一种毫米波超材料反射面天线设计

聂星河，范逸风，孙永志，缪 伟

（中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京210007）

0 引言

随着微波毫米波技术在雷达、成像和通信系统中的快速发展，高增益（大于25 d Bi）、高定向性天线受到了越来越多的关注[1-3]。出于高增益的需求，利用空气馈电的形式实现大口径的反射面天线成为了研究的重点。传统的抛物面天线采用金属结构，尺寸较大且笨重，不利于系统集成。因此，无论从技术发展还是系统集成需求的角度出发，研究平面结构的反射面天线都具有重要意义[4-6]。

超材料是指将具有特定几何形状的亚波长宏观基本单元周期性排列所构成的人造电磁材料[7-8]。理论上超材料可以实现任意介电常数与磁导率，因而广受关注。由于超材料具有控制电磁波的特性，可以将其应用于平面反射阵天线的设计当中。传统的反射面天线利用曲面的形状来实现波束聚焦的功能，而本文的设计中采用介质打孔型超材料这种结构实现波束汇聚。通过调节超表面材料单元的各个物理尺寸以实现所需的相位补偿值，并将具有不同相位补偿值的各个超表面材料单元按照一定的相位分布进行排布，最终实现这种新型平面反射阵。

1 平面超材料反射阵相位补偿原理

传统的抛物面天线依靠反射面外形对馈源发出的球面波进行补偿，使其“加速”转换为平面波，从而提高天线的增益。超材料结构具有操纵电磁波的特性，可以用于反射面天线的设计当中。通过调节组成超材料结构的各个单元的物理尺寸以实现不同的相位补偿值。……