基于平面机械调控的超表面波束偏转天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线及其设计方向，包括馈电电路、射频天线阵列和波束偏转单元；所述馈电电路包括多个相位延迟单元，且多个所述相位延迟单元与构成所述射频天线阵列的射频天线阵元一一对应连接，用于向所述射频天线阵元传输具有固定相位延迟的射频信号；所述射频天线阵列，用于根据所述射频信号生成汇聚的电磁波，并将所述电磁波传输至所述波束偏转单元；所述波束偏转单元，用于实现所述电磁波的偏转。本发明专利技术的目的在于提供一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线及其设计方法，旨在提供一款具备低成本和高可集成化新型“动中通”天线，满足日常车辆卫星通信的需求。满足日常车辆卫星通信的需求。满足日常车辆卫星通信的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于平面机械调控的超表面波束偏转天线及其设计方法


[0001]本申请实施例涉及天线
，具体而言，涉及一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]卫星通信技术的逐渐完善，推动了地面终端天线需求的快速增长，其中可以广泛的应用在车辆、高铁、舰船、飞机以及火箭等多种运动平台的“动中通”天线有着广阔的消费市场。
[0003]市面上的“动中通”天线主要是由机械伺服架构天线和相控阵天线构成，由于机械伺服架构的体积大，难集成，相控阵天线的制造成本过高难以实现大规模日常化应用，因此，设计一款具备低成本和高可集成化新型“动中通”天线对卫星通信的大规模应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线及其设计方法，旨在提供一款具备低成本和高可集成化的新型“动中通”天线，满足日常车辆卫星通信的需求。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]本申请实施例第一方面提供一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，包括馈电电路、射频天线阵列和波束偏转单元；
[0007]所述馈电电路包括多个相位延迟单元，且多个所述相位延迟单元与构成所述射频天线阵列的射频天线阵元一一对应连接，用于向所述射频天线阵元传输具有固定相位延迟的射频信号；
[0008]所述射频天线阵列，用于根据所述射频信号生成汇聚的电磁波，并将所述电磁波传输至所述波束偏转单元；
[0009]所述波束偏转单元，用于实现所述电磁波的偏转。
[0010]可选地，所述固定相位延迟为：
[0011]φ
c
(x
A
,y
A
)＝
‑
phase{u
c
}；
[0012]其中，φ
c
(x
A
,y
A
)表示延迟相位，u
c
表示所述射频天线阵列生成的所述电磁波的复振幅。
[0013]可选地，所述波束偏转单元包括超表面天线和位移驱动机构；
[0014]所述超表面天线，用于实现所述电磁波的准直；
[0015]所述位移驱动机构，与所述超表面天线连接，用于平移所述超表面天线的位置，实现所述电磁波的偏转。
[0016]可选地，所述超表面天线包括超表面结构，所述超表面结构的相位分布为：
[0017][0018]其中，表示超表面结构的相位分布，g1、g2、g3、c3以及c4均表示常数系数，x和y表示超表面结构上任意一点的坐标。
[0019]可选地，所述超表面结构的单元结构设置为PB相位结构。
[0020]可选地，所述射频天线阵列设置为微带天线阵列、漏波天线阵列或波导天线阵列。
[0021]可选地，所述相位延迟单元设置为微带延迟线。
[0022]本申请实施例第二方面提供一种超表面波束偏转天线的设计方法，应用于如上所述的一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，包括以下步骤：
[0023]基于预设的平移量和波束偏转量构建二自由度模型；
[0024]基于所述二自由度模型计算超表面天线的相位分布函数和相位延迟单元的固定相位延迟；
[0025]基于所述相位分布函数构建超表面结构的单元结构及单元结构的排列方式；
[0026]基于所述排列方式排列所述单元结构，得到符合所述相位分布函数的超表面天线；
[0027]基于所述固定相位延迟设置所述相位延迟单元的参数。
[0028]可选地，所述二自由度模型为：
[0029][0030]其中，表示电磁波在到达超表面结构时的相位分布函数，表示超表面结构在平移后的相位分布函数，k
x
表示x方向的波矢，k
y
表示y方向的波矢，s
x
和s
y
