互补地全息调制表面双波束高增益天线制造技术

本发明专利技术公开了一种互补地全息调制表面双波束高增益天线，主要解决了地板结构的差异对天线的辐射特性的影响。本发明专利技术包括介质基板，印制在该介质基板上表面并作为天线全息表面结构的全息金属贴片，设置在介质基板边缘、用于实现天线馈电的馈源单极子，以及设置在介质基板下表面并作为天线地板的全息互补地。其中，全息互补地与全息金属贴片为互补结构，其用于在馈源单极子激励下与全息金属贴片发生近场耦合，从而使天线获得双波束辐射特性的同时增强天线辐射增益。通过上述方案，本发明专利技术在馈源单极子激励下全息互补地与全息金属贴片发生近场耦合，从而使天线获得双波束辐射特性的同时增强天线辐射增益，具有很高的实用价值和推广价值。

Complementary holographic modulated dual beam high gain antenna

The invention discloses a dual beam high gain antenna with a holographic modulation surface, which mainly solves the influence of the difference of the floor structure on the radiation characteristics of the antenna. The present invention includes a substrate, printed on the surface of the dielectric substrate and metal patch antenna as a holographic holographic surface structure, arranged on the dielectric substrate edge, for the realization of monopole antenna feed feed, and arranged on the lower surface of the substrate and the medium as a holographic antenna floor complementary. Among them, complementary with holographic holographic metal patch as the complementary structure, which is used in feed monopole excitation and holographic metal patch near field coupling occurs, while enhancing the antenna gain so that the antenna gain dual beam radiation characteristics. Through the scheme, the invention under the excitation of holographic complementary and holographic metal patch near field coupling occurs in monopole antenna feed, while enhancing the radiation gain so that the antenna gain dual beam radiation characteristics, has very high practical value and popularization value.

