[发明专利]基于拓扑优化的K波段超材料覆层微带天线及设计方法

权利要求书

1.一种基于拓扑优化的K波段超材料覆层微带天线，包括天线基板(1)，其特征在于：所述天线基板(1)的下表面设置有金属接地板(4)，上表面中部设置有微带贴片(2)，所述微带贴片(2)上设置有同轴线馈电探针(3)，同轴线馈电探针(3)的工作频率为K波段中的24GHz，所述天线基板(1)的上方平行设置有天线覆层基板(5)，所述天线基板(1)与天线覆层基板(5)之间通过支柱(7)连接，所述天线基板(1)的厚度小于五分之一天线工作波长；所述天线覆层基板(5)上刻蚀若干个超材料基元(6)，所述超材料基元(6)呈阵列排布结构，每一个超材料基元(6)离散为若干个正方形网格结构，每一个网格对应一个设计元素x_i，x_i＝1时表示所在网格采用铜贴片材料，x_i＝0时表示所在网格采用空材料，所有设计元素x_i的集合X构成超材料基元(6)的拓扑优化变量；所述超材料基元(6)的拓扑优化变量基于遗传算法的拓扑优化模型计算得到，所述拓扑优化模型为：

式中，X为设计元素集合，M为超材料基元（6）离散化的方格子总数，A_e为天线的有效面积，f为超材料微带天线的工作频率，f_a为天线的载波频率，C为真空中光速；以天线增益Gain的最大化为优化目标，以天线的工作频率和求解频率为约束，以离散化方格子铜贴片为设计变量(X)，建立了超材料微带天线的拓扑优化模型；所述超材料基元(6)的相邻网格间设计有重叠区域。

2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的K波段超材料覆层微带天线，其特征在于：所述超材料基元(6)的网格结构为左右或上下对称结构。

3.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的K波段超材料覆层微带天线，其特征在于：所述超材料基元(6)与微带天线基板(1)之间的距离为6.25mm。

4.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的K波段超材料覆层微带天线，其特征在于：所述支柱(7)为设置于天线基板(1)四角的圆形柱体。

5.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的K波段超材料覆层微带天线，其特征在于：所述超材料基元(6)呈正方形阵列排布于天线覆层基板(5)上。