一种基于相位相消的方向回溯天线阵列

技术领域

本发明属于方向回溯阵列天线技术领域，具体涉及一种基于相位相消的方向回溯天线阵列。

背景技术

Van Atta天线阵列作为方向回溯阵列天线的一种，具备方向回溯性能的同时，可以实现宽角度、宽频带、高增益、低成本、小型化等各式各样应用场景所需要的特性。现有Van Atta天线阵列多采用交叉极化回溯的方式，使回溯波与结构散射达到极化隔离，从而避免地板等结构散射对回溯波的影响，实现方向回溯。

但目前关于共极化回溯的Van Atta天线阵列，特别是针对如何通过改变阵列的结构散射来实现共极化回溯效果的设计方法还鲜有报道。

通信系统的发展因日渐紧张的频谱资源受到一定的限制。方向回溯阵列由于具备高增益的特点以及波束跟踪能力，可以提高天线性能，增加频谱资源的利用率。当方向回溯阵列从一个未知方向接收到信号后，经过相位共轭电路的处理，可以自动向来波方向发射信号，这种特性被叫做方向回溯特性。Van Atta天线阵列仅需要通过等长度传输线来连接关于阵列中心对称的两天线单元，即可达成相位共轭条件，实现对来波方向的自动跟踪。Van Atta天线阵列在具备方向回溯性能的同时，理论较为成熟，结构较为简单，因此功能得到了很大拓展，应用场景日渐丰富。但对于入射波与回溯波共极化的Van Atta天线阵列，尤其是基于相位相消的三维空间阵列布局减缩散射场以实现回溯效果的设计方法还未有研究。

现有技术中，定向天线能为系统带来方向性增益，但对于移动通信，若希望仍然获得定向天线所带来的方向性增益，就要求所采用天线具有波束形成、跟踪的能力。基于以上原因，人们开始研究寻找一种低成本、紧凑型的波束跟踪天线技术，Van Atta天线阵列正是应运而生的这样一类天线。但是在现有Van Atta天线阵列的设计技术中，一部分是通过对入射波进行极化转化来优化回溯效果，例如采用双极化天线单元，使入射波经过天线阵列后以正交极化波发射，即回溯场与散射场极化正交，实现方向回溯。一部分是通过在阵列中加入有源器件，入射波经过整体链路增益放大后发射出去，易于与结构散射波区分，实现更优的回溯效果，可是由于加入了有源电路部分使得整体结构更加复杂并增加了制作成本。现有Van Atta天线阵列大多是基于增大回溯场或改变回溯场极化形式的方式来达到回溯，通过减缩散射场来降低其对回溯场的影响，实现共极化方向回溯的设计还未被研究，这对于拓展Van Atta天线阵列的应用场景是十分需要的。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于相位相消的方向回溯天线阵列，对天线单元进行三维空间阵列布局，从而实现散射场减缩的Van Atta天线阵列；所提出阵列通过引入高度差的方式让不同区域的结构散射场间形成180°相位差，以此达到散射场相消减缩的效果，而回溯场大小依旧不变，与减小后的散射场区分。本发明为Van Atta天线阵列的实现与应用提供了新思路，拓展了所设计天线阵列的适用场景。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于相位相消的方向回溯天线阵列，

定义XYZ空间坐标系表征三维空间，所述天线阵列由4N(N≥1)个完全相同的基本圆极化天线单元在所述三维空间平移排布构成；

所述基本圆极化天线单元分为单元1、单元2、······、单元4N-1和单元4N；

其中，关于中心对称的两个基本圆极化天线单元间由相同长度的同轴线通过smp射频接头连接，即单元1与单元4N连接，单元2与单元4N-1连接，······，单元2N-1与单元2N+2连接，单元2N与单元2N+1连接。

令4N＝p×q(p，q为偶数)，阵列以p列，q行排列；

所述阵列第一行为p个单元，编号单元1至单元p，单元1至单元p沿Y轴方向依次排列，相邻单元间Y向间距为d1，Z向位于两种高度，相邻单元间Z向间距为h1，X向间距为0；

阵列第二行为p个单元，编号单元p+1至单元2p，单元p+1位于单元1水平Y轴方向下方，X轴、Y轴两个方向间距为d2和d3，同层排列即Z向间距为0；单元p+1至单元2p沿Y轴方向依次排列，相邻单元间Y向间距为d1，Z向位于两种高度，相邻单元间Z向间距为h1，X向间距为0；

