專利名稱：一種偏饋式雷達(dá)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)天線領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種使用超材料的偏饋式雷達(dá)天線。
背景技術(shù)：
雷達(dá)天線通過反射器將饋源輻射的球面波變?yōu)槠矫娌?，從而實現(xiàn)定向接收或者發(fā)射電磁波，目前使用的反射器是拋物面形狀，饋源位于反射器的焦點附近。雷達(dá)天線的工作原理與光學(xué)反射鏡相似，現(xiàn)有的雷達(dá)拋物面天線如

圖1所示，包括潰源1、拋物面反射器2和支架3，在拋物面反射器2的焦點處放置有發(fā)射或者接收電磁波的饋源1，利用拋物面反射器2的聚焦特性，由饋源I發(fā)出的球面波經(jīng)拋物面反射器2反射后變換成平面波，形成沿拋物面軸向輻射最強的窄波束。為了制造拋物反射面通常利用模具鑄造成型或者采用數(shù)控機床進(jìn)行加工的方法。第一種方法的工藝流程包括制作拋物面模具、鑄造成型拋物面和進(jìn)行拋物反射面的安裝。工藝比較復(fù)雜，成本高，而且拋物面的形狀要比較準(zhǔn)確才能實現(xiàn)天線的定向傳播，所以對加工精度的要求也比較高。第二種方法采用大型數(shù)控機床進(jìn)行拋物面的加工，通過編輯程序，控制數(shù)控機床中刀具所走路徑，從而切割出所需的拋物面形狀。這種方法切割很精確，但是制造這種大型數(shù)控機床比較困難，而且成本比較高。超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。超材料通過對微結(jié)構(gòu)的有序排列，可以改變超材料中每點的相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，實現(xiàn)物質(zhì)的折射率分布的非均勻性從而控制電磁波在材料中的傳播路徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中制造拋物面天線生產(chǎn)工藝復(fù)雜的問題，提供一種偏饋式雷達(dá)天線，該天線提出了一種結(jié)構(gòu)簡單的具有平面反射板的雷達(dá)天線，這種平面結(jié)構(gòu)的天線具有拋物面天線可以定向接收或者發(fā)射電磁波的優(yōu)點，同時避免了生產(chǎn)拋物面天線時的復(fù)雜工藝。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的如下技術(shù)方案一種偏饋式雷達(dá)天線，所述天線包括饋源，用于輻射電磁波；超材料面板，用于將所述饋源輻射出的電磁波從球面電磁波轉(zhuǎn)化為平面電磁波，所述天線還包括位于超材料面板一側(cè)的反射板，用于將電磁波反射到所述超材料面板進(jìn)行匯聚折射并向遠(yuǎn)處輻射，所述饋源位于所述超材料面板的另一側(cè)且在超材料面板的非正對區(qū)域，所述超材料面板包括多個具有相同折射率分布的核心層，所述超材料面板的每一核心層由多個超材料單元組成，所述超材料單元包括設(shè)置有一個或多個小孔的單元基材；所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率逐漸減?。辉谒雒恳话氕h(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率也逐漸減小，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生折射率突變，即交界處的折射率位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要大。
進(jìn)一步地，所述超材料面板還包括分布于所述核心層一側(cè)的多個漸變層，所述每一漸變層均包括片狀的基板層、片狀的填充層以及設(shè)置在所述基板層和填充層之間的空氣層。進(jìn)一步地，所述填充層內(nèi)填充的介質(zhì)包括空氣以及與所述基板層相同材料的介質(zhì)。進(jìn)一步地，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，圓心處的折射率為最大值nmax，且隨著半徑的增加折射率從最大值nmax逐漸減小到最小值nmin ;在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率也是從最大值n_逐漸減小到最小值η.。進(jìn)一步地，所述每一超材料單元上形成有一個小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率小于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔體積在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積也逐漸增加；在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積也逐漸增加，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔體積突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔體積在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要小。進(jìn)一步地，所述每一超材料單元上形成有一個小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率大于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔體積在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積減??；在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積也逐漸減小，且相連的 兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔體積突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔體積在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要大。進(jìn)一步地，所述超材料單元上形成有數(shù)量不同、體積相同的小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率小于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔數(shù)量在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量逐漸增加；在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量也逐漸增加，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔數(shù)量突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要少。進(jìn)一步地，所述超材料單元上形成有數(shù)量不同、體積相同的小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率大于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔數(shù)量在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量逐漸減?。辉谒雒恳话氕h(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量逐漸減小，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔數(shù)量突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要多。