[发明专利]一种三棱锥形具有波束校准功能的超表面天线罩

说明书

本发明提出一种三棱锥形具有波束校准功能的超表面天线罩，旨在实现传统天线罩电磁窗口保护天线的同时，提高天线增益。包括3块超表面结构拼接成三棱锥形，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述超表面结构采用多层相互层叠的等腰直角三角形介质板，从内向外奇数层介质板内表面印制金属贴片，外表面印制十字形金属贴片，偶数层介质板外侧表面印制金属贴片。天线需要设置在三棱锥顶点与底面中点的连线上，通过对天线到天线罩内表面各个金属贴片距离和出射相位的计算，实现对出射波的校准功能，显著提高了天线增益。本发明可用于无线通信领域。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种超表面天线罩，具体涉及一种三棱锥形具有波束校准功能的超表面天线罩，可用于无线通信领域。

技术背景

天线罩是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，可以构成特殊形状的电磁窗口。超表面是一种新型人工合成电磁材料，是由非金属材料制成的基板和印制在基板表面上或嵌入基板内部的多个人造微结构所构成的。

传统天线罩要求能够保证天线稳定正常工作，且具有防风沙、耐高温、以及高效透波等特性。但随着技术的发展，人们希望赋予天线罩更多的功能，例如对天线实现波束校准功能。波数校准是通过对出射波相位等信息的调控实现预定波数指向。为实现波数校准功能，超表面天线罩被提出，如申请公布号为CN103296410A，名称为“高增益天线罩和天线系统”的专利申请，公开了一种超表面天线罩，采用多层超表面结构，每个超表面结构包括基板和排列在基板上多个人造微结构阵列。通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，能够保持较高的透波率，同时提高天线增益，实现波束校准功能。但其所提出的天线罩为平面结构，并未考虑天线罩共形结构与电磁波的相互作用，而且上述平面结构的天线罩也没有实现对天线的物理保护作用，不具备真正意义的实用性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种三棱锥形具有波束校准功能的超表面天线罩，旨在实现传统天线罩电磁窗口功能保护天线的同时，提高天线增益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括三块超表面结构1拼接而成，形成中空的三棱锥体结构；所述超表面结构1包括N层相互层叠的形状为等腰直角三角形的介质板11，N≥2且为偶数；所述三棱锥体结构从内向外奇数层介质板的内侧表面上印制有M个周期性排布的金属贴片12，M≥10，该金属贴片12上蚀刻有矩形缝隙13，外侧表面上印制有M个周期性排布的十字形金属贴片14；偶数层介质板的外侧表面上印制有M个周期性排布的金属贴片12，该金属贴片12上蚀刻有矩形缝隙13；所述矩形缝隙13的任意一个边以及十字形金属贴片14的任意一个臂与介质板11的一个直角边平行；所述奇数层介质板上矩形缝隙13和十字形金属贴片14的中心与偶数层介质板上相应位置的矩形缝隙13的中心位于所在介质板的法线上；所述三棱锥体结构最内层介质板上的矩形缝隙13的尺寸，由其所在位置的电磁波入射角和散射参数相位决定，其它层介质板上与最内层介质板相应位置上的矩形缝隙13尺寸相同，用于实现对电磁波的相位补偿。

上述一种三棱锥形具有波束校准功能的超表面天线罩：所述矩形缝隙13，采用环形结构；设置天线中心位于三棱锥体顶点与三棱锥体底面三角形中点连线所在直线上；最内层矩形缝隙13的相位补偿是通过调节矩形缝隙Dx实现，其相位补偿的计算公式为：

其中，k₀为自由空间中波数，r_i为天线的中心距第i个矩形缝隙13中心的距离；(x_i,y_i)为以最内层等腰直角三角形的介质板11两个直角边为轴，建立xoy平面下第i个矩形缝隙13中心的位置坐标，为超表面结构1外侧出射平面波方向。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：