一种双极化平面透射型聚焦超表面天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双极化平面透射型聚焦超表面天线，包括馈源及超表面，所述馈源设置在超表面的上方，产生线极化波照射超表面，所述超表面由N个呈阵列排布的金属辐射单元构成，所述金属辐射单元包括介质基板，所述介质基板具体是两层介质基板贴合构成，其中一层介质基板为双面金属层，另一层介质基板为单面金属层，金属层上设置带枝节的贴片结构。本实用新型专利技术提供的平面透射型聚焦超表面天线，具有平面化、设计灵活、易加工、聚焦效果好、改变入射波极化方向可改变焦点位置的特点，同时本实用新型专利技术所使用的方法，可用于设计任意的聚焦点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种双极化平面透射型聚焦超表面天线


[0001]本技术涉及微波超表面天线领域，具体涉及一种双极化平面透射型聚焦超表面天线。

技术介绍

[0002]近年来，天线的近场(菲涅尔区)特性得到了越来越多的关注。在某些特定的应用场合，如RFID(射频识别)系统、遥感与工业检测、微波热疗、门禁系统、无线能量传输和微波成像，目标位于天线的近场区，故为了提高系统效率、减小干扰，需要将天线能量聚焦在近场区。因此，设计能聚焦能量在近场区域的聚焦天线具有广泛的应用前景和研究价值。
[0003]现在大多数实现聚焦的方式主要有传统的透镜、反射面、调制阻抗表面、相控阵天线等，传统的透镜体积较大，且加工困难，而微带贴片阵列天线馈线设计较为复杂，而其中可以实现不同相位梯度的人工超表面由于其在电磁波的传播过程中引入相位突变，来代替传统器件中的馈电引入相位差，设计简单灵活，还具有体积小、易于加工、性能稳定等特点。由于透射的辐射单元的自身性能限制，大多数都需要使用四层及以上的金属层来实现360
°
相位覆盖，且对极化的利用较为单一，频带窄。
[0004]现阶段用超表面实现聚焦功能的天线还不多，且功能较为单一，介质层数多，效率低。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本技术提供一种双极化平面透射型聚焦超表面天线，能够将不同极化的入射波高效率的聚焦在不同的焦点上。
[0006]本技术采用的技术方案如下：
[0007]一种双极化平面透射型聚焦超表面天线，包括馈源及超表面，所述馈源设置在超表面的上方，产生线极化波照射超表面，所述超表面由N个呈阵列排布的金属辐射单元构成，所述金属辐射单元包括介质基板，所述介质基板具体是两层介质基板贴合构成，其中一层介质基板为双面金属层，另一层介质基板为单面金属层，金属层上设置带枝节的贴片结构。
[0008]所述馈源为喇叭天线或微带天线，当馈源以不同极化入射波入射时，分别在另一侧得到预先设置的不同焦点，即可通过改变入射波的极化来改变焦点的位置，而当馈源极化在垂直超表面方向旋转45
°
入射时，可在另一侧形成两个焦点。
[0009]所述带枝节的贴片结构为方形或圆形。
[0010]优选的，N个呈阵列排布的金属辐射单元构成圆形或矩形。
[0011]所述枝节为对称结构，包括X轴的两个不同方向的枝节及Y轴两个不同方向的枝节。
[0012]优选的，由于对称性，X轴和Y轴的枝节分别调控不同极化的补偿相位，具有相同性能，相移范围相同及工作频段相同。
[0013]优选的，金属辐射单元的透射补偿相位，与该金属辐射单元在介质基板上表面位置有关，基于线性光学原理，计算每个金属辐射单元位置到焦点和馈源距离与参考原点到焦点和馈源距离之差的波程差进一步得到所需的补偿相位。
[0014]优选的，枝节根据金属辐射单元所在的不同位置上采用不同尺寸，使其在工作频率上产生该位置所需的相位。
[0015]优选的，所述金属辐射单元具有宽带性能，能工作在不同的频率下。
[0016]本技术的有益效果：
[0017](1)该平面透射型聚焦超表面天线设计方案可用于产生任意位置的焦点，设计灵活，其在一个设计中，能将不同极化的入射波聚焦到不同的位置，当馈源极化在垂直超表面方向旋转45
°
入射时，可在另一侧形成两个焦点。作为验证，本技术给出了在不同极化入射波入射下实现不同聚焦点的实施例；
