專利名稱：一種喇叭天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種喇叭天線。
背景技術(shù)：
喇叭天線，即波導(dǎo)終端張開成喇叭狀的天線，由于喇叭天線結(jié)構(gòu)簡單和方向圖易于控制，通常用作中等方向性天線，如標準喇叭，最常見的是用作反射面的饋源。當它用作獨立天線時，一般都加上校正相位的反射面或透鏡。喇叭-拋物反射面天線具有頻帶寬、副瓣低和效率高等特性，常用于微波中繼通信。而透鏡因其重量較重和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，已很少用作喇叭的相位校正。但是拋物反射面的加工精度要求高、加工難度大，因此成本也較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有的喇叭天線加工難度大、成本高的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的喇DA天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種喇叭天線，包括喇叭及設(shè)置在喇叭外側(cè)開口中的超材料平板，所述超材料平板包括第一基板及附著在第一基板一側(cè)表面上的多個人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為由導(dǎo)電材料制成的絲線，所述人造微結(jié)構(gòu)具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一支線，所述第二主線兩端連接有兩個第二支線，每一所述第一支線的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線，每一所述第二支線的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線。進一步地，所述第一主線及第二主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長度相同，所述兩個第一支線長度相同，所述第一主線兩端連接在兩個第一支線的中點上，所述兩個第二支線長度相同，所述第二主線兩端連接在兩個第二支線的中點上，所述第一支線與第二支線的長度相等。進一步地，所述第一折線與第一支線所成的夾角為Q1，所述第二折線與第二支線所成的夾角為Q 2，且有，0 1= 0 2 ; 0 丄彡 45°。進一步地，所述第一折線與第一支線所成的夾角Q1及所述第二折線與第二支線所成的夾角92均為45度。進一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm ^ H2 ^ 0. 5mm ；所述人造微結(jié)構(gòu)各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ 0. 3mm ；所述第一折線與第二折線的距離為Cl1,0. 08mm ^ (I1 ^ 0. 3mm ； 所述第一折線的末端與第一主線平齊，所述第二折線的末端與第二主線平齊，所述第一折線與第二折線等長；所述第一折線的末端與第一主線的距離為d2，0. 08mm ^ d2 ^ 0. 3mm ；所述第二折線的末端與第二主線的距離為d3，0. 08mm ^ d3 ^ 0. 3mm ；
并且,相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔為WL,0. 08mm ^ WL ^ 0. 3mm ；相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的距離為L，Imm彡L彡30mm。進一步地，所述超材料平板還包括覆蓋在多個人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。進一步地，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為氏，0. Imm ^ H1 ^ 1mm。進一步地，所述第一基板與第二基板的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為
2.5—2. 8 o進一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料或 聚苯乙烯制成。進一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)由銅線或者銀線制成，所述人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述第一基板上。進一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)由銦錫氧化物、碳納米管或者石墨制成。根據(jù)本發(fā)明的喇叭天線，在喇叭外側(cè)開口中設(shè)置有超材料平板，該超材料平板能夠?qū)崿F(xiàn)一定頻段內(nèi)的零折射率，喇叭天線的波前相位由球面波被調(diào)制為均勻平面波，方向圖波束角變窄、旁瓣降低，并且增益提高，同時該喇叭天線結(jié)構(gòu)簡單、成本低。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明第一實施例的喇叭天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示的喇叭天線其超材料平板的結(jié)構(gòu)示意圖(透視);圖3是圖I所示的喇叭天線去掉第二基板后的正視圖；圖4是本發(fā)明第二實施例的喇叭天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4所示的喇叭天線其超材料平板的結(jié)構(gòu)示意圖(透視)；圖6是圖4所示的喇叭天線去掉第二基板后的正視圖；圖7是單個人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明第三實施例的喇叭天線其超材料平板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明第四實施例的喇叭天線其超材料平板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明一種尺寸的超材料平板仿真示意圖；圖11是本發(fā)明另一種尺寸的超材料平板的仿真示意圖；圖12是本發(fā)明的喇叭天線近場電磁分布仿真示意圖；圖13是本發(fā)明的喇叭天線的遠場仿真示意圖。
