一种基于超表面的水平极化全向天线的制作方法

本发明属于微波天线领域，具体涉及一种基于超表面的水平极化全向天线。

背景技术：

1、在现代无线通信系统中，全向天线因其能够在水平面内实现360度均匀覆盖而被广泛应用。传统的全向天线多采用垂直极化方式，但在某些特定场景下，为了实现极化分集，需要采用水平极化全向天线。

2、目前，实现水平极化全向辐射特性的主要技术手段通常有以下几种。阵列合成法，通过将多个定向辐射单元，如微带贴片天线，组成圆形阵列，利用各个单元的辐射方向图在方位面叠加，合成全向辐射。这种方法需要复杂的馈电网络，而且由于容纳多个天线单元，导致整体结构尺寸较大、剖面较高。多枝节或环形结构方法，利用多个弧形辐射枝节或闭合的环形结构来激发水平极化波。如在介质基板上设计特定的环形贴片或缝隙，配合馈电结构产生环向电流。这类结构往往存在阻抗带宽较窄、水平面方向图各向同性度差的问题，而且对加工精度要求高，增加制造成本。alford环结构方法，采用特定的金属带，如z型或方形环结构，印刷在介质基板两侧，通过激发环形电流分布来实现水平极化。这种天线，在实际应用中，其带宽性能往往受限，难以满足宽度通信的需求。

3、综上所述，现有的水平极化全向天线技术，普遍存在馈电网络复杂、尺寸大、带宽窄、制造难度高等技术缺陷。

4、电磁超表面可以对电磁波的振幅、相位和极化方式等进行调控，因此应用越来越广泛，比如可以制作成极化旋转超表面。常见的超表面结构是平面结构，除此之外，共形结构的超表面由于其灵活的轮廓设计，在结构紧凑的场景中，例如可穿戴领域，越来越受到重视。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超表面的水平极化全向天线，该天线使用垂直极化全向天线作为激励，使用极化旋转的超表面实现水平极化，最终实现了水平极化的全向天线。该天线具有电性能优良、易于加工调试的优点，解决了传统水平极化全向天线馈电网络复杂，带宽窄，制作困难的问题。

2、实现本发明目的的具体技术方案为：

3、一种基于超表面的水平极化全向天线，包括垂直极化全向天线和圆柱形超表面阵列；

4、其中，所述垂直极化全向天线位于所述圆柱形超表面阵列的轴线上；

5、所述垂直极化全向天线作为激励，所述圆柱形超表面阵列将垂直极化电磁波转化为水平极化电磁波。

6、进一步的，所述圆柱形超表面阵列包括由外向内依次设置的三层超表面单元；

7、所述三层超表面单元之间的间距相等。

8、进一步的，所述三层超表面单元中，设置在最外层的第一超表面单元包括圆柱形介质基板和位于圆柱形介质基板上的垂直条带金属镀层；

9、所述垂直条带金属镀层由多根平行于圆柱形介质基板轴线的金属条带组成。

10、进一步的，所述三层超表面单元中，设置在最外层的第二超表面单元包括圆柱形介质基板和位于介质基板上的缺口圆环金属镀层；

11、所述缺口圆环金属镀层包括呈周期排列的多个金属缺口圆环，均匀设置在圆柱形介质基板上。

12、进一步的，所述三层超表面单元中，设置在最内层的第三超表面单元包括圆柱形介质基板和位于介质基板上的水平条带金属镀层；

13、所述水平条带金属镀层由多根垂直于圆柱形介质基板的环形金属条带组成。

14、进一步的，所述圆柱形介质基板选择f4bm220型号，相对介电常数2.2，厚度0.8mm。

15、进一步的，所述垂直条带金属镀层，缺口圆环金属镀层和水平条带金属镀层材质均为铜，厚度为0.018mm。

16、进一步的，所述垂直条带金属镀层、水平条带金属镀层中的每条金属条带的宽度为0.8mm，多个所述金属条带之间的间距为1.95mm。

17、进一步的，所述金属缺口圆环的圆环半径为5.2mm，每个圆环有两个关于圆心对称的缺口，缺口宽度为1.5mm，两个缺口的连线与圆柱形超表面阵列的轴线夹角为45度。

18、进一步的，所述垂直极化全向天线为偶极子天线或双锥全向天线。

19、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

20、本发明提供的基于超表面的水平极化全向天线，使用垂直极化全向天线作为激励，使用极化旋转的超表面实现水平极化，最终实现水平极化的全向天线；

21、该天线具有电性能优良、易于加工调试的优点，解决了传统水平极化全向天线馈电网络复杂，带宽窄，制作困难的问题。

22、另外，本方案使用垂直极化全向天线置于圆柱形极化旋转超表面的轴线上，可以根据应用场景的不同，更换适合的垂直极化全向天线形式，具有很高的使用灵活性。天线整体结构简单，成本低廉，适宜大规模应用。

23、下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

1.一种基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，包括垂直极化全向天线和圆柱形超表面阵列；

2.根据权利要求1所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述圆柱形超表面阵列包括由外向内依次设置的三层超表面单元；

3.根据权利要求2所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述三层超表面单元中，设置在最外层的第一超表面单元包括圆柱形介质基板和位于圆柱形介质基板上的垂直条带金属镀层；

4.根据权利要求2所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述三层超表面单元中，设置在最外层的第二超表面单元包括圆柱形介质基板和位于介质基板上的缺口圆环金属镀层；

5.根据权利要求2所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述三层超表面单元中，设置在最内层的第三超表面单元包括圆柱形介质基板和位于介质基板上的水平条带金属镀层；

6.根据权利要求3-5所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述圆柱形介质基板选择f4bm220型号，相对介电常数2.2，厚度0.8mm。

7.根据权利要求3-5所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述垂直条带金属镀层，缺口圆环金属镀层和水平条带金属镀层材质均为铜，厚度为0.018mm。

8.根据权利要求3或5所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述垂直条带金属镀层、水平条带金属镀层中的每条金属条带的宽度为0.8mm，多个所述金属条带之间的间距为1.95mm。

9.根据权利要求4所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述金属缺口圆环的圆环半径为5.2mm，每个圆环有两个关于圆心对称的缺口，缺口宽度为1.5mm，两个缺口的连线与圆柱形超表面阵列的轴线夹角为45度。

10.根据权利要求1所述的基于超表面的水平极化全向天线，其特征在于，所述垂直极化全向天线为偶极子天线或双锥全向天线。