專利名稱：基站天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁通信領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種基站天線。
背景技術(shù)：
基站天線是保證移動(dòng)通信終端實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入的重要設(shè)備。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基站的分布越來(lái)越密集，對(duì)基站天線的方向性提出了更高的要求，以避免相互干擾，讓電磁波傳播的更遠(yuǎn)。
一般，我們用半功率角來(lái)表示基站天線的方向性。功率方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內(nèi)，把相對(duì)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(diǎn)之間的夾角稱為半功率角。場(chǎng)強(qiáng)方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內(nèi)，把相對(duì)最大輻射方向場(chǎng)強(qiáng)下降到O. 707倍處的夾角也稱為半功率角。半功率角亦稱半功率帶寬。半功率帶寬包括水平面半功率帶寬和垂直面半功率帶寬。而基站天線的電磁波的傳播距離是由垂直面半功率帶寬決定的。垂直面半功率帶寬越小，基站天線的增益越大，方向性好，電磁波的傳播距離就越遠(yuǎn)，反之，基站天線的增益就越小，方向性差，電磁波的傳播距離也就越近。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種半功率帶寬小、方向性好的基站天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基站天線，包括具有多個(gè)呈陣列排布的振子的天線模塊及對(duì)應(yīng)這些振子設(shè)置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層由多個(gè)超材料單元排列而成，每個(gè)超材料單元上形成有小孔；每個(gè)超材料片層正對(duì)每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，讓所述小孔排布于位于每個(gè)折射率分布區(qū)內(nèi)以正對(duì)每一振子的中心的位置為圓心的多個(gè)同心圓的超材料單元上，以便形成以正對(duì)相應(yīng)振子的中心的位置為圓心的多個(gè)折射率圓，每個(gè)折射率分布區(qū)由若干同心的折射率圓構(gòu)成一個(gè)圓環(huán)區(qū)域，每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一折射率圓上各點(diǎn)的折射率相同，而隨著折射率圓的直徑的增大，各個(gè)折射率圓的折射率減小且減小量增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑折射率圓的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的最大直徑折射率圓的折射率。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是深度相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率小于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的直徑增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是深度相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑相同，而隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的直徑減?。桓鱾€(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是直徑相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率小于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度相同，而隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的深度增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是直徑相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度相同，而隨著同心圓的直徑的 增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的深度減??；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)以上所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是幾何尺寸相同的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率小于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的數(shù)量增多；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量少于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)以上所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是幾何尺寸相同的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的數(shù)量減少；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量少于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量。