【技术领域】

本发明涉及一种天线， 尤其涉及一种由超材料制成的偏馈式微波天线 。 【背景技术】

常规的微波天线一般由金属抛物面以及位于金 属抛物面焦点的辐射源构 成， 金属抛物面的作用为将外部的电磁波反射给辐 射源或者将辐射源发射的电 磁波反射出去。 金属抛物面的面积以及金属抛物面的加工精度 直接决定微波天 线的各项参数， 例如增益、 方向性等。 现有的偏馈微波天线由于其辐射源的安 装位置并不在与天线中心切面垂直且过天线中 心的直线上， 因此常规的偏馈微 波天线没有辐射源阴影的影响。 但是现有偏馈微波天线的反射面仍然是由金属 抛物面构成。

金属抛物面通常利用模具铸造成型或者采用数 控机床进行加工的方法。 第 一种方法的工艺流程包括： 制作抛物面模具、 铸造成型抛物面和进行抛物反射 面的安装。 工艺比较复杂， 成本高， 而且抛物面的形状要比较准确才能实现天 线的定向传播， 所以对加工精度的要求也比较高。 第二种方法采用大型数控机 床进行抛物面的加工， 通过编辑程序， 控制数控机床中刀具所走路径， 从而切 割出所需的抛物面形状。 这种方法切割很精确， 但是制造这种大型数控机床比 较困难， 而且成本比较高。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于， 针对现有技术的上述不足， 提出一种结 构简单、 体积较小且增益较高的偏馈式微波天线。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是， 提出一种偏馈式微波天线， 包 括辐射源、 第一超材料面板以及贴附于该第一超材料面板 背部的反射面板， 该 第一超材料面板包括相互紧贴的第一核心超材 料片层至第 N核心超材料片层， 每一核心超材料片层均包括第一基材以及周期 排布于该第一基材上的多个第一 人造金属微结构或第一人造孔结构， 该每一核心超材料片层按照折射率分布划 分为多个带状区域， 以一定点为圆心， 该多个带状区域上相同半径处的折射率 相同， 且每一带状区域上随着半径的增大折射率逐渐 减小， 相邻两个带状区域， 处于内侧的带状区域的折射率的最小值小于处 于外侧的带状区域的折射率的最 大值， 该圆心与该辐射源的连线垂直于该第一超材料 面板且该圆心不与该第一 超材料面板的中心点重合。

进一歩的， 该第 N核心超材料片层紧贴该反射面板， 且该第 N核心超材料 片层上的所有带状区域具有相同的折射率变化 范围， 即每一带状区域的折射率 均由最大值《 _max 连续减小到最小值 。

进一歩的， 该第 N核心超材料片层的折射率分布满足公式：

Vr ² + s ² - yl(M _L + seg _k f + s ² '

n(r) =

k = - ^v o

floor

， n(r)表示第 N核心超材料片层上半径为 r处的折射率值、 s为辐射源 d 为所有的核心超材料片层所具有的总厚 λ为该偏馈式微波天线的工作频率的波长值、 ML为该圆心到该核心超材料 片层下边缘的垂直距

进一歩的， 咳心超材料片层至第 N-1 核心超材料片层的折射率分布满 足如下公式：

On 其中， 1表示第一至第 N-1核心超材料片层的序号， 即表示数值 1至 N-1 ,

N表示核心超材料片层的总层数。

进一歩的， 周期排布于该第一基材上的多个第一人造金属 微结构的排布规 律为： 该每一核心超材料片层按照折射率分布划分为 多个带状区域， 以一定点 为圆心， 该多个带状区域上相同半径处的第一人造金属 微结构尺寸相同， 且每 一带状区域上随着半径的增大， 对应半径的第一人造金属微结构尺寸逐渐减小 ； 相邻两个带状区域， 处于内侧的带状区域内的第一人造金属微结构 尺寸的最小 值小于处于外侧的带状区域内的第一人造金属 微结构尺寸的最大值。

