專利名稱：以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，更具體地說，涉及一種以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線。
背景技術：
微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，它屬于無線電中波長最短(頻率最高)的波段，其頻率范圍從300MHz (波長Im)至300GHz (波長O. Im)。工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發射或接收天線統稱為微波天線。在微波天線中，應用較廣的有拋物面天線、喇叭拋物面天線、喇叭天線及透鏡天線等。例如，現有的衛星電視接收天線就是拋物面天線，所述拋物面天線負責將衛星信 號反射到饋源和高頻頭內。饋源是在拋物面天線的焦點處設置的一個用于收集衛星信號的喇叭，又稱波紋喇叭。其主要功能有兩個一是將天線接收的電磁波信號收集起來，變換成信號電壓，供給高頻頭。二是對接收的電磁波進行極化轉換。高頻頭LNB(亦稱降頻器)是將饋源送來的衛星信號進行降頻和信號放大然后傳送至衛星接收機。LNB的工作流程就是先將衛星高頻訊號放大至數十萬倍后再利用本地振蕩電路將高頻訊號轉換至中頻950MHz-2050MHz，以利于同軸電纜的傳輸及衛星接收機的解調和工作。衛星接收機是將高頻頭輸送來的衛星信號進行解調，解調出衛星電視圖像或數字信號和伴音信號。接收衛星信號時，平行的電磁波通過拋物面天線反射后，匯聚到饋源上。通常，拋物面天線對應的饋源是一個喇叭天線。然而，由于拋物面天線的反射面的曲面加工難度大，精度要求也高，制造麻煩，且成本較高。此外，所述現有的拋物面天線體積較大、口徑效率低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有的微波天線加工不易、成本高的缺陷，提供一種加工簡單、制造成本低的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其包括超材料面板、饋源及副反射面，所述超材料面板設置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設置在核心層一側表面的反射板，所述核心層包括至少一個核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設置在基材上的多個人造微結構；所述核心層片層按照折射率分布可劃分為分布在中心孔周圍且與所述中心孔共圓心的多個環形區域，所述環形區域內相同半徑處的折射率相同，且在環形區域各自的區域內隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個環形區域中處于內側的環形區域的折射率的最小值小于處于外側的環形區域的折射率的最大值；所述饋源設置在中心孔上；所述副反射面是包括所述核心層及所述反射板的超材料板，該副反射面位于所述超材料面板的前方，并用于將從所述超材料面板匯聚過來的電磁波匯聚到所述饋源上。進一步地，所述副反射面的等效焦點位于所述超材料面板及所述副反射面之間。進一步地，所述副反射面呈圓盤形，所述副反射面的中心為核心層片層的中心，所述多個環形區域的折射率變化范圍相同，所述副反射面的核心層片層的折射率nl(r)分布滿足如下公式
權利要求
1.一種以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，包括超材料面板、饋源及副反射面，所述超材料面板設置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設置在核心層一側表面的反射板，所述核心層包括至少一個核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設置在基材上的多個人造微結構； 所述核心層片層按照折射率分布可劃分為分布在中心孔周圍且與所述中心孔共圓心的多個環形區域，所述環形區域內相同半徑處的折射率相同，且在環形區域各自的區域內隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個環形區域中處于內側的環形區域的折射率的最小值小于處于外側的環形區域的折射率的最大值； 所述饋源設置在中心孔上；所述副反射面是包括所述核心層及所述反射板的超材料板，該副反射面位于所述超材料面板的前方，并用于將從所述超材料面板匯聚過來的電磁波匯聚到所述饋源上。
2.根據權利要求I所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述副反射面的等效焦點位于所述超材料面板及所述副反射面之間。
3.根據權利要求2所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述副反射面呈圓盤形，所述副反射面的中心為核心層片層的中心，所述多個環形區域的折射率變化范圍相同，所述副反射面的核心層片層的折射率nl(r)分布滿足如下公式 其中，nl (r)表示副反射面核心層片層上半徑為r處的折射率值； sO表示超材料面板與副反射面之間的距離； Si表示饋源相位中心與副反射面之間的距離； s2表示所述等效焦點與超材料面板之間的距離； d為核心層的厚度， nfflax表示核心層片層上的折射率最大值； Iimin表示核心層片層上的折射率最小值； 入表不工作波長。
4.根據權利要求3所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述核心層包括多個折射率分布相同且相互平行的核心層片層。
5.根據權利要求4所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述超材料面板還包括設置在核心層另一側的匹配層，以實現從空氣到核心層的折射率匹配。
6.根據權利要求5所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述中心孔的圓心為核心層片層的中心，所述多個環形區域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率n2(r)分布滿足如下公式 其中，n2(r)表示核心層片層上半徑為r處的折射率值；s2表示所述等效焦點與超材料面板之間的距離； d為核心層的厚度，d= A; 2(nmax -nmin) nfflax表示核心層片層上的折射率最大值； Iimin表示核心層片層上的折射率最小值； 入表不工作波長。
7.根據權利要求6所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述匹配層包括多個匹配層片層，每一匹配層片層具有單一的折射率，所述匹配層的多個匹配層片層的折射率均滿足以下公式n(i) = (( max + mi )/2)m； 其中，m表示匹配層的總層數，i表示匹配層片層的編號，其中，靠近核心層的匹配層片層的編號為m。
8.根據權利要求7所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述每一匹配層片層包括材料相同的第一基板及第二基板，所述第一基板與第二基板之間填充空氣。
9.根據權利要求I至8任意一項所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述核心層的每一核心層片層的多個人造微結構形狀相同，所述環形區域內相同半徑處的多個人造微結構具有相同的幾何尺寸，且在環形區域各自的區域內隨著半徑的增大人造微結構的幾何尺寸逐漸減小，相鄰兩個環形區域，處于內側的環形區域內幾何尺寸最小的人造微結構的幾何尺寸小于處于外側的環形區域內幾何尺寸最大的人造微結構的幾何尺寸。
10.根據權利要求I所述的以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，其特征在于，所述人造微結構為平面雪花狀的金屬微結構。
全文摘要
本發明公開了一種以類橢球型超材料為副反射面的超材料微波天線，包括超材料面板、饋源及副反射面，所述超材料面板設置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設置在核心層一側表面的反射板，所述核心層包括至少一個核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設置在基材上的多個人造微結構；所述饋源設置在中心孔上；所述副反射面是包括所述核心層及所述反射板的超材料板，其用于將從所述超材料面板匯聚過來的電磁波匯聚到所述饋源上。本發明利用對波束的擴張作用類似于旋轉橢圓面的所述超材料板作副反射面，因而其結構更加緊湊，且在效果上等效于具有長焦距的微波天線，同時調節口徑面上的能量分布，從而提高天線的口徑效率，得到了良好的遠場輻射場響應；此外，其加工難度小，成本低。
文檔編號H01Q15/23GK102810767SQ20121026823
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 楊青, 殷俊 申請人:深圳光啟創新技術有限公司