圆极化标量阻抗人工阻抗表面天线制造技术

一种圆极化人工阻抗表面天线(AISA)包括：对穿越基板的顶面的表面波具有调制标量阻抗的阻抗调制基板；其中，阻抗调制具有多个缠绕的恒定阻抗线；并且其中每个恒定阻抗线遵循螺旋椭圆形路径。

Circular polarization scalar impedance artificial impedance surface antenna

A circularly polarized antenna artificial impedance surface (AISA) include: impedance modulation substrate has a top surface of the surface wave modulation of scalar impedance across the substrate; wherein, a plurality of winding impedance modulation with constant impedance line; and wherein each constant impedance line follow elliptical spiral path.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请涉及于2013年6月28日提交的、专利申请序列号为13/931,097，于2013年1月28日提交的、专利申请序列号为13/752,195以及于2012年3月22日提交的、专利申请序列号为13/427,682的美国专利申请，其全部内容通过引用并入本文。本申请要求于2013年11月27日提交的、申请序列号14/092,276的美国申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。联邦资助声明无
本公开涉及人工阻抗表面天线(AISA)，尤其涉及圆极化AISA。
技术介绍
通过横跨人工阻抗表面(AIS)发射表面波来实现人工阻抗表面天线(AISA)，其阻抗根据匹配AIS上的表面波和期望的远场辐射图案之间相前的函数横跨AIS在空间上进行调制。在下文参考文献[l]-[6]中描述的早先工作中，人工阻抗表面天线(AISA)由调制的人工阻抗表面(AIS)形成。在参考文献[l]中，Patel使用由接地电介质上的金属条线性阵列组成的端射耀斑馈电(endfire-flare-fed)的一维空间调制的AIS描述了标量AISA。在参考文献[2]-[4]中，Sievenpiper、Colburn和Fong在平面和曲面上都使用由顶部为金属贴片栅格的接地电介质组成的波导或偶极馈电的二维空间调制的AIS描述了标量和张量AISA。在参考文献[5]-[6]中，Gregoire检查了AISA操作对AISA设计性能的依赖性。AISA操作的基本原则是使用调制AIS的栅格动量来匹配被激励的表面波(SW)波前和期望的平面波的波矢量。在一维情况下，这可以表达为ksw＝kosinθo-kp(1)其中，k0为在设计频率下辐射的自由空间波数，θ0为期望的辐射相对于AIS法线的角度，kp＝2π/p为AIS栅格动量，其中p为AIS调制周期，ksw＝n0k0为表面波波数，其中n0为整个AIS调制中平均的表面波折射率。表面波(SW)阻抗通常被选择为具有正弦地沿着根据如下公式(2)的SW栅格调制SW阻抗的图案，Z(x)＝X+McoS(2πx/p)(2)。其中p为调制周期，X为平均阻抗，M为调制幅度。X、M和p的选择使得x-z平面中相对于z轴的辐射角θ由如下公式(3)确定，O＝sin-1(n0-λ0/p)(3)。其中n0为平均SW指数，λ0为辐射的自由空间波长。n0通过与Z(x)相关。等式(2)中AISA阻抗调制针对任何形状的AISA可以概括为其中为期望的辐射波矢量，为AIS的三维位置矢量，r为沿着AIS从表面波源到AIS表面上沿着测地线的距离。该表达式可用于确定任何几何形状、扁平、圆柱、球面或任意形状的AISA的指数调制。在一些情况下，确定r的值在几何学上是复杂的。对于扁平AISA，仅仅是对于(x-y平面中)扁平AISA，辐射波矢量可被假定为辐射到x-z平面而不失一般性。使表面波源位于x＝y＝0。于是，调制函数为Z(x，y)＝X+Mcosγ(6)其中γ≡k0(n0ρ-xsinθ0)(7)并且等式(2)、(5)和(6)中的余弦函数可用任何周期函数替代，并且AISA仍然按照设计操作，但是辐射旁瓣、带宽和波束偏斜会受到影响。AIS可以实现为接地电介质上的金属贴片栅格。根据将贴片大小和表面波指数相关的函数，通过改变贴片的大小产生期望的指数调制。使用仿真、计算和/或测量技术确定指数和贴片大小之间的相关性。例如，Colburn在参考文献[3]，Fong在参考文献[4]使用HFSS单格(unitcell)特征值仿真和测试板的近场测量的组合来确定其相关函数。Luukkonen在参考文献[7]中介绍的快速近似法也可用来计算相关性。然而，经验校正因子也通常应用到这些方法中。在许多体系中，这些方法与HFSS特征值仿真和近场测量十分契合。当贴片大小相比于基板厚度很大时，或当每个单格的表面波相移接近180°时，会发生故障。使用调制张量阻抗的圆极化AIS天线通过使用具有各向异性阻抗性能的调制张量阻抗表面，可以使AIS天线与圆极化(CP)辐射一起操作。通过张量在数学上描述在AIS上每个点的阻抗。参考文献[4]中描述了等式(6)的调制函数推广到线性极化AISA，CPAISA的阻抗张量可具有类似的形式。其中φ≡tan-1(y/x)·(9)在参考文献[4]中，张量阻抗利用接地电介质基板上的各向异性金属贴片来实现。贴片为各种尺寸的方形，具有穿过其中心的切片(slice)。通过改变贴片的大小和切片穿过其中的角度，可在整个AIS上产生期望的等式(8)的张量阻抗。可使用这些切片的贴片之外的其他类型的张量阻抗元件来产生张量AIS。全介质AIS天线全介质AIS天线已证明适合于线性极化操作并在参考文献[9]中被描述。根据上述现有技术中AIS天线的相同原理操作介质AIS天线，除非阻抗是通过改变电介质的厚度来进行调制的。以θ＝0°辐射的标量阻抗、圆极化AIS天线可以用参考文献[8]中描述的调制标量阻抗制成以θ＝0°辐射的圆极化(CP)AIS天线。根据Z(x，y)＝X+Mcos(γ±φ)(10)调制阻抗。其中γ和已经分别在等式(7)和(9)中被定义，±符号对应分别以右旋CP(RHCP)或左旋CP(LHCP)模式操作的天线。在外观上，调制看上去像缠绕的、圆形螺旋恒定阻抗线，例如分别为图2A和图2B中示出的低阻抗线50和高阻抗线52。