專利名稱:一種直射式介質(zhì)透鏡及其在微波近場檢測中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波近場檢測技術(shù)，尤其是指一種直射式介質(zhì)透鏡及其在微波檢測中應(yīng)用。
技術(shù)背景在近場成像的應(yīng)用中，以及點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通訊等高階應(yīng)用技術(shù)方面，系統(tǒng)對于天線的增益要求通常較高。然而，單一天線單元形成的天線，增益很難高于20dBi。為了提高天線增益，可依據(jù)光學(xué)折射原理，將主波束聚焦當(dāng)光線經(jīng)過光學(xué)透鏡時，光線將會聚或發(fā)散；將該原理應(yīng)用于電磁波的傳播，得到了介質(zhì)透鏡的概念當(dāng)電磁波經(jīng)過介質(zhì)透鏡時，主波束將有效聚焦，以提高天線增益。
介質(zhì)透鏡理論在天線中的應(yīng)用已十分廣泛，隨著對該技術(shù)的長期研究和開發(fā)。介質(zhì)透鏡的形式已有多種結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)成透鏡的材料可以是均勻的介質(zhì)，也可以是金屬柵網(wǎng)或金屬片等組成的周期性結(jié)構(gòu)；透鏡的形狀可以是球面型，也可以是平面薄板型。而目前最常用的介質(zhì)透鏡多為聚焦式介質(zhì)透鏡，當(dāng)其位于面陣與球心之間時，由面陣上每一點(diǎn)發(fā)出的電磁波經(jīng)該透鏡后，能不改變輻射角，以平面波照射到球心附近。
然而，聚焦式介質(zhì)透鏡一般只能與卡塞格倫等面天線配合使用，若當(dāng)發(fā)射天線選用較新穎的微帶天線或是介質(zhì)波導(dǎo)天線時，電磁波經(jīng)發(fā)射天線的底座(介電常數(shù)為ε1的理想介質(zhì))，進(jìn)入空氣，再由空氣進(jìn)入介電常數(shù)為ε2的接收天線區(qū)域，在兩次經(jīng)由分界面的入射過程中，將發(fā)生反射、散射……，并引起較大的相移和衰減，這是我們不希望看到的。
λ1λ2=ν1ν2=sinαsinβ=μ2ϵ2μ1ϵ1=k2k1]]>根據(jù)電磁波的傳播原理當(dāng)電磁信號由介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時，即波長與波速成正比，與本征值成反比，且入射角α的正弦與折射角β的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速ν1與折射波在第二介質(zhì)中的波速ν2之比。
因此，當(dāng)UWB信號從介電常數(shù)ε1較小的第一介質(zhì)進(jìn)入介電常數(shù)ε2較大的第二介質(zhì)時，信號是會聚的，且等效波長將減小、傳播速度將減慢；反之，當(dāng)UWB信號從介電常數(shù)ε1較大的第一介質(zhì)進(jìn)入介電常數(shù)ε2較小的第二介質(zhì)時，信號是發(fā)散的，且等效波長將增大，傳播速度將加快。
在微波技術(shù)領(lǐng)域：
進(jìn)行電磁場的信號檢測和波束形成過程中，為了提高檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性，要求發(fā)射天線的增益系數(shù)盡可能大、電磁能量在傳輸過程中盡可能被聚合、同時電磁波在從發(fā)射天線經(jīng)過多個不同傳輸介質(zhì)最終進(jìn)入接收天線的過程中，在不同介質(zhì)層的分界面上引起的反射、折射、散射盡可能小。
由發(fā)射天線產(chǎn)生的高頻電磁場信號，若直接經(jīng)自由空間進(jìn)入目標(biāo)介質(zhì)，會存在三個問題
(1)由于天線、自由空間和目標(biāo)介質(zhì)間電磁特性的嚴(yán)重不匹配，將在天線—自由空間及自由空間—目標(biāo)介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生較強(qiáng)反射；(2)微波系統(tǒng)是通過采集直達(dá)波與散射波之間的傳輸時延來定位目標(biāo)位置的。若天線陣子離開檢測目標(biāo)很近、信號的傳播速度又很快，則信號的傳播時間很短，很可能導(dǎo)致時延太小而無法被發(fā)現(xiàn)。
(3)信號由發(fā)射天線向四周發(fā)散，只有很少一部分波束能輻射到需檢測的目標(biāo)場。
于是如何使微波傳輸中做到不僅使目標(biāo)介質(zhì)分界面上的反射盡量小；而且又能增加時延和有效聚焦電磁波就成為微波技術(shù)行業(yè)的一個課題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在提出用于微波檢測的直射式介質(zhì)透鏡技術(shù)，希望在將其應(yīng)用于微波檢測及傳輸中不僅使目標(biāo)介質(zhì)分界面上的反射盡量?。欢矣帜茉黾訒r延和有效聚焦電磁波。
