[发明专利]一种超材料天线

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。

背景技术

半功率角，也称3dB波束宽度、半功率波束宽度、半功率带宽。功率方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向功率通量密度下降到一半处(或小于最大值3dB)的两点之间的夹角称为半功率波束宽度。场强方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向场强下降到0.707倍处的夹角也称为半功率波束宽度。水平面半功率波束宽度是指水平面方向图的半功率波束宽度，垂直面半功率波束宽度是指垂直面方向图的半功率波束宽度。在定向天线中，天线传播的距离由垂直面半功率波束宽度决定，即垂直面半功率带宽越小，天线的增益就越大，天线发射的信号传播距离就越远，反之，天线的增益就越小，信号传播的距离也就越近。

现有技术中改进半功率带宽的方法一般有：介质覆层法。介质覆层法采用天线保护装置的形式加载在天线阵列的前端，这种方法可以提高天线阵列3db左右的增益，使半功率带宽变为36°并使得天线的方向性变好。但是在信号远距离传输时，半功率带宽没法达到我们的需求，为了满足长距离信号传输需要再建立一些基站或者中继站，这样加大的成本，也给信号发射或接受都带来麻烦。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术天线半功率带宽较小的问题，提供一种超材料天线，该天线大大的降低了天线的半功率带宽，提高了天线的增益，同时也改善了天线的前后比，使得天线发射的信号传播距离更远。

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，所述天线包括一个振子，用于产生电磁波；一超材料薄膜层，用于将所述振子产生的电磁波汇聚后并向外辐射，还用于将所述振子产生的球面电磁波转换为平面电磁波；所述天线还包括一反射体，用于将振子产生的部分电磁波反射到超材料薄膜层里；以及第一导体和第二导体，都用于反射振子产生的电磁波，所述第一导体和第二导体位于反射体内，所述反射体与超材料薄膜层相连并构成封闭腔体。

进一步地，所述超材料薄膜层由多个超材料片层组成，其中，最接近所述振子的超材料片层为第一超材料片层，所述第一超材料片层的折射率以其中心为圆心呈圆形分布，第一超材料片层的折射率分布随着半径r的变化规律如以下表达式：

n(r)=nmax-1d{(r-12d)2+s2-s}]]>

式中n_max表示第一超材料片层中的最大折射率值，d表示第一超材料片层的厚度，s表示所述振子到第一超材料片层的距离，n(r)表示第一超材料片层内半径r处折射率值。

进一步地，所述第一导体和第二导体的材质均与反射体相同且都为电导体。

进一步地，所述第一超材料片层包括片状的基板和周期排布于所述基板上的多个人造微结构。

进一步地，所述超材料薄膜层内除了第一超材料片层的多个超材料片层均与第一超材料片层相同。

进一步地，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成对电磁场有响应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，所述人造微结构为在“工”字形、“工”字形的衍生形、雪花状或雪花状的衍生形任意一种。

进一步地，所述基板由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。