[发明专利]一种大扫描角度高增益Ka波段相控阵平板透镜天线

摘要

本发明公开了一种大扫描角度高增益Ka波段相控阵平板透镜天线，包括介质基板以及并列排布在介质基板上的四个天线单元，且介质基板的下表面覆铜；所述介质基板的正上方设置有能够对电磁波进行反射与折射的介质平板透镜.本发明通过调节介质平板透镜的厚度d、介质基板与介质平板透镜的间距h以及介质平板透镜的大小，能够使天线增益实现最大。本发明的主瓣增益在扫描角度为26°时相比于普通阵列天线最大能够提升3.7dB，并且最大扫描角度能够达到±30°，本发明介质平板透镜的加装成本低，操作方便，相比超材料增加同等大小天线增益本发明所需的尺寸更小，工作性能优异。

主权项

一种大扫描角度高增益Ka波段相控阵平板透镜天线，其特征在于：包括介质基板(1)以及并列排布在介质基板(1)上的多个天线单元(3)，介质基板(1)的上表面刻蚀有四个铜制成的单元贴片天线(3)，且介质基板(1)的下表面覆铜；所述介质基板(1)的正上方设置有能够对电磁波进行反射与折射的介质平板透镜(2)；介质平板透镜(2)的反射系数γ与透射系数τ分别为：γ＝Γejψ，τ＝Tejφ由天线单元(3)发射电磁波入射至介质平板透镜(2)经各级反射得到总反射系数：Γ=Γ1+T1Γ2T2e-jβ22d/cosθt+jβ12dtanθtsinθi1-Γ22e-jβ22d/cosθt+jβ12dtanθtsinθi]]>根据能量守恒原理得：T2+Γ2＝1根据电场的表达式：E=Σn=0∞f(α)E0Γn1-Γ2eiθn]]>其中θn由下式确定：θn=n(φ-π-4πcfh)]]>f(α)是单元天线的方向函数，由于Г小于1，得：Σn=0∞(ΓejΦ)n=11-ΓejΦ]]>故，电场强度的大小为：|E|=|E0|f(α)1-Γ21+Γ2-2ΓcosΦ]]>介质平板透镜(2)的厚度d为四分之波长，在不计损耗的情况下，计算得到天线增益为：P(α)=f2(α)1-Γ21+Γ2-2Γcos(φ-π-4πcfhcosα)]]>考虑到介质透镜反射系数的幅度和相位都是入射角的函数，假设令入射角为10°时，天线增益取得最大值，那么由下式推出介质基板(1)与介质平板透镜(2)的间距h：最后通过仿真优化可得到对计算得到的参数值进行进一步的优化得到介质基板(1)与介质平板透镜(2)的间距h以及介质平板透镜(2)的大小的最优值；上式中：γ——总反射系数；γ0——第0序列波的反射系数；γ1——第一序列波的反射系数；γ2——第二序列波的反射系数；Γ——总反射系数的模值；φ——反射系数的相位；τ——总透射系数；T——总透射系数的模值；ψ——透射系数的相位；Г1——由空气入射到介质中的反射系数模值；T1——由空气入射到介质中的透射系数模值；Γ2——由介质入射到空气中的反射系数模值；T2——由介质入射到空气中的透射系数模值；β1——空气中的传播常数；β2——介质中的传播常数；θi——入射角；θt——折射角；θn——多次折射后的相位角；c——光速；f——中心频率；h——天线与介质平板透镜之间的距离；E——电场；α——入射角；f(α)——单元天线的方向函数；E0——假设的用来衡量电场值的一个常数。