專利名稱：一種超材料天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及天線領域，更具體地說，涉及一種無需喇叭口的超材料天線。
背景技術：
喇叭天線是指波導終端張開成喇叭狀的天線，其得名源于其形狀。喇叭天線結構簡單且方向圖易于控制，可用作方向性天線也可用作饋源。喇叭天線的輻射角度由喇叭口的尺寸決定，當需要擴大其輻射角度時，相應的需要擴大其喇叭口的尺寸。現有技術在不增大喇叭口尺寸的情況下，擴大輻射角度的方法一般為在喇叭天線前端增設凹透鏡，由于凹透鏡的發散效果而使得輻射的電磁波被發散從而擴大輻射角度。由于凹透鏡的曲面制造困難，現有技術中還提出一種利用凸透鏡以擴大天線輻射角度的解決方案，如
圖1所示。圖1中，天線輻射的電磁波經過凸透鏡匯聚后再次發散輻射出去，再次發散輻射出去的電磁波的輻射角度大于未匯聚前的電磁波的輻射角度。然而，凸透鏡仍然需要制造厚度不均勻的曲面以達到所需的效果，且凸透鏡厚度較厚，不利于現有設備小型化的趨勢。而且，目前的喇叭天線的喇叭口在一定程度上限制了電磁波的輻射范圍，而且也影響了天線的尺寸。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提供一種輻射范圍較寬且輻射角度可自由控制、尺寸較小且無需喇叭口的超材料天線。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種超材料天線，包括波導、以及緊貼于所述波導并用于將所述波導發射的電磁波發散的第一超材料面板、具有電磁波匯聚功能并用于將所述第一超材料面板發散出來的電磁波轉換為平面波的第二超材料面板；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個第一人造金屬微結構；所述第二超材料面板包括核心層，所述核心層包括多個具有相同折射率分布的核心超材料片層，每一核心超材料片層的折射率均呈圓形分布，圓心處折射率最大，隨著半徑的增大，折射率從np連續減小到Iitl且相同半徑處折射率相同；所述核心超材料片層包括核心超材料片層基材及周期排布于所述核心超材料片層基材表面的多個第三人造金屬微結構。在本發明所述的超材料天線中，所述第二超材料面板還包括對稱設置于所述核心層兩側的第一漸變超材料片層至第N漸變超材料片層，其中對稱設置的兩層第N漸變超材料片層均靠近所述核心層；每一漸變超材料片層折射率均呈圓形分布，圓心處折射率最大，隨著半徑的增大從其最大折射率連續減小到Iitl且相同半徑處折射率相同，兩個相鄰的漸變超材料片層的最大折射率表示為Iii和ni+1，其中nQ < Iii < ni+1 < np，i為正整數，Iii對應于距離所述核心層較遠的漸變超材料片層的最大折射率值；所述每一漸變超材料片層包括漸變超材料片層基材以及周期排布于 所述漸變超材料片層基材表面的多個第二人造金屬微結構；全部的漸變超材料片層和全部的核心超材料片層構成了所述第二超材料面板的功能層。
在本發明所述的超材料天線中，所述第二超材料面板還包括對稱設置于所述功能層兩側的第一匹配層至第M匹配層，其中對稱設置的兩層第M匹配層均靠近所述第一漸變超材料片層；每一匹配層折射率分布均勻，靠近自由空間的所述第一匹配層折射率大致等于自由空間折射率，靠近所述第一漸變超材料片層的第M匹配層折射率大致等于所述第一漸變超材料片層最小折射率IV在本發明所述的超材料天線中，每一漸變超材料片層和所有核心超材料片層隨著半徑r的變化，折射率分布關系式為
權利要求
1.一種超材料天線，其特征在于，包括波導、以及緊貼于所述波導并用于將所述波導發射的電磁波發散的第一超材料面板、具有電磁波匯聚功能并用于將所述第一超材料面板發散出來的電磁波轉換為平面波的第二超材料面板；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個第一人造金屬微結構；所述第二超材料面板包括核心層，所述核心層包括多個具有相同折射率分布的核心超材料片層，每一核心超材料片層的折射率均呈圓形分布，圓心處折射率最大，隨著半徑的增大，折射率從np連續減小到Iitl且相同半徑處折射率相同；所述核心超材料片層包括核心超材料片層基材及周期排布于所述核心超材料片層基材表面的多個第三人造金屬微結構。
