[发明专利]一种超材料天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料天线系统。

背景技术

现有针对电磁波的能量采集技术实现主要通过天线整流实现，其主要结构包括接收天线，低通滤波器，整流二极管电路，直通滤波器和直流负载。

其中接收天线部分主要起到将空间中弥漫的电磁波能量收集并转化的作用。由于空间中弥漫的电磁波能量场较弱，通常希望接收天线可以有较高的增益和较宽的工作频段以尽可能多的获取能量。目前常用天线形式包括从传统大型单极天线到通过印刷电路实现的偶极子天线，微带缝隙天线和圆极化天线等，但是这些天线很难达到高增益以及较宽的带宽。

发明内容

本发明的目的在于克服现有天线难以达到高增益和较宽带宽的缺陷，提供一种基于超材料的天线系统，该天线系统具有高增益以及良好的带宽，且能够使得天线系统小型化，降低工艺复杂度，节约成本。

为了达到上述目的，本发明采用的如下技术方案：

一种超材料天线系统，所述天线系统包括天线、基座、至少三个馈源以及支杆，所述天线为超材料天线，所述超材料天线包括至少三个超材料面板，每一所述超材料面板的一侧固定于一支杆上，所述馈源均位于所述支杆上且每两个超材料面板之间有一馈源。

进一步地，所述每一馈源正对于所述每一超材料面板的中心上。

进一步地，所述馈源为全方向点馈源。

进一步地，所述每一超材料面板包括核心层，所述核心层包括厚度相同且折射率分布相同的多个核心层片层，所述核心层片层包括片状的第一基材以及设置在第一基材上的多个第一人造微结构。

进一步地，所述每一核心层片层内的折射率分布规律为：核心层片层的中心折射率最大，随着半径的增加，折射率不断减小。

进一步地，所述第一基材包括片状的第一前基板及第一后基板，所述多个第一人造微结构夹设在第一前基板与第一后基板之间。

进一步地，所述超材料面板还包括对称分布在核心层两侧表面的阻抗匹配层，所述阻抗匹配层包括厚度相同的多个阻抗匹配层片层，所述阻抗匹配层片层包括片状的第二基材以及设置在第二基材上的多个第二人造微结构，所述阻抗匹配层片层的折射率分布满足如下公式：

nj(r)=nminjm*n(r)m-jm;]]>

λ＝(n_max-n_min)*(d+2*d1)；

其中，j表示阻抗匹配层片层的编号，靠近馈源和天线罩的阻抗匹配层片层的编号为m，由馈源和天线罩向核心层方向，编号依次减小，靠近核心层的阻抗匹配层片层的编号为1；

上述的n_max与n_min与核心层片层的折射率的最大值与最小值相同；

r表示阻抗匹配层片层上任意一点到其中心的距离；

λ表示电磁波波长；

d1为阻抗匹配层的厚度；

d为核心层的厚度。

进一步地，所述第二基材包括片状的第二前基板及第二后基板，所述多个第二人造微结构夹设在第二前基板与第二后基板之间。

进一步地，所述超材料天线采用圆柱坐标对称的垂直扇叶结构。

进一步地，所述第一人造微结构及第二人造微结构均为由铜线或银线构成的金属微结构，所述金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在第一基材及第二基材上。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明采用超材料作为天线系统，使得天线增益显著提高，同时也增加了天线的带宽。

附图说明

图1是本发明超材料天线系统的结构主视图；

图2是本发明超材料天线系统的结构侧视图；

图3是本发明超材料天线系统的结构俯视图；