一种圆极化折叠透射阵制造技术

本发明专利技术公开了一种圆极化折叠透射阵，包括底部超表面、顶部超表面、馈源；底部超表面与馈源集成，顶部超表面位于上方，且顶部超表面与底部超表面距离为透射阵焦距的三分之一，相对传统透射阵，该折叠透射阵的顶部和底部超表面间距离为焦距的三分之一，同时可以实现圆极化波。该折叠透射阵具有低剖面、设计简单、平面化等特点，在高增益低剖面天线方面具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种圆极化折叠透射阵
本专利技术属于高增益天线、无线通信、卫星通信、定位追踪领域，具体涉及一种圆极化折叠透射阵。
技术介绍
反射阵天线作为一种高增益天线，在卫星、雷达、移动远距离通信领域得到广泛的应用。传统的反射阵天线由馈源和反射阵两部分构成，其中反射阵主要用于补偿阵面单元与馈源间传播路径不同引起的相位差异，馈源主要是用于激励整个阵面。传统的反射阵天线显得笨重、占用空间大，其中在厚度方向空间主要取决于馈源、馈源与主反射阵的距离、主反射阵的尺寸。过去，过抛物面结构反射阵使得系统制备加工变得复杂、体积更臃肿，给天线调试安装带来很大的麻烦。基于超表面的反射阵天线可以通过平面化结构，大幅降低了加工难度和复杂度，超薄型单元结构可以降低反射阵天线厚度。此外，通过平面化的微带或者集成片波导天线可以降低馈源的厚度，缩减体积。然而由于馈源与反射阵之间距离过大，使天线剖面进一步降低面临巨大挑战。为了解决馈源与反射阵之间距离过大问题，基于射线追踪法，发展了折叠阵。研究最多一类折叠阵，为折叠反射阵，该类折叠阵中反射波在底部超表面得到相位补偿。它通常有极化栅、反射阵、馈源构成。其中反射阵与极化栅的高度为传统反射阵焦距的一半。底部主反射阵单元主要提供极化转化、相位补偿，顶部的极化光栅能够对正交极化波选择性反射或者透过。由于折叠反射阵具有剖面低、结构紧凑，在目前已经开展了许多研究如：波束扫描、多波束产生、波形设计等等。然而由于极化栅的存在，导致无法对圆极化进行选择透过。可以通过在折叠反射阵上方，增加线圆极化转化器，能有效实现圆极化，然而却带来成本增加。与反射阵相对应的另一种类型，透射阵在无线通信、卫星通信、定位追踪等领域引起了人们广泛关注。类似于折叠反射阵，折叠透射阵中透射阵能够充当极化光栅、同时对透射波相位进行补偿。然而同时实现极化和透射相位控制，特别在宽带范围内，依旧特别困难。与折叠反射阵不同，折叠透射阵的研究十分有限。在过去二十多年，作为人工周期性媒介，超材料或超表面在波束传播控制方面具有独特优势。折叠透射阵设计过程中，由正交极化栅、透射移相结构组成的超表面极化栅，可以实现透射90°极化旋转和透射相位调整。然而与折叠反射阵类似，折叠透射阵依然面临圆极化实现困难。一种理想的方式，在透射折叠阵上方增加线圆极化转化装置，可以解决这一矛盾，但是不可避免带来剖面增加、损耗增加等等。据我们所知，圆极化折叠透射阵目前还未被公开报道过。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对传统的透射阵，馈源距离透射阵距离过高，导致体积笨重；同时大部分折叠阵，由于结构限制难以实现圆极化等问题，提供一种圆极化折叠透射阵，该折叠透射阵由底部超表面、馈源、顶部超表面构成。其中顶部超表面对x入射的极化波为全反射，对于y极化波超表面能够实现线转圆极化，同时对圆极化相位补偿。底部超表面主要实现反射交叉线极化转化。理论分析表明在底部、顶部超表面分别发生一次极化转化，导致上下两个超表面间距为焦距的三分之一。基于超表面结构首次实现了圆极化折叠透射阵，其具有低剖面、设计简单、平面化等特点。为实现上述目的，本专利技术采用如下方案：一种圆极化折叠透射阵，包括底部超表面、顶部超表面、馈源；底部超表面与馈源集成，顶部超表面位于上方，且顶部超表面与底部超表面距离为透射阵焦距的三分之一。所述的圆极化折叠透射阵，所述底部超表面从上到下包括金属图案层、介质基体、金属背板，所述金属图案层为一个金属开口方环，开口位于方环的顶角处。所述的圆极化折叠透射阵，所述顶部超表面从上到下包括金属辐射层、介质基体、金属背板、介质基体、金属接收层，所述金属背板中间开设一个孔使得金属辐射层与金属接收层通过金属过孔形式实现电磁能量耦合。所述的圆极化折叠透射阵，所述顶部超表面的金属接收层为中间开设有U型槽的方形贴片。