2.根據權利要求1所述的超材料天線，其特征在于，所述第二超材料面板還包括對稱設置于所述核心層兩側的第一漸變超材料片層至第N漸變超材料片層，其中對稱設置的兩層第N漸變超材料片層均靠近所述核心層；每一漸變超材料片層折射率均呈圓形分布，圓心處折射率最大，隨著半徑的增大從其最大折射率連續減小到Iitl且相同半徑處折射率相同，兩個相鄰的漸變超材料片層的最大折射率表示為Iii和ni+1,其中IIci < IIi < ni+1 < np, i 為正整數，η,對應于距離所述核心層較遠的漸變超材料片層的最大折射率值；所述每一漸變超材料片層包括漸變超材料片層基材以及周期排布于所述漸變超材料片層基材表面的多個第二人造金屬微結構；全部的漸變超材料片層和全部的核心超材料片層構成了所述第二超材料面板的功能層。
3.根據權利要求2所述的超材料天線，其特征在于，所述第二超材料面板還包括對稱設置于所述功能層兩側的第一匹配層至第M匹配層，其中對稱設置的兩層第M匹配層均靠近所述第一漸變超材料片層；每一匹配層折射率分布均勻，靠近自由空間的所述第一匹配層折射率大致等于自由空間折射率，靠近所述第一漸變超材料片層的第M匹配層折射率大致等于所述第一漸變超材料片層最小折射率IV
4.根據權利要求2所述的超材料天線，其特征在于，每一漸變超材料片層和所有核心超材料片層隨著半徑r的變化，折射率分布關系式為
5.根據權利要求4所述的超材料天線，其特征在于，每層核心超材料片層還包括覆蓋于所述第三人造金屬微結構上的覆蓋層；周期排布于所述基材上的多個所述第三人造金屬微結構的尺寸變化規律為多個所述第三人造金屬微結構的幾何形狀相同，所述第三人造金屬微結構在所述核心超材料片層基材上呈圓形分布，圓心處的第三人造金屬微結構尺寸最大，隨著半徑的增大，對應半徑的第三人造金屬微結構尺寸減小且相同半徑處的第三人造金屬微結構尺寸相同。
6.根據權利要求4所述的超材料天線，其特征在于，每層漸變超材料片層還包括覆蓋于所述第二人造金屬微結構上的覆蓋層；周期排布于所述基材上的所述第二人造金屬微結構的尺寸變化規律為多個所述第二人造金屬微結構的幾何形狀相同，所述第二人造金屬微結構在所述漸變超材料片層基材上呈圓形分布，圓心處的第二人造金屬微結構尺寸最大，隨著半徑的增大，對應半徑的第二人造金屬微結構尺寸減小且相同半徑處的第二人造金屬微結構尺寸相同。
7.根據權利要求1所述的超材料天線，其特征在于，所述第一超材料面板折射率呈圓形分布，圓心處的折射率最小且隨著半徑的增大，對應半徑的折射率增大且相同半徑處折射率相同。
8.根據權利要求7所述的超材料天線，其特征在于，所述第一超材料面板由多個折射率分布相同的第一超材料片層構成，所述第一超材料片層還包括覆蓋于所述第三人造微結構上的覆蓋層；多個第三人造微結構為第一人造金屬微結構且幾何形狀相同，所述第一人造金屬微結構在所述第一基材上呈圓形分布，且圓心處的第一人造金屬微結構尺寸最小， 隨著半徑的增大，對應半徑的第一人造金屬微結構尺寸增大且相同半徑處的第一人造金屬微結構尺寸相同。
9.根據權利要求2所述的超材料天線，其特征在于，所述多個第三人造金屬微結構、所述多個第二人造金屬微結構和所述多個第三人造金屬結構具有相同的幾何形狀。
10.根據權利要求1所述的超材料天線，其特征在于，所述超材料天線還包括外殼，所述外殼與所述第二超材料面板構成封閉腔體，與所述第二超材料面板相接的外殼壁內側還附著有吸波材料，與所述第二超材料面板相對的外殼壁由金屬材質或高分子材料制成。
全文摘要
本發明涉及一種超材料天線，包括波導、以及緊貼于所述波導并用于將所述波導發射的電磁波發散的第一超材料面板、具有電磁波匯聚功能并用于將所述第一超材料面板發散出來的電磁波轉換為平面波的第二超材料面板。本發明提供的超材料天線的波導只需要波導，無需設置喇叭口，沒有喇叭口的約束使得波導輻射出來的電磁波發散性更強。在波導上設置第一超材料面板使得電磁波更加發散，提高波導的近距離輻射范圍，減小天線的整體尺寸，而且可以根據天線場分布的需求來調整天線近場能量。通過設計第二超材料面板核心層和漸變層上及各自之間的折射率變化將波導發射的電磁波轉換為平面波，從而提高了天線的匯聚性能，減少了反射損耗，增強了傳輸距離。
文檔編號H01Q19/06GK103036061SQ20111030039
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 尹小明 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司