【技术实现步骤摘要】
互补地全息调制表面双波束高增益天线
本专利技术涉及天线
，尤其是涉及一种互补地全息调制表面双波束高增益天线。
技术介绍
全息调制表面作为人工电磁表面的一种，具有结构简单、剖面低、高增益、易共形等优良特性，为电磁波的精确调控提供了新的可能。在军事设备隐身、多目标探测和电磁能量收集等领域有广阔应用前景。全息调制表面的设计思路很大程度上来源于光学全息原理和阻抗调制表面的结合。光学全息我们可理解为记录和再现两步。第一步，全息记录。利用全息底片将参考光束和物光束的干涉条纹，包括物光波的幅度和相位信息记录在介质基片上。第二步，波前重建。利用与原来同方向的参考光束照射全息图，照明光束经全息底片衍射后产生衍射场，再现立体的原物体图像。阻抗调制表面是将亚波长周期单元按一定规律排列的二维电磁表面。通过改变周期单元的形状、旋转角度和间距等特征，实现目标表面阻抗函数。将参考光束对应参考波，物光束对应目标波。全息调制表面通过按一定规则排布的电小尺寸金属贴片，记录下参考波和目标波干涉结果的表面阻抗值。当再用参考波激励全息调制表面时，就可以实现目标波方向的辐射。国内外科研人员在全息调制表面天线领域做了大量研究工作。通过改变表面阻抗调制函数，获得不同形式的出射波；通过改变各向异性单元的旋转角度等特征，控制电磁波的传播方向和极化特性；通过研究三维立体结构与二维表面的映射关系，实现全息调制表面天线的物体共形。地板作为全息表面天线的重要组成部分，不同地板结构对天线的辐射特性有很大影响。然而，目前的全息表面天线主要通过改变周期单元结构的单元形状、间距、旋转角度和排列方式等特征，实现控制电磁波的目的。地板结构的差异为全息调制表面天线设计提供了一个新的自由度，有效的地板设计可以增强全息表面天线的增益并获得不同的辐射特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种互补地全息调制表面双波束高增益天线，主要解决现有技术中存在的地板结构的差异对天线的辐射特性的影响，获得高增益双波束辐射特性的天线。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：互补地全息调制表面双波束高增益天线，包括介质基板，印制在该介质基板上表面并作为天线全息表面结构的全息金属贴片，设置在介质基板边缘、用于实现天线馈电的馈源单极子，以及设置在介质极板下表面并作为天线地板的全息互补地；所述全息互补地与全息金属贴片为互补结构，其用于在馈源单极子激励下与全息金属贴片发生近场耦合，从而使天线获得双波束辐射特性的同时增强天线辐射增益。具体地，全息金属贴片由40×40个按规律变化的方形金属贴片组成，其中，任意全息金属贴片的尺寸计算如下步骤：(1)馈源单极子产生的表面电流：Ψsurf＝e-jknr①e为指数函数，k为自由空间电磁波传播常数，n为表面有效折射率，r为电磁波离坐标原点的距离，j为复数的虚数单位；(2)目标波是偏离X-Y平面外法向45度方向的平面波，其表达为：Ψrad＝e-jksin45°(xcos45°+ysin45°)②其中，e为指数函数，k为自由空间电磁波传播常数，j为复数的虚数单位，x为x轴任意位置，y为y轴任意位置；(3)全息调制表面阻抗Z(xt)定义为参考波和目标波的干涉结果，其表达式：X是表面的平均阻抗值，M是调制深度，xt是阻抗表面上任意一点的位置，Ψsurf为馈源单极子产生的表面电流，为Ψsurf共轭函数，Re为求解复数的实部，j为复数的虚数单位；(4)本金属贴片的X是表面的平均阻抗值取值197.5Ω，M是调制深度取值36.5，xt是阻抗表面上任意一点的位置，带入③中，全息表面阻抗调制函数表达式为：Z(xt)＝j[197.5+36.5cos(knr-ksin45°(xcos45°+ysin45°))]④(5)通过变化亚波长周期单元方形贴片的尺寸，来表征全息表面阻抗；在高频结构仿真软件中建模仿真，对方形贴片单元加上周期边界条件，在特征模求解器下提取单元有效表面阻抗，得到方形贴片间距g与表面阻抗Z之间的函数关系为：Z＝j(-71.46*g3+198.98*g2-243.07*g+274.77)⑤(6)联立④、⑤函数关系式可以解出阻抗表面上任意一点位置处方形贴片的尺寸。优选地，该天线的介质极板为罗杰斯5880介质板，其介电常数为2.2，长为120mm，宽为120mm，高为1.6mm；馈源单极子4的半径为0.5mm,高度为5mm；空气圆柱的半径为1mm，高度为1.6mm。进一步地，所述介质极板上并靠近馈源单极子处设置有用于减少介质基板对馈源单极子加载作用、以便提升天线阻抗匹配特性的空气圆柱，在全息金属贴片表面边缘馈电可以保证本天线的辐射方向图主波束方向不出现零深。馈源单极子产生的类柱面波表面电流，经过全息结构和全息互补地结构不连续处衍射后得到目标辐射场。优选地，所述空气圆柱的半径为1mm，高为1.6mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术将传统全息调制表面天线的金属地结构巧妙地改变为全息互补结构，从而不仅获得了双波束辐射特性，而且还增强了天线的辐射增益。(2)本专利技术天线在馈源单极子的激励下，由于全息表面和全息互补地之间的强烈近场耦合作用，引导表面电流向表面边缘传播，因而在全息互补地的影响下，全息结构表面电流分布更加均匀。(3)本专利技术在馈源单极子周围设置有减少介质基板对单极子加载作用的空气圆柱，提高了天线的阻抗匹配特性。(4)本专利技术设计合理、实用性强，适合在多目标探测、电磁能量收集领域推广应用。附图说明图1为本专利技术互补地全息调制表面双波束高增益天线的整体结构图；图2是本专利技术天线的上表面全息结构图；图3是本专利技术天线的下表面全息互补地图；图4是本专利技术天线的阻抗匹配曲线图；图5是本专利技术天线的三维远场辐射方向图正视图；图6是本专利技术天线的三维远场辐射方向图侧视图；图7是本专利技术天线的二维平面辐射方向图；上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：1-全息金属贴片，2-介质基板，3-全息互补地，4-馈源单极子，5-空气圆柱。具体实施方式下面结合附图和实施例对专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。如图1至图3所示，本专利技术提供了一种互补地全息调制表面双波束高增益天线，可应用于军事设备隐身、多目标探测和电磁能量收集等领域。本专利技术包括全息金属贴片1、介质基板2、全息互补地3、馈源单极子4和空气圆柱5。所述的全息金属贴片1印制在介质基板2的上表面，本实施例中，全息金属贴片1由40*40个尺寸按一定规律变化的方形金属贴片组成，任意一个方形金属贴片的尺寸均经如下公式联立求得：Z(xt)＝j[197.5+36.5cos(knr-ksin45°(xcos45°+ysin45°))]④Z＝j(-71.46*g3+198.98*g2-243.07*g+274.77)⑤其中，④式为天线全息表面阻抗上任意一点位置的调制函数表达式，⑤式为方形金属贴片间距与表面阻抗之间的函数表达式。而所述的介质基板2选用罗杰斯5880(RogersDuroid5880)介质板，介电常数为2.2，介质基板2长120mm，宽120mm，高1.6mm。所述的全息互补地3设置在介质基板2下表面并作为天线的地板，全息互补地与全息金属贴片为互补结构。所述的馈源单极子4布置在介质基板2的边缘，其半径为0.5mm,本文档来自技高网...

【技术保护点】
互补地全息调制表面双波束高增益天线，包括介质基板(2)和印制在该介质基板(2)上表面并作为天线全息表面结构的全息金属贴片(1)，其特征在于，还包括设置在介质基板(2)边缘、用于实现天线馈电的馈源单极子(4)，以及设置在介质极板(2)下表面并作为天线地板的全息互补地(3)；所述全息互补地(3)与全息金属贴片(1)为互补结构，其用于在馈源单极子激励下与全息金属贴片发生近场耦合，从而使天线获得双波束辐射特性的同时增强天线辐射增益。

【技术特征摘要】
1.互补地全息调制表面双波束高增益天线，包括介质基板(2)和印制在该介质基板(2)上表面并作为天线全息表面结构的全息金属贴片(1)，其特征在于，还包括设置在介质基板(2)边缘、用于实现天线馈电的馈源单极子(4)，以及设置在介质极板(2)下表面并作为天线地板的全息互补地(3)；所述全息互补地(3)与全息金属贴片(1)为互补结构，其用于在馈源单极子激励下与全息金属贴片发生近场耦合，从而使天线获得双波束辐射特性的同时增强天线辐射增益。2.根据权利要求1所述的互补地全息调制表面双波束高增益天线，其特征在于，所述全息金属贴片(1)由40×40个按规律变化的方形金属贴片组成。3.根据权利要求2所述的互补地全息调制表面双波束高增益天线，其特征在于，任意一个方形金属贴片的尺寸均由如下公式联立求得：Z(xt)＝j[197.5+36.5cos(knr-ksin45°(xcos45°+ysin45°))]①Z＝j...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖绍球，龚成，刘春梅，张宗堂，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51