【摘 要】
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随着5G通信、雷达探测和汽车电子技术在微波毫米波频段的发展,具有波束扫描功能的透镜天线得到了深入的研究以及广泛的应用。相较于传统的介质透镜天线以及金属透镜天线,超表面透镜天线因具有低剖面、易加工、低成本及易于集成等优点而受到越来越多的关注。本文从高效低成本的实际需求出发,对于可以实现波束扫描功能的圆极化超表面天线进行研究,论文的主要研究内容如下:1.本文首先简要回顾了波束扫描天线的发展现状、应用背
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随着5G通信、雷达探测和汽车电子技术在微波毫米波频段的发展,具有波束扫描功能的透镜天线得到了深入的研究以及广泛的应用。相较于传统的介质透镜天线以及金属透镜天线,超表面透镜天线因具有低剖面、易加工、低成本及易于集成等优点而受到越来越多的关注。本文从高效低成本的实际需求出发,对于可以实现波束扫描功能的圆极化超表面天线进行研究,论文的主要研究内容如下:1.本文首先简要回顾了波束扫描天线的发展现状、应用背景和工作机理,之后着重介绍了单频高效超表面透镜天线以及双频高效超表面透镜天线的研究现状,最后阐述了论文的研究内容和工作安排。2.设计了一款工作在32 GHz的高效低成本圆极化超表面透镜天线。首先提出了一种具备单介质层结构的低成本高效圆极化超表面单元。通过单元金属图案的旋转,可以实现360?的相位覆盖,并且传输效率不低于0.9。之后基于该超表面单元设计了一款15×15的超表面透镜,并且结合自主设计的贴片天线组合成透镜天线。仿真结果表明:通过对于馈源进行平移,该透镜天线可在二维空间内实现±30?的波束扫描,且在±30?波束扫描范围内旁瓣电平值始终低于-10 d B,扫描损耗（SL）小于-4 d B,最高增益13.6 d Bic。3.设计了一款工作在20/30 GHz的可以实现大角度波束扫描的高效低成本双频圆极化超表面透镜天线。首先提出了一种具备单介质层结构的高效低成本双频超表面单元,经优化,在19-21 GHz以及29-31 GHz的频段范围内通过对应单元结构的旋转,均可以实现对于传输圆极化电磁波360?的相位调控,且传输幅值均可以维持在0.8以上。基于设计的超表面单元设计了一款由27×27个单元组成的超表面透镜。通过将传统傅里叶透镜的口径面相位分布引入到超表面透镜设计,使得超表面透镜的视场获得极大的拓展,达到仿真和测试结果表明:通过在焦平面内水平移动馈源天线,可以实现±60?范围内的波束扫描覆盖。并且旁瓣电平始终低于-10 d B,最大增益在两个频段分别可达到18.9/18.6d Bic,在整个扫描范围内增益损耗（SL）为3.5/3.7 d B,3 d B波束宽度始终不超过20?。
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