[发明专利]一种基于人工电磁材料的透镜天线及通信设备

说明书

本发明涉及天线设计技术领域，公开了一种基于人工电磁材料的透镜天线及通信设备，天线包括：人工电磁材料透镜和馈源天线，人工电磁材料透镜位于所述馈源天线的上方；人工电磁材料透镜，沿包括x方向和y方向在内的任意一个方向或两个方向上设置由透镜中心到边缘不同口径大小或不同间距排列的孔，使得人工电磁材料透镜在包括x方向和y方向在内的任意一个方向或两个方向上具有递增的折射率分布，实现天线的宽波束；馈源天线，用于发射电磁波，其相位中心位于人工电磁材料透镜的法线上。

技术领域

本发明涉及天线设计的技术领域，具体为一种基于人工电磁材料的透镜天线及通信设备。

背景技术

随着通信技术的发展，特别是定位技术的发展，要求天线具有更宽的波束。目前，传统的基于人工电磁材料的透镜天线需要调谐天线结构，通过调谐天线电流分布实现波束宽度的调节，此方法需要设计复杂的天线结构，并具有较大的设计工作量。

人工电磁材料，也称“超材料”，通过人工设计电磁结构实现具有特殊性质的材料。人们通过改变人工电磁材料单元的结构尺寸改变折射率的分布，并且按照一定的排布方式组成人工电磁材料透镜，进而能实现电磁波相位的调节。将此透镜加载在天线上，可以灵活的调节天线波束。然而，目前利用此透镜实现了窄波束、偏转波束、椭圆形波束以及多波束等，目前还没有宽波束的解决方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于人工电磁材料的透镜天线及通信设备，通过设计人工电磁材料透镜并加载在馈源天线的上方，通过调节人工电磁材料透镜的折射率分布，实现天线口面场相位由透镜中心到边缘具有较陡峭的变化趋势，进而实现天线的宽波束。且本发明设计周期短，所提供的透镜设计方法适用于所有天线中。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于人工电磁材料的透镜天线，其特征在于，包括：人工电磁材料透镜和馈源天线，其中，所述人工电磁材料透镜位于所述馈源天线的上方，所述人工电磁材料透镜至少包括核心层；

所述人工电磁材料透镜，沿包括x方向和y方向在内的任意一个方向或两个方向上设置由透镜中心到边缘不同口径大小或不同间距排列的一系列孔，使得所述人工电磁材料透镜在包括x方向和y方向在内的任意一个方向或两个方向上具有递增的折射率分布，让包括x方向和y方向在内的任意一个方向或两个方向上的天线的口面场相位由中心到边缘具有较陡峭的变化趋势，实现天线的宽波束，其中，所述一系列孔，其形状采用包括圆形、椭圆形、多边形在内的任意一种形式，或多种形式之间的任意组合；

所述馈源天线，用于发射电磁波，其相位中心位于所述人工电磁材料透镜的法线上。

进一步地，所述人工电磁材料透镜，包括：所述核心层；

所述核心层x方向上由透镜中心到边缘设置相同间距、直径递减的孔实现折射率的递增，沿y方向上设置相同间距、直径相同的孔，实现方向图xoz方向上的宽波束；

或

所述核心层y方向上由透镜中心到边缘设置相同间距、直径递减的孔实现折射率的递增，沿x方向上设置相同间距、直径相同的孔，实现方向图yoz方向上的宽波束；

或

所述核心层x方向上由透镜中心到边缘设置相同间距、直径递减的孔实现折射率的递增，沿y方向上由透镜中心到边缘设置相同间距、直径递减的孔实现折射率的递增，实现包括xoz方向和yoz方向在内的3D空间上的宽波束。

进一步地，所述人工电磁材料透镜，包括：所述核心层和匹配层；

所述匹配层，进一步包括第一匹配层、第二匹配层、第三匹配层和第四匹配层；