进一歩的， 该偏馈式微波天线还包括用于将该辐射源辐射 的电磁波发散的 第二超材料面板， 该第二超材料面板由多个折射率分布相同的第 二超材料片层 构成， 该第二超材料片层包括第二基材以及周期排布 于该第二基材上的多个第 二人造金属微结构； 该第二超材料片层的折射率分布规律满足： 该第二超材料 片层上的折射率呈圆形分布， 圆心位于该第二超材料片层中心点， 圆心处的折 射率最小且随着半径的增大， 对应半径的折射率亦增大且相同半径处折射率 相 同。

进一歩的， 该第二人造金属微结构在该第二基材上的排布 规律为： 该第二 人造金属微结构在该第二基材上呈圆形分布， 圆心位于该第二基材中心点， 圆 心处的第二人造金属微结构尺寸最小， 随着半径的增大， 对应半径的第二人造 金属微结构尺寸亦增大且相同半径处的第二人 造金属微结构尺寸相同。

进一歩的， 该第一人造金属微结构和该第二人造金属微结 构具有相同的几 何形状。

进一歩的， 述几何形状为 "工"字形， 包括竖直的第一金属分支以及位于 该第一金属分支两端且垂直于该第一金属分支 的第二金属分支。

进一歩的， 该几何形状为平面雪花型， 包括相互垂直的两条第一金属分支 以及位于该第一金属分支两端且垂直于该第一 金属分支的第二金属分支。

进一歩的， 周期排布于该第一基材中的多个第一人造孔结 构的排布规律为: 该第一人造孔结构内填充有折射率小于第一基 材折射率的介质， 该每一核心超 材料片层按照折射率分布划分为多个带状区域 ， 以一定点为圆心， 该多个带状 区域上相同半径处的第一人造孔结构体积相同 ， 且每一带状区域上随着半径的 增大， 对应半径的第一人造孔结构体积逐渐增大； 相邻两个带状区域， 处于内 侧的带状区域内的第一人造孔结构体积的最大 值小于处于外侧的带状区域内的 第一人造孔结构尺寸的最小值。

进一歩的， 周期排布于该第一基材中的多个第一人造孔结 构的排布规律为: 该第一人造孔结构内填充有折射率大于第一基 材折射率的介质， 该每一核心超 材料片层按照折射率分布划分为多个带状区域 ， 以一定点为圆心， 该多个带状 区域上相同半径处的第一人造孔结构体积相同 ， 且每一带状区域上随着半径的 增大， 对应半径的第一人造孔结构体积逐渐减小； 相邻两个带状区域， 处于内 侧的带状区域内的第一人造孔结构体积的最小 值大于处于外侧的带状区域内的 第一人造孔结构尺寸的最大值。

进一歩的， 该偏馈式微波天线还包括用于将该辐射源辐射 的电磁波发散的 第二超材料面板， 该第二超材料面板由多个折射率分布相同的第 二超材料片层 构成， 该第二超材料片层包括第二基材以及周期排布 于该第二基材上的多个第 二人造孔结构； 该第二超材料片层的折射率分布规律满足： 该第二超材料片层 上的折射率呈圆形分布， 圆心位于该第二超材料片层中心点， 圆心处的折射率 最小且随着半径的增大， 对应半径的折射率亦增大且相同半径处折射率 相同。

进一歩的， 该第二人造孔结构在该第二基材上的排布规律 为： 该第二人造 孔结构内填充有折射率小于该第二基材的介质 ， 该第二人造孔结构在该第二基 材上呈圆形分布， 圆心位于该第二基材中心点， 圆心处的第二人造孔结构尺寸 最大， 随着半径的增大， 对应半径的第二人造孔结构尺寸减小且相同半 径处的 第二人造孔结构尺寸相同。

进一歩的， 该第二人造孔结构在该第二基材上的排布规律 为： 该第二人造 孔结构内填充有折射率大于该第二基材的介质 ， 该第二人造孔结构在该第二基 材上呈圆形分布， 圆心位于该第二基材中心点， 圆心处的第二人造孔结构尺寸 最小， 随着半径的增大， 对应半径的第二人造孔结构尺寸增大且相同半 径处的 第二人造孔结构尺寸相同。

