本发明属于微波天线，具体涉及一种基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线。
背景技术：
1、随着微波电子技术的不断发展，要实现高质量的通信，需要研究并设计出具有高增益特性的天线用于远距离无线网络传输。目前提高天线增益使用的方法主要是使用频率选择表面、电磁带隙结构作为覆层形成法布里-珀罗谐振腔，这对于覆层与天线之间的距离有较为严格的要求且一般整个覆层天线的剖面较高。
2、电磁超材料是一种人工复合结构，其具有自然界中的天然材料不具有的电磁特性。当电磁波的频率十分接近等离子体频率时，超材料的等效介电常数或者等效磁导率将接近于零，进而等效折射率近零。近零折射率超材料由于具有近零的折射率，当电磁波入射到该类超材料上时，依据相移公式θ＝n·k·d，式中n为折射率，k为波数，d为传播长度，当n＝0时对应的相移θ＝0，即出射波的波前将由超材料的界面形状决定。通过改变近零折射率超材料的界面，就可以调控电磁波的传播方向，进而实现波束汇聚提高天线增益。
3、现有技术“high gain microstrip antenna based on zero-indexmetamaterials”公开了一种蜂窝形近零折射率超材料单元，并直接将单元组成6x6阵列加载于贴片上方，但覆层天线总体增益只比未加载天线提高了6.32db。现有技术“a zero-index based metasurface antenna with improved gain and circular polarizationcharacteristics”中，将近零折射率单元直接组成9x9阵列加载于圆极化贴片上方，但覆层天线总体增益只比未加载天线提高了5-6db。
技术实现思路
1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，在基本不影响源天线的工作性能条件下，有效压缩天线方向图，使天线增益提高了约9.5db。
2、本发明所提出的技术问题是这样解决的：
3、一种基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，包括天线罩和源天线，天线罩位于源天线的上方，与源天线平行且中间留有间距；
4、所述天线罩由三层相同的基于近零折射率的电磁超材料由上至下紧密堆叠组成；
5、所述基于近零折射率的电磁超材料由n×n个超材料单元呈二维排布而成，n为正整数。
6、进一步的，所述超材料单元包括介质基板及印刷于介质基板上下表面的金属图案；介质基板的上下表面的金属图案相同，包括金属弯折线环和金属米字结构；金属米字结构位于金属弯折线环和的内部，中心重合；金属米字结构为中心重合呈45°夹角的两个十字形结构，两个十字形结构分别与金属弯折线环的边平行及呈45°夹角；金属弯折线环为方形环在四周的边中心位置进行弓字形弯折；相邻的金属弯折线环之间留有缝隙。
7、进一步的，不同超材料单元中金属米字结构的尺寸相同或不同。
8、进一步的，对各位置处的超材料单元依次进行相关性分析，得到对超材料单元的近零折射率频点影响最大的尺寸参数为金属米字结构的枝节长度；调整各超材料单元中金属米字结构的枝节长度，对整个覆层天线的增益进行仿真优化，得到各超材料单元中金属米字结构的枝节长度优化结果。
9、进一步的，所述源天线为微带天线；所述微带天线由上至下为依次紧密贴合的微带贴片、第二介质基板和金属地板；微带贴片呈方形，在两个对角处进行切角处理，在其中一个切角的侧边进行添加短枝节处理。
10、进一步的，所述微带天线采用同轴馈电法。
11、进一步的，所述天线罩和所述源天线之间的距离为λ/2，λ为天线中心频率对应的波长。
12、进一步的，超材料单元中介质基板和微带天线中介质基板选用rogers ro4003(tm)，其相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。
13、本发明的有益效果是：
14、本发明所述天线通过将圆极化微带天线与近零折射率超材料有效结合，在基本不影响源天线的工作性能条件下，实现了方向图压缩，达到提高主方向增益的效果。本发明所述天线解决了现有圆极化微带天线增益低的技术问题，具有结构新颖，总体剖面低，高增益的优点，能够用于现代无线通信系统等领域。
1.一种基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，包括天线罩和源天线，天线罩位于源天线的上方，与源天线平行且中间留有间距；
2.根据权利要求1所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，所述超材料单元包括介质基板及印刷于介质基板上下表面的金属图案；介质基板的上下表面的金属图案相同，包括金属弯折线环和金属米字结构；金属米字结构位于金属弯折线环的内部，中心重合；金属米字结构为中心重合呈45°夹角的两个十字形结构，两个十字形结构分别与金属弯折线环的边平行及呈45°夹角；金属弯折线环为方形环在四周的边中心位置进行弓字形弯折；相邻的金属弯折线环之间留有缝隙。
3.根据权利要求2所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，不同超材料单元中金属米字结构的尺寸相同或不同。
4.根据权利要求2所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，对各位置处的超材料单元依次进行相关性分析，得到对超材料单元的近零折射率频点影响最大的尺寸参数为金属米字结构的枝节长度；调整各超材料单元中金属米字结构的枝节长度，对整个覆层天线的增益进行仿真优化，得到各超材料单元中金属米字结构的枝节长度优化结果。
5.根据权利要求2所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，所述源天线为微带天线；所述微带天线由上至下为依次紧密贴合的微带贴片、介质基板和金属地板；微带贴片呈方形，在两个对角处进行切角处理，在其中一个切角的侧边进行添加短枝节处理。
6.根据权利要求5所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，所述微带天线采用同轴馈电法。
7.根据权利要求1所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，所述天线罩和所述源天线之间的距离为λ/2，λ为天线中心频率对应的波长。
8.根据权利要求6所述的基于近零折射率超材料的高增益圆极化微带天线，其特征在于，超材料单元中介质基板和微带天线中介质基板选用rogers ro4003(tm)，其相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。
