[发明专利]一种波束方向可偏的非衍射相移超表面天线

说明书

本发明公开了一种波束方向可偏的非衍射相移超表面天线，包括相移超表面和馈电喇叭天线，所述馈电喇叭天线位于相移超表面的一侧，且正对相移超表面阵列一端端面的中心；所述相移超表面阵列由不同旋转角度的，呈周期性排列的多个相移超表面单元构成，其具有电磁波相位改变功能。本发明基于相移超表面原理和几何光学聚焦基本原理，非衍射主波束可以根据需求朝不同方向偏转，与普通非衍射天线相比，本发明具有衍射距离远、低旁瓣、尺寸小、剖面低等特点，本发明采用单层介质板，并在单层介质基板双侧进行金属贴片结构设计，采用普通PCB印刷技术，用喇叭天线代替馈电网络，具有易于加工、结构简单的特点。

技术领域

本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种波束方向可偏的非衍射相移超表面天线。

背景技术

理想的非衍射光束可以被认为是平面波在纵轴传播方向上的叠加，它可以是持续传播或瞬间消逝的，具有在非衍射范围内电场保持基本不变的特点。在微波和毫米波频率范围内产生非衍射光束常用的方法有轴锥体、全息图、光栅状结构、径向漏波导、径向线槽阵列等。

在微波无损检测方面，深衍射距离贝塞尔波束具有不可替代的优点。当待测物放置于非衍射范围内时，其各处电场大小基本一致，即电磁波与衍射范围内的待测物之间的相互作用基本一致。当待测物中出现凹陷、缝隙或其他缺陷时会引起所在位置的电场、电磁波的变化，具体反映在天线的S参数的幅值或者谐振点频率偏移等参数上。

相较于现有的其他非金属微波无损检测方式，如谐振环、喇叭天线等，长衍射距离的非衍射波束具有几倍至十几倍的检测深度，使其可以应用具有一定厚度的待测物上进行无损检测，不仅可以检测待测物表面缺陷，还可以检测待测物内部缺陷，弥补了其他检测方式在深度检测这一方面的不足。但当待测物体积较大而无法一次性全部置于主波束非衍射区域内时，需要手动或者机械移动待测物，或者移动探测装置的位置对整个待测物体进行扫描检测，而加载机械调节装置会使天线整体体积变大，造成操作不便。同时，也会带来测量精度的下降以及造成一定的操作误差，导致检测结果不准确。在某些特定情况下，波束发射器或待测物甚至可能无法移动。因此，长衍射距离且方向可偏非衍射近场天线对于微波无损检测有较大应用场景，同时也可以广泛应用于多目标微波成像和无线功率传输等应用。

传统的非衍射波束透镜发生器存在结构笨重、成本高等问题。为了解决改进上述缺陷，公开号为CN209640610U，名称为《一种用于产生远距离稳定传输贝塞尔光束的装置》的中国专利，提出相互胶合的正轴锥镜和负轴锥镜，实现了远距离非衍射波束的生成，但该专利提出的非衍射透镜工艺要求高；公开号为CN110361864A，名称为《基于惠更斯超颖表面产生贝塞尔光束阵列的方法》的中国专利中，提出的利用惠更斯超表面来产生非衍射波束，具有结构轻便、工艺简单等优点。但是，这些非衍射波束/光束发生器产生的非衍射波束方向都垂直于天线表面，波束方向不能偏转。