[发明专利]基于超材料的透镜天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及基于超材料的透镜天线。

背景技术

在毫米波段的介质透镜天线的运用非常广泛，透镜天线的形状是根据几何光学中的费马原理和斯奈尔折射定理设计而成，由于单面透镜天线易于加工，所以被采用最多。

单面透镜天线如图1所示，根据费马原理，经过任意一点P的光程等于沿轴线的光程。假设透镜天线的介质的折射率为n，F点为馈源位置，可以得到：FP+n(PP₁)＝FP+n(OQ₁)，则FP＝FO+n(OQ)。若采用极坐标，坐标原点在透镜的焦点上，P点的坐标为令FO＝f，应用光程相等的条件可以得到极坐标下的透镜剖面曲线方程为：

若采用直角坐标系，以O为原点，P的坐标为(x，y)则可以得到直角坐标系下的透镜剖面曲线方程为：

(n²-1)x²+2(n-1)fx-y²＝0。

通常透镜天线的馈源都不是点源，有的时喇叭馈源，也有的时贴片天线馈源(patch antenna array)，而贴片天线在不经过任何透镜或者超材料的情况下，天线的方向性比较不理想，天线的增益有时候也打不到实际需求。

传统的透镜天线中，由于透镜天线的焦距比较远，当实际需要透镜天线的口径固定的时候，这样就很难达到透镜天线的馈源位于透镜的焦点上，从而使得透镜天线的尺寸没有办法缩小，使得透镜天线应用到小区域里面带来了很大的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中透镜天线因其焦距比较远而在小区域内没法使得透镜天线的馈源位于焦点上的缺陷，提供一种基于超材料的透镜天线，该天线采用超材料技术可以使得馈源离透镜的距离很近。

为了达到上述目的，本发明采用的如下技术方案：

基于超材料的透镜天线，所述透镜天线具体包括：同轴电缆、贴片天线馈源、超材料调制模块以及外壳，所述同轴电缆通过馈线与所述贴片天线馈源相连，且所述贴片天线馈源辐射电磁波信号，所述电磁波信号通过所述超材料调制模块进行调制，将进入超材料调制模块的电磁波信号调制为等相位辐射，所述超材料调制模块包括多个核心层以及对称分布在所述核心层两侧的多个渐变层，每一核心层和每一渐变层均包括片状的基板和设置在所述基板上的多个人造微结构，所述每一核心层的折射率分布均相同，每一核心层包括一个圆形区域，所述圆形区域内折射率随着半径的增大从n_p连续减小到n₀且相同半径处的折射率相同，分布在所述核心层同一侧的每一渐变层均包括一个圆形区域，每一渐变层内的所述圆形区域的折射率变化随着半径的增大从其最大折射率连续减小到n₀，相同半径处的折射率相同，两个相邻的渐变层的最大折射率表示为n_i和n_i+1，其中n₀＜n_i＜n_i+1＜n_p，i为正整数，n_i对应于距离所述核心层较远的渐变层。

进一步地，所述贴片天线馈源为单贴片天线馈源，所述单贴片天线馈源包括金属贴片、介质基板、馈点、馈线以及金属接地板，所述金属贴片和金属接地板分别位于所述介质基板的两侧，所述金属贴片和馈线通过馈点相连接。

进一步地，所述金属贴片和金属接地板的材料均包括铝、铜以及银。

进一步地，所述贴片天线馈源为同相馈电的四贴片阵天线馈源。

进一步地，每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几何形状，圆形区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同。

进一步地，每一渐变层的所述多个人造微结构具有相同的几何形状，圆形区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同，且两个相邻的渐变层中距离所述核心层较远的渐变层对应的同一区域内相同半径处的人造微结构的尺寸较小。

进一步地，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。

进一步地，所述金属丝为铜丝或银丝。

进一步地，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基板上。

进一步地，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“H”形。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明一种基于超材料的透镜天线采用贴片天线做馈源，使得天线方向性更好。