專利名稱：一種波束可控的透鏡及維瓦爾第天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線和新型人工電磁材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于微波頻段波束方向可控的透鏡及維瓦爾第天線。
背景技術(shù)：
新型人工電磁材料(Metamaterials)是一種可以人工設(shè)計(jì)、滿足特定等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率要求的電磁材料。十多年的發(fā)展使得新型人工電磁材料走出了實(shí)驗(yàn)室，在隱身、 天線設(shè)計(jì)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。維瓦爾第天線是一種開口按照指數(shù)漸變分布的槽線天線，由于其平面結(jié)構(gòu)和超寬帶特性，使得其在實(shí)際問題中具有很多應(yīng)用。傳統(tǒng)的維瓦爾第天線的波束控制一般采用多天線組成相控陣來實(shí)現(xiàn)，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜程度增加，制造繁瑣。打孔介質(zhì)單元(drilled-holes dielectric unit)是在普通的F4B或者FR4介質(zhì)基板上打孔從而來改變這種材料的等效電磁參數(shù)(介電常數(shù)，折射率等)。由于介質(zhì)塊本身具有很寬的帶寬，多以用這種單元結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的新型電磁材料也具有很高的帶寬。在具體實(shí)現(xiàn)上孔徑的大小和介質(zhì)塊得厚度都會(huì)影響這種介質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的等效電磁參數(shù)。一般，如果孔徑越小，厚度越大的話，等效的折射率和介電常數(shù)也會(huì)越大。這種方式已經(jīng)有很廣的研究和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種可以方便進(jìn)行波束控制的維瓦爾第天線。本發(fā)明的另一目的在于提供一種波束可控的透鏡。技術(shù)方案本發(fā)明所述的波束可控的維瓦爾第天線，包括介質(zhì)基板，覆在所述介質(zhì)基板上的開口呈喇叭狀的銅箔，在喇叭狀開口處設(shè)置有一個(gè)圓柱狀透鏡，所述透鏡沿縱向由兩部分組成，第一部分的折射率為1 1.1 ；第二部分的折射率為
n = ,j2-((x2+(y-0.0U)2)/0.03)2，χ表示以所述透鏡的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的橫坐標(biāo)的位
置，y表示以所述透鏡的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的縱坐標(biāo)的位置；所述透鏡的圓心沿坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)方向平移14mm后與原來透鏡所在空間形成的交界面為所述第一部分與第二部分的分界面。所述透鏡是由兩種半徑不同的圓形打孔介質(zhì)板交錯(cuò)層疊構(gòu)成，通過改變打孔介質(zhì)板的孔徑大小得到不同的等效折射率從而實(shí)現(xiàn)第一部分和第二部分的折射率分布。本發(fā)明所述的波束可控的透鏡，為圓柱狀，沿縱向由兩部分組成，第一部分的折射
率為1 1. 1 ；第二部分的折射率為《 = ^2-((X2 +(y-0.014)2)/0.03)2，X表示以所述透鏡的
圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的橫坐標(biāo)的位置，y表示以所述透鏡的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的縱坐標(biāo)的位置；所述透鏡的圓心沿坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)方向平移14mm后與原來透鏡所在空間形成的交界面為所述第一部分與第二部分的分界面。
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所述透鏡是由兩種半徑不同的圓形打孔介質(zhì)板交錯(cuò)層疊構(gòu)成，通過改變打孔介質(zhì)板的孔徑大小得到不同的等效折射率從而實(shí)現(xiàn)第一部分和第二部分的折射率分布。本發(fā)明利用一種特制的透鏡使維瓦爾第天線的波束方向得到控制，而且其他的性能也有一定程度的提高。通過在維瓦爾第天線開口處放置由人工電磁材料構(gòu)成的透鏡，隨著透鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得波束的方向會(huì)隨著變化。該天線和透鏡都具有制造簡單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)O本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1、本發(fā)明制作簡單，加工方便，傳統(tǒng)的波束控制一般用多天線組成相控陣來實(shí)現(xiàn)，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜程度增加，制造繁瑣；而利用打孔介質(zhì)板可以方便地進(jìn)行等效媒質(zhì)的折射率調(diào)控，從而滿足我們透鏡的要求；2、本發(fā)明具有寬帶特性，我們采用介質(zhì)打孔方式作為組成單元，這種方式構(gòu)造的人工媒質(zhì)具有很高的帶寬，而維瓦爾第天線本身也是超寬帶的，這就使得兩者的結(jié)合體也具有寬帶特性；3、本發(fā)明同時(shí)具備便攜、容易集成等優(yōu)點(diǎn)，透鏡的大小和維瓦爾第天線的寬度等同，可以和維瓦爾第天線很好的結(jié)合，具有攜帶方便、集成簡單等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為波束可控的維瓦爾第天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是透鏡的俯視示意圖。圖4為圖3中第一部分和第二部分的關(guān)系示意圖。