本發明專利技術公開一種微波天線，其包括一側開口的外殼及設置在外殼另一側的饋源，還包括封閉所述外殼開口的超材料，所述饋源與超材料同軸設置，所述超材料由多片厚度相等、折射率分布相同的超材料片層構成，所述超材料片層包括基材以及周期排布于基材上的多個人造微結構。本發明專利技術超材料片層上的折射率分布通過初始相位法得到，其計算過程易于實現程序化、代碼化，在形成代碼后，使用者僅需掌握代碼的使用即可，便于大規模推廣，并且添加超材料后的微波天線其厚度變薄、質量變輕。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及通信
，尤其涉及一種微波天線。
技術介紹
微波天線是通信
中較常用和較重要的一種天線，其用于點對點通信，工作頻率通常為12GHZ至15GHZ。現有的微波天線通常采用喇叭天線作為饋源且成拋物面狀， 喇叭天線發出的電磁波經過拋物面狀的外殼匯聚后向外輻射。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提出一種方向性良好的微波天線。本專利技術解決其技術問題采用的技術方案是，提出一種微波天線，其包括一側開口的外殼及設置在外殼另一側的饋源，還包括封閉所述外殼開口的超材料，所述饋源與超材料同軸設置，所述超材料由多片厚度相等、折射率分布相同的超材料片層構成，所述超材料片層包括基材以及周期排布于基材上的多個人造微結構，所述超材料片層的折射率分布通過如下步驟得到Sl 在微波天線未設置超材料的情況下，用空氣填充超材料區域并標注出各超材料片層的邊界，測試并記錄所述饋源輻射的電磁波在第i層超材料片層前表面的初始相位 φΜ，其中，第i層超材料片層前表面中心點處的初始相位為仍。(ο);M ,S2 根據公式η φι (0)「； ’ ^ax 得到超材料后表面的相位門，λ其中，d為每層超材料片層的厚度，λ為饋源輻射的電磁波波長，Hfflax為所述超材料所具有的最大折射率值，M為構成所述超材料的超材料片層的總層數；S3 根據公式η φι0(γ) Γ ·, ‘ n{y)d \27Γ得到超材料各點的折射率η (y)，λ其中，y為超材料上任一點距超材料中心軸線的距離。進一步地，同一超材料片層上的所有人造微結構具有相同的幾何形狀，且在基材上呈圓形排布，圓心處的人造微結構幾何尺寸最大，相同半徑處的人造微結構幾何尺寸相同。進一步地，所述超材料片層還包括覆蓋層，同一超材料片層上的所有人造微結構被夾持在基材與覆蓋層之間。進一步地，所述人造微結構為具有“工”字形幾何形狀的金屬微結構，所述金屬微結構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兩個第二金屬分支。進一步地，所述金屬微結構還包括位于每一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。進一步地，所述人造微結構為具有平面雪花型的幾何形狀的金屬微結構，所述金屬微結構包括相互垂直的第一主金屬線及第二主金屬線，垂直連接在所述第一主金屬線兩端的兩個第一分金屬線，以及垂直連接在所述第二主金屬線兩端的兩個第二分金屬線。進一步地，所述基材由高分子材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。進一步地，所述金屬微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻周期排布于所述基材上。進一步地，所述覆蓋層由高分子材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。進一步地，所述饋源為圓形波導，其開口端正對超材料的中心。本專利技術超材料片層上的折射率分布通過初始相位法得到，其計算過程易于實現程序化、代碼化，在形成代碼后，使用者僅需掌握代碼的使用即可，便于大規模推廣，并且添加超材料后的微波天線其厚度變薄、質量變輕。附圖說明圖1為構成超材料的基本單元的立體結構示意圖；圖2為本專利技術微波天線的結構示意圖；圖3為本專利技術超材料折射率分布計算示意圖；圖4為能對電磁波產生響應以改變超材料基本單元折射率的第一較佳實施方式的人造金屬微結構的幾何形狀拓撲圖案；圖如為圖4中人造金屬微結構幾何形狀拓撲圖案的衍生圖案；圖5為能對電磁波產生響應以改變超材料基本單元折射率的第二較佳實施方式的人造金屬微結構的幾何形狀拓撲圖案；圖fe為圖5中人造金屬微結構幾何形狀拓撲圖案的衍生圖案。 