一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜制造技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，所述介质透镜包括：离散介质透镜和馈源天线，其中，所述离散介质透镜包括呈阵列分布的若干介质单元结构，且每个所述介质单元结构包括依次设置的空气柱、介质柱和十字形介质柱，其中，所述空气柱和所述介质柱均为正六边形，所述介质柱的一端设置有正六边形凹槽结构，所述空气柱位于所述介质柱的所述正六边形凹槽结构中，所述十字形介质柱的一端与远离所述空气柱的所述介质柱的一端相连接。本发明专利技术提供一种生物仿生型蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，可以实现电磁波由球面波到平面波的转换，同时实现线极化与圆极化转换，还能实现天线增益在大的频带宽度内增益的提升。提升。提升。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜


[0001]本专利技术属于微波无源器件和微波通信
，具体涉及一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜。

技术介绍

[0002]电磁波的极化状态是电磁波的一个重要特性，表征为在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹来描述，包含线极化、圆极化和椭圆极化三种极化类型。很多情况下，电磁波的极化方向在实际应用中起到十分关键的作用，这种特性被用于反射面天线、成像系统、传感器以及天线雷达罩等。传统的电磁波极化调控方法包括光栅调控，双色性晶体调控，以及双折射效应调控等。根据这些原理制造出的设备的尺寸远大于工作频段的电磁波波长，构造起来相当复杂而且制作成本很高。超材料(人工电磁材料)是一种人工构造的具有特殊电磁特性的材料，这些特殊的电磁特性使它能够控制电磁波的传输特性，其中就包括电磁波的极化特性。
[0003]在现代雷达和无线通信中，仅靠线极化天线已很难满足要求。高增益、圆极化天线由于其具有抗雨雾干扰、抗多径效应等特性受到了广泛的关注。将超材料圆极化器件与传统线极化天线集成实现圆极化电磁波的出射是满足高增益圆极化天线应用需求的一种方法。从微波频段到光波频段，已经有许多基于各向异性超材料和手征超材料的圆极化器件。
[0004]但是，这些极化转换器件的工作频率很窄、增益较低，在实际应用中受到了很大的限制。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，所述介质透镜包括：离散介质透镜和馈源天线，其中，
[0007]所述离散介质透镜的形状为正六边形，所述离散介质透镜包括呈阵列分布的若干介质单元结构，且每个所述介质单元结构包括依次设置的空气柱、介质柱和十字形介质柱，其中，所述空气柱和所述介质柱均为正六边形，所述介质柱的一端设置有正六边形凹槽结构，所述空气柱位于所述介质柱的所述正六边形凹槽结构中，所述十字形介质柱的一端与远离所述空气柱的所述介质柱的一端相连接；
[0008]所述馈源天线处于靠近所述空气柱的一侧，在高度方向上，靠近所述馈源天线的所述离散介质透镜的面为平面，远离所述馈源天线的所述离散介质透镜的面为曲面。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，相邻的两个所述介质单元结构之间的距离为零。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所有所述介质柱的高度从边缘至中心逐渐增大，所有所述十字形介质柱的高度均相等。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述介质柱(12)在高度为h时提供的修正透射相位的
计算公式为：
[0012]φ
c
＝φ
h
‑
2π(h
max
‑
h)/λ0[0013]其中，h为所述介质柱的高度，φ
c
为修正透射相位，φ
h
为在工作频率下的透射相位，h
max
为所述介质柱的最大高度，λ0为在工作频率下的波长。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述离散介质透镜的补偿相位的计算公式为：
[0015][0016]mod[φ
tot
(x
max
,y
max
)
‑
φ
tot
(x,y),2k1π]＝φ
c
‑
φ
c
(x
max
,y
max
)
[0017]其中，φ
tot
(x,y)为坐标(x,y)处所述离散介质透镜的补偿相位，k0为传播常数，且k0＝2π/λ0，F0为焦距，mod为取余函数，φ
c
(x
max
,y
max
)为所述介质柱的最小高度所对应的相位，(x
max
,y
max
)为距离原点最远的介质单元结构的中心坐标，k1为最大高度h
max
的所述介质柱的最大相移2k1π的周期。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述离散介质透镜的材料包括3D打印材料。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述介质柱的高度与透射相位之间的关系为：
