專利名稱：一種前饋式雷達(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前饋式雷達(dá)天線。
背景技術(shù)：
如圖I所示，前饋式拋物面天線包括饋源I、主反射面2以及支架3，所述饋源I安裝于主反射面2的焦點(diǎn)處，饋源I的口面與主反射面2的口面相對(duì)，由主反射面2反射的電磁波集中射入饋源內(nèi)。前饋式拋物面天線的優(yōu)點(diǎn)是饋源對(duì)空中電磁波的遮擋小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安裝調(diào)試容易，但是大口徑的前饋式拋物面天線具有如下缺點(diǎn)安裝調(diào)試高頻頭部不方便，而且高頻頭位于拋物面焦點(diǎn)處，太陽光有時(shí)候被聚焦到高頻頭上，使高頻頭的溫度升高，降低了信號(hào)的信噪比，對(duì)高頻頭的可靠性和壽命也有一定的影響。再者，為了制造拋物面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)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制造拋物面反射面的問題，提供前饋式雷達(dá)天線，該天線采用了平板超材料，節(jié)約了天線的空間，改進(jìn)了電磁波大角度入射的偏折問題，提高了能量輻射的效率；同時(shí)也提高了天線的前后比，使天線的方向性更好，同時(shí)也解決了避免制造高精度的拋物面反射面的困難。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的如下技術(shù)方案一種前饋式雷達(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，所述超材料面板還包括分布于所述核心層一側(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。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?。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。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(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??；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
權(quán)利要求
1.一種前饋式雷達(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種前饋式雷達(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(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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種前饋式雷達(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I所述的一種前饋式雷達(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I所述的一種前饋式雷達(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I所述的一種前饋式雷達(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I所述的一種前饋式雷達(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I所述的一種前饋式雷達(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I 8任意一項(xiàng)所述的一種前饋式雷達(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 .、yjss2 +r2 -ss-kA nir) = n---Yd-; 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(zhǎng)，其中， -7 - 又, n ^yJss2 +r2 — ss a - -7，k = floor {-)， 2Kax ~nmJλ ]\^表示超材料面板中多個(gè)核心層內(nèi)的最小折射率值，floor表示向下取整。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種前饋式雷達(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 H -I- γι —η =( max 2 mmY，i = 1、2、3、· · .、m， 其中Iii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，nmax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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種前饋式雷達(dá)天線，所述天線包括饋源、超材料面板以及反射板，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)明一種前饋式雷達(dá)天線通過設(shè)計(jì)超材料面板內(nèi)部折射率的分布規(guī)律，并采用了平板超材料，節(jié)約了天線的空間，改進(jìn)了電磁波大角度入射的偏折問題，提高了能量輻射的效率；同時(shí)也提高了天線的前后比，使天線的方向性更好。
文檔編號(hào)H01Q19/10GK102904038SQ201110210340
公開日2013年1月30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