本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種單向輻射的全息天線。

背景技術(shù)：

天線作為無線通信系統(tǒng)中主要的接收及輻射器，其接收特性及輻射特性是通信系統(tǒng)選擇天線類型的一個重要因素，因此，通信設(shè)備對天線的性能要求越來越高。提高天線增益、增強(qiáng)定向性、減小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單靈活是目前研究的熱點(diǎn)。常見的高增益天線主要有反射面天線，即通過反射面對電磁波的散射獲得目標(biāo)輻射方向的天線，具有高增益，高效率等優(yōu)點(diǎn)。但反射面天線結(jié)構(gòu)較大，不能實(shí)現(xiàn)低剖面。微帶反射陣天線，在饋源的照射下，微帶輻射單元通過其預(yù)先調(diào)節(jié)好的移相值可以在指定方向形成波束，從而改變天線輻射方向?？蓪?shí)現(xiàn)低剖面，但其饋電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了系統(tǒng)的設(shè)計難度。

全息天線相比于傳統(tǒng)的反射面天線與反射陣天線，既具有高增益的特性，又具有低剖面、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。全息天線是一種通過源天線高效率的照射全息結(jié)構(gòu)形成的天線，可以使用任意天線作為源天線，通常全息結(jié)構(gòu)由介質(zhì)基板及其上的金屬全息圖案構(gòu)成，全息圖案由源天線與目標(biāo)天線的電場經(jīng)過干涉計算得到，是一簇封閉的橢圓曲線。但由于全息天線為雙向輻射，實(shí)現(xiàn)波束掃描特性的效率較低。若獲得單向輻射的特性，則不能任意選擇源天線，并且需要對全息基板增加地板，難以實(shí)現(xiàn)天線偏離法向輻射的特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題在于提供一種單向輻射的全息天線，提出雙層結(jié)構(gòu)的全息天線，采用上下兩層厚度不同的介質(zhì)基板，效提高了全息天線單向輻射時的增益，使全息天線可以實(shí)現(xiàn)任意方向的單向輻射，提高全息天線波束掃描特性的頻掃范圍。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種單向輻射的全息天線，包括饋源天線1和全息結(jié)構(gòu)2，全息結(jié)構(gòu)2包括上層介質(zhì)基板21和下層介質(zhì)基板22，其上分別設(shè)有金屬全息圖案23；

在水平方向上，下層介質(zhì)基板22相對上層介質(zhì)基板21遠(yuǎn)離饋源天線1四分之一個波長，依據(jù)相位補(bǔ)償原理，上層基板21接收到的天線輻射比下層基板22接收到的源天線1輻射相位超前四分之一個波長；

在垂直方向上，上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22之間的距離根據(jù)目標(biāo)天線的輻射方向而定。

在目標(biāo)天線的輻射方向上，向上層介質(zhì)基板21方向輻射的能量被抵消，向下層介質(zhì)基板22方向輻射的能量得到加強(qiáng)。

所述的金屬全息圖案23分別印刷在上層介質(zhì)基板21、下層介質(zhì)基板22上。

所述的上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22之間使用泡沫填充；

或者，將上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22的四角通過連接件固定，兩介質(zhì)基板之間懸空。

饋源天線1垂直方向上放置在上層基板21的下表面與上層基板的上表面的中間，水平方向上放置在距離較近金屬全息圖案23正半軸焦點(diǎn)處。

調(diào)整設(shè)置源天線1的擺放位置，可使任何源天線1實(shí)現(xiàn)全息天線的單向輻射特性。

所述的上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22的平面尺寸相同，基板厚度不同。

利用厚度不同的介質(zhì)基板，有效減少天線在一個方向的輻射，增強(qiáng)在另一個方向的輻射。

可向法線方向或偏離法線的方向輻射。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的單向輻射的全息天線，采用平面尺寸相同，上下厚度不同的介質(zhì)基板形成全息結(jié)構(gòu)，得到的雙層全息結(jié)構(gòu)簡單；以解決現(xiàn)有技術(shù)中全息天線雙向輻射導(dǎo)致的輻射效率較低、第一副瓣電平較高，單向輻射時，需要限制源天線的類型、無法向偏離法向方向輻射等問題。充分利用相位補(bǔ)償?shù)脑?，為了盡可能減少目標(biāo)天線在一個方向的輻射，增強(qiáng)另一個方向的輻射；在目標(biāo)輻射方向上，向上層介質(zhì)基板方向輻射的能量被抵消，向下層介質(zhì)基板方向輻射的能量得到加強(qiáng)。