[0020]φ＝
‑
47.13*h+235.2632；
[0021]其中，φ为透射相位，h为介质柱的高度，且5≤h≤70。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述介质柱的外边长h1为中心频率对应波长的1/4，所述介质柱的内边长h2为外边长h1的0.76倍。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述馈源天线包括线极化天线。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述馈源天线为喇叭天线。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术的离散介质透镜由周期性排列的各向异性介质单元结构构成，其上半部分，呈现六边形凹槽，下半部分为十字形介质柱。十字形介质柱的排布在平面形成
±
90
°
相位差，可实现线极化波与左右圆极化波的转换；同时溃源天线照射在透镜后，由于介质超表面呈现的性能，可以进一步将球面波转换为平面波，同时离散介质透镜可以实现超宽频带内(10G带宽)的增益6
‑
8dB的性能提升。
[0027]本专利技术可利用3D打印技术制作介质透镜表面，设计简单、成本低廉、易于加工，同时具有增益高、工作频率宽、圆极化效果好的特点。
[0028]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例提供的一种离散介质透镜的结构示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例提供的另一种离散介质透镜的结构示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例提供的一种介质单元结构放大后的示意图；
[0032]图4是本专利技术实施例提供的一种26GHz下正六边形介质柱的高度与透射相位之间的关系的示意图；
[0033]图5是本专利技术实施例提供的一种六边形透镜天线与馈源喇叭天线的增益对比图。
[0034]图中标号：
[0035]离散介质透镜
‑
1；空气柱
‑
11；介质柱
‑
12；十字形介质柱
‑
13。
具体实施方式
[0036]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0037]实施例一
[0038]请参见图1、图2和图3，图1是本专利技术实施例提供的一种离散介质透镜的结构示意图，图2是本专利技术实施例提供的另一种离散介质透镜的结构示意图，图3是本专利技术实施例提供的一种介质单元结构放大后的示意图，本实施例提供一种蜂窝状超宽带高增益六边形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，其特征在于，所述介质透镜包括：离散介质透镜(1)和馈源天线，其中，所述离散介质透镜(1)的形状为正六边形，所述离散介质透镜(1)包括呈阵列分布的若干介质单元结构，且每个所述介质单元结构包括依次设置的空气柱(11)、介质柱(12)和十字形介质柱(13)，其中，所述空气柱(11)和所述介质柱(12)均为正六边形，所述介质柱(12)的一端设置有正六边形凹槽结构，所述空气柱(11)位于所述介质柱(12)的所述正六边形凹槽结构中，所述十字形介质柱(13)的一端与远离所述空气柱(11)的所述介质柱(12)的一端相连接；所述馈源天线处于靠近所述空气柱(11)的一侧，在高度方向上，靠近所述馈源天线的所述离散介质透镜(1)的面为平面，远离所述馈源天线的所述离散介质透镜(1)的面为曲面。2.根据权利要求1所述的蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，其特征在于，相邻的两个所述介质单元结构之间的距离为零。3.根据权利要求1所述的蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，其特征在于，所有所述介质柱(12)的高度从边缘至中心逐渐增大，所有所述十字形介质柱(13)的高度均相等。4.根据权利要求1所述的蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，其特征在于，所述介质柱(12)在高度为h时提供的修正透射相位的计算公式为：φ
c
＝φ
h
‑
2π(h
max
‑
h)/λ0其中，h为所述介质柱(12)的高度，φ
c
为修正透射相位，φ
h
为在工作频率下的透射相位，h
max
为所述介质柱(12)的最大高度，λ0为在工作频率下的波长。5.根据权利要求4所述的蜂窝状超宽带高增益六边形阵列介质透镜，其特征在于，所述离散介质透镜(1)的补偿相位的计算公式为：mod[φ
t...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁冰洋，张永华，周远国，李白萍，李东，韩晓冰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：