小口径超表面玻璃天线及其设计方法、车载玻璃

本发明涉及一种小口径超表面玻璃天线及其设计方法、车载玻璃，属于车载天线、透明天线、全息阻抗表面、表面波调控和波束赋形。

背景技术：

1、随着车联网、智能驾驶和车载通信系统的发展，车辆平台对低剖面、共形化、透明化和高集成度天线提出了更高要求。车载玻璃区域具有较大的可利用面积和良好的安装位置，但为了保证驾驶安全和车窗透光率，可用于布置天线辐射结构的有效口径通常受到严格限制。

2、全息阻抗表面天线能够利用表面波作为参考波，并通过阻抗调制将表面波转化为自由空间辐射波，从而实现低剖面波束赋形。然而，传统全息阻抗表面通常依赖相对完整且较大的口径区域调制表面波。在车载玻璃天线的小型化透明口径条件下，表面波可能越过可设计区域继续传播，导致小口径阻抗表面对表面波调制不充分，进而影响辐射效率和波束赋形精度。

3、同时，当在有限区域内采用边界结构限制表面波传播时，小口径区域内的表面波场不再是由馈源直接激励形成的简单传播场，而会叠加由边界结构反射形成的多次表面波场。因此，需要构建更加符合小口径受限传播环境的参考波函数，并结合目标波束对应的口径场分布函数设计全息阻抗表面，以提高小型化车载玻璃天线的波束控制能力。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种小口径超表面玻璃天线，该天线可以解决上述现有车载玻璃天线可用透明口径有限、表面波难以在小口径区域内充分调制、小口径受限传播场分布复杂以及目标波束赋形设计难度较大的问题，能够提高小口径全息玻璃天线的表面波利用效率和波束设计灵活性，适用于车载前挡风玻璃、车窗玻璃、透明通信窗口、车联网通信终端或低剖面波束赋形天线系统。

2、本发明的第二个目的在于提供一种包含上述小口径超表面玻璃天线的车载玻璃。

3、本发明的第三个目的在于提供一种上述小口径超表面玻璃天线的设计方法。

4、本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

5、一种小口径超表面玻璃天线，包括第一表面波传播限制结构、第一介质层、全息阻抗表面、中间层、第二介质层、第二表面波传播限制结构和全息馈源，所述第一介质层、中间层和第二介质层从上到下依次设置，所述全息阻抗表面设置在第一介质层与中间层之间，且位于预设小口径区域内，所述第一表面波传播限制结构设置在第一介质层的上表面，所述第二表面波传播限制结构和全息馈源设置在第二介质层的下表面，第一表面波传播限制结构和第二表面波传播限制结构沿预设小口径区域的至少一侧边界设置。

6、进一步的，所述第一表面波传播限制结构和第二表面波传播限制结构均为周期排列梳状结构。

7、进一步的，所述周期排列梳状结构的梳齿长度、梳齿宽度、梳齿排列周期、相邻梳齿间距以及与全息阻抗表面之间的距离根据工作频率、介质参数、目标表面波反射系数和预设小口径尺寸进行确定。

8、进一步的，所述全息阻抗表面的阻抗分布由平均阻抗值、阻抗调制深度、表面波参考分布函数和目标口径场分布函数共同确定。

9、进一步的，所述第一介质层和第二介质层的介质为玻璃介质或透明介质，所述中间层为透明粘结层或介质层。

10、本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

11、一种车载玻璃，包括玻璃基板以及上述的小口径超表面玻璃天线，所述小口径超表面玻璃天线刻蚀在玻璃基板的表面上。

12、本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

13、一种小口径超表面玻璃天线的设计方法，所述天线为上述的小口径超表面玻璃天线，所述方法包括：

14、在玻璃介质或透明介质的预设小口径区域边界处设置表面波传播限制结构，以限制由全息馈源激励的表面波在预设小口径区域内传播；

15、基于表面波传播限制结构，构建预设小口径区域内的表面波参考分布函数；

16、根据目标辐射波束构建目标口径场分布函数；

17、根据表面波参考分布函数和目标口径场分布函数，确定全息阻抗表面的阻抗分布；

18、根据阻抗分布布置全息阻抗表面单元，使受限传播的表面波经全息阻抗表面调制后向自由空间辐射并形成目标波束。

19、进一步的，所述构建预设小口径区域内的表面波参考分布函数，包括：

20、将全息馈源直接激励的表面波场与经表面波传播限制结构反射后的多次表面波场进行叠加，以获得预设小口径区域内的表面波参考分布函数。

21、进一步的，所述构建目标口径场分布函数包括：

22、采用基于阵列综合的多波束合成法，通过调控阵列中每个等效阵元的初始激励幅度和相位，产生多个不同辐射方向的笔形波束，将多个笔形波束按照权重进行叠加，以获得合成波束对应的目标口径场分布函数。

23、进一步的，所述构建目标口径场分布函数包括：

24、采用基于阵列口径区域划分的多波束合成法，将天线口径划分为多个子区域，并使各个子区域分别调控表面波形成对应辐射波束；

25、将各个子区域的辐射波束合成为目标波束，以获得目标波束对应的目标口径场分布函数。

26、本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

27、本发明通过表面波传播限制结构限制表面波传播，可使有限透明口径内的全息阻抗表面充分调制表面波；通过构建包含多次反射分量的小口径表面波参考分布函数，可提高参考波模型与实际小口径传播环境的一致性；通过阵列综合或口径区域划分方式构建目标口径场分布函数，可实现多种波束形态的设计；能够为车载玻璃透明天线、低剖面全息天线和车联网通信天线提供小型化口径波束赋形设计方案。

1.一种小口径超表面玻璃天线，其特征在于，包括第一表面波传播限制结构、第一介质层、全息阻抗表面、中间层、第二介质层、第二表面波传播限制结构和全息馈源，所述第一介质层、中间层和第二介质层从上到下依次设置，所述全息阻抗表面设置在第一介质层与中间层之间，且位于预设小口径区域内，所述第一表面波传播限制结构设置在第一介质层的上表面，所述第二表面波传播限制结构和全息馈源设置在第二介质层的下表面，第一表面波传播限制结构和第二表面波传播限制结构沿预设小口径区域的至少一侧边界设置。

2.根据权利要求1所述的小口径超表面玻璃天线，其特征在于，所述第一表面波传播限制结构和第二表面波传播限制结构均为周期排列梳状结构。

3.根据权利要求2所述的小口径超表面玻璃天线，其特征在于，所述周期排列梳状结构的梳齿长度、梳齿宽度、梳齿排列周期、相邻梳齿间距以及与全息阻抗表面之间的距离根据工作频率、介质参数、目标表面波反射系数和预设小口径尺寸进行确定。

4.根据权利要求1所述的小口径超表面玻璃天线，其特征在于，所述全息阻抗表面的阻抗分布由平均阻抗值、阻抗调制深度、表面波参考分布函数和目标口径场分布函数共同确定。

5.根据权利要求1所述的小口径超表面玻璃天线，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层的介质为玻璃介质或透明介质，所述中间层为透明粘结层或介质层。

6.一种车载玻璃，包括玻璃基板，其特征在于，还包括权利要求1-5任一项所述的小口径超表面玻璃天线，所述小口径超表面玻璃天线刻蚀在玻璃基板的表面上。

7.一种小口径超表面玻璃天线的设计方法，所述天线为权利要求1-5任一项所述的小口径超表面玻璃天线，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述构建预设小口径区域内的表面波参考分布函数，包括：

9.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述构建目标口径场分布函数包括：

10.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述构建目标口径场分布函数包括：