[发明专利]定向天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，更具体地说，涉及一种超材料定向天线。 

背景技术

目前，对于电磁波的定向，利用定向天线来完成，常用透镜天线来达成。在光学中，利用透镜能使放在透镜焦点上的点光源辐射出的球面波，经过透镜折射后变为平面波。透镜天线就是利用这一原理制作而成的，它由透镜和放在透镜焦点上的辐射器组成。 

天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。 

衡量天线性能的参数有很多，如波瓣图、有效口径、增益、方向性、阻抗等等，其中方向性是天线很重要的性能指标，方向性越强，越有利于接收机的接收。 

定向天线，是指在某一个或某几个特定方向上辐射，发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小。定向天线可以增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，采用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力。 

传统定向如喇叭天线，Vivaldi天线体积较大，其余增加定向性的方法有在天线后增加背腔、反射板或者使用吸波材料等，但是这些方法往往增加天线的尺寸，同时增加天线的制作难度。 

现有技术制作天线的抛物面反射，一般采用铸造或者数控机床加工，加工工艺复杂；其次要获得好的定向天线，要求抛物面的精度比较高。因此反射抛物面不符合要求的时容易导致定向天线性能不稳定。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的实现定向天线的体积大、设计不灵活以及成本高等缺陷，提供一种体积小且性能稳定的高定天线。 

一种定向天线包括一馈源、超材料单元和第一反射板，所述超材料单元包括至少一片超材料层，所述超材料层包括片状基材以及设置在片状基材上的多个人造孔微结构；所述馈源产生的电磁波经超材料单元折射后而散射于第一反射板上，所述第一反射板将电磁波反射使电磁波再次经超材料单元折射而平行射出。 

进一步地，所述超材料单元由多片超材料层叠加形成，多个人造孔微结构呈阵列式排布于所述每一超材料层的片状基材上。 

进一步地，所述片状基材可选用陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料及铁磁材料中的任意一种。 

进一步地，所述定向天线还包括馈源支架和设置于馈源支架上第二反射板，所述第二反射板用于将馈源产生的向后辐射电磁波反射至所述超材料单元。 

进一步地，所述第一反射板和第二反射板均采用一光滑金属镜面。 

进一步地，所述人造孔微结构尺寸由所述片状基材的中间区域向周围逐渐变大。 

进一步地，所述人造孔微结构的尺寸相同且排布密度由片状基材的中间区域向周围逐渐变密。 

进一步地，所述人造孔微结构的尺寸相同且填充有介质；其内填充介质的介电常数由片状基材的中间区域向周围逐渐变小。 

进一步地，所述人造孔微结构为圆柱孔、球形孔、方形孔、多面体孔或不规则形孔。 

进一步地，所述人造孔微结构中也可填充有空气、金属材料、橡胶、塑料及树脂材料中任意一种。 

实施本发明的超材料定向天线，具有以下有益效果： 

1.不需要复杂形状、结构笨重的抛物面反射面，而只需要平板反射面就可以实现高定向性天线； 

2.反射面和超材料可放置在地面上，用简单支架将馈点置于合适位置即可，无需设计支架去支撑反射面； 

3.由于超材料的良好性能，可以稳定地实现天线的高定向性。 

附图说明

图1本发明中第一实施例中定向天线示意图。 

图2为图1所示超材料单元中一实施例立体结构示意图。 

图3为图2所示超材料单元中其中一子单元的立体结构示意图。 

图4为图2所示的超材料单元对电磁波的折射率分布示意图。 

图5是折叠式的电磁波汇聚透镜对电磁波汇聚的示意图。 

图6是图1所示超材料单元中另一实施例立体结构示意图。 

图7是图1所示超材料单元中第三种实施例立体结构示意图。 

图8是由多个超材料片层堆叠成电磁波汇聚透镜结构示意图。 

图9是基于电磁波汇聚透镜的设计成第一实施例定向天线中超材料单元引导电磁波传播方向的示意图。 

图10本发明中另一实施例定向天线示意图。 

具体实施方式