一种散射式超材料定向天线制造技术

本发明专利技术公开了一种散射式超材料定向天线，包括主反射器、馈源、超材料以及反射板，所述主反射器、馈源、超材料、反射板依次顺序相对设置，所述馈源用于发射电磁波；所述超材料由基材以及基材上多个人造微结构组成，用于将电磁波散射至所述的反射板；反射板用于将所述散射的电磁波再反射回所述的主反射器；所述的主反射器用于将所述反射回的电磁波以平面波的方式定向发送至空间。本发明专利技术的超材料定向天线由馈源发出的电磁波经过超材料和反射板后，散射绕开馈源，投射到天线的抛物面主反射器上，这样馈源及其支架对天线辐射的影响就被很大程度地消除了。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线领域，更具体地说，涉及一种散射式超材料定向天线。
技术介绍
目前，雷达中的前馈主反射器天线就是主反射器为抛物面，馈源位于其焦点附近，能把馈源辐射的球面波变为平面波的定向天线。它的工作原理与光学反射镜相似，是利用抛物主反射器的聚焦特性。由馈源发出的球面波经抛物面反射后就变换成平面波，形成沿抛物面轴向辐射最强的窄波束，抛物面天线的优点就是在抛物反射天线的焦点处放置发射源，经过反射后的电磁波是平行波束，使天线定向传输，这是其他形状的天线难以做到的。 现有技术中，由于馈源及其支撑杆挡在主反射器的前面，对口径的遮挡会影响口径效率，影响电磁波的辐射。现有技术采用偏置抛物面天线来避免馈源及其支架对辐射的影响。如一种为其馈源仍置于旋转抛物面的焦点，但只取此抛物面一侧的一部分作为主反射器而使馈源不会遮挡主反射器口径的辐射，从而改善口径效率和波束旁瓣特性；另一种偏置结构是喇叭-抛物面天线，它是由一个角锥或圆锥喇叭直接接到偏置抛物面上而成，也可利用球面的一部分作为主反射器。馈源通常置于球面半径R的1/2处，这时馈源所对的小部分球面较接近于以R/2为焦距的抛物面。这些方法都要对主反射器进行改造，实施比较复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的馈源及其支撑杆对天线辐射影响较难改造的缺陷，提供一种提供容易改造、简单、易于实现以及成本低的散射式超材料定向天线。本专利技术解决其技术问题所采用的第一技术方案是一种散射式超材料定向天线，包括主反射器、馈源、超材料以及反射板，所述主反射器、馈源、超材料、反射板依次顺序相对设置，所述馈源用于发射电磁波；所述超材料由基材以及基材上多个人造微结构组成，用于散射电磁波至所述的反射板；反射板置于所述主反射器的焦点处，用于将所述散射的电磁波再反射回所述的主反射器；所述的主反射器用于将所述反射回的电磁波以平面波的方式定向发送至空间。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述超材料与所述的反射板为一集合整体，所述的集合整体置于所述的主反射器的焦点处。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述超材料由多个片状基板堆叠形成，所有的人造微结构在空间中形成周期阵列。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述的人造微结构在空间中呈均匀性的周期阵列。 在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，在基材选定的情况下，通过改变人造微结构的图案、设计尺寸和/或人造微结构在空间中的排布获得想要的等效介电常数ε与等效磁导率μ，从而决定所述电磁波的散射。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述基材由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述的人造微结构为一具有图案的附着在基材上的金属线。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述的反射板为光滑的金属镜面。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光亥|J、电子刻或离子刻的方法附着在基材上。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述金属线为铜线或银线。在本专利技术所述的散射式超材料定向天线中，所述金属线呈“工”字型以及“工”字·型的衍生型。实施本专利技术的散射式超材料定向天线，具有以下有益效果由馈源发出的电磁波经过超材料和反射板后，散射绕开馈源，投射到天线的抛物面主反射器上。主反射器将电磁波变成平面电磁波发射出去，而平面电磁波绕开了馈源和超材料，这样馈源及其支架对天线辐射的影响就被很大程度地消除了。