具體實施例方式光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細節參數來描述玻璃對光線的響應。相應的，在研究材料對其他電磁波響應的時候，材料中任何尺度遠小于電磁波波長的結構對電磁波的響應也可以用材料的整體參數，例如介電常數ε和磁導率μ來描述。通過設計材料每點的結構使得材料各點的介電常數和磁導率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數和磁導率呈一定規律排布，規律排布的磁導率和介電常數即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應，例如匯聚電磁波、發散電磁波等。該類具有規律排布的磁導率和介電常數的材料我們稱之為超材料。如圖1所示，圖1為構成超材料的基本單元的立體結構示意圖。超材料的基本單元包括人造微結構1以及該人造微結構附著的基材2。本專利技術中，人造微結構為人造金屬微結構，人造金屬微結構具有能對入射電磁波電場和/或磁場產生響應的平面或立體拓撲結構，改變每個超材料基本單元上的人造金屬微結構的圖案和/或尺寸即可改變每個超材料基本單元對入射電磁波的響應。多個超材料基本單元按一定規律排列即可使得超材料對電磁波具有宏觀的響應。由于超材料整體需對入射電磁波有宏觀電磁響應因此各個超材料基本單元對入射電磁波的響應需形成連續響應，這要求每一超材料基本單元的尺寸為入射電磁波的十分之一至五分之一，優選為入射電磁波的十分之一。本段描述中，我們人為的將超材料整體劃分為多個超材料基本單元，但應知此種劃分方法僅為描述方便，不應看成超材料由多個超材料基本單元拼接或組裝而成，實際應用中超材料是將人造金屬微結構周期排布于基材上即可構成，工藝簡單且成本低廉。周期排布即指上述我們人為劃分的各個超材料基本單元上的人造金屬微結構能對入射電磁波產生連續的電磁響應。本專利技術中，基材可選用高分子材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料等，其中高分子材料優選為 FR-4或F4B。人造金屬微結構可通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻周期排布于所述基材上，其中蝕刻為較優工藝，其步驟為將金屬片覆蓋于基材上，而后利用化學溶劑去掉除預設人造金屬圖案以外的金屬。本專利技術中，利用上述超材料原理，設計好超材料整體的折射率分布，而后根據該折射率分布在基材上周期排布人造金屬微結構以改變入射電磁波的電磁響應從而實現所需要的功能。如圖2所示，圖2為本專利技術微波天線的結構示意圖。圖2中，微波天線包括饋源 10、一側開口的外殼20以及與封閉外殼開口的超材料30，饋源10與超材料30同軸設置。 本專利技術中，饋源10采用圓形波導，其開口端正對超材料中心。外殼由金屬反射體制成，其將饋源發出的電磁波反射至超材料；超材料將電磁波轉化為平面電磁波輻射出去以提高微波天線的方向性。對于超材料上的折射率設計，常規的設計方法為公式法，即利用光程近似相等的原理得到超材料各點上對應的折射率值。公式法得到的超材料折射率分布能應用于較簡單的系統仿真設計，但由于實際情況中，電磁波的分布并不是完美的符合軟件仿真中電磁波的分布，因此對于復雜的系統，利用公式法得到的超材料折射率分布會存在較大的誤差。本專利技術利用初始相位法得到超材料各點的折射率分布以使得超材料實現將電磁波轉化為平面電磁波的目的。本專利技術中，超材料由多片超材料片層疊加構成，每片超材料片層包括基材以及在基材上周期排布的人造金屬微結構，各超材料片層厚度相等且折射率分布相同。本實施例中，超材料片層還包括覆蓋層以封裝所述人造金屬微結構，覆蓋層設置于所述多個人造金屬微結構之上。初始相位法中初始相位通過如下方式定義如圖3所示，設計初始階段將超材料區域填充空氣，超材料共有本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉若鵬，季春霖，岳玉濤，李星昆，
申請(專利權)人：深圳光啟高等理工研究院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。