本发明专利技术涉及一种基站天线，包括具有多个呈阵列排布的振子的天线模块及对应这些振子设置的超材料模块，所述超材料模块包括多个超材料片层，每个超材料片层正对每一振子的区域形成一折射率分布区，每个折射率分布区内以正对相应振子的中心的位置为圆心形成多个折射率圆，以所述超材料片层的正对相应振子的中心的位置为原点，以垂直于所述超材料片层的直线为x轴、平行于所述超材料片层的直线为y轴建立坐标系，则每一折射率圆上各点的折射率如下式：式中，mod为求余函数，λ为入射电磁波的波长，d为每个超材料片层的厚度，n0为任何正数，即可使由振子发射出的电磁波穿过所述超材料模块时控制电磁波的传播路径，提高了基站天线的方向性和增益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁通信领域，更具体地说，涉及一种基站天线。
技术介绍
基站天线是保证移动通信终端实现无线接入的重要设备。随着移动通信网络的发展，基站的分布越来越密集，对基站天线的方向性提出了更高的要求，以避免相互干扰，让电磁波传播的更远。一般，我们用半功率角来表示基站天线的方向性。功率方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向功率通量密度下降到一半处(或小于最大值3dB)的两点之间的夹角称为半功率角。场强方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向场强下降到O. 707倍处的夹角也称为半功率角。半功率角亦称 半功率带宽(以下用此用语)。半功率带宽包括水平面半功率带宽和垂直面半功率带宽。而基站天线的电磁波的传播距离是由垂直面半功率带宽决定的。垂直面半功率带宽越小，基站天线的增益越大，电磁波的传播距离就越远，反之，基站天线的增益就越小，电磁波的传播距离也就越近。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种半功率带宽小、方向性好的基站天线。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种基站天线，包括具有多个呈阵列排布的振子的天线模块及对应这些振子设置的超材料模块，所述超材料模块包括至少一个超材料片层，每个超材料片层正对每一振子的区域形成一折射率分布区，每个折射率分布区内以正对相应振子的中心的位置为圆心形成多个折射率圆，以所述超材料片层的正对相应振子的中心的位置为原点，以垂直于所述超材料片层的直线为X轴、平行于所述超材料片层的直线为I轴建立直角坐标系，则每一折射率圆上各点的折射率如下式n(y)=mod((φ-y2 -mod(l,λ/η0)),λ/η0)χη0/(1式中，mod为求余函数，λ为入射电磁波的波长，d为每个超材料片层的厚度，Iitl为任何正数。优选地，每个超材料片层上对应每一振子的折射率分布区内形成多个圆环区域，每个超材料片层包括拓扑形状相同的人工微结构，每个超材料片层的每一圆环区域内以正对相应振子的中心的位置为圆心形成多个同心圆，所述人工微结构排布于所述同心圆上，排布于同一同心圆各点的人工微结构的几何尺寸均相同，随着同心圆的半径的增大，排布于其上各点的人工微结构的几何尺寸减小，而各个圆环区域内最小半径同心圆上的人工微结构的几何尺寸介于半径更小的相邻圆环区域内最小半径与最大半径同心圆上的人工微结构的几何尺寸之间。优选地，所述超材料模块包括多个沿X轴叠加的超材料片层，各个超材料片层上对应同一振子形成相同的折射率分布区。优选地，各个超材料片层上对应同一振子的折射率分布区内形成相同的圆环区域。优选地，各个超材料片层上对应同一振子的相应圆环区域内的半径相同的折射率圆的折射率均相同。优选地，各个超材料片层上的对应同一振子的多个圆环区域内的半径相同的同心圆上，排布的人工微结构的几何尺寸均相同。优选地，每两相邻超材料片层之间直接前、后表面相粘接在一起。优选地,所述人工微结构由金属线构成。优选地，所述人工微结构的拓扑形状是平面结构。 优选地，所述天线模块的振子以每相邻两排相互交错排列的方式排布。本专利技术的基站天线具有以下有益效果通过在所述超材料片层上形成多个具有满足上述公式的折射率的折射率圆，以便由振子发射出的电磁波穿过所述超材料模块时控制电磁波的传播路径，减小了基站天线的半功率带宽，提高了其方向性和增益，让电磁波传播的更远。附图说明下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图I是本专利技术的基站天线的结构示意图；图2是图I中的天线模块的正面放大图；图3是图I中的超材料模块的一个超材料片层的正面放大图；图4是图3中对应一个振子的超材料片层被分割为多个圆环区域的正面放大图；图5是对应图4所示的多个圆环区域的一个折射率圆分布示意图；图6是一个超材料片层上对应一个振子的折射率分布区的截面放大图；图7是对应一个振子的折射率分布规律的人工微结构的排布示意图；图8是本专利技术对应一个振子的超材料片模块对电磁波的汇聚示意图。