一种高透射天线制造技术

本发明专利技术涉及一种高透射天线，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长的电磁波汇聚元件，电磁波汇聚元件用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使天线同时工作在小于第一波长且与第一波长成不同倍数关系的第二波长和第三波长上；电磁波汇聚元件包括多个顶面为凹面且底面为平面的同心圆环体，每一圆环体的厚度随着半径的增大逐渐增大，使辐射源发射的电磁波入射到凹面时产生的反射波与入射到底面时产生的反射波发生干涉而相互抵消。通过设计汇聚元件的工作波长使天线能同时工作在不同的波长，超材料厚度随折射率变化使其本身能够衰减反射损耗，无需阻抗匹配层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线领域，更具体地说，涉及一种高透射天线。
技术介绍
超材料是一种新型材料，是由非金属材料制成的基材和附着在基材表面上或嵌入在基材内部的多个人造微结构构成的。人造微结构是组成一定几何图形的圆柱形或扁平状金属丝，例如组成圆环形、I形的金属丝等。每个人造微结构及其附着或占据的部分基材构成一个单元，整个超材料即是由数十万、百万甚至上亿的这样的单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的，每个晶格即相当于上述的人造微结构及部分基材构成的单元。由于人造微结构的存在，每个上述单元整体具有不同于基材本身的等效介电常数·和等效磁导率，因此所有的单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可改变其单元的等效介电常数和等效磁导率，进而改变整个超材料的响应特性。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。现有的基于超材料的天线在设计时，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，通常会在超材料面板上添加阻抗匹配层来减小反射的损耗，如图I所示，在超材料面板10上增设阻抗匹配层30，辐射源20发出的电磁波经过阻抗匹配层30和超材料面板10汇聚后以平面波射出。这样不仅增加了超材料薄膜的厚度，还会增加制作成本，同时增加了使用超材料实现的天线的尺寸以及制作和安装的难度。而且，通常一个天线只能工作在一个工作频点上，在不同于其工作频点的其他频点无法响应。
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工作频点单一、尺寸大、成本高的缺陷，提供一种高透射天线。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高透射天线，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长的电磁波汇聚元件，所述电磁波汇聚元件用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使得所述天线同时工作在小于所述第一波长且与所述第一波长成不同倍数关系的第二波长和第三波长上；所述电磁波汇聚元件包括多个顶面为凹面且底面为平面的同心圆环体，每一圆环体的厚度随着半径的增大逐渐增大，使得辐射源发射的电磁波入射到所述凹面时产生的反射波与入射到所述底面时产生的反射波发生干涉而相互抵消。在本专利技术所述的高透射天线中，每一圆环体的折射率随着半径的增大从nm连续减小到nn且相同半径处的折射率相同，所述电磁波汇聚元件的厚度d满足如下公式 其中，s为所述辐射源到所述电磁波汇聚元件的距离，' 为所述第一波长，4 为每一圆环体的最大折射率，化为每一圆环体的最小折射率，L (i)为半径r所在的自内向外第i个圆环体的起始半径,且L(I) = O。 在本专利技术所述的高透射天线中，每一圆环体内设有多个人造微结构，所述多个人造微结构使得每一圆环体的折射率随着半径的增大从nm连续减小到nn且相同半径处的折射率相同。在本专利技术所述的高透射天线中，所述多个人造微结构具有相同的几何形状，且每一圆环体的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高透射天线中，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高透射天线中，所述金属丝为铜丝或银丝。在本专利技术所述的高透射天线中，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每一圆环体内。