专利名称：人工复合材料和人工复合材料天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁领域，更具体地说，涉及人工复合材料和人工复合材料天线。
背景技术：
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。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30发出的球面波经过球形的透镜40汇聚后以平面波射出。发明人在实施本发明过程中，发现透镜天线至少存在如下技术问题球形透镜40的体积大而且笨重，不利于小型化的使用；球形透镜40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。而且，多数透镜的折射率的跳变是沿一条简单的且垂直于透镜表面的直线，导致电磁波经过透镜时的折射、衍射和反射较大，严重影响透镜性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述折射、衍射和反射较大、透镜性能差的缺陷，提供一种高性能的人工复合材料和人工复合材料天线。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种人工复合材料，所述人工复合材料划分为多个区域；电磁波入射到所述人工复合材料的第一表面并在与所述第一表面相对的第二表面射出；第i区域与所述第一表面的交集部分为第i区域的底面，第i区域与所述第二表面的交集部分为第i区域的顶面；设辐射源与所述第i区域底面上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为Θ，夹角Θ唯一对应第i区域内的一曲面，第i区域底面上具有相同夹角Θ的点的集合构成夹角Θ唯一对应的曲面的边界；且夹角Θ唯一对应的曲面上每一处的折射率均相同，所述曲面的母线为椭圆弧；每一区域的折射率随着夹角Θ的增大逐渐减小。在本发明所述的人工复合材料中，设辐射源与第i区域底面外圆周上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为Θ i，i为正整数且越靠近人工复合材料中心的区域对应的i越小；其中，夹角Θ i对应的曲面的母线的弧长为c( Θ D，弧长c( Θ J和夹角Θi满足如下公式)=;
^max(/+l) ^min(/)s X--l-—) = cd )nmax(0 - CiOi )nmm{i)).
cos Ui COS Ui^其中，％ = Ic(Otl) =d;s为所述辐射源到所述人工复合材料的距离；d为所述人工复合材料的厚度；λ为电磁波的波长，nmax(i)、nmin(i)分别为第i区域的最大折射率和最小折射率，nmax(i+1)为第i+1区域的最大折射率。在本发明所述的人工复合材料中，相邻两个区域的最大折射率和最小折射率满
:nmax(i) ^min(i) ^max(i+1) ^min(i+l) °在本发明所述的人工复合材料中，第i区域的折射率满足
权利要求
1.一种人工复合材料，其特征在于，所述人工复合材料划分为多个区域；电磁波入射到所述人工复合材料的第一表面并在与所述第一表面相对的第二表面射出； 第i区域与所述第一表面的交集部分为第i区域的底面，第i区域与所述第二表面的交集部分为第i区域的顶面；设辐射源与所述第i区域底面上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为Θ，夹角Θ唯一对应第i区域内的一曲面，第i区域底面上具有相同夹角Θ的点的集合构成夹角Θ唯一对应的曲面的边界；且夹角Θ唯一对应的曲面上每一处的折射率均相同，所述曲面的母线为椭圆弧；每一区域的折射率随着夹角Θ的增大逐渐减小。
2.根据权利要求I所述的人工复合材料，其特征在于，设辐射源与第i区域底面外圆周上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为Θ y i为正整数且越靠近人工复合材料中心的区域对应的i越小；其中，夹角Θ i对应的曲面的母线的弧长为c( Θ J，弧长C(Qi)和夹角Qi满足如下公式 其中，Θ ^ = 0，C( Θ d = d ;s为所述辐射源到所述人工复合材料的距离；d为所述人工复合材料的厚度；λ为电磁波的波长，nmax(i)、nmin(i)分别为第i区域的最大折射率和最小折射率，nmax(i+1)为第i+l区域的最大折射率。
3.根据权利要求2所述的人工复合材料，其特征在于，相邻两个区域的最大折射率和最小折射率满足nm
4.根据权利要求2所述的人工复合材料，其特征在于，第i区域的折射率满足
5.根据权利要求4所述的人工复合材料，其特征在于，以经过所述人工复合材料第一表面的中心且垂直于所述人工复合材料的直线为横坐标轴，以经过所述人工复合材料第一表面的中心且平行于所述第一表面的直线为纵坐标轴，所述椭圆弧所在的椭圆方程为
6.根据权利要求5所述的人工复合材料，其特征在于，夹角Θ所对应的第一表面上的点的折射角为Θ'，该点的折射率为η(θ)，满足
7.—种人工复合材料天线，其特征在于，包括人工复合材料和设置在所述人工复合材料焦点上的辐射源；所述人工复合材料划分为多个区域；电磁波入射到所述人工复合材料的第一表面并在与所述第一表面相对的第二表面射出； 第i区域与所述第一表面的交集部分为第i区域的底面，第i区域与所述第二表面的交集部分为第i区域的顶面；设辐射源与所述第i区域底面上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为Θ，夹角Θ唯一对应第i区域内的一曲面，第i区域底面上具有相同夹角Θ的点的集合构成夹角Θ唯一对应的曲面的边界；且夹角Θ唯一对应的曲面上每一处的折射率均相同，所述曲面的母线为椭圆弧；每一区域的折射率随着夹角Θ的增大逐渐减小。
8.根据权利要求7所述的人工复合材料天线，其特征在于，设辐射源与第i区域底面外圆周上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为Θ 为正整数且越靠近人工复合材料中心的区域对应的i越小；其中，夹角Θ i对应的曲面的母线的弧长为c( Θ j),弧长c ( Θ J和夹角Θ i满足如下公式
9.根据权利要求8所述的人工复合材料天线，其特征在于，相邻两个区域的最大折射率和最小折射率 两足nmax⑴-nmin(i) = nmax(i+l)_nmin(i+l) °
10.根据权利要求8所述的人工复合材料天线，其特征在于，第i区域的折射率满足
全文摘要
本发明涉及人工复合材料和人工复合材料天线，人工复合材料划分为多个区域；电磁波入射到人工复合材料的第一表面并在与所述第一表面相对的第二表面射出；第i区域与所述第一表面的交集部分为第i区域的底面，第i区域与所述第二表面的交集部分为第i区域的顶面；设辐射源与所述第i区域底面上一点的连线与垂直于人工复合材料的直线之间的夹角为θ，夹角θ唯一对应第i区域内的一曲面，第i区域底面上具有相同夹角θ的点的集合构成夹角θ唯一对应的曲面的边界；且夹角θ唯一对应的曲面上每一处的折射率均相同，所述曲面的母线为椭圆弧；每一区域的折射率随着夹角θ的增大逐渐减小。本发明将人工复合材料的折射率的跳变设计为曲面状，减少了跳变处的折射、衍射和反射效应。
文档编号H01Q15/02GK102904056SQ20111021667
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛 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