这样，天线会在垂直于AIS表面的波束(θ＝0°)中辐射，如图2C所示。Minatti和Maci在参考文献[8]中通过纯直观方法导出了等式(10)中的阻抗调制；然而，不能将其推广到以任意角度辐射的天线。参考文献[1]Patel,A.M.；Grbic,A.,“基于正弦调制的电抗表面上印刷漏波天线(APrintedLeaky-WaveAntennaBasedonaSinusoidally-ModulatedReactanceSurface)”IEEE天线与传播汇刊,卷59,编号6,页码2087,2096，2011年6月。[2]D.Sievenpiper等，“共形天线的全息AIS(HolographicAISsforconformalantennas)”，第29部天线应用论文集，2005。[3]D.Sievenpiper,J.Colburn,B.Fong,J.Ottusch和J.Visher.,2005IEEE天线与传播汇刊，摘要，卷1B，页码256-259,2005年。[4]B.Fong等,“标量和张量全息人工阻抗表面(ScalarandTensorHolographicArtificialImpedanceSurfaces)”IEEETAP.,58,2010年。[5]D.J.Gregoire和J.S.Colburn,人工阻抗表面天线(Artificialimpedancesurfaceantennas),会议录(Proc)。天线应用论文集2011,页码460-475。[6]D.J.Gregoire和J.S.Colburn,人工阻抗表面天线设计和仿真(Artificialimpedancesurfaceantennadesignandsimulation),会议录。天线应用论文集2010,页码288-303。[7]O.Luukkonen等，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆极化人工阻抗表面天线AISA，包括：对穿越基板的顶面的表面波具有调制标量阻抗的阻抗调制基板；其中，所述阻抗调制具有多个缠绕的恒定阻抗线；并且其中每个恒定阻抗线遵循螺旋椭圆形路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.27 US 14/092,2761.一种圆极化人工阻抗表面天线AISA，包括：对穿越基板的顶面的表面波具有调制标量阻抗的阻抗调制基板；其中，所述阻抗调制具有多个缠绕的恒定阻抗线；并且其中每个恒定阻抗线遵循螺旋椭圆形路径。2.根据权利要求1所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述阻抗调制基板包括具有所述顶面和底面的电介质；其中厚度在所述顶面和所述底面之间变化，以便改变阻抗。3.根据权利要求2所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，进一步包括：在所述底面上的接地平面。4.根据权利要求1所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述阻抗调制基板包括具有所述顶面和底面的电介质；并且所述AISA进一步包括：在所述电介质的顶面上不同大小的金属贴片以便改变阻抗。5.根据权利要求4所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，进一步包括：在所述底面上的接地平面。6.根据权利要求1所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述AISA具有基本上平面形状；并且所述AISA在相对于所述平面形状的法线的角度θ下，具有较大增益的增益图案。7.根据权利要求1所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述调制标量阻抗图案为Z(x,y)=X+M(sinγcosφcosθ0±cosγsinφ);]]>其中，X为平均阻抗；其中M为调制幅度；其中θ0为最大增益相对于所述AISA法线的仰角；其中γ≡k0(n0ρ-xsinθ0)；k0为设计频率下辐射的自由空间波数；n0为整个标量阻抗图案上平均的表面波折射率；并且其中并且其中±符号分别对应以右旋圆极化RHCP或左旋圆极化LHCP模式操作的所述AISA。8.根据权利要求2所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述顶面具有调制高度；并且所述底面基本上是平的。9.根据权利要求4所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述顶面基本上是平的；并且所述底面基本上是平的。10.根据权利要求2所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述介电材料包括丙烯酸、塑料或11.根据权利要求4所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述介电材料包括丙烯酸、塑料或12.根据权利要求7所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，进一步包括：表面波馈电，在所述基板的x＝0,y＝0位置耦合到所述基板。13.根据权利要求12所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：当以发送模式使用所述AISA时，所述表面波从所述表面波馈电径向向外传播。14.根据权利要求12所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：当以接收模式使用所述AISA时，所述表面波朝着所述表面波馈电径向向内传播。15.根据权利要求12所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述表面波馈电包括耦合到所述基板的同轴连接器。16.根据权利要求12所述的圆极化人工阻抗表面天线AISA，其中：所述表面波馈电包括微带线、波导、微波喇叭或偶极子。17.一种制造圆极化人工阻抗表面天线AISA的方法，包括：形成对穿越基板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·J·格雷瓜尔，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US