一种前馈式微波天线制造技术

本发明专利技术公开一种前馈式微波天线，其包括辐射源、用于将所述辐射源发射的电磁波发散的第一超材料面板、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射。本发明专利技术采用超材料原理制作天线，使得天线脱离了常规的凸透镜形状、凹透镜形状以及抛物面形状的限制，采用本发明专利技术的天线，其形状可为平板状或任意形状且厚度更薄、体积更小、加工和制作更为方便，具有成本低廉、增益效果好的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线领域，更具体地说，涉及一种前馈式微波天线。
技术介绍
现有的前馈式微波天线，通常由金属抛物面及位于金属抛物面焦点的辐射源构成，金属抛物面的作用为将外部的电磁波反射给辐射源或将辐射源发射的电磁波反射出 去。金属抛物面的面积以及金属抛物面的加工精度直接决定微波天线的各项参数，例如增益、方向性等。但现有的前馈式微波天线存在以下缺点一是从金属抛物面反射的电磁波部分会被辐射源阻挡造成一定的能量损失，二是金属抛物面制作困难，成本较高。金属抛物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。
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不足，提供一种体积较小、成本低廉、增益较高且传输距离远的前馈式微波天线。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提出一种前馈式微波天线，包括辐射源、用于将所述辐射源发射的电磁波发散的第一超材料面板、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射；所述第一超材料面板包括第一基材及周期排布于所述第一基材中的多个第三人造孔结构；所述第二超材料面板包括核心层，所述核心层包括多个具有相同折射率分布的核心超材料片层，所述核心超材料片层的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最大，随着半径的增大，折射率从np连续减小到Iitl且相同半径处的折射率相同；所述核心超材料片层包括基材及周期排布于所述核心超材料片层基材中的多个第一人造孔结构。进一步地，所述第二超材料面板还包括设置于所述核心层前侧的第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层，其中第N渐变超材料片层靠近所述核心层；每一渐变超材料片层折射率均呈圆形分布，且圆心处的折射率均为其最大折射率，随着半径的增大，折射率从其最大折射率逐渐减小到Iitl且相同半径处的折射率相同，两个相邻的渐变超材料片层的最大折射率表示为Hi和ni+1，其中nQ < Iii < ni+1 < np，i为正整数，Iii对应于距离所述核心层较远的渐变超材料片层的最大折射率值；所述每一渐变超材料片层包括基材以及周期排布于所述基材表面的多个第二人造孔结构。进一步地，所述第二超材料面板还包括设置于所述第一渐变超材料片层前侧的第一匹配层至第M匹配层，其中第M匹配层靠近所述第一渐变超材料片层；每一匹配层折射率分布均匀，靠近自由空间的所述第一匹配层折射率大致等于自由空间折射率，靠近所述第一渐变超材料片层的第M匹配层折射率大致等于所述第一渐变超材料片层最小折射率％。进一步地，每一渐变超材料片层和所有核心超材料片层随着半径r的变化，折射率分布关系式为n{r) = Wmax -2* ^ +\ ^ * Omax _n0)^SS +/ 一 其中，nmax表示各超材料片层所具有的最大折射率值，n0表示各超材料片层所具有的相同的最小折射率值，ss表示辐射源距第一渐变超材料片层的垂直距离，I表示各超材 料片层所具有的相同的最大半径值。进一步地，所述第一人造孔结构内填充有折射率小于核心超材料片层基材折射率的介质，周期排布于所述核心超材料片层的基材中的多个所述第一人造孔结构的排布规律为所述每个第一人造孔结构和其所占的部分核心超材料片层基材构成了所述核心超材料片层的基本单元，所述核心超材料片层的基本单元在所述核心超材料片层基材上呈圆形分布，圆心处的核心超材料片层的基本单元上的第一人造孔结构体积最小，随着半径的增大，对应半径的核心超材料片层的基本单元上的第一人造孔结构体积变大且相同半径处的核心超材料片层的基本单元上的第一人造孔结构体积相同。进一步地，所述第二人造孔结构内填充有折射率小于渐变超材料片层基材折射率的介质，周期排布于所述渐变超材料片层基材中的所述第二人造孔结构的排布规律为所述每个第二人造孔结构和其所占的部分渐变超材料片层基材构成了所述渐变超材料片层的基本单元，所述渐变超材料片层的基本单元在所述渐变超材料片层基材上呈圆形分布，圆心处的渐变超材料片层的基本单元上的第二人造孔结构体积最小，随着半径的增大，对应半径的渐变超材料片层的基本单元上的第二人造孔结构体积变大且相同半径处的渐变超材料片层的基本单元上的第二人造孔结构体积相同。进一步地，所述第一超材料面板折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小且随着半径的增大，对应半径的折射率亦增大且相同半径处折射率相同。进一步地，所述第一超材料面板由多个折射率分布相同的第一超材料片层构成；所述第三人造孔结构内填充有折射率小于第一基材折射率的介质，周期排布于所述第一基材中的所述第三人造孔结构的排布规律为所述每个第三人造孔结构和其所占的部分第一基材构成了所述第一超材料面板的基本单元，所述第一超材料片层的基本单元在所述第一基材上呈圆形分布，圆心处的第一超材料片层的基本单元上的第三人造孔结构体积最大，随着半径的增大，对应半径的第三人造孔结构体积亦增大且相同半径处的第三人造孔结构体积相同。