[发明专利]具有用于宽带频率调谐的可重新配置辐射器的电子可控全息天线

说明书

一种全息天线包括：传输线结构，具有沿着传输线结构的长度的行波模式；和多个可重新配置的辐射元件，沿着传输线结构的长度定位。

【相关申请的交叉引用】

本申请涉及并要求2018年9月10日提交的美国临时专利申请号62/729,341的权益，此处以引证的方式将该申请并入，如同完全阐述一样。本申请还涉及并要求2019年7月23日提交的美国非临时专利申请编号16/519,374的优先权，该申请被同时提交，并且在此处以引证的方式将该申请并入，如同完全阐述一样。

【关于联邦资金的声明】

无

【技术领域】

本公开涉及天线，并且具体涉及全息天线和电子扫描相控阵天线。

【背景技术】

现有技术全息天线具有小于30％的操作带宽，其受到辐射元件带宽的限制，并且根据天线的尺寸，瞬时带宽通常小于3％。

现有技术中的电子扫描相控阵天线或波束形成阵列天线可以通过使用宽带天线元件来实现宽带宽。然而，为了在阵列中使用该元件，该元件必须在各侧上具有小于波长一半的长度。因此，为了实现宽带操作，天线元件在垂直方向上必须更大，这在成本、阵列制造和重量方面具有缺点。宽带相控阵可以是全息阵列的5倍高，并且具有更复杂的制造和电子器件，这两者都增加了成本。

相比之下，全息天线架构已经显示出3-5倍量级的成本节省。全息阵列的小厚度通常在2毫米的量级，这为子阵列面板提供了例如由操作者折叠和随后展开的可能性。进一步地，全息阵列具有在接收模式中使用显著更少功率的潜力，因为它们具有远远更少的天线元件。相控阵在接收模式中使用显著更多的功率，因为它们具有的接收模块是全息阵列的15-20倍之多。

现有技术的全息天线设计可以是固定波束且电子可控的。早在1940年就已经研究了具有开槽波导的漏波天线(LWA)，如下面参考文献[1]所述，此处以引证的方式将该文献并入，并且这些天线的前身在1921年获得专利，如下面参考文献[2、3]所述，此处以引证的方式将这些文献并入。LWA是非谐振天线，其中波沿着结构传播，并且由于天线所支持的模式的特性而辐射。LWA可以被分成两类，即均匀的和周期性的，如下面参考文献[4]所述，此处以引证的方式将该文献并入。均匀天线支持快波模式，其中天线的相速度大于光速。对于这种情况，波根据方程(1)基于沿着天线的模式的波数辐射：

β＝k₀sinθ (1)

其中β是沿着天线传播的波的波数，k₀是自由空间中的波数，θ是相对于天线的表面法线的辐射角。准均匀天线类似于均匀天线操作，但是具有亚波长周期负载以便改进天线特性。复合左右手(CRLH)传输线天线使用电容和电感负载以允许改进的波束扫描，如下面参考文献[5]所述，此处以引证的方式将该文献并入。然而，这些结构通常通过改变它们的操作频率来获得波束扫描，并且这种方法与诸如移动卫星通信的需要固定操作频率的多种应用不兼容。周期性LWA使用其波数被调制的慢波引导结构。在这种情况下，天线辐射由方程(2)定义的无限数量的空间谐波：

β＝k₀sinθ+mk_p (2)