以第一行与第二行排列为一组，沿X轴方向依次排列至q行，每相邻组间X向间距为d1,Y向间距为0，Z向间距为0。

其中，

所述宽带圆极化天线单元包括两层介质层，两层金属层和一层馈电网络层，两层介质层为第一介质层和第二介质层；两层金属层为辐射贴片层和金属地面层；一层馈电网络层为馈电网络层；

辐射贴片层为最顶层结构，附于第一介质层上表面中心位置；第二介质层位于第一介质层正下方，金属地面层位于第二介质层上表面，即介于第一介质层和第二介质层之间；通过铜柱层贯穿第一介质层、金属地面层和第二介质层，连接辐射贴片层和馈电网络层；馈电网络层位于第二层介质下表面，第二层介质下表面还设置smp射频接头焊盘。

所述铜柱层包括沿中心对称设置四根相同的铜柱，分别为铜柱一、铜柱二、铜柱三和铜柱四，四根柱子上边连接辐射贴片层，下边连接馈电网络层。

铜柱一沿天线单元中心顺时针旋转90°得到铜柱二，铜柱一沿天线单元中心顺时针旋转180°得到铜柱三，铜柱一沿天线单元中心顺时针旋转270°得到铜柱四。

所述辐射贴片层以四点馈电的主辐射贴片和寄生贴片作为辐射结构，主辐射贴片、寄生贴片位于第一介质层上表面；主辐射贴片为圆形结构，寄生贴片等间距设置在主辐射贴片四周，寄生贴片由主辐射贴片耦合馈电。

所述主辐射贴片在±x和±y方向开相同大小的四个圆环形槽，四个圆环形槽沿中心对称设置，圆环形槽为圆形金属结构，寄生贴片由四个相同的结构组成，中心对称分布在主辐射贴片左上角、左下角、右上角和右下角；

所述结构为正方形金属贴片减去圆心位于原点的圆形贴片与正方形金属贴片相重叠的扇形部分得到。

所述金属地面层为金属贴片，在金属贴片上给铜柱一开过孔一，过孔一到超表面单元边缘的距离与其对应的铜柱相同，同理给铜柱二开与过孔一同等大小的过孔二、给铜柱三开与过孔一同等大小的过孔三，给铜柱四开与过孔一同等大小的过孔四。

所述馈电网络层由金属过孔部分和微带线部分构成；金属过孔部分包括结构相同的金属过孔一、金属过孔二、金属过孔三、金属过孔四、金属过孔五和金属过孔六，上边连接金属地面层，下边连接馈电网络层的微带线部分，金属过孔部分穿过第二介质层，微带线部分位于第二介质层下表面。

所述微带线部分包括三个完全一样的微带功分结构、一个180°移相器三，两个完全一样的90°移相器一、90°移相器二和圆环形结构一；

第一个所述微带功分结构引出两臂，一臂接180°移相器三，另一臂为50Ω微带线；180°移相器三和50Ω微带线后均接一个微带功分结构，并且其中一个即第二个微带功分结构的两个臂分别接90°移相器一和50Ω微带线，另一个即第三个微带功分结构的两个臂分别接90°移相器二和50Ω微带线；90°移相器一、90°移相器二和两部分50Ω微带线尾端接圆环形结构一。

所述微带功分结构包括结构二，结构二为微带功分器中的隔离电阻，电阻位于微带功分结构两臂之间，位置与两端枝节平齐，所述结构一为连接铜柱层与馈电网络层的过渡结构，所述铜柱层上方连接主辐射贴片，下方连接馈电网络层。

所述180°移相器三中包含金属过孔一和金属过孔二，金属过孔一和金属过孔二分别位于180°移相器三中两根枝节的同侧尾部，连接金属地面层和180°移相器三，作为短路枝节拓展移相器带宽。

所述90°移相器一中包含金属过孔三和金属过孔四，金属过孔三和金属过孔四分别位于90°移相器一中两根枝节的同侧尾部，连接金属地面层和90°移相器一，作为短路枝节拓展移相器带宽。

所述90°移相器二中包含金属过孔五和金属过孔六，金属过孔五和金属过孔六分别位于90°移相器二中两根枝节的同侧尾部，连接金属地面层和移相器二，作为短路枝节拓展移相器带宽。

