专利名称：一种前馈式微波天线的制作方法
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。
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。本发明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中的多个第三人造孔结构，所述每个第三人造孔结构和其所占的部分第一基材构成了所述第一超材料面板的基本单元；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\连续减小到Iitl且相同半径处的折射率相同；所述核心超材料片层包括基材及周期排布于所述核心超材料片层基材中的多个第一人造孔结构，所述每个第一人造孔结构和其所占的部分核心超材料片层基材构成了所述核心超材料片层的基本单元。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 < 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基材以及周期排布于所述基材表面的多个第二人造孔结构，所述每个第二人造孔结构和其所占的部分渐变超材料片层基材构成了所述渐变超材料片层的基本单元；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。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中的多个第三人造孔结构，所述每个第三人造孔结构和其所占的部分第一基材构成了所述第一超材料面板的基本单元；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\连续减小到IItl且相同半径处的折射率相同；所述核心超材料片层包括基材及周期排布于所述核心超材料片层基材中的多个第一人造孔结构，所述每个第一人造孔结构和其所占的部分核心超材料片层基材构成了所述核心超材料片层的基本单元。
2.根据权利要求I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Iii和ni+1，其中Iitl<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基材以及周期排布于所述基材表面的多个第二人造孔结构，所述每个第二人造孔结构和其所占的部分渐变超材料片层基材构成了所述渐变超材料片层的基本单元；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
5.根据权利要求4所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述第一人造孔结构内填充有折射率小于核心超材料片层基材折射率的介质，周期排布于所述核心超材料片层的基材中的多个所述第一人造孔结构的排布规律为所述核心超材料片层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孔结构占据核心超材料片层基本单元的体积的变化范围相同，均随着半径的增大，第一人造孔结构占据核心超材料片层基本单元的体积从最小体积连续增大到最大体积且相同半径处第一人造孔结构占据核心超材料片层基本单元的体积相同。
6.根据权利要求4所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述第二人造孔结构内填充有折射率小于渐变超材料片层基材折射率的介质，周期排布于所述渐变超材料片层基材中的所述第二人造孔结构的排布规律为所述渐变超材料片层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孔结构占据渐变超材料片层基本单元的体积的变化范围相同，均随着半径的增大，第二人造孔结构占据渐变超材料片层基本单元的体积从最小体积连续增大到最大体积且相同半径处第二人造孔结构占据渐变超材料片层基本单元的体积相同。
7.根据权利要求I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；所述第三人造孔结构内填充有折射率小于第一基材折射率的介质，周期排布于所述第一基材中的所述第三人造孔结构的排布规律为所述第一超材料片层的基本单元在所述第一基材上呈圆形分布，圆心处的第一超材料片层的基本单元上的第三人造孔结构体积最大，随着半径的增大，对应半径的第三人造孔结构体积亦增大且相同半径处的第三人造孔结构体积相同。
9.根据权利要求5、6或8所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述介质为空气。
10.根据权利要求I所述的前馈式微波天线，其特征在于，所述辐射源发射的电磁波频率为12. 4G赫兹至18G赫兹。
全文摘要
本发明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。本发明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，采用本发明的天线，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H01Q19/06GK102904043SQ20111021042
公开日2013年1月30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, 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