[发明专利]基于相位梯度超表面阵列天线

说明书

本发明公开了一种基于相位梯度超表面阵列天线，该阵列天线由多个阵列相位板排列组成；所述阵列相位板包括按45°相位差覆盖2π排列的8竖单元列，每竖单元列由多个移相单元排列组成；所述移相单元包括层叠的第一介质层和第二介质层；所述第二介质层的后表面设有贴片底层；所述第一介质层和第二介质层之间以及第一介质层的前表面均设有贴片层；所述贴片层包括三条平行间隔设置的条形贴片，条形贴片的垂直方向之间设有竖条贴片；所述竖条贴片的宽度随相邻单元列之间的相位差在0.056‑0.804之间。本发明能够实现对反射波束进行一定角度的偏转，进而达到反射波束角度控制的效果，具有准确性好的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于相位梯度超表面阵列天线，属于天线技术领域。

背景技术

自1886年德国的赫兹建立第一个天线系统以来，天线家族已有130多年的发展历史，如今各种各样的天线层出不穷，满足人们不同的生活需求，不同种类的天线在各自的领域中发挥至关重要的作用。但在不同的通讯环境下，所设计的天线的性能要求也有所不同，如在手机无线通讯上，就要做到小而精，并且反射、投射效率高，较宽的带宽。比如在阵列天线设计上，利用超材料能够大大加强天线的效率、增益等性质。因此超材料天线设计和研究俨然成为该领域的一个重要研究方向，其独特的物理、化学性质打破传统自然材料的束缚，让天线的性能更上一层楼。

相位梯度超表面，其原理简单来说就是射向天线的电磁波能够与亚波长尺寸的超表面产生共振，从而在每个单元结构上产生不同的相位，利用相位突变原理，合理调整阵列单元的周期性排布，便能达到对波束的控制。

电磁波在传统的光学器件中传播时，大多遵循的是一般的斯涅耳反射定律与折射定律，因此所需的光学器件的体积都特别大，并且损耗也比较高。但若采用亚波长尺寸的相位梯度超表面，那么在传播过程中，会产生异常反射和折射，便可以很好的弥补以上缺点，并且设计难度也降低。这是由于电磁波在传播时遵循广义斯涅尔定律，其表面结构尺寸为亚波长，因此电磁波透过极小的厚度便能产生所需相位。但现有的阵列天线难以控制电磁波的反射波束角度，导致了天线波束增益的降低，对与无线通信极为不利。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于相位梯度超表面阵列天线。本发明能够实现对反射波束进行一定角度的偏转，进而达到反射波束角度控制的效果，具有准确性好的特点。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：基于相位梯度超表面阵列天线，该阵列天线由多个阵列相位板排列组成；所述阵列相位板包括按45°相位差覆盖2π排列的8竖单元列，每竖单元列由多个移相单元排列组成；所述移相单元包括层叠的第一介质层和第二介质层；所述第二介质层的后表面设有贴片底层；所述第一介质层和第二介质层之间以及第一介质层(4)的前表面均设有贴片层；所述贴片层包括三条平行间隔设置的条形贴片，条形贴片的垂直方向之间设有竖条贴片；按45°相位差覆盖2π排列的8竖单元列中，所述移相单元(3)的竖条贴片的宽度从左至右依次为1.866mm、1.888mm、1.926mm、1.704mm、1.484mm、0.836mm、0.392mm、0.616mm；所述第一介质层和第二介质层长宽均为2mm，厚度均为0.6mm；所述贴片底层的长宽均为2mm，厚度为0.1mm；所述条形贴片的长度为1.6mm，宽度为0.1mm，厚度为0.035mm，相邻条形贴片之间的间距为0.8mm，其中边缘的一条所述条形贴片与第一介质层的底边相齐平。

上述的基于相位梯度超表面阵列天线，所述第一介质层和第二介质层的材质为聚四氟乙烯，介电常数为2.5。

前述的基于相位梯度超表面阵列天线，所述单元列中的移相单元的数量为19个。

前述的基于相位梯度超表面阵列天线，所述贴片底层的四条边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界。

前述的基于相位梯度超表面阵列天线，所述贴片底层的四角处分别设有透射孔点阵，每个角处的透射孔点阵呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵之间构成阵列栅。