所述smp射频接头焊盘包括金属底盘和金属过孔七，金属过孔七贯穿第二介质层，连接金属地面层和金属底盘。

本发明的有益效果：

本发明的天线阵列由8个完全一样的宽带左旋圆极化天线单元组成。该阵列不仅可以对左旋圆极化入射波实现回溯，同时可对

总的来说，本发明通过从根本上减小散射场的影响，使Van Atta天线阵列不仅具备一般二维排布阵列的回溯特性，同时具备了较好的共极化回溯能力，并且具有操作简单，成本低的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列的俯视图，各个基本单元以一定的间距和高度差排列；

图2为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列的俯视图，各个基本单元以一定的间距和高度差排列；

图3为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列的侧视图，各个基本单元以一定的间距和高度差排列；

图4为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构三维示意图；

图5为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构尺寸结构说明图；

图6为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构中辐射贴片层的俯视图；

图7为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构中铜柱层和金属地面层的俯视图；

图8为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构中馈电网络层金属化过孔的俯视图；

图9为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构中馈电网络层微带线部分及smp射频接头焊盘的俯视图；

图10为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构S参数的仿真结果；

图11为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构增益的仿真结果；

图12为本发明实施例1基本圆极化天线单元结构轴比的仿真结果；

图13为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列左旋圆极化波入射时，10GHz处phi＝0面的左旋圆极化双站RCS仿真结果；

图14为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列左旋圆极化波入射时，10GHz处phi＝90面的左旋圆极化双站RCS仿真结果；

图15为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列在phi极化波入射时，10GHz处phi＝0面的左旋圆极化双站RCS仿真结果；

图16为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列在phi极化波入射时，10GHz处phi＝0面的theta极化双站RCS仿真结果；

图17为本发明实施例1中三维空间布局Van Atta天线阵列在phi极化波入射时，10GHz处phi＝0面的phi极化双站RCS仿真结果；

图18为二维空间布局Van Atta天线阵列在phi极化波入射时，10GHz处phi＝0面的phi极化双站RCS仿真结果。

附图标记：

图中，1、第一介质层；2、第二介质层；3、辐射贴片层；4、铜柱层；5、金属地面层；6、馈电网络层；7、smp射频接头焊盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明基于Van Atta天线阵列回溯理论和反射相位相消理论。天线阵列单元保持中心对称布局，并采用等长传输线将中心对称的成对天线单元进行连接，使得出射波的相位与入射波相位共轭，实现方向回溯特性。进一步高度方向上对成对的天线单元引入高度差，从而不同高度上的单元之间产生180°的反射相差，实现地板的共极化波抑制。

一种基于相位相消的方向回溯天线阵列；是由8个完全相同的基本圆极化天线单元3维空间平移排布构成，其中，关于中心对称的两个天线单元由等长的同轴线相连。

所述基本圆极化天线单元分为单元1、单元2、单元3、单元4、单元5、单元6、单元7和单元8；

所述单元1与单元2同行排列，水平间距d1为38mm，垂直距离h1范围为8.4-8.6mm；

单元3位于单元1右下角，水平两个方向距离d2为19mm，d3为19mm，同层排列即垂直距离为0mm；

单元4与单元3同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1；

单元5与单元1同列排布，水平间距为d1，同层排列；

单元6与单元5同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1；

单元7与单元3同列，水平间距为d1，同层排列；

单元8与单元7同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1；关于中心对称的天线单元间由相同长度l1为105-115mm的同轴线连接，即单元1与单元8连接，单元2与单元7连接，单元3与单元6连接，单元4与单元5连接。

辐射贴片层3为最顶层结构，附于第一介质层1上表面中心位置；第二介质层2位于第一介质层1正下方，金属地面层5位于第二介质层2上表面，即介于第一介质层1和第二介质层2之间；铜柱层4分别贯穿第一介质层1，金属地面层5和第二介质层2，连接辐射贴片层3和馈电网络层6；馈电网络层6和smp射频接头焊盘7位于第二层介质2下表面。

