超材料天线的制作方法
专利名称：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，涉及一种超材料天线。
背景技术：
“超材料”是指 一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料内部的折射率分布是超材料表现出超常功能的关键部分，不同的折射率分布对应不同的功能。折射率分布越精确，所实现的功能越好。对于常规天线特别是喇叭天线，其口径效率对天线方向性及增益的提高有较大影响，无法得到良好的远场辐射响应。而且现有天线尺寸较大，实现小型化较困难。
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远场辐射响应和小型化较困难的缺陷，提供一种超材料。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，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体；其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层；所述第二超材料的中心区域为通孔。在本发明所述的超材料天线中，辐射到所述第二超材料的电磁波经过反射层后绕开所述馈源并被反射到所述第一超材料上；辐射到所述第一超材料的电磁波经过反射层后绕开所述第二超材料并被反射到所述第三超材料上。在本发明所述的超材料天线中，所述第一超材料包括多个第一超材料片层，每一第一超材料片层包括第一基材以及周期排布于第一基材上的多个第一人造金属微结构，第一超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。在本发明所述的超材料天线中，所述第二超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第一超材料上，以所述第二超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率n2 (y)满足如下公式:
权利要求
1.种超材料天线，其特征在于，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体； 其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层；所述第二超材料的中心区域为通孔。
2.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，辐射到所述第二超材料的电磁波经过反射层后绕开所述馈源并被反射到所述第一超材料上；辐射到所述第一超材料的电磁波经过反射层后绕开所述第二超 材料并被反射到所述第三超材料上。
3.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述第一超材料包括多个第一超材料片层，每一第一超材料片层包括第一基材以及周期排布于第一基材上的多个第一人造金属微结构，第一超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
4.据权利要求3所述的超材料天线，其特征在于，所述第二超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第一超材料上，以所述第二超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率n2(y)满足如下公式:
5.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述第二超材料包括多个第二超材料片层，每一第二超材料片层包括第二基材以及周期排布于第二基材上的多个第二人造金属微结构，第二超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
6.据权利要求5所述的超材料天线，其特征在于，所述第一超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第三超材料上，以所述第一超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率Ii1 (y)满足如下公式:
7.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述第三超材料包括由多个厚度相同、折射率分布相同的功能超材料片层叠加而成的功能层，每一功能超材料片层包括第三基材以及周期排布于第三基材上的多个第三人造金属微结构，所述功能超材料片层的折射率以其中心点为圆心呈同心圆形分布，圆心处的折射率最大，相同半径处的折射率相同；所述功能超材料片层上的折射率分布通过如下步骤得到: S1:确定第三超材料所处区域以及功能超材料片层各层的边界，第三超材料区域内填充空气，将馈源固定于第三超材料区域前方并使得馈源的中心轴线与第三超材料区域中心轴线重合；馈源辐射电磁波后测试并记录第三超材料功能层上第i层功能超材料片层的前表面的初始相位，第i层功能超材料片层的前表面各点的初始相位记为<^(>0，其中中心轴线处的初始相位记为 (O)； S2:根据公式
8.据权利要求7所述的超材料天线，其特征在于，所述第三超材料还包括对称设置于功能层两侧的第一至第N层阻抗匹配层，其中，两层第N阻抗匹配层紧贴所述功能层。
9.权利要求8所述的超材料天线，其特征在于，所述第一至第N层阻抗匹配层为第一至第N匹配超材料片层，每层匹配超材料片层包括第四基材以及周期排布于第四基材的多个第四人造金属微结构；每层匹配超材料片层的折射率以其中心点为圆心呈同心圆形分布，圆心处的折射率最大，相同半径处的折射率相同；第一至第N匹配超材料片层上相同半径处的折射率不相同。
10.权利要求9所述的超材料天线，其特征在于，所述第一至第N匹配超材料片层与所述功能超材料片层的折射率分布n3(y)的关系为:
全文摘要
本发明涉及超材料天线，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体；其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层；所述第二超材料的中心区域为通孔。本发明利用超材料独特的电磁性质，通过电磁波的多次反射，提高了天线的口径效率，得到良好的远场辐射场响应。同时，多次反射的设计，极大地削减了天线厚度，使天线系统更加小型化。
文档编号H01Q19/10GK103094710SQ20111033108
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 杨青 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
