[发明专利]一种小型化高增益超材料喇叭天线

说明书

本发明提供一种小型化高增益超材料喇叭天线，包括喇叭天线本体，所述喇叭天线本体上设有自输出端口面向内延伸的一台阶孔，该台阶孔内固定有一用于使所述输出端口面的电磁波相位分布均匀化的相位分布调整模块；所述相位分布调整模块包括至少两块重叠设置的非均匀超材料金属片，相邻两块所述非均匀超材料金属片之间设有一金属垫片，位于最外面的所述非均匀超材料金属片的外侧面与所述输出端口面齐平。本发明能够在实现高远场增益的前提下保证喇叭天线小型化、轻量化和集成化。

技术领域

本发明涉及毫米波天线技术领域，尤其涉及一种小型化高增益超材料喇叭天线。

背景技术

在现代通信系统及雷达系统中，天线是必不可缺的器件。其中喇叭天线是最常见的一种形式，因为其设计简单、功率容量高、回波损耗小，所以在高频及大功率系统中特别适用。然而，随着现代通信技术及雷达系统的快速发展，对喇叭天线的性能提出了更高的要求。例如，要求喇叭天线在其远场增益不变的情况下减小尺寸，即，要求喇叭天线更加小型化、轻量化、集成化。同时，对喇叭天线的成本控制也提出了更高的要求。随着近年来科学界对超材料的研究的深入化，将其应用于提高喇叭天线性能方面的研究也已成为学术界以及工业领域的热点。

近年来，为使喇叭天线在小型化的同时提高其远场增益而适应远距离信号传输，Xi Chen等人公开了一种通过匹配层及非均匀超材料介质透镜加载于喇叭天线输出端口的高增益天线(Three-dimensional broadband and high-directivity lens antenna madeof metamaterials，Journal of Applied Physics110,044904(2011))，其根据喇叭输出端口面的相位与折射率的关系，设计出一款非均匀的超材料平面介质透镜，以提高天线的远场增益，并在透镜的两端加上匹配层，以改善回波损耗。但是，这种透镜体积大，并且加工复杂、误差大，成本高，而且对输出端口面上各点的相对介电常数及折射率的分析较为复杂。Yingran He等人也公开了一种各向异性的超材料喇叭天线(Short-Length and High-Aperture-Efficiency HornAntenna Using Low-Loss Bulk AnisotropicMetamaterial，IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS,VOL.14,2015)，该天线使用特氟龙作为衬底材料，在其上刻蚀开口谐振环结构，利用磁谐振原理，改变其等效磁导率来提高天线增益。但是该设计需要使用6层结构，体积较大，加工复杂，设计周期长。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种小型化高增益超材料喇叭天线，其结构简单、体积小、易于加工、成本低，利用电谐振原理，能够在实现高远场增益的前提下保证喇叭天线小型化、轻量化和集成化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型化高增益超材料喇叭天线，包括喇叭天线本体，所述喇叭天线本体上设有自输出端口面向内延伸的一台阶孔，该台阶孔内固定有一用于使所述输出端口面的电磁波相位分布均匀化的相位分布调整模块；

所述相位分布调整模块包括至少两块重叠设置的非均匀超材料金属片，相邻两块所述非均匀超材料金属片之间设有一金属垫片，位于最外面的所述非均匀超材料金属片的外侧面与所述输出端口面齐平。

进一步地，所述非均匀超材料金属片包括一金属边框，该金属边框内设有若干横向金属线和若干纵向金属线，所述横向金属线与纵向金属线垂直连接并形成一位于中心的第一超材料网格单元、一围绕并紧邻该第一超材料网格单元的第二超材料网格单元、以及一围绕并紧邻该第二超材料网格单元的第三超材料网格单元；其中，

所述第一超材料网格单元由一个对称多边形网格构成；

所述第二超材料网格单元由若干四边形网格构成；