[发明专利]基于新型人工电磁材料的变形龙伯透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微波频段的变形龙伯透镜，属于透镜天线和新型人工电磁材料领域。 

背景技术

本发明中的新型人工电磁材料(Metamaterials)是电磁学中新兴的研究领域，其基础是等效媒质理论，由一系列设计的结构单元在亚波长尺度上按照一定规律排列构成。通过精心设计单元结构和尺寸大小，可以得到所需要的等效介电常数和磁导率。经过近些年的发展，新型人工电磁材料得到了长足的发展，在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用。基于新型人工电磁材料的龙伯透镜是利用新型人工电磁单元结构等效介电常数的方便可控实现，来达到介质材料等效折射率的预期分布，从而实现电磁波的传播方式的可控。但是，这种龙伯透镜的馈源必须放置在透镜的外部或者边缘上，这不利于工程应用中器件的集中设计。而通过对透镜内部折射率分布的调整，可以将馈源放置在透镜的内部。所以本发明具有很高的工程应用价值。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于新型人工电磁材料的变形龙伯透镜。这种变形龙伯透镜可以在一定的频带内实现将柱面波入射变为平面波出射，馈源在预定圆周轨道上的灵活移动可以使平面波的出射方向灵活变化。基于新型人工电磁材料的变形龙伯透镜由附着金属单元结构的介质基片构成，具有易于加工、制作成本低、重量轻、灵活性高等特点。可用于电磁波的定向辐射，天线的宽角度扫面等方面，具有很高的实用价值。 

技术方案：在传统龙伯透镜的设计理念上，通过改变透镜介质的折射率分布，将馈源的位置从透镜的外部变为透镜的内部，并且给馈源预留一个圆周轨道使其能在轨道上移动，继而实现柱面波到平面波的转换以及波束的宽角度扫描。采取的技术方案为： 

该变形龙伯透镜的馈源放置在透镜的内部，馈源在固定圆周上移动实现宽角度的波束定向扫描；该变形龙伯透镜由15层有金属结构附着的介质薄层组成，从俯视的角度看，15个介质薄层被弯曲成15个同心圆，每层介质薄层上周期排列着非谐振的金属“I”型结构，“I”型金属结构由2条横向的和1条竖向的金属条构成，所有金属条的宽度和长度分别相等；同一层介质基片上的“I”型结构拥有完全一样的尺寸，而不同介质基片上的“I”型结构有着不同的尺寸，也就是金属条的长度各不一样；将线型馈源放置在设定好的圆周轨道上，由其产生的柱面波通过透镜的作用变为平面波出射，在圆周轨道上移动馈源，平面波出射的角度随之改变，达到宽角度波束扫描的效果。 

利用所述的“I”型非谐振单元的周期排列，加上其在径向上尺寸的渐变分布，以实现渐变折射率分布，进而控制波的传播。 

工作频率为9.2-11.1GHz之间变化。 

有益效果：与现有技术相比，本发明的优势： 

1.本发明制作简单，加工方便。利用现有的PCB加工技术即可实现样品的加工。传统介质透镜加工需较为复杂的程序，且价格昂贵。 

2.本发明具有宽角度扫描特性，在一定带宽内通过移动馈源便可以实现波束的扫描。在雷达、扫描天线等领域有广阔的应有前景。 

3.本发明同时具备便携、重量轻、容易集成等优点。 

附图说明

图1是变形龙伯透镜电磁波传播示意图。 

图2(a)、(b)是构成变形龙伯透镜的第5层(由内向外)介质基片。 

图3是“I”型结构单元示意图(a)正视图，(b)侧视图，(c)有效介电常数εz随频率的变化曲线。 

图4是等效折射率随可调尺寸w的变化曲线。 

图5是10GHz下变形龙伯透镜在不同条件下电场分布的仿真结果(a)折射率连续分布，(b)折射率离散分布，(c)馈源移动45°。 

图6是变形龙伯透镜近场的测试结果(a)9.2GHz，(b)10.5GHz。 

附图标记 

1-介质基片；2-金属“I”型结构。 

具体实施方式