專利名稱：一種超材料天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超材料領域,尤其涉及一種超材料天線。
背景技術：
半功率角，也稱3dB波束寬度、半功率波束寬度、半功率帶寬。功率方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內，把相對最大輻射方向功率通量密度下降到一半處(或小于最大值3dB)的兩點之間的夾角稱為半功率波束寬度。場強方向圖中,在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內，把相對最大輻射方向場強下降到O. 707倍處的夾角也稱為半功率波束寬度。水平面半功率波束寬度是指水平面方向圖的半功率波束寬度，垂直面半功率波束寬度是指垂直面方向圖的半功率波束寬度。在定向天線中，天線傳播的距離由垂直面半功率波束寬度決定，即垂直面半功率帶寬越小，天線的增益就越大，天線發(fā)射的信號傳播距離就越遠，反之，天線的增益就越小，信號傳播的距離也就越近。 現(xiàn)有技術中改進半功率帶寬的方法一般有介質覆層法。介質覆層法采用天線保護裝置的形式加載在天線陣列的前端，這種方法可以提高天線陣列3db左右的增益，使半功率帶寬變?yōu)?6°并使得天線的方向性變好。但是在信號遠距離傳輸時，半功率帶寬沒法達到我們的需求，為了滿足長距離信號傳輸需要再建立一些基站或者中繼站，這樣加大的成本，也給信號發(fā)射或接受都帶來麻煩。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術天線半功率帶寬較小的問題，提供一種超材料天線，該天線通過在反射體內設置第二超材料薄膜層以及在反射體開口上設置第一超材料薄膜層，大大的降低了天線的半功率帶寬，提高了天線的前后比，使得天線方向性更好，促進了天線更遠距離的發(fā)射。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的如下技術方案一種超材料天線，所述天線包括一個振子，用于輻射電磁波；第一超材料薄膜層，用于將振子輻射的電磁波折射匯聚并向外傳播；所述天線還包括第二超材料薄膜層，用于將振子產生的部分電磁波折射匯聚到所述反射體上；一反射體，用于將所述第二超材料薄膜層匯聚的部分電磁波反射到所述第一超材料薄膜層內進行折射匯聚，所述第一超材料薄膜層與反射體相連并與反射體構成封閉的腔體；所述第二超材料薄膜層位于反射體內底層；所述振子置于第二超材料薄膜層上。進一步地，所述第二超材料薄膜層與第一超材料薄膜層相同，均由多個超材料片層組成。進一步地，在所述第一超材料薄膜層中，最接近所述振子的超材料片層為第一超材料片層，所述第一超材料片層的折射率以其中心為圓心呈圓形分布，第一超材料片層的折射率分布隨著半徑r的變化規(guī)律如以下表達式
n{r) = nmax -^|^(γ-^df +s2 -^j式中nmax表示第一超材料片層中的最大折射率值，d表示第一超材料片層的厚度，s表示所述振子到第一超材料片層的距離，n(r)表示第一超材料片層內半徑r處的折射率值。進一步地，所述每一超材料片層的結構相同，并且均包括片狀的基板和周期排布在所述基板上的多個人造微結構。進一步地，所述反射體為電導體。進一步地，所述第一超材料薄膜層內除了第一超材料片層的多個超材料片層均與第一超材料片層相同。進一步地，所述人造微結構為由至少一根金屬絲組成對電磁場有響應的平面結構 或立體結構。進一步地，所述金屬絲為銅絲或銀絲。進一步地，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基板上。進一步地，所述人造微結構為在“工”字形、“工”字形的衍生形、雪花狀或雪花狀的衍生形任意一種。進一步地，所述基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復合材料或F4B復合材料制得。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下有益效果本發(fā)明一種超材料天線通過在反射體內設置第二超材料薄膜層以及在反射體開口上設置第一超材料薄膜層，大大的降低了天線的半功率帶寬，提高了天線的前后比，使得天線方向性更好，促進了天線信號更遠距離的發(fā)射。


圖I是本發(fā)明一種超材料天線的結構示意圖；圖2是本發(fā)明所述超材料薄膜層內圓形區(qū)域示意圖；圖3是本發(fā)明所述超材料片層內折射率分布示意圖；圖4是本發(fā)明另一實施例結構示意圖；圖5A是超材料薄膜層上‘工字形’人造微結構；圖5B是超材料薄膜層上‘雪花狀’人造微結構；圖5C是超材料薄膜層上的另一種‘雪花狀’的人造微結構；圖是超材料薄膜層上的人造微結構的一種具體形式‘雪花狀’結構的又一種衍生結構；圖6是采用工字形結構的人造微結構在超材料薄膜層的基板中的排列示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