所述铜柱层4包括四根相同的铜柱，穿过第一介质层1和第二介质层2；金属地面层5位于第二介质层2上表面；馈电网络层6包括金属过孔部分6_1和微带线部分6_2，金属过孔部分6_1包括六个完全一样的金属过孔，穿过第二介质层2，微带线部分6_2位于第二介质层2下表面；所述辐射贴片层3包括四点馈电的主辐射贴片3_1和寄生贴片3_2作为辐射结构，主辐射贴片3_1、寄生贴片3_2位于第一介质层1上表面；主辐射贴片3_1为圆形结构，寄生贴片3_2等间距设置在主辐射贴片3_1四周，寄生贴片3_2由主辐射贴片3_1耦合馈电。用于提升天线增益，优化天线圆极化性能。

所述金属地面层5作为整个天线的地板层，铜柱层4和馈电网络层6为主辐射贴片3_1在宽频带内提供等幅、相位依次相差90°的激励，实现圆极化。

所述的第一介质层1的厚度h2为2.3mm，第二介质层2的厚度h3为0.254mm，且它们合在一起的总厚度为2.554mm，介质基板1的材质是相对介电常数为ε

所述主辐射贴片3_1为±x和±y方向开相同大小圆环形槽8的圆形金属结构，寄生贴片3_2由四个相同的结构9组成，中心对称分布在主辐射贴片3_1左上角、左下角、右上角和右下角；

其中主辐射贴片3_1圆心位于原点12，半径r1范围为3.9-4.1mm，其上的圆形环槽8外径r2为1.3mm，内径r3为1.2mm，圆形环槽8圆心距原点l2为1.9mm。

所述结构9为正方形金属贴片减去圆心位于原点的圆形贴片得到，正方形金属贴片边长l3范围为4.45-4.55mm，主辐射贴片3_1的圆形贴片半径r4为4.3mm，结构9到天线单元边缘距离l4为3.95mm。

所述铜柱层4包括铜柱一10、铜柱二11、铜柱三12和铜柱四13，四根铜柱完全一样，铜柱一10沿天线单元中心顺时针旋转90°、180°和270°后，分别得到铜柱二11、铜柱三12和铜柱四13。

所述铜柱层4上方连接主辐射贴片3_1，下方连接馈电网络层6，铜柱一10的半径r5为0.3mm，高度h4为2.554mm，距离天线单元边缘l6范围的距离为7.8-7.9mm，距离天线单元边缘l7的距离为9.75mm。

所述金属地面层5是边长l5＝19.5mm的金属贴片，在其上给铜柱一10开过孔一14，过孔一14的半径r6范围为0.45-0.55mm，到超表面单元边缘的距离与其对应的铜柱相同，同理给铜柱二11开与过孔一14同等大小的过孔二15、给铜柱三12开与过孔一14同等大小的过孔三16，给铜柱四13开与过孔一14同等大小的过孔四17。

所述馈电网络层6由金属过孔部分6_1和微带线部分6_2构成；金属过孔部分6_1包括结构相同的金属过孔一18、金属过孔二19、金属过孔三20、金属过孔四21、金属过孔五22和金属过孔六23，上边连接金属地面层5，下边连接馈电网络层的微带线部分6_2。

所述金属过孔半径r7为0.1mm，高度h5为0.254mm；

所述微带线部分6_2包括三个完全一样的微带功分结构24、一个180°移相器三25，两个完全一样的90°移相器一26、90°移相器二27和圆环形结构一28；

由第一个微带功分结构24引出两臂，一臂接180°移相器三25，另一臂为50Ω微带线；180°移相器三25和50Ω微带线后均接一个微带功分结构24，并且其中一个微带功分结构24的两个臂分别接90°移相器一26和50Ω微带线，另一个微带功分结构的两个臂分别接90°移相器二27和50Ω微带线；90°移相器一26、90°移相器二27和两部分50Ω微带线尾端接圆环形结构一28。

其中，50Ω微带线线宽w1为0.24mm，微带功分结构24臂长l8范围为3.5-3.6mm，臂宽w2为0.1mm，枝节距离功分器分岔口l9为2.75mm，枝节长l10为0.25mm，结构二29为微带功分器中的隔离电阻，阻值ohm为82Ω，采用0402封装的贴片电阻，电阻位于微带功分结构24两臂之间，位置与两端枝节平齐，180°移相器三25线宽w4为0.1mm，枝节宽度w3为0.1mm，枝节长度l11范围为3-3.1mm；90°移相器二27线宽w5为0.15mm，枝节长度l12范围为3-3.1mm，所述结构一28为连接铜柱层4与馈电网络层6的过渡结构，圆环内径为铜柱一10半径r5，外径r8范围为0.4mm-0.5mm。

