一种渐变折射率超材料天线罩的制作方法_2

文档序号:10018448阅读:来源:国知局
同性材料;其二,打孔结构并不是通过谐振来实现特定的电磁特性,所以这种材料的 损耗非常小;其三,这种打孔超材料可以在很宽的频段内保持相同的电磁特性,这就可以保 证它可以工作在一个很宽的工作频带。而且本实用新型是第一次将打孔结构应用到天线罩 当中,增强了其稳定性和实用性。
[0018] 4.本实用新型同时具有易加工,成本低等优点。
【附图说明】
[0019] 图1是原有天线罩的模型。
[0020] 图2是本实用新型的原理示意图。
[0021] 图3是不放渐变折射率材料作为匹配层的电场图和加入匹配层的电场图比较。 (a)未加过渡层的电场,(b)厚过渡层的电场,(c)薄过渡层的电场。
[0022] 图4是不放渐变折射率材料作为匹配层的功率图和加入匹配层的功率图比较。 (a)未加过渡层的功率,(b)厚过渡层的功率,(c)薄过渡层的功率。
[0023] 图5是TE模式下加入渐变折射率材料后的透射系数分布图及数据表。
[0024] 图6是TM模式下加入渐变折射率材料后的透射系数分布图及数据表。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步的说明。
[0026] 本实用新型所提出的基于渐变折射率人工电磁材料的新型天线罩为多层介质板 结构,现有天线罩主要由三层组成,分别为:蒙皮层、芯层、蒙皮层,如图1所示。我们所提出 的基于渐变折射率人工电磁材料的天线罩,是在原有三层的基础上,在层与层之间加入渐 变折射率超材料的匹配层,如图2所示。一共加有三层匹配层,每一层匹配层中又分为4个 小层,每个小层是由亚波长尺寸的打孔结构单元按一定的排列构成,单个小层上排列的打 孔结构的尺寸完全一样,不同层间的打孔结构尺寸不同。我们要实现的功能是增大透波率, 减小反射率,尤其是增大大角度的透射率,因此我们使用新型人工电磁材料组成的匹配层, 是为了达到折射率渐变的效果,使得每层之间的折射率逐渐的变到与下一层一样,这样可 达到减小反射,增大透射的目的,因此,我们要选择最好的匹配层对应的折射率,所有匹配 层的折射率分别为:1· 8, 2. 35, 2. 78, 3. 16, 3. 19, 2. 84, 2. 44, L 96, L 8, 2. 18, 2. 5, 2. 79。匹 配层我们采用的是普通的PCB介质板F4B,此种匹配层易加工,成本小。
[0027] 本实用新型所提出的基于渐变折射率人工电磁材料的新型天线罩,为了验证其高 的透波率,我们进行了电磁模拟仿真,这里我们选择一个喇叭当做馈源,仿真的电场结果如 图3所示:图3(a)为不加渐变折射率匹配层的电场;图3(b)为加渐变折射率匹配层但是 匹配层的厚度相对较厚时的电场;图3(c)为加渐变折射率匹配层但是匹配层的厚度相对 较薄时的电场。从仿真图可以看出加了渐变折射率匹配层后,透过的电场的强度明显增大, 反射明显减小。为了更清楚的观察结果,我们同样仿真了功率流的分布图,如图4所示:图 4(a)为不加渐变折射率匹配层的功率流分布;图4(b)为加渐变折射率匹配层但是匹配层 的厚度相对较厚时的功率流分布;图4(c)为加渐变折射率匹配层但是匹配层的厚度相对 较薄时的功率流分布。由图4可以直观的看出,增加渐变折射率的匹配层后,透射的波的强 度明显的提尚。
[0028] 为了更好的展现我们实用新型的优秀的性能,我们给出了精确的数据证明。如图5 和图6所示,分别给出了 TE极化波和TM极化波入射情况下S21的值以及在对应不同角度 时的改善值。如图5所示为TE极化波入射时,不加入渐变折射率匹配层的S21和加入渐变 折射率匹配层后不同层的S21,从表1中我们可以看出来,每个角度的透波率都有所改善, 尤其是大角度入射时,当入射角度为85度时,S21可以改善高达14个dB,这是传统天线罩 达不到的值,因此可以证明我们实用新型的基于新型人工电磁材料的天线罩很大程度上提 高了波的透射率,特别是在大角度入射时,提高的透波率是显著的。如图6所示为TM极化 波入射时,不加入渐变折射率匹配层的S21和加入渐变折射率匹配层后不同层的S21,同样 可以根据表2观察到,当大角度入射时,改善的透波率仍然很大。因此,再次验证了我们实 用新型的基于新型人工电磁材料的新型天线罩利用增加渐变折射率的匹配层可以达到很 好的匹配效果,增大透波率,减小折射率,尤其是大角度入射时,效果明显。
[0029] 表1 :TE模式下不同入射角度的改善

[0034] 上述实施例仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通 技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和等同替换,这些 对本实用新型权利要求进行改进和等同替换后的技术方案,均落入本实用新型的保护范 围。
【主权项】
1. 一种渐变折射率超材料天线罩,其特征在于,该天线罩为由外至内依次设置的蒙皮 层-过渡层-芯层-过渡层-蒙皮层-过渡层组成的多层结构,所述过渡层由多层渐变折射 率超材料构成,所述渐变折射率超材料是在介质板上加工用以减小折射率的通孔制成的, 从而实现在天线罩径向上的折射率渐变。2. 如权利要求1所述的渐变折射率超材料天线罩,其特征在于,每个所述的过渡层 均由四小层渐变折射率超材料组成,从内至外共12小层,折射率分别为:1. 8, 2. 35, 2. 78, 3. 16,3. 19,2. 84,2. 44,1. 96,1. 8,2. 18,2. 5,2. 79〇3. 如权利要求1或2所述的渐变折射率超材料天线罩,其特征在于,所述渐变折射率超 材料是在介质板上根据等效媒质理论分割成同样大小的单元,每个单元的中心都加工一个 用以减小折射率的通孔,实现折射率渐变。
【专利摘要】本实用新型公开了一种渐变折射率超材料天线罩,由蒙皮层-过渡层-芯层-过渡层-蒙皮层-过渡层组成。传统天线罩大多由三层结构蒙皮层-芯层-蒙皮层组成,两层间折射率变化较大,导致透过率偏低。如果天线罩的折射率可以逐渐缓慢变化,则可以在实现不改变天线罩形状的提前下,增大天线罩的透过率,这就是一种渐变折射率天线罩。超材料也称为新型人工电磁材料具有新颖特性,可以利用它制作出渐变折射率天线罩。首先利用渐变折射率原理计算出在过渡层内渐变折射率的分布,然后选择新型人工电磁材料作为结构单元,实现每一层折射率的分布。此外,得益于新型人工电磁材料的优异特性,此渐变折射率天线罩还具有稳定性高,易加工等优良性能。
【IPC分类】H01Q1/42
【公开号】CN204927520
【申请号】CN201520661443
【发明人】蒋卫祥, 崔铁军, 徐白冰, 戈硕, 马凯
【申请人】东南大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月28日
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