专利名称：一种偏馈式雷达天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达天线领域，更具体地说，涉及一种使用超材料的偏馈式雷达天线。
背景技术：
雷达天线通过反射器将馈源辐射的球面波变为平面波，从而实现定向接收或者发射电磁波，目前使用的反射器是抛物面形状，馈源位于反射器的焦点附近。雷达天线的工作原理与光学反射镜相似，现有的雷达抛物面天线如
图1所示，包括溃源1、抛物面反射器2和支架3，在抛物面反射器2的焦点处放置有发射或者接收电磁波的馈源1，利用抛物面反射器2的聚焦特性，由馈源I发出的球面波经抛物面反射器2反射后变换成平面波，形成沿抛物面轴向辐射最强的窄波束。为了制造抛物反射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。超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。超材料通过对微结构的有序排列，可以改变超材料中每点的相对介电常数和磁导率，实现物质的折射率分布的非均匀性从而控制电磁波在材料中的传播路径。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中制造抛物面天线生产工艺复杂的问题，提供一种偏馈式雷达天线，该天线提出了一种结构简单的具有平面反射板的雷达天线，这种平面结构的天线具有抛物面天线可以定向接收或者发射电磁波的优点，同时避免了生产抛物面天线时的复杂工艺。
为了达到上述目的，本发明采用的如下技术方案一种偏馈式雷达天线，所述天线包括馈源，用于辐射电磁波；超材料面板，用于将所述馈源辐射出的电磁波从球面电磁波转化为平面电磁波，所述天线还包括位于超材料面板一侧的反射板，用于将电磁波反射到所述超材料面板进行汇聚折射并向远处辐射，所述馈源位于所述超材料面板的另一侧且在超材料面板的非正对区域，所述超材料面板包括多个具有相同折射率分布的核心层，所述超材料面板的每一核心层由多个超材料单元组成，所述超材料单元包括设置有一个或多个小孔的单元基材；所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加折射率逐渐减小；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加折射率也逐渐减小，且相连的两个区域的交界处发生折射率突变，即交界处的折射率位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要大。
进一步地，所述超材料面板还包括分布于所述核心层一侧的多个渐变层，所述每一渐变层均包括片状的基板层、片状的填充层以及设置在所述基板层和填充层之间的空气层。进一步地，所述填充层内填充的介质包括空气以及与所述基板层相同材料的介质。进一步地，在所述半圆形区域内，圆心处的折射率为最大值nmax，且随着半径的增加折射率从最大值nmax逐渐减小到最小值nmin ;在所述每一半环形区域内，随着半径的增加折射率也是从最大值n_逐渐减小到最小值η.。进一步地，所述每一超材料单元上形成有一个小孔，所述小孔内填充有折射率小于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔体积在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积也逐渐增加；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积也逐渐增加，且相连的两个区域的交界处发生小孔体积突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔体积在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要小。进一步地，所述每一超材料单元上形成有一个小孔，所述小孔内填充有折射率大于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔体积在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积减小；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积也逐渐减小，且相连的 两个区域的交界处发生小孔体积突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔体积在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要大。进一步地，所述超材料单元上形成有数量不同、体积相同的小孔，所述小孔内填充有折射率小于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔数量在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量逐渐增加；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量也逐渐增加，且相连的两个区域的交界处发生小孔数量突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔数量在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要少。进一步地，所述超材料单元上形成有数量不同、体积相同的小孔，所述小孔内填充有折射率大于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔数量在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量逐渐减小；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量逐渐减小，且相连的两个区域的交界处发生小孔数量突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔数量在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要多。进一步地，所述超材料面板的每一核心层的折射率以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心，随着半径r的变化规律如以下表达式
权利要求
1.一种偏馈式雷达天线，所述天线包括馈源，用于辐射电磁波；超材料面板，用于将所述馈源辐射出的电磁波从球面电磁波转化为平面电磁波，其特征在于，所述天线还包括位于超材料面板一侧的反射板，用于将电磁波反射到所述超材料面板进行汇聚折射并向远处辐射，所述馈源位于所述超材料面板的另一侧且在超材料面板的非正对区域，所述超材料面板包括多个具有相同折射率分布的核心层，所述超材料面板的每一核心层由多个超材料单元组成，所述超材料单元包括设置有一个或多个小孔的单元基材；所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加折射率逐渐减小；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加折射率也逐渐减小，且相连的两个区域的交界处发生折射率突变，即交界处的折射率位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要大。
2.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，所述超材料面板还包括分布于所述核心层一侧的多个渐变层，所述每一渐变层均包括片状的基板层、片状的填充层以及设置在所述基板层和填充层之间的空气层。
3.根据权利要求2所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，所述填充层内填充的介质包括空气以及与所述基板层相同材料的介质。
4.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，在所述半圆形区域内，圆心处的折射率为最大值nmax，且随着半径的增加折射率从最大值nmax逐渐减小到最小值nfflin ;在所述每一半环形区域内，随着半径的增加折射率也是从最大值nmax逐渐减小到最小 nmin。
5.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于所述每一超材料单元上形成有一个小孔，所述小孔内填充有折射率小于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔体积在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积也逐渐增加；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积也逐渐增加，且相连的两个区域的交界处发生小孔体积突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔体积在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要小。
6.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于所述每一超材料单元上形成有一个小孔，所述小孔内填充有折射率大于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔体积在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积减小；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔体积也逐渐减小，且相连的两个区域的交界处发生小孔体积突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔体积在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要大。
7.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于所述超材料单元上形成有数量不同、体积相同的小孔，所述小孔内填充有折射率小于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔数量在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量逐渐增加；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量也逐渐增加，且相连的两个区域的交界处发生小孔数量突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔数量在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要少。
8.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于所述超材料单元上形成有数量不同、体积相同的小孔，所述小孔内填充有折射率大于单元基材折射率的介质，且所有超材料单元内的小孔都填充相同材料的介质，所述设置在超材料单元内的小孔数量在每一核心层内的排布规律为所述超材料面板的每一核心层包括一个以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心的半圆形区域和多个与半圆形区域同心的半环形区域，在所述半圆形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量逐渐减小；在所述每一半环形区域内，随着半径的增加在所述超材料单元上形成的小孔数量逐渐减小，且相连的两个区域的交界处发生小孔数量突变，即交界处在所述超材料单元上形成的小孔数量在位于半径大的区域时比位于半径小的区域时要多。
9.根据权利要求1 8任意一项所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，所述超材料面板的每一核心层的折射率以所述馈源在每一核心层上的正投影为圆心，随着半径r的变化规律如以下表达式
10.根据权利要求1所述的一种偏馈式雷达天线，其特征在于，所述超材料面板的每一渐变层内的折射率均匀分布的，且多个渐变层间折射率分布的变化规律如以下表达式
全文摘要
本发明涉及一种偏馈式雷达天线，该天线包括馈源、超材料面板以及反射板，所述馈源位于所述超材料面板的另一侧且在超材料面板的非正对区域，所述超材料面板包括多个具有相同折射率分布的核心层，所述超材料面板的每一核心层由多个超材料单元组成，所述超材料单元包括设置有一个或多个小孔的单元基材。本发明的一种偏馈式雷达天线通过改变超材料面板内部的折射率分布情况，使得天线远场功率大大地增强了，进而提升了天线传播的距离，同时增加了天线的前后比，使得天线更具方向性；本发明采用了偏馈式雷达天线，使得馈源对电磁波的辐射不再遮拦，同时也避免了辐射的电磁波对馈源的影响。
文档编号H01Q15/00GK103036039SQ20111021036
公开日2013年4月10日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 洪运南 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司