[發明專利]一種微波天線

有效

• 申請號: 201110333474.4
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102570045A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/02;H01Q19/06;H01Q19/10
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技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種微波天線。

背景技術

微波天線是通信技術領域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。

發明內容

本發明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。

本發明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以及設置在外殼另一側的饋源，還包括緊貼于所述饋源口徑面的第一超材料以及封閉所述外殼開口的第二超材料，所述饋源、所述第一超材料以及所述第二超材料同軸設置；所述第一超材料包括第一基材以及周期排布于第一基材上的多個第一人造微結構，所述第一超材料包括一個圓形區域以及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變化范圍相同，均隨著半徑的增大，從所述第一超材料所具有的最小折射率n_min連續增大到最大折射率n_max且相同半徑處的折射率相同；所述第二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第二基材以及周期排布于第二基材上的多個第二人造微結構，所述超材料片層的折射率分布通過如下步驟得到：

S1：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其中，第i層超材料片層前表面中心點處的初始相位為

S2：根據公式得到第二超材料后表面的相位∩，

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，n_max’為所述第二超材料所具有的最大折射率值，M為構成所述第二超材料的超材料片層的總層數；

S3：根據公式得到超材料片層各點的折射率n(y)，

其中，y為超材料片層上任一點距超材料片層中心軸線的距離。

進一步地，同一超材料片層上的所有第二人造微結構具有相同的幾何形狀，且在第二基材上呈圓形排布，圓心處的第二人造微結構幾何尺寸最大，相同半徑處的第二人造微結構幾何尺寸相同。

進一步地，所述第一超材料上以其中心點為圓心，半徑為r處的折射率分布為：

其中，L表示第一超材料的長度，n_min表示所述第一超材料所具有的最小折射率值，n_max表示所述第一超材料所具有的最大折射率值，n表示L長度的第一超材料截取的折射率變化周期數，第一超材料上折射率由最小折射率變化到最大折射率為一個周期。

進一步地，所述第一基材與所述第二基材材質相同，所述第一基材與所述第二基材由高分子材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。

進一步地，所述第一人造微結構與所述第二人造微結構材質和幾何形狀相同。

進一步地，所述第一人造微結構與所述第二人造微結構為具有“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，所述第一人造微結構與所述第二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。

進一步地，所述兩條第一金屬分支過中點垂直相交，所述第二金屬分支中點與所述第一金屬分支端點重合。

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。

本發明第一超材料將饋源輻射的電磁波分離成兩束電磁波以使得饋源近場輻射范圍增大，微波天線厚度變薄；第二超材料將電磁波轉換為平面電磁波輻射、提高了天線方向性，且本發明中構成第二超材料的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，使用者僅需掌握代碼的使用即可，便于大規模推廣。

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為本發明微波天線的結構示意圖；

圖3為本發明第一超材料橫截面折射率分布示意圖；

圖4為本發明第一超材料縱截面折射率分布示意圖；