圖5是本發(fā)明中使用的單元介質(zhì)板結(jié)構(gòu)。圖6是圖5中單元結(jié)構(gòu)改變打孔孔徑D后，得到的等效折射率的曲線。D從0. 2mm 變化到1. 9mm,單元結(jié)構(gòu)9的等效折射率從1. 61到1. 19，單元結(jié)構(gòu)8的等效折射率從1. 405 到 1. 10。圖7至圖10是測試的E面方向圖，圖中包含透鏡左轉(zhuǎn)90度、左轉(zhuǎn)45度、處在中間位置、右轉(zhuǎn)45度、右轉(zhuǎn)90度等情況的比較。圖7、圖8、圖9、圖10分別對應(yīng)8GHz，9GHz， IOGHz和IlGHz時(shí)波束控制情況。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。一種波束可控的維瓦爾第天線，包括介質(zhì)基板2，覆在所述介質(zhì)基板2上的開口呈喇叭狀的銅箔1，在喇叭狀開口處設(shè)置有一個(gè)圓柱狀透鏡3 ；通過轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)圓柱形透鏡，同時(shí)保持維瓦爾第天線不動(dòng)，來調(diào)節(jié)電磁波束的輻射方向。于此同時(shí)，該透鏡還可以適當(dāng)增加維瓦爾第天線的增益和定向性。由于維瓦爾第天線具有平面寬帶特性，而利用打孔介質(zhì)板制造的特殊透鏡具有制造簡單、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，這兩者的結(jié)合將是天線動(dòng)態(tài)波束輻射方向上的具有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng)新。所述透鏡3沿縱向由兩部分組成，每部分對應(yīng)不同的參數(shù)分布，第一部分7的折射率為1 1. 1 ；第二部分6的折射率為《 = ^2-((X2+Cy-0.014)2)/0.03)2，X表示以所述透鏡
3的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的橫坐標(biāo)的位置，y表示以所述透鏡3的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的縱坐標(biāo)的位置；所述透鏡3的圓心沿坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)方向平移14mm后與原來透鏡所在空間形成的交界面為所述第一部分7與第二部分6的分界面。所述透鏡3是由很多層半徑不同的圓形打孔介質(zhì)板4、5交錯(cuò)層疊構(gòu)成。打孔介質(zhì)板的基本單元為單元結(jié)構(gòu)8、9，其孔徑大小可改變，以得到不同的等效折射率分布，通過調(diào)節(jié)打孔的孔徑，來調(diào)節(jié)等效媒質(zhì)的折射率。如圖6所示為兩種打孔介質(zhì)板單元結(jié)構(gòu)8、9的等效折射率隨著打孔孔徑的大小D而變化。單元結(jié)構(gòu)9隨著孔徑D從0. 2mm到1. 9mm,其等效折射率從1. 61到1. 19 ；單元結(jié)構(gòu)8隨著孔徑D從0. 2mm到1. 9mm，其等效折射率從1. 405到1. 10。圖7至圖10的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著透鏡從左到右旋轉(zhuǎn)90度，相應(yīng)的波束輻射方向從左偏20度到右偏20度，很好地實(shí)現(xiàn)了波束控制這種功能。另外，該透鏡還可以在設(shè)計(jì)頻段上提高維瓦爾第天線的增益和定向性。具體的提高指標(biāo)如表1所示。表1維瓦爾第天線的增益和定向性的提高指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種波束可控的維瓦爾第天線，包括介質(zhì)基板O)，覆在所述介質(zhì)基板(2)上的開口呈喇叭狀的銅箔(1)，其特征在于在喇叭狀開口處設(shè)置有一個(gè)圓柱狀透鏡(3)，所述透鏡C3)沿縱向由兩部分組成，第一部分(7)的折射率為1 1. 1 ；第二部分(6)的折射率為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波束可控的維瓦爾第天線，其特征在于所述透鏡(3)是由兩種半徑不同的圓形打孔介質(zhì)板交錯(cuò)層疊構(gòu)成。
3.一種波束可控的透鏡，其特征在于所述透鏡⑶為圓柱狀，沿縱向由兩部分組成，第一部分(7)的折射率為1 1. 1 ；第二部分(6)的折射率為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于所述透鏡C3)是由兩種半徑不同的圓形打孔介質(zhì)板(4、幻交錯(cuò)層疊構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種波束可控的維瓦爾第天線，包括介質(zhì)基板，覆在所述介質(zhì)基板上的開口呈喇叭狀的銅箔，在喇叭狀開口處設(shè)置有一個(gè)圓柱狀透鏡，所述透鏡沿縱向由兩部分組成，第一部分的折射率為1～1.1；第二部分的折射率為x表示以所述透鏡的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的橫坐標(biāo)的位置，y表示以所述透鏡的圓心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)的縱坐標(biāo)的位置；所述透鏡的圓心沿坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)方向平移14mm后與原來透鏡所在空間形成的交界面為所述第一部分與第二部分的分界面。本發(fā)明制作簡單，加工方便，傳統(tǒng)的波束控制一般用多天線組成相控陣來實(shí)現(xiàn)，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜程度增加，制造繁瑣；而利用打孔介質(zhì)板可以方便地進(jìn)行等效媒質(zhì)的折射率調(diào)控，從而滿足我們透鏡的要求。
文檔編號H01Q19/06GK102255140SQ20111009982
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者周斌, 崔鐵軍 申請人:東南大學(xué)