[发明专利]基于法布里-珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线

说明书

本发明公开了一种基于法布里‑珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线，该天线基于法布里‑珀罗谐振腔式结构，工作为漏波模式，主要包括馈源天线，人工磁导体以及编码部分反射表面三个部分，利用相位恢复算法将编码部分反射表面的透射相位进行对应的排布，即可在近场对应位置进行全息成像。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明具有低剖面、易于设计、易于加工等优点，可用于实现低剖面的二维波束偏折，多波束出射天线，将来可以将FPGA等硬件相结合，实现低剖面的波束扫描，新型毫米波无线通信系统等应用。

技术领域

本发明涉及一种基于法布里-珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线，属于天线与新型人工电磁材料领域。

背景技术

新型人工电磁材料，或者称为电磁超材料，是通过周期排布亚单元式结构，从而改变电磁特性进一步实现对电磁波调控的一门新兴技术。它改变了人们对电磁波的传统认知，如今，超表面作为电磁超材料二维结构，因为其易加工，剖面低等优点受到了广泛的应用。随着广义斯涅尔定律的提出，利用相位的不连续性实现对波束的任意控制变得更加具有实用性，在这种情况下，为微波器件设计带来新的方法与思路。

法布里-珀罗谐振腔，最早在光学领域中作为射线发生器，干涉仪等受到了广泛的应用，在上个世纪末被引入到微波领域实现天线设计，在保证低剖面天线轮廓低、风阻小、易于实现与载体共形等优点的前提下，实现了高增益的波束出射。近些年来，随着技术的发展，超表面被引入到法布里-珀罗天线的设计中，基于该理论的大量研究成果不断出现，例如超宽带，超低剖面，一维波束扫描等工作都取得了较好的效果。但是到目前为止，基于法布里-珀罗腔体的天线设计主要局限在一维的应用场景中，对于二维的功能性设计缺少简单的理论与方法，是目前急待解决的问题。

微波频段的全息成像技术为近场的能量分布提供了一种解决方法，通过对超表面的相位进行排布，可以对近场任何一个表面的电场的能量进行设计与构建，因此在近场多通道通信，无线能量传输以及近场智能识别等领域具有无限大的潜力。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于法布里-珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线，利用光学射线模型理论出发，给出一种简单的设计的思路与方法，在传统法布里-珀罗谐振腔式天线的基础上，只需要通过设计编码部分反射表面的透射相位分布来构建近场某个表面的电场能量的聚焦点位置，从而构造出想要的全息图显示。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于法布里-珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线，包括馈源天线，人工磁导体以及编码部分反射表面。

本发明的馈源天线为一个放置在带有开槽金属地介质板上的贴片天线，该天线通过同轴线进行侧馈，能量输入到地板下方的传输线，通过地板上的开槽耦合到天线上进行辐射。

本发明的人工磁导体利用反射式超表面单元来实现，该设计满足在反射系数近似为1的情况下反射相位为0°。

本发明的编码部分反射表面由一个三层PCB电路板实现，其中最下层的结构用来调控反射相位，中间层和上层结构完全一致用来调节透射相位。反射幅度同时要保持在0.9以上，对透射相位进行编码。

优选的：所述编码部分反射表面单元三层结构均由方形环和方形贴片构成；通过中层和上层调节该结构的尺寸，得到每一个基本单元结构，这四种数字态响应对应四种反射相位，根据四种数字态响应进而得到4个不同相位数字态编码，这4个不同相位数字态编码对应4种基本单元结构。

优选的：产生的四种数字态响应分别为“00”、“01”、“10”和“11”，这四种数字态响应分别对应的四种反射相位为0度、90度、180度和270度。而编码部分反射表面的反射相位始终保持为180°。

有益效果：本发明提供了一种基于法布里-珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线，相比现有技术，具有以下有益效果：