專利名稱：一種前饋式微波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及天線領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種前饋式微波天線。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的前饋式微波天線，通常由金屬拋物面及位于金屬拋物面焦點(diǎn)的輻射源構(gòu)成，金屬拋物面的作用為將外部的電磁波反射給輻射源或?qū)⑤椛湓窗l(fā)射的電磁波反射出去。金屬拋物面的面積以及金屬拋物面的加工精度直接決定微波天線的各項(xiàng)參數(shù)，例如增益、方向性等。但現(xiàn)有的前饋式微波天線存在以下缺點(diǎn)一是從金屬拋物面反射的電磁波部分會(huì)被輻射源阻擋造成一定的能量損失，二是金屬拋物面制作困難，成本較高。金屬拋物面通常利用模具鑄造成型或者采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的方法。第一種方法的工藝流程包括制作拋物面模具、鑄造成型拋物面和進(jìn)行拋物反射面的安裝。工藝比較復(fù)雜，成本高，而且拋物面的形狀要比較準(zhǔn)確才能實(shí)現(xiàn)天線的定向傳播，所以對(duì)加工精度的要求也比較高。第二種方法采用大型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行拋物面的加工，通過編輯程序，控制數(shù)控機(jī)床中刀具所走路徑， 從而切割出所需的拋物面形狀。這種方法切割很精確，但是制造這種大型數(shù)控機(jī)床比較困難，而且成本比較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種體積較小、成本低廉、增益較高且傳輸距離遠(yuǎn)的前饋式微波天線。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提出一種前饋式微波天線，包括輻射源、用于將所述輻射源發(fā)射的電磁波發(fā)散的第一超材料面板、第二超材料面板以及貼附于所述第二超材料面板背部的反射面板，電磁波經(jīng)過所述第一超材料面板被發(fā)散后進(jìn)入所述第二超材料面板產(chǎn)生折射并被所述反射面板反射后再次進(jìn)入所述第二超材料面板再次發(fā)生折射并最終平行出射；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上的多個(gè)第三人造金屬微結(jié)構(gòu)；所述第二超材料面板包括核心層，所述核心層包括多個(gè)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包括一個(gè)圓形區(qū)域和與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)折射率變化范圍相同， 均隨著半徑的增大從np連續(xù)減小到no且相同半徑處的折射率相同；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(gè)第一人造金屬微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述第二超材料面板還包括對(duì)稱設(shè)置于所述核心層兩側(cè)的第一漸變超材料片層至第N漸變超材料片層，其中對(duì)稱設(shè)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均包括一個(gè)圓形區(qū)域和與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域， 每一漸變超材料片層對(duì)應(yīng)的所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)的折射率變化范圍均相同且隨著半徑的增大從其最大折射率連續(xù)減小到IV相同半徑處的折射率相同，兩個(gè)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 < Hi < ni+1 < np, i為正整數(shù)，Iii對(duì)應(yīng)于距離所述核心層較遠(yuǎn)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(gè)第二人造金屬微結(jié)構(gòu)；全部的漸變超材料片層和全部的核心超材料片層構(gòu)成了所述第二超材料面板的功
會(huì)邑M。進(jìn)一步地，所述第二超材料面板還包括對(duì)稱設(shè)置于所述功能層兩側(cè)的第一匹配層至第M匹配層，其中對(duì)稱設(shè)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進(jìn)一步地，所有漸變超材料片層與所有核心超材料片層上被劃分的圓形區(qū)域和與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域的起始半徑和終止半徑均相等；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(guān)系式為
權(quán)利要求1.一種前饋式微波天線，其特征在于，包括輻射源、用于將所述輻射源發(fā)射的電磁波發(fā)散的第一超材料面板、第二超材料面板以及貼附于所述第二超材料面板背部的反射面板，電磁波經(jīng)過所述第一超材料面板被發(fā)散后進(jìn)入所述第二超材料面板產(chǎn)生折射并被所述反射面板反射后再次進(jìn)入所述第二超材料面板再次發(fā)生折射并最終平行出射；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上的多個(gè)第三人造金屬微結(jié)構(gòu)；所述第二超材料面板包括核心層，所述核心層包括多個(gè)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包括一個(gè)圓形區(qū)域和與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)折射率變化范圍相同，均隨著半徑的增大從np連續(xù)減小到no且相同半徑處的折射率相同；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(gè)第一人造金屬微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋式微波天線，其特征在于，所述第二超材料面板還包括對(duì)稱設(shè)置于所述核心層兩側(cè)的第一漸變超材料片層至第N漸變超材料片層，其中對(duì)稱設(shè)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均包括一個(gè)圓形區(qū)域和與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，每一漸變超材料片層對(duì)應(yīng)的所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)的折射率變化范圍均相同且隨著半徑的增大從其最大折射率連續(xù)減小到IV相同半徑處的折射率相同，兩個(gè)相鄰的漸變超材料片層的最大折射率表示為Ili和^+1，其中Iltl < Iii < ni+1 < np, i為正整數(shù)，Iii對(duì)應(yīng)于距離所述核心層較遠(yuǎn)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(gè)第二人造金屬微結(jié)構(gòu)；全部的漸變超材料片層和全部的核心超材料片層構(gòu)成了所述第二超材料面板的功能層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波天線，其特征在于，所述第二超材料面板還包括對(duì)稱設(shè)置于所述功能層兩側(cè)的第一匹配層至第M匹配層，其中對(duì)稱設(shè)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rv
