[发明专利]一种基于超材料电磁特性的相控阵天线

摘要

本发明主要属于微波、毫米波天线技术领域，具体涉及一种基于超材料电磁特性的相控阵天线。所述相控阵天线包括微带贴片天线单元、馈电装置；所述微带贴片天线单元包括正电极、介质基板和负电极；所述微带贴片天线单元采用超材料作介质基板，通过对所述超材料介质基板施加偏置电压，改变超材料介质基板的介电常数εr，使施加偏置电压的微带贴片单元处于谐振状态；未施加偏置电压的微带贴片单元不处于谐振状态，实现了相控阵天线单元的稀疏化。本发明所述相控阵天线单元对被激活的辐射单元的激励相位进行更为精确的控制，从而提高了天线主波束的指向精度、增大了天线增益、减小了天线旁瓣电平、扩大了天线波束扫描范围,扩展了天线的工作带宽。

主权项

1.一种基于超材料电磁特性的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线包括微带贴片天线单元、馈电装置；所述微带贴片天线单元包括介质基板；所述介质基板为超材料介质基板，所述超材料介质基板的一侧设置微带贴片单元作为正电极，另一侧采用所述馈电装置的上层导电板作为负电极；通过对所述超材料介质基板施加偏置电压，改变超材料介质基板的介电常数εr，使施加偏置电压的微带贴片单元处于谐振状态，处于谐振状态的微带贴片单元作为所述相控阵天线的辐射单元；未施加偏置电压的微带贴片单元不产生谐振，不处于谐振状态的微带贴片单元作为所述相控阵天线的虚设单元，实现了相控阵天线单元的稀疏化；其中，所述超材料介质基板不施加偏置电压时的介电常数为εr1，加饱和偏置电压时介电常数为εr2，所述微带贴片单元的尺寸是按照当超材料介质基板的介电常数为εr2时微带贴片单元处于谐振状态设计的，此时微带贴片单元就成为辐射单元；当超材料介质基板的介电常数为εr1时，εr1＜εr2，此时微带贴片单元的等效尺寸不是半个波长无法谐振，也就不能向自由空间辐射，此时微带贴片单元为虚设单元；所述超材料介质基板的介电常数是从εr1到εr2连续可变的，施加在每一微带贴片单元上的电压是所述超材料介质基板的门限电压至饱和电压之间的任意值；所述馈电装置的内部填充超材料介质，通过对所述馈电装置内部的超材料介质施加偏置电压，改变超材料介质的介电常数εr，以对每个被选中激活的辐射单元的激励相位进行精确的控制；在所述馈电装置的上层导电板上开设缝隙，开设缝隙的所述上层导电板同时为馈电装置内部填充的所述超材料介质和所述微带贴片天线单元内的所述超材料介质基板施加偏置直流电压，所述开设缝隙的上层导电板是该两层超材料介质的公共地板。