本发明专利技术涉及一种加载匹配结构的多波束全息天线，特别涉及天线领域。包括：激励天线、全息结构，所述全息结构包括按照模拟干涉图样放置在介质板上的金属条带，并使所述激励天线垂直树立在全息结构上。本方案解决了如何使原型全息天线的最大增益方向出射到θ＝60°的方向上的技术问题。根据全息结构上电磁能量的分布，同时为了解决原型全息结构带来的方向图主瓣波瓣分裂的问题，截取能量比较集中的部分设计了小型化全息天线，并通过对小型化全息结构进行组合，设计了多波束的全息天线。通过在全息结构中增加匹配结构，解决了现有金属条带全息天线设计中方向图端射的问题，同时以理论和仿真结合的方式验证了金属条带全息天线的频率扫描特性。
【技术实现步骤摘要】
一种加载匹配结构的多波束全息天线
本专利技术涉及天线领域，特别涉及一种加载匹配结构的多波束全息天线。
技术介绍
电磁波是各种无线电通信交换信息所必需的的载体，天线作为一种转换器，它把传输线上传播的导行波变换成在自由空间中或者其他媒质传播的电磁波，或者进行相反的变换。因此，天线在无线电通信中起着不可替代的作用。随着通信容量的增大，通信系统对天线的性能要求也越来越高，提高增益、增强定向性、结构简单化、灵活调控性等方面是当前对天线研究的牵引需求，与此同时为了延长天线或者雷达系统在现代战场环境中的寿命，还要考虑天线系统与环境的融合，隐蔽性等。传统的反射面天线通过固定的反射结构使激励源发射的电磁波定向辐射出去或者接收外来电磁波，为了获得很高的增益和较强的辐射能力，其需要较大的反射面结构。这使得反射面天线的整体尺寸较大且轮廓固定，不能与环境有效的融合，隐蔽性低，战场生存困难。全息天线是一种利用全息结构改变源天线的辐射特性，从而实现特定辐射能力的口径天线，具有低剖面、高增益、方向性强、调控灵活、易共形等优点。全息天线对馈源天线的选取一般没有过多要求，喇叭天线、八木天线、单极子天线等均可作为全息天线的源天线，全息结构主要对源天线的表面波起到二次激励的作用，从而获得想要的辐射性能。所述全息天线根据全息结构上电磁能量的分布，对原型全息结构进行截取设计了小型化的全息天线，小型化设计改变了全息结构上电流的分布，解决了原型全息天线方向图主瓣分裂的问题。通过匹配结构的设计，对小型化后的全息结构进行合理组合，实现了多波束全息天线的设计，消除了现有金属条带全息天线设计中方向图端射的现象。同时理论计算结合仿真验证了金属条带全息天线的频率扫描特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何使全息天线的最大增益方向偏转到目标方向以及金属条带全息天线的小型化问题，解决了多波束全息天线设计中全息结构的组合及波束偏转问题，匹配结构的设计消除了现有金属条带全息天线方向图端射的现象，同时验证了天线的频率扫描特性。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种加载匹配结构的多波束全息天线，包括：激励天线、全息结构，所述全息结构包括按照模拟干涉图样放置在介质板上的金属条带，并使所述激励天线垂直树立在所述全息结构上。当平面波以一定的角度斜入射到干涉平面时，源天线与平面波的干涉场的极小值点的集合构成一个共焦点的椭圆族，本方案中根据上述原理和激励天线得到模拟干涉图样。本专利技术的有益效果是：本方案通过设置全息结构使得原型全息天线的主瓣出射到θ＝60°方向，所述全息结构包括k个椭圆状金属条带，每个所述金属条带的焦点均在同一直线上，且每个所述金属条带的左焦点均重合，即为共焦点设计。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，根据下列公式得到相邻金属条带的间距dk和d-k，其中k为正整数：d+1＝D+1＝λ/[2(1-sinθ)]d+k＝Dk-Dk-1＝λ/(1-sinθ)d-1＝D-1＝λ/[2(1+sinθ)]d-k＝D-k-D-k+1＝λ/(1+sin)每个所述交点到所述原点的距离分别为Dk和D-k，λ为激励天线辐射波的波长。进一步，根据所述全息结构上电磁能量分布的集中程度，截取所述全息结构中的右侧部分为小型化I型全息结构，截取的分割线在所述激励天线左侧的10mm处，并延长激励天线一端的介质板和接地板的长度，延长的长度为5mm，此为匹配结构设计，并据此设计了小型化I型全息天线。采用上述进一步方案的有益效果是，相比未增加匹配结构的设计方案，本方案的天线性能更好，方向图的副瓣更小，增加的匹配结构，作为电流缓冲区，不会造成全息结构上电流的突然间断，从而消除了方向图端射现象，实用性更高。进一步，与小型化I型全息天线设计原理类似，根据所述全息结构上电磁能量分布，在所述全息结构内截取菱形全息结构，在所述菱形全息结构右侧端点处增加一个圆饼型匹配结构，所述圆饼形匹配结构的半径为10mm，所述圆饼形匹配结构的圆心与所述菱形全息结构右侧端点重合，激励天线位于匹配结构的圆心处，以此设计了小型化II型全息天线。采用上述进一步方案的有益效果是，该设计使得天线的尺寸进一步小型化,同时，相比不增加圆饼形匹配结构的方案，本方案的天线的方向图的主瓣为标准笔状波束，出射角度θ＝62°，主瓣增益为11.7dBi，比改进前提高了3.7dBi，同时方向图端射问题也得到了解决。