[发明专利]圆极化变容管有源超表面带孔介质透镜天线

说明书

本发明公开了一种圆极化变容管有源超表面带孔介质透镜天线，包括聚焦透镜、圆极化阵列、垫片、支撑柱、喇叭天线和底座；圆极化阵列为超表面；聚焦透镜为带孔介质透镜；圆极化阵列、聚焦透镜、支撑柱均通过垫片依次连接，喇叭天线固定在底座上；圆极化阵列为多层变容管有源超表面，层间通过垫片分隔；单层变容管超表面由周期排列的金属图案组成，金属图案为外矩形环嵌套内矩形贴片，外环与内贴片之间通过变容二极管相连；通过改变变容管电容大小调整透射波极化方式。可以在小型化的同时实现高增益。

技术领域

本发明属于毫米波、太赫兹通信技术领域，尤其涉及一种圆极化变容管有源超表面带孔介质透镜天线。

背景技术

电磁透镜是一种在微波毫米波频段实现类似光学透镜的汇聚、发散等功能的透镜结构。

毫米波是频率范围为30～300GHz的电磁波，其波长为10mm～1mm。太赫兹是频率范围为300GHz～3THz的频段，其波长为1mm～0.1mm。毫米波段及太赫兹频段具有频带宽，传输速率高，设备体积小，同时衰减小，穿透力强等特点，适合近场点对点通信，卫星通信等。应用于毫米波频段的电磁透镜天线能更好地满足应用场景，即满足高汇聚与高增益的要求。

超表面是一种纵向厚度远小于波长，横向采用平面周期结构，通过调整排列单元的结构实现调整反射波以及透射波相位，幅度，极化方式。是一种超材料在二维平面的应用。

本发明采用有源超表面实现圆极化。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种工作于毫米波及太赫兹波段的圆极化变容管有源超表面带孔介质透镜天线，用于实现宽带、可变极化方式的圆极化天线。

本发明通过以下技术方案解决：一种圆极化变容管有源超表面带孔介质透镜天线，其特征在于，包括聚焦透镜、圆极化阵列、垫片、支撑柱、喇叭天线和底座；所述聚焦透镜为带孔介质透镜，所述圆极化阵列为超表面；所述圆极化阵列、聚焦透镜、支撑柱均通过垫片依次连接，所述支撑柱固定在底座上，所述喇叭天线固定在底座上，所述喇叭天线的喇叭口朝向聚焦透镜；所述圆极化阵列为多层变容管有源超表面，层间通过垫片分隔；单层变容管超表面由周期排列的金属图案组成，金属图案为外矩形环嵌套内矩形贴片，外环与内贴片之间通过变容二极管相连；通过改变变容管电容大小调整透射波极化方式。

进一步地，该天线为全封闭结构。

进一步地，所述支撑柱为圆筒状，所述垫片为圆环状，所述支撑柱与垫片的材料均为ABS塑料，所述支撑柱内壁贴有吸波材料。

进一步地，所述聚焦透镜为等厚度的均匀介质，介质内分布直径不一的z方向通孔，将介质视为行距和列距相等的xy平面网格结构，任意通孔的对称轴位于网格结构的交点处。

进一步地，调整聚焦透镜通孔的孔径，通孔周围透射波的相移随之改变，使得每个通孔能够补偿该位置的待补偿相移。

进一步地，所述圆极化阵列采用多层变容管有源超表面，每层包含介质基板，介质基板的下表面刻蚀周期性排布的金属图案单元，每个金属图案单元为外正方形环嵌套内矩形贴片，外正方形环与内矩形贴片之间通过两个方向相反的变容二极管相连，或通过四个变容二极管相连。

进一步地，所述圆极化阵列采用多层变容管有源超表面，每层包含介质基板，介质基板的下表面刻蚀周期性排布的金属图案单元，每个金属图案单元为外圆形环嵌套内圆形贴片，外圆形环与内圆形贴片之间通过两个方向相反的变容二极管相连。

进一步地，所述一维扫描阵列相邻的两层间为分隔层，填充空气、泡沫或介质基板。

进一步地，所述有源超表面相邻单元间通过电阻相连；偏置线加载在其中一个单元之上；通过改变偏置电压改变透射波极化方式，包括左手圆极化、右手圆极化、以及线极化。

本发明相比于现有技术的优势在于：