具體實施例方式如圖I至圖3所示，為本發(fā)明第一實施例的喇叭天線，包括喇叭LB及設(shè)置在喇叭LB外側(cè)開口中的超材料平板100，超材料平板100包括第一基板I、附著在第一基板I 一側(cè)表面上的多個人造微結(jié)構(gòu)3及覆蓋在多個人造微結(jié)構(gòu)3上的第二基板2。所述人造微結(jié)構(gòu)3具有相互垂直平分的第一主線31及第二主線32，所述第一主線31與第二主線32的長度相同，所述第一主線31兩端連接有相同長度的兩個第一支線Zl，所述第一主線31兩端連接在兩個第一支線Zl的中點上，所述第二主線32兩端連接有相同長度的兩個第二支線Z2，所述第二主線32兩端連接在兩個第二支線Z2的中點上，所述第一支線Zl與第二支線Z2的長度相等，每一所述第一支線Zl的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線ZX1，每一所述第二支線Z2的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線ZX2。本實施例中，如圖I所示，喇叭LB為角錐喇叭，相應(yīng)的超材料平板100為圖2所示的方形板。圖2為本實施例的超材料平板的透視圖，即假定第一基板與第二基板透明，人造微結(jié)構(gòu)不透明。本實施例中，如圖7所示，所述每個人造微結(jié)構(gòu)中，所述第一折線ZXl與第一支線Zl所成的夾角為Q1，所述第二折線ZX2與第二支線Z2所成的夾角為02，且有，0 1= 0 2 ; 0 丄彡 45°。優(yōu)選地，所述第一折線ZXl與第一支線Zl所成的夾角0 !及所述第二折線ZX2與第二支線Z2所成的夾角e2均為45度。即第一折線Zl與第二折線Z2平行。本實施例中，如圖2及圖3所示，所述人造微結(jié)構(gòu)各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm < H2 < 0. 5mm ;所述人造微結(jié)構(gòu)各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ 0. 3mm ；所述第一折線與第二折線的距離為(I1,0. 08mm ^ (I1 ^ 0. 3mm ；所述第一折線的末端與第一主線平齊，所述第二折線的末端與第二主線平齊，所述第一折線與第二折線等長；所述第一折線的末端與第一主線的距離為d2，0. 08mm ^ d2 ^ 0. 3mm ；所述第二折線的末端與第二主線的距離為d3，0. 08mm ^ d3 ^ 0. 3mm ；并且，相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔為WL，0. 08mm彡WL彡0. 3mm ;如圖3所示，WL即為相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)的相對的兩個第一支線的距離，也即相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)的相對的兩個第二支線的距離。相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的距離為L，Imm彡L彡30mm ;如圖3所示，L即為相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)的兩個的第一支線(或兩個第二支線)之間的距離；也即相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)中心點之間的距離。L的長度與入射電磁波有關(guān)，通常L的長度小于入射電磁波的波長，例如L可以是入射電磁波的十分之一，這樣可以對入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的響應(yīng)。本實施例中，所述人造微結(jié)構(gòu)3為由導(dǎo)電材料制成的絲線。例如銅線、銀線及其它金屬線，采用金屬材料制成的人造微結(jié)構(gòu)，可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述第一基板I上。另外，人造微結(jié)構(gòu)3還可以由其它非金屬的導(dǎo)電材料制成，例如，銦錫氧化物、碳納米管或者石墨等。本發(fā)實施例中，所述第一基板I與第二基板2厚度相同，其厚度為H1,0. Imm ^ H1 ^ 1mm。并且，所述第一基板I與第二基板2的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為2. 5-2. 8。本實施例中，第一基板I及第二基板2可以由任意的介電材料制成，例如陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。高分子材料，例如可以有F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料或聚苯乙烯(PS)等。本實施例中，采用一種具有如下參數(shù)的超材料平板進行仿真，相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的距離L為2. 5mm ;人造微結(jié)構(gòu)的厚度H2為0. 018mm ；、