所述的圆极化折叠透射阵，所述顶部超表面的金属辐射层为中间开设有U型槽且副对角处做切角处理的方形贴片。所述的圆极化折叠透射阵，所述馈源为线极化贴片天线，从上到下依次包括V型槽图案金属贴片、介质基体，金属背板。本专利技术的优点是：本专利技术与现有技术相比：本专利技术的圆极化折叠透射阵不仅能够有效地产圆极化波；同时能够大幅降低现有透射阵天线馈源距离，使得现有透射阵馈源距离透射阵距离变为原来焦距的三分之一；所设计的折叠透射阵具有高增益，低剖面、设计简单、平面化、低成本、加工和安装简单等优点，低剖面在卫星通讯、雷达探测、具有极高的应用前景。附图说明图1(a)圆极化折叠透射阵设计原理图(b)顶部超表面对x极化波全反射(c)顶部超表面对y极化波透过，并将其转化为左旋圆极化波，同时对圆极化波进行相位补偿(d)线极化入射下，底部超表面实现线极化转交叉极化。图2顶部超材料单元结构示意图。(a)透视图(b)上层金属图案(c)底层金属图案。图3顶部超表面单元在x极化垂直入射时的结构示意图(a),反射和透视系数(c)；顶部超表面单元在y极化垂直入射时的结构示意图(b),反射和透视系数(d)。图4(a)顶部超表面旋转示意图。在y极化波垂直入射下上层金属图案不同旋转角度对应的Tlcp_y的幅度和相位(b-c)。在x极化波垂直入射下上层金属图案不同旋转角度对应的Rx_x的幅度和相位(d-e)。图5(a)底部超表面结构示意图。(b)线极化入射下仿真同极化Rx_x和交叉极化Ry_x反射系数。图6(a)传输阵天线相位补偿示意图。(b)仿真圆极化折叠透射阵结构模型。(c)顶部超表面底层图案放大示意图。(d)贴片天线馈源示意图。图7(a)仿真和实测圆极化折叠透射阵、贴片天线S11参数。(b)仿真和测试圆极化折叠透射阵天线轴比AR和增益Gain参数。图8仿真和实测圆极化折叠透射阵在10.5GHz处E面(a)和H面(b)方向图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步地说明。1设计机理一种圆极化折叠透射阵，设计原理如图1(a)所示，该圆极化折叠透射阵由三部分组成：底部超表面、顶部超表面、馈源。顶部超表面在设计过程中满足三个条件,见图1(b，c)。首先，充当传统的极化栅，对y极化波透过，对x极化波反射。其次，当电磁波穿过顶部超表面时，它可以实现线极化转圆极化，圆极化的极化特性取决于单元结构类型，在本文中我们仅仅考虑左旋圆极化。最后，它能够为透射波提供相位补偿，满足波束取向条件。底部超表面能够实现线极化入射，交叉线极化反射，见图1(d)。基于以上各个组成部分的功能假设，圆极化折叠透射阵传播轨迹如图3(a)-(d).从馈源发出的x极化波抵达顶部超表面时，由于顶部超表面的极化敏感性，电磁波会在顶部超表面发生镜像反弹。随后，反弹的x极化波传播到底部超表面，在底部超表面发生第二次镜像反弹，并反射波极化旋转90°，从而反射波由x极化转变为y极化(紫色箭头所示)。最终，y极化波有底部超表面反射进入无阻挡进入顶部超表面，并将y极化波转变为理想的左旋圆极化波。显然，根据射线传播的几本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆极化折叠透射阵，其特征在于，包括底部超表面、顶部超表面、馈源；底部超表面与馈源集成，顶部超表面位于上方，且顶部超表面与底部超表面距离为透射阵焦距的三分之一。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆极化折叠透射阵，其特征在于，包括底部超表面、顶部超表面、馈源；底部超表面与馈源集成，顶部超表面位于上方，且顶部超表面与底部超表面距离为透射阵焦距的三分之一。


2.根据权利要求1所述的圆极化折叠透射阵，其特征在于，所述底部超表面从上到下包括金属图案层、介质基体、金属背板，所述金属图案层为一个金属开口方环，开口位于方环的顶角处。


3.根据权利要求1或2所述的圆极化折叠透射阵，其特征在于，所述顶部超表面从上到下包括金属辐射层、介质基体、金属背板、介质基体、金属接收层，所述金属背...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，杨进，柯俊臣，陈茂，陈明正，张琤，杨瑞，崔铁军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32