一种四极化可重构超表面天线的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种四极化可重构超表面天线的设计方法，属于电磁领域。首先确定极化可重构天线的各项参数，设计矩形缝隙作为天线的基本辐射单元。然后根据天线所选的馈源形式，确定参考波和目标波束的解析表达式，并在Matlab软件中计算参考波和目标波P

【技术实现步骤摘要】
一种四极化可重构超表面天线的设计方法
本专利技术属于电磁领域，涉及微波射频和电磁超材料技术，具体是一种四极化可重构超表面天线的设计方法。
技术介绍
极化可重构天线是一种具有极化可切换特性的天线，即通过控制所加载开关器件的通断或改变馈电方式等方法，改变天线表面的电流分布，从而在工作频率和辐射方向不变的情况下，辐射出不同极化方式的波束。由于极化可重构天线可以在多种正交极化模式间进行切换，降低系统天线成本的同时，进一步提升信道的通信容量，因此它在极化追踪和自适应探测等领域具有极大的应用价值。此外，相比于单极化天线，极化可重构天线的抗干扰能力更强，可以减小极化不匹配和信道干扰的影响，利于在多种复杂环境下的稳定通信，因此在卫星通信、保密通信和遥感探测领域也具有巨大的应用潜力。目前实现极化可重构的方式主要有两种：一种是设计可重构的单元，即为每个单元加载电可控的PIN二极管，通过控制二极管的通/断状态改变天线表面的电流分布，进而实现对天线极化特性的改变。另一种方式则是设计动态可控的馈电网络，使馈电网络具有可重构的能力，例如在选通不同端口时可以获得不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四极化可重构超表面天线的设计方法，其特征在于，分为以下步骤：/n步骤一、根据实际的应用需求，确定待设计的极化可重构天线的各项参数；/n各项参数包括：可重构天线的中心工作频率、工作波长、缝隙单元的长度和宽度、缝隙单元的周期、采用缝隙单元的个数(行数×列数)、可重构天线的总长度和总宽度、介质基板的厚度、介电常数和馈源的位置；/n步骤二、为了实现天线的四种极化可重构，设计矩形缝隙作为天线的基本辐射单元；/n极化可重构天线为平面孔径阵列，由亚波长缝隙单元阵列和在中心位置馈电的平行板波导组成；/n矩形缝隙单元被刻蚀在可重构天线顶层的金属板上，缝隙中间是空气；天线表面的缝隙单元包括的形式为：在天线...

【技术特征摘要】
1.一种四极化可重构超表面天线的设计方法，其特征在于，分为以下步骤：
步骤一、根据实际的应用需求，确定待设计的极化可重构天线的各项参数；
各项参数包括：可重构天线的中心工作频率、工作波长、缝隙单元的长度和宽度、缝隙单元的周期、采用缝隙单元的个数(行数×列数)、可重构天线的总长度和总宽度、介质基板的厚度、介电常数和馈源的位置；
步骤二、为了实现天线的四种极化可重构，设计矩形缝隙作为天线的基本辐射单元；
极化可重构天线为平面孔径阵列，由亚波长缝隙单元阵列和在中心位置馈电的平行板波导组成；
矩形缝隙单元被刻蚀在可重构天线顶层的金属板上，缝隙中间是空气；天线表面的缝隙单元包括的形式为：在天线表面不设置缝隙、设置水平缝隙、设置垂直缝隙以及设置十字形缝隙；
步骤三、根据天线所选的馈源形式，确定参考波的解析表达式，并在Matlab软件中计算参考波在天线表面范围内的相位分布；
天线所选的馈源形式为：在波导中间的位置使用同轴馈电，由它产生的参考波在平行板波导结构中传播；
参考波Href的解析形式表示为：



其中，表示0阶第1类汉克尔函数；kg表示介质中的波数，即k0为自由空间中的波数，εr为所选用介质板的介电常数；r表示天线表面上任意一点处距离中心原点的距离，x和y分别为天线表面上的横/纵坐标值；φ表示方位角，即xoy水平面上任意一点处与x正半轴之间的夹角；和分别为x极化和y极化的单位矢量；
步骤四、确定期望辐射的目标波束的解析表达式，并在Matlab软件中计算目标波Pobj的相位分布；
目标波束也就是天线所要辐射的波束，根据所要求的辐射方向和波束类型确定解析表达式，计算如下：



其中，P0为波束的幅度；j为虚数单位；θ为辐射波束的俯仰角；
步骤五、利用参考波和目标波束，结合全息方法求解天线表面的干涉相位分布值Mx和My；
步骤六、判断天线某个位置处的干涉相位值是否超过设定的阈值；如果是，则在天线该位置不设置缝隙单元；否则，则该位置设置缝隙单元；由此得到天线表面各个位置的缝隙单元分布情况；
步骤七、针对若干缝隙单元构成的天线阵列，在HFSS软件中设置该天线阵列的各项参数进行电磁仿真，判断仿真结果中辐射波束和是否和预期目标一致，如果是，进入步骤八，否则，返回步骤六，调整阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨，邓力，李书芳，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11