專利名稱：副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線。
背景技術(shù)：
微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，它屬于無線電中波長最短(頻率最高)的波段，其頻率范圍從300MHz (波長Im)至300GHz (波長O. Im)。工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發(fā)射或接收天線統(tǒng)稱為微波天線。在微波天線中，應(yīng)用較廣的有拋物面天線、喇叭拋物面天線、喇叭天線及透鏡天線 等。例如，現(xiàn)有的衛(wèi)星電視接收天線就是拋物面天線，所述拋物面天線負(fù)責(zé)將衛(wèi)星信號(hào)反射到饋源和高頻頭內(nèi)。饋源是在拋物面天線的焦點(diǎn)處設(shè)置的一個(gè)用于收集衛(wèi)星信號(hào)的喇叭，又稱波紋喇叭。其主要功能有兩個(gè)一是將天線接收的電磁波信號(hào)收集起來，變換成信號(hào)電壓，供給高頻頭。二是對接收的電磁波進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換。高頻頭LNB (亦稱降頻器)是將饋源送來的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行降頻和信號(hào)放大然后傳送至衛(wèi)星接收機(jī)。LNB的工作流程就是先將衛(wèi)星高頻訊號(hào)放大至數(shù)十萬倍后再利用本地振蕩電路將高頻訊號(hào)轉(zhuǎn)換至中頻950MHz-2050MHz，以利于同軸電纜的傳輸及衛(wèi)星接收機(jī)的解調(diào)和工作。衛(wèi)星接收機(jī)是將高頻頭輸送來的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)出衛(wèi)星電視圖像或數(shù)字信號(hào)和伴音信號(hào)。接收衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，平行的電磁波通過拋物面天線反射后，匯聚到饋源上。通常，拋物面天線對應(yīng)的饋源是一個(gè)喇叭天線。然而，由于拋物面天線的反射面的曲面加工難度大，精度要求也高，制造麻煩，且成本較高。此外，所述現(xiàn)有的拋物面天線體積較大、口徑效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有的微波天線加工不易、成本高的缺陷，提供一種加工簡單、制造成本低的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其包括第一副反射面、饋源、第二副反射面及透射超材料板，所述第二副反射面是超材料面板，所述超材料面板設(shè)置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設(shè)置在核心層一側(cè)表面的反射板，所述核心層包括至少一個(gè)核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)；所述核心層片層按照折射率分布可劃分為分布在中心孔周圍且與所述中心孔共圓心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)相同半徑處的折射率相同，且在環(huán)形區(qū)域各自的區(qū)域內(nèi)隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個(gè)環(huán)形區(qū)域中處于內(nèi)側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最小值小于處于外側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最大值；所述第二副反射面是對電磁波的擴(kuò)張等效于旋轉(zhuǎn)雙曲面的反射面；所述饋源設(shè)置在所述中心孔上，所述第一副反射面是旋轉(zhuǎn)橢圓面，所述透射超材料板套在所述旋轉(zhuǎn)橢圓面上，所述第一副反射面位于所述第二副反射面的前方，并用于將從所述饋源發(fā)射過來的電磁波反射到所述第二副反射面上，所述電磁波分別經(jīng)所述第二副反射面及透射超材料板調(diào)制后射出。進(jìn)一步地，所述饋源相位中心置于所述旋轉(zhuǎn)橢圓面的遠(yuǎn)端焦點(diǎn)上。進(jìn)一步地，所述核心層片層還包括覆蓋人造微結(jié)構(gòu)的填充層。進(jìn)一步地，所述中心孔的圓心為核心層片層的中心，所述多個(gè)環(huán)形區(qū)域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率nl(r)分布滿足如下公式

權(quán)利要求
