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式雷達(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 1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1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1 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， 提供一種后饋式雷達(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具有相同折射率分布的核心層，所述每一核心層包括多個超材料單元，所述超材料單元包括單元基材以及人造微結(jié)構(gòu)，所述超材料面板的每一核心層包括一個以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個與圓形區(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稱分布于所述核心層兩側(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，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nmax逐漸減小到最小值nmin。進(jìn)一步地，所述超材料單元還包括第一填充層，所述人造微結(jié)構(gòu)位于所述單元基材和第一填充層之間，所述第一填充層內(nèi)填充的材料包括空氣、人造微結(jié)構(gòu)以及與所述單元基材相同材料的介質(zhì)。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
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具有相同折射率分布的核心層，所述每一核心層包括多個超材料單元，所述超材料單元包括單元基材以及人造微結(jié)構(gòu)，所述超材料面板的每一核心層包括一個以其中心為圓心的圓形區(qū)域和多個與圓形區(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稱分布于所述核心層兩側(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，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，所述超材料單元還包括第一填充層，所述人造微結(jié)構(gòu)位于所述單元基材和第一填充層之間，所述第一填充層內(nèi)填充的材料包括空氣、人造微結(jié)構(gòu)以及與所述單元基材相同材料的介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4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.、^Jss2 +r2 -ss-kX<r) = ^max--]-；a式中nmax表示所述每一核心層中的最大折射率值，d表示所有核心層的總厚度，ss表示所述饋源到最靠近饋源位置的核心層的距離，n(r)表示所述每一核心層內(nèi)半徑r處折射率值，λ表示饋源輻射出電磁波的波長，其中，d = ^-^，k = βοον(^"2+τ2 ，nfflin表示超材料面板中多個核心層內(nèi)的最小折fl— flJνΛ乂max min/i射率值，floor表示向下取整。
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γι Λ- γι —TI1 =( max 2 — Y，i = 1、2、3、· · .、m，其中Hi表示第i層漸變層的折射率值，m表示漸變層的層數(shù)，nmin表示所述每一核心層內(nèi)的最小折射率值，Iimax表示所述每一核心層中的最大折射率值，其中第m層漸變層與核心層靠近，隨著m值的變小逐漸遠(yuǎn)離核心層，第一層漸變層為最外層漸變層。
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，所述人造微結(jié)構(gòu)為由至少一根金屬絲組成對電磁場有響應(yīng)的平面結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)，所述金屬絲為銅絲或銀絲，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述單元基材上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為在 “工”字形、“工”字形的衍生形、雪花狀或雪花狀的衍生形任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種后饋式雷達(dá)天線，其特征在于，所述第一基板層和第二基板層均由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復(fù)合材料或F4B復(fù)合材料制得。
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具有相同折射率分布的核心層，所述每一核心層包括多個超材料單元，所述超材料單元包括單元基材以及人造微結(jié)構(gòu)。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)場功率大大地增強(qiáng)了，進(jìn)而提升了天線傳播的距離，同時通過在天線腔體內(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H01Q15/02GK102480024SQ20111021033
公開日2012年5月30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, 殷俊 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院