[0018](2)该聚焦超表面天线使用较少的3层金属和2层介质贴合形成，其拥有较好的透射幅度同时相移范围达到了320
°
，降低了加工难度和成本；
[0019](3)本技术的辐射单元采用相同的3层金属结构，可以简单的通过调整枝节的长度来调节不同极化所需的补偿相位，同时，单元中调节相位的枝节之间相互干扰小，在整个相移范围内调整一个极化对应的枝节尺寸对另一个极化的相位影响小，辐射单元的相移曲线在一定的频带内具有相似的特征，表明结构具有宽带特性，可以在偏移中心频点的频率下工作；
[0020](4)本技术克服了传统透镜天线加工困难，成本高的缺点，同时也省去了一般贴片阵列天线复杂的馈电网络，同时具有效率高的优点，该天线具有平面化的结构，易于加工和装配。
附图说明
[0021]图1是本技术实施例的三维结构示意图；
[0022]图2是本技术实施例的平面透射阵的俯视图；
[0023]图3是本技术实施例的工作原理示意图；
[0024]图4是本技术实施例的辐射单元的其中x方向枝节长度L1的相移曲线图；
[0025]图5是本技术实施例在垂直坐标原点焦距为50mm的x极化入射波对应的相位分布图；
[0026]图6是本技术实施例在垂直坐标原点焦距为85mm的y极化入射波对应的相位分布图；
[0027]图7是本技术实施例在图5情况下x极化入射波照射形成的yoz平面聚焦效果图；
[0028]图8是本技术实施例在图6情况下y极化入射波照射形成的yoz平面聚焦效果图；
[0029]图9是本技术实施例在图5情况下x极化入射波照射形成的焦平面聚焦效果图；
[0030]图10是本技术实施例在图6情况下y极化入射波照射形成的焦平面聚焦效果图；
[0031]图11是本技术实施例在偏移坐标原点聚焦的x极化入射波对应的相位分布图；
[0032]图12是本技术实施例在图11情况下x极化入射波照射形成的焦点聚焦效果图。
具体实施方式
[0033]下面结合实施例及附图，对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实施方式不限于此。
[0034]实施例
[0035]如图1-图2所示，一种双极化平面透镜型聚焦超表面天线，包括馈源1及超表面2，馈源设置在超表面的上方一定距离处，馈源产生球面波照射超表面，所述超表面由N个带枝节的三层金属辐射单元构成，所述N个带枝节的金属辐射单元呈阵列排布，阵列形状为圆形、矩形等结构。所述金属辐射单元3包括介质基板，该介质基板由两层介质基板贴合形成，一层为双面金属结构，另一层为单面金属结构，金属层上设置带枝节的贴片结构，所述超表面的各个辐射单元的枝节尺寸可调整，用来产生该位置所需的相移补偿，辐射单元结构对于入射波的极化敏感，同时，单元中调节相位的枝节之间相互干扰小，在整个相移范围内调整一个极化对应的枝节尺寸对另一个极化的相位影响小，能将不同极化的入射波聚焦到超表面另一侧不同的焦点上，且该单元具有一定的宽带性能。
[0036]所述馈源可以选用低旁瓣、低后瓣的喇叭天线或微带天线等产生线极化波的天线类型，当馈源极化在垂直超表面方向旋转45
°
入射时，可在另一侧形成两个焦点。本实施例优选为馈源喇叭。
[0037]所述金属辐射单元为三层相同的金属结构，可以达到320度的透射调相范围以及较好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极化平面透射型聚焦超表面天线，其特征在于，包括馈源及超表面，所述馈源设置在超表面的上方，产生线极化波照射超表面，所述超表面由N个呈阵列排布的金属辐射单元构成，所述金属辐射单元包括介质基板，所述介质基板具体是两层介质基板贴合构成，其中一层介质基板为双面金属层，另一层介质基板为单面金属层，金属层上设置带枝节的贴片结构。2.根据权利要求1所述的一种双极化平面透射型聚焦超表面天线，其特征在于，所述馈源为喇叭天线或微带天线，当馈源以不同极化入射波入射时，分别在另一侧得到预先设置的不同焦点，即可通过改变...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠芬，张健，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：