技术领域：
本发明涉及天线领域，更具体地说，涉及一种超材料天线。
背景技术：
“超材料”是指 一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料内部的折射率分布是超材料表现出超常功能的关键部分，不同的折射率分布对应不同的功能。折射率分布越精确，所实现的功能越好。对于常规天线特别是喇叭天线，其口径效率对天线方向性及增益的提高有较大影响，无法得到良好的远场辐射响应。而且现有天线尺寸较大，实现小型化较困难。
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远场辐射响应和小型化较困难的缺陷，提供一种超材料。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，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体；其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层；所述第二超材料的中心区域为通孔。在本发明所述的超材料天线中，辐射到所述第二超材料的电磁波经过反射层后绕开所述馈源并被反射到所述第一超材料上；辐射到所述第一超材料的电磁波经过反射层后绕开所述第二超材料并被反射到所述第三超材料上。在本发明所述的超材料天线中，所述第一超材料包括多个第一超材料片层，每一第一超材料片层包括第一基材以及周期排布于第一基材上的多个第一人造金属微结构，第一超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。在本发明所述的超材料天线中，所述第二超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第一超材料上，以所述第二超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率n2 (y)满足如下公式:
权利要求
1.种超材料天线，其特征在于，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体； 其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层；所述第二超材料的中心区域为通孔。
2.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，辐射到所述第二超材料的电磁波经过反射层后绕开所述馈源并被反射到所述第一超材料上；辐射到所述第一超材料的电磁波经过反射层后绕开所述第二超 材料并被反射到所述第三超材料上。
3.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述第一超材料包括多个第一超材料片层，每一第一超材料片层包括第一基材以及周期排布于第一基材上的多个第一人造金属微结构，第一超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
4.据权利要求3所述的超材料天线，其特征在于，所述第二超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第一超材料上，以所述第二超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率n2(y)满足如下公式:
5.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述第二超材料包括多个第二超材料片层，每一第二超材料片层包括第二基材以及周期排布于第二基材上的多个第二人造金属微结构，第二超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
6.据权利要求5所述的超材料天线，其特征在于，所述第一超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第三超材料上，以所述第一超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率Ii1 (y)满足如下公式:
7.据权利要求1所述的超材料天线，其特征在于，所述第三超材料包括由多个厚度相同、折射率分布相同的功能超材料片层叠加而成的功能层，每一功能超材料片层包括第三基材以及周期排布于第三基材上的多个第三人造金属微结构，所述功能超材料片层的折射率以其中心点为圆心呈同心圆形分布，圆心处的折射率最大，相同半径处的折射率相同；所述功能超材料片层上的折射率分布通过如下步骤得到: S1:确定第三超材料所处区域以及功能超材料片层各层的边界，第三超材料区域内填充空气，将馈源固定于第三超材料区域前方并使得馈源的中心轴线与第三超材料区域中心轴线重合；馈源辐射电磁波后测试并记录第三超材料功能层上第i层功能超材料片层的前表面的初始相位，第i层功能超材料片层的前表面各点的初始相位记为<^(>0，其中中心轴线处的初始相位记为 (O)； S2:根据公式
8.据权利要求7所述的超材料天线，其特征在于，所述第三超材料还包括对称设置于功能层两侧的第一至第N层阻抗匹配层，其中，两层第N阻抗匹配层紧贴所述功能层。
9.权利要求8所述的超材料天线，其特征在于，所述第一至第N层阻抗匹配层为第一至第N匹配超材料片层，每层匹配超材料片层包括第四基材以及周期排布于第四基材的多个第四人造金属微结构；每层匹配超材料片层的折射率以其中心点为圆心呈同心圆形分布，圆心处的折射率最大，相同半径处的折射率相同；第一至第N匹配超材料片层上相同半径处的折射率不相同。
10.权利要求9所述的超材料天线，其特征在于，所述第一至第N匹配超材料片层与所述功能超材料片层的折射率分布n3(y)的关系为:
全文摘要
本发明涉及超材料天线，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体；其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层；所述第二超材料的中心区域为通孔。本发明利用超材料独特的电磁性质，通过电磁波的多次反射，提高了天线的口径效率，得到良好的远场辐射场响应。同时，多次反射的设计，极大地削减了天线厚度，使天线系统更加小型化。
文档编号H01Q19/10GK103094710SQ20111033108
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 杨青 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
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