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基于表面波（SW）的超表面（MTS）天线

微波工程仿真

2025-03-17

导读：基于表面波（SW）的超表面（MTS）天线通常由接地电介质板实现，其上周期性地印刷有不同形状、尺寸和方向的密集亚

基于表面波（SW）的超表面（MTS）天线通常由接地电介质板实现，其上周期性地印刷有不同形状、尺寸和方向的密集亚波长金属图案。天线平面包括在电介质板内产生SW的集成馈线。SW逐渐受到斑块形状平滑空间变化的干扰。这种扰动会产生泄漏波，通过控制会产生较好的辐射模式。

基于MTS扫描波束的实现方法
1-D周期MTS天线
参考资料

MTS

As shown below👇

基于MTS扫描波束的实现方法

连续波束扫描是一项重大挑战。

使用MTS扫描波束的第一种也是最流行的方法是调整或切换每个单独的印刷贴片。然而，考虑到单元数量众多，这种方法需要极其密集的控制电路，从而失去了相控阵列的主要优势，即电子电路的稀疏性。

第二种方法利用可调介电材料，如液晶，但这些材料通常损耗很大，电子设备可能会变得复杂，无法对介电板的介电常数进行局部控制。

第三种方法，将两种具有相反相位斜率的模式结合起来，这两种模式是由广泛分离的馈电创建的。然而，这种技术的波束扫描能力仅限于一个波束宽度。

1-D周期MTS天线

相控阵要求有源元件之间的最大间距为半波长（在扫描范围有限的情况下最多为一个波长），以避免光栅波瓣，从而形成密集的电子前端。因此，不同馈电引起的电流和场必须在多个阵列单元上重叠，以占据整个阵列孔径。

在经典笛卡尔坐标系中，所考虑的天线沿x方向定向，沿y方向平移不变。这种类型的MTS将被命名为1-D MTS。它由一个MTS阵列组成，该阵列被建模为印刷在接地电介质板上的片状阻抗，具有相对介电常数ϵr和厚度dslab。薄层阻抗是周期性的，周期等于阵列单元大小a。天线由沿y不变的SW发射器激励。在此，发射器被建模为垂直基本偶极子（VED）壁（沿y），放置在每个单元的中心和衬底的中间（z=−dslab/2）。VED模型已被证明在预测基于SW的MTS天线的辐射方向图方面是准确的。所有激励的幅度都相同，但在连续的阵列单元之间存在相移ψ，如图所示，其中参考单元和相应的参考馈电以红色突出显示。

MTS天线沿y每单位长度辐射的总功率，由下式给出

参考文献

[1] M. Bodehou, E. Martini, S. Maci, I. Huynen and C. Craeye, "Multibeam and Beam Scanning With Modulated Metasurfaces," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 68, no. 3, pp. 1273-1281, March 2020, doi: 10.1109/TAP.2019.2944554.

[2] J. Dessy, M. Bodehou, J. Cavillot and C. Craeye, "Sparse-Array Metasurface for Beam Scanning," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 10, pp. 8088-8093, Oct. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3439776.

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