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前饋式微波天線，其特征在于，所有漸變超材料片層與所有核心超材料片層上被劃分的圓形區(qū)域和與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域的起始半徑和終止半徑均相等；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(guān)系式為i*n ι- ι- 、np ^ no)nt(r) = —^--(―——)H^Jr2+s2- ^LUf + ？ )*-^-TV +1 (N+ )* 2dηρ -η0其中，第一漸變超材料片層至第N漸變超材料片層對(duì)應(yīng)的i值即為數(shù)值1至N，所有的核心超材料片層對(duì)應(yīng)的i值均為N+l，s為所述輻射源距所述第一漸變超材料片層的垂直距離；d為第一漸變超材料片層至第N漸變超材料片層與所有的核心超材料片層所具有的總厚度，d=2…^ ),其中λ力戶； $|1二 才才白勺工才才與漸變超材料片層上的圓形區(qū)域以及與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域的起始半徑值， j表示第幾區(qū)域，其中L(I)表示第一區(qū)域，即所述圓形區(qū)域，L(I) =0。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的前饋式微波天線，其特征在于，所述核心超材料片層為三層， 每層核心超材料片層還包括覆蓋于所述第一人造金屬微結(jié)構(gòu)上的覆蓋層；周期排布于所述基材上的多個(gè)所述第一人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸變化規(guī)律為多個(gè)所述第一人造金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀相同，所述基材包括圓形區(qū)域以及與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)第一人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸變化范圍相同，均隨著半徑的增大從最大尺寸連續(xù)減小到最小尺寸且相同半徑處的第一人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的前饋式微波天線，其特征在于，所述核心層兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一漸變超材料片層至第三漸變超材料片層，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的尺寸變化規(guī)律為多個(gè)所述第二人造金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀相同，所述基材包括圓形區(qū)域以及與所述圓形區(qū)域同心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述圓形區(qū)域和所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)第二人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸變化范圍相同，均隨著半徑的增 大從最大尺寸連續(xù)減小到最小尺寸且相同半徑處的第二人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前饋式微波天線，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(duì)應(yīng)半徑的折射率亦增大且相同半徑處折射率相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前饋式微波天線，其特征在于，所述第一超材料面板由多個(gè)折射率分布相同的第一超材料片層構(gòu)成，所述第一超材料片層還包括覆蓋于所述第三人造微結(jié)構(gòu)上的覆蓋層；多個(gè)第三人造微結(jié)構(gòu)為第三人造金屬微結(jié)構(gòu)且?guī)缀涡螤钕嗤?，所述第三人造金屬微結(jié)構(gòu)在所述第一基材上呈圓形分布，且圓心處的第三人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最小，隨著半徑的增大，對(duì)應(yīng)半徑的第三人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸亦增大且相同半徑處的第三人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前饋式微波天線，其特征在于，所述多個(gè)第一人造金屬微結(jié)構(gòu)、所述多個(gè)第二人造金屬微結(jié)構(gòu)和所述多個(gè)第三人造金屬結(jié)構(gòu)具有相同的幾何形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前饋式微波天線，其特征在于，所述幾何形狀為“工”字形， 包括豎直的第一金屬分支以及位于所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的前饋式超材料，其特征在于，所述幾何形狀還包括位于所述第二金屬分支兩端且垂直于所述第二金屬分支的第三金屬分支。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前饋式超材料，其特征在于，所述幾何形狀為平面雪花型， 包括相互垂直的兩條第一金屬分支以及位于所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種前饋式微波天線，其包括輻射源、用于將所述輻射源發(fā)射的電磁波發(fā)散的第一超材料面板、第二超材料面板以及貼附于所述第二超材料面板背部的反射面板，電磁波經(jīng)過所述第一超材料面板被發(fā)散后進(jìn)入所述第二超材料面板產(chǎn)生折射并被所述反射面板反射后再次進(jìn)入所述第二超材料面板再次發(fā)生折射并最終平行出射。本實(shí)用新型采用超材料原理制作天線，使得天線脫離了常規(guī)的凸透鏡形狀、凹透鏡形狀以及拋物面形狀的限制，采用本實(shí)用新型的天線，其形狀可為平板狀或任意形狀且厚度更薄、體積更小、加工和制作更為方便，具有成本低廉、增益效果好的有益效果。
文檔編號(hào)H01Q15/23GK202217791SQ20112026605
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 尹小明, 岳玉濤 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院