分别表示超表面结构在x和y方向的平移量，x和y表示平面内任意一点的坐标，c表示常数系数。
[0031]可选地，所述基于所述二自由度模型计算超表面天线的相位分布函数和相位延迟单元的固定相位延迟包括以下子步骤：
[0032]对所述二自由度模型进行微分处理，得到超表面天线的相位分布函数；
[0033]对所述相位分布函数进行反推处理，得到所述相位延迟单元的固定相位延迟。
[0034]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0035]通过设计相位延迟单元的固定相位延迟，使射频天线阵列发射的光线为汇聚光线，此时入射到波束偏转单元上的光斑大小取决于射频阵列的焦距以及超表面天线和微带天线阵列的距离，可根据需要进行实际调整，从而减小整个天线的大小；除此之外，通过设计超表面结构的相位分布，使波束偏转单元能够实现电磁波的准直，并通过位移驱动机构驱动超表面结构平移使得波束发射角改变，实现波束扫描的功能，相较于现有技术中的机械伺服架构，本申请实施例中的位移驱动机构只需要实现平移超表面结构，摆脱传统机械式天线扫描架构，减少天线高度，便于集成到小型化车辆之中。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1是本申请实例中基于平面机械调控的超表面波束偏转天线工作原理示意图；
[0038]图2是本申请实例中广义斯涅耳定律原理示意图；
[0039]图3是本申请实例中二自由度系统工作原理图；
[0040]图4是本申请实例中基于PB相位的超表面阵列设计示意图；
[0041]图5是本申请实例中微带天线阵列设计示意图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0043]实施例1
[0044]本申请实施例提供了一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，如图1所示，包括馈电电路、射频天线阵列和波束偏转单元；
[0045]其中，馈电电路包括多个相位延迟单元，射频天线阵列包括多个射频天线阵元；馈电电路中的相位延迟单元与射频天线阵列中的射频天线阵元一一对应连接，用于向射频天线阵元传输具有固定相位延迟的射频信号；
[0046]其中，射频信号的固定相位延迟并不唯一，只要使得射频天线阵列能够根据射频信号生成汇聚的电磁波即可，本申请实施例中的固定相位延迟设置为：
[0047]φ
c
(x
A
,y
A
)＝
‑
phase{u本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，其特征在于，包括馈电电路、射频天线阵列和波束偏转单元；所述馈电电路包括多个相位延迟单元，且多个所述相位延迟单元与构成所述射频天线阵列的射频天线阵元一一对应连接，用于向所述射频天线阵元传输具有固定相位延迟的射频信号；所述射频天线阵列，用于根据所述射频信号生成汇聚的电磁波，并将所述电磁波传输至所述波束偏转单元；所述波束偏转单元，用于实现所述电磁波的偏转。2.根据权利要求1所述的一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，其特征在于，所述固定相位延迟为：φ
c
(x
A
,y
A
)＝
‑
phase{u
c
}；其中，φ
c
(x
A
,y
A
)表示固定延迟相位，u
c
表示所述射频天线阵列生成的所述电磁波的复振幅。3.根据权利要求1所述的一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，其特征在于，所述波束偏转单元包括超表面天线和位移驱动机构；所述超表面天线，用于实现所述电磁波的准直；所述位移驱动机构，与所述超表面天线连接，用于平移所述超表面天线的位置，实现所述电磁波的偏转。4.根据权利要求3所述的一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，其特征在于，所述超表面天线包括超表面结构，所述超表面结构的相位分布为：其中，表示超表面结构的相位分布，g1、g2、g3、c3以及c4均表示常数系数，x和y表示所述超表面结构上任意一点的坐标。5.根据权利要求4所述的一种基于平面机械调控的超表面波束偏转天线，其特征在于，所述超表面结构的单元结构设置为PB相位结构。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：江世斌，朱世钰，张耀龙，曾智锐，朱伟明，何少伟，李伟，程志伟，张家坤，
申请(专利权)人：成都锦江电子系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：