[实用新型]新型轴向压缩二维平面透镜天线

说明书

本实用新型在此提供一种新型轴向压缩二维平面透镜天线，其特征在于：整个透镜天线分为四个部分：第一部分，由960个高阻表面单元组成的平面透镜及两端的金属块，透镜两端的金属块简化成了金属薄片与第三部分反射背板相接；第二部分，由SMA接头内导体伸出形成的单极子天线；第三部分：反射背板；第四部分就是平行平板波导。本专利用高阻表面单元实现了轴向压缩平面透镜；为了使电磁能量集中从透镜处辐射，从而更好地利用透镜的汇聚效应提高辐射增益，又恰如其分地给透镜添加了金属上下盖板和围挡(不正确地添加盖板和围挡会恶化天线性能)，从而实现了高性能轴向压缩平面透镜天线。

技术领域

本实用新型涉及一种天线，具体来讲是一种新型轴向压缩二维平面透镜天线。

背景技术

高阻表面对表面波辐射控制的主要应用领域就是二维透镜天线。因为透镜的形状是通常无法改变的，所以二维透镜天线的小型化通常只能降低其剖面高度。本实用新型另辟蹊径，用推广的离散坐标变换电磁学来压缩平面透镜，再用高阻表面单元来实现压缩透镜的折射率分布，从而实现新型轴向压缩平面透镜天线。目前，要真正实现以上要求，还有如下两个重要问题需要解决：其一，需要将离散坐标变换电磁学由真空推导至连续介质；其二，设计出阻值符合要求的高阻表面单元。

实用新型内容

因此，为了解决上述不足，本实用新型在此提供一种新型轴向压缩二维平面透镜天线；本专利用高阻表面单元实现了轴向压缩平面透镜；为了使电磁能量集中从透镜处辐射，从而更好地利用透镜的汇聚效应提高辐射增益，又恰如其分地给透镜添加了金属上下盖板和围挡(不正确地添加盖板和围挡会恶化天线性能)，从而实现了高性能轴向压缩平面透镜天线。

本实用新型将首先给出离散坐标变换电磁学的理论推广；再设计出阻值符合理论要求的高阻表面单元；然后通过HFSS15.0软件进行全波仿真验证；最后对天线的其他部件进行设计并给出天线最终的详细结构、全波仿真和实测结果。

本实用新型是这样实现的，构造一种新型轴向压缩二维平面透镜天线，其特征在于：整个透镜天线分为四个部分：

第一部分，由960个高阻表面单元组成的平面透镜及两端的金属块，透镜两端的金属块简化成了金属薄片与第三部分反射背板相接；

第二部分，由SMA接头内导体伸出形成的单极子天线，内导体半径为r_a＝0.65mm，通过大量扫参确定伸出长度为h_a＝8mm左右，单极子天线位于平面透镜焦点处，由于凸透镜变换成平面透镜后会导致焦点有些许位移，所以要扫参确定，最终确定的焦距为L＝128.5mm；

第三部分：反射背板，这一部分由两部分构成，一部分是单极子天线周围的半圆围挡，距离单极子距离为1/4波长，第二部分是连接半圆围挡到金属薄片之间的金属壁，反射背板的高度即是平行平板波导的净高h＝15mm；

第四部分就是平行平板波导，由上、下两块金属底板形成平行平板波导，下金属底板具有矩形缺口，用于镶嵌平面透镜；下金属底板厚度等于介质板厚度d_s＝2.54mm，上金属底板净高为h＝15mm；信号在SMA接头处以波导端口方式馈入。

本实用新型具有如下优点：本专利用高阻表面单元实现压缩平面透镜，实现了透镜的轻薄化；又将压缩平面透镜用于二维透镜天线设计，实现二维透镜天线的轴向小型化。

另外，仿真及实测结果表明：有平面透镜时，其方向性系数从8.5dBi增加到11.5dBi(仿真值)，半功率波束宽度(HPBW)从37°下降为16.5°，充分证明平面透镜起到了相应的相位调整作用。对辐射方向图进行了实测：H面和E面的辐射方向图仿真和实测合得较好，实测阻抗带宽约260MHz，尺寸为 4.35λ*4λ*0.375λ。本工作将高阻表面和推广的离散变换电磁学相结合，实现了二维透镜天线轴向压缩。这是一个全新的方法，同时也对其他二维透镜天线小型化方案有较强的启发意义。

附图说明