[发明专利]宽波束双圆极化超表面天线单元、实现方法及相控阵天线

权利要求书

1.一种宽波束双圆极化超表面天线单元，其特征在于，包括：

天线馈电结构，包括环形带状线、交叉缝隙及金属化过孔，所述环形带状线印制在第一介质基板上，所述第一介质基板的下表面设置下层金属地板，所述交叉缝隙印制在第二介质基板上，所述第二介质基板的上表面印制上层金属地板，所述金属化过孔位于上层金属地板和下层金属地板之间；

天线辐射体结构，包括主超表面及寄生超表面，所述主超表面印制在第三介质基板上，所述寄生超表面印制在第四介质基板上，主超表面和寄生超表面构成叠层超表面；

天线宽波束结构，包括寄生槽和接地柱，所述寄生槽印制在第四介质基板上，所述寄生超表面设置在寄生槽内，所述接地柱位于寄生槽和上层金属地板之间；

所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板及第四介质基板按照由下至上的顺序压合一起。

2.根据权利要求1所述的宽波束双圆极化超表面天线单元，其特征在于，所述环形带状线为左右对称，所述环形带状线的两端为阻抗变换段，中间环形部分为辐射段。

3.根据权利要求1所述的宽波束双圆极化超表面天线单元，其特征在于，所述交叉缝隙由四根缝隙交叉构成，相邻缝隙间隔45°，所述交叉缝隙为左右对称结构。

4.根据权利要求1所述的宽波束双圆极化超表面天线单元，其特征在于，所述金属化过孔围绕在环形带状线周围，所述第三介质基板的下表面设置金属地板。

5.根据权利要求1所述的宽波束双圆极化超表面天线单元，其特征在于，所述主超表面由4×4个阵列形式排列的第一金属贴片构成，所述寄生超表面由2×2个阵列形式排列的第二金属贴片构成。

6.根据权利要求1-5任一项所述的宽波束双圆极化超表面天线单元，其特征在于，所述寄生槽为八边形，每条边上的接地柱数量为n，n为至少三个。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的宽波束双圆极化超表面天线单元的实现方法，其特征在于，包括：

将左右对称的环形带状线的两端设为端口1及端口2，当激励一个端口时，另一个端口连接匹配负载，此时环形带状线产生行波馈电，环形带状线上各处的相位呈线性变化，通过调整环形带状线的半径，使得环形带状线的各点依次产生45°相位差，激励信号按照序列依次经过各点并通过交叉缝隙辐射实现序列馈电；

端口1输入激励信号，端口2连接匹配负载，由于环形带状线各点依次产生45°相位差，使得交叉缝隙辐射的电磁波也会产生相位差，最终在远场合成的正交电场相位相差90°，通过调整环形带状线中间部分的宽度和交叉缝隙的长度使得正交电场幅度相等，形成宽轴比波束的右旋圆极化；

由于结构完全对称，当激励端口2，而端口1连接匹配负载，则产生左旋圆极化。

8.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，调整主超表面第一金属贴片的尺寸、第三及第四介质基板的厚度改变天线单元的谐振频率。

9.一种相控阵天线，其特征在于，包括N×M个子阵，所述子阵由2×2个如权利要求1-6任一项所述的宽波束双圆极化超表面天线单元按照顺时针依次旋转90°得到。

10.根据权利要求9所述的相控阵天线，其特征在于，相邻天线单元的间距等于天线单元的尺寸。