[发明专利]一种天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及可以实现阵列功能的天线。

背景技术

阵列天线是由两个或两个以上天线单元按照某种规则排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。阵列天线比单个单元天线的方向性好，所以为了获得更好的方向性，通常构造阵列天线来实现。

按单元排列方式不同可将阵列天线分为线阵和面阵。最常用的线阵是各单元的中心依次等距排列在一条直线上的直线阵。多个直线阵在某一平面上按一定间隔排列就构成平面阵。

图1为平面阵列天线的示意图，整个平面阵列由一系列天线单元排列而成。

现有技术就是通过把各个实际的天线单元一个个加工出来，并排列起来以实现平面阵列天线，比如说平面缝隙阵列天线，就是在导体上割出一个个特定尺寸、相距特定间距的缝隙来实现的，如图2所示。

现有技术形成阵列天线的方法很机械，需要重复一个个天线单元的加工，工艺要求高，加工比较麻烦。

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。超材料通过对微结构的有序排列，可以改变超材料中每点的介电常数和磁导率，实现超材料的折射率分布的非均匀性从而控制电磁波在材料中的传播路径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中制造阵列天线生产工艺复杂的问题，提出了一种结构简单可以实现阵列功能的天线。

当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，相邻单元折射率变化越大偏折角越大，通过设计折射率在材料中的分布，可以改变电磁波的传播路径，使用中间轴向的折射率最大周围折射率呈逐渐减小、而且随着半径的增大折射率的变化量逐渐增大的超材料面板可以使相互平行且垂直于超材料面板入射的电磁波经超材料折射后汇聚到一点即超材料面板的焦点上，本发明就是利用了超材料的汇聚特性实现了具有阵列功能的天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天线包括天线单元和具有汇聚功能的超材料面板，相互平行且垂直于超材料面板入射的电磁波束经过超材料面板折射后在一点汇聚，该汇聚点是超材料面板的焦点，天线单元位于该焦点上。

在本发明的优选实施方式中，超材料面板的折射率在垂直于该超材料面板的中心轴向上最大，以中心轴为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同，天线单元位于超材料面板的中心轴向上。

在本发明的优选实施方式中，超材料面板包括片状基板，该片状基板包括基材以及附着在该基材上的多个人造微结构。

在本发明的优选实施方式中，超材料面板由至少一片片状基板堆叠而成。

在本发明的优选实施方式中，片状基板中心点处的折射率最大、以中心点为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同。

在本发明的优选实施方式中，片状基板以中心点为圆心，相同半径上的人造微结构相同，随着半径逐渐增大人造微结构的尺寸逐渐变小。

在本发明的优选实施方式中，人造微结构是以几何图案附着在基材上的金属线。

在本发明的优选实施方式中，几何图案为在工字形或者工字形的衍生形。

在本发明的优选实施方式中，几何图案为雪花状或者雪花状的衍生形。

实施本发明的天线，具有以下有益效果：该天线结构简单，通过利用超材料对电磁波进行汇聚的特性，只需一个天线单元和一块超材料面板即可生成相当于传统阵列天线的众多天线单元。天线单元位于超材料面板的焦点上，由天线单元射向超材料面板的电磁波，经超材料面板折射后平行射出，平行射出的电磁波从超材料面板的出射面看过去，可以看做是一个个微小的点源的排列，每一个微小的点源可以看做一个天线单元，所以平行射出的电磁波相当于阵列天线的众多单元同时发射电磁波，因此，采用该技术方案与传统生成阵列天线的方法相比，结构简单，避免了现有技术中重复加工一个个天线单元工艺要求高、工序复杂的缺点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步详细地说明，附图中：

图1是现有技术中平面阵列天线的示意图；

图2是现有技术中平面缝隙阵列天线的示意图；

图3是本发明提出的天线发射电磁波时的示意图；

图4是本发明提出的天线等效为阵列天线的示意图；

图5是超材料面板汇聚特性的示意图；

图6是由四片片状基板堆叠而成的超材料面板汇聚特性的示意图；