一种后馈式微波天线制造技术

本发明专利技术公开一种后馈式微波天线，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、具有电磁波汇聚功能并用于将所述第一超材料面板发散出来的电磁波转换为平面波的第二超材料面板。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，涉及一种后馈式微波天线。
技术介绍
在常规的光学器件中，利用透镜能使位于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。透镜天线是由透镜和放在透镜焦点上的辐射器组成，利用透镜汇聚的特性，将辐射器辐射出的电磁波经过透镜汇聚后再发射出去的天线，这种天线方向性比较强。目前透镜的汇聚是依靠透镜的球面形状的折射来实现，如图I所示，辐射器1000 发出的球面波经过球形的透镜2000汇聚后以平面波射出。专利技术人在实施本专利技术过程中，发现透镜天线至少存在如下技术问题球形透镜1000的体积大而且笨重，不利于小型化的使用；球形透镜1000对于形状有很大的依赖性，需要比较精准才能实现天线的定向传播；电磁波反射干扰和损耗比较严重，电磁能量减少。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。
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反射损耗大、电磁能量减少的缺陷，提供一种体积较小、天线前后比好、增益较高且传输距离远的后馈式微波天线。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后馈式微波天线，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、具有电磁波汇聚功能并用于将所述第一超材料面板发散出来的电磁波转换为平面波的第二超材料面板；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，每一核心超材料片层包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内折射率变化范围相同，均随着半径的增大从\连续减小到Iltl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，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。进一步地，所述第二超材料面板还包括对称设置于所述核心层两侧的第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层，其中对称设置的两层第N渐变超材料片层均靠近所述核心层；每一渐变超材料片层均包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，每一渐变超材料片层对应的所述圆形区域和所述环形区域内的折射率变化范围均相同且随着半径的增大从其最大折射率连续减小到IV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，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；全部的渐变超材料片层和全部的核心超材料片层构成了所述第二超材料面板的功能层。进一步地，所述第二超材料面板还包括对称设置于所述功能层两侧的第一匹配层至第M匹配层，其中对称设置的两层第M匹配层均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IV进一步地，所有渐变超材料片层与所有核心超材料片层上被划分的圆形区域和与圆形区域同心的环形区域的起始半径和终止半径均相等；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· t # + 1 . .·(fl--^ Tl )^ =( \ ) * (Vr2+^2 - ^LUf+s2) * —~l-——-N + I {N +1)np -n0其中，第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层对应的i值即为数值一至N，所有的核心超材料片层对应的i值均为N+l，s为所述辐射源距所述第一渐变超材料片层的垂直距离；d为第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层与所有的核心超材料片层所具有的总厚度，d=；7^r，其中入为所述第二超材料面板的工作波长；L(j)表示核心超材料片 np ,,O层与渐变超材料片层上的圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域的起始半径值，j表示第几区域，其中L(I)表示第一区域，即所述圆形区域，L(I) = O。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核心超材料片层基材包括圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内第一人造孔结构占据核心超材料片层基本单元的体积的变化范围相同，均随着半径的增大，第一人造孔结构占据核心超材料片层基本单元的体积从最小体积连续增大到最大体积且相同半径处第一人造孔结构占据核心超材料片层基本单元的体积相同。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渐变超材料片层基材包括圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内第二人造孔结构占据渐变超材料片层基本单元的体积的变化范围相同，均随着半径的增大，第二人造孔结构占据渐变超材料片层基本单元的体积从最小体积连续增大到最大体积且相同半径处第二人造孔结构占据渐变超材料片层基本单元的体积相同。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，所述后馈式微波天线还包括外壳，所述外壳与所述第二超材料面板构成封闭腔体，与所述第二超材料面板相接的外壳壁内侧还附着有吸波材料，与所述第二超材料面板相对的外壳壁由金属材质或高分子材料制成。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，使得后馈式微波天线整体能够更小的尺寸。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是现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后馈式微波天线，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、具有电磁波汇聚功能并用于将所述第一超材料面板发散出来的电磁波转换为平面波的第二超材料面板；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，每一核心超材料片层包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内折射率变化范围相同，均随着半径的增大从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，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。

【技术特征摘要】
1.一种后馈式微波天线，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、具有电磁波汇聚功能并用于将所述第一超材料面板发散出来的电磁波转换为平面波的第二超材料面板；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，每一核心超材料片层包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内折射率变化范围相同，均随着半径的增大从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，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J Li ο2.根据权利要求I所述的后馈式微波天线，其特征在于，所述第二超材料面板还包括对称设置于所述核心层两侧的第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层，其中对称设置的两层第N渐变超材料片层均靠近所述核心层；每一渐变超材料片层均包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，每一渐变超材料片层对应的所述圆形区域和所述环形区域内的折射率变化范围均相同且随着半径的增大从其最大折射率连续减小到IV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Iitl<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，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；全部的渐变超材料片层和全部的核心超材料片层构成了所述第二超材料面板的功能层。3.根据权利要求2所述的后馈式微波天线，其特征在于，所述第二超材料面板还包括对称设置于所述功能层两侧的第一匹配层至第M匹配层，其中对称设置的两层第M匹配层均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所述的后馈式微波天线，其特征在于，所有渐变超材料片层与所有核心超材料片层上被划分的圆形区域和与圆形区域同心的环形区域的起始半径和终止半径均相等；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 t # + 1 .i*ni,- ,- (nP_一—*no) =η JH^r2+S2 -,IL(J)2+S2)*-ι--N -\-1 (N-I-Y)^dηρ -η0 其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，岳玉涛，尹小明，
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：