一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线制造技术

本发明专利技术涉及天线赋形技术。本发明专利技术公开了一种基于非均匀特异媒质的波束天线，利用微带结构构成的非均匀特异媒质，对天线方向图进行赋形。本发明专利技术的技术方案是，一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线，包括辐射器和赋形单元，所述赋形单元置于所述辐射器的辐射波束前方，所述赋形单元具有微带结构，由介质基板和分布在所述介质基板表面的微带单元构成，利用所述微带单元形状、大小和位置调整所述辐射器波束形状。本发明专利技术的赋形单元由介质基板和分布在介质基板表面的微带单元构成，具有非均匀特异媒质特性。可以对辐射器波束形状进行调整，实现方向图的各种赋形，为高品质波束提供了更大的设计自由度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及天线赋形技术。本专利技术公开了一种基于非均匀特异媒质的波束天线，利用微带结构构成的非均匀特异媒质，对天线方向图进行赋形。本专利技术的技术方案是，一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线，包括辐射器和赋形单元，所述赋形单元置于所述辐射器的辐射波束前方，所述赋形单元具有微带结构，由介质基板和分布在所述介质基板表面的微带单元构成，利用所述微带单元形状、大小和位置调整所述辐射器波束形状。本专利技术的赋形单元由介质基板和分布在介质基板表面的微带单元构成，具有非均匀特异媒质特性。可以对辐射器波束形状进行调整，实现方向图的各种赋形，为高品质波束提供了更大的设计自由度。【专利说明】一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线
本专利技术涉及天线赋形技术，特别涉及一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线。
技术介绍
在微波应用技术中，微波的传输和接收都离不开天线系统，如微波通信、微波探测、微波无线能量传输等。不同的应用领域，对天线系统有不同的要求。微波无线能量传输是以微波为载体，通过天线进行微波能量的发射和接收，实现远距离的无线能量传送，在空间太阳能电站等诸多领域有广阔的应用前景。微波无线能量传输系统中，微波能量发射天线是关键设备之一，发射天线为高增益定向天线，它辐射出极窄的大功率微波波束，将微波能量集中地传送到接收天线的口径面。接收天线后方连接若干个整流电路，将微波能量转换为直流能量并输出，整流电路的整流效率(即转换的直流能量与馈入的微波能量之比)是影响微波无线能量传输系统效率的关键因素之一。高增益定向天线的辐射方向图通常为笔状波束，即方向图主瓣的中心增益高而边缘增益低，因此发射天线辐射的微波波束的中心微波功率密度大而边缘功率密度小，这造成接收天线口径面上的微波功率密度分布不均匀，同样为中心大而边缘弱。而整流电路的整流效率与馈入电路的微波功率大小密切相关，只有馈入微波功率大小适当时，整流电路才能实现最大的整流效率。显然，由于笔状波束造成的微波功率密度分布不均匀，将严重制约接收系统的整流电路实现最大整流效率。针对微波无线能量传输系统需求，非常必要设计方向图主瓣增益均匀，即波束主瓣形状由笔形改变为类似矩形的发射天线方向图。借用滤波器的品质因子(即矩形系数)来描述天线波束形状，具有波束主瓣增益均匀的天线可称为高品质波束天线。高品质波束天线属于赋形天线中一种，传统的赋形天线设计方法一般可以分为:反射面赋形和阵列赋形。例如1984年在《IEEE Transactions on Antennas andPropagation))中发表的论文“The current state of the reflector antenna art，，(Vol.32, N0.4, p.313-329)介绍了反射面赋形，通过加载反射面，对馈源发出的电磁波进行反射叠加在远场形成合适的方向图。反射面赋形可以是多馈源元天线，也可以是单馈源的天线。多馈源反射面赋形，一方面可以通调节馈源激励幅度和激励相位，另一方面还可以调节反射板的形状、大小、放置位置来对天线方向图进行赋形，这样大大增加了赋形的灵活度，能够完成对复杂方向图的赋形。但天线系统的大量开销将花费在设计和调整波束形成网络上，并且复杂的波束形成网络会引起射频损耗降低天线系统的增益。单馈源反射面赋形克服了多馈源赋形损耗大的缺点，结构也相对简单，但是赋形能力有限。