本發(fā)明提供的單向輻射的全息天線，可實(shí)現(xiàn)偏離法向輻射的雙層全息天線，可應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信中信號發(fā)射接收系統(tǒng)。其天線結(jié)構(gòu)簡單靈活，可適應(yīng)多種應(yīng)用場合；不需要附加地板，只需設(shè)置源天線的擺放位置，可以使用任何源天線實(shí)現(xiàn)全息天線的單向輻射特性。擺脫了全息天線單向輻射時，需要采用固定形式源天線的約束。

本發(fā)明提供的單向輻射的全息天線，可向法線方向或偏離法線的方向輻射。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，本文雙層全息天線單向的頻掃范圍，比其他形式的全息天線單向頻掃角度的范圍更大。

附圖說明

圖1-1、圖1-2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的全息圖案示意圖；

圖3是本發(fā)明的單層全息結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的雙層全息結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

參見圖1-1～圖4，一種單向輻射的全息天線，包括饋源天線1和全息結(jié)構(gòu)2，全息結(jié)構(gòu)2包括上層介質(zhì)基板21和下層介質(zhì)基板22，其上分別設(shè)有金屬全息圖案23；

在水平方向上，下層介質(zhì)基板22相對上層介質(zhì)基板21遠(yuǎn)離饋源天線1四分之一個波長，依據(jù)相位補(bǔ)償原理，上層基板21接收到的天線輻射比下層基板22接收到的源天線1輻射相位超前四分之一個波長；

在垂直方向上，上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22之間的距離根據(jù)目標(biāo)天線的輻射方向而定。

進(jìn)一步的，在目標(biāo)天線的輻射方向上，向上層介質(zhì)基板21方向輻射的能量被抵消，向下層介質(zhì)基板22方向輻射的能量得到加強(qiáng)。

所述饋源天線1垂直方向上放置在上層基板21的下表面與上層基板的上表面的中間，水平方向上放置在距離較近金屬全息圖案23正半軸焦點(diǎn)處，，使饋源天線1的能量被全息結(jié)構(gòu)高效地接收。

具體的，所述的金屬全息圖案23分別印刷在上層介質(zhì)基板21、下層介質(zhì)基板22上。

所述的上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22之間使用泡沫填充；或者，將上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22的四角通過連接件固定，兩介質(zhì)基板之間懸空。

所述的上層介質(zhì)基板21與下層介質(zhì)基板22的平面尺寸相同，基板厚度不同。利用厚度不同的介質(zhì)基板，有效減少天線在一個方向的輻射，增強(qiáng)在另一個方向的輻射。

