[发明专利]超材料天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，更具体地说，涉及一种超材料天线。

背景技术

“超材料”是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。

超材料内部的折射率分布是超材料表现出超常功能的关键部分，不同的折射率分布对应不同的功能。折射率分布越精确，所实现的功能越好。对于常规天线特别是喇叭天线，其口径效率对天线方向性及增益的提高有较大影响，无法得到良好的远场辐射响应。而且现有天线尺寸较大，实现小型化较困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述远场辐射响应和小型化较困难的缺陷，提供一种超材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超材料天线，包括外壳、馈源、紧贴所述馈源的口径边缘的第一超材料、与所述第一超材料间隔预设距离且相对设置的第二超材料、以及紧贴所述第二超材料的边缘的第三超材料；所述外壳与馈源、第一超材料、第二超材料、第三超材料构成封闭的腔体；

其中所述馈源的中心轴线穿过所述第一超材料和第二超材料的中心点；所述第一超材料和第二超材料的位于腔体外的表面上还设置有用于反射电磁波的反射层。

在本发明所述的超材料天线中，辐射到所述第二超材料的电磁波经过反射层后绕开所述馈源并被反射到所述第一超材料上；辐射到所述第一超材料的电磁波经过反射层后绕开所述第二超材料并被反射到所述第三超材料上。

在本发明所述的超材料天线中，所述第一超材料包括多个第一超材料片层，每一第一超材料片层包括第一基材以及周期排布于第一基材上的多个第一人造金属微结构，第一超材料片层各处的折射率呈圆形分布，圆心处的折射率最小，以其中心点为圆心随着半径的增大折射率逐渐增大，相同半径处的折射率相同。

在本发明所述的超材料天线中，所述第二超材料用于将辐射到其上的电磁波经过反射后转换为平面波，然后再辐射到所述第一超材料上，以所述第二超材料的中心点为圆心，半径y处的折射率n₂(y)满足如下公式：

n2(y)=nmin2+1d2*(ss+|y|*sinθ2-ss2+y2);]]>

sinθ2≥rkr2k+ss2;]]>

其中，n_min2为所述第二超材料的最小折射率，d₂为所述第二超材料的厚度，ss为馈源到所述第二超材料的距离，r_k为所述馈源的口径面的半径。