專(zhuān)利名稱(chēng)：副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線(xiàn)之間的波段，它屬于無(wú)線(xiàn)電中波長(zhǎng)最短(頻率最高)的波段，其頻率范圍從300MHz (波長(zhǎng)Im)至300GHz (波長(zhǎng)O. Im)。工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發(fā)射或接收天線(xiàn)統(tǒng)稱(chēng)為微波天線(xiàn)。在微波天線(xiàn)中，應(yīng)用較廣的有拋物面天線(xiàn)、喇叭拋物面天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)及透鏡天線(xiàn) 等。例如，現(xiàn)有的衛(wèi)星電視接收天線(xiàn)就是拋物面天線(xiàn)，所述拋物面天線(xiàn)負(fù)責(zé)將衛(wèi)星信號(hào)反射到饋源和高頻頭內(nèi)。饋源是在拋物面天線(xiàn)的焦點(diǎn)處設(shè)置的一個(gè)用于收集衛(wèi)星信號(hào)的喇叭，又稱(chēng)波紋喇叭。其主要功能有兩個(gè)一是將天線(xiàn)接收的電磁波信號(hào)收集起來(lái)，變換成信號(hào)電壓，供給高頻頭。二是對(duì)接收的電磁波進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換。高頻頭LNB (亦稱(chēng)降頻器)是將饋源送來(lái)的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行降頻和信號(hào)放大然后傳送至衛(wèi)星接收機(jī)。LNB的工作流程就是先將衛(wèi)星高頻訊號(hào)放大至數(shù)十萬(wàn)倍后再利用本地振蕩電路將高頻訊號(hào)轉(zhuǎn)換至中頻950MHz-2050MHz，以利于同軸電纜的傳輸及衛(wèi)星接收機(jī)的解調(diào)和工作。衛(wèi)星接收機(jī)是將高頻頭輸送來(lái)的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)出衛(wèi)星電視圖像或數(shù)字信號(hào)和伴音信號(hào)。接收衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，平行的電磁波通過(guò)拋物面天線(xiàn)反射后，匯聚到饋源上。通常，拋物面天線(xiàn)對(duì)應(yīng)的饋源是一個(gè)喇叭天線(xiàn)。然而，由于拋物面天線(xiàn)的反射面的曲面加工難度大，精度要求也高，制造麻煩，且成本較高。此外，所述現(xiàn)有的拋物面天線(xiàn)體積較大、口徑效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有的微波天線(xiàn)加工不易、成本高的缺陷，提供一種加工簡(jiǎn)單、制造成本低的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其包括第一副反射面、饋源、第二副反射面及透射超材料板，所述第二副反射面是超材料面板，所述超材料面板設(shè)置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設(shè)置在核心層一側(cè)表面的反射板，所述核心層包括至少一個(gè)核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)；所述核心層片層按照折射率分布可劃分為分布在中心孔周?chē)遗c所述中心孔共圓心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)相同半徑處的折射率相同，且在環(huán)形區(qū)域各自的區(qū)域內(nèi)隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個(gè)環(huán)形區(qū)域中處于內(nèi)側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最小值小于處于外側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最大值；所述第二副反射面是對(duì)電磁波的擴(kuò)張等效于旋轉(zhuǎn)雙曲面的反射面；所述饋源設(shè)置在所述中心孔上，所述第一副反射面是旋轉(zhuǎn)橢圓面，所述透射超材料板套在所述旋轉(zhuǎn)橢圓面上，所述第一副反射面位于所述第二副反射面的前方，并用于將從所述饋源發(fā)射過(guò)來(lái)的電磁波反射到所述第二副反射面上，所述電磁波分別經(jīng)所述第二副反射面及透射超材料板調(diào)制后射出。進(jìn)一步地，所述饋源相位中心置于所述旋轉(zhuǎn)橢圓面的遠(yuǎn)端焦點(diǎn)上。進(jìn)一步地，所述核心層片層還包括覆蓋人造微結(jié)構(gòu)的填充層。進(jìn)一步地，所述中心孔的圓心為核心層片層的中心，所述多個(gè)環(huán)形區(qū)域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率nl(r)分布滿(mǎn)足如下公式

權(quán)利要求
