本发明专利技术涉及一种基站天线，包括具有多个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，每个超材料片层由多个超材料单元排列而成，每个超材料单元上形成有小孔；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，让所述小孔排布于位于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的多个同心圆的超材料单元上，以便形成以正对相应振子的中心的位置为圆心的多个同心的折射率圆；以每个折射率分布区内正对相应振子的中心的位置为原点，以垂直于和平行于所述超材料片层的直线为x轴、y轴建立直角坐标系，则每一折射率圆的折射率满足一关系式，从而提高基站天线的方向性。
【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。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，每个超材料片层由多个超材料单元排列而成，每个超材料单元上形成有小孔；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，让所述小孔排布于位于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的多个同心圆的超材料单元上，以便形成以正对相应振子的中心的位置为圆心的多个同心的折射率圆；以每个折射率分布区内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，则每一折射率圆的折射率应满足如下关系式n(y) = η - ^ ^ -— \J ' max a式中，I为振子到超材料片层的距离；d为超材料片层的厚度，d =，nmax H max H min和Iimin分别表示每个折射率分布区内所能取得的折射率的最大值和最小值；R表示所述折射率分布区内I所能取得的最大值。优选地，每个超材料单元上形成一个所述小孔，各个超材料单元上的小孔是长度相等的圆孔并填充有空气；排布于每个折射率分布区内的同一同心圆的各个超材料单元上的小孔的直径相同，随着同心圆的直径的增大，排布于各个同心圆的超材料单元上的小孔的直径增大。优选地，每个超材料单元上形成一个所述小孔，各个超材料单元上的小孔是长度相等的圆孔并填充有空气；排布于每个折射率分布区内的同一同心圆的各个超材料单元上的小孔的长度相同，随着同心圆的直径的增大，排布于各个同心圆的超材料单元上的小孔的长度增大。优选地,每个超材料单元上形成一个以上所述小孔,各个超材料单元上的小孔是长度相等的圆孔并填充有空气；排布于同一同心圆的各个超材料单元上的小孔的数量相同，随着同心圆的直径的增大，排布于各个同心圆的超材料单元上的小孔的数量增多。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直径相同的折射率圆的折射率均相同。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，所述超材料模块的两侧分别设置有阻抗匹配薄膜，每一阻抗匹配薄膜包括多个阻抗匹配层，每一阻抗匹配层是具有单一折射率的均匀介质，各个阻抗匹配层的折射率随着越靠近所述超材料模块由接近于或等于空气的折射率变化至接近于或等于所述超材料模块上最靠近所述阻抗匹配薄膜的超材料片层的折射率。优选地，每个阻抗匹配层的折射率n(i) = (( max + mJ/2f，式中，m表示每一阻抗匹配薄膜的总层数，i表示阻抗匹配层的序号，最靠近所述超材料模块的阻抗匹配层的序号为m0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小孔，并利用所述小孔的排布于对应每一振子的折射率分布区内形成多个具有满足上述公式的折射率的折射率圆，使由振子发射出的电磁波穿过所述超材料模块时可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中对应一个振子的折射率分布区内的折射率圆分布示意图；图5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6是对应一个振子的折射率分布区内的小孔的第一排布示意图；图7是对应一个振子的折射率分布区内的小孔的第二排布示意图；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9是本专利技术对应一个振子的超材料模块的两侧分别覆盖上一阻抗匹配薄膜时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小孔、24折射率圆、26折射率分布区、30阻抗匹配薄膜、32阻抗匹配层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或接收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#，也即介质的折射率取决于其介电常数和磁导率。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。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或接收方向)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。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和形成在所述基板222上的多个小孔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。所述小孔224可根据所述基板222的材质不同对应采用合适的工艺形成于所述基板222上。例如当所述基板222由高分子聚合物制成时，可通过钻床钻孔、冲压成型或者注塑成型等工艺在所述基板222上形成所述小孔2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，每个超材料片层由多个超材料单元排列而成，每个超材料单元上形成有小孔；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，让所述小孔排布于位于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的多个同心圆的超材料单元上，以便形成以正对相应振子的中心的位置为圆心的多个同心的折射率圆；以每个折射率分布区内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，则每一折射率圆的折射率应满足如下关系式：n(y)=nmax-l2+y2-ld式中，l为振子到超材料片层的距离；d为超材料片层的厚度，nmax和nmin分别表示每个折射率分布区内所能取得的折射率的最大值和最小值；R表示所述折射率分布区内y所能取得的最大值。FDA0000079732420000012.tif
【技术特征摘要】
1.一种基站天线，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，每个超材料片层由多个超材料单元排列而成，每个超材料单元上形成有小孔；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，让所述小孔排布于位于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的多个同心圆的超材料单元上，以便形成以正对相应振子的中心的位置为圆心的多个同心的折射率圆；以每个折射率分布区内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，则每一折射率圆的折射率应满足如下关系式2.根据权利要求I所述的基站天线，其特征在于，每个超材料单元上形成一个所述小孔，各个超材料单元上的小孔是长度相等的圆孔并填充有空气；排布于每个折射率分布区内的同一同心圆的各个超材料单元上的小孔的直径相同，随着同心圆的直径的增大，排布于各个同心圆的超材料单元上的小孔的直径增大。3.根据权利要求I所述的基站天线，其特征在于，每个超材料单元上形成一个所述小孔，各个超材料单元上的小孔是直径相等的圆孔并填充有空气；排布于每个折射率分布区内的同一同心圆的各个超材料单元上的小孔的长度相同，随着同心圆的直径的增大，排布于各个同心圆的超材料单元上的小孔的长度增大。4.根据权利要求I所述的基站天线，其特征在于，每个超材料单...
【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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