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微波天线，包括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是现有的球面形状的透镜天线汇聚电磁波的示意图；图2是构成超材料的基本单元的立体结构示意图；图3本专利技术微波天线的结构示意图；图4是本专利技术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5是本专利技术微波天线中第二超材料面板的立体结构示意图；图6为本专利技术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，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料我们称之为超材料。如图2所示，图2为构成超材料的基本单元的立体结构示意图。超材料的基本单元包括基材2以及在基材2中形成的人造孔结构I。在基材2中形成人造孔结构I使得基材2每点的介电常数和磁导率随着人造孔结构体积的不同而不同，从而每个超材料基本单元对相同频率的入射波具有不同的电磁响应。多个超材料基本单元按一定规律排列即可使得超材料对电磁波具有宏观的响应。由于超材料整体需对入射电磁波有宏观电磁响应因此·各个超材料基本单元对入射电磁波的响应需形成连续响应，这要求每一超材料基本单元的尺寸为入射电磁波的十分之一至五分之一，优选为入射电磁波的十分之一。本段描述中，我们人为的将超材料整体划分为多个超材料基本单元，但应知此种划分方法仅为描述方便，不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或组装而成，实际应用中超材料是将人造孔结构周期排布于基材中即可构成，工艺简单且成本低廉。周期排布即指上述我们人为划分的各个超材料基本单元上能对入射电磁波产生连续的电磁响应。如图3所示，图3为本专利技术微波天线的结构示意图。图3中，本专利技术微波天线包括辐射源20、第一超材料面板30、第二超材料面板10以及外壳40，本专利技术中，辐射源20发射的电磁波频率为12. 4G赫兹至18G赫兹。第二超材料面板10与外壳40构成密封腔体。图2中，该密封腔体为长方体形，但实际应用中，由于辐射源20尺寸小于第二超材料面板10的尺寸，因此密封腔体多为圆锥形。与第二超材料面板10相接的外壳壁内侧设置有吸波材料50，吸波材料50可为常规的吸波涂层亦可为吸波海绵等，辐射源20部分辐射到吸波材料50上的电磁波被吸波材料50吸收以增强天线的前后比。同时，与第二超材料面板10相对的外壳由金属或高分子材料制成，福射源20部分福射到金属或高分子材料外壳的电磁波被反射到第二超材料面板10或第一超材料面板30以进一步增强天线的前后比。进一步地，在距第二超材料面板10半波长处还设置有天线防护罩(图中未示)，天线防护罩保护第二超材料面板不受外部环境影响，此处的半波长是指辐射源20发出的电磁波的波长的一半。第一超材料面板30可直接贴附于辐射源20的辐射端口上，但是，当第一超材料面板30直接贴附于辐射源20的辐射端口上时辐射源20辐射的电磁波部分会被第一超材料面板30反射造成能量损失，因此本专利技术中，第一超材料面板30通过支架60固定于辐射源20前方。第一超材料面板30由多片折射率分布相同的第一超材料片层300构成，如图4所示，图4为第一超材料片层300的立体结构示意图，第一超材料片层300包括第一基材301以及周期排布于第一基材中的多个第三人造孔结构302。构成第一超材料片层300的基本单元仍如图2所示，但第一超材料片层300需具有发散电磁波的功能，根据电磁学原理，电磁波向折射率大的方向偏折。因此，第一超材料片层300上的折射率变化规律为第一超材料片层300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。具有该类折射率分布的第一超材料片层300使得辐射源20辐射出来的电磁波被发散，从而提高辐射源的近距离辐射范围，使得微波天线整体能够更小的尺寸。更具体地，本专利技术中，第一超材料片层300上的折射率分布规律可以为线性变化，即n(K) = nfflin+KR, K为常数，R为圆形分布的形成有第三人造孔结构的超材料基本单元中心点与第一基材中心点的连线距离，nmin为第一基材中心点所具有的折射率值。另外，第一超材料片层300上的折射率分布规律亦可为平方率变化，即n(K) = nmin+KR2 ;或为立方率变化即n(K) = nmin+KR3 ;或为冥函数变化，即n(K) = nmin*KE等。由上述第一超材料片层300的变化公式可知，只要第一超材料片层300满足发散辐射源发射的电磁波即可。下面详细描述本专利技术微波天线第二超材料面板。第二超材料面板将经由第一超材料面板发散的电磁波汇聚后使得发散的球面电磁波以更适于远距离传输的平面电磁波辐 射出去。如图5所示，图5为本专利技术第二超材料面板的立体结构示意图。图5中，第二超材料面板10包括核心层，该核心层由多个折射率分布相同的核心超材料片层11构成；对称设置于核心层两侧的第一渐变超材料片层10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微波天线，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。2.根据权利要求I所述的微波天线，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1 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nQ < 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；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...
【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：
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