[发明专利]基于射线跟踪原理和超材料结构的超低剖面透镜天线

说明书

本发明提供一种基于射线跟踪原理和超材料结构的超低剖面透镜天线，包括馈源喇叭、极化扭转反射板、单极化传输阵列和支撑架。馈源喇叭设置于极化扭转反射板的上表面中心，单极化传输阵列设置于极化扭转反射板上方，支撑架分别与馈源喇叭、极化扭转反射板、单极化传输阵列固定连接；极化扭转反射板上设置呈圆形排列的若干极化扭转人工磁导体单元，单极化传输阵列上设置呈圆形排列的若干单极化传输阵列单元，极化扭转人工磁导体单元组成的圆形阵列的面积小于单极化传输阵列单元组成的圆形阵列且两圆投影同心。

技术领域

本发明涉及一种透镜天线，特别是一种基于射线跟踪原理和超材料结构的超低剖面透镜天线。

背景技术

近几年来，平面透镜天线是微波毫米波领域研究的热点之一。利用其独特的空间馈电、馈源无遮挡以及平面阵列等特性，可以有效地改善天线的性能，降低加工成本。P.J.Kahrilas等人将平面透镜天线引入到天线设计的范围内应用其空间馈电的特性，提高天线的辐射效率和天线增益，利用其平面设计特性，使得支撑结构和天线阵列得以简化，降低了加工成本和难度(参见P.J.Kahrilas,“HAPDAR—An operational phased arrayradar,”Proc.IEEE,vol.56,no.11,pp.1967–1975,Nov.1968)。同时，D.T.McGrath等人对平面透镜天线的基本概念和设计思路、聚焦特性进行了系统的研究，使得平面透镜天线的辐射特性得到了很大的改善(参见D.T.McGrath,“Planar three-dimensional constrainedlenses,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.34,no.1,pp.46–50,Jan.1986.)。

但是，由于空间馈电技术的引入，使得馈电天线与平面透镜天线阵列之间的距离必须保持一个焦距，以保证天线具有较好的辐射效率。但是，这会极大地增大天线的厚度，导致天线结构体积过大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于射线跟踪原理和超材料结构的超低剖面透镜天线，它能在保证天线稳定的辐射特性的前提下，极大地降低天线的剖面和减小体积。

一种基于射线跟踪原理和超材料结构的超低剖面透镜天线，包括馈源喇叭、极化扭转反射板、单极化传输阵列和支撑架。馈源喇叭设置于极化扭转反射板的上表面中心，单极化传输阵列设置于极化扭转反射板上方，支撑架分别与馈源喇叭、极化扭转反射板、单极化传输阵列固定连接；极化扭转反射板上设置呈圆形排列的若干极化扭转人工磁导体单元，单极化传输阵列上设置呈圆形排列的若干单极化传输阵列单元，极化扭转人工磁导体单元组成的圆形阵列的面积小于单极化传输阵列单元组成的圆形阵列且两圆投影同心。

采用上述天线，每一极化扭转人工磁导体单元包括第一介质基板、金属地板、金属化通孔、正方形金属贴片。相邻极化扭转人工磁导体单元的第一介质基板间紧贴，金属地板印制在第一介质基板的下表面，正方形金属贴片印制在第一介质基板的上表面且相邻极化扭转人工磁导体单元的正方形金属贴片间存在缝隙，金属化通孔位于第一介质基板的内部且两端分别与正方形金属贴片和金属地板相连。

采用上述天线，每一单极化传输阵列单元包括上层加载U型槽的正方形金属贴片、第二介质基板层、中间层加载单面紧凑光子带隙的金属层、第三介质基板层和下层加载U型槽的正方形金属贴片。上层加载U型槽的正方形金属贴片印制在第二介质基板层的上表面，中间层加载单面紧凑光子带隙的金属层位于第二介质基板层和第三介质基板层之间，下层加载U型槽的正方形金属贴片印制在第三介质基板层的下表面；相邻单极化传输阵列单元的第二介质基板层间紧靠，相邻单极化传输阵列单元的第三介质基板层间紧靠，相邻单极化传输阵列单元的中间层加载单面紧凑光子带隙的金属层间枝节条带相连。