专利名称：以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线。
背景技术：
微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电中波长最短(频率最高)的波段，其频率范围从300MHz (波长Im)至300GHz (波长O. Im)。工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线统称为微波天线。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线及透镜天线等。例如，现有的卫星电视接收天线就是抛物面天线，所述抛物面天线负责将卫星信 号反射到馈源和高频头内。馈源是在抛物面天线的焦点处设置的一个用于收集卫星信号的喇叭，又称波纹喇叭。其主要功能有两个一是将天线接收的电磁波信号收集起来，变换成信号电压，供给高频头。二是对接收的电磁波进行极化转换。高频头LNB(亦称降频器)是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。LNB的工作流程就是先将卫星高频讯号放大至数十万倍后再利用本地振荡电路将高频讯号转换至中频950MHz-2050MHz，以利于同轴电缆的传输及卫星接收机的解调和工作。卫星接收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像或数字信号和伴音信号。接收卫星信号时，平行的电磁波通过抛物面天线反射后，汇聚到馈源上。通常，抛物面天线对应的馈源是一个喇叭天线。然而，由于抛物面天线的反射面的曲面加工难度大，精度要求也高，制造麻烦，且成本较高。此外，所述现有的抛物面天线体积较大、口径效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的微波天线加工不易、成本高的缺陷，提供一种加工简单、制造成本低的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其包括超材料面板、馈源及副反射面，所述超材料面板设置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心层及设置在核心层一侧表面的反射板，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构；所述核心层片层按照折射率分布可划分为分布在中心孔周围且与所述中心孔共圆心的多个环形区域，所述环形区域内相同半径处的折射率相同，且在环形区域各自的区域内随着半径的增大折射率逐渐减小，相邻两个环形区域中处于内侧的环形区域的折射率的最小值小于处于外侧的环形区域的折射率的最大值；所述馈源设置在中心孔上；所述副反射面是包括所述核心层及所述反射板的超材料板，该副反射面位于所述超材料面板的前方，并用于将从所述超材料面板汇聚过来的电磁波汇聚到所述馈源上。进一步地，所述副反射面的等效焦点位于所述超材料面板及所述副反射面之间。进一步地，所述副反射面呈圆盘形，所述副反射面的中心为核心层片层的中心，所述多个环形区域的折射率变化范围相同，所述副反射面的核心层片层的折射率nl(r)分布满足如下公式
权利要求
1.一种以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，包括超材料面板、馈源及副反射面，所述超材料面板设置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心层及设置在核心层一侧表面的反射板，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构； 所述核心层片层按照折射率分布可划分为分布在中心孔周围且与所述中心孔共圆心的多个环形区域，所述环形区域内相同半径处的折射率相同，且在环形区域各自的区域内随着半径的增大折射率逐渐减小，相邻两个环形区域中处于内侧的环形区域的折射率的最小值小于处于外侧的环形区域的折射率的最大值； 所述馈源设置在中心孔上；所述副反射面是包括所述核心层及所述反射板的超材料板，该副反射面位于所述超材料面板的前方，并用于将从所述超材料面板汇聚过来的电磁波汇聚到所述馈源上。
2.根据权利要求I所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述副反射面的等效焦点位于所述超材料面板及所述副反射面之间。
3.根据权利要求2所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述副反射面呈圆盘形，所述副反射面的中心为核心层片层的中心，所述多个环形区域的折射率变化范围相同，所述副反射面的核心层片层的折射率nl(r)分布满足如下公式 其中，nl (r)表示副反射面核心层片层上半径为r处的折射率值； sO表示超材料面板与副反射面之间的距离； Si表示馈源相位中心与副反射面之间的距离； s2表示所述等效焦点与超材料面板之间的距离； d为核心层的厚度， nfflax表示核心层片层上的折射率最大值； Iimin表示核心层片层上的折射率最小值； 入表不工作波长。
4.根据权利要求3所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述核心层包括多个折射率分布相同且相互平行的核心层片层。
5.根据权利要求4所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述超材料面板还包括设置在核心层另一侧的匹配层，以实现从空气到核心层的折射率匹配。
6.根据权利要求5所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述中心孔的圆心为核心层片层的中心，所述多个环形区域的折射率变化范围相同，所述核心层片层的折射率n2(r)分布满足如下公式 其中，n2(r)表示核心层片层上半径为r处的折射率值；s2表示所述等效焦点与超材料面板之间的距离； d为核心层的厚度，d= A; 2(nmax -nmin) nfflax表示核心层片层上的折射率最大值； Iimin表示核心层片层上的折射率最小值； 入表不工作波长。
7.根据权利要求6所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述匹配层包括多个匹配层片层，每一匹配层片层具有单一的折射率，所述匹配层的多个匹配层片层的折射率均满足以下公式n(i) = (( max + mi )/2)m； 其中，m表示匹配层的总层数，i表示匹配层片层的编号，其中，靠近核心层的匹配层片层的编号为m。
8.根据权利要求7所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述每一匹配层片层包括材料相同的第一基板及第二基板，所述第一基板与第二基板之间填充空气。
9.根据权利要求I至8任意一项所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述核心层的每一核心层片层的多个人造微结构形状相同，所述环形区域内相同半径处的多个人造微结构具有相同的几何尺寸，且在环形区域各自的区域内随着半径的增大人造微结构的几何尺寸逐渐减小，相邻两个环形区域，处于内侧的环形区域内几何尺寸最小的人造微结构的几何尺寸小于处于外侧的环形区域内几何尺寸最大的人造微结构的几何尺寸。
10.根据权利要求I所述的以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，其特征在于，所述人造微结构为平面雪花状的金属微结构。
全文摘要
本发明公开了一种以类椭球型超材料为副反射面的超材料微波天线，包括超材料面板、馈源及副反射面，所述超材料面板设置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心层及设置在核心层一侧表面的反射板，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构；所述馈源设置在中心孔上；所述副反射面是包括所述核心层及所述反射板的超材料板，其用于将从所述超材料面板汇聚过来的电磁波汇聚到所述馈源上。本发明利用对波束的扩张作用类似于旋转椭圆面的所述超材料板作副反射面，因而其结构更加紧凑，且在效果上等效于具有长焦距的微波天线，同时调节口径面上的能量分布，从而提高天线的口径效率，得到了良好的远场辐射场响应；此外，其加工难度小，成本低。
文档编号H01Q15/23GK102810767SQ20121026823
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 杨青, 殷俊 申请人:深圳光启创新技术有限公司