图中各标号对应的名称为10基站天线、12天线模块、14底板、16振子、20超材料模块、22超材料片层、222基板、223超材料单元、224人工微结构、24圆环区域、26折射率分布区具体实施例方式本专利技术提供一种基站天线，通过在天线的电磁波发射方向上设置一超材料模块来使半功率带宽变小，以提高其方向性和增益。我们知道，电磁波由一种均匀介质传播进入另外一种均匀介质时会发生折射，这是由于两种介质的折射率不同而导致的。而对于非均匀介质来说，电磁波在介质内部也会发生折射且向折射率比较大的位置偏折。而折射率等于#。超材料是一种以人工微结构为基本单元并以特定方式进行空间排布、具有特殊电磁响应的人工复合材料，人们常利用人工微结构的拓扑形状和几何尺寸来改变空间中各点的介电常数和磁导率，可见，我们可以利用人工微结构的拓扑形状和/或几何尺寸来调制空间各点的介电常数和磁导率，从而使空间各点的折射率以某种规律变化，以控制电磁波的传播，并应用于具有特殊电磁响应需求的场合。且实验证明，在人工微结构的拓扑形状相同的情况下，在单位体积上人工微结构的几何尺寸越大，超材料空间各点的介电常数越大；反之，介电常数越小。也即，在人工微结构的拓扑形状确定的情况下，可以通过让超材料空间各点的人工微结构的几何尺寸的大小满足一定的规律来调制介电常数，以对超材料空间各点的折射率进行排制而达到改变电磁波的传播路径的目的。如图I和图2所示，所述基站天线10包括天线模块12和超材料模块20，所述天线模块12包括底板14及阵列排布于所述底板14的振子16。图中所示为每相邻两排振子16相互交错排列的4X9阵列，在其他的实施例中，可以为任何数量的振子16以任意方式排列，如矩阵排布。所述超材料模块20包括多个沿垂直于片层表面的方向(也即基站天线的电磁波发射方向)叠加而成的超材料片层22，图中所示为3个超材料片层22两两相互之间直接前、后表面相粘接在一起的情形。具体实施时，所述超材料片层22的数目可依据需求来增减，各个超材料片层22也可等间距地排列组装在一起，并可在所述超材料模块20两侧设置阻抗匹配层，以减少电磁波反射。由于每个超材料片层22的折射率分布规律均相同，故在下面仅选取一个超材料片层22作为示例进行说明。 如图3所示，每个超材料片层22包括基板222和附着在所述基板222上的多个人工微结构224。所述基板222可由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。所述人工微结构224通常为金属线如铜线或者银线构成的具有一定拓扑形状的平面或立体结构，并通过一定的加工工艺附着在所述基板222上，例如蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、离子刻等。由于所述人工微结构224过于微小，在图3中将其近似画作一个点。一般，从每一振子16发射出的电磁波可近似看作为球面波，而要远距离传播，需要将其转变为平面波。也就是说，所述超材料模块20要将球面波形式的电磁波汇聚并转变为平面波形式的电磁波。故，如图4所示，在所述超材料片层22上以正对每一振子16的中心的位置为圆心形成多个同心的圆环区域24，让每一圆环区域24内空间各点的折射率分布满足如下规律以正对每一振子16的中心的位置为圆心形成多个同心的折射率圆，同一折射率圆上各点的折射率相同，而随着折射率圆的半径的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基站天线，其特征在于，包括具有多个呈阵列排布的振子的天线模块及对应这些振子设置的超材料模块，所述超材料模块包括至少一个超材料片层，每个超材料片层正对每一振子的区域形成一折射率分布区，每个折射率分布区内以正对相应振子的中心的位置为圆心形成多个折射率圆，以所述超材料片层的正对相应振子的中心的位置为原点，以垂直于所述超材料片层的直线为x轴、平行于所述超材料片层的直线为y轴建立直角坐标系，则每一折射率圆上各点的折射率如下式：n(y)=mod((1-y2-mod(1,λ/n0)),λ/n0)×n0/d式中，mod为求余函数，λ为入射电磁波的波长，d为每个超材料片层的厚度，n0为任何正数。
【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，洪运南，
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：
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