1.一種副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，包括第一副反射面、饋源、第二副反射面及透射超材料板，所述第二副反射面是超材料面板，所述超材料面板設(shè)置有位于其中心的中心孔，所述超材料面板包括核心層及設(shè)置在核心層一側(cè)表面的反射板，所述核心層包括至少一個(gè)核心層片層，所述核心層片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)； 所述核心層片層按照折射率分布可劃分為分布在中心孔周圍且與所述中心孔共圓心的多個(gè)環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)相同半徑處的折射率相同，且在環(huán)形區(qū)域各自的區(qū)域內(nèi)隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個(gè)環(huán)形區(qū)域中處于內(nèi)側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最小值小于處于外側(cè)的環(huán)形區(qū)域的折射率的最大值；所述第二副反射面是對電磁波的擴(kuò)張等效于旋轉(zhuǎn)雙曲面的反射面； 所述饋源設(shè)置在所述中心孔上，所述第一副反射面是旋轉(zhuǎn)橢圓面，所述透射超材料板套在所述旋轉(zhuǎn)橢圓面上，所述第一副反射面位于所述第二副反射面的前方，并用于將從所述饋源發(fā)射過來的電磁波反射到所述第二副反射面上，所述電磁波分別經(jīng)所述第二副反射面及透射超材料板調(diào)制后射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述饋源相位中心置于所述旋轉(zhuǎn)橢圓面的遠(yuǎn)端焦點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述核心層片層還包括覆蓋人造微結(jié)構(gòu)的填充層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述中心孔的圓心為核心層片層的中心，所述多個(gè)環(huán)形區(qū)域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率nl(r)分布滿足如下公式其中，nl (r)表示副反射面核心層片層上半徑為r處的折射率值； sO表示第二副反射面與透射超材料板之間的距離； Si表示旋轉(zhuǎn)雙曲面的內(nèi)側(cè)焦點(diǎn)與第二副反射面之間的距離； s2表示第二反射面的等效焦點(diǎn)與透射超材料面板之間的距離； d為核心層的厚度，Hfflax表示核心層片層上的折射率最大值； Ilmin表示核心層片層上的折射率最小值； 入表不工作波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述超材料面板還包括設(shè)置在核心層另一側(cè)的匹配層，以實(shí)現(xiàn)從空氣到核心層的折射率匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述透射超材料板呈圓環(huán)形，所述透射超材料板包括若干所述核心片層，所述核心片層的多個(gè)環(huán)形區(qū)域的折射率變化范圍相同，所述核心層片層的折射率n2(r)分布滿足如下公式
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述匹配層包括多個(gè)匹配層片層，每一匹配層片層具有單一的折射率，所述匹配層的多個(gè)匹配層片層的折射率均滿足以下公式
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述每一匹配層片層包括材料相同的第一基板及第二基板，所述第一基板與第二基板之間填充空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8任意一項(xiàng)所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述核心層的每一核心層片層的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)形狀相同，所述環(huán)形區(qū)域內(nèi)相同半徑處的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)具有相同的幾何尺寸，且在環(huán)形區(qū)域各自的區(qū)域內(nèi)隨著半徑的增大人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸逐漸減小，相鄰兩個(gè)環(huán)形區(qū)域，處于內(nèi)側(cè)的環(huán)形區(qū)域內(nèi)幾何尺寸最小的人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸小于處于外側(cè)的環(huán)形區(qū)域內(nèi)幾何尺寸最大的人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種副反射面為金屬橢球面和類雙曲型超材料的微波天線，包括第一副反射面、饋源、第二副反射面及透射超材料板，所述第二副反射面是超材料面板，所述超材料面板設(shè)置有位于其中心的中心孔，所述第二副反射面是對電磁波的擴(kuò)張等效于旋轉(zhuǎn)雙曲面的反射面；所述第一副反射面是旋轉(zhuǎn)橢圓面，所述第一副反射面位于所述第二副反射面的前方。本發(fā)明利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面及一個(gè)類雙曲面型的平板超材料作為副反射面進(jìn)行多次反射，將波束擴(kuò)寬、對口徑面上的能量分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高天線的口徑效率，且在效果上等效于具有長焦距的微波天線，可以得到良好的遠(yuǎn)場輻射場響應(yīng)，同時(shí)天線的結(jié)構(gòu)也更加緊湊；此外，其加工難度小，成本低。
文檔編號(hào)H01Q19/06GK102820546SQ201210268478
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 楊青 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司