专利名称：一种前馈式微波天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及天线领域，更具体地说，涉及一种前馈式微波天线。
背景技术：
现有的前馈式微波天线，通常由金属抛物面及位于金属抛物面焦点的辐射源构成，金属抛物面的作用为将外部的电磁波反射给辐射源或将辐射源发射的电磁波反射出去。金属抛物面的面积以及金属抛物面的加工精度直接决定微波天线的各项参数，例如增益、方向性等。但现有的前馈式微波天线存在以下缺点一是从金属抛物面反射的电磁波部分会被辐射源阻挡造成一定的能量损失，二是金属抛物面制作困难，成本较高。金属抛物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。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提供一种体积较小、成本低廉、增益较高且传输距离远的前馈式微波天线。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提出一种前馈式微波天线，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、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射；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三人造金属微结构；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包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内折射率变化范围相同， 均随着半径的增大从np连续减小到no且相同半径处的折射率相同；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一人造金属微结构。进一步地，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均包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域， 每一渐变超材料片层对应的所述圆形区域和所述环形区域内的折射率变化范围均相同且随着半径的增大从其最大折射率连续减小到IV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 < Hi < 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
會邑M。进一步地，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勻，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进一步地，所有渐变超材料片层与所有核心超材料片层上被划分的圆形区域和与圆形区域同心的环形区域的起始半径和终止半径均相等；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1.一种前馈式微波天线，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、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射；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三人造金属微结构；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包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内折射率变化范围相同，均随着半径的增大从np连续减小到no且相同半径处的折射率相同；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一人造金属微结构。
2.根据权利要求1所述的前馈式微波天线，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均包括一个圆形区域和与所述圆形区域同心的多个环形区域，每一渐变超材料片层对应的所述圆形区域和所述环形区域内的折射率变化范围均相同且随着半径的增大从其最大折射率连续减小到IV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Ili和^+1，其中Iltl < 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。
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勻，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rv
4.根据权利要求2所述的前馈式微波天线，其特征在于，所有渐变超材料片层与所有核心超材料片层上被划分的圆形区域和与圆形区域同心的环形区域的起始半径和终止半径均相等；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i*n ι- ι- 、np ^ no)nt(r) = —^--(―——)H^Jr2+s2- ^LUf + ？ )*-^-TV +1 (N+ )* 2dηρ -η0其中，第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层对应的i值即为数值1至N，所有的核心超材料片层对应的i值均为N+l，s为所述辐射源距所述第一渐变超材料片层的垂直距离；d为第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层与所有的核心超材料片层所具有的总厚度，d=2…^ ),其中λ力戶； $|1二 才才白勺工才才与渐变超材料片层上的圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域的起始半径值， j表示第几区域，其中L(I)表示第一区域，即所述圆形区域，L(I) =0。
5.根据权利要求4所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述核心超材料片层为三层， 每层核心超材料片层还包括覆盖于所述第一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一人造金属微结构的尺寸变化规律为多个所述第一人造金属微结构的几何形状相同，所述基材包括圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内第一人造金属微结构尺寸变化范围相同，均随着半径的增大从最大尺寸连续减小到最小尺寸且相同半径处的第一人造金属微结构尺寸相同。
6.根据权利要求4所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述核心层两侧对称设置有第一渐变超材料片层至第三渐变超材料片层，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，所述基材包括圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内第二人造金属微结构尺寸变化范围相同，均随着半径的增 大从最大尺寸连续减小到最小尺寸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所述的前馈式微波天线，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，对应半径的折射率亦增大且相同半径处折射率相同。
8.根据权利要求7所述的前馈式微波天线，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三人造金属微结构且几何形状相同，所述第三人造金属微结构在所述第一基材上呈圆形分布，且圆心处的第三人造金属微结构尺寸最小，随着半径的增大，对应半径的第三人造金属微结构尺寸亦增大且相同半径处的第三人造金属微结构尺寸相同。
9.根据权利要求2所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述多个第一人造金属微结构、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9所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述几何形状为“工”字形， 包括竖直的第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。
11.根据权利要求10所述的前馈式超材料，其特征在于，所述几何形状还包括位于所述第二金属分支两端且垂直于所述第二金属分支的第三金属分支。
12.根据权利要求9所述的前馈式超材料，其特征在于，所述几何形状为平面雪花型， 包括相互垂直的两条第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。
专利摘要本实用新型公开一种前馈式微波天线，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、第二超材料面板以及贴附于所述第二超材料面板背部的反射面板，电磁波经过所述第一超材料面板被发散后进入所述第二超材料面板产生折射并被所述反射面板反射后再次进入所述第二超材料面板再次发生折射并最终平行出射。本实用新型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，采用本实用新型的天线，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。
文档编号H01Q15/23GK202217791SQ20112026605
公开日2012年5月9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, 尹小明, 岳玉涛 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院