[发明专利]一种实现轴向定向波束和径向多波束辐射的混合介质天线

说明书

本发明属于天线技术领域，提出了一种多功能混合介质天线，包括中心镂空混合介质板、金属平板、单极子天线和矩形波导，所述的中心镂空混合介质板是由中心圆柱形缺口和周期性圆柱形穿孔并加载金属丝线的各向异性正方形介质单元组成，其中圆柱形穿孔的直径在混合介质板上由中心向外递增；所述金属平板加载在混合介质板的下表面；所述单极子天线固定在混合介质板正中心；所述矩形波导通过支架固定在整体混合介质板的轴向焦点位置。本发明能够同时实现轴向高增益定向辐射和径向多波束辐射功能，可应用于卫星通信等领域。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种混合介质天线，具体涉及一种基于混合介质板的多功能天线，可应用于卫星通信和移动通信等领域。

技术背景

随着卫星通信和移动通信的迅猛发展，人们对多功能介质天线的集成设计需求越发迫切。然而目前针对介质天线的设计和研究中，大多单一地采用同类型介质特性来实现相应的电磁辐射功能，因而一般介质天线的功能较为单一，而混合介质天线可以实现更多的功能，例如设计能够利用梯度渐变介质层实现定向波束的混合介质，也适用于利用混合介质的零折射率特性实现波前整形。

例如申请公布号为CN108767424A，名称为“一种实现边射和端射功能的多层介质天线”的专利申请，公开了一种实现边射和端射功能的多层介质天线，包括由边射相位补偿介质板和端射相位校准介质板组成的同心圆多层介质板和馈源；边射相位补偿介质板由圆形和多个圆环形介质板嵌套成；端射相位校准介质板是嵌套在边射相位补偿介质板最外层的圆环形结构，其内嵌有由多个介质块组成的端射增益校准模块，同心圆多层介质板的下表面印制有金属平板，馈源包括1个矩形波导和3个微带天线；矩形波导在边射相位补偿介质板的轴向焦点处；微带天线在边射相位补偿介质板的径向焦点处，该天线通过混合介质在不同方向上的相位补偿，保证边射方向上定向波束的同时实现端射方向上定向波束，边射方向的馈源为矩形波导，端射方向的馈源为微带天线，然而，圆环形介质嵌套板结构的加工难度高，馈源也较多，馈电网络复杂。

以上混合介质天线虽然可以同时实现多功能，但结构和馈电网络复杂，加工困难，需要的材料种类多，结合不牢固，不利于投入实际使用，难以满足卫星通信和移动通信对轴向定向波束和径向多波束辐射功能同时实现的使用要求。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种实现轴向定向波束和径向多波束辐射的混合介质天线，旨在保证轴向定向辐射和径向多波束辐射特性的同时，简化混合介质天线的结构。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括反射镜，所述反射镜由正方形混合介质板1和粘贴在该正方形混合介质板1下表面的金属平板2组成；所述正方形混合介质板1包括位于中心的介质板11和与该介质板11拼接的由多个混合介质单元12组成的环状阵列，所述介质板11的中心位置设置有第一圆柱形过孔111，所述正方形混合介质单元12由第二圆柱形过孔121和加载在其中的金属丝线122组成，所述环状阵列由m×m个周期性排布的混合介质单元12组成的面阵减去该面阵中心位置n×n个周期性排布的混合介质单元12构成，所述介质板11的板面尺寸与n×n个周期性排布的混合介质单元12占据的板面尺寸相等，该介质板11位于环状阵列的环内，m-n≥2，n≥2；所述第一圆柱形过孔111的中心固定有单极子天线单元3；所述正方形混合介质板1上表面一侧通过支架4固定有矩形波导5，且该矩形波导5输出端口的几何中心位于反射镜的焦点位置；

所述第二圆柱形过孔121，其半径R_i通过该第二圆柱形过孔121在正方形混合介质板1中所处的位置确定，具体计算公式为：

其中，f为反射镜的焦距，c为真空之中光速，f为工作频率，T为混合介质板的厚度，d为的第二圆柱形过孔轴线到正方形混合介质板中心法线的距离，b为混合介质单元的边长，ε_r为混合介质单元使用介质的介电常数。