[發明專利]基于超材料的透鏡天線

有效

• 申請號: 201110338231.X
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN103094712B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 劉若鵬;季春霖;岳玉濤;殷俊
• 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
• 主分類號: H01Q19/06
• 分類號: H01Q19/06;H01Q15/02;H01Q13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其涉及基于超材料的透鏡天線。

背景技術

現有透鏡天線主要通過介質透鏡實現電磁波空間波束調制，依照透鏡介質作用機理的不同，可以分為加速型透鏡如圖1(a)所示和延遲型透鏡如圖1(b)所示。其中加速型透鏡主要通過E面金屬平板波導實現。延遲型透鏡主要通過H面金屬板和非金屬電介質，如合成樹脂，聚苯乙烯和聚四氟乙烯等材料實現。對波形的調制主要通過改變透鏡材質和厚度實現。

在某些特定場合由于具體應用場景的特殊條件，透鏡天線的尺寸大小受到嚴格的限制，但由于減小透鏡尺寸會嚴重影響天線性能表現，所以傳統透鏡天線設計在狹窄空間的應用受到相當的限制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中透鏡天線因減小透鏡尺寸會嚴重影響天線性能的缺陷，提供一種基于超材料的透鏡天線，該天線采用超材料技術可應用在狹小空間且不影響天線的性能。

為了達到上述目的，本發明采用的如下技術方案：

基于超材料的透鏡天線，所述透鏡天線包括：饋源、波導、超材料阻抗變換器以及超材料透鏡，所述饋源、波導、超材料阻抗變換器以及超材料透鏡依次相連；所述超材料透鏡包括多個具有相同折射率分布的超材料片層，所述超材料片層的折射率以其中心為圓心呈圓形分布，且隨著半徑的增加折射率逐漸減小，且半徑相同處的折射率相同。

進一步地，所述波導為圓形波導。

進一步地，所述超材料阻抗變換器有多個超材料阻抗片層組成，且每一超材料阻抗片層內的折射率為均勻分布，相鄰間的超材料阻抗片層的折射率從入射端向出射端逐漸增加。

進一步地，所述超材料阻抗變換器的厚度為入射電磁波波長的四分之一。

進一步地，所述超材料片層由多個超材料單元組成。

進一步地，所述超材料阻抗片層均由多個超材料單元組成。

進一步地，所述超材料片層內的超材料單元包括單元基材、人造微結構以及單元填充部分，所述人造微結構位于所述單元基材和單元填充部分的中間。

進一步地，所述超材料片層內所在超材料單元內的人造微結構的尺寸以超材料片層的中心為圓心呈圓形分布，且隨著半徑的增加，所在超材料單元內部的人造微結構的尺寸逐漸減小，且半徑相同處所在超材料單元內的人造微結構的尺寸也相同。

進一步地，所述每一超材料阻抗片層內所在超材料單元內的人造微結構的尺寸均相同，相鄰間的超材料阻抗片層內所在超材料單元內的人造微結構的尺寸從入射端向出射端逐漸變大。

進一步地，所述人造微結構為風車型微結構。

本發明相對于現有技術，具有以下有益效果：

(1)本發明一種基于超材料的透鏡天線采用超材料阻抗變換器將從超材料透鏡表面反射回來的電磁波經變換后與入射波形相位抵消，實現從波導到超材料透鏡的阻抗匹配，降低反射，增加天線系統入射效率。

(2)本發明一種基于超材料的透鏡天線通過超材料實現折射率變化，最終實現電磁波的相位調整，以達到將球面波前變化為平面波前的目的。

附圖說明

圖1(a)為現有技術中加速型透鏡的原理示意圖；

圖1(b)為現有技術中延遲型透鏡的原理示意圖；

圖2為本發明基于超材料的透鏡的結構示意圖；

圖3為本發明所述超材料阻抗變換器的結構示意圖；

圖4為本發明所述超材料透鏡的結構示意圖；

圖5為本發明所述超材料片層內的折射率分布規律示意圖；

圖6為本發明所述超材料單元的結構示意圖；

圖7為本發明所述人造微結構的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

如圖2所示，為本發明所述基于超材料的透鏡天線的結構示意圖，所述透鏡天線包括：饋源1、波導2、超材料阻抗變換器3以及超材料透鏡4，所述饋源1、波導2、超材料阻抗變換器3以及超材料透鏡4依次連接。饋源1通過外圍的饋線(圖中沒有畫出)與波導2相連，在波導2內形成電磁波進入超材料阻抗變換器3中，并最終通過所述超材料透鏡4匯聚輻射出去，為了使得超材料阻抗變換器3將從超材料透鏡4表面反射回來的電磁波經變換后與入射波形相位抵消，實現從波導2到超材料透鏡4的阻抗匹配，降低反射，增加天線系統入射效率，將所示超材料阻抗變換器3的厚度設計為入射電磁波波長的四分之一。