[發明專利]基于漸變折射率超材料的天線罩

有效

• 申請號: 201510542280.3
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105071037B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 蔣衛祥;崔鐵軍;徐白冰;戈碩;馬凱
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/42
• 分類號: H01Q1/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于漸變折射率超材料的天線罩，由蒙皮層?過渡層?芯層?過渡層?蒙皮層?過渡層組成。傳統天線罩大多由三層結構蒙皮層?芯層?蒙皮層組成，兩層間折射率變化較大，導致透過率偏低。如果天線罩的折射率可以逐漸緩慢變化，則可以在實現不改變天線罩形狀的提前下，增大天線罩的透過率，這就是一種漸變折射率天線罩。超材料也稱為新型人工電磁材料具有新穎特性，可以利用它制作出漸變折射率天線罩。首先利用漸變折射率原理計算出在過渡層內漸變折射率的分布，然后選擇新型人工電磁材料作為結構單元，實現每一層折射率的分布。此外，得益于新型人工電磁材料的優異特性，此漸變折射率天線罩還具有穩定性高，易加工等優良性能。

技術領域

本發明涉及一種用于Ku頻段的新型天線罩，屬于天線罩和新型人工電磁材料領域。

背景技術

傳統天線罩大都是由蒙皮層-芯層-蒙皮層結構組成，這種天線罩存在一個顯著缺點就是大角度入射時，由于蒙皮層和芯層的介電常數相差較大，因此阻抗不匹配，導致反射率高，透波率較低。

新型人工電磁材料(Metamaterials)是電磁學中新興的研究領域，其基礎是等效媒質理論，由一系列設計的結構單元在亞波長尺度上按照一定規律排列構成。通過精心設計單元結構和尺寸大小，可以得到所需要的等效介電常數和磁導率。經過近些年的發展，新型人工電磁材料得到了長足的發展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應用。基于漸變折射率人工電磁材料的新型天線罩是利用打孔結構等效介電常數來實現參數可控，可以達到介質材料等效介電常數的預期分布，從而實現介電常數的漸變，實現匹配，增大透波率和減小反射。傳統的天線罩一般由蒙皮層-芯層-蒙皮層構成，由于蒙皮層需要起抗高溫、承載壓力等作用，因此一般需要選用高介電常數的材料，而芯層需要起隔熱的作用，一般需要選用介電常數較低的材料，從而存在蒙皮層與芯層之間的阻抗失配問題，導致這種結構的天線罩透波率較低，而本發明設計的天線罩由蒙皮層-過渡層-芯層-過渡層-蒙皮層-過渡層構成，利用漸變折射率人工電磁材料來制作匹配層，明顯降低了反射率，提高了透波率，尤其在大角度入射時，天線的透波率也能得到顯著提高。所以本發明具有很高的工程應用價值。

發明內容

技術問題：本發明提供一種能在Ku波段實現高透過率折射率分布，易于加工，可批量生產的基于漸變折射率超材料的天線罩。

技術方案：本發明的基于漸變折射率超材料的天線罩，為由外至內依次設置的蒙皮層-過渡層-芯層-過渡層-蒙皮層-過渡層組成的多層結構，所述過渡層由多層漸變折射率超材料構成，所述漸變折射率超材料是在介質板上加工用以減小折射率的通孔制成的，從而實現在天線罩徑向上的折射率漸變。

進一步的，本發明的天線罩中，每個過渡層均由四小層漸變折射率超材料組成，從內至外共12小層，折射率分別為：1.8，2.35，2.78，3.16，3.19，2.84，2.44，1.96，1.8，2.18，2.5，2.79。

進一步的，本發明的天線罩中，漸變折射率超材料是在介質板上根據等效媒質理論分割成同樣大小的單元，每個單元的中心都加工一個用以減小折射率的通孔，實現折射率漸變。

本發明的天線罩是在傳統天線罩的蒙皮層-芯層-蒙皮層結構基礎上，增加了阻抗漸變層(阻抗匹配層)，從而使天線罩整體呈現阻抗漸變的狀態，可提高透波率。利用新型人工電磁材料來制作阻抗匹配層，以達到增大透波率，減小反射率的目的，尤其是在大角度入射時，透波率可顯著提高。基于漸變折射率人工電磁材料的新型天線罩的匹配層由打孔結構的介質基片構成，具有易于加工、制作成本低、重量輕、靈活性高等特點。

本發明的天線罩整體阻抗漸變，相比傳統天線罩，在蒙皮層與芯層之間增加了過渡層(阻抗匹配層)，在天線罩內部也增加了過渡層。對于傳統天線罩，存在蒙皮層與芯層之間的阻抗失配問題，從而透波率較低。本發明提出了在蒙皮層與芯層之間增加折射率線性變化的過渡層，在天線罩內部增加從蒙皮層到空氣的折射率線性變化的過渡層，從而使得天線罩阻抗漸變。我們采用在高介電常數介質板上打孔的方案來實現介電常數的漸變，以便達到阻抗匹配的效果。