一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法技术

本发明专利技术提出了一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法。本发明专利技术使用仿真软件对喇叭馈源进行全波仿真，分别获取调幅平板入射电场幅值和相位。根据调幅平板入射电场幅值和设定的调相平板出射电场幅值代入G

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，尤其涉及一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法。

技术介绍

[0002]天线作为无线通信系统中至关重要的一个部分，能够将电路中调制的信号进行空间辐射使得信号能够无线传播，也能接收空间辐射的信号转换成电路信号，天线性能会直接影响无线通信的质量。
[0003]在不同的应用场景下，所要求的波束形状和辐射方向也有所不同，因此对于天线的设计要求也是不同。阵列天线能够通过控制阵列中每个阵元激励电流的幅值和相位，设计阵列辐射口径电场的幅值分布和相位分布，使得整个阵列天线实现特定的波束形状和辐射方向，相控阵天线即是如此原理，但相控阵天线的整体结构极其复杂且体积与重量较大，一方面不适用于小型化系统，另一方面不利于控制成本和在实际恶劣环境的应用。
[0004]基于超表面结构的阵列天线，相较于相控阵天线具有低成本低剖面等众多优点，应用场景更加广阔。其通过设计阵面上的超表面单元结构，对初始馈源辐射的口径电场进行调控，以实现波束赋形、波束调控等多种功能。但目前超表面单元难以实现幅值和相位的同时精准调控，因此现有基于超表面结构的阵列天线大多都是利用超表面结构的相位调控功能实现波束赋形等功能，导致其波束形状设计具有局限性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法。
[0006]本专利技术的技术方案为一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法，具体步骤如下：
[0007]步骤1：使用仿真软件对喇叭初级馈源进行全波仿真，分别获取调幅平板入射电场幅值和调幅平板入射电场相位；
[0008]步骤2：根据调幅平板入射电场幅值和设定的调相平板出射电场幅值代入G
‑
S算法进行相位恢复，分别获取调幅平板出射电场相位、调相平板入射电场相位；
[0009]步骤3：根据调幅平板入射电场相位和调幅平板出射电场相位计算调幅平板超表面单元所要实现的相位，根据设定的调相平板出射电场相位和步骤2获取的调相平板入射电场相位计算调相平板超表面单元所要实现的相位；
[0010]步骤4：使用仿真软件对超表面单元进行频域求解仿真，获取不同结构参数的超表面单元透射系数相位，通过平滑拟合建立单元结构参数与透射系数相位之间的结构相位模型；
[0011]步骤5：将调幅平板超表面单元所要实现的相位通过结构相位模型，获取调幅平板超表面单元的结构参数；将调相平板超表面单元所要实现的相位通过结构相位模型，获取
调相平板超表面单元的结构参数；
[0012]作为优选，步骤1所述调幅平板入射电场幅值，具体定义如下：
[0013]喇叭初级馈源的初级辐射场入射到调幅平板的电场幅值，定义为调幅平板入射电场幅值：
[0014]所述调幅平板入射电场幅值为：
[0015]A1(u1,v1)
[0016]u1∈[
‑
L1/2,L1/2]，v1∈[
‑
L1/2,L1/2][0017]其中，L1为以调幅平板的边长，u1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，A1(u1,v1)为对应(u1,v1)横纵坐标位置处的电场幅值；
[0018]步骤1所述调幅平板入射电场相位，具体定义如下：
[0019]喇叭初级馈源的初级辐射场入射到调幅平板的电场相位，定义为调幅平板入射电场相位；
[0020]所述调幅平板入射电场相位为：
[0021][0022]u2∈[
‑
L2/2,L2/2]，v2∈[
‑
L2/2,L2/2][0023]其中，L1为以调幅平板的边长，u2为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v2为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，为对应(u2,v2)横纵坐标位置处的电场相位；
[0024]作为优选，步骤2所述调相平板出射电场幅值，具体定义如下：
[0025]整个基于超表面幅相分离调控的透射阵天线的辐射口径电场幅值，定义为调相平板出射电场幅值：
[0026]所述调相平板出射电场幅值，设定为：
[0027]A4(u2,v2)
[0028]u2∈[
‑
L2/2,L2/2]，v2∈[
‑
L2/2,L2/2][0029]其中，L2为以调相平板的边长，u2为以调相平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v2为以调相平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，A4(u2,v2)为对应(u2,v2)横纵坐标位置处的电场幅值；
[0030]步骤2所述调幅平板出射电场相位，具体定义如下：
[0031]调幅平板的入射电场经由调幅平板调控之后的出射电场相位，定义为调幅平板出射电场相位；
[0032]所述调幅平板出射电场相位为：
[0033][0034]u1∈[
‑
L1/2,L1/2]，v1∈[
‑
L1/2,L1/2][0035]其中，L1为以调幅平板的边长，u1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，为对应(u1,v1)横纵坐标位置处的电场相位；
[0036]步骤2所述调相平板入射电场相位，具体定义如下：
[0037]经由调幅平板调控之后的次级辐射场入射到调相平板的电场相位，定义为调相平板入射电场相位；