這種直射式介質(zhì)透鏡及其在微波檢測中應(yīng)用，其直射式介質(zhì)透鏡由設(shè)于天線與檢測目標(biāo)之間的數(shù)個介電常數(shù)呈等差變換的介質(zhì)薄片1…n疊置組成。
其應(yīng)用方法是在天線輻射面A和檢測目標(biāo)介質(zhì)B之間放置2個結(jié)構(gòu)相反的介質(zhì)透鏡C、C′，每個介質(zhì)透鏡由n塊介電常數(shù)呈等差變化的介質(zhì)薄片C1-Cn和C′1-C′n組成。
根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種直射式介質(zhì)透鏡，在將其取代原來位于天線與檢測目標(biāo)之間的的自由空間后。不僅能減小電磁波在各介質(zhì)分界面上的反射，還能有效聚焦信號，并降低UWB信號的傳播速度，從而在距離不變的情況下增加信號的傳播時間、使時延變得明顯。
附圖1為應(yīng)用本發(fā)明的介質(zhì)天線示意圖；附圖2為疊置成的介質(zhì)透鏡的電磁場分布圖；附圖3為近場微波目標(biāo)檢測應(yīng)用示意圖。
具體實施方式如圖所示的這種直射式介質(zhì)透鏡，以及其在微波檢測中應(yīng)用技術(shù)，其中的直射式介質(zhì)透鏡由設(shè)于天線與檢測目標(biāo)之間的數(shù)個介電常數(shù)呈等差變換的介質(zhì)薄片1…n疊置組成。
其應(yīng)用方法是在天線輻射面A和檢測目標(biāo)介質(zhì)B之間放置2個結(jié)構(gòu)相反的介質(zhì)透鏡C、C′，每個介質(zhì)透鏡由n塊介電常數(shù)呈等差變化的介質(zhì)薄片C1-Cn和C′1-C′n組成。
從附圖1給出的技術(shù)方案天線輻射面(假設(shè)介電常數(shù)為50)和檢測目標(biāo)介質(zhì)(假設(shè)介電常數(shù)為36)之間放置2個結(jié)構(gòu)相反的介質(zhì)透鏡，每個介質(zhì)透鏡由9塊介電常數(shù)呈等差變化的介質(zhì)薄片組成。介質(zhì)透鏡1的結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示自上而下，薄片的介電常數(shù)ε呈遞增趨勢，分別取55、60、65、70、75、80、85、90、95；介質(zhì)透鏡2與1相反，薄片的介電常數(shù)ε呈遞減趨勢，分別取100、92、84、76、68、60、52、44、36。
圖中
(1)介質(zhì)縫隙天線 (2)介質(zhì)材料1 (3)介質(zhì)材料2(4)介質(zhì)材料3 (5)介質(zhì)材料4 (6)介質(zhì)材料5(7)介質(zhì)材料6 (8)介質(zhì)材料7 (9)介質(zhì)材料8(10)目標(biāo)介質(zhì)從圖2所示的電磁能量分布可以看出在各分界面上，由于兩邊介質(zhì)的介電常數(shù)相差很小，匹配較好，因此信號幾乎無反射；信號得到了有效聚焦。
此外，由于介質(zhì)透鏡的介電常數(shù)ε遠(yuǎn)高于自由空間的介電常數(shù)ε0，直達(dá)波和散射波的傳播時間都將增加，它們之間的時延特性將變明顯。
權(quán)利要求
1一種直射式介質(zhì)透鏡及其在微波檢測中應(yīng)用，其直射式介質(zhì)透鏡由設(shè)于天線與檢測目標(biāo)之間的數(shù)個介電常數(shù)呈等差變換的介質(zhì)薄片1…n疊置組成。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種直射式介質(zhì)透鏡，其在微波檢測中應(yīng)用其應(yīng)用方法是在天線輻射面A和檢測目標(biāo)介質(zhì)B之間放置2個結(jié)構(gòu)相反的介質(zhì)透鏡C、C′，每個介質(zhì)透鏡由n塊介電常數(shù)呈等差變化的介質(zhì)薄片C1-Cn和C′1-C′n組成。
專利摘要
本發(fā)明涉及的一種直射式介質(zhì)透鏡及其在微波檢測中應(yīng)用，其直射式介質(zhì)透鏡由設(shè)于天線與檢測目標(biāo)之間的數(shù)個介電常數(shù)呈等差變換的介質(zhì)薄片1…n疊置組成。其應(yīng)用方法是在天線輻射面A和檢測目標(biāo)介質(zhì)B之間放置2個結(jié)構(gòu)相反的介質(zhì)透鏡C、C′，每個介質(zhì)透鏡由n塊介電常數(shù)呈等差變化的介質(zhì)薄片C
文檔編號G01R29/08GK1996664SQ200610147534
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月19日
發(fā)明者姚萌 申請人:華東師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan