超材料天线制造技术

本发明专利技术涉及超材料天线，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能并用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波的超材料面板；所述超材料面板包括功能介质板和阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件设置于所述功能介质板第一侧表面上且与所述功能介质板的该第一侧表面紧密贴合；所述阻抗匹配元件包括第一多个阻抗匹配层，且每一阻抗匹配层的折射率分布表示为：，本发明专利技术通过设计天线的超材料面板上每一阻抗匹配层的折射率分布，使其满足相应的规律，来进一步地减少反射干扰和损耗，从而使得电磁波进入功能介质层时能量消耗减少，增强了天线的传输距离，提高了天线性能。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超材料技术，更具体地说，涉及一种超材料天线。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，电磁波技术逐渐深入到我们生活的各个方面。电磁波的一个重要的特性是它可以在任何的介质或真空中传播。在电磁波从发射端传播至接收端过程中，能量的损耗直接影响电磁信号传播的距离以及传输信号的质量。 当电磁波经过同一介质时，基本没有能量的损失；而当电磁波经过不同介质的分界面时，会发生部分反射现象。通常两边介质的电磁参数(介电常数或者磁导率)差距越大反射就会越大。由于部分电磁波的反射，沿传播方向的电磁能量就会相应损耗，严重影响电磁信号传播的距离和传输信号的质量。为了避免折射率的变化使得在电磁波传播时产生反射，减少反射干扰与损耗，通常会在天线的功能介质板上添加阻抗匹配层来减小反射的损耗。目前解决电磁波传输过程中的阻抗匹配问题主要采用等差设计，阻抗匹配层的折射率分布满足如下规律=其中i为阻抗匹配层的编号，ng(r)为功能介质板的折射率分 / + 1布函数。nmin为功能介质板的最小折射率。满足上述规律的阻抗匹配层虽然能够减少一定的反射干扰，但是效果不是很明显，因此需要一种改进的阻抗匹配技术来减少天线的反射干扰与损耗。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的反射干扰与损耗较大的缺陷，提供一种超材料天线。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种超材料天线，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能并用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波的超材料面板；所述超材料面板包括功能介质板和阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件设置于所述功能介质板第一侧表面上且与所述功能介质板的该第一侧表面紧密贴合；所述阻抗匹配元件包括第一多个阻抗匹配层，且每一阻抗匹配层的折射率分布表示为n (r)丄_7] nt(r) = nmm x ^)c+1 ;其中，i表示阻抗匹配层的编号且i为正整数，越靠近所述功能介质板则阻抗匹配层的编号越大％(!■)表示第i层阻抗匹配层的距离其中心为半径r处的折射率；ng(r)表示所述功能介质板的距离其中心为半径r处的折射率；11_表示所述功能介质板的最小折射率；c表示阻抗匹配层的层数。在本专利技术所述的超材料天线中，所述阻抗匹配元件还包括紧密贴合于所述功能介质板第二侧表面上且与所述第一多个阻抗匹配层对称分布的第二多个阻抗匹配层，所述第二多个阻抗匹配层中每一阻抗匹配层的折射率分布与其对称分布在所述第一多个阻抗匹配层中的对应的阻抗匹配层相同。在本专利技术所述的超材料天线中，所述功能介质板包括多个超材料片层，每一超材料片层包括片状的基板和设置在所述基板上的多个人造微结构。在本专利技术所述的超材料天线中，每一阻抗匹配层包括片状的基板和设置在所述基板上的多个人造微结构。在本专利技术所述的超材料天线中，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。在本专利技术所述的超材料天线中，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基板上。在本专利技术所述的超材料天线中，每一超材料片层的折射率分布均相同，每一超材料片层包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环·形区域内折射率随着半径的增大从np连续减小到Iitl且相同半径处的折射率相同。在本专利技术所述的超材料天线中，每一超材料片层的所述多个人造微结构具有相同的几何形状，每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同。在本专利技术所述的超材料天线中，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“H”形。