專利名稱：一種后饋式雷達(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后饋雷達(dá)天線。
背景技術(shù)：
后饋天線又被稱為卡塞格倫天線，由拋物面主反射面2、雙曲面副反射面1、饋源喇叭3以及支架4構(gòu)成，如

圖1所示。由于拋物面主反射面2的實(shí)焦點(diǎn)與雙曲面副反射面I的虛焦點(diǎn)重合，而饋源喇叭3的相位中心與雙曲面副反射面I的實(shí)焦點(diǎn)重合，從衛(wèi)星射來的電磁波經(jīng)過拋物面主反射面2 —次反射，再被雙曲面副反射面I 二次反射后，被聚焦于饋源喇叭3的相位中心，同相疊加。從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線定向接收或者發(fā)射電磁波。為了制造拋物面反射面和雙曲面副反射面通常利用模具鑄造成型或者采用數(shù)控機(jī)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)行拋物面反射器地安裝。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(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線的定向傳播，所以對(duì)加工精度的要求也比較高。第二種方法采用大型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行拋物面的加工，通過編輯程序，控制數(shù)控機(jī)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(jī)床比較困難，而且成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中制造拋物面反射面和雙曲面副反射面的困難，提供一種雷達(dá)天線，該天線不再拘泥于拋物面的定式，改以平板超材料，節(jié)約了空間；且改進(jìn)大角度電磁波入射的偏 折問題，提高了天線能量輻射的效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的如下技術(shù)方案一種后饋式雷達(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，所述超材料面板包括多個(gè)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(gè)超材料單元組成，所述超材料單元包括設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)小孔的單元基材；所述超材料面板的每一核心層包括一個(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率逐漸減??；在所述每一環(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要大。。進(jìn)一步地，所述雷達(dá)天線還包括外殼，用于固定所述饋源；以及緊貼于所述外殼內(nèi)壁的吸波材料層，用于吸收從饋源輻射出來的部分電磁波；所述吸波材料層和超材料面板共同構(gòu)成封閉的腔體；所述饋源位于所述腔體內(nèi)。進(jìn)一步地，所述超材料面板還包括對(duì)稱分布于所述核心層兩側(cè)的多個(gè)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，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 ;在所述每一環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率也是從最大值η_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(gè)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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要小。進(jìn)一步地，所述每一超材料單元上形成有一個(gè)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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要少。進(jìn)一步，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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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)量逐漸減小；在所述每一環(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)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其中心為圓心，隨著半徑r的變化規(guī)律如以下表達(dá)式
Γηηι Cl / X\jSS2 +T2 — SS — kA
權(quán)利要求
1.一種后饋式雷達(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，所述超材料面板包括多個(gè)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(gè)超材料單元組成，所述超材料單元包括設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)小孔的單元基材；所述超材料面板的每一核心層包括一個(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率逐漸減?。辉谒雒恳画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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述雷達(dá)天線還包括外殼，用于固定所述饋源；以及緊貼于所述外殼內(nèi)壁的吸波材料層，用于吸收從饋源輻射出來的部分電磁波；所述吸波材料層和超材料面板共同構(gòu)成封閉的腔體；所述饋源位于所述腔體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述超材料面板還包括對(duì)稱分布于所述核心層兩側(cè)的多個(gè)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，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所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于，在所述圓形區(qū)域內(nèi)，圓心處的折射率為最大值η_，且隨著半徑的增加折射率從最大值η_逐漸減小到最小值Iiniin ；在所述每一環(huán)形區(qū)域內(nèi)，隨著半徑的增加折射率也是從最大值nmax逐漸減小到最小值nmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于所述每一超材料單元上形成有一個(gè)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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于所述每一超材料單元上形成有一個(gè)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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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雒恳画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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種后饋式雷達(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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要少。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種后饋式雷達(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(gè)以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個(gè)與圓形區(qū)域同心的環(huán)形區(qū)域，在所述圓形區(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)量逐漸減小；在所述每一環(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(gè)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(shí)比位于半徑小的區(qū)域時(shí)要多。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)所述的一種后饋式雷達(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其中心為圓心，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所述的一種后饋式雷達(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(gè)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)明涉及一種后饋式雷達(dá)天線，所述天線包括饋源和超材料面板，所述超材料面板包括多個(gè)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(gè)超材料單元組成，所述超材料單元包括設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)小孔的單元基材；本發(fā)明一種后饋式雷達(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(chǎng)功率大大地增強(qiáng)了，進(jìn)而提升了天線傳播的距離，同時(shí)通過在天線腔體內(nèi)部設(shè)置一層吸波材料層，增加了天線的前后比，使得天線更具方向性。
文檔編號(hào)H01Q17/00GK103036038SQ201110210320
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)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, 李雙雙 申請(qǐng)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