[发明专利]一种微波天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种微波天线。

背景技术

微波天线是通信技术领域中较常用和较重要的一种天线，其用于点对点通信，工作频率通常为12GHZ至15GHZ。现有的微波天线通常采用喇叭天线作为馈源且成抛物面状，喇叭天线发出的电磁波经过抛物面状的外壳汇聚后向外辐射。

现有的微波天线受限于常规材料的物理限制，其厚度、远场值和方向性均不能突破常规天线的物理极限，此种情况下，微波天线的小型化、高增益化、高方向性化都存在极大难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种具有良好方向性和远场辐射响应并使得厚度减薄的微波天线。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种微波天线，其包括馈源、紧贴于所述馈源口径面且形状与所述馈源口径面相适配的第一超材料、紧邻所述第一超材料上下表面设置的第二超材料以及与所述第一超材料、第二超材料构成封闭腔体的外壳，与第一超材料和第二超材料相对的外壳表面为金属反射面，所述馈源、所述第一超材料以及所述金属反射面的中心轴线重合；所述第一超材料包括第一基材以及在第一基材上周期排布的多个第一人造金属微结构，所述第一超材料的折射率以其中心点为圆心呈同心圆形分布，圆心处的折射率最小，相同半径处折射率相同，随着半径的增大折射率增大；所述第二超材料由多片超材料片层叠加构成，每片超材料片层包括第二基材以及在第二基材上周期排布的多个第二人造金属微结构，所述超材料片层的折射率分布通过如下步骤得到：

S1：在微波天线未设置第二超材料的情况下，用空气填充第二超材料区域并标注出各超材料片层的边界，测试并记录所述馈源辐射的电磁波在第i层超材料片层前表面的初始相位其中，第i层超材料片层前表面中心点处的初始相位为

S2：根据公式得到第二超材料后表面的相位∩，

其中，d为每层超材料片层的厚度，λ为馈源辐射的电磁波波长，n_max为所述第二超材料所具有的最大折射率值，M为构成所述第二超材料的超材料片层的总层数；

S3：根据公式得到超材料片层各点的折射率n(y)，

其中，y为超材料片层上任一点距超材料片层中心轴线的距离。

进一步地，同一超材料片层上的所有第二人造金属微结构具有相同的几何形状，且在第二基材上呈圆形排布，紧邻第一超材料上下表面处的第二人造金属微结构几何尺寸最大，相同半径处的第二人造金属微结构几何尺寸相同。

进一步地，所述第一超材料上以其中心点为圆心，半径为r处的折射率分布为：

其中，n₀为第一超材料中心点处折射率值，θ₁为电磁波经过第一超材料后的偏折角度，d₁为第一超材料厚度，L为馈源的等效点源距第一超材料前表面的垂直距离。

进一步地，所述θ₁的正弦值sinθ₁应大于等于其中r₁为所述馈源口径面半径，ss为所述第一超材料后表面距所述金属反射面的距离。

进一步地，所述第一人造金属微结构与所述第二人造金属微结构材质和几何形状相同。

进一步地，所述第一人造金属微结构与所述第二人造金属微结构为具有“工”字形几何形状的金属微结构，所述金属微结构包括竖直的第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的两个第二金属分支。

进一步地，所述金属微结构还包括位于每一第二金属分支两端且垂直于所述第二金属分支的第三金属分支。

进一步地，所述第一人造金属微结构与所述第二人造金属微结构为具有平面雪花型的几何形状的金属微结构，所述金属微结构包括相互垂直的两条第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。

进一步地，所述两条第一金属分支过中点垂直相交，所述第二金属分支中点与所述第一金属分支端点重合。

进一步地，述馈源为喇叭天线。

本发明馈源辐射的电磁波经过第一超材料发散后被金属反射面反射，第一超材料扩散的电磁波和金属反射面反射的电磁波经过第二超材料后以平面波辐射出去。第一超材料和反射面使得馈源近场辐射范围增大，微波天线厚度变薄，第二超材料使得天线方向性增强。且本发明中构成第二超材料的超材料片层上的折射率分布通过初始相位法得到，其计算过程易于实现程序化、代码化，使用者仅需掌握代码的使用即可，便于大规模推广。

附图说明