专利名称：一种超材料天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及天线领域，更具体地说，涉及一种无需喇叭口的超材料天线。
背景技术：
喇叭天线是指波导终端张开成喇叭状的天线，其得名源于其形状。喇叭天线结构简单且方向图易于控制，可用作方向性天线也可用作馈源。喇叭天线的辐射角度由喇叭口的尺寸决定，当需要扩大其辐射角度时，相应的需要扩大其喇叭口的尺寸。现有技术在不增大喇叭口尺寸的情况下，扩大辐射角度的方法一般为在喇叭天线前端增设凹透镜，由于凹透镜的发散效果而使得辐射的电磁波被发散从而扩大辐射角度。由于凹透镜的曲面制造困难，现有技术中还提出一种利用凸透镜以扩大天线辐射角度的解决方案，如
图1所示。图1中，天线辐射的电磁波经过凸透镜汇聚后再次发散辐射出去，再次发散辐射出去的电磁波的辐射角度大于未汇聚前的电磁波的辐射角度。然而，凸透镜仍然需要制造厚度不均匀的曲面以达到所需的效果，且凸透镜厚度较厚，不利于现有设备小型化的趋势。而且，目前的喇叭天线的喇叭口在一定程度上限制了电磁波的辐射范围，而且也影响了天线的尺寸。
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不足，提供一种辐射范围较宽且辐射角度可自由控制、尺寸较小且无需喇叭口的超材料天线。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种超材料天线，包括波导、以及紧贴于所述波导并用于将所述波导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上的多个第一人造金属微结构；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，每一核心超材料片层的折射率均呈圆形分布，圆心处折射率最大，随着半径的增大，折射率从np连续减小到Iitl且相同半径处折射率相同；所述核心超材料片层包括核心超材料片层基材及周期排布于所述核心超材料片层基材表面的多个第三人造金属微结构。在本发明所述的超材料天线中，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，圆心处折射率最大，随着半径的增大从其最大折射率连续减小到Iitl且相同半径处折射率相同，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渐变超材料片层基材以及周期排布于 所述渐变超材料片层基材表面的多个第二人造金属微结构；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。
在本发明所述的超材料天线中，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在本发明所述的超材料天线中，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
权利要求
1.一种超材料天线，其特征在于，包括波导、以及紧贴于所述波导并用于将所述波导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上的多个第一人造金属微结构；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，每一核心超材料片层的折射率均呈圆形分布，圆心处折射率最大，随着半径的增大，折射率从np连续减小到Iitl且相同半径处折射率相同；所述核心超材料片层包括核心超材料片层基材及周期排布于所述核心超材料片层基材表面的多个第三人造金属微结构。
2.根据权利要求1所述的超材料天线，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，圆心处折射率最大，随着半径的增大从其最大折射率连续减小到Iitl且相同半径处折射率相同，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IIci < 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渐变超材料片层基材以及周期排布于所述渐变超材料片层基材表面的多个第二人造金属微结构；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所述的超材料天线，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IV
4.根据权利要求2所述的超材料天线，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所述的超材料天线，其特征在于，每层核心超材料片层还包括覆盖于所述第三人造金属微结构上的覆盖层；周期排布于所述基材上的多个所述第三人造金属微结构的尺寸变化规律为多个所述第三人造金属微结构的几何形状相同，所述第三人造金属微结构在所述核心超材料片层基材上呈圆形分布，圆心处的第三人造金属微结构尺寸最大，随着半径的增大，对应半径的第三人造金属微结构尺寸减小且相同半径处的第三人造金属微结构尺寸相同。
6.根据权利要求4所述的超材料天线，其特征在于，每层渐变超材料片层还包括覆盖于所述第二人造金属微结构上的覆盖层；周期排布于所述基材上的所述第二人造金属微结构的尺寸变化规律为多个所述第二人造金属微结构的几何形状相同，所述第二人造金属微结构在所述渐变超材料片层基材上呈圆形分布，圆心处的第二人造金属微结构尺寸最大，随着半径的增大，对应半径的第二人造金属微结构尺寸减小且相同半径处的第二人造金属微结构尺寸相同。
7.根据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，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，对应半径的折射率增大且相同半径处折射率相同。
8.根据权利要求7所述的超材料天线，其特征在于，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，所述第一超材料片层还包括覆盖于所述第三人造微结构上的覆盖层；多个第三人造微结构为第一人造金属微结构且几何形状相同，所述第一人造金属微结构在所述第一基材上呈圆形分布，且圆心处的第一人造金属微结构尺寸最小， 随着半径的增大，对应半径的第一人造金属微结构尺寸增大且相同半径处的第一人造金属微结构尺寸相同。
9.根据权利要求2所述的超材料天线，其特征在于，所述多个第三人造金属微结构、所述多个第二人造金属微结构和所述多个第三人造金属结构具有相同的几何形状。
10.根据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述超材料天线还包括外壳，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。
全文摘要
本发明涉及一种超材料天线，包括波导、以及紧贴于所述波导并用于将所述波导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。本发明提供的超材料天线的波导只需要波导，无需设置喇叭口，没有喇叭口的约束使得波导辐射出来的电磁波发散性更强。在波导上设置第一超材料面板使得电磁波更加发散，提高波导的近距离辐射范围，减小天线的整体尺寸，而且可以根据天线场分布的需求来调整天线近场能量。通过设计第二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波导发射的电磁波转换为平面波，从而提高了天线的汇聚性能，减少了反射损耗，增强了传输距离。
文档编号H01Q19/06GK103036061SQ20111030039
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 尹小明 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