[发明专利]基于超表面的多波束反射阵天线及其制造方法

说明书

基于超表面的多波束反射阵天线及其制造方法，包括馈源天线和超表面反射阵；馈源天线位于超表面反射阵的正前方；超表面反射阵包括N*N个超表面反射单元，N*N个超表面反射单元均匀排布形成超表面反射阵。本发明通过改变目标方向图，可产生不同多波束对应的幅度和相位分布，重复上述设计步骤，可产生不同多波束的超表面反射阵天线，可实现多种不同波束的产生，结构简单，易实现。

技术领域

本发明属于超表面电磁调控技术领域，具体涉及基于超表面的多波束反射阵天线及其制造方法。

背景技术

新型人工电磁表面，是一种可以人为地设计电磁参数的特殊表面，由按照周期或准周期排列的亚波长单元构成。这类材料的电磁特性与材料本身的特性无关，由亚波长单元的结构细节决定。因此可通过设计超表面上的单元结构，使得照射到超表面的电磁波的相位发生突变，从而将超表面上的相位和幅度重新排布，进而控制电磁波的传播方向和传播方式。这种能够灵活调控电磁波前的特性使电磁超表面成为波束赋形的合适方法，在雷达、通信等领域中的应用前景广阔。

现有技术公布了一种基于超构表面的任意波形产生器。该天线主要由具有幅度和相位调控能力的超构表面以及Vivaldi天线构成，通过遗传算法优化所需幅度相位分布，使其在远场形成目标方向图，来设置出扇形波产生器。该天线存在的不足之处是，只可以产生单波束，无法形成多个波束，并对波束幅度进行调控。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于超表面的多波束反射阵天线及其制造方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于超表面的多波束反射阵天线，包括馈源天线和超表面反射阵；馈源天线位于超表面反射阵的正前方；超表面反射阵包括N*N个超表面反射单元，N*N个超表面反射单元均匀排布形成超表面反射阵。

进一步的，馈源天线为Vivaldi天线，Vivaldi天线和超表面反射阵的距离为F。

进一步的，Vivaldi天线由上部金属贴片、中间介质基板以及下层耦合馈电的微带线构成。

进一步的，超表面反射单元包括I形金属贴片、介质基板和底层金属反射面；I形金属贴片设置在介质基板上表面，底层金属反射面设置在介质基板的下表面。

进一步的，超表面反射单元其结构参数为单元边长p＝6mm，圆环外径r＝2.7mm。

进一步的，介质基板相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.003。

进一步的，基于超表面的多波束反射阵天线及其制造方法，包括以下步骤：

步骤1，根据遗传算法优化得到一维反射阵天线的幅度和相位分布；

步骤2，根据一维反射阵天线的幅度和相位分布，经过周期延拓，得到二维超表面反射阵天线；将优化得到的幅度和相位进行周期性延拓，得到N*N的二维面阵的幅度和相位分布，采用MATLAB与CST联合建模仿真的方法，实现自动化建模并仿真，此阵面通过平面波激励后，产生目标波束；

步骤3，根据实际馈源仿真结果对二维超表面反射阵天线的幅度和相位进行优化补偿；

步骤4，通过改变目标方向图，设计产生不同多波束的超表面反射阵天线。

进一步的，步骤1具体为：首先确定遗传算法中适应度函数的表达式，适应度函数表达了目标方向图与理论方向图的拟合程度，使用当前方向图与目标方向图的绝对值之差来作为适应度函数，表示为：

Fitness＝∑|T(θ)-F(θ)|