圆极化喇叭天线及无线电收发器件

本发明涉及天线，具体涉及一种圆极化喇叭天线及无线电收发器件。

背景技术：

1、近年来，科技高速发展，在电子技术领域尤其是无线通信行业表现突出。无线通信设备中用来发射和接收电磁波的部件被称为天线，天线是一种变换器，它能把传输线上导行波转换为空间中传播的电磁波。无论是雷达等军用设备，还是手机、平板电脑这些民用设备，都利用天线进行工作，依靠电磁波来传递信息。

2、天线的功能首先是能量转换，即实现导行波和空间波的相互转换；第二个功能是辐射和接收指定的极化波，即天线能根据具体应用场合形成所需的极化；第三个功能是对能量作空间分配，即天线具有方向性，可形成特定指向的波束。一般情况下，传统的天线一旦设计完成，其辐射性能也被固定，往往无法满足当今复杂的通信需求。

3、为了聚焦天线波束，从而获取高增益特性，抛物面天线和介质透镜天线被提出，二者都是利用了波束聚焦原理，将辐射球面波的馈源天线放置在焦点，然后分别利用反射式和透射式聚焦系统来形成同相口径。但是，抛物面天线存在着体积庞大、结构笨重、成本高昂和调试困难的问题，限制了它的应用。而传统的介质透镜存在着加工难度大、材料损耗大、效率低的缺点。

4、传统的波束调控方式无法给出更好的解决方案，因此，探索调控电磁波的新方法成为了当务之急。电磁超材料的出现给调控电磁波带来了新的思路和解决方案，电磁超材料是一种由周期或非周期排布的亚波长单元组成的，可以通过人为地设计单元结构以达到对电磁波的灵活控制，电磁超表面作为二维形式的超材料是对超材料的一种发展和延伸。因此平面结构的超表面不仅具备灵活调控电磁波的能力，而且相比立体结构的超材料，超表面还具有低剖面、低损耗、易设计和容易与曲面共形的优势。

5、相关技术中，公布号为cn109994814a的专利申请文献公开了一种圆极化变容管有源超表面薄透镜天线，包括聚焦透镜、圆极化阵列、垫片、支撑柱、喇叭天线和底座；圆极化阵列、聚焦透镜、支撑柱均通过垫片依次连接，喇叭天线固定在底座上；圆极化阵列为超表面，超表面由周期排列的金属图案组成，金属图案为外矩形环嵌套内矩形贴片，外环与内贴片之间通过变容二极管相连；该方案中天线极化实现方式是通过二极管的开关状态实现开口缝隙环的分裂实现，而且超材料放置在喇叭的正前方，相当于喇叭的调制辐射场。

6、公布号为cn112259969a的专利申请文献公开了一种基于超表面的毫米波宽带圆极化馈源天线，通过在两个矩形波导链接处有超表面用于波导连接，减少两波导口缝隙辐射和电磁泄露。采用是高阻抗的钉结构，工艺难度较大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种结构紧凑的圆极化喇叭天线。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

3、采用一种圆极化喇叭天线，所述天线包括：喇叭天线和第一矩形波导，所述喇叭天线与所述第一矩形波导连接且所述喇叭天线内部装配有超表面，所述超表面由呈周期性排列的斜矩形环组成。

4、进一步地，所述喇叭天线包括第二矩形波导和矩形喇叭天线，所述第二矩形波导的一端与所述矩形喇叭天线的一端连接，所述第二矩形波导的另一端为波导面，所述矩形喇叭天线的另一端为喇叭口径面，所述喇叭口径面与所述第一矩形波导的波导面连接。

5、进一步地，所述超表面为双层结构，包括上表面层和下表面层。

6、进一步地，所述上表面层和所述下表面层均由m×n个所述斜矩形环呈周期性排列组成，m表示行数，n表示列数。

7、进一步地，所述斜矩形环的旋转角度为45°。

8、进一步地，所述超表面的径面尺寸与所述喇叭天线的喇叭口径面的尺寸相同，所述超表面的上表面层与下表面层之间相距2.5mm。

9、进一步地，所述第一矩形波导的波导面与所述喇叭口径面的尺寸相同。

10、进一步地，所述第一矩形波导的长度大于所述第二矩形波导的长度。

11、进一步地，所述第一矩形波导的波导面的尺寸大于所述第二矩形波导的波导面的尺寸。

12、此外，本发明还提出了一种无线电收发器件，所述无线电收发器件包括如上所述的圆极化喇叭天线。

13、本发明的优点在于：

14、(1)本发明设计的圆极化喇叭天线，通过激励喇叭天线工作，喇叭天线引导辐射电磁波运输至超表面，通过超表面之后实现电磁波的圆极化；由于超表面采用呈周期性排列的斜矩形环组成，拓展了超表面的结构，且超表面加载在喇叭天线的内部，用于调制内部电磁场，整个天线的外部尺寸没有任何变化，所设置的斜矩形环为封闭环，通过调制斜矩形环即可调制电磁波极化实现圆极化，通过采用斜矩形环和矩形波导加载的圆极化喇叭天线设计的全新组合，结构紧凑，制作简单，高效利用空间且拥有较好的增益。

15、(2)超表面属为单层结构，厚度小，重量轻，且易设计。

16、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种圆极化喇叭天线，其特征在于，所述天线包括：喇叭天线和第一矩形波导，所述喇叭天线与所述第一矩形波导连接且所述喇叭天线内部装配有超表面，所述超表面由呈周期性排列的斜矩形环组成。

2.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述喇叭天线包括第二矩形波导和矩形喇叭天线，所述第二矩形波导的一端与所述矩形喇叭天线的一端连接，所述第二矩形波导的另一端为波导面，所述矩形喇叭天线的另一端为喇叭口径面，所述喇叭口径面与所述第一矩形波导的波导面连接。

3.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述超表面为双层结构，包括上表面层和下表面层。

4.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述超表面的上表面层和下表面层均由m×n个所述斜矩形环呈周期性排列组成，m表示行数，n表示列数。

5.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述斜矩形环的旋转角度为45°。

6.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述超表面的径面尺寸与所述喇叭天线的喇叭口径面的尺寸相同，所述超表面的厚度为2.5mm。

7.如权利要求2所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述第一矩形波导的波导面与所述喇叭口径面的尺寸相同。

8.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述第一矩形波导的长度大于所述第二矩形波导的长度。

9.如权利要求1所述的圆极化喇叭天线，其特征在于，所述第一矩形波导的波导面的尺寸大于所述第二矩形波导的波导面的尺寸。

10.一种无线电收发器件，其特征在于，所述无线电收发器件包括如权利要求1～9任一项所述的圆极化喇叭天线。

技术总结
本发明公开一种圆极化喇叭天线及无线电收发器件，天线包括：喇叭天线和第一矩形波导，所述喇叭天线与所述第一矩形波导连接且所述喇叭天线内部装配有超表面，所述超表面由呈周期性排列的斜矩形环组成；通过采用斜矩形环和矩形波导加载的圆极化喇叭天线设计的全新组合，结构紧凑，制作简单，高效利用空间且拥有较好的增益。

技术研发人员：徐光辉,李文刚,黄志祥,杨利霞,尚亚文,席杨,凡子俊,孙迪,张越,陈明
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17