進(jìn)一步地，所述超材料面板的每一核心層的折射率以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心，隨著半徑r的變化規(guī)律如以下表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種偏饋式雷達(dá)天線，所述天線包括饋源，用于輻射電磁波；超材料面板，用于將所述饋源輻射出的電磁波從球面電磁波轉(zhuǎn)化為平面電磁波，其特征在于，所述天線還包括位于超材料面板一側(cè)的反射板，用于將電磁波反射到所述超材料面板進(jìn)行匯聚折射并向遠(yuǎn)處輻射，所述饋源位于所述超材料面板的另一側(cè)且在超材料面板的非正對區(qū)域，所述超材料面板包括多個具有相同折射率分布的核心層，所述超材料面板的每一核心層由多個超材料單元組成，所述超材料單元包括設(shè)置有一個或多個小孔的單元基材；所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率逐漸減?。辉谒雒恳话氕h(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率也逐漸減小，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生折射率突變，即交界處的折射率位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述超材料面板還包括分布于所述核心層一側(cè)的多個漸變層，所述每一漸變層均包括片狀的基板層、片狀的填充層以及設(shè)置在所述基板層和填充層之間的空氣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述填充層內(nèi)填充的介質(zhì)包括空氣以及與所述基板層相同材料的介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，圓心處的折射率為最大值nmax，且隨著半徑的增加折射率從最大值nmax逐漸減小到最小值nfflin ;在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率也是從最大值nmax逐漸減小到最小 nmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于所述每一超材料單元上形成有一個小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率小于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔體積在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積也逐漸增加；在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積也逐漸增加，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔體積突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔體積在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于所述每一超材料單元上形成有一個小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率大于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔體積在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積減?。辉谒雒恳话氕h(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔體積也逐漸減小，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔體積突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔體積在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于所述超材料單元上形成有數(shù)量不同、體積相同的小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率小于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔數(shù)量在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量逐漸增加；在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量也逐漸增加，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔數(shù)量突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要少。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于所述超材料單元上形成有數(shù)量不同、體積相同的小孔，所述小孔內(nèi)填充有折射率大于單元基材折射率的介質(zhì)，且所有超材料單元內(nèi)的小孔都填充相同材料的介質(zhì)，所述設(shè)置在超材料單元內(nèi)的小孔數(shù)量在每一核心層內(nèi)的排布規(guī)律為所述超材料面板的每一核心層包括一個以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心的半圓形區(qū)域和多個與半圓形區(qū)域同心的半環(huán)形區(qū)域，在所述半圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量逐漸減??；在所述每一半環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量逐漸減小，且相連的兩個區(qū)域的交界處發(fā)生小孔數(shù)量突變，即交界處在所述超材料單元上形成的小孔數(shù)量在位于半徑大的區(qū)域時比位于半徑小的區(qū)域時要多。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任意一項所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述超材料面板的每一核心層的折射率以所述饋源在每一核心層上的正投影為圓心，隨著半徑r的變化規(guī)律如以下表達(dá)式
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述超材料面板的每一漸變層內(nèi)的折射率均勻分布的，且多個漸變層間折射率分布的變化規(guī)律如以下表達(dá)式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種偏饋式雷達(dá)天線，該天線包括饋源、超材料面板以及反射板，所述饋源位于所述超材料面板的另一側(cè)且在超材料面板的非正對區(qū)域，所述超材料面板包括多個具有相同折射率分布的核心層，所述超材料面板的每一核心層由多個超材料單元組成，所述超材料單元包括設(shè)置有一個或多個小孔的單元基材。本發(fā)明的一種偏饋式雷達(dá)天線通過改變超材料面板內(nèi)部的折射率分布情況，使得天線遠(yuǎn)場功率大大地增強了，進(jìn)而提升了天線傳播的距離，同時增加了天線的前后比，使得天線更具方向性；本發(fā)明采用了偏饋式雷達(dá)天線，使得饋源對電磁波的輻射不再遮攔，同時也避免了輻射的電磁波對饋源的影響。
文檔編號H01Q15/00GK103036039SQ20111021036
公開日2013年4月10日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 洪運南 申請人: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