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    超材料天線制造技術

    技術編號:8272754 閱讀:159 留言:0更新日期:2013-01-31 05:18
    本發明專利技術涉及超材料天線,包括輻射源和具有電磁波匯聚功能并用于將所述輻射源發射的電磁波轉換為平面波的超材料面板;所述超材料面板包括功能介質板和阻抗匹配元件,所述阻抗匹配元件設置于所述功能介質板第一側表面上且與所述功能介質板的該第一側表面緊密貼合;所述阻抗匹配元件包括第一多個阻抗匹配層,且每一阻抗匹配層的折射率分布表示為:,本發明專利技術通過設計天線的超材料面板上每一阻抗匹配層的折射率分布,使其滿足相應的規律,來進一步地減少反射干擾和損耗,從而使得電磁波進入功能介質層時能量消耗減少,增強了天線的傳輸距離,提高了天線性能。

    【技術實現步驟摘要】
    本專利技術涉及超材料技術,更具體地說,涉及一種超材料天線。
    技術介紹
    隨著科學技術的不斷發展,電磁波技術逐漸深入到我們生活的各個方面。電磁波的一個重要的特性是它可以在任何的介質或真空中傳播。在電磁波從發射端傳播至接收端過程中,能量的損耗直接影響電磁信號傳播的距離以及傳輸信號的質量。 當電磁波經過同一介質時,基本沒有能量的損失;而當電磁波經過不同介質的分界面時,會發生部分反射現象。通常兩邊介質的電磁參數(介電常數或者磁導率)差距越大反射就會越大。由于部分電磁波的反射,沿傳播方向的電磁能量就會相應損耗,嚴重影響電磁信號傳播的距離和傳輸信號的質量。為了避免折射率的變化使得在電磁波傳播時產生反射,減少反射干擾與損耗,通常會在天線的功能介質板上添加阻抗匹配層來減小反射的損耗。目前解決電磁波傳輸過程中的阻抗匹配問題主要采用等差設計,阻抗匹配層的折射率分布滿足如下規律=其中i為阻抗匹配層的編號,ng(r)為功能介質板的折射率分 / + 1布函數。nmin為功能介質板的最小折射率。滿足上述規律的阻抗匹配層雖然能夠減少一定的反射干擾,但是效果不是很明顯,因此需要一種改進的阻抗匹配技術來減少天線的反射干擾與損耗。
    技術實現思路
    本專利技術要解決的技術問題在于,針對現有技術的上述的反射干擾與損耗較大的缺陷,提供一種超材料天線。本專利技術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,包括輻射源和具有電磁波匯聚功能并用于將所述輻射源發射的電磁波轉換為平面波的超材料面板;所述超材料面板包括功能介質板和阻抗匹配元件,所述阻抗匹配元件設置于所述功能介質板第一側表面上且與所述功能介質板的該第一側表面緊密貼合;所述阻抗匹配元件包括第一多個阻抗匹配層,且每一阻抗匹配層的折射率分布表示為n (r)丄_7] nt(r) = nmm x ^)c+1 ;其中,i表示阻抗匹配層的編號且i為正整數,越靠近所述功能介質板則阻抗匹配層的編號越大%(!■)表示第i層阻抗匹配層的距離其中心為半徑r處的折射率;ng(r)表示所述功能介質板的距離其中心為半徑r處的折射率;11_表示所述功能介質板的最小折射率;c表示阻抗匹配層的層數。在本專利技術所述的超材料天線中,所述阻抗匹配元件還包括緊密貼合于所述功能介質板第二側表面上且與所述第一多個阻抗匹配層對稱分布的第二多個阻抗匹配層,所述第二多個阻抗匹配層中每一阻抗匹配層的折射率分布與其對稱分布在所述第一多個阻抗匹配層中的對應的阻抗匹配層相同。在本專利技術所述的超材料天線中,所述功能介質板包括多個超材料片層,每一超材料片層包括片狀的基板和設置在所述基板上的多個人造微結構。在本專利技術所述的超材料天線中,每一阻抗匹配層包括片狀的基板和設置在所述基板上的多個人造微結構。在本專利技術所述的超材料天線中,所述人造微結構為由至少一根金屬絲組成的平面結構或立體結構。在本專利技術所述的超材料天線中,所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基板上。在本專利技術所述的超材料天線中,每一超材料片層的折射率分布均相同,每一超材料片層包括一個圓形區域和與所述圓形區域同心的多個環形區域,所述圓形區域和所述環·形區域內折射率隨著半徑的增大從np連續減小到Iitl且相同半徑處的折射率相同。在本專利技術所述的超材料天線中,每一超材料片層的所述多個人造微結構具有相同的幾何形狀,每一區域內人造微結構的尺寸隨著半徑的增大連續減小且相同半徑處的人造微結構的尺寸相同。在本專利技術所述的超材料天線中,所述人造微結構為“工”字形、“十”字形或“H”形。在本專利技術所述的超材料天線中,所述基板由陶瓷材料、環氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復合材料或F4B復合材料制得。實施本專利技術的技術方案,具有以下有益效果通過設計天線的超材料面板上每一阻抗匹配層的折射率分布,使其滿足相應的規律,來進一步地減少反射干擾和損耗,從而使得電磁波進入功能介質層時能量消耗減少,增強了天線的傳輸距離,提高了天線性能。附圖說明下面將結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明,附圖中圖I是依據本專利技術一實施例的超材料天線匯聚電磁波的示意圖;圖2是依據本專利技術一實施例的超材料面板的結構示意圖;圖3是依據本專利技術另一實施例的阻抗匹配元件的結構示意圖;圖4是依據本專利技術一實施例的功能介質板的結構示意圖;圖5是圖4所示的功能介質板的超材料片層的折射率隨半徑變化的示意圖;圖6是圖4所示的功能介質板的超材料片層在yz平面上的折射率分布圖。具體實施例方式圖I是依據本專利技術一實施例的超材料天線匯聚電磁波的示意圖,該天線包括輻射源20和具有電磁波匯聚功能的超材料面板10,超材料面板10用于將輻射源20發射的電磁波轉換為平面波。天線對電磁波的匯聚效果見圖I所示。作為公知常識我們可知,電磁波的折射率與^£X//成正比關系,當一束電磁波由一種介質傳播到另外一種介質時,電磁波會發生折射,當物質內部的折射率分布非均勻時,電磁波就會向折射率比較大的位置偏折,通過設計超材料中每一點的電磁參數,就可對超材料的折射率分布進行調整,進而達到改變電磁波的傳播路徑的目的。根據上述原理可以通過設計超材料面板10的折射率分布使從輻射源20發出的球面波形式發散的電磁波轉變成適于遠距離傳輸的平面波形式的電磁波。圖2是依據本專利技術另一實施例的超材料面板的結構示意圖。超材料面板10包括阻抗匹配元件101和功能介質板100,阻抗匹配元件10設置于功能介質板100第一側表面上且與功能介質板100的該第一側表面緊密貼合。功能介質板100可以是任何功能的介質板,例如匯聚、發散、偏折等等。只要是為了減少或避免電磁波在兩種不同介質之間傳播時的反射干擾和損耗,均可采用本專利技術的阻抗匹配元件來實現。其中,阻抗匹配元件101包括第一多個阻抗匹配層且每一阻抗匹配層的折射率分布表不為本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種超材料天線,其特征在于,包括輻射源和具有電磁波匯聚功能并用于將所述輻射源發射的電磁波轉換為平面波的超材料面板;所述超材料面板包括功能介質板和阻抗匹配元件,所述阻抗匹配元件設置于所述功能介質板第一側表面上且與所述功能介質板的該第一側表面緊密貼合;所述阻抗匹配元件包括第一多個阻抗匹配層,且每一阻抗匹配層的折射率分布表示為:ni(r)=nmin×(ng(r)nmin)ic+1;其中,i表示阻抗匹配層的編號且i為正整數,越靠近所述功能介質板則阻抗匹配層的編號越大;ni(r)表示第i層阻抗匹配層的距離其中心為半徑r處的折射率;ng(r)表示所述功能介質板的距離其中心為半徑r處的折射率;nmin表示所述功能介質板的最小折射率;c表示阻抗匹配層的層數。