所述smp射频接头焊盘7包括金属底盘30和金属过孔七31，金属过孔七31贯穿第二介质层2，连接金属地面层5和金属底盘30，高度为0.254mm。

实施例1

参照图1、图2、图3，所述的Van Atta天线阵列是由8个基本圆极化天线单元3维空间平移排布构成。单元1与单元2同行排列，水平间距d1为38mm，垂直距离h1为8.5mm。单元3位于单元1右下角，水平两个方向距离d2为19mm，d3为19mm，同层排列即垂直距离为0mm。单元4与单元3同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1。单元5与单元1同列排布，水平间距为d1，同层排列。单元6与单元5同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1。单元7与单元3同列，水平间距为d1，同层排列。单元8与单元7同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1。关于中心对称的天线单元间由相同长度l1为110mm的同轴线连接，即单元1与单元8连接，单元2与单元7连接，单元3与单元6连接，单元4与单元5连接。

参照图4，阵列所用宽带圆极化天线单元包括两层介质层，两层金属层和一层馈电网络层的基本结构，其特征是，介质层由自上而下分布的第一介质层1和第二介质层2构成；金属层由自上而下分布的辐射贴片层3、铜柱层4、金属地面层5、馈电网络层6和smp射频接头焊盘7构成，其中超表面散射和辐射层3分为两部分，一部分为主辐射贴片3_1，另一部分为寄生贴片3_2，这两部分都位于第一介质层1上表面。铜柱层4包括四根相同的铜柱，穿过第一介质层1和第二介质层2。金属地面层5位于第二介质层2上表面。馈电网络层6包括金属过孔部分6_1和微带线部分6_2，金属过孔部分6_1包括六个完全一样的金属过孔，穿过第二介质层2，微带线部分6_2位于第二介质层2下表面。圆极化天线单元辐射贴片层3由四点馈电的主辐射贴片3_1为主要辐射结构，寄生贴片3_2由主辐射贴片3_1耦合馈电，可以提升天线增益，优化天线圆极化性能。金属地面层5作为整个天线的地板层。铜柱层4和馈电网络层6为辐射贴片在宽频带内提供等幅、相位依次相差90°的激励，实现圆极化。

参照图5，所述的第一介质层1的厚度h2为2.3mm，第二介质层2的厚度h3为0.254mm，且它们合在一起的总厚度为2.554mm，介质基板1的材质是相对介电常数为ε

参照图6，所述的辐射贴片层3是主辐射贴片3_1和寄生贴片3_2的组合，其中，主辐射贴片3_1为±x和±y方向开相同大小圆环形槽8的圆形金属结构，寄生贴片3_2由四个相同的结构9组成，中心对称分布在主辐射贴片3_1左上角、左下角、右上角和右下角。其中主辐射贴片3_1圆心位于原点，半径r1为4mm，其上的圆形环槽8外径r2为1.3mm，内径r3为1.2mm，圆形环槽圆心距原点l2为1.9mm。结构9为正方形金属贴片减去圆心位于原点的圆形贴片得到，正方形金属贴片边长l3为4.5mm，圆形贴片半径r4为4.3mm，结构9到天线单元边缘距离l4为3.95mm。

参照图7，所述的铜柱层4由铜柱一10，铜柱二11，铜柱三12和铜柱四13构成，四根铜柱完全一样，铜柱一10顺时针旋转90°、180°、270°可以得到铜柱二11，铜柱三12和铜柱四13。铜柱层4上方连接主辐射贴片3_1，下方连接馈电网络层6。铜柱一10的半径r5为0.3mm，高度h4为2.554mm，距离天线单元边缘l6为7.85mm，l7为9.75mm。

所述的金属地面层5是边长l5为19.5mm的金属贴片，给铜柱一10开过孔一14，过孔一14的半径r6为0.5mm，到超表面单元边缘的距离与其对应的铜柱相同，同理给铜柱二11开与过孔一14同等大小的过孔二15、给铜柱三12开与过孔一14同等大小的过孔三16，给铜柱四13开与过孔一14同等大小的过孔四17。

参照图8，所述的馈电网络层6中的金属过孔部分6_1由完全一样的金属过孔一18，金属过孔二19，金属过孔三20，金属过孔四21，金属过孔五22和金属过孔六23组成，上边连接金属地面层5，下边连接馈电网络层的微带线部分6_2。金属过孔半径r7为0.1mm，高度h5为0.254mm。

