定向天线制造技术

一种定向天线包括一馈源，所述定向天线还包括超材料单元和第一反射板。所述超材料单元包括至少一片超材料层，所述超材料层包括多个子单元，所述子单元包括第一材质和嵌入在第一材质中的第二材质。所述馈源产生的电磁波经超材料单元折射后而散射于第一反射板上，所述第一反射板将电磁波反射使电磁波再次经超材料单元折射而平行射出。从而使定向天线抛弃了形状和结构笨重的抛物面反射板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线领域，更具体地说，涉及一种定向天线。
技术介绍
目前，对于电磁波的定向，利用定向天线来完成，常用透镜天线来达成。在光学中，利用透镜能使放在透镜焦点上的点光源辐射出的球面波，经过透镜折射后变为平面波。透镜天线就是利用这一原理制作而成的，它由透镜和放在透镜焦点上的辐射器组成。天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。 衡量天线性能的参数有很多，如波瓣图、有效口径、增益、方向性、阻抗等等，其中方向性是天线很重要的性能指标，方向性越强，越有利于接收机的接收。定向天线，是指在某一个或某几个特定方向上辐射，发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小。定向天线可以增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，采用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力。传统定向如喇机天线,Vivaldi天线体积较大,其余增加定向性的方法有在天线后增加背腔、反射板或者使用吸波材料等，但是这些方法往往增加天线的尺寸，同时增加天线的制作难度。现有技术制作天线的抛物面反射，一般采用铸造或者数控机床加工，加工工艺复杂；其次要获得好的定向天线，要求抛物面的精度比较高。因此反射抛物面不符合要求的时容易导致定向天线性能不稳定。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的实现定向天线的体积大、设计不灵活以及成本高等缺陷，提供一种体积小且性能稳定的高定天线。一种定向天线包括一馈源，所述定向天线还包括超材料单元和第一反射板，所述超材料单元包括至少一片超材料层，所述超材料层包括多个子单元，所述子单元包括第一材质和嵌入在第一材质中的第二材质；所述馈源产生的电磁波经超材料单元折射后而散射于第一反射板上，所述第一反射板将电磁波反射使电磁波再次经超材料单元折射而平行射出。进一步地，所述第一材质选用陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料及铁磁材料中的任意一种。进一步地，所述第二材质选用空气、金属材料、橡胶、塑料及树脂材料中的任意一种。进一步地，所述定向天线还包括馈源支架和设置于馈源支架上第二反射板，所述第二反射板用于将馈源产生的向后辐射电磁波反射至所述超材料单元。进一步地，所述第一反射板和第二反射板均采用光滑金属镜面。进一步地,所述超材料单元包括沿X方向堆叠成一体的多个超材料片层，所述子单兀以垂直于X方向的y方向为列、以同时垂直于X、y方向的z方向为行排成第一阵列，每行的子单元的折射率相同，每列所述子单元的折射率依次为a1; a2，a3，……，as，b1； b2，b3，......，IvCpCyC3, ......，cp,各个折射率满足ai < a2 < a3......( as, C1 ^ C2 ^ C3......彡 cp ;其中 b1 < as, bm < C1,且 s、p 均为不小于2的自然数，m为不小于I的自然数。进一步地，所述b1;b2，b3，……，bm之间存在以下关系Id1彡b2彡b3......( bq, bq彡bq+1彡bq+2彡bq+3......彡bm,且q为小于m的自然数。·进一步地，每列所述子单元的折射率还具有如下关系{a2~al)彡(a3_a2)......彡(a^a^)彡 db)彡(b3_b2)......彡 Uq),(bq-bq+1) ( (bq+1-bq+2) ( (bq+2-bq+3)......( Ovfbm) ( (c「c2) ( (c2_c3) ( (cp_rcp)。