[发明专利]宽带表面散射天线

说明书

具有紧密耦合或紧密连接的辐射器阵列的表面散射天线提供具有宽带瞬时带宽的可调节天线。天线包括传输线、紧密耦合或连接的辐射器阵列，以及将该传输线连接到该辐射器的相应的可调节馈电结构阵列。

优先权申请的所有主题通过引用并入本文，只要这类主题与本申请不矛盾。

背景技术

任何天线的主要功能都是将在天线结构内传导的电磁波耦合到在自由空间中传播的电磁波。存在许多实现这种耦合的方法，并且由于天线的广泛实际应用已经对所述方法进行了深入研究。参见，例如Constantine A.Balanis,Antenna Theory,第三版,Wiley2005。

在基于表面散射天线的天线中，导波和传播波之间的耦合通过调制与导波电磁接触的表面的电磁特性来实现。这种受控表面调制可以被称为“调制模式”。天线中的导波可以被称为“参考波”或“参考模式”以及期望的自由空间传播波模式可以被称为“辐射波”或“辐射模式”。

表面散射天线例如在美国专利申请公开号2012/0194399(下文称“Bily I”)中有描述，其中改进的表面散射天线在美国专利申请公开号2014/0266946(下文称“Bily II”)中有进一步描述。包含耦合到装载有集总装置的可调散射元件的波导的表面散射天线在美国申请号14/506,432(下文称“Chen I”)中有描述，而各种全息调制图案方法在美国专利申请号14/549,928(下文称“Chen II”)中有描述。所有这些专利申请都通过引用整体并入本文，其在下文中统称为“MSAT申请”。

表面散射天线包括离散辐射元件阵列，其中元件间隔通常小于天线工作频率下的约四分之一波长。可以离散地调制来自每个元件的辐射，使得它们的集体效应近似于期望的调制模式。

通常通过调节单个辐射元件的谐振频率在表面散射天线中完成调制，这增加或减少了从参考波耦合到辐射波的能量。这种方法通常产生窄带天线，因为深亚波长辐射元件通常是借助于其带宽约束而有效地辐射的高Q辐射器。

在诸如宽带通信之类的应用中可能需要增加带宽。因此，增加表面散射天线的带宽的技术具有实际意义。

发明内容

实施方式包含提供具有宽带瞬时带宽的表面散射天线的天线、方法和系统。

表面散射天线通常包含高Q辐射元件，其中单个天线元件晶胞的尺寸是深亚波长。表面散射天线塑造辐射图案的能力通常随着晶胞尺寸的减小而改善，因为附加的元件在其他(大部分)幅度受制的自适应阵列中提供附加的相位采样点。

在天线元件被视为阵列中的隔离的单个天线的方法中，可能优选的是使每个元件的Q与天线尺寸成反比。在其他方法中，根据本发明的实施方式，天线元件不被视为隔离的单个天线，而是被视为互耦的辐射器系统中的元件。互耦是当两个附近的辐射元件各自扰乱另一个的行为而背离人们对这两个天线响应的简单叠加所期望的行为时发生的现象。在相控阵天线的情况下，这种行为通常被视为是负面的，其中阵列设计和操作取决于将隔离的元件的图案与预先计算的天线“阵列因子”的图案叠加的可行性。

在高度耦合的阵列中，单个晶胞本身不是天线。相反，它们是更大天线的一部分，其中相关Chu极限是整个天线表面(而不是单个辐射器)的极限。由于单个电小元件，这立即减轻了对带宽和效率的限制。

前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详述，其他方面、实施方式和特征将变得显而易见。

附图说明

图1描绘了宽带表面散射天线的示意性实施方式。

图2描绘了用于示例性晶胞的辐射器的实施例。

图3描绘了示例性晶胞的馈电结构的实施例。

图4示出了示例性晶胞的逐层描绘图。

具体实施方式