[发明专利]带左手调控结构的S型旋转单元结构平面反射阵列天线

说明书

带左手调控结构的S型旋转单元结构平面反射阵列天线，属于微波技术领域。为悬置微带结构，在圆形介质基板上表面设有由若干S型旋转单元构成的正八边形阵列，单元横向及纵向单元中心间距相同；阵列下表面为圆形接地板，圆形接地板的半径与圆形介质基板相同；圆形介质基板与圆形接地板间设有空气层；反射单元阵列及接地板均为良导体，阵列天线轮廓为圆形，均匀排列的带左手调控结构的S型旋转单元在反射阵列上表面呈一定角度逆时针旋转型分布，带左手调控结构S型旋转单元贴片阵列面朝向馈源。通过控制带左手调控结构的S型旋转单元反射阵列单元的旋转角度可进行调相、提高增益，控制旁瓣和低交叉极化等，可广泛应用于5G频段。

技术领域

本发明属于微波技术领域，尤其是涉及一种带左手调控结构的S型旋转单元结构平面反射阵列天线。

背景技术

传统的高增益天线主要有以大型抛物面天线为代表的反射面天线和以相控阵天线为代表的微带贴片阵列天线。大型反射面天线设计简单、理论上增益带宽无限，具有高效率和强方向性，但体积庞大、不易部署，需要复杂的伺候系统，曲面结构对于加工精度要求很高，尤其是毫米波波段，另外，只能通过机械旋转来实现波束扫描也是一个缺点。微带贴片阵列天线往往低剖面，PCB刻蚀技术成熟，由移相独立实现对辐射单元相位和幅度的调节，易实现波束扫描，但是对超大规模阵列来说，其馈电网络设计复杂，电扫描所需的T/R组件成本高，而且毫米波波段损耗急剧增加。在此背景下，微带反射阵列天线应运而生，融合了抛物面天线高增益高效率和微带低剖面低成本的优点，一经提出，就得到了国内外专家学者的广泛关注，成为了新型高增益天线的首选，展现了广阔的应用前景。

从天线激励方式角度，圆极化天线能够辐射和接受任意极化的电磁波，从而避免极化损失，正是电子侦察等应用中普遍使用圆极化天线的原因；由于反射波旋向发生反转，故能抑制雨雾天气的干扰和多径反射；另外，基于圆极化天线的极化正交性，还可以消除电离层因为法拉第旋转引起的电磁波畸变。正因为圆极化天线这些无可比拟的优势，其在雷达通信、导航系统的极化分集中得到了广泛应用。

电磁超材料是指一些自然界不具有某些电磁特性的人工复合材料。它往往是单体材料周期排列得到。狭义的超材料常常指左手材料(LHMs)，是指一类在一定频段下同时实现负的介电常数和负的磁导率的电磁材料，其中传播的电磁波的波矢量和坡印廷矢量刚好相反，故左手材料相比于自然界其他普通材料拥有一些奇特的电磁特性，如：逆多普勒效应、倏逝波放大效应、逆切伦科夫辐射效应(Cerenkov)、后向波效应、“完美透镜”应以及负折射率等，可以实现隐身斗篷或者超透镜等。很多结构在某个频点或频段已经表现出了左手特性，包括螺旋环型结构、树枝状结构、蘑菇型结构、双S型结构、Z型结构等。但这些结构的左手材料只能在某特定频率上实现左手特性，因此缺乏应用的灵活性和多样性。

发明内容

本发明的目的在于提供拥有高增益、低旁瓣、低交叉极化的性能，同时左手特性频率范围可控，能够广泛运用于5G毫米波通信的带左手调控结构的S型旋转单元结构平面反射阵列天线。

本发明为悬置微带结构，设有圆形介质基板，在圆形介质基板上表面设有正八边形反射单元阵列，所述正八边形反射单元阵列由若干个单元基板为正方形结构为S型旋转单元构成，阵列中每个单元横向及纵向单元中心间距相同；反射阵列的下表面为圆形接地板，圆形接地板的半径与圆形介质基板相同；圆形介质基板与圆形接地板间设有空气层；反射阵列和圆形接地板均为良导体，阵列天线轮廓为圆形，所述S型旋转单元带左手调控结构且上下对称，由上下相连的圆环弧和位于S型上下中心的两个左手调控结构构成，S型旋转单元在反射单元阵列的上表面呈一定角度逆时针旋转型分布；S型旋转单元贴片阵列面朝向馈源。

所述圆形介质基板的半径为1.05*n*λ，λ＝(c/f)/2为单元中心工作频率下的半波长，其中，c为光速，f为单元中心工作频率，圆形介质基板采用高性能毫米波介质材料，介电常数为2.2～8.0，圆形介质基板的厚度h＝0.45～0.55mm。

所述圆形介质基板的介电常数优选为2.2～3.8。