[发明专利]一种广角度宽带毫米波平面透镜及其设计方法

说明书

本发明公开了一种广角度宽带毫米波平面透镜及其设计方法，所述透镜包括若干个呈矩阵形式周期排列的天线单元，所述中心位置天线单元和边缘位置天线单元延时6个波长，所述天线单元均包括依次设置的第一单元贴片层、第一单元介质层、第一单元栅格层、第二单元介质层、第二单元贴片层、第三单元介质层、第二单元栅格层、第四单元介质层、第三单元贴片层、第五单元介质层、第三单元栅格层、第六单元介质层、第四单元贴片层，所述第一单元贴片层、第二单元贴片层、第三单元贴片层与第四单元贴片层为完全相同的圆形金属层本发明的透镜可以显著的提高天线方向性，于中心位置可以达到27.3dBi的方向性。

技术领域

本发明属于天线技术，具体为一种广角度宽带毫米波平面透镜及其设计方法。

背景技术

超材料透镜天线和传统的介质透镜天线相比有许多优点，有方向性好，体积小，重量轻，成本低，结构紧凑等特点。传统的平面微波透镜天线采用单层或者多层结构但是其频段低，大多为X波段，带宽小不适用于大容量通信，扫描角度小，通常扫描角度在±30°度以下。2015年，Nader Behdad将频率选择表面透镜应用于X波段，这种透镜天线采用喇叭天线馈电方式，在±45°度以内时扫描效果好，但是超过±45°度时其天线方向性就大大降低。2017年，加拿大华为技术公司Senglee Foo将透镜天线应用于毫米波段39Ghz，但是扫描角度只有±28.2°度。

发明内容

本发明目的在于提出了一种广角度宽带毫米波平面透镜。

实现本发明目的的技术方案为：一种广角度宽带毫米波平面透镜，包括若干个呈矩阵形式周期排列的天线单元，所述中心位置天线单元和边缘位置天线单元延时6个波长，所述天线单元均包括依次设置的第一单元贴片层、第一单元介质层、第一单元栅格层、第二单元介质层、第二单元贴片层、第三单元介质层、第二单元栅格层、第四单元介质层、第三单元贴片层、第五单元介质层、第三单元栅格层、第六单元介质层、第四单元贴片层，所述第一单元贴片层、第二单元贴片层、第三单元贴片层与第四单元贴片层为完全相同的圆形金属层。

优选地，所述第一单元栅格层、第二单元栅格层与第三单元栅格层为完全相同的十字型栅格金属层。

优选地，所述十字型栅格宽度为a1＝0.4mm，长度为a2＝4mm,厚度d＝0.018mm。

优选地，所述第一单元贴片层、第二单元贴片层、第三单元贴片层以及第四单元贴片层厚度为d1＝0.018mm。

优选地，所述第一单元介质层、第二单元介质层、第三单元介质层、第四单元介质层、第五单元介质层、第六单元介质层相同，均为正方形，边长为b1＝4mm，厚度为d2＝0.508mm。

本发明还提出了一种广角度宽带毫米波平面透镜的设计方法，其特征在于，具体步骤为：

确定毫米波平面透镜的结构组成，所述毫米波平面透镜包括若干个呈矩阵形式周期排列的天线单元，所述天线单元均包括依次设置的第一单元贴片层、第一单元介质层、第一单元栅格层、第二单元介质层、第二单元贴片层、第三单元介质层、第二单元栅格层、第四单元介质层、第三单元贴片层、第五单元介质层、第三单元栅格层、第六单元介质层、第四单元贴片层，所述第一单元贴片层、第二单元贴片层、第三单元贴片层与第四单元贴片层为完全相同的圆形金属层；

确定天线单元的尺寸，所述天线单元的尺寸包括圆形金属层的直径。

优选地，确定圆形金属层的直径的具体方法为：

采用垂直入射补偿的方法确定第一周期内的圆形金属层的相位，采用60度斜入射补偿的方法确定剩余周期内的圆形金属层的相位；

根据圆形金属层的相位确定圆形金属层的直径。

优选地，采用垂直入射补偿的方法确定第一周期内的圆形金属层的相位的具体方法为：

确定第一周期内任一圆形金属层到焦点的距离；