進(jìn)一步的，調(diào)整設(shè)置源天線1的擺放位置，可使任何源天線1實(shí)現(xiàn)全息天線的單向輻射特性。

本發(fā)明提供的天線可向法線方向或偏離法線的方向輻射。本發(fā)明的雙層全息天線單向的頻掃范圍，比其他形式的全息天線單向頻掃角度的范圍更大。

下面給出具體的實(shí)施例。

實(shí)施例1

本案例選取喇叭天線作為源天線1，中心頻率30ghz，目標(biāo)天線的輻射方向偏離法向30°，且為單向輻射。兩層介質(zhì)基板均采用fr-4材料。

參照圖1-1、圖1-2，本案例實(shí)施雙層全息天線，其結(jié)構(gòu)包括：饋源天線1，全息結(jié)構(gòu)2。該全息結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)基板21、下層介質(zhì)基板22、金屬全息圖案23。兩層介質(zhì)基板均采用fr-4基板，下層介質(zhì)板厚2.0mm，上層介質(zhì)板21比下層介質(zhì)板22薄0.5mm。金屬全息圖案23印刷在上層介質(zhì)基板21上，同時金屬全息圖案23印刷在下層介質(zhì)基板22上，依據(jù)相位補(bǔ)償原理，為了盡可能減少一個方向的輻射，增強(qiáng)另一個方向的輻射，下層介質(zhì)基板22相對上層介質(zhì)基板21在水平方向上向遠(yuǎn)離源天線方向移動在垂直方向上，根據(jù)目標(biāo)天線的輻射方向計算出移動的距離，在本實(shí)施例中上層基板21相對下層基板22向上移動源天線1垂直方向上設(shè)置在上層基板21的下表面與上層基板的上表面中間，且水平方向上放置在靠近下層金屬全息圖案正半軸焦點(diǎn)處，使饋源天線的能量被全息結(jié)構(gòu)高效地接收。

參照圖2，金屬全息圖案23由源天線1與目標(biāo)天線的電場經(jīng)過干涉計算得到，是一簇封閉的共焦點(diǎn)橢圓曲線。本案例實(shí)施，經(jīng)過對天線的尺寸以及輻射效率的考慮，采用12條全息金屬條帶。l1＝5mm，l2＝15mm，l3＝15mm。以此計算得到共焦點(diǎn)橢圓系。其中，金屬條帶寬度d＝2mm。理想電壁的邊界條件可以由金屬條帶實(shí)現(xiàn)，依據(jù)電磁場唯一性原理，源天線與目標(biāo)天線進(jìn)行干涉，在電場的極小值點(diǎn)放置金屬條帶，金屬條帶圖案形成全息結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2

參照圖3，金屬全息圖案23印刷在上層介質(zhì)基板21上，同時金屬全息圖案23印刷在下層介質(zhì)基板22上，兩層介質(zhì)基板均采用fr-4。從全息圖案正半軸焦點(diǎn)處截取張角為115°的菱形全息介質(zhì)板，不僅可有效縮短天線尺寸，同時能使天線在輻射方向上獲得更高的增益，有效減少天線副瓣電平。

實(shí)施例3

參照圖4，依據(jù)相位補(bǔ)償原理，為了獲得單向輻射，需要盡可能減少一個方向的輻射，增強(qiáng)另一個方向的輻射。下層介質(zhì)基板22相對上層介質(zhì)基板21在水平方向上向遠(yuǎn)離源天線方向移動2.5mm。同時在垂直方向上，可根據(jù)目標(biāo)天線的輻射角度計算出移動的距離，上層基板21與下層基板22距離為下層介質(zhì)板厚2.0mm，上層介質(zhì)板21比下層介質(zhì)板22薄0.5mm?？梢栽诶碚摶A(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)主輻射方向的能量，減少在全息平面對稱方向上另一個輻射能量。

本發(fā)明能夠應(yīng)用于如下環(huán)境：

1)波束掃描天線：

在給定的天線輻射方向，頻率范圍內(nèi)，通過控制源天線照射雙層全息結(jié)構(gòu)得到目標(biāo)天線在一定角度范圍內(nèi)的增益，實(shí)現(xiàn)全息天線的波束掃描特性。全息天線結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，可在通信系統(tǒng)中大量應(yīng)用。

2)高增益低剖面天線：

全息天線相比于傳統(tǒng)的反射面天線與反射陣天線，既具有高增益的特性，又具有低剖面、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。在通信系統(tǒng)中，全息天線具有良好的定向性，改變源天線的輻射方向。

3)全息天線可以采用任意天線作為源天線

不需要附加地板，只需設(shè)置源天線的擺放位置，可以使用任何源天線實(shí)現(xiàn)全息天線的單向輻射特性。擺脫了全息天線單向輻射時，需要采用固定形式源天線1的約束。

4)本發(fā)明采用平面尺寸相同，上下厚度不同的介質(zhì)基板形成全息結(jié)構(gòu)。沒有使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且雙層全息結(jié)構(gòu)可以使用任意源天線，因而簡化了源天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計。實(shí)現(xiàn)任意方向的單向輻射，能夠提高全息天線輻射增益并增大波束掃描角度的范圍，本實(shí)施例天線簡單靈活，可適應(yīng)多種應(yīng)用場合。

以上給出的實(shí)施例是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。