優(yōu)選地，所述小孔內(nèi)填充的是空氣。優(yōu)選地，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是幾何尺寸相同的圓孔，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率減??；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率。優(yōu)選地，所述超材料模塊的各個(gè)超材料片層對(duì)應(yīng)同一振子形成相同的折射率分布區(qū)和圓環(huán)區(qū)域，各個(gè)超材料片層對(duì)應(yīng)同一振子的直徑相同的折射率圓的折射率均相同。本發(fā)明的基站天線具有以下有益效果通過(guò)在所述超材料模塊的超材料片層上形成多個(gè)小孔，并讓所述小孔的排布滿足一定的規(guī)律，以便在多個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)形成若干折射率不同的折射率圓，從而使由振子發(fā)射出的電磁波穿過(guò)所述超材料模塊時(shí)改變電磁波的傳播路徑，減小了基站天線的半功率帶寬，提高了其方向性和增益，讓電磁波傳播的更遠(yuǎn)。


下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的基站天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的天線模塊的正面放大圖；圖3是圖1中的超材料模塊的一個(gè)超材料片層的正面放大圖；圖4是圖3中對(duì)應(yīng)一個(gè)振子的折射率分布區(qū)被分割為多個(gè)圓環(huán)區(qū)域的正面放大圖；圖5是對(duì)應(yīng)圖4所示的多個(gè)圓環(huán)區(qū)域的一個(gè)折射率圓分布示意圖；圖6是對(duì)應(yīng)一個(gè)振子的折射率分布區(qū)內(nèi)的小孔的第一排布示意圖；圖7是對(duì)應(yīng)一個(gè)振子的折射率分布區(qū)內(nèi)的小孔的第二排布示意圖；圖8是對(duì)應(yīng)一個(gè)振子的折射率分布區(qū)內(nèi)的小孔的第三排布示意圖；圖9是本發(fā)明對(duì)應(yīng)一個(gè)振子的超材料片模塊對(duì)電磁波的匯聚示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱為10基站天線、12天線模塊、14底板、16振子、20超材料模塊、22超材料片層、222基板、223超材料單元、224小孔、24圓環(huán)區(qū)域、25折射率圓、26折射率分布區(qū)
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種基站天線，通過(guò)在天線的電磁波發(fā)射方向上設(shè)置一超材料模塊來(lái)使半功率帶寬變小，以提高其方向性和增益。我們知道，電磁波由一種均勻介質(zhì)傳播進(jìn)入另外一種均勻介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射，這是由于兩種介質(zhì)的折射率不同而導(dǎo)致的。而對(duì)于非均勻介質(zhì)來(lái)說(shuō)，電磁波在介質(zhì)內(nèi)部也會(huì)發(fā)生折射且向折射率比較大的位置偏折。而折射率等于‘，也即介質(zhì)的折射率取決于其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。超材料是一種以人工微結(jié)構(gòu)為基本單元并以特定方式進(jìn)行空間排布、具有特殊電磁響應(yīng)的人工復(fù)合材料，人們常利用人工微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈蛶缀纬叽鐏?lái)改變空間中各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，可見(jiàn)，我們可以利用人工微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈?或幾何尺寸來(lái)調(diào)制空間各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，從而使空間各點(diǎn)的折射率以某種規(guī)律變化，以控制電磁波的傳播，并應(yīng)用于具有特殊電磁響應(yīng)需求的場(chǎng)合。如圖1和圖2所示，所述基站天線10包括天線模塊12和超材料模塊20，所述天線模塊12包括底板14及陣列排布于所述底板14的振子16。圖中所示為每?jī)膳畔噜徴褡?6相互交錯(cuò)排列的4X9陣列，在其他的實(shí)施例中，可以為任何數(shù)量的振子16以任意方式排列，如矩陣排布。所述超材料模塊20包括多個(gè)沿垂直于片層表面的方向(也即基站天線的電磁波發(fā)射方向)疊加而成的超材料片層22，圖中所示為3個(gè)超材料片層22兩兩相互之間直接前、后表面相粘接在一起的情形。具體實(shí)施時(shí)，所述超材料片層22的數(shù)目可依據(jù)需求來(lái)增減，各個(gè)超材料片層22也可等間距地排列組裝在一起，并可在所述超材料模塊20兩側(cè)設(shè)置阻抗匹配層，以減少電磁波反射。由于每個(gè)超材料片層22的折射率分布規(guī)律均相同，故在下面僅選取一個(gè)超材料片層22作為示例進(jìn)行說(shuō)明。一般，從每一振子16發(fā)射出的電磁波可近似看作為球面波，而要遠(yuǎn)距離傳播，需要將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌āＲ簿褪钦f(shuō)，所述超材料模塊20要將球面波形式的電磁波匯聚并轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌ㄐ问降碾姶挪?。