[实用新型]基于极化转换超表面的单层全向圆极化透射阵列天线

说明书

本实用新型公开了一种基于极化转换超表面的单层全向圆极化透射阵列天线，所述天线包括圆柱形极化转换阵列和双锥天线，所述圆柱形极化转换阵列包括圆柱形的介质筒，所述介质筒上形成有若干个周期排列的透射极化转换超表面单元，所述双锥天线位于所述介质筒内，用于为所述圆柱形极化转换阵列馈电；所述双锥天线为全方向性天线，辐射的全向线极化波经过所述圆柱形极化转换阵列后转换成全向左旋圆极化波。所述阵列天线具有电性能优良、覆盖范围广、易于加工调试以及馈电网络结构简单等优点。

技术领域

本实用新型涉及通信用天线技术领域，尤其涉及一种基于极化转换超表面的单层全向圆极化透射阵列天线。

背景技术

目前，超表面器件因其可以操控电磁波振幅、相位和极化方式等能力受到广泛关注，通过这些能力，超表面器件的应用越来越广泛，比如用于制作四分之一波片、半波片、偏振片、超透镜、准全息图、光学涡旋生成器等。

除平面结构的超表面外，共形结构的超表面在近期也引起广泛关注。由于其灵活的轮廓设计，通过设计弯曲轮廓的天线可以实现全空间覆盖以及连续通信，这在结构紧凑和可穿戴的通信设备中具有良好的应用前景。

全向圆极化天线，由于其具有圆极化辐射和全向辐射的优势，广泛应用于遥感、通信等领域。但是传统的全向圆极化天线的馈电网络通常比较复杂，并且受到加工工艺的限制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种电性能优良、覆盖范围广、易于加工调试以及馈电网络结构简单的单层全向圆极化透射阵列天线。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种基于极化转换超表面的单层全向圆极化透射阵列天线，其特征在于：包括圆柱形极化转换阵列和双锥天线，所述圆柱形极化转换阵列包括圆柱形的介质筒，所述介质筒上形成有若干个周期排列的透射极化转换超表面单元，所述双锥天线位于所述介质筒内，用于为所述圆柱形极化转换阵列馈电；所述双锥天线为全方向性天线，辐射的全向线极化波经过所述圆柱形极化转换阵列后转换成全向左旋圆极化波；所述双锥天线包括平面双锥天线以及立体双锥天线；

所述透射极化转换超表面单元由里到外包括第一金属层、第一介质层和第二金属层，所述第一金属层与第二金属层的形状一致，所述第一金属层包括金属方框，所述金属方框内沿其对角线方向设置有两个加载结构，所述加载结构包括将所述金属方框的一个内角包围的金属圆弧，沿所述金属圆弧的中线方向形成有金属加载箭头，两个金属加载箭头相对设置，沿所述金属圆弧的中线方向将其与所述金属方框围成的结构分为对称的两半，其中的一半形成有金属填充，两个所述加载结构内金属填充的位置不同。

进一步的技术方案在于：所述金属圆弧的半径为r₁，所述金属加载箭头包括倾斜部、水平部以及竖直部，所述倾斜部的一端与所述金属圆弧的外周连接，所述倾斜部的另一端分为与所述水平部以及竖直部的一端连接，所述水平部与所述竖直部的长度相等为a₂。

进一步的技术方案在于：所述圆柱形极化转换阵列1的半径为4.75mm，高度为8mm，极化转换超表面单元的数量为64；所述金属方框的长度 a₁＝1.5mm，圆弧的半径r₁＝0.25mm，箭头水平部的长度a₂＝0.2mm，第一介质层12的厚度为0.25mm，长度q＝λ/2，其中λ为在工作频率为90GHz时真空中的波长。

进一步的技术方案在于：所述平面双锥天线包括底部金属层、第二介质层以及顶部金属层，所述底部金属层包括等效为偶极子的两个反向梯形，所述顶部金属层包括等效为偶极子天线双臂的两个反向梯形，在连接边缘的梯形中间设置有用于对天线馈电的微带线，所述底部金属层与所述顶部金属层之间通过金属通孔进行互联。

进一步的技术方案在于：所述底部金属层包括第一梯形和第二梯形，所述第一梯形和第二梯形的短边相对设置，且两者之间保持有距离，所述第一梯形和第二梯形的长边位于外侧。