在本专利技术所述的高透射天线中，所述电磁波汇聚元件还包括填充在所述多个同心圆环体的凹面上的填充体，所述填充体使得所述多个同心圆环体的顶面为平面且与底面平行，所述填充体各处的折射率相同。在本专利技术所述的高透射天线中，所述填充体的折射率小于等于nn。在本专利技术所述的高透射天线中，所述填充体的折射率为I。实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果通过设计电磁波汇聚元件的工作波长，使得天线能同时工作在不同的波长，在有不同的频点需求时，无需更换天线即可实现。通过设计超材料本身的厚度随折射率变化，使超材料薄膜本身能够衰减反射损耗，无需添加阻抗匹配层。不仅减少了反射干扰与损耗，增强了透射性能，还减少了超材料薄膜的厚度，降低了制作成本，同时也减少了天线的尺寸以及制作和安装的难度。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是现有的包含阻抗匹配层的天线的结构示意图；图2是依据本专利技术一实施例的高透射天线中电磁波汇聚元件的部分结构示意图；图3是图2中电磁波汇聚元件200的截面示意图；图4是折射率随半径变化的示意图；图5是电磁波汇聚元件200在yz平面上的折射率分布图；图6是图2中电磁波汇聚元件200的工作波长的生成方法流程图。具体实施例方式电磁波在超材料薄膜内部的光程I = n*d，d为超材料薄膜的厚度，n为折射率。当电磁波在经过超材料薄膜时会在超材料薄膜的两边各形成一次反射(进入超材料时与传播出超材料时在超材料薄膜的两个边界面上)。当电磁波在薄膜内的光程为波长的四分之一时，进入超材料薄膜时产生的反射波与传播出薄膜时产生的反射波正好相位相差n /2，从而这两束反射波会发生干涉而相互抵消。由能量守恒原理可知，反射能量与透射能量之和为一个定值，因此反射波相互抵消使得透过薄膜的电磁波能量增强，增强了透射性能。从而通过设计超材料本身的厚度随折射率变化，使超材料薄膜本身具有衰减反射损耗的作用，也就无需添加阻抗匹配层。图2是依据本专利技术一实施例的高透射天线中电磁波汇聚元件的部分结构示意图。高透射天线包括辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长八的电磁波汇聚元件(超材料制成)，电磁波汇聚元件用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使得所述天线同时工作在小于所述第一波长X1且与第一波长X1成不同倍数关系的第二波长入2和第三波长X3上。为了描述简便起见，仅示出了电磁波汇聚元件200，这里的电磁波汇聚 元件200不仅具有图I所示的超材料面板10的功能，还具有阻抗匹配层30的功能，辐射源未示出。本专利技术使用的辐射源可以采用现有技术中任何可用的辐射设备，如图I所示，具体结构不再赘述。若希望天线工作在两个不同频点上，该两个频点对应的波长分别为第二波长入2、第三波长上入3，那么需要计算电磁波汇聚元件200所工作的第一波长A1，其中A1的生成过程如图6所示，详述如下步骤601、获取与第三波长入3和第二波长的比值X 3/入2在预设误差范围内的数值m3/m2(m3和m2为正整数)；预设误差范围可依据计算精度进行设置，比如0. 01等。步骤602、计算m2与m3的最小公倍数Hi1 ；步骤603、生成电磁波汇聚元件200的工作波长\ i，可表示为=A1=入2 (Iii1Ai2)或入 I —人 3 (ni^/nig) o以人2 = 2cm, A 3 = 3cm为例，可以通过上述计算过程得到人j = 6cm。由图2可知，电磁波汇聚元件200包括多个顶面为凹面且底面为平面的同心圆环体，每一圆环体的厚度随着半径的增大逐渐增大，使得辐射源发射的电磁波入射到凹面时产生的反射波与入射到所述底面时产生的反射波发生干涉而相互抵消；每一圆环体的折射率随着半径的增大从n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高透射天线，包括辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长的电磁波汇聚元件，所述电磁波汇聚元件用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使得所述天线同时工作在小于所述第一波长且与所述第一波长成不同倍数关系的第二波长和第三波长上；所述电磁波汇聚元件包括多个顶面为凹面且底面为平面的同心圆环体，每一圆环体的厚度随着半径的增大逐渐增大，使得辐射源发射的电磁波入射到所述凹面时产生的反射波与入射到所述底面时产生的反射波发生干涉而相互抵消。

【技术特征摘要】

【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：