人造微結(jié)構(gòu)的線寬W為0. 13mm ；第一折線與第一支線所成的夾角為0 I等于45度，第二折線與第二支線所成的夾角為e2等于45度；第一折線與第二折線的距離Cl1為0. 13mm ;第一折線的末端與第一主線的距離(12為0. 13mm，所述第二折線的末端與第二主線的距離d3為0. 13mm ；相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔WL為0. 13mm ；第一基板與第二基板為介電常數(shù)為2. 7的FR-4復(fù)合材料，損耗正切為0. 002。 對具有上述參數(shù)的超材料平板進行仿真，即測試該超材料在不同頻率下的折射率，得到折射率相對于頻率的電磁響應(yīng)曲線如圖10所示。由圖10可知，該超材料平板在11. 2-12. 8GHz這個頻段內(nèi)(Ku波段)其等效折射率基本為零，實現(xiàn)了零折射率，其中在12GHZ這一點上，折射率為0. 05，應(yīng)當注意，此處的零折射率指的是折射率基本為零。根據(jù)Snell定律(nlsin 0 l=n2sin 0 2),當光線從零折射率材料(nl = 0)內(nèi)部入射到自由空間(n2>0)時，不論入射角0 1為多少，出射角0 2必然等于零，因此折射光線沿分界面法線方向射出，當介質(zhì)材料的等效折射率接近零時，放置在介質(zhì)中的偶極子天線向自由空間輻射的電磁波的方向主要集中在介質(zhì)-空氣界面的法線方向，從而實現(xiàn)了天線的高方向性。本實施例中具有上述參數(shù)的超材料平板在11. 2-12. 8GHz這個頻段內(nèi)具備零折射率的特性，因此將上述超材料平板設(shè)置在中心頻率為12GHZ的喇叭的外側(cè)開口中，可以改善喇機天線波前相位，獲得更高的增益。如圖12所示,為具有上述參數(shù)的超材料平板所構(gòu)成的如圖I所示的喇叭天線的近場電磁分布仿真示意圖(采用中間頻率為12GHZ的饋源)，從圖中可以看出，喇叭天線的波前相位由球面波被調(diào)制為均勻平面波。如圖13所示,為具有上述參數(shù)的超材料平板所構(gòu)成的如圖I所示的喇叭天線的遠場仿真示意圖(采用中間頻率為12GHZ的饋源)，從圖中可以看出，較標準喇叭，本發(fā)明的喇叭天線，其方向圖波束角變窄、旁瓣降低，并且增益提高。本實施例中，采用另一種具有如下參數(shù)的超材料平板進行仿真，相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的距離L為2. 5mm ;人造微結(jié)構(gòu)的厚度H2為0. 018mm ；人造微結(jié)構(gòu)的線寬W為0. 15mm ；第一折線與第一支線所成的夾角為0 I等于45度，第二折線與第二支線所成的夾角為e2等于45度；第一折線與第二折線的距離Cl1為0. 15mm ;第一折線的末端與第一主線的距離(12為0. 15mm，所述第二折線的末端與第二主線的距離d3為0. 15mm ；相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔WL為0. 15mm ；第一基板與第二基板為介電常數(shù)為2. 7的PS塑料板，損耗正切為0. 0002。對具有上述參數(shù)的超材料平板進行仿真，即測試該超材料在不同頻率下的折射率，得到折射率相對于頻率的電磁響應(yīng)曲線如圖11所示。由圖11可知，該超材料在13. 5-15GHZ這個頻段內(nèi)其等效折射率基本其等效折射率基本為零，實現(xiàn)了零折射率。具有上述參數(shù)的超材料平板所構(gòu)成的如圖I所示的喇叭天線的近場電磁分布仿真示意圖與圖12類似，饋源采用13. 5-15GHZ這個頻段的中間頻率。
具有上述參數(shù)的超材料平板所構(gòu)成的如圖I所示的喇叭天線的遠場仿真示意圖與圖13類似，，饋源采用13. 5-15GHZ這個頻段的中間頻率。當然，還可以通過改變超材料平板的上述多個參數(shù)實現(xiàn)其它頻段的零折射率，以形成不同頻段的喇叭天線。另外，如圖4至圖6所示，本發(fā)明還提供了第二實施例的喇叭天線，與第一實施例的區(qū)別在于，該實施例中，如圖4所示，喇叭LB為圓錐喇叭，相應(yīng)的超材料平板100為圖5所示的圓形薄板。同樣地，圖5為本實施例的超材料平板的透視圖，即假定第一基板與第二基板透明，人造微結(jié)構(gòu)不透明。圖8是本發(fā)明第三實施例的喇叭天線其超材料平板的結(jié)構(gòu)示意圖，與第一實施例的區(qū)別在于，本實施例中，超材料平板只由第一基板與人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。