本發(fā)明涉及天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列。

背景技術(shù)：

1、天線是通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接決定了整個(gè)通信系統(tǒng)的性能上限。隨著無線通信和射頻技術(shù)的快速發(fā)展，更高性能、更小型化、更可靠的天線器件的需求日益增加，高性能天線能夠提升信號(hào)的傳輸質(zhì)量、覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率，從而滿足現(xiàn)代通信對(duì)高效率和高可靠性的需求。因此，改進(jìn)天線設(shè)計(jì)、提升其性能，是天線設(shè)計(jì)技術(shù)和通信技術(shù)研究的一個(gè)重要方向。

2、超表面天線是一種新型的天線技術(shù)，基于超表面的原理，通過大量微小的電磁單元構(gòu)建而成。超表面天線具備優(yōu)越的電磁波調(diào)控能力，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)天線無法實(shí)現(xiàn)的特性，如超高增益、寬頻帶和極佳的方向性。利用特征模分析，可以深入研究超表面天線的輻射特性和性能參數(shù)，幫助設(shè)計(jì)出更高效的天線結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)天線無法達(dá)到的優(yōu)越性能。這種天線的靈活設(shè)計(jì)使其在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是無線通信和雷達(dá)技術(shù)中，展現(xiàn)出巨大的潛力。

3、盡管超表面天線具有諸多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，它們?nèi)悦媾R輻射方向上的輻射盲區(qū)問題。超表面天線由多個(gè)微小單元組成，這些單元的相位特性可能導(dǎo)致在特定方向上出現(xiàn)相位抵消，這一問題導(dǎo)致在某些特定方向上出現(xiàn)輻射盲區(qū)，信號(hào)強(qiáng)度顯著下降，影響了天線的輻射效率和整體性能，這種現(xiàn)象限制了超表面天線在高要求通信環(huán)境中的應(yīng)用，迫切需要有效的解決方案。

4、在雷達(dá)通信領(lǐng)域，多工作頻帶和高增益是確保系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。多工作頻帶支持多種頻率資源的使用，能夠適應(yīng)不同的通信需求；而高增益則確保在復(fù)雜環(huán)境中信號(hào)的有效傳輸。因此，針對(duì)開發(fā)具備多個(gè)工作頻帶和高增益特性的超表面天線陣列，成為提升雷達(dá)通信系統(tǒng)性能的迫切需求，具有重要的理論意義和顯著的實(shí)踐價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，可實(shí)現(xiàn)雙頻帶天線的功能，且解決了主輻射方向上出現(xiàn)輻射盲區(qū)的問題，可在工作頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的輻射特性，具有高方向性、高增益的主瓣和較低的旁瓣效果，實(shí)現(xiàn)高增益的效果。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本技術(shù)方案提供一種應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，包括：陣列排布的至少一超表面天線單元，其中所述超表面天線單元自上而下設(shè)置：超表面層，表面鋪設(shè)用于激發(fā)特征模態(tài)的貼片組，貼片組包括鋪設(shè)呈方形區(qū)域的多個(gè)正方形貼片以及分置于方形區(qū)域的邊角位置的多個(gè)直角三角形貼片，且至少一正方形貼片上刻蝕有至少一條縫隙；第一介質(zhì)層；刻蝕有鼓型縫隙的帶縫接地板；第二介質(zhì)層；以及饋電線層，包括長條饋電線以及設(shè)置在長條饋電線的頂部的t型功分器。

3、相較現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案具有以下特點(diǎn)和有益效果：

4、本方案設(shè)計(jì)的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列解決了輻射盲區(qū)的問題：超表面層通過在正方形貼片上刻蝕縫隙改變表面電流分布路徑，進(jìn)而重構(gòu)輻射場(chǎng)，改善了主輻射方向上原本因電流分布不合理形成的輻射?“空白區(qū)”（輻射盲區(qū)），且不同類型正方形貼片的排序破壞了超表面結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，減少貼片間相位干涉，降低特定方向上出現(xiàn)輻射盲區(qū)的現(xiàn)象。

5、本方案設(shè)計(jì)的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列可以實(shí)現(xiàn)高增益與良好輻射特性：正方形貼片用于激發(fā)特征模態(tài)，能精準(zhǔn)激發(fā)出在工作頻率范圍內(nèi)有利于實(shí)現(xiàn)良好輻射特性的特征模態(tài)，直角三角形貼片用于增強(qiáng)表面電流，提高天線方向性和增益，特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多模態(tài)激發(fā)，使天線在特定方向上輻射能量更集中，具有高方向性、高增益的主瓣和較低旁瓣效果。

6、本方案設(shè)計(jì)的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列保證良好的信號(hào)傳輸與耦合，帶縫接地板上設(shè)置鼓型縫隙，其長度等參數(shù)設(shè)計(jì)可滿足兩側(cè)虛開路條件，保證饋電線層的饋電線到鼓型縫隙的能量有效耦合，滿足電磁波傳播，鼓型縫隙寬度漸變?cè)O(shè)計(jì)確保連續(xù)性和光滑過渡，有效減少反射損耗，提高整體信號(hào)傳輸可靠性，且饋電線層設(shè)計(jì)了長條饋電線和?t?型功分器，可在兩種不同工作頻段實(shí)現(xiàn)雙頻特性，饋電線在特定頻率處能激發(fā)相應(yīng)半波長和全波長的電場(chǎng)分布，使超表面天線單元實(shí)現(xiàn)特定雙頻帶效果，并在此頻率范圍內(nèi)達(dá)到良好性能表現(xiàn)。同時(shí)，長條饋電線和?t?型功分器的長度等參數(shù)滿足諧振條件，進(jìn)一步保障信號(hào)傳輸效果。

