[发明专利]一种超材料微波天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种超材料微波天线。

背景技术

微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电中波长最短（频率最高）的波段，其频率范围从300MHz（波长1m）至300GHz(波长0.1m)。工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线统称为微波天线。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线及透镜天线等。

例如，现有的卫星电视接收天线就是抛物面天线，所述抛物面天线负责将卫星信号反射到馈源和高频头内。馈源是在抛物面天线的焦点处设置的一个用于收集卫星信号的喇叭，又称波纹喇叭。其主要功能有两个：一是将天线接收的电磁波信号收集起来，变换成信号电压，供给高频头。二是对接收的电磁波进行极化转换。高频头LNB（亦称降频器）是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。

LNB的工作流程就是先将卫星高频讯号放大至数十万倍后再利用本地振荡电路将高频讯号转换至中频950MHz-2050MHz，以利于同轴电缆的传输及卫星接收机的解调和工作。卫星接收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像或数字信号和伴音信号。接收卫星信号时，平行的电磁波通过抛物面天线反射后，汇聚到馈源上。通常，抛物面天线对应的馈源是一个喇叭天线。然而，由于抛物面天线的反射面的曲面加工难度大，精度要求也高，制造麻烦，且成本较高。此外，所述现有的抛物面天线体积较大、口径效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有的微波天线加工不易、成本高的缺陷，提供一种加工简单、制造成本低的超材料微波天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超材料微波天线，包括超材料面板、馈源、第一级副反射面以及第二级副反射面，所述超材料面板的中心设置有第一中心孔，所述第二级副反射面的中心设置有第二中心孔；所述第一级副反射面嵌于所述超材料面板的第一中心孔上，所述馈源嵌于所述第二级副反射面的第二中心孔上；

所述第一级副反射面为类双曲面型超材料，所述第二级副反射面为类椭圆面超材料；所述类双曲面型超材料包括第一发散超材料以及位于所述第一发散超材料一侧的第一反射层；所述类椭圆面超材料包括第二发散超材料以及位于所述第二发散超材料一侧的第二反射层；

所述超材料面板包括核心层，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层、第一发散超材料以及第二发散超材料均包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构；

所述核心层片层按照折射率分布可划分为分布在所述第一中心孔周围且与所述第一中心孔共圆心的多个环形区域，所述环形区域内相同半径处的折射率相同，且在环形区域各自的区域内随着半径的增大折射率逐渐减小，相邻两个环形区域中处于内侧的环形区域的折射率的最小值小于处于外侧的环形区域的折射率的最大值。

进一步地，所述第一级副反射面中心对称轴与第二级副反射面的中心对称轴重合。

进一步地，所述第一级副反射面的中心对称轴以及第二级副反射面的中心对称轴均与所述超材料面板的对称轴重合。

进一步地，所述第一发散超材料和第二发散超材料内折射率的分布规律为：随着半径的增加，折射率逐渐减小，且相同半径处的折射率相同。

进一步地，所述核心层包括多个折射率分布相同且相互平行的核心层片层。

进一步地，所述核心层片层内的每一环形区域均具有相同的折射率变化范围。

进一步地，所述超材料面板还包括设置在核心层两侧的匹配层，以实现从空气到核心层的阻抗匹配。

进一步地，所述核心层的每一核心层片层的多个人造微结构形状相同，所述环形区域内相同半径处的多个人造微结构具有相同的几何尺寸，且在环形区域各自的区域内随着半径的增大人造微结构的几何尺寸逐渐减小，相邻两个环形区域，处于内侧的环形区域内几何尺寸最小的人造微结构的几何尺寸小于处于外侧的环形区域内几何尺寸最大的人造微结构的几何尺寸。

进一步地，所述人造微结构为平面雪花状的金属微结构。

本发明超材料微波天线的有益效果：本发明利用超材料可进行汇聚电磁波的性质及利用类双曲面型超材料和类椭圆面超材料作为第一级副反射面和第二级副反射面，可使天线的结构更加紧凑，且在效果上等效于具有长焦距的微波天线，同时调节口径面上的能量分布，从而提高天线的口径效率，得到了良好的远场辐射场响应；此外，其加工难度小，成本低。

附图说明