[发明专利]基于超材料的天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，特别涉及一种基于超材料的天线。

背景技术

随着移动互联时代的到来，人们越来越多地借助个人终端装置来获取信息，因此，无线信号的收发至关重要，进而对设置于个人终端装置上的天线的性能提出了更高的要求，比如天线的方向性、增益等。一般，用于衡量天线性能的参数包括远场的最大dB值及半功率角。天线的远场的最大dB值越大、半功率角越小，无线信号的传播距离就越远。

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合材料，其可对天线辐射出来的电磁波波束进行汇聚，减小天线的半功率角，提高天线的方向性，让电磁波传播的更远。可见，超材料的独特的电磁特性为高性能天线的设计带来了曙光，从而引起了产业界的极大兴趣。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种由超材料设计而成的天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于超材料的天线，包括接收和/或发射电磁波的天线模块和设置于电磁波传播方向上的超材料模块，所述天线模块包括反射体及设置于所述反射体内的振子，所述超材料模块包括至少一个超材料片层，每个超材料片层对应每一振子的位置形成一折射率分布区，以每个折射率分布区内的一点为极点O、平行于所述折射率分布区的任一条以所述极点O为端点的射线Oy为极轴建立极坐标系，则所述极轴Oy上任一点(y，0)的折射率n(y)为：

n(y)=nmax-ss2+ytemp2-ssd]]>

式中，y_temp＝mod(y+bb/2，bb)-bb/2，mod为求余函数，bb为所述反射体对应每一振子所在位置的线长度；ss为所述振子到所述折射率分布区的距离；d为所述折射率分布区的厚度，且n_max和n_min分别为所述折射率分布区的最大折射率和最小折射率；以所述极坐标系的极点O为圆心、以y为半径在所述折射率分布区内形成一个各点的折射率均相同的折射率圆，而以不同的y为半径形成多个同心的折射率圆，让电磁波经过所述超材料模块时汇聚其波束。

优选地，所述超材料模块包括多个沿垂直于片层表面的方向叠加的超材料片层，各个超材料片层上对应同一振子形成相同的折射率分布区。

优选地，各个超材料片层上对应同一振子的相应折射率分布区内的半径相同的折射率圆的折射率均相同。

优选地，每一超材料片层包括基板和周期性排布于所述基板上的多个人工微结构。

优选地，所述人工微结构是呈雪花状的平面金属微结构。

优选地，所述人工微结构是小圆孔。

优选地，所述反射体为电导体。

优选地，所述反射体的反射率是100％。

优选地，所述超材料模块的两侧分别设置有阻抗匹配薄膜，每一阻抗匹配薄膜包括多个具有不同折射率的阻抗匹配层，每一阻抗匹配层是具有单一折射率的均匀介质。

优选地，每一阻抗匹配层包括基板和周期性排布于所述基板上的多个人工微结构。

本发明基于超材料的天线具有以下有益效果：通过在所述超材料片层上对应每一振子形成多个具有满足上述折射率分布公式的折射率圆，使电磁波穿过所述超材料模块时汇聚其波束，半功率角变小，得以提高其方向性和增益，让电磁波传播的更远。

附图说明

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明基于超材料的天线的结构示意图；

图2是本发明的一个超材料片层的正面放大图；

图3是图1中所示的超材料片层的一个折射率分布区的正面放大图，其中建立了一极坐标系；

图4是对应图3中建立的极坐标系所形成的折射率圆分布示意图；

图5是对应图4的折射率圆分布所形成的金属微结构的排布示意图；