故，如圖3及圖4所示，在所述超材料片層22上以正對(duì)每一振子16的中心的位置為圓心形成多個(gè)同心的圓環(huán)區(qū)域24，讓每一圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的折射率分布滿足如下規(guī)律以正對(duì)每一振子16的中心的位置為圓心形成多個(gè)同心的折射率圓25，同一折射率圓25上各點(diǎn)的折射率相同，而隨著折射率圓25的直徑的增大，各個(gè)折射率圓25的折射率減小且減小量增大。而各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最小直徑折射率圓25的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最大直徑的折射率圓25的折射率。如此，在所述超材料片層22上對(duì)應(yīng)每一振子16由這些圓環(huán)區(qū)域24形成一折射率分布區(qū)26，如圖3中由虛線分隔形成的區(qū)域。作為示例，圖4用虛線畫出四個(gè)同心圓，其中兩兩相鄰?fù)膱A之間共形成三個(gè)所
述圓環(huán)區(qū)域24。由于最靠近所述超材料片層22正對(duì)振子16的中心的位置處的同心圓的直徑為零，圖中用一個(gè)點(diǎn)表示。假如我們將距離相應(yīng)振子16的中心越來(lái)越遠(yuǎn)的三個(gè)圓環(huán)區(qū)域24分別稱為第一、第二和第三圓環(huán)區(qū)域24，且第一圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)隨著折射率圓25的直徑的增大其折射率分別為H11,n12，…，nlp，第二圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)隨著折射率圓25的直徑的增大其折射率分別為n21，n22，…，n2m，第三圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)隨著折射率圓25的直徑的增大其折射率分別為n31，n32, ···, n3n，則有如下關(guān)系式ηη 彡 η12 彡…彡 nlp (I)n21 彡 η22 彡…彡 n2m (2)n31 ^ n32 > …> n3n (3)n21 > nlp(4)n31 > n2m(5)其中p、m、n均為大于0的自然數(shù)，式(I)、(2)、(3)均不能同時(shí)取等號(hào)。優(yōu)選P =m = η。為了直觀地表示所述超材料片層22的對(duì)應(yīng)一個(gè)振子16的多個(gè)圓環(huán)區(qū)域24的折射率分布規(guī)律，我們以正對(duì)振子16的中心的位置為圓心畫出多個(gè)同心圓來(lái)表折射率圓25，用線的疏密表示折射率的大小，線越密折射率越大，線越疏折射率越小，則對(duì)應(yīng)一個(gè)振子16的折射率分布區(qū)26內(nèi)的多個(gè)圓環(huán)區(qū)域24的折射率分布規(guī)律如圖5所示。且讓各個(gè)超材料片層22上對(duì)應(yīng)同一振子16形成相同的圓環(huán)區(qū)域24及折射率分布區(qū)26，而各個(gè)超材料片層22上的相應(yīng)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的直徑相同的折射率圓25的折射率均相同。下面介紹如何在各個(gè)超材料片層22上通過(guò)設(shè)置小孔類型的人工微結(jié)構(gòu)來(lái)形成上述折射率分布規(guī)律如圖6所示，每個(gè)超材料片層22包括基板222和形成在所述基板22上的多個(gè)小孔224。所述基板222可由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。所述小孔224可根據(jù)所述基板222的材質(zhì)不同對(duì)應(yīng)采用合適的工藝形成于所述基板222上。例如當(dāng)所述基板222由高分子聚合物制成時(shí)，可通過(guò)鉆床鉆孔、沖壓成型或者注塑成型等工藝在所述基板222上形成所述小孔224，而當(dāng)所述基板222由陶瓷材料制成時(shí)則可通過(guò)鉆床鉆孔、沖壓成型或者高溫?zé)Y(jié)等工藝在所述基板222上形成所述小孔224。一般，我們將每個(gè)小孔224及其所在的基板222部分人為定義為一個(gè)超材料單元223，且每個(gè)超材料單元223的尺寸應(yīng)小于所需響應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)的五分之一,優(yōu)選為十分之一，以使所述超材料片層22對(duì)電磁波產(chǎn)生連續(xù)響應(yīng)。由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)各個(gè)超材料單元223上的小孔224內(nèi)填充的介質(zhì)相同且其折射率小于所述基材222的折射率時(shí)，所述小孔224占整個(gè)超材料單元223的體積越大，所述超材料單元223的折射率越?。划?dāng)各個(gè)超材料單元223上的小孔224內(nèi)填充的介質(zhì)相同且其折射率大于所述基材222的折射率時(shí)，所述小孔224占整個(gè)超材料單元223的體積越大，所述超材料單元223的折射率越大；當(dāng)所述小孔224占整個(gè)超材料單元223的體積相同時(shí)，所述小孔224內(nèi)填充的不同介質(zhì)的折射率與所述超材料單元223的折射率成正比。所述小孔224占整個(gè)超材料單元223的體積可通過(guò)在所述超材料單元223上形成一個(gè)幾何尺寸不同的小孔224來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)在所述超材料單元223上形成多個(gè)尺寸相同的小孔224實(shí)現(xiàn)。下面一一進(jìn)行說(shuō)明。