参照图9，所述的馈电网络层6中的微带线部分6_2由三个完全一样的微带功分结构24、一个180°移相器三25，两个完全一样的90°移相器一26、90°移相器二27和圆环形结构一28组成。50Ω微带线线宽w1为0.24mm。微带功分结构24臂长l8为3.55mm，臂宽w2为0.1mm，枝节距离功分器分岔口l9为2.75mm，枝节长l10为0.25mm，结构二29为微带功分器中的隔离电阻，阻值ohm为82Ω，采用0402封装的贴片电阻。180°移相器22线宽w4为0.1mm，枝节宽度w3为0.1mm，枝节长度l11为3mm。90°移相器二27线宽w5为0.15mm，枝节长度l12为3mm。结构一28为连接铜柱层4与馈电网络层6的过渡结构，圆环内径为铜柱一10半径r5，外径r8为0.45mm。移相器三25中包含金属过孔一18和金属过孔二19，移相器一26中包含金属过孔三20和金属过孔四21，移相器二27中包含金属过孔五22和金属过孔六23。

所述smp射频接头焊盘7由金属底盘30和金属过孔七31组成，金属过孔七31贯穿第二介质层2，连接金属地面层5和金属底盘30，高度为0.254mm。

介质基板材料的选择非必须采用F4B和TP-2，只要相对介电常数满足谐振要求即可。根据所要求的频段、带宽等要求，可以调整单元的相应尺寸参数，满足谐振要求即可。阵列中单元间距同样可根据工作频带与反射相消相位要求进行调整。

本实施例中用到的参数，如表1所示。

表1实施例1中的参数列表

实施例2

参照图1、图2、图3，所述的Van Atta天线阵列是由8个基本圆极化天线单元3维空间平移排布构成。单元1与单元2同行排列，水平间距d1为38mm，垂直距离h1为8.4mm。单元3位于单元1右下角，水平两个方向距离d2为19mm，d3为19mm，同层排列即垂直距离为0mm。单元4与单元3同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1。单元5与单元1同列排布，水平间距为d1，同层排列。单元6与单元5同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1。单元7与单元3同列，水平间距为d1，同层排列。单元8与单元7同行排列，水平间距为d1，垂直距离为h1。关于中心对称的天线单元间由相同长度l1为112mm的同轴线连接，即单元1与单元8连接，单元2与单元7连接，单元3与单元6连接，单元4与单元5连接。

参照图4，阵列所用宽带圆极化天线单元包括两层介质层，两层金属层和一层馈电网络层的基本结构，其特征是，介质层由自上而下分布的第一介质层1和第二介质层2构成；金属层由自上而下分布的辐射贴片层3、铜柱层4、金属地面层5、馈电网络层6和smp射频接头焊盘7构成，其中超表面散射和辐射层3分为两部分，一部分为主辐射贴片3_1，另一部分为寄生贴片3_2，这两部分都位于第一介质层1上表面。铜柱层4包括四根相同的铜柱，穿过第一介质层1和第二介质层2。金属地面层5位于第二介质层2上表面。馈电网络层6包括金属过孔部分6_1和微带线部分6_2，金属过孔部分6_1包括六个完全一样的金属过孔，穿过第二介质层2，微带线部分6_2位于第二介质层2下表面。圆极化天线单元辐射贴片层3由四点馈电的主辐射贴片3_1为主要辐射结构，寄生贴片3_2由主辐射贴片3_1耦合馈电，可以提升天线增益，优化天线圆极化性能。金属地面层5作为整个天线的地板层。铜柱层4和馈电网络层6为辐射贴片在宽频带内提供等幅、相位依次相差90°的激励，实现圆极化。

参照图5，所述的第一介质层1的厚度h2为2.3mm，第二介质层2的厚度h3为0.254mm，且它们合在一起的总厚度为2.554mm，介质基板1的材质是相对介电常数为ε

