一种偏馈式雷达天线制造技术

本发明专利技术涉及一种偏馈式雷达天线，所述天线包括：馈源、超材料面板以及反射板，所述馈源位于所述超材料面板的另一侧且在超材料面板的非正对区域，所述超材料面板包括多个具有折射率相同分布的多个核心层，所述每一核心层包括多个超材料单元，所述超材料单元包括单元基材以及人造微结构。一种偏馈式雷达天线通过利用超材料对电磁波进行汇聚的特性，使得雷达天线不依赖电磁波汇聚设备的形状，省去了加工传统抛物面天线的复杂制造工艺，同时又可以实现传统抛物面天线定向接收或者发射电磁波的优点；还有本发明专利技术采用了偏馈式雷达天线，使得馈源对电磁波的辐射不再遮拦，同时也避免了辐射的电磁波对馈源的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达天线领域，更具体地说，涉及一种使用超材料的偏馈式雷达天线。
技术介绍
雷达天线通过反射器将馈源辐射的球面波变为平面波，从而实现定向接收或者发射电磁波，目前使用的反射器是抛物面形状，馈源位于反射器的焦点附近。雷达天线的工作原理与光学反射镜相似，现有的雷达抛物面天线如图1所示，包括溃源1、抛物面反射器2和支架3，在抛物面反射器2的焦点处放置有发射或者接收电磁波的馈源1，利用抛物面反射器2的聚焦特性，由馈源1发出的球面波经抛物面反射器2反射后变换成平面波，形成沿抛物面轴向辐射最强的窄波束。为了制造抛物反射面通常利用模具铸造成型或者采用数控机床进行加工的方法。 第一种方法的工艺流程包括制作抛物面模具、铸造成型抛物面和进行抛物反射面的安装。 工艺比较复杂，成本高，而且抛物面的形状要比较准确才能实现天线的定向传播，所以对加工精度的要求也比较高。第二种方法采用大型数控机床进行抛物面的加工，通过编辑程序， 控制数控机床中刀具所走路径，从而切割出所需的抛物面形状。这种方法切割很精确，但是制造这种大型数控机床比较困难，而且成本比较高。超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。超材料通过对微结构的有序排列，可以改变超材料中每点的相对介电常数和磁导率，实现物质的折射率分布的非均勻性从而控制电磁波在材料中的传播路径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中制造抛物面天线生产工艺复杂的问题，提供一种偏馈式雷达天线，该天线提出了一种结构简单的具有平面反射板的雷达天线，这种平面结构的天线具有抛物面天线可以定向接收或者发射电磁波的优点，同时避免了生产抛物面天线时的复杂工艺。为了达到上述目的，本专利技术采用的如下技术方案一种偏馈式雷达天线，所述天线包括馈源，用于辐射电磁波；超材料面板，用于将所述馈源辐射出的电磁波从球面电磁波转化为平面电磁波，所述天线还包括紧贴于所述超材料面板一侧的反射板，用于将电磁波反射到超材料面板进行汇聚折射并向远处辐射， 所述馈源位于所述超材料面板的另一侧且在超材料面板的非正对区域，所述超材料面板包括多个具有折射率相同分布的多个核心层，所述每一核心层包括多个超材料单元，所述超材料单元包括单元基材以及人造微结构，所述超材料面板的每一核心层的折射率以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心呈圆形分布，且随着半径的增加折射率逐渐减小，且半径相同处的折射率相同。进一步地，所述超材料单元还包括第一填充层，所述人造微结构位于所述单元基材和第一填充层之间，所述第一填充层内填充的材料包括空气、人造微结构以及与所述单元基材相同材料的介质。 进一步地，所述超材料面板还包括分布于所述核心层一侧的多个渐变层，所述每一渐变层均包括片状的基板层、片状的第二填充层以及设置在所述基板层和填充层之间的空气层。 进一步地，所述第二填充层内填充的介质包括空气以及与所述基板层相同材料的介质。 进一步地，所述超材料面板的每一核心层的折射率以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心，随着半径r的变化规律如以下表达式式中nmax表示所述每一核心层中的最大折射率值，d表示所有核心层的总厚度，ss 表示所述馈源到最靠近馈源位置的核心层的距离，n(r)表示所述多个核心层内半径r处折射率值。进一步地，所述超材料面板的每一渐变层内的折射率均勻分布的，且多个渐变层间折射率分布的变化规律如以下表达式, i V} -L V} —U1 =( max2 mmY，i=l、2、3、…、m，其中Ili表示第i层渐变层的折射率值，m表示渐变层的层数，nmin表示所述每一核心层内的最小折射率值，nfflax表示所述每一核心层中的最大折射率值，其中第m层渐变层与核心层靠近，随着m值的变小逐渐远离核心层，第一层渐变层为最外层渐变层。进一步地，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成对电磁场有响应的平面结构或立体结构，所述金属丝为铜丝或银丝。进一步地，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所述单元基材上。