[发明专利]一种加载EBG结构的高增益多波束周期阻抗调制表面天线

说明书

本发明公开了一种加载EBG结构的高增益多波束周期阻抗调制表面天线，属于天线技术领域。本发明所述天线通过选取适当的张量阻抗单元并且对整个阵面的阻抗单元尺寸进行整体改变实现对整个正面调制系数的优化，相比现有技术每个波束的增益提升1.2dB；通过在现有多波束周期阻抗调制表面天线的外围加载EBG结构，将没有辐射完的能量反射回阵面继续参与调制和辐射，有效提高天线的口径效率，该方法相比现有设计方法，在同等口径下增益提升3.3dB。通过上述两种方式，可以将多波束天线的每个波束的增益提升4.5dB，极大的提高了天线的口径效率。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种加载EBG(Electromagnetic Band Gap，电磁场带隙)结构的高增益多波束周期阻抗调制表面天线。

背景技术

天线作为无线通信系统的终端，在移动通信中发挥着极其重要的作用。在天线发射功率固定的情况下，天线的增益越高，电磁波传输的距离越远，信号的覆盖范围越广，因此国内外学者一直以来都在致力于对高增益天线的研究。多波束天线也是5G天线的重要应用领域，可以实现波束空间隔离与极化隔离，可使通讯卫星频率复用，从而增加卫星的通信容量，而且使发射信号的功率能量密度增加，减小地面接收终端的尺寸，大大降低成本，提高经济效益。

文献“Synthesis of Modulated-Metasurface Antennas With Amplitude，Phase，and Polarization Control，IEEE Transactions on Antennas and Propagation，vol.64，no.9，2016”结合平面光学的原理，克服了传统周期阻抗调制表面天线在中心单极子馈电情况下天线口径能量分布不均匀的问题，使得天线表面阻抗的调制系数幅度和相位随位置变化，弥补了天线馈源本身带来的能量不均匀分布的问题，极大提高了周期阻抗调制表面天线的口径效率。

现有技术“Multibeam by Metasurface Antennas，IEEE Transactions onAntennas and Propagation，vol.65，no.6，2017”公开的技术方案中，通过对周期阻抗调制表面天线的多个波束对应的表面阻抗取平均值的共口径方法设计了四个关于中心对称的多波束天线，并给出了它相比于物理分区的共口径方式的优势，但该天线的增益不高。

现有技术“Efficiency of Metasurface Antennas，IEEE Transactions onAntennas and Propagation，vol.65，no.6，2017”分析了中心馈电情况下周期阻抗调制表面天线的能量效率问题，当周期阻抗调制表面天线的口径较小时，单极子在阵面上激励起的能量会在阵面边缘进行散射和反射，而散射的能量一般会产生不需要的辐射使天线性能恶化，但该现有技术并未给出如何处理阵面边缘没有辐射完能量的问题。

发明名称为“一种高口径效率笔形波束的水平极化全息天线(CN108539393B，2020，2020.02.07)”的专利申请所述技术方案中，在传统全息超表面天线的基础上，将圆形天线阵面分成四个扇区，其中水平方向两个扇区对应主模为TM模的漏波天线，垂直方向两个扇区对应主模为TE模的漏波天线，最终得到高口径效率且E面和H面比较对称的笔状高增益天线，由于要激励起来TE模，该设计方法中用到的阻抗单元没有金属地，因此存在与前向辐射等增益的后向辐射。

发明名称为“基于全息调制的人工张量阻抗表面天线及其实现方法(CN104733850，2017，2017.10.10)”的专利申请公开的技术方案中，利用等效表面阻抗曲线拟合法设计了一款高增益高交叉极化圆极化天线，利用该方法可以极大的简化张量阻抗调制天线的设计方法，该设计方法中用到的张量阻抗单元为切槽方形金属贴片，无法较好实现对整个阵面单元的整体优化。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种加载EBG结构的高增益多波束周期阻抗调制表面天线。