在本专利技术所述的超材料天线中，所述基板由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果通过设计天线的超材料面板上每一阻抗匹配层的折射率分布，使其满足相应的规律，来进一步地减少反射干扰和损耗，从而使得电磁波进入功能介质层时能量消耗减少，增强了天线的传输距离，提高了天线性能。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中图I是依据本专利技术一实施例的超材料天线汇聚电磁波的示意图；图2是依据本专利技术一实施例的超材料面板的结构示意图；图3是依据本专利技术另一实施例的阻抗匹配元件的结构示意图；图4是依据本专利技术一实施例的功能介质板的结构示意图；图5是图4所示的功能介质板的超材料片层的折射率随半径变化的示意图；图6是图4所示的功能介质板的超材料片层在yz平面上的折射率分布图。具体实施例方式图I是依据本专利技术一实施例的超材料天线汇聚电磁波的示意图，该天线包括辐射源20和具有电磁波汇聚功能的超材料面板10，超材料面板10用于将辐射源20发射的电磁波转换为平面波。天线对电磁波的汇聚效果见图I所示。作为公知常识我们可知，电磁波的折射率与^￡X//成正比关系，当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，通过设计超材料中每一点的电磁参数，就可对超材料的折射率分布进行调整，进而达到改变电磁波的传播路径的目的。根据上述原理可以通过设计超材料面板10的折射率分布使从辐射源20发出的球面波形式发散的电磁波转变成适于远距离传输的平面波形式的电磁波。图2是依据本专利技术另一实施例的超材料面板的结构示意图。超材料面板10包括阻抗匹配元件101和功能介质板100，阻抗匹配元件10设置于功能介质板100第一侧表面上且与功能介质板100的该第一侧表面紧密贴合。功能介质板100可以是任何功能的介质板，例如汇聚、发散、偏折等等。只要是为了减少或避免电磁波在两种不同介质之间传播时的反射干扰和损耗，均可采用本专利技术的阻抗匹配元件来实现。其中，阻抗匹配元件101包括第一多个阻抗匹配层且每一阻抗匹配层的折射率分布表不为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料天线，其特征在于，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能并用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波的超材料面板；所述超材料面板包括功能介质板和阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件设置于所述功能介质板第一侧表面上且与所述功能介质板的该第一侧表面紧密贴合；所述阻抗匹配元件包括第一多个阻抗匹配层，且每一阻抗匹配层的折射率分布表示为：ni(r)=nmin×(ng(r)nmin)ic+1;其中，i表示阻抗匹配层的编号且i为正整数，越靠近所述功能介质板则阻抗匹配层的编号越大；ni(r)表示第i层阻抗匹配层的距离其中心为半径r处的折射率；ng(r)表示所述功能介质板的距离其中心为半径r处的折射率；nmin表示所述功能介质板的最小折射率；c表示阻抗匹配层的层数。

【技术特征摘要】
1.一种超材料天线，其特征在于，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能并用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波的超材料面板；所述超材料面板包括功能介质板和阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件设置于所述功能介质板第一侧表面上且与所述功能介质板的该第一侧表面紧密贴合；所述阻抗匹配元件包括第一多个阻抗匹配层，且每一阻抗匹配层的折射率分布表不为 n(r)丄= ^mm X (―^)c+1 ； 其中，i表示阻抗匹配层的编号且i为正整数，越靠近所述功能介质板则阻抗匹配层的编号越大(r)表示第i层阻抗匹配层的距离其中心为半径r处的折射率；ng(r)表示所述功能介质板的距离其中心为半径r处的折射率；11_表示所述功能介质板的最小折射率；c表示阻抗匹配层的层数。2.根据权利要求I所述的超材料天线，其特征在于，所述阻抗匹配元件还包括紧密贴合于所述功能介质板第二侧表面上且与所述第一多个阻抗匹配层对称分布的第二多个阻抗匹配层，所述第二多个阻抗匹配层中每一阻抗匹配层的折射率分布与其对称分布在所述第一多个阻抗匹配层中的对应的阻抗匹配层相同。3.根据权利要求I所述的超材料天线，其特征在于，所述功能介质板包括多个超材料片层，每一超材料片层包括片状的基板和设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，岳玉涛，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：