一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法

摘要

本发明提出了一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法，所述设计方法基于全息阻抗表面技术，所述全息阻抗表面是由彼此之间有间隙的金属贴片单元构成，通过调整金属贴片单元之间的间隙来改变贴片单元的阻抗值；结合微波全息术中干涉图的原理，确定天线表面的阻抗分布；由一个全向辐射的单极子天线，经过阻抗干涉图的调制之后出射设计要求的天线方向图。本发明设计方法，适用于微波、毫米波和太赫兹波波段。

主权项

1.一种基于全息阻抗表面的多波束天线设计方法，所述多波束天线包含正方形金属贴片、介质基底和接地板，所述介质基底的一面正中间贴接正方形金属贴片，介质基底的另一面贴接接地板；所述正方形金属贴片由带间隙的阻抗金属贴片单元排列构成，其特征在于，所述多波束天线设计方法包含如下步骤：步骤A，计算带间隙的贴片单元阻抗值Z：Z=jZ₀k_z/k₀其中,j是虚数单位,k₀是贴片单元的自由空间波数，k_z是贴片单元的垂直表面方向衰减常数，Z₀是贴片单元的自由空间阻抗；步骤B，计算贴片单元的间隙g：g=(-1.3360*10^-6Z³+9.2688*10^-4Z²-0.2189Z¹+17.84)步骤C，确定单极子天线在全息阻抗表面波ψ_r和天线出射平面波ψ_o，计算公式分别是：ψ_r=e^-jknrψ_o=e^jknxsin(-θ)+e^jknxsin(+θ)其中，θ为出射平面波的方向，n为表面平均折射率，k是自由空间波数，r是单极子天线在全息阻抗表面的位置，x为x轴的轴向分量，y为y轴的轴向分量；步骤D，通过下式天线干涉图方程，确定带间隙的贴片阻抗变化范围：$Z(x,y)=j[X+\mathrm{MRe}\left({\psi }_r{\psi }_o^{*}\right)]$其中，X为平均阻抗值，M为调制率，Re(·)表示取复数实部运算，(·)^*表示复数共轭运算；通过确定X和M值，使阻抗Z(x,y)变化范围与带间隙贴片阻抗变化范围一致。