[0038]所述调相平板入射电场相位为：
[0039][0040]u2∈[
‑
L2/2,L2/2]，v2∈[
‑
L2/2,L2/2][0041]其中，L2为以调相平板的边长，u2为以调相平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v2为以调相平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，为对应(u2,v2)横纵坐标位置处的电场相位；
[0042]作为优选，步骤3所述计算调幅平板超表面单元所要实现的相位，具体过程如下：
[0043][0044]u1∈[
‑
L1/2,L1/2]，v1∈[
‑
L1/2,L1/2][0045]其中，L1为以调幅平板的边长，u1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，φ
plane1
(u1,v1)为对应(u1,v1)横纵坐标位置处的超表面单元所要实现的相位；
[0046]步骤3所述计算调相平板超表面单元所要实现的相位，具体过程如下：
[0047][0048]u2∈[
‑
L2/2,L2/2]，v2∈[
‑
L2/2,L2/2][0049]其中，L2为以调相平板的边长，u2为以调相平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v2为以调相平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，φ
plane2
(u2,v本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使用仿真软件对喇叭初级馈源进行全波仿真，分别获取调幅平板入射电场幅值和调幅平板入射电场相位；步骤2：根据调幅平板入射电场幅值和设定的调相平板出射电场幅值结合G
‑
S算法进行相位恢复，分别获取调幅平板出射电场相位、调相平板入射电场相位；步骤3：根据调幅平板入射电场相位和调幅平板出射电场相位计算调幅平板超表面单元所要实现的相位，根据设定的调相平板出射电场相位和调相平板入射电场相位计算调相平板超表面单元所要实现的相位；步骤4：使用仿真软件对超表面单元进行频域求解仿真，获取不同结构参数的超表面单元透射系数相位，通过平滑拟合建立单元结构参数与透射系数相位之间的结构相位模型；步骤5：将调幅平板超表面单元所要实现的相位通过结构相位模型获取调幅平板超表面单元的结构参数，将调相平板超表面单元所要实现的相位通过结构相位模型获取调相平板超表面单元的结构参数。2.根据权利要求1所述的基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法，其特征在于：步骤1所述调幅平板入射电场幅值，具体定义如下：喇叭初级馈源的初级辐射场入射到调幅平板的电场幅值，定义为调幅平板入射电场幅值；步骤1所述调幅平板入射电场相位，具体定义如下：喇叭初级馈源的初级辐射场入射到调幅平板的电场相位，定义为调幅平板入射电场相位。3.根据权利要求2所述的基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法，其特征在于：所述调幅平板入射电场幅值为：A1(u1,v1)u1∈[
‑
L1/2,L1/2]，v1∈[
‑
L1/2,L1/2]其中，L1为以调幅平板的边长，u1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，A1(u1,v1)为对应(u1,v1)横纵坐标位置处的电场幅值。4.根据权利要求2所述的基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法，其特征在于：所述调幅平板入射电场相位为：u2∈[
‑
L2/2,L2/2]，v2∈[
‑
L2/2,L2/2]其中，L1为以调幅平板的边长，u2为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v2为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，为对应(u2,v2)横纵坐标位置处的电场相位。5.根据权利要求1所述的基于超表面幅相分离调控的透射阵天线设计方法，其特征在
于：步骤2所述调相平板出射电场幅值，具体定义如下：整个基于超表面幅相分离调控的透射阵天线的辐射口径电场幅值，定义为调相平板出射电场幅值：所述调相平板出射电场幅值，设定为：A4(u2,v2)u2∈[
‑
L2/2,L2/2]，v2∈[
‑
L2/2,L2/2]其中，L2为以调相平板的边长，u2为以调相平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v2为以调相平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，A4(u2,v2)为对应(u2,v2)横纵坐标位置处的电场幅值；步骤2所述调幅平板出射电场相位，具体定义如下：调幅平板的入射电场经由调幅平板调控之后的出射电场相位，定义为调幅平板出射电场相位；所述调幅平板出射电场相位为：u1∈[
‑
L1/2,L1/2]，v1∈[
‑
L1/2,L1/2]其中，L1为以调幅平板的边长，u1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上横坐标值，v1为以调幅平板中心建立的二维坐标系上纵坐标值，为对应(u1,v1)横纵坐标位置处的电场相位；步骤2所述调相平板入射电场相位，具体定义如下：经由调幅平板调控之后的次级辐射场入射到调相平板的电场相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓固颖，张云华，何思远，朱国强，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：