附图说明图I是现有技术定向发射电磁波示意图；图2是本专利技术实施例一种超材料定向天线结构方框图；图3为本专利技术超材料的示意图。具体实施例方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。“超材料"是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。“超材料"重要的三个重要特征(I) “超材料"通常是具有新奇人工结构的复合材料；(2) “超材料"具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；(3) “超材料"性质往往不主要决定于构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。请参阅图1，现有技术的定向天线，目前普遍使用在雷达中的抛物面天线就是主反射器60为抛物面，馈源10位于其焦点附近，能把馈源10辐射的球面波变为平面波的定向天线，而且由于抛物面是一个不规则面，所以需要设计和搭建支架40来安装它。它的工作原理与光学反射镜相似，是利用抛物主反射器的聚焦特性。由馈源10发出的球面波经抛物面反射后就变换成平面波，形成沿抛物面轴向辐射最强的窄波束。抛物面天线的优点就是在抛物反射天线的焦点处放置馈源10，经过反射后的电磁波是平行波束，使天线定向传输，这是其他形状的天线难以做到的；缺点是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闻。请参阅图2及图3，在本专利技术实例中，一种散射式超材料定向天线，包括包括主反射器60、馈源10、超材料20以及反射板30。主反射器60、馈源10、超材料20、反射板30依次顺序相对设置，反射板30置于主反射器60的焦点处，超材料20由基材I以及基材上多个人造微结构2组成，超材料20的电磁特性由超材料20的等效介电常数ε与等效磁导率μ共同决定。由馈源10发出的电磁波至超材料20，经超材料20散射至反射板30，再经反射板30反射至主反射器60变成了平面波向空间发送，优选地，反射板为光滑金属板，由于超材料具有散射特性，使电磁波绕过了馈源10，出现在馈源10外围，主反射器将电磁波变成平面电磁波发射出去，而平面电磁波绕开了馈源10和超材料20，这样现有技术中的馈源10及其支架(图中未标示)对天线辐射的影响就被很大程度地消除了。将具有这种散射特性的超材料20应用到主反射器雷达中，就能解决馈源10对天·线口径效率以及辐射性能的影响。在本实施例中，优选地，将超材料20与反射板30结合成一个集合整体，该集合整体置于主反射器60的焦点上，这样，由于电磁波经过超材料20散射至反射板30后，被反射板30反射后经超材料20又被散射一次后发送到主反射器60上，散射的效果更佳，效率更闻。要达到馈源10发出的电磁波散射的效果，要求超材料20的电磁特性具有散射的特性，即，超材料20中部单元的等效介电常数ε与等效磁导率μ为最小值，与最小值相邻的各单元的等效介电常数ε与等效磁导率μ之积自小到大呈渐变趋势，由于电磁波会向折射率大的地方偏折，通过累加效应，会渐渐发散从而绕开馈源10，达到本专利技术所需的效果O电磁波的折射率跟物质的介电常数ε和磁导率μ的乘积反应有关系，当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，而且折射率越大的位置偏折角度越大，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，通过改变折射率在材料中的分布，可以改变电磁波的传播路径。超材料可以对电场或者磁场，或者两者同时进行相应。对电场的响应取决于超材料的介电常数ε，而对磁场的响应取决于超材料的磁导率μ。通过对超材料空间中每一点的介电常数ε与磁导率μ的精确控制，我们可以实现通过超材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种散射式超材料定向天线，其特征在于，包括主反射器、馈源、超材料以及反射板，所述主反射器、馈源、超材料、反射板依次顺序相对设置，所述馈源用于发射电磁波；所述超材料由基材以及基材上多个人造微结构组成，用于将电磁波散射至所述的反射板；所述反射板置于所述主反射器的焦点上，用于将所述散射的电磁波再反射回所述的主反射器；所述的主反射器用于将所述反射回的电磁波以平面波的方式定向发送至空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，石小红，徐冠雄，杨松涛，
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：