[发明专利]一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线

说明书

本发明提出了一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，旨在将反射面和透镜有效的结合，实现三波束定向辐射；包括夹持在平板波导之间的V字形反射超表面结构和馈源，反射超表面结构的两个臂末端各连接一个透射超表面结构，形成夹角超表面结构，馈源固定在夹角超表面结构口径面的外侧，且位于夹角超表面结构的中心轴线上；反射超表面结构包括V字形基质板，该基质板两个臂面向馈源的侧面上印制有谐振环，另一个侧面上印制有金属底板；透射超表面结构包括4块相互平行的矩形基质板，其中距离馈源最近的基质板与反射超表面结构两个臂的末端连接，且沿基质板法线方向两两之间间距相等，基质板面向馈源的侧面上印制有中心蚀刻有缝隙环的金属贴片。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种多波束天线，具体涉及一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，可用于无线通信、雷达等领域。

技术背景

多波束天线技术能够以高增益覆盖广泛的传输区域，在卫星通信、雷达侦察、电子对抗以及微波传输等领域的需求不断扩大，成为了下一代卫星天线、多目标跟踪雷达和全域电子对抗系统的重要发展方向。

现有研究中实现高定向性多波束天线一般有阵列式、透镜式和反射式三种形式。由于结构简单、加工技术成熟、增益高等优势，透镜式和反射式天线在构建多波束天线中被广泛应用。例如，2015年，授权公告号为CN103050782B，名称为“多波束平面贴片透镜天线”的中国专利，公开了一种平面贴片透镜天线，该透镜由不同的单元组成，该单元通过在两层介质板上下设置贴片，中间设置几字形金属槽，通过改变贴片和金属槽的参数及摆放位置实现电磁波的聚焦，并通过多馈源偏焦馈电实现良好的多波束辐射。又如，2016年，授权公告号为CN104103910B，名称为“一种单口径多波束天线的优化设计方法”的中国专利，公开了一种单口径面多波束反射面天线，通过对反射面的赋形设计，采用馈源阵列的形式对其进行馈电实现多波束辐射。

上述现有研究虽然都实现了多波束天线，但都是利用了多馈源并行馈电，天线的馈电网络较为复杂，且仅工作在半空间区域。超表面通过控制波前相位进行电磁波调控，且结构简单，在无线通信系统中具有广阔的应用前景。基于超表面结构的反射面和透镜结构简单，且易于结合设计，在单馈源激励下，能够有效构建全域多波束天线。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，通过在平面波导中加载夹角超表面结构，在单馈源激励下，结合反射超表面单元和透射超表面单元对入射电磁波的相位进行补偿作用，简化了天线的结构，同时实现全域空间的三波束辐射。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：包括平行平板波导1、V字形反射超表面结构2和馈源3；所述V字形反射超表面结构2固定在平行平板波导1的两块金属板之间，该V字形反射超表面结构2两个臂的末端各连接一个透射超表面结构4，形成V字形夹角超表面结构；所述馈源3固定在所述V字形夹角超表面结构所形成的夹角范围内，且该馈源3波端口位于V字形夹角超表面结构口径面的外侧，其中：

所述V字形反射超表面结构2，包括板面与平行平板波导1的两块金属板垂直的V字形基质板21，该V字形基质板21两个臂面向馈源3的侧面上各印制有由多个周期性排布的谐振环22组成的面阵结构，另一个侧面上印制有金属底板23；

所述透射超表面结构4，包括板面与平行平板波导1的两块金属板垂直的多块相互平行的矩形基质板41，且与V字形反射超表面结构2两个臂的末端连接的一块矩形基质板的板面与所连接的臂的板面平行，所述矩形基质板41面向馈源3的侧面上印制有金属贴片，该金属贴片上蚀刻有多个周期性排布的缝隙环42；

所述谐振环22和缝隙环42的尺寸，是通过各自所在位置的坐标值，以及馈源3所在位置的坐标值和电磁波入射角度确定。