进一步地，上述折射率还具有如下关系B1 = bi = bm = cp, as = bq = C1, s = p, q > s q > p, q = 。进一步地，所述多个超材料片层完全相同且具有相同的折射率分布。进一步地，所述多个超材料片层具有不同的折射率分布，在每个由子单元以X方向为堆叠行、y方向为列构成第二阵列中，以一中心超材料单元为圆心，经过所述中心子单兀的一堆叠行和一列子单兀其折射率均依次为a1; a2, a3, ......, as, Id1, b2, b3, ......C2, C3j ......j Cp o进一步地，所述第二阵列的折射率呈环形分布，经过所述圆心的任意一条直线上的多个子单元至少部分子单元的折射率依次为a1; a2, a3, ......,Bs^bplvb3, ......，bm, C1, C3j ......j Cp ο进一步地，所述每一子单元的第一材质上设有至少一个孔，第二材质填充在所述孔内。进一步地，所述人造孔微结构为圆柱孔、球形孔、方形孔、多面体孔或不规则形孔。进一步地，所述第一反射板呈板状。实施本专利技术的超材料定向天线，具有以下有益效果I.不需要复杂形状、结构笨重的抛物面反射面，而只需要平板反射面就可以实现高定向性天线；2.反射面和超材料可放置在地面上，用简单支架将馈点置于合适位置即可，无需设计支架去支撑反射面；3.由于超材料的良好性能，可以稳定地实现天线的高定向性。4.基于折叠式电磁波折射汇聚透镜的原理，可以进一步使定向小型化。附图说明图I本专利技术中第一实施例中定向天线示意图。图2为图I所示超材料单元中一超材料片层的立体结构示意图。图3为图2所示的超材料片层对电磁波的折射率分布示意图。图4为图2所示超材料片层中一子单元的立体结构示意图。图5是电磁波汇聚透镜对电磁波汇聚的示意图。图6是图5所示电磁波汇聚透镜折射汇聚原理示意图。图7是由多个超材料片层堆叠成电磁波汇聚透镜结构示意图。图8是电磁波汇聚透镜一实施例沿X方向和y方向构成的平面上的折射率分布图。图9是基于电磁波汇聚透镜的设计出的第一实施例中定向天线中超材料单元，其对位于超材料单元焦点处散射电磁波的折射原理示意图。图10本专利技术中第二实施例定向天线示意图。具体实施例方式下面结合相关附图及具体实施例对本专利技术做进一步的描述请参阅图1，定向天线包括馈源10、超材料单元20、板状的第一反射板30、馈源支架40及设置于馈源支架40上第二反射板50。馈源10辐射出的电磁波经超材料单元20折射后而散射于第一反射板30上,而散射于第一反射板30上的电磁波经由第一反射板30反射再次经超材料单元20折射而平行射出。在本实施方式中，所述馈源10设置于馈源支架40上，第二反射板50设置于馈源10的一侧，用于将馈源10产生的向后辐射电磁波反射至超材料单元20以提高馈源10电磁波的利用率，即增强电磁波的信号强度。第二反射板50和第一反射板30均采用一光滑镜面，如金属镜面等。在其他实施方式中，馈源10置于超材料单元20和第一反射板30的等效焦点处，从而可以高效率地将超材料单元20折射的电磁波以平面波的形式全部反射回空间，以增加了定向天线的方向性。 本专利技术的超材料单元20包括多片超材料片层1，每个超材料片层I如图2所示，具有前、后平行的两个表面，因而为等厚片层。定义超材料片层I的厚度方向为X方向，超材料片层I的长度方向为y方向，宽度方向为z方向X、y、z方向两两垂直。图2所示的超材料片层I对电磁波的折射率分布示意图。超材料片层I沿y方向的折射率依次设为，&2，￡1β ······本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向天线，包括一馈源，其特征在于，所述定向天线还包括超材料单元和第一反射板，所述超材料单元包括至少一片超材料层，所述超材料层包括多个子单元，所述子单元包括第一材质和嵌入在第一材质中的第二材质；所述馈源产生的电磁波经超材料单元折射后而散射于第一反射板上，所述第一反射板将电磁波反射使电磁波再次经超材料单元折射而平行射出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，杨松涛，石小红，
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：