一种聚焦型的多层超表面阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种聚焦型的多层超表面阵列天线，该阵列天线由两个以上移相单元排列组成的阵列相位板；所述移相单元包括上下连接的上介电层和下介质层，所述上介质层和下介质层均为边长为3mm正方形；所述上介质层的上表面、上介质层与下介质层的连接面、下介质层的底面均设有金属贴片；所述的阵列相位板包括位于中心且外圆环的内半径最大的中心移相单元，中心移相单元向外呈包围状排列多层相位层，相位层由n×8个移相单元呈正方形包围组成，n为相位层(7)的层数，且n≧1。本发明专利技术具有非常优越的入射波透射聚焦效果，透射效率可以达到70％以上，此外本发明专利技术结构简单，移相单元的单位面积利用率高，而且具有制造工艺简单、成本低廉的优点。

A Focused Multilayer Supersurface Array Antenna

【技术实现步骤摘要】
一种聚焦型的多层超表面阵列天线
本专利技术涉及一种聚焦型的多层超表面阵列天线，属于通信领域。
技术介绍
超表面材料，或者称为“平面超薄超材料”是由一系列低维度的电磁超材料组合而成，其独特和优点之处是超表面只需要一个二元结构即可实现0到2π相位的连续控制，突破了传统“体材料”的本质性限制，同时还具备尺寸、重量、容易制备及器件集成等诸多优势。超表面材料利用电磁波与表面结构的作用引起的“相位突变”或“偏振突变”来控制光或电磁波的传播，是一种“界面效应”，与通常超材料中的“体效应”机理完全不同。超表面材料开启了一个新的物理领域及现象，在两种天然材料的“界面”上展现了一种超越常规的控制电磁能流的能力。与传统三维体超材料所观察到的完全不同，超表面材料进一步拓展和延伸了体超材料的功能及应用，可以产生不同于那些大体积的多层结构的超材料的功能及应用，也可以解决许多传统体超材料发展及应用中的重大难题，如工作带宽、高损耗、高难度的昂贵制造工艺以及与应用系统的集成化困难等等。专利号为201610235825.0的中国专利技术专利公开了一种用于聚焦电磁波的超表面反射阵面，并具体公开了包括两个以上移相单元排列组成的阵列相位板，移相单元包括介质板，介质板的表面设有金属贴片，金属贴片的中间设有上孔；介质板的底部设有金属接地板，金属接地板的中间设有下孔；介质板的中部设有金属管，金属管与上孔和下孔连通。但是该技术方案还存在着以下问题：1、介质板上的金属贴片为圆形，圆形的金属贴片覆盖在方向的介质板时，其不能完全的覆盖住介质板，移相单元的单位面积的利用率不高。2、该金属贴片与金属管的连通处不能完全的将入射波进行反射聚焦，会有一部分入射波经上孔折射进金属管内，降低了入射波的聚焦效果。3、该专利需要对介质板进行设置金属管，工艺较为复杂，增加了阵列天线的制造难度，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种聚焦型的多层超表面阵列天线。本专利技术具有非常优越的入射波透射聚焦效果，透射效率可以达到70％以上，此外本专利技术结构简单，移相单元的单位面积利用率高，而且具有制造工艺简单、成本低廉的优点。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：一种聚焦型的多层超表面阵列天线，该阵列天线由两个以上移相单元排列组成的阵列相位板；所述移相单元包括上下连接的上介电层和下介质层，所述上介质层和下介质层均为边长为3mm正方形；所述上介质层的上表面、上介质层与下介质层的连接面、下介质层的底面均设有金属贴片；所述的金属贴片由外圆环和内圆环组成，外圆环、内圆环的圆心分别与正方形的中心重合；所述外圆环的外圆与正方形相切；所述外圆环的内半径是内圆环的外半径的2倍；所述内圆环的内半径为0.1mm；所述的阵列相位板包括位于中心的中心移相单元，中心移相单元向外呈包围状排列多层相位层，相位层由n×8个移相单元呈正方形包围组成，n为相位层的层数，且n≧1；所述的相位层从内至外移相单元的内圆环的面积从大到小设置，且移动单元的外圆环的面积从小至大设置。上述的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述每一相位层中移相单元的金属贴片的外圆环的内半径相同。前述的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述外圆环的内半径是内圆环的外半径的2倍。前述的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述内圆环的内半径为0.1mm。前述的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述的相位层的层数为7层。前述的的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述每一相位层中移相单元表面的金属贴片的表面积相同。前述的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述上介电层和下介质层的介电常数均为2.0，厚度均为0.8mm。前述的聚焦型的多层超表面阵列天线，所述金属贴片的厚度为0.035mm。与现有技术相比，本专利技术对移相单元的结构作了创造性的改进，由上下连接的上介电层和下介质层构成移相单元的主体，并在上介质层的上表面、上介质层与下介质层的连接面、下介质层的底面均设置金属贴片；金属贴片由外圆环和内圆环组成，且外圆环与内圆环的圆心与正方形上介质层或下介质层的中心重合；且外圆环的外圆与正方形相切，并以此移相单元按照一定规律排列成阵列天线，与现有的专利号为201610235825.0的中国专利技术专利相比，本专利技术采用的外圆环和内圆环的形式，不需要对介质层设置金属管，进一步地避免了入射波折射进金属管的问题，提高了入射波的聚焦效果；由于本专利技术不需要对介质层设置金属管，降低了移相单元的制造难度，其加工工艺简化，大大的降低了生产成本。并且以移相单元为基础来按照一定规律进行排列组合，组合后形成的阵列天线的透射效率可以达到70％以上。此外，申请人还对移相单元的各部分在形状和尺寸上作了优选，优选后的结构进一步提高了聚焦效果和透射效率。附图说明图1是阵列天线的结构示意图；图2是移相单元的立体结构示意图；图3是移相单元的主视图；图4是相位变化示意图；图5是3个相位的阵列天线结构示意图；图6是阵列天线A的波导口入射条件下电场Ey分布图；图7是阵列天线A的波导口入射条件下电场Ez分布图；图8是阵列天线A的3d远场图；图9是阵列天线A的远场2d图；图10是阵列天线B的波导口入射条件下电场Ey分布图；图11是阵列天线B的波导口入射条件下电场Ez分布图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。实施例：一种聚焦型的多层超表面阵列天线，如附图1-4所示，该阵列天线由两个以上移相单元8排列组成的阵列相位板9；所述移相单元8包括上下连接的上介电层1和下介质层2，所述上介质层1和下介质层2均为边长为3mm正方形；所述上介质层1的上表面、上介质层1与下介质层2的连接面、下介质层2的底面均设有金属贴片3；所述的金属贴片3由外圆环4和内圆环5组成，外圆环4、内圆环5的圆心与正方形的中心重合；所述外圆环4的外圆与正方形相切；为了实现对透射波波前准确控制和入射平面波的散射问题，我们通过聚焦型的多层超表面阵列天线来研究，图1为设计的阵列天线，该阵列天线为正方形，且共由255个移相单元拼接而成阵列相位板2，所述的阵列相位板9包括位于中心的中心移相单元6，中心移相单元6向外呈包围状排列多层相位层7，相位层7由n×8个移相单元呈正方形包围组成，n为相位层7的层数，且n≧1；所述的相位层7从内至外移相单元8的内圆环5的面积从大到小设置，且移动单元8的外圆环的面积从小至大设置。进一步地，所述的阵列天线为正方形，所述的中心移相单元6设置在正方形的中心处，且金属贴片面积最大，相位层7呈包围状将中心移相单元6环绕，且每一相位层7中移相单元的金属贴片3的外圆环4的内半径相同，金属贴片3的表面积相同。所述外圆环4的内半径是内圆环5的外半径的2倍；金属贴片3可选取金、银等金属材料，所述上介电层1和下介质层2的介电常数均为2.0，可采用二氧化硅。经申请人反复试验、筛选和总结，中心移相单元6上金属贴片3的外圆环的内半径长度为1.4mm，相位层7中移相单元1上金属贴片3的外圆环4的内半径长度变量a随相位层7的层数由内至外依次分别为1.347mm、1.121mm、0.997mm、0.924m、0.868mm、0.793mm、0.732mm；金属贴片内环壁的宽度则为0.7mm、0.673mm、0.56mm、0.499mm、0.462mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚焦型的多层超表面阵列天线，其特征在于：该阵列天线由两个以上移相单元(8)排列组成的阵列相位板(9)；所述移相单元(8)包括上下连接的上介电层(1)和下介质层(2)，所述上介质层(1)和下介质层(2)均为边长为3mm正方形；所述上介质层(1)的上表面、上介质层(1)与下介质层(2)的连接面、下介质层(2)的底面均设有金属贴片(3)；所述的金属贴片(3)由外圆环(4)和内圆环(5)组成，外圆环(4)、内圆环(5)的圆心分别与正方形的中心重合；所述外圆环(4)的外圆与正方形相切；所述的阵列相位板(9)包括位于中心的中心移相单元(6)，中心移相单元(6)向外呈包围状排列多层相位层(7)，相位层(7)由n×8个移相单元(8)呈正方形包围组成，n为相位层(7)的层数，且n≧1；所述的相位层(7)从内至外移相单元(8)的内圆环(5)的面积从大到小设置，且移动单元(8)的外圆环的面积从小至大设置。

【技术特征摘要】
1.一种聚焦型的多层超表面阵列天线，其特征在于：该阵列天线由两个以上移相单元(8)排列组成的阵列相位板(9)；所述移相单元(8)包括上下连接的上介电层(1)和下介质层(2)，所述上介质层(1)和下介质层(2)均为边长为3mm正方形；所述上介质层(1)的上表面、上介质层(1)与下介质层(2)的连接面、下介质层(2)的底面均设有金属贴片(3)；所述的金属贴片(3)由外圆环(4)和内圆环(5)组成，外圆环(4)、内圆环(5)的圆心分别与正方形的中心重合；所述外圆环(4)的外圆与正方形相切；所述的阵列相位板(9)包括位于中心的中心移相单元(6)，中心移相单元(6)向外呈包围状排列多层相位层(7)，相位层(7)由n×8个移相单元(8)呈正方形包围组成，n为相位层(7)的层数，且n≧1；所述的相位层(7)从内至外移相单元(8)的内圆环(5)的面积从大到小设置，且移动单元(8)的外圆环的面积从小至大设置。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐弼军，孙志超，闫梦瑶，童鑫，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33