1.一種副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，包括第一副反射面、饋源、第二副反射面及透射超材料板，所述第二副反射面是超材料面板，所述超材料面板設(shè)置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設(shè)置在核心層一側(cè)表面的反射板，所述核心層包括至少一個(gè)核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)； 所述核心層片層按照折射率分布可劃分為分布在中心孔周?chē)遗c所述中心孔共圓心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)相同半徑處的折射率相同，且在環(huán)形區(qū)域各自的區(qū)域內(nèi)隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個(gè)環(huán)形區(qū)域中處于內(nèi)側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最小值小于處于外側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最大值；所述第二副反射面是對(duì)電磁波的擴(kuò)張等效于旋轉(zhuǎn)雙曲面的反射面； 所述饋源設(shè)置在所述中心孔上，所述第一副反射面是旋轉(zhuǎn)橢圓面，所述透射超材料板套在所述旋轉(zhuǎn)橢圓面上，所述第一副反射面位于所述第二副反射面的前方，并用于將從所述饋源發(fā)射過(guò)來(lái)的電磁波反射到所述第二副反射面上，所述電磁波分別經(jīng)所述第二副反射面及透射超材料板調(diào)制后射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述饋源相位中心置于所述旋轉(zhuǎn)橢圓面的遠(yuǎn)端焦點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述核心層片層還包括覆蓋人造微結(jié)構(gòu)的填充層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述中心孔的圓心為核心層片層的中心，所述多個(gè)環(huán)形區(qū)域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率nl(r)分布滿(mǎn)足如下公式其中，nl (r)表示副反射面核心層片層上半徑為r處的折射率值； sO表示第二副反射面與透射超材料板之間的距離； Si表示旋轉(zhuǎn)雙曲面的內(nèi)側(cè)焦點(diǎn)與第二副反射面之間的距離； s2表示第二反射面的等效焦點(diǎn)與透射超材料面板之間的距離； d為核心層的厚度，Hfflax表示核心層片層上的折射率最大值； Ilmin表示核心層片層上的折射率最小值； 入表不工作波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述超材料面板還包括設(shè)置在核心層另一側(cè)的匹配層，以實(shí)現(xiàn)從空氣到核心層的折射率匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述透射超材料板呈圓環(huán)形，所述透射超材料板包括若干所述核心片層，所述核心片層的多個(gè)環(huán)形區(qū)域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率n2(r)分布滿(mǎn)足如下公式
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述匹配層包括多個(gè)匹配層片層，每一匹配層片層具有單一的折射率，所述匹配層的多個(gè)匹配層片層的折射率均滿(mǎn)足以下公式
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述每一匹配層片層包括材料相同的第一基板及第二基板，所述第一基板與第二基板之間填充空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8任意一項(xiàng)所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述核心層的每一核心層片層的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)形狀相同，所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)相同半徑處的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)具有相同的幾何尺寸，且在環(huán)形區(qū)域各自的區(qū)域內(nèi)隨著半徑的增大人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸逐漸減小，相鄰兩個(gè)環(huán)形區(qū)域，處于內(nèi)側(cè)的環(huán)形區(qū)域內(nèi)幾何尺寸最小的人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸小于處于外側(cè)的環(huán)形區(qū)域內(nèi)幾何尺寸最大的人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種副反射面為金屬橢球面和類(lèi)雙曲型超材料的微波天線(xiàn)，包括第一副反射面、饋源、第二副反射面及透射超材料板，所述第二副反射面是超材料面板，所述超材料面板設(shè)置有位于其中心的中心孔，所述第二副反射面是對(duì)電磁波的擴(kuò)張等效于旋轉(zhuǎn)雙曲面的反射面；所述第一副反射面是旋轉(zhuǎn)橢圓面，所述第一副反射面位于所述第二副反射面的前方。本發(fā)明利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面及一個(gè)類(lèi)雙曲面型的平板超材料作為副反射面進(jìn)行多次反射，將波束擴(kuò)寬、對(duì)口徑面上的能量分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高天線(xiàn)的口徑效率，且在效果上等效于具有長(zhǎng)焦距的微波天線(xiàn)，可以得到良好的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射場(chǎng)響應(yīng)，同時(shí)天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)也更加緊湊；此外，其加工難度小，成本低。
文檔編號(hào)H01Q19/06GK102820546SQ201210268478
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 楊青 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司