    【技術特征摘要】
    1.一種超材料天線,其特征在于,包括輻射源和具有電磁波匯聚功能并用于將所述輻射源發射的電磁波轉換為平面波的超材料面板;所述超材料面板包括功能介質板和阻抗匹配元件,所述阻抗匹配元件設置于所述功能介質板第一側表面上且與所述功能介質板的該第一側表面緊密貼合;所述阻抗匹配元件包括第一多個阻抗匹配層,且每一阻抗匹配層的折射率分布表不為 n(r)丄= ^mm X (―^)c+1 ; 其中,i表示阻抗匹配層的編號且i為正整數,越靠近所述功能介質板則阻抗匹配層的編號越大(r)表示第i層阻抗匹配層的距離其中心為半徑r處的折射率;ng(r)表示所述功能介質板的距離其中心為半徑r處的折射率;11_表示所述功能介質板的最小折射率;c表示阻抗匹配層的層數。2.根據權利要求I所述的超材料天線,其特征在于,所述阻抗匹配元件還包括緊密貼合于所述功能介質板第二側表面上且與所述第一多個阻抗匹配層對稱分布的第二多個阻抗匹配層,所述第二多個阻抗匹配層中每一阻抗匹配層的折射率分布與其對稱分布在所述第一多個阻抗匹配層中的對應的阻抗匹配層相同。3.根據權利要求I所述的超材料天線,其特征在于,所述功能介質板包括多個超材料片層,每一超材料片層包括片狀的基板和設置在...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:劉若鵬,季春霖,岳玉濤,
    申請(專利權)人:深圳光啟高等理工研究院,深圳光啟創新技術有限公司,
    類型:發明
    國別省市:

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