由超材料改變電磁波傳播路徑的原理可知，我們可讓每個(gè)超材料片層22的基板222上的小孔224是深度相等的圓孔并排布于位于每個(gè)折射率分布區(qū)26內(nèi)以正對(duì)每一振·子16的中心的位置為圓心的多個(gè)同心圓的超材料單元223上，由位于若干同心圓的超材料單元223形成一個(gè)圓環(huán)區(qū)域24，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的直徑相同，而隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元223上的小孔224的直徑亦增大。各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的直徑小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的直徑。由于不同直徑同心圓上的小孔224與所述基板222的相應(yīng)部分一起表征了不同的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，從而在每個(gè)超材料片層22上形成對(duì)應(yīng)每一振子16的具有不同折射率的多個(gè)折射率圓25，且這些折射率圓25的折射率呈現(xiàn)分段或不連續(xù)分布，以便形成多個(gè)折射率分布相同或不同的圓環(huán)區(qū)域24，但直徑更大的圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的最小直徑折射率圓25的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的最大直徑折射率圓25的折射率。圖6所不僅為對(duì)應(yīng)一個(gè)振子16的折射率分布區(qū)26內(nèi)的小孔224的一個(gè)陣列排布示意圖。由前可知，每個(gè)超材料片層22可看作是由多個(gè)超材料單元223排列而成。我們知道，每個(gè)超材料單元223的尺寸一般都很微小，可以近似看作一個(gè)點(diǎn)，這樣，圓便可以看作是由多個(gè)超材料單元223沿圓周堆疊而成的?？梢?jiàn)，我們可以在所述基板222上正對(duì)振子16的位置劃分出一個(gè)區(qū)域，并在每一區(qū)域內(nèi)以正對(duì)相應(yīng)振子16的中心的位置為圓心形成多個(gè)圓環(huán)區(qū)域24，而將這些超材料單元223分隔在這些圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)。讓位于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的超材料單元223隨著距離所述正對(duì)振子16的中心的超材料單元223越遠(yuǎn)，在大致位于以正對(duì)相應(yīng)振子16的中心的位置為圓心的各個(gè)同心圓上的超材料單元223上依次設(shè)置直徑增大而深度相同的圓孔，距離所述正對(duì)振子16的中心的超材料單元223相同遠(yuǎn)近處的超材料單元223上設(shè)置直徑相同的圓孔，且各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最靠近所述振子16的中心的超材料單元223上設(shè)置的圓孔的直徑小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)距離所述振子16的中心最遠(yuǎn)的超材料單元223上設(shè)置的圓孔的直徑，從而使各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24之間的折射率圓25的折射率呈分段或不連續(xù)分布。在其他的實(shí)施例中，也可以讓具有相同直徑的所述小孔224排布于以正對(duì)每一振子16的中心的位置為圓心的多個(gè)同心圓上，在每個(gè)由位于若干同心圓的超材料單元223形成的圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)隨著同心圓的直徑的增大，只通過(guò)調(diào)整所述小孔224的深度來(lái)調(diào)制其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，讓不同直徑的同心圓上具有不同的折射率，從而在相應(yīng)的折射率分布區(qū)26內(nèi)形成多個(gè)折射率呈分段或不連續(xù)分布的折射率圓25。另外，我們也可在一個(gè)超材料單元223內(nèi)形成一個(gè)以上幾何尺寸(即直徑和深度均相等)相同的圓孔，通過(guò)每個(gè)超材料單元223上開(kāi)設(shè)的圓孔的多少來(lái)調(diào)整其折射率。如圖7所示，所述超材料片層22上對(duì)應(yīng)每一振子16的折射率分布區(qū)26內(nèi)的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量分布規(guī)律是讓所述小孔224排布于位于所述折射率分布區(qū)26內(nèi)以正對(duì)相應(yīng)振子16的中心為圓心的多個(gè)同心圓的超材料單元223上，由位于若干同心圓的超材料單元223形成一個(gè)圓環(huán)區(qū)域24，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超 材料單元223上的小孔224的數(shù)量增多。各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量。由于各個(gè)超材料單元223上形成一個(gè)以上幾何尺寸相同的圓孔，這樣能簡(jiǎn)化在所述基材222上形成所述小孔224的工藝。圖7中，每個(gè)超材料單元223上僅形成一個(gè)所述小孔224。在其他的實(shí)施方式中，可以在各個(gè)超材料單元223上形成個(gè)數(shù)相同或不相同的所述小孔244，只要保證各個(gè)超材料單元223上的小孔224的體積均相等即可。以上所述的幾個(gè)實(shí)施例中，所述小孔224內(nèi)填充的均是空氣，其折射率肯定小于所述基板222的折射率。