[发明专利]超材料板、透镜天线系统及电磁波透射调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术，尤其涉及一种超材料板、透镜天线系统及电磁波透射调节方法。

背景技术

相对于正馈天线而言，偏馈天线的馈源和高频头的安装位置不在与天线中心切面垂直且过天线中心的直线上。因此，偏馈天线没有馈源阴影的影响，在天线面积、加工精度、接收频率相同的前提下，偏馈天线的增益大于正馈天线。但现今常见的微波天线系统，无论正馈天线还是偏馈天线，它们都是旋转抛物面的截面，只是截取的位置不同而已。正馈天线是旋转抛物面被与旋转抛物面旋转轴同心的圆柱面截得的那部分曲面，偏馈天线则是旋转抛物面被与旋转抛物面旋转轴不同心的圆柱面截得的那部分曲面。

此外，正馈天线和偏馈天线的馈源和高频头的安装位置必定在旋转抛物面的焦点上。这是由旋转抛物面的特性所决定的。

但是，传统的透镜天线是抛物面天线，这种抛物面天线的物体外形较为笨重，天线的剖面较高。由于在实际工程领域中，往往对天线的体积，重量，剖面等有严格要求甚至限制，这种传统的抛物面透镜天线并不实用。

随着超材料的出现，人们逐渐开始用超材料板来取代传统的抛物面天线，但是，现有的超材料板还不能将偏馈馈源发射的球面电磁波以平行波方式透射出来。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，针对现有技术中抛物面天线笨重且剖面较高、超材料天线又无法通过透射将球面波调制为平行波的缺陷，提供一种超材料板、透镜天线系统及电磁波透射调节方法，可实现超薄天线，并能够将透射波束调节为平行波。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超材料板，与发射电磁波的馈源通信连接，所述超材料板包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基底以及开设在所述基底上并用于调节发射到超材料板上的电磁波的出射相位的孔，以使所述馈源发射的电磁波以相同的相位透射。

在本发明所述的超材料板中，所述超材料板由多个相互平行且均呈片状的超材料片层堆叠而成。

在本发明所述的超材料板中，所述基底由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料或铁氧材料制成。

相应地，本发明还提供了一种透镜天线系统，包括用于发射电磁波的馈源，所述透镜天线系统还包括以上任一项所述的超材料板，所述超材料板装设在所述馈源的焦散区内。

在本发明所述的透镜天线系统中，所述馈源包括以相控阵阵列方式排布的多个初级辐射器。

在本发明所述的透镜天线系统中，所述初级辐射器包括喇叭天线，或者波导缝隙天线，或者微带天线，其中，所述多个初级辐射器包括所述喇叭天线、所述波导缝隙天线、所述微带天线中的一种或者多种。

在本发明所述的透镜天线系统中，所述透镜天线系统还包括与所述馈源通信连接的后端馈电网络，其中，所述后端馈电网络用于实现对所述馈源发射的电磁波的波束调节。

在本发明所述的透镜天线系统中，所述后端馈电网络包括由移相器、放大器构成的射频电路。

在本发明所述的透镜天线系统中，所述透镜天线系统还包括结构连接件，用于连接所述超材料板与所述馈源。

另一方面，本发明还提供了一种电磁波透射调节方法，包括：

在以上任意一项所述的透镜天线系统中，根据馈源发射电磁波的规律，获取电磁波到达超材料板表面的相位分布；

调节超材料板上的孔的尺寸和间距，使所述超材料板表面透射出的电磁波的出射相位相等。

在本发明所述的电磁波透射调节方法中，还包括：预先仿真得到各种尺寸和间距的孔对不同频率电磁波的透射补偿相位Arg（S11），生成孔数据库；

其中，所述调节超材料板上的孔的尺寸和间距使所述超材料板表面透射出的电磁波的出射相位相等的步骤具体包括：

根据所述电磁波到达所述超材料板表面的相位以及期望得到的电磁波出射相位计算满足关系式的透射补偿相位；

根据计算得到的所述透射补偿相位，在所述孔数据库中查找对应的孔的尺寸和间距；

在所述超材料板上开设相应尺寸和间距的孔。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例提供的超材料板、透镜天线系统以及电磁波透射调节方法，通过在超材料板内开设孔，根据孔的尺寸和间距来调节超材料板与空气的占空比，从而使电磁波信号实现了从以球面波形式发散到以平面波形式远距离传输的转变；其透镜天线不再拘泥于由传统介质材料的物理曲面来定义的方式，而改以平板超材料制成超薄的平面天线，节约了空间；同时因为在电磁波传播的路径上没有曲面边界，也减小了像差的产生；另外，改进了大角度电磁波入射的偏折问题，提高了能量辐射效率。