进一步，将所述小型化I型全息天线中的全息结构沿所述分割线镜像处理后得到镜像全息结构，所述镜像全息结构之间设有宽度为10mm的匹配结构，所述激励天线设置在所述匹配结构的正中，所述激励天线和所述镜像全息结构共同组成多波束I型全息天线。采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后的多波束I型全息天线的主瓣能出射到两个方向上，也消除了方向图端射的现象。进一步，将所述菱形全息结构以所述圆饼型匹配结构的圆心为圆心旋转180°得到第一旋转全息结构，所述激励天线设置在所述圆饼形匹配结构的圆心中，所述激励天线、所述菱形全息结构和所述第一旋转全息结构共同组成多波束II型全息天线。采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后的多波束II型全息天线具有良好的辐射性能，可以获得两个方向上的辐射主瓣。圆饼型匹配结构的设计，优化了电流的流通，使得两个全息结构可以更充分的捕获激励天线的电磁能量。进一步，将所述菱形全息结构以所述圆饼型匹配结构的圆心为圆心旋转90°3次得到3个第二旋转全息结构，所述激励天线、所述菱形全息结构和3个所述第二旋转全息结构共同组成多波束III型全息天线，所述菱形全息结构和3个所述第二旋转全息结构之间各有宽为10mm的匹配结构，所述激励天线设置在所述多波束III型全息天线的全息结构的正中。采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后的天线的方向图能获得四个方向上的辐射主瓣，匹配结构的设计改善了天线的辐射性能。本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。附图说明图1为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的13个金属条带的原型全息结构模型示意图；图2为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的截取后的13个金属条带的全息结构模型示意图；图3为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的小型化I型全息天线模型示意图；图4为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的菱形全息结构截取示意图；图5为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的小型化II型全息天线模型示意图；图6为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的系统结构多波束I型全息天线模型示意图；图7为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的多波束II型全息天线模型示意图；图8为本专利技术加载匹配结构的多波束全息天线的其它实施例的系统结构多波束III型全息天线模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种加载匹配结构的多波束全息天线，其特征在于，包括：激励天线、全息结构，所述全息结构包括按照模拟干涉图样放置在介质板上的金属条带，并使所述激励天线垂直树立在所述全息结构上。/n
【技术特征摘要】
1.一种加载匹配结构的多波束全息天线，其特征在于，包括：激励天线、全息结构，所述全息结构包括按照模拟干涉图样放置在介质板上的金属条带，并使所述激励天线垂直树立在所述全息结构上。
2.根据权利要求1所述的加载匹配结构的多波束全息天线，其特征在于：所述全息结构包括k个椭圆状金属条带，每个所述金属条带的焦点均在同一直线上，且每个所述金属条带的左焦点均重合。
3.根据权利要求1所述的加载匹配结构的多波束全息天线，其特征在于：
根据下列公式得到相邻金属条带的间距dk和d-k，其中k为正整数：
d+1＝D+1＝λ/[2(1-sinθ)]
d+k＝Dk-Dk-1＝λ/(1-sinθ)
d-1＝D-1＝λ/[2(1+sinθ)]
d-k＝D-k-D-k+1＝λ/(1+sin)
每个所述交点到所述原点的距离分别为Dk和D-k，λ为激励天线辐射波的波长。
4.根据权利要求1所述的加载匹配结构的多波束全息天线，其特征在于：根据所述全息结构上电磁能量分布，截取所述全息结构中的右侧部分为小型化I型全息结构，截取的分割线在所述激励天线左侧的10mm处，并延长激励天线一端的介质板和接地板的长度，延长的长度为5mm，即为匹配结构设计，据此设计了小型化I型全息天线。
5.根据权利要求1所述的加载匹配结构的多波束全息天线，其特征在于：根据所述全息结构上...
【专利技术属性】
技术研发人员：李高升，潘少鹏，申婉婷，蒋建辉，陈攀，亓琳，冯杨，李佳维，李昭南，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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