事實(shí)上，也可在所述小孔224內(nèi)填充折射率大于所述基板222的折射率的介質(zhì)，如對(duì)于圖7所示的情況，所述超材料片層22上對(duì)應(yīng)每一振子16的折射率分布區(qū)26內(nèi)的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量分布規(guī)律是讓所述小孔224排布于位于所述折射率分布區(qū)26內(nèi)以正對(duì)相應(yīng)振子16的中心為圓心的多個(gè)同心圓的超材料單元223上，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元223上的小孔224的數(shù)量減少。各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224的數(shù)量。如圖8所示，為分布在所述超材料片層22上對(duì)應(yīng)一個(gè)振子16的折射率分布區(qū)26內(nèi)的幾何尺寸相同的各個(gè)小孔224內(nèi)填充不同折射率的介質(zhì)的填充示意圖。故有，不同折射率的介質(zhì)在所述小孔224的填充規(guī)律為以正對(duì)振子16的中心的位置為圓心形成的多個(gè)同心圓上排布幾何尺寸均相同的小孔224，由位于若干同心圓的超材料單元223形成一個(gè)圓環(huán)區(qū)域24，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元223上的小孔224內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率減小。各個(gè)圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域24內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元223上的小孔224內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率。若用陰影線的疏密來(lái)表示所述小孔224中填充的介質(zhì)的折射率的大小，則對(duì)應(yīng)一個(gè)振子16的折射率分布區(qū)26內(nèi)的各個(gè)小孔224填充的不同折射率的介質(zhì)分布如圖8所述。
而各個(gè)超材料片層22疊加在一起，且各個(gè)超材料片層22上對(duì)應(yīng)同一振子16形成相同的折射率分布區(qū)26和圓環(huán)區(qū)域24，各個(gè)超材料片層22上對(duì)應(yīng)同一振子16的直徑相同的折射率圓的折射率均相同。如圖9所示，為球面波形式的電磁波穿過(guò)本發(fā)明對(duì)應(yīng)一個(gè)振子16的超材料模塊20時(shí)各個(gè)超材料片層22對(duì)其進(jìn)行匯聚并轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌ㄐ问降碾姶挪ㄉ涑龅氖疽鈭D?？梢?jiàn)，通過(guò)在所述超材料模塊20的各個(gè)超材料片層22上形成具有某種排布規(guī)律的小孔224或在小孔224內(nèi)填充相同或不同介質(zhì)來(lái)調(diào)制各個(gè)超材料單元223的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，進(jìn)而在所述超材料片層22上形成多個(gè)具有折射率分布不連續(xù)的折射率圓的圓環(huán)區(qū)域24，使電磁波向特定的方向偏折，從而讓球面波形式的電磁波匯聚并轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌ㄐ问降碾姶挪?，減小了基站天線的半功率帶寬變小，提高了其方向性和增益，讓電磁波傳播的更遠(yuǎn)。以上所述僅是本發(fā)明的多個(gè)具體實(shí)施方式
和/或?qū)嵤├?，不?yīng)當(dāng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做出多個(gè)改進(jìn)和潤(rùn)飾，而這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。比如，上述實(shí)施例中所述的方式可以幾個(gè)結(jié)合起來(lái)使用，亦能得到所述超材料片層22所需的分段式或不連續(xù)的 折射率分布。所述小孔224也可以是任何形狀的孔。
權(quán)利要求
1.一種基站天線，其特征在于，包括具有多個(gè)呈陣列排布的振子的天線模塊及對(duì)應(yīng)這些振子設(shè)置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層由多個(gè)超材料單元排列而成，每個(gè)超材料單元上形成有小孔；每個(gè)超材料片層正對(duì)每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，讓所述小孔排布于位于每個(gè)折射率分布區(qū)內(nèi)以正對(duì)每一振子的中心的位置為圓心的多個(gè)同心圓的超材料單元上，以便形成以正對(duì)相應(yīng)振子的中心的位置為圓心的多個(gè)折射率圓，每個(gè)折射率分布區(qū)由若干同心的折射率圓構(gòu)成一個(gè)圓環(huán)區(qū)域，每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一折射率圓上各點(diǎn)的折射率相同，而隨著折射率圓的直徑的增大，各個(gè)折射率圓的折射率減小且減小量增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑折射率圓的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的最大直徑折射率圓的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是深度相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率小于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的直徑增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是深度相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑相同，而隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的直徑減??