[发明专利]C/X波段双频透镜天线设计

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及电磁超表面与透镜天线设计技术领域，尤其涉及C/X波段双频透镜天线设计。

背景技术

近年来，随着无线通信系统、波前工程和雷达系统的快速发展，高增益透镜天线在航天工程、目标探测等领域的作用越来越凸显。尤其是双频透镜天线，同时拥有阵列天线和双频工作的优良性能，且结构简单，使得双频透镜天线具有广泛的工程应用价值，因此受到广大天线工程师的青睐。目前，透镜天线工作频段也由微波波段扩展到太赫兹频段，其功能也相应增多，如双极化透镜天线、双圆极化透镜天线，双频透镜天线等。

随着双多频透镜天线的广泛应用，其实现方式也呈现多样化。如，文献T.Chaloun,C.Hillebrand,C.Waldschmidt,and W.Menzel,“Active transmitarray submodule for K/Ka band satcom applications”GeMiC,Germany,198-201,2015中，通过加载可调元件，在不同频率实现了双谐振结构，因而设计了双频透射阵天线，但由于可调元件损耗较大，导致两个频率天线效率较低；文献S.H.Zainud-Deen,S.M.Gaber,H.A.Malhat,and K.H.Awadalla,“Single feed dual-polarization dual-band transmitarray for satellite applications,”30th National Radio Science Conference,pp.27-34,2013中，通过在两个不同极化状态设计不同工作频率，实现了双频工作，但各个频率单元透射率较低且波动较大，导致透镜天线口径效率较低；文献H.Hasanil,J.S.Silval,J.R.Mosig,and M.Garcia-Vigueras,“Dual-band 20/30GHz circularly polarized transmitarray for SOTM applications,”10th European Conference on Antennas and Propagation(EuCAP),pp,1-3,2016中，通过两种不同谐振单元，采用几何相位分布实现了双频透镜天线，但不同频率相互影响较大，导致天线效率受损。

总之，目前对双频透镜天线的研究存在着瓶颈与缺陷：一是如何实现不同频率相位的独立调控；二是如何在不同工作频率提高单元的透射率，同时降低透射波动。

发明内容

本申请的目的在于提出一种C/X波段双频透镜天线设计，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本申请提出了C/X波段双频透镜天线设计，该设计方法包括：设计具有各向异性ABBA结构的单元，所述ABBA结构的单元由4层金属层、3层介质层构成，第一金属层与第四金属层结构相同，第二金属层与第三金属层结构相同；调节所述单元不同层间的耦合，提高所述单元的透射率，抑制透射波动，同时基于极化独立控制原则，在不同极化状态下实现了双频工作；采用所述单元构建双频透镜天线，所述双频透镜天线在不同工作频率处的相位分布分别满足抛物面分布，且具有相同的焦距；采用Vivaldi天线作为所述透镜天线的天线馈源，在C和X波段分别获得了高增益。

在一些实施例中，调节所述单元不同层间的耦合，提高所述单元的透射率，同时抑制透射波动，包括：调节所述单元每层的结构，进而调节所述单元的透射幅度和透射相位以提高所述单元的透射率并抑制透射波动。

在一些实施例中，采用所述单元构建双频透镜天线，所述双频透镜天线在不同工作频率处的相位分布分别满足抛物面分布，且所述双频透镜天线具有相同的焦距，包括：采用17×13个所述单元构建双频透镜天线，且每个单元的相位呈现抛物线分布；所述每个单元印刷电路板采用介电常数ε_r为2.65、厚度h为4.5mm、损耗角δ正切值tanδ为0.001的FR4印刷电路板。

本发明的有益效果如下：在两个工作频率处分别实现了相位独立高效调控，所有单元透射率均大于0.85，且极大的抑制了透射波动；设计的双频透镜在两个工作频率处均实现了良好的能量汇聚效果，其能量分别增强了16倍和20倍以上；透镜天线在C波段和X波段口径效率均大于30％，增益分别达到了18.7dB和23dB。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：