圖9是本發(fā)明第四實施例的喇叭天線其超材料平板的結(jié)構(gòu)示意圖，與第二實施例的區(qū)別在于，本實施例中，超材料平板只由第一基板與人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種喇叭天線，其特征在于，包括喇叭及設(shè)置在喇叭外側(cè)開口中的超材料平板，所述超材料平板包括第一基板及附著在第一基板一側(cè)表面上的多個人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為由導(dǎo)電材料制成的絲線，所述人造微結(jié)構(gòu)具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一支線，所述第二主線兩端連接有兩個第二支線，每一所述第一支線的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線，每一所述第二支線的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的喇叭天線，其特征在于，所述第一主線及第二主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長度相同，所述兩個第一支線長度相同，所述第一主線兩端連接在兩個第一支線的中點上，所述兩個第二支線長度相同，所述第二主線兩端連接在兩個第二支線的中點上，所述第一支線與第二支線的長度相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的喇叭天線，其特征在于，所述第一折線與第一支線所成的夾角為Q1，所述第二折線與第二支線所成的夾角為02，且有，0 F 0 2 ; 0 i ≤ 45。。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的喇叭天線，其特征在于，所述第一折線與第一支線所成的夾角Q1及所述第二折線與第二支線所成的夾角e2均為45度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的喇叭天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)各處的厚度相同，其厚度為 H2,0. Olmm < H2 < 0. 5mm ; 所述人造微結(jié)構(gòu)各處的線寬相同，其線寬為W，0. 08mm ≤ W ≤ 0. 3mm ； 所述第一折線與第二折線的距離為(I1,0. 08mm≤(I1≤0. 3mm ； 所述第一折線的末端與第一主線平齊，所述第二折線的末端與第二主線平齊，所述第一折線與第二折線等長； 所述第一折線的末端與第一主線的距離為d2,0. 08mm≤d2≤0. 3mm ； 所述第二折線的末端與第二主線的距離為d3，0. 08mm ≤d3 ≤0. 3mm ； 并且，相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔為WL,0. 08mm ≤ WL ≤ 0. 3mm ； 相鄰兩個人造微結(jié)構(gòu)之間的距離為L, Imm ≤ L ≤ 30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的喇叭天線，其特征在于，所述超材料平板還包括覆蓋在多個人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的喇叭天線，其特征在于，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為 HpO. Imm < H1 < 1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的喇叭天線，其特征在于，所述第一基板與第二基板的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為2. 5-2. 8。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的喇叭天線，其特征在于，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料或聚苯乙烯制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的喇叭天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)由銅線或者銀線制成，所述人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述第一基板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的喇叭天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)由銦錫氧化物、碳納米管或者石墨制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種喇叭天線，包括喇叭及設(shè)置在喇叭外側(cè)開口中的超材料平板，所述超材料平板包括第一基板及附著在第一基板一側(cè)表面上的多個人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為由導(dǎo)電材料制成的絲線，所述人造微結(jié)構(gòu)具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一支線，所述第二主線兩端連接有兩個第二支線，每一所述第一支線的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線，每一所述第二支線的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線。根據(jù)本發(fā)明的喇叭天線，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，增益高。
文檔編號H01Q13/02GK102723604SQ20121017387
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者劉若鵬, 劉豫青, 季春霖, 岳玉濤, 郭潔 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司