；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是直徑相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率小于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度相同，而隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的深度增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度小于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是直徑相等的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于所述基板的折射率時(shí)，排布于每個(gè)折射率分布區(qū)內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度相同，而隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的深度減小；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)以上所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是幾何尺寸相同的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率小于所述基板的折射率時(shí)，排布于同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的數(shù)量增多；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量少于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成一個(gè)以上所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是幾何尺寸相同的圓孔，當(dāng)所述小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于所述基板的折射率時(shí)，排布于同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔的數(shù)量減少；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量少于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔的數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、4或6所述的基站天線，其特征在于，所述小孔內(nèi)填充的是空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，每個(gè)超材料單元上形成個(gè)數(shù)相同的所述小孔，而各個(gè)超材料單元上的小孔是幾何尺寸相同的圓孔，排布于每個(gè)折射率分布區(qū)內(nèi)的同一同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率相同，隨著同心圓的直徑的增大，排布于各個(gè)同心圓的超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率減??；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最大直徑同心圓的各個(gè)超材料單元上的小孔內(nèi)填充的介質(zhì)的折射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基站天線，其特征在于，所述超材料模塊的各個(gè)超材料片層對(duì)應(yīng)同一振子形成相同的折射率分布區(qū)和圓環(huán)區(qū)域，各個(gè)超材料片層對(duì)應(yīng)同一振子的直徑相同的折射率圓的折射率均相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基站天線，包括具有多個(gè)呈陣列排布的振子的天線模塊及對(duì)應(yīng)這些振子設(shè)置的超材料模塊，所述超材料模塊包括超材料片層，所述超材料片層由多個(gè)超材料單元排列而成，每個(gè)超材料單元上形成有小孔；所述超材料片層正對(duì)每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，讓所述小孔排布于位于以正對(duì)每一振子的中心的位置為圓心的多個(gè)同心圓的超材料單元上，從而形成多個(gè)折射率圓，由若干折射率圓構(gòu)成一個(gè)圓環(huán)區(qū)域，同一折射率圓上各點(diǎn)的折射率相同，隨著折射率圓的直徑的增大，各個(gè)折射率圓的折射率減小且減小量增大；各個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)最小直徑折射率圓的折射率大于直徑更小的相鄰圓環(huán)區(qū)域內(nèi)的最大直徑折射率圓的折射率，以提高基站天線的方向性和增益。
文檔編號(hào)H01Q15/02GK102904050SQ20111021633
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 洪運(yùn)南 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司