7、本方案設(shè)計(jì)的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列的超表面天線單元及天線陣列在回波損耗、增益、輻射方向圖等方面均表現(xiàn)出色，具有較寬的雙頻工作帶寬和顯著的高增益，能滿足無線通信、雷達(dá)系統(tǒng)和其他高性能信號(hào)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，正方形貼片（111）區(qū)分為未刻蝕縫隙的第一正方形貼片，刻蝕單條縫隙的第二正方形貼片以及刻蝕兩條縫隙的第三正方形貼片，其中第二正方形貼片上存在x軸或y軸方向上的表面電流，第三正方形貼片上存在x軸方向的表面電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，第三正方形貼片上刻蝕十字型縫隙，第二正方形貼片上刻蝕對(duì)角位置設(shè)置的縫隙或者斜置設(shè)置的縫隙，十字狀縫隙位于第三正方形貼片的正中位置且同第三正方形貼片的邊界留有間隙，且十字狀縫隙的橫置縫隙以及豎置縫隙的長度相同，對(duì)角位置設(shè)置的單條縫隙將第二正方形貼片切割成面積均等的兩個(gè)直角三角形，斜置設(shè)置的單條縫隙將第二正方形貼片切割為面積不均等的梯形和三角形兩部分，且縫隙平行于第二正方形貼片的對(duì)角線。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，貼片組（11）包括3*3陣列排布的9個(gè)正方形貼片（111），其中，位于3*3陣列的右上角的位置和右下角的位置設(shè)置第三正方形貼片，位于3*3陣列的左上角的位置、左下角的位置、右上角和右下角之間的位置、左上角和右上角之間的位置、左下角和右下角的位置之間設(shè)置第二正方形貼片。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，貼片組（11）的直角三角形貼片（112）的直角邊同方形區(qū)域（100）的對(duì)角位置的邊平行設(shè)置，且方形區(qū)域（100）的每一對(duì)角位置設(shè)置兩個(gè)直角三角形貼片（112）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，鼓型縫隙（21）的長度大于二分之一波長，鼓型縫隙（21）的兩端側(cè)的寬度大于中間側(cè)的寬度，且兩端側(cè)的寬度向中間側(cè)的寬度逐漸變小。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，饋電線層（30）的長條饋電線（31）垂直于鼓型縫隙（21）設(shè)置且位于鼓型縫隙（21）的中軸線上，長條饋電線（31）頂部的t型功分器（32）有兩條平行的金屬條，且t型功分器（32）的左右兩條金屬條相對(duì)于鼓型縫隙（21）的中軸線對(duì)稱設(shè)置且相對(duì)于鼓型縫隙（21）的縫隙空間設(shè)置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，包括2*2陣列排布的超表面天線單元，各超表面天線單元之間的間距大于二分之一波長。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，同超表面天線單元的饋電線層30組成雙頻帶超表面天線陣列的饋電線層，雙頻帶超表面天線陣列的饋電線層包括第一阻抗匹配t型功分器、第二阻抗匹配t型功分器和第三阻抗匹配t型功分器，其中第二阻抗匹配t型功分器和第三阻抗匹配t型功分器分別連接于第一阻抗匹配t型功分器的兩端側(cè)，第二阻抗匹配t型功分器連接左側(cè)的兩個(gè)超表面天線單元的饋電線層（30）的長條饋電線（31），第三阻抗匹配t型功分器連接右側(cè)的兩個(gè)超表面天線單元的饋電線層（30）的長條饋電線（31）。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，其特征在于，饋電線層（30）的饋電線在7ghz、9ghz處的鼓型縫隙（21）分別激發(fā)半波長和全波長的電場(chǎng)分布，超表面天線單元實(shí)現(xiàn)7.0-9.1ghz和10.3-11.9ghz的雙頻帶。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于雷達(dá)成像的雙頻帶超表面天線陣列，包括：陣列排布的至少一超表面天線單元，其中所述超表面天線單元自上而下設(shè)置：超表面層，表面鋪設(shè)用于激發(fā)特征模態(tài)的貼片組，貼片組包括鋪設(shè)呈方形區(qū)域的多個(gè)正方形貼片以及分置于方形區(qū)域的邊角位置的多個(gè)直角三角形貼片，且至少一正方形貼片上刻蝕有至少一條縫隙；第一介質(zhì)層；刻蝕有鼓型縫隙的帶縫接地板；第二介質(zhì)層；以及饋電線層，包括長條饋電線以及設(shè)置在長條饋電線的頂部的T型功分器，在回波損耗、增益、輻射方向圖等方面均表現(xiàn)出色，具有較寬的雙頻工作帶寬和顯著的高增益，能滿足無線通信、雷達(dá)系統(tǒng)和其他高性能信號(hào)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：朱武富,肖丙剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6