进一步地，所述人造微结构为在“工”字形、“工”字形的衍生形、雪花状或雪花状的衍生形任意一种。进一步地，所述第一基板层和第二基板层均由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、 FR-4复合材料或F4B复合材料制得。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果一种偏馈式雷达天线，平面天线的结构简单，通过利用超材料对电磁波进行汇聚的特性，使得雷达天线不依赖电磁波汇聚设备的形状，省去了加工传统抛物面天线的复杂制造工艺，同时又可以实现传统抛物面天线定向接收或者发射电磁波的优点。还有本专利技术采用了偏馈式雷达天线，使得馈源对电磁波的辐射不再遮拦，同时也避免了辐射的电磁波对馈源的影响。附图说明图1是现有技术中抛物面雷达天线的结构示意图；图2是本专利技术一种偏馈式雷达天线示意图；图3是本专利技术一种偏馈式雷达天线示意图；图4是本专利技术所述超材料面板的结构示意图5是本专利技术所述核心层的结构示意图；图6是本专利技术所述核心层的结构示意图；图7是本专利技术所述超材料单元的结构示意图；图8是本专利技术所述渐变层结构示意图；图9是本专利技术核心层折射率变化示意图；图10是本专利技术核心层折射率变化示意图。具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。图2和图3是本专利技术偏馈式雷达天线的结构示意图，该天线包括馈源10、超材料面板20以及反射板30，所述馈源10和发射板30分别位于所述超材料面板20的两侧，反射板30与超材料面板20紧贴相连，馈源10所在点在所述超材料面板20上的正投影为超材料面板20下底边的中点。通常从馈源10辐射的电磁波是球面电磁波，但是球面电磁波的远场方向性能不好，对于远距离以球面电磁波为载体的信号传输有很大的局限性，而且衰减快，本专利技术通过设计一具有电磁波汇聚功能的超材料面板20，该超材料面板20将馈源10辐射出来的大部分电磁波从球面电磁波转换为平面电磁波，且在通过超材料面板20的电磁波经过反射板 30反射后再次通过超材料面板20折射汇聚并辐射出去，使得雷达天线的方向性更好，天线主瓣能量密度更高，能量更大，进而以该平面电磁波为载体的信号传输距离更远。图4是图2所示的超材料面板20的结构示意图，超材料面板20包括多个核心层 210以及分布在靠近馈源一侧的多个渐变层220，每一核心层210均由多个超材料单元组成，所述超材料单元包括单元基材211、片状的第一填充层213以及设置在所述单元基材 211和第一填充层213之间的多个人造微结构212，如图6以及如图7所示。所述第一填充层213内填充的材料可以是空气、人造微结构以及与所述单元基材相同材料的介质，比如， 当需要所述超材料单元内的等效折射率变大时，可以在第一填充层213内填充金属微结构或者是填充具有较大折射率的介质；当需要所述超材料单元内的等效折射率变小时，可以在第一填充层213内填充空气介质或者是不填充任何介质。超材料面板20内的多个超材料核心层210堆叠在一起，且各个核心层210之间等间距排列地组装，或两两片层之间直接前、后表面相粘合地连接成一体。具体实施时，超材料核心层的数目以及各个核心层之间的距离可依据需求来进行设计。每个超材料核心层210由多个超材料单元阵列形成，整个超材料核心层210本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏馈式雷达天线，所述天线包括馈源，用于辐射电磁波；超材料面板，用于将所述馈源辐射出的电磁波从球面电磁波转化为平面电磁波，其特征在于，所述天线还包括紧贴于所述超材料面板一侧的反射板，用于将电磁波反射到超材料面板进行汇聚折射并向远处辐射，所述馈源位于所述超材料面板的另一侧且在超材料面板的非正对区域，所述超材料面板包括多个具有折射率相同分布的多个核心层，所述每一核心层包括多个超材料单元，所述超材料单元包括单元基材以及人造微结构，所述超材料面板的每一核心层的折射率以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心呈圆形分布，且随着半径的增加折射率逐渐减小，且半径相同处的折射率相同。2.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，所述超材料单元还包括第一填充层，所述人造微结构位于所述单元基材和第一填充层之间，所述第一填充层内填充的材料包括空气、人造微结构以及与所述单元基材相同材料的介质。3.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，所述超材料面板还包括分布于所述核心层一侧的多个渐变层，所述每一渐变层均包括片状的基板层、片状的第二填充层以及设置在所述基板层和填充层之间的空气层。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，岳玉涛，宿超，
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：