一種漸變折射率超材料天線罩的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于Ku頻段的新型天線罩，屬于天線罩和新型人工電磁材 料領域。
【背景技術】
[0002] 傳統天線罩大都是由蒙皮層-芯層-蒙皮層結構組成，這種天線罩存在一個顯著 缺點就是大角度入射時，由于蒙皮層和芯層的介電常數相差較大，因此阻抗不匹配，導致反 射率高，透波率較低。
[0003] 新型人工電磁材料（Metamaterials)是電磁學中新興的研究領域，其基礎是等效 媒質理論，由一系列設計的結構單元在亞波長尺度上按照一定規律排列構成。通過精心設 計單元結構和尺寸大小，可以得到所需要的等效介電常數和磁導率。經過近些年的發展，新 型人工電磁材料得到了長足的發展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應用。基于漸變折 射率人工電磁材料的新型天線罩是利用打孔結構等效介電常數來實現參數可控，可以達到 介質材料等效介電常數的預期分布，從而實現介電常數的漸變，實現匹配，增大透波率和減 小反射。傳統的天線罩一般由蒙皮層-芯層-蒙皮層構成，由于蒙皮層需要起抗高溫、承 載壓力等作用，因此一般需要選用高介電常數的材料，而芯層需要起隔熱的作用，一般需要 選用介電常數較低的材料，從而存在蒙皮層與芯層之間的阻抗失配問題，導致這種結構的 天線罩透波率較低，而本實用新型設計的天線罩由蒙皮層-過渡層-芯層-過渡層-蒙皮 層-過渡層構成，利用漸變折射率人工電磁材料來制作匹配層，明顯降低了反射率，提高了 透波率，尤其在大角度入射時，天線的透波率也能得到顯著提高。所以本實用新型具有很高 的工程應用價值。 【實用新型內容】
[0004] 技術問題：本實用新型提供一種能在Ku波段實現高透過率折射率分布，易于加 工，可批量生產的漸變折射率超材料天線罩。
[0005] 技術方案：本實用新型的漸變折射率超材料天線罩，為由外至內依次設置的蒙皮 層-過渡層-芯層-過渡層-蒙皮層-過渡層組成的多層結構，所述過渡層由多層漸變折射 率超材料構成，所述漸變折射率超材料是在介質板上加工用以減小折射率的通孔制成的， 從而實現在天線罩徑向上的折射率漸變。
[0006] 進一步的，本實用新型的天線罩中，每個過渡層均由四小層漸變折射率超材料組 成，從內至外共 12 小層，折射率分別為：1. 8, 2. 35, 2. 78, 3. 16, 3. 19, 2. 84, 2. 44,1.96,1.8， 2· 18,2· 5,2· 79〇
[0007] 進一步的，本實用新型的天線罩中，漸變折射率超材料是在介質板上根據等效媒 質理論分割成同樣大小的單元，每個單元的中心都加工一個用以減小折射率的通孔，實現 折射率漸變。
[0008] 本實用新型的天線罩是在傳統天線罩的蒙皮層-芯層-蒙皮層結構基礎上，增加 了阻抗漸變層（阻抗匹配層），從而使天線罩整體呈現阻抗漸變的狀態，可提高透波率。利 用新型人工電磁材料來制作阻抗匹配層，以達到增大透波率，減小反射率的目的，尤其是在 大角度入射時，透波率可顯著提高。基于漸變折射率人工電磁材料的新型天線罩的匹配層 由打孔結構的介質基片構成，具有易于加工、制作成本低、重量輕、靈活性高等特點。
[0009] 本實用新型的天線罩整體阻抗漸變，相比傳統天線罩，在蒙皮層與芯層之間增加 了過渡層（阻抗匹配層），在天線罩內部也增加了過渡層。對于傳統天線罩，存在蒙皮層 與芯層之間的阻抗失配問題，從而透波率較低。本實用新型提出了在蒙皮層與芯層之間增 加折射率線性變化的過渡層，在天線罩內部增加從蒙皮層到空氣的折射率線性變化的過渡 層，從而使得天線罩阻抗漸變。我們采用在高介電常數介質板上打孔的方案來實現介電常 數的漸變，以便達到阻抗匹配的效果。
[0010] 本實用新型中，由于漸變折射率人工電磁材料的引入，使天線罩的阻抗實現漸變， 從而所設計出來的天線罩克服了傳統天線罩阻抗失配問題，透波率顯著提高。通過增加匹 配層可以達到介電常數漸變，以此來增大透波率，降低反射率。
[0011] 本實用新型的優選方案中，過渡層的結構中，根據等效媒質理論被分割成等大的 單元塊，每個單元塊的中心都加工有用以減小折射率的通孔。
[0012] 本實用新型是根據超材料的全新特性進行設計的，超材料也稱為新型人工電磁材 料，由尺寸遠小于波長的電磁諧振單元按一定周期或非周期方式排列。有一種超材料的實 現方式為打孔的方式。以等效媒質理論為基礎，設計單元結構的尺寸大小，然后對單元結構 進行打孔，根據孔徑大小，最后得到的單元結構的折射率也會隨之變化。其變化關系大致遵 循著孔徑越大折射率越小的規律。
[0013] 漸變折射率的理想情況是折射率由大到小或者由小到大連續均勻變化，但現實生 活中并不存在這種漸變材料，故我們用離散化的梯度折射率分布來代替理想的線性折射率 分布。過渡層首先被離散為4小層，且厚度相同，厚度主要受限于超材料中的等效媒質理 論。每一小層的折射率取值取決于蒙皮層和芯層的折射率只差。首先每一小層的折射率 計算我們取蒙皮層和芯層只差除4,然后在加上上一層的折射率值，即為每一小層的折射率 值，其次，我們根據微小量來調控優化每一小層的折射率值，最終得到整個漸變折射率天線 罩的折射率分布。
[0014] 有益效果：本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：
[0015] 1.本實用新型為在現有天線罩結構基礎上的改進型天線罩，在三層必備層中加入 過渡層，也稱為匹配層，每個過渡層分為四小層，這四小層中沒小層之間折射率差別很小， 這意味著加入之后使得整個結構的折射率接近于連續變化，如果電磁波入射到折射率連續 變化的介質，而非突變的介質上，根據電磁波傳播理論，電磁波不會發生反射，而是全部透 射過去，因此，加入過渡層后的天線罩，使得電磁波在穿過天線罩時不會發生大的反射，而 將絕大多數能量通過漸變折射率材料的引導而傳播出去，因此這種基于新型人工電磁材料 的天線罩，在同樣角度的入射下，與傳統天線罩相比，可以提高10%的透過率，在大角度入 射的情況下，透過率也是大幅度提高。
[0016] 2.本實用新型提供的基于新型人工電磁材料的天線罩，是一種可用于各種場合的 裝置，可以在Ku波段顯著提高天線的透過率。在光學波段，所需要的過渡層由硬質玻璃或 石英組成，其工藝需要特殊的打磨加工。在Ku波段，過渡層一般由人工樹脂或者聚苯乙烯 等利用模具加工而成，加工更加容易，誤差明顯減小，穩定性更高。
[0017] 3.現有的一些超材料的結構大多采用電磁諧振結構，通過諧振的位置不同，可以 選擇不同的電磁參數，從而調整整個結構的折射率分布，實現各種功能，而本實用新型采用 的是打孔的方式來實現折射率的改變。打孔方式的超材料相比于其他的超材料有幾個優 點：其一，電磁波從不同的方向入射時打孔結構的電磁特性變化不大，基本上可以等效成成 是各項