参照图6，所述的辐射贴片层3是主辐射贴片3_1和寄生贴片3_2的组合，其中，主辐射贴片3_1为±x和±y方向开相同大小圆环形槽8的圆形金属结构，寄生贴片3_2由四个相同的结构9组成，中心对称分布在主辐射贴片3_1左上角、左下角、右上角和右下角。其中主辐射贴片3_1圆心位于原点，半径r1为4.1mm，其上的圆形环槽8外径r2为1.3mm，内径r3为1.2mm，圆形环槽圆心距原点l2为1.9mm。结构9为正方形金属贴片减去圆心位于原点的圆形贴片得到，正方形金属贴片边长l3为4.55mm，圆形贴片半径r4为4.3mm，结构9到天线单元边缘距离l4为3.95mm。

参照图7，所述的铜柱层4由铜柱一10，铜柱二11，铜柱三12和铜柱四13构成，四根铜柱完全一样，铜柱一10顺时针旋转90°、180°、270°可以得到铜柱二11，铜柱三12和铜柱四13。铜柱层4上方连接主辐射贴片3_1，下方连接馈电网络层6。铜柱一10的半径r5为0.3mm，高度h4为2.554mm，距离天线单元边缘l6为7.85mm，l7为9.75mm。

所述的金属地面层5为边长l5为19.5mm的金属贴片，给铜柱一10开过孔一14，过孔一14的半径r6为0.5mm，到超表面单元边缘的距离与其对应的铜柱相同，同理给铜柱二11开与过孔一14同等大小的过孔二15、给铜柱三12开与过孔一14同等大小的过孔三16，给铜柱四13开与过孔一14同等大小的过孔四17。

参照图8，所述的馈电网络层6中的金属过孔部分6_1由完全一样的金属过孔一18，金属过孔二19，金属过孔三20，金属过孔四21，金属过孔五22和金属过孔六23组成，上边连接金属地面层5，下边连接馈电网络层的微带线部分6_2。金属过孔半径r7为0.1mm，高度h5为0.254mm。

参照图9，所述的馈电网络层6中的微带线部分6_2由三个完全一样的微带功分结构24、一个180°移相器三25，两个完全一样的90°移相器一26、90°移相器二27和圆环形结构一28组成。50Ω微带线线宽w1为0.24mm。微带功分结构24臂长l8为3.6mm，臂宽w2为0.1mm，枝节距离功分器分岔口l9为2.75mm，枝节长l10为0.25mm，结构二29为微带功分器中的隔离电阻，阻值ohm为82Ω，采用0402封装的贴片电阻。180°移相器三25线宽w4为0.1mm，枝节宽度w3为0.1mm，枝节长度l11为3.05mm。90°移相器二27线宽w5为0.15mm，枝节长度l12为3.1mm。结构一28为连接铜柱层4与馈电网络层6的过渡结构，圆环内径为铜柱一10半径r5，外径r8为0.5mm。移相器三25中包含金属过孔一18和金属过孔二19，移相器一26中包含金属过孔三20和金属过孔四21，移相器二27中包含金属过孔五22和金属过孔六23。

所述smp射频接头焊盘7由金属底盘30和金属过孔七31组成，金属过孔七31贯穿第二介质层2，连接金属地面层5和金属底盘30，高度为0.254mm。

本实施例中用到的参数，如表2所示。

表2实施例2中的参数列表

以下结合仿真实验，对本发明的技术效果作进一步说明：

1、仿真软件：商业仿真软件HFSS2021。

2、仿真内容与结果：

对本实施例1中的圆极化天线单元进行仿真，仿真得到了其在7-13GHz范围内的S参数，增益，轴比。结果如图10-图12所示，天线单元在7.27-13GHz内S11≤-10dB，在7-13GHz内增益均大于3dB且轴比AR≤3dB，即该圆极化天线单元具有宽带特性。

对本实施例1中的基本天线单元3维空间布阵组成Van Atta天线阵列进行仿真。仿真得到了其在左旋圆极化波入射时7.5-13GHz范围内的双站RCS图，10GHz处的结果如图13-图14所示，在左旋圆极化波入射下，该阵列可在两个主平面实现±30°角度范围的左旋圆极化回溯。同时仿真得到了其在phi极化波入射时7.5-13GHz范围内的双站RCS图，10GHz处结果如图15-图17所示，在phi极化波入射时，该阵列可在phi＝0°平面内实现±30°角度范围的多种极化回溯。图18为无高度差的二维排布Van Atta天线阵列在phi极化入射时，phi＝0°平面10GHz处的共极化双站RCS结果，可以看出无任何回溯效果。将图17与图18对比可看出三维布阵方式共极化回溯性能得到明显提升。