氧树脂或聚四氟乙烯制得。

本发明将与口面电场垂直的部分金属壁由超表面替代，由矩形波导馈入的电磁波从超表面上掠射时，超表面相当于理想磁壁，靠近超表面部分的电场减小为零。这样E面电场也呈锥削分布，使得E面副瓣大大降低。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明中的低副瓣天线具有宽带特性，能够在较宽频带内工作于低副瓣状态。

2.本发明中的低副瓣天线与传统角锥喇叭相似，与超表面之间的组装简单，非常便于加工装配。

3.本发明中的超表面由印刷电路板构成，加工简单方便。

4.本发明中的超表面由非谐振单元结构组成，通过调节单元结构尺寸能够调整超表面的工作频带。

5.本发明中的低副瓣天线具有良好的通用性，通过设计角锥喇叭和超表面就能满足对副瓣、口面尺寸的不同要求。

附图说明

图1是本发明一实施例中基于超表面的宽带低副瓣天线的结构示意图；

图2是本发明图1中一非谐振单元结构的结构示意图；

图3是本发明中TM波掠射非谐振单元结构的反射相位曲线；

图4(a)是本发明中图1实施例15GHz下H面电场分布；

图4(b)是本发明中图1实施例15GHz下E面电场分布；

图5(a)是本发明图1实施例15GHz下H面归一化方向图；

图5(b)是本发明图1实施例15GHz下E面归一化方向图；

图6是本发明图1实施例在Ku波段(12GHz-18GHz)下的H面副瓣随频率变化曲线；

图7是本发明图1实施例在Ku波段(12GHz-18GHz)下的E面副瓣随频率变化曲线；

图8是本发明图1实施例在Ku波段(12GHz-18GHz)下的驻波比随频率变化曲线；

附图表及说明:

1、矩形波导；2、角锥喇叭；3、超表面；4、非谐振单元结构；5、金属图案。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例做详细说明。