[发明专利]一种加载超表面的无遮挡波束偏转天线

说明书

本发明提供了一种加载超表面的无遮挡波束偏转天线，涉及通信天线技术领域，加载超表面的无遮挡波束偏转天线，其包括接地板和覆盖于接地板上的底层介质板，底层介质板上设置有微带天线，底层介质板的正上方间隔设置有顶层介质板，顶层介质板上设置有超表面，超表面位于微带天线的斜上方。本方案中的波束偏转天线体积小、功耗低，能够适用于小型飞行器中，且能够极大地降低了微带天线辐射的损耗，提高波束偏转天线的增益。

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，特别是涉及一种加载超表面的无遮挡波束偏转天线。

背景技术

高效灵活地实现天线波束扫描是天线设计领域中重要的研究课题。传统的波束扫描手段包括机械扫描、反射阵列、模拟/数字波束形成、寄生偏转、集成透镜天线、行波天线等。上述方法在实际应用中各有不足，如低扫描速率、低扫描分辨率、大量引入移相器放大器、高插损、大尺寸、成本高等。由人工周期结构组成的超材料拥有自然材料无法提供的电磁特性，超材料的亚波长结构单元，即超构原子(meta-Atom)在入射工作波长条件下可做出异常电磁响应并呈现整体有效参数，如负磁导率和负折射率。超表面是超材料的二维对应，超表面通常是借助相位梯度超表面(phase-gradient metasurface)来实现的，其基本原理是超表面的超构原子可以使入射波发生不同的相位偏移，根据广义斯奈尔定律，入射波会在超表面上产生异常传播或反射，从而实现波束偏转。

相控阵雷达天线是现有最常用的波束偏转天线，其最大的优点在于可扫描大范围的区域以便发现目标，同时由于相控阵雷达体积较大、功耗较大等缺点，其无法适用于小型无人机防撞雷达等应用中。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种加载超表面的无遮挡波束偏转天线，解决了现有技术中的波束偏转天线体积大、功耗大不适用于小型飞行器的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种加载超表面的无遮挡波束偏转天线，其包括接地板和覆盖于接地板上的底层介质板，底层介质板上设置有微带天线，底层介质板的正上方间隔设置有顶层介质板，顶层介质板上设置有超表面，超表面位于微带天线的斜上方。

进一步地，超表面与微带天线在竖直方向上无重叠，且在水平方向上间隔设置。使得天线辐射的正上方无金属遮挡，尽可能的降低超表面对微带天线辐射性能的影响。

进一步地，超表面与微带天线的水平间距为1.10～1.35mm。水平间距在1.10～1.35mm内超表面对微带天线波束影响最大。

进一步地，超表面位于微带天线的右侧。应用超表面实现波束偏转的原理在于超表面处的折射率要远小于介质板的折射率，超表面位于微带天线的右侧，当微带天线辐射的电磁波透过超表面时，其路径会向右进行偏转。而微带天线的辐射方向图是左右对称的，最终导致微带天线的波束向左偏转。

进一步地，超表面与微带天线均为超薄二维平面，均可集成到介质板上。加工时只需要将超表面和微带天线光刻到介质板上即可，安装只需要固定两块介质板即可完成波束偏转天线的安装，使加工和安装更加便利。

进一步地，接地板、底层介质板和顶层介质板的形状和大小相同。顶层介质板与底层介质板、接地板形状和大小相同是为了将微带天线辐射的电磁波全部覆盖，且便于安装和固定。

进一步地，顶层介质板与底层介质板的垂直间距为0.8～1.3mm。此间距内对微带天线波束影响最大。

进一步地，微带天线的馈电线为矩形微带线。矩形微带线也是超薄二维结构，便于加工和安装，通过控制插入位置易于与微带天线实现阻抗匹配，且拥有相当简单的模型。