[发明专利]一种基于电磁透镜的接收天线及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于电磁透镜的接收天线及其设计方法，涉及天线设计技术领域，该天线包括：超表面电磁透镜，用于将不同角度入射的多个电磁波进行聚集至焦平面；馈源阵列，设置在所述超表面电磁透镜的焦平面处，用于接收聚集至焦平面的多个电磁波；超表面电磁透镜为多个透镜单元组成的阵列，透镜单元的单元结构周期为2.5mm，厚度为3.048mm，包括五个PEC层和四个介质层。本发明通过超表面电磁透镜将从不同角度入射的电磁波聚于焦平面内不同的馈源上，使得接收天线阵列可以实现同时接受来自多个方向的电磁波信号，可实现大视场角范围内有限个通道的波束聚焦的功能。

技术领域

本发明涉及天线设计技术领域，特别是涉及一种基于电磁透镜的接收天线及其设计方法。

背景技术

随着通讯技术的不断进步，高通量天线技术的发展极大的提高用户的上网体验。但目前高频波段面临路径损耗过高的问题，需要提高天线的发射增益来弥补高频电磁波的路径损耗。同时高增益电磁波使得相同的电磁波谱在空间上实现复用成为可能，具备不同方向角的电磁波束在空间互不影响，可使用相同的频谱资源，提高频谱利用率，即实现多通道同时收发，这无疑能够进一步提高用户体验。因此设计一款高口径增益且可以实现多通道接收天线具有极其重要的意义。

具备大角度波束汇聚的平焦面透镜的设计一直以来都是十分困难的。在光学领域一般采用非球面透镜或透镜组的设计方式。微波领域对天线的增益要求较高，多层透镜无疑会造成较大的增益损失；同时，具备大角度波束汇聚的平焦面透镜的设计一直以来都是十分困难的，另外，受限与曲面加工难度传统的非球面镜的设计自由度有限，成本较高。

发明内容

本发明提供了一种基于电磁透镜的接收天线及其设计方法，可以解决现有技术中存在的平焦面透镜设计难度高、成本高的技术问题。

本发明提供一种基于电磁透镜的接收天线，其特征在于，包括：

超表面电磁透镜，用于将不同角度入射的多个电磁波进行聚集至焦平面；

馈源阵列，设置在所述超表面电磁透镜的焦平面处，用于接收聚集至焦平面的多个电磁波；

所述超表面电磁透镜为多个透镜单元组成的阵列，所述透镜单元的单元结构周期为2.5mm，厚度为3.048mm，包括五个PEC层和四个介质层。

优选的，五个PEC层中的三个PEC层分别位于透镜单元的上下表面与正中心，剩余两个PEC层位于中间的PEC层上下距离0.34mm处。

优选的，所述透镜单元的单元结构为闭合结构，无金属通孔和空气层。

优选的，所述超表面电磁透镜对角线长108.65mm，厚度为3.048mm，焦距f为22mm。

优选的，所述馈源阵列包括多个馈源。

一种基于电磁透镜的接收天线的设计方法，包括以下步骤：

通过PB相位原理对透镜单元的单元结构进行设计，单元结构包括五个PEC层和四个介质层；

通过菲涅尔-基尔霍夫衍射公式结合PSO算法计算超表面电磁透镜的相位分布；

根据超表面电磁透镜的相位分布将多个透镜单元进行排布组成阵列，得到超表面电磁透镜；

预先设定多个馈源的位置，将多个馈源进行排列得到馈源阵列；

将超表面电磁透镜和馈源阵列进行组合，得到了基于超表面电磁透镜的接收天线。

优选的，所述菲涅尔-基尔霍夫衍射公式如下所示：