进一步地，所述介质为空气。进一步地，所述辐射源发射的电磁波频率为12. 4G赫兹至18G赫兹。实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果通过设计超材料面板核心层和渐变层上及各自之间的折射率变化将辐射源发射的电磁波经过两次折射后转换为平面波，从而提高了天线的汇聚性能，大大减少了反射损耗，也就避免了电磁能量的减少，增强了传输距离，提高了天线性能。进一步地，本专利技术还在辐射源前段设置具有发散功能的超材料，从而提高辐射源的近距离辐射范围，使得前馈式微波天线整体能够更小的尺寸并使得被核心层反射回来的电磁波绕过辐射源而不会产生辐射源阴影、造成能量损失。更进一步地，本专利技术采用人造孔结构构成超材料，具有工艺简单、成本低廉的有益效果。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是构成超材料的基本单元的立体结构示意图；图2是本专利技术前馈式微波天线的结构示意图； 图3是本专利技术前馈式微波天线中构成第一超材料面板的第一超材料片层的结构示意图；图4是本专利技术前馈式微波天线中第二超材料面板的立体结构示意图；图5为本专利技术前馈式微波天线中第二超材料面板的匹配层的剖视图。具体实施例方式光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此我们可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数，例如介电常数ε和磁导率μ来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前馈式微波天线，其特征在于，包括：辐射源、用于将所述辐射源发射的电磁波发散的第一超材料面板、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射；所述第一超材料面板包括第一基材及周期排布于所述第一基材中的多个第三人造孔结构；所述第二超材料面板包括核心层，所述核心层包括多个具有相同折射率分布的核心超材料片层，所述核心超材料片层的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最大，随着半径的增大，折射率从np连续减小到n0且相同半径处的折射率相同；所述核心超材料片层包括基材及周期排布于所述核心超材料片层基材中的多个第一人造孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种前馈式微波天线，其特征在于，包括辐射源、用于将所述辐射源发射的电磁波发散的第一超材料面板、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射；所述第一超材料面板包括第一基材及周期排布于所述第一基材中的多个第三人造孔结构；所述第二超材料面板包括核心层，所述核心层包括多个具有相同折射率分布的核心超材料片层，所述核心超材料片层的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最大，随着半径的增大，折射率从Hp连续减小到Iitl且相同半径处的折射率相同；所述核心超材料片层包括基材及周期排布于所述核心超材料片层基材中的多个第一人造孔结构。2.根据权利要求I所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述第二超材料面板还包括设置于所述核心层前侧的第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层，其中第N渐变超材料片层靠近所述核心层；每一渐变超材料片层折射率均呈圆形分布，且圆心处的折射率均为其最大折射率，随着半径的增大，折射率从其最大折射率逐渐减小到Iitl且相同半径处的折射率相同，两个相邻的渐变超材料片层的最大折射率表示为Iii和ni+1，其中1 < Iii < ni+1<np, i为正整数，η,对应于距离所述核心层较远的渐变超材料片层的最大折射率值；所述每一渐变超材料片层包括基材以及周期排布于所述基材表面的多个第二人造孔结构。3.根据权利要求2所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述第二超材料面板还包括设置于所述第一渐变超材料片层前侧的第一匹配层至第M匹配层，其中第M匹配层靠近所述第一渐变超材料片层；每一匹配层折射率分布均匀，靠近自由空间的所述第一匹配层折射率大致等于自由空间折射率，靠近所述第一渐变超材料片层的第M匹配层折射率大致等于所述第一渐变超材料片层最小折射率IV4.根据权利要求2所述的前馈式微波天线，其特征在于，每一渐变超材料片层和所有核心超材料片层随着半径r的变化，折射率分布关系式为5.根据权利要求4所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述第一人造孔结构内填充有折射率小于核心超材料片层基材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，岳玉涛，李勇祥，
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：