超材料是一種以人造微結構為基本單元并以特定方式進行空間排布、具有特殊電磁響應的新型材料，包括周期排布的人造微結構和供人造微結構附著的基板。人造微結構為由至少一根金屬絲組成對電磁波有響應的平面結構或立體結構，多個人造微結構在基板上陣列排布，每個人造微結構以及其所附著的基板所占部分即為一個超材料單元?；蹇蔀槿魏闻c人造微結構不同的材料，這兩種材料的疊加使每個超材料單元產生一個等效介電常數(shù)與磁導率，這兩個物理參數(shù)分別對應了超材料單元的電場響應與磁場響應。超材料對電磁響應的特征是由人造微結構的特征所決定，而人造微結構的電磁響應很大程度上取決于其金屬絲的圖案所具有的拓撲特征和其幾何尺寸。根據(jù)上述原理設計超材料空間中排列的每個人造微結構的拓撲圖形和幾何尺寸，就可對超材料中每一點的電磁參數(shù)進行設置。請參閱圖1，一種超材料天線，包括一個振子10、第一超材料薄膜層20、第二超材料薄膜層30以及反射體40。所述反射體40為一無蓋腔體，所述第一超材料薄膜層20與反射體40構成一封閉腔體，第二超材料薄膜層30位于所述反射體40底部，所述振子10置于第二超材料薄膜層30上。
振子10用于輻射電磁波，其中大部分電磁波直接進入第一超材料薄膜層20內進行折射匯聚，并轉換為平面電磁波，還有少部分電磁波通過第二超材料折30射匯聚后經過反射體40反射后再經過第一超材料薄膜層20折射匯聚后轉換為平面電磁波，在本實施方式中，反射體40為電導體，所述第二超材料薄膜層30與第一超材料薄膜層20相同。第一超材料薄膜層20的折射匯聚功能是通過設計其內的折射率分布來實現(xiàn)的，所述第一超材料薄膜層20由多個超材料片層組成，所述每一超材料片層均包括片狀的基板和周期排布于所述基板上的多個人造微結構。以圖I為例，第一超材料薄膜層20包括第一超材料片層201、第二超材料片層202、第三超材料片層203。如圖2所示，每一超材料片層的折射率以其中心為圓心呈圓形分布。所述第一超材料片層201在其圓形區(qū)域內的折射率分布規(guī)律如以下表達式
權利要求
1.一種超材料天線，所述天線包括一個振子，用于輻射電磁波；第一超材料薄膜層，用于將振子輻射的電磁波折射匯聚并向外傳播；其特征在于，所述天線還包括第二超材料薄膜層，用于將振子產生的部分電磁波折射匯聚到所述反射體上；一反射體，用于將所述第二超材料薄膜層匯聚的部分電磁波反射到所述第一超材料薄膜層內進行折射匯聚，所述第一超材料薄膜層與反射體相連并與反射體構成封閉的腔體；所述第二超材料薄膜層位于反射體內底層；所述振子置于第二超材料薄膜層上。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種超材料天線，其特征在于，所述第二超材料薄膜層與第一超材料薄膜層相同，均由多個超材料片層組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種超材料天線，其特征在于，在所述第一超材料薄膜層中，最接近所述振子的超材料片層為第一超材料片層，所述第一超材料片層的折射率以其中心為圓心呈圓形分布，第一超材料片層的折射率分布隨著半徑r的變化規(guī)律如以下表達式
4.根據(jù)權利要求2所述的一種超材料天線，其特征在于，所述每一超材料片層的結構相同，并且均包括片狀的基板和周期排布在所述基板上的多個人造微結構。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種超材料天線，其特征在于，所述反射體為電導體。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種超材料天線，其特征在于，所述第一超材料薄膜層內除了第一超材料片層的多個超材料片層均與第一超材料片層相同。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種超材料天線，其特征在于，所述人造微結構為由至少一根金屬絲組成對電磁場有響應的平面結構或立體結構。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種超材料天線，其特征在于，所述金屬絲為銅絲或銀絲。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種超材料天線，其特征在于，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基板上。
10.根據(jù)權利要求8所述的一種超材料天線，其特征在于，所述人造微結構為在“工”字形、“工”字形的衍生形、雪花狀或雪花狀的衍生形任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超材料天線，該天線包括一個振子，用于輻射電磁波；第一超材料薄膜層，用于將振子輻射的電磁波折射匯聚并向外傳播；所述天線還包括第二超材料薄膜層以及一反射體，所述第一超材料薄膜層與反射體相連并與反射體構成封閉的腔體；所述第二超材料薄膜層位于反射體內底層；所述振子置于第二超材料薄膜層上并通過饋線與外圍的信號發(fā)射機相連接。本發(fā)明一種超材料天線通過在反射體內設置第二超材料薄膜層以及在反射體開口上設置第一超材料薄膜層，大大的降低了天線的半功率帶寬，提高了天線的前后比，使得天線方向性更好，促進了天線更遠距離的發(fā)射。
文檔編號H01Q19/10GK102800982SQ20111017981
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 李云龍 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司