[发明专利]一种喇叭天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种喇叭天线。

背景技术

喇叭天线是指波导管终端逐渐渐变并最终张开成圆形或者矩形截面的微波天线。现有喇叭天线的辐射角度以及辐射场能流密度分布受到喇叭口尺寸以及喇叭口形状的约束。

如图1所示，图1为现有技术中喇叭天线的结构示意图。图1中，喇叭天线的E面即为yoz平面，H面为xoz平面。通常情况下，喇叭天线口径面上E面和H面上近场和远场的相位和幅值分布具有较大差别，设计时，需要分别考虑E面和H面的辐射情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足提出一种在喇叭天线E面和H面均具有特定辐射角度以及辐射能流密度分布的喇叭天线。

本发明解决其技术问题采用的技术方案，是提出一种喇叭天线，其包括天线本体以及紧贴于天线本体口径面上或者位于天线本体口径面正前方的超材料，所述超材料包括基材以及周期排布于所述基材上的多个人造金属微结构，所述超材料上折射率以所述超材料中心点为中心呈同心椭圆分布，所述超材料的折射率分布规律为：

其中，Sgn为符号函数，Dx为所述天线本体口径面H截面边沿距H截面中心点距离，Dy为所述天线本体口径面E截面边沿距E截面中心点距离，A、B分别为所述超材料上任意一点所处的椭圆与H截面和E截面的交点，n_H(A)为H截面上A点的折射率分布，n_E(B)为E截面上B点的折射率分布。

进一步地，所述超材料E截面折射率分布为：

其中，y为超材料E截面上各点距E截面中心轴线的距离；ψ_E(y)为没有所述超材料时在天线本体口径面上测试得到的E截面初始相位分布；d为所述超材料厚度；为天线本体口径面附着有所述超材料后，所述超材料与所述天线本体口径面相对的表面上E截面的相位分布；λ为所述天线本体辐射的电磁波的波长。

进一步地，所述超材料与天线本体口径面相对的表面上E截面相位分布由以下三个算式给出：

上式中，Dy为所述天线本体口径面E截面边沿距E截面中心点距离；b为所需要的辐射范围的边缘到其中心点处的距离；∈_E(y)为没有所述超材料时在所述天线本体口径面E截面上测试得到的初始能流密度分布；d为所述超材料厚度；s为所述超材料与所述天线本体口径面相对的表面距所需要的辐射范围的截面的距离。

进一步地，所述超材料H截面折射率分布为：

其中，x为超材料H截面上各点距H截面中心轴线的距离；ψ_H(x)为没有所述超材料时在天线本体口径面上测试得到的H截面初始相位分布；d为所述超材料厚度；为天线本体口径面附着有所述超材料后，所述超材料与所述天线本体口径面相对的表面上H截面的相位分布；λ为所述天线本体辐射的电磁波的波长。

进一步地，所述超材料与天线本体口径面相对的表面上H截面相位分布由以下三个算式给出：

上式中，Dx为所述天线本体口径面H截面边沿距H截面中心点距离；b为所需要的辐射范围的边缘到其中心点处的距离；∈_H(x)为没有所述超材料时在所述天线本体口径面H截面上测试得到的初始能流密度分布；d为所述超材料厚度；s为所述超材料与所述天线本体口径面相对的表面距所需要的辐射范围的截面的距离。

进一步地，所述人造金属微结构的几何形状为“工”字形，包括竖直的第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。

进一步地，所述几何形状还包括位于所述第二金属分支两端且垂直于所述第二金属分支的第三金属分支。

进一步地，所述人造金属微结构的几何形状为平面雪花型，包括相互垂直的两条第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。

进一步地，所述基材为高分子材料、陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料。

进一步地，所述人造金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻周期排布于所述基材上。

本发明通过在常规喇叭天线口径面上增设一超材料，利用超材料原理使得喇叭天线E面和H面均能具有一特定的辐射范围，且在该辐射范围下具有特定的能流密度分布。具有结构简单、能操纵电磁波分布的有益效果。

附图说明

图1为现有技术喇叭天线的结构示意图；