1985年在((Antennas and Propagation Society International Symposium〉〉中论文“Phased arraycontour beam shaping by phase optimization”(Vol.23，p.475-478)介绍了阵列赋形，该技术利用馈电功分网络，通过调整阵元的激励幅度，激励相位，或者调整阵元之间的间隙来改变天线辐射方向图。传统的阵列赋形方法例如:切比雪夫多项式法，傅里叶变换法，泰勒法，伍德沃德法等，但这些方法很难完成对复杂方向图的赋形。下面简单介绍一下本专利技术涉及的两个技术名词:特异媒质和微带结构。特异媒质是指具有天然材料所不具备独特物理性质的人工复合结构或复合材料。例如具有负介电常数和负磁导率的左手材料、频率选择表面(Frequency SelectiveSurface, FSS)、高阻表面(High Impedance Surface)等。特异媒质的独特电磁特性使其得到了广泛应用，包括应用于天线设计中，如提高天线增益，拓展天线带宽和实现天线小型化坐寸ο微带结构包括介质基板和金属层，金属层通常是通过涂敷工艺在介质基板表面形成的金属涂覆层或采用黏贴工艺形成的金属贴片层。金属层可以形成于介质基板的一面或两面,如常用的单面和双面印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)。为了实现各种功能，通常在金属层上通过刻蚀、剪贴工艺制成各种微带单元，如保留在介质基板表面的各种形状的金属块(称为微带贴片)或在金属层形成的各种形状的微带缝隙(去掉金属部分而露出介质基板的图案)，这些微带单元具有不同的功能，可以构成微带滤波器、微带耦合器、微带传输线、微带天线等。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种基于非均匀特异媒质的波束天线，利用微带结构构成的非均匀特异媒质，对天线方向图进行赋形。本专利技术解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线，包括辐射器和赋形单元，所述赋形单元置于所述辐射器的辐射波束前方，其特征在于，所述赋形单元具有微带结构，由介质基板和分布在所述介质基板表面的微带单元构成，利用所述微带单元形状、大小和位置调整所述辐射器波束形状。本专利技术的技术方案，采用赋形单元对辐射器方向图进行赋形。赋形单元由介质基板和分布在介质基板表面的微带单元构成，具有非均匀特异媒质特性。介质基板表面的各个微带单元，对电磁波具有不同的反射系数幅值和相位，通过改变微带单元的形状、大小、位置等参数，可以对辐射器波束形状进行调整，实现方向图的各种赋形，为高品质波束提供了更大的设计自由度。具体的，所述微带单元为微带贴片。或者，所述微带单元为微带缝隙。进一步的，所述微带单元形状相同或不同。进一步的，所述微带单元大小相同或不同。进一步的，所述微带单元之间距离相同或不同。微带贴片和微带缝隙是两种常用的微带单元结构，通过调整微带单元的形状、大小、位置等参数，可以改变辐射器的方向图，按照设计要求对辐射器方向图赋形。优选的，所述辐射器为微带天线。采用微带天线作为辐射器，是本专利技术优选的结构形式。微带天线的辐射方向图通过和微带单元赋形，可以改变微带天线的辐射方向图，达到设计要求。这种系统具有小型化的优点，可以用于各种便携式设备中。具体的，所述微带天线的介质基板与微带单元的介质基板平行。由于通常微带天线的波束指向微带天线基板的垂直方向，微带天线的介质基板与微带单元的介质基板平行配置，能够最大限度的发挥赋形单元的功能，提高赋形效果。推荐的，所述辐射器为定向天线系统。定向天线系统可以发生定向波束，与本专利技术的赋形单元结合，可以发挥最大的赋形效果。具体的，所述定向天线系统为抛物面反射天线。抛物面反射天线是定向天线系统的比较常见的结构形式，其发射波束指向抛物面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非均匀特异媒质的高品质波束天线，包括辐射器和赋形单元，所述赋形单元置于所述辐射器的辐射波束前方，其特征在于，所述赋形单元具有微带结构，由介质基板和分布在所述介质基板表面的微带单元构成，利用所述微带单元形状、大小和位置调整所述辐射器波束形状。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星，黄卡玛，刘长军，郭庆功，杨阳，赵翔，闫丽萍，杨晓庆，陈倩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51