專利名稱：一種線源定向輻射增強(qiáng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電收發(fā)天線領(lǐng)域，具體是一種線源定向輻射增強(qiáng)裝置。
背景技術(shù)：
天線在人們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，如移動電話、衛(wèi)星導(dǎo)航等，在無線電收發(fā)系統(tǒng)中， 天線是向空間輻射或從空間接收電磁波的重要裝置，是無線電通信系統(tǒng)中必不可少的部 分。其中天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力，方向性是衡量天線優(yōu)劣 的重要參數(shù)之一。天線有了方向性，就能在某種程度上相當(dāng)于提高發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的效 率，并使之具有一定的保密性和抗干擾性。天線的輻射方向性系數(shù)是很重要的概念，天 線的輻射方向性系數(shù)是在遠(yuǎn)場區(qū)的某一球面上最大輻射功率密度與其平均值之比。對于 非全方向性的天線，提高天線定向輻射能力是天線設(shè)計中的一個重要課題。
現(xiàn)有技術(shù)中一般通過改進(jìn)天線本身的結(jié)構(gòu)，或者采用天線陣的方式來提高天線的輻 射方向性系數(shù)。改進(jìn)天線本身會導(dǎo)致天線幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難不易實現(xiàn)。而采用天 線陣的方式會使得天線體積龐大，制造成本明顯增加。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能提高天線定向輻射 性的增強(qiáng)裝置。
技術(shù)方案本發(fā)明所述的線源定向輻射增強(qiáng)裝置，它包括一個用左手材料制成的拋 物線柱，拋物線柱內(nèi)有一放置線源的空心圓柱，該空心圓柱的圓心即為拋物線柱的焦點， 拋物線柱尾部是以與內(nèi)圓柱同心的圓弧進(jìn)行過度，并在拋物線柱圓弧外側(cè)涂覆金屬薄 層。線源的輻射效果與輻射裝置拋物線軸向尺寸有關(guān)，輻射裝置尺寸越大，線源的輻射 效果越好。
為了取得最好的輻射定向增強(qiáng)效果和小的輻射裝置尺寸，優(yōu)選的左手材料的介電常 數(shù)和磁導(dǎo)率都為-1，拋物線的焦距為0.5^，尾部連接圓弧的半徑為6^，空心圓柱半
徑為0.25^，涂覆的金屬薄層厚度為0.1^，所述A為天線在自由空間的工作波長。 而線源放置在空心圓柱圓心位置。
工作原理由于左手材料的負(fù)折射特性，當(dāng)線源放在空心圓柱圓心時，線源輻射的 電磁波在拋物線邊界上產(chǎn)生負(fù)折射，從拋物線頂點方向出射。由于拋物線的特點出射波 是平面波。沿拋物線柱前向傳播的柱面波，由于金屬薄層的反射，使得這部分波也將以 平面波形式由拋物面頂點方向出射，因此該裝置有很強(qiáng)的定向性。
有益效果本發(fā)明利用左手材料的負(fù)折射效應(yīng)增強(qiáng)線源的定向輻射，無需對天線本
3身構(gòu)造、排列進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，并且獲得的輻射方向系數(shù)大。采用本發(fā) 明的裝置后，在空心圓柱圓心位置的線源有很明顯的輻射增強(qiáng)現(xiàn)象，此時的定向性系數(shù)
可以達(dá)到35以上，遠(yuǎn)大于沒有采用本發(fā)明時的方向性系數(shù)l。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的歸一化遠(yuǎn)場區(qū)電場圖。
圖3a是左手材料的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3b是圖3a其中一層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明所述的線源定向輻射增強(qiáng)裝置，其主要包括一個用左手材料制 成的拋物線柱，其焦點處有一可放置線源的空心圓柱，拋物線柱的尾部是與圓心在焦點 的圓弧相連接，并在圓弧外側(cè)涂覆有金屬薄層。圖中(h為拋物線柱的焦點和空心圓柱 的圓心，0為拋物線柱的頂點，r為空心圓柱的半徑，R為拋物線柱一側(cè)連接圓弧的半徑， d為圓弧外涂覆的金屬薄層厚度。本發(fā)明所采用的線源只要擁有二維輻射的特征即可。 采用本裝置后，當(dāng)把線源放在空心圓柱圓心位置時，會有明顯的定向輻射特性。
