基于分形超表面的小型化宽带高透射率平面透镜天线

作者：马丽娜; 顾昌展^*; 周凌云; 毛军发

来源：电子学报, 2022, 50(12): 3003-3013.

• 宽带
• 小型化
• 高透射率
• 平面透镜天线
• 分形
• 超表面

本文提出了一种基于分形透射超表面的X波段小型化宽带高透射率平面透镜天线.单元设计依照天线-滤波-天线的设计思想，满足巴特沃斯响应，实现单元宽带和高透射率特性.利用分形和堆栈结构，进一步扩大天线带宽，同时实现单元小型化.基于上述设计思想，设计了两种同时具有小型化、宽带、高透射率特性的三层透射超表面单元，单元周期仅为4.5 mm(0.15λ0).为验证单元特性，设计、仿真、加工、测试了基于两种设计单元的频率选择表面.仿真和测试结果表明，提出的两种频率选择表面带宽分别为40%和64%，与入射角在60°以内条件下的反射系数(S11)和透射系数(S21)的3 dB带宽对应.此外，为了实现透射相位在满足要求特性的尺寸可变范围内的相位360°覆盖，并进一步提高平面透镜天线效率，本文对第二种超表面结构进行改进，提出了一种基于七层透射超表面单元的平面透镜天线，并给出等效电路模型辅助验证.仿真结果表明，本文提出的平面透镜天线的法向最大增益为12.5 dBi，相比馈源高5.25 dB，且具有20%的相对带宽，口径效率高达78%，证明了该天线具有良好的辐射特性.

• 单位
  上海交通大学; 中国科学院