[發明專利]一種線源定向輻射增強裝置

無效

• 申請號: 200910032862.1
• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN101599578A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 鄒大用;伍瑞新
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01Q19/15
• 分類號: H01Q19/15
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及無線電收發天線領域，具體是一種線源定向輻射增強裝置。?

背景技術

天線在人們日常生活中隨處可見，如移動電話、衛星導航等，在無線電收發系統中，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劣的重要參數之一。天線有了方向性，就能在某種程度上相當于提高發射機或接收機的效率，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是很重要的概念，天線的輻射方向性系數是在遠場區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計中的一個重要課題。?

現有技術中一般通過改進天線本身的結構，或者采用天線陣的方式來提高天線的輻射方向性系數。改進天線本身會導致天線幾何結構復雜，制作困難不易實現。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。?

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種結構簡單、操作方便，能提高天線定向輻射性的增強裝置。?

技術方案：本發明所述的線源定向輻射增強裝置，它包括一個用左手材料制成的拋物線柱，拋物線柱內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圓柱同心的圓弧進行過度，并在拋物線柱圓弧外側涂覆金屬薄層。線源的輻射效果與輻射裝置拋物線軸向尺寸有關，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效果和小的輻射裝置尺寸，優選的左手材料的介電常數和磁導率都為-1，拋物線的焦距為0.5λ₀，尾部連接圓弧的半徑為6λ₀，空心圓柱半徑為0.25λ₀，涂覆的金屬薄層厚度為0.1λ₀，所述λ₀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：由于左手材料的負折射特性，當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生負折射，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，因此該裝置有很強的定向性。?

有益效果：本發明利用左手材料的負折射效應增強線源的定向輻射，無需對天線本身構造、排列進行改進，結構簡單，操作方便，并且獲得的輻射方向系數大。采用本發明的裝置后，在空心圓柱圓心位置的線源有很明顯的輻射增強現象，此時的定向性系數可以達到35以上，遠大于沒有采用本發明時的方向性系數1。?

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。?

圖2為本發明的歸一化遠場區電場圖。?

圖3a是左手材料的整體結構示意圖。?

圖3b是圖3a其中一層的結構示意圖。?

具體實施方式

如圖1所示，本發明所述的線源定向輻射增強裝置，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，并在圓弧外側涂覆有金屬薄層。圖中O₁為拋物線柱的焦點和空心圓柱的圓心，O為拋物線柱的頂點，r為空心圓柱的半徑，R為拋物線柱一側連接圓弧的半徑，d為圓弧外涂覆的金屬薄層厚度。本發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。?

本發明的空心拋物線柱由左手材料制成，優選參數是：左手材料的介電常數和磁導率都為-1，拋物線的焦距為0.5λ₀，拋物線柱尾部相連接圓弧的半徑為6λ₀，空心圓柱半徑為0.25λ₀，金屬涂層厚度為0.1λ₀，其中λ₀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的平臺上，通過調節可旋轉平臺的角度，即可實現最大輻射方向的空間掃描。?

如圖2所示，在滿足上述結構參數的條件下，計算出的天線歸一化的遠場區電場圖。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，據此計算出的方向性系數是38.2181，而線源在空氣中的輻射是全方向(二維)的，即方向性是1。可見，通過這樣的方式，可顯著地提高了天線的定向輻射。?