[发明专利]全息超表面天线的极化可重构方法

说明书

本发明公开了一种线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种状态可切换的全息超表面天线极化可重构方法，属于天线技术领域。该天线包括负责漏波辐射的极化不敏感全息超表面、极化可重构馈电结构和金属地板三部分。所述极化不敏感全息超表面结构是通过对极化不敏感超表面的亚波长单元等效折射率施以周期性正弦调制得到。所述极化可重构馈电结构由加载4个PIN管的交叉偶极子组成且采用50欧姆同轴线直接对其馈电，该天线通过控制4个PIN管的导通和截止状态能够实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种极化状态之间的转换。所述金属地板用于实现天线的定向辐射。本发明首次提出了利用折射率正弦调制的极化不敏感全息超表面结合极化可重构馈电结构，实现全息超表面天线的极化可重构设计方法，达到了在维持全息超表面辐射口径不变的情况下，通过控制极化可重构馈电结构的少数PIN开关的通断，实现全息超表面天线的三种状态极化可重构功能，且具有笔锥形辐射方向图、高增益、高口径效率、平面型、低剖面、低成本及易加工等优势。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及全息超表面天线的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种状态的极化可重构实现方法。

背景技术

极化可重构天线能够在线极化和圆极化之间切换极化状态，通过复用相同的信道和频谱来提高系统容量，减小极化失配和信道干扰。基于全息光学技术，全息超表面天线通过对超表面结构施以周期性调制以实现特性辐射的口径天线。相比于反射面天线，其在天线的辐射方向上无馈源遮挡问题；相比于微带天线阵，全息超表面天线无需复杂的馈电结构，避免了馈电网络的高损耗问题。全息超表面天线能够利用印刷电路板技术加工，馈源和全息超表面辐射结构集成于同一平面，具有低剖面、易共形的特点。目前，全息超表面天线的报道主要集中于线极化或者圆极化的单一极化方面，具有极化可重构能力的全息超表面天线鲜有报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本、易加工的极化可重构全息超表面天线实现方法，该方法提出利用极化不敏感全息超表面实现漏波辐射并通过切换极化可重构馈电结构的极化状态控制漏波辐射的极化状态，实现在保持全息超表面辐射结构不变的情况下，仅通过改变极化可重构馈电结构的4个PIN管通断状态，达到全息超表面天线的极化可重构功能。本发明提出的极化可重构全息超表面天线具有结构简单、剖面低、成本低、增益高、信道容量大、口径效率高等特点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

极化可重构全息超表面天线，该天线由极化不敏感全息超表面、极化可重构馈电结构以及金属地板三部分组成，所述极化不敏感全息超表面用于漏波辐射，所述极化可重构馈电结构用于实现漏波辐射的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种状态的极化可重构功能，金属地板用于实现天线的定向辐射；

该天线由两层介质基板组成，所述上层基板用于印制极化不敏感全息超表面结构和极化可重构馈电结构。所述下层基板的用于印制天线金属地板，所述金属地板印刷于下层基板的下表面，用于实现天线的定向辐射。

所述极化不敏感全息超表面是通过对极化不敏感超表面的亚波长单元等效折射率施以周期性正弦调制得到，用于实现漏波辐射以形成高指向性的侧射方向图；

所述极化可重构馈电结构集成于极化不敏感全息超表面的中心处，用于实现全息超表面天线的极化可重构；

所述极化可重构馈电结构由加载4个PIN管的交叉偶极子组成且采用50欧姆同轴线对其馈电；所述交叉偶极子的四臂用两个金属圆弧结构连接起来形成一对金属枝节；所述50欧姆同轴线的内外导体分别连接一对金属枝节的两端；

通过对所述4个PIN管(型号为MA4GP907，二极管的导通状态等效为4.2欧姆电阻，截止状态等效为0.025pF的电容)导通或截止状态的控制，能够实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化之间的转换，为了方便描述，将四个PIN管分别记为PIN#1、PIN#2、PIN#3、PIN#4：

1)当四个PIN管同时处于截至状态时，天线产生45°线极化状态；