本發(fā)明的空心拋物線柱由左手材料制成，優(yōu)選參數(shù)是左手材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo) 率都為-1，拋物線的焦距為0.5^,拋物線柱尾部相連接圓弧的半徑為6^，空心圓柱 半徑為0.25^，金屬涂層厚度為0.1^,其中^為天線在自由空間的工作波長。線源 放置在空心圓柱圓心上，將空心拋物線柱固定在繞焦點可旋轉(zhuǎn)的平臺上，通過調(diào)節(jié)可旋 轉(zhuǎn)平臺的角度，即可實現(xiàn)最大輻射方向的空間掃描。
如圖2所示，在滿足上述結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件下，計算出的天線歸一化的遠(yuǎn)場區(qū)電場圖。 在圖上可以明顯看出輻射的方向性，其主瓣寬度為9°，副瓣最大電平為0.0863，據(jù)此計 算出的方向性系數(shù)是38.2181，而線源在空氣中的輻射是全方向(二維)的，即方向性 是l。可見，通過這樣的方式，可顯著地提高了天線的定向輻射。
左手材料可由如圖3a所示的結(jié)構(gòu)單元來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)單元由羅杰斯6010印刷板和銅 片組成，銅片對稱的分布在印刷板的兩側(cè)，如圖3a所示，其中W=9mm,H=10mm，Wl=W2=i ， W3=3mm, Hl=7mm, T=0. 64ram，銅片厚度為0. 2mm，長銅片高度與印刷版高度相同.圖3b 為由圖3a結(jié)構(gòu)單元所實現(xiàn)的左手材料的一層。
本發(fā)明提供了一種線源定向輻射增強(qiáng)裝置的思路及實施方法，以上所述僅是本發(fā)明 的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原 理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種線源定向輻射增強(qiáng)裝置，其特征在于它包括一個用左手材料制成的拋物線柱，拋物線柱內(nèi)有一放置線源的空心圓柱，該空心圓柱的圓心即為拋物線柱的焦點(O1)；拋物線柱尾部是以與內(nèi)圓柱同心的圓弧進(jìn)行過度，并在拋物線柱圓弧外側(cè)涂覆金屬薄層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線源定向輻射增強(qiáng)裝置，其特征在于所述左手材料 的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為-1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線源定向輻射增強(qiáng)裝置，其特征在于所述空心 拋物線柱的拋物線焦距為0.5^， 一側(cè)相連接圓弧的半徑為6^，空心圓柱半徑為0.25^，金屬薄層厚度為0.1人，其中^為天線在自由空間的工作波長。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線源定向輻射增強(qiáng)裝置，其特征在于線源放置在空心圓柱圓心位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線源定向輻射增強(qiáng)裝置，它包括一個用左手材料制成的拋物線柱，其焦點處有一可放置線源的空心圓柱。拋物線柱尾部是以與內(nèi)圓柱同心的圓弧進(jìn)行過度，并在圓弧外側(cè)涂覆金屬薄層。線源放置在內(nèi)空心圓柱圓心位置附近。采用本發(fā)明的裝置后，放置在空心圓柱圓心位置的線源有明顯的輻射增強(qiáng)現(xiàn)象，定向性系數(shù)可達(dá)35以上。當(dāng)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸足夠大時，方向性系數(shù)能達(dá)到130以上，遠(yuǎn)大于沒有采用本發(fā)明時的方向性系數(shù)1。這種方法無需對天線本身構(gòu)造、排列進(jìn)行改進(jìn)即可實現(xiàn)在特定方向的輻射增強(qiáng)，易于操作，且可以根據(jù)定向性系數(shù)的需要對輻射增強(qiáng)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
文檔編號H01Q19/10GK101599578SQ20091003286
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者伍瑞新, 鄒大用 申請人:南京大學(xué)