进一歩的， 所述第一人造孔结构和所述第二人造孔结构具 有相同的形状。 本发明采用超材料原理制作天线， 使得天线脱离了常规的凸透镜形状、 凹 透镜形状以及抛物面形状的限制， 采用本发明的天线， 其形状可为平板状或任 意形状且厚度更薄、 体积更小、 加工和制作更为方便， 具有成本低廉、 增益效 果好的有益效果。

【附图说明】

下面将结合附图及实施例对本发明作进一歩说 明， 附图中：

图 1为本发明第一实施例中构成超材料的基本单� �的立体结构示意图; 图 2为本发明第一实施例的偏馈式微波天线的结� �示意图；

图 3 为本发明第一实施例的偏馈式微波天线中核心 超材料片层为圆形时折 射率分布示意图；

图 4 为本发明第一实施例的偏馈式微波天线中第二 超材料片层的立体结构 示意图；

图 5 是本发明第一实施例中能对电磁波产生响应以 改变超材料基本单元折 射率的第一较佳实施方式的人造金属微结构的 几何形状拓扑图案；

图 6为图 5中人造金属微结构几何形状拓扑图案的衍生� �案；

图 7 是本发明第一实施例中能对电磁波产生响应以 改变超材料基本单元折 射率的第二较佳实施方式的人造金属微结构的 几何形状拓扑图案；

图 8为图 7中人造金属微结构几何形状拓扑图案的衍生� �案；

图 9为本发明第二实施例中构成超材料的基本单� �的立体结构示意图； 图 10为本发明第二实施例的偏馈式微波天线的结� ��示意图；

图 11为本发明第二实施例的偏馈式微波天线中第� ��超材料片层的立体结构 示意图。

【具体实施方式】

光， 作为电磁波的一种， 其在穿过玻璃的时候， 因为光线的波长远大于原 子的尺寸， 因此我们可以用玻璃的整体参数， 例如折射率， 而不是组成玻璃的 原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。 相应的， 在研究材料对其他电磁波 响应的时候， 材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电 磁波的响应也可以 用材料的整体参数， 例如介电常数 ε和磁导率 μ来描述。 通过设计材料每点的 结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同 或者不同从而使得材料整体的介 电常数和磁导率呈一定规律排布， 规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料 对电磁波具有宏观上的响应， 例如汇聚电磁波、 发散电磁波等。 该类具有规律 排布的磁导率和介电常数的材料我们称之为超 材料。

如图 1所示， 图 1为本发明第一实施例中构成超材料的基本单� �的立体结 构示意图。超材料的基本单元包括人造微结构 1以及该人造微结构附着的基材 2。 本发明中， 人造微结构为人造金属微结构， 人造金属微结构具有能对入射电磁 波电场和 /或磁场产生响应的平面或立体拓扑结构， 改变每个超材料基本单元上 的人造金属微结构的图案和 /或尺寸即可改变每个超材料基本单元对入射� �磁波 的响应。 多个超材料基本单元按一定规律排列即可使得 超材料对电磁波具有宏 观的响应。 由于超材料整体需对入射电磁波有宏观电磁响 应因此各个超材料基 本单元对入射电磁波的响应需形成连续响应， 这要求每一超材料基本单元的尺 寸为入射电磁波的十分之一至五分之一， 优选为入射电磁波的十分之一。 本段 描述中， 我们人为的将超材料整体划分为多个超材料基 本单元， 但应知此种划 分方法仅为描述方便， 不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或 组装而成， 实际应用中超材料是将人造金属微结构周期排 布于基材上即可构成， 工艺简单 且成本低廉。 周期排布即指上述我们人为划分的各个超材料 基本单元上的人造 金属微结构能对入射电磁波产生连续的电磁响 应。

如图 2所示， 图 2为本发明第一实施例的偏馈式微波天线的结� �示意图。 图 2中， 偏馈式微波天线包括辐射源 20、第一超材料面板 10以及贴附于第一超 材料面板 10背部的反射面板 40， 本实施例中反射面板 40为金属材质的反射面 板。 本实施例中， 辐射源 20辐射的电磁波的频率为 12.4G赫兹至 18G赫兹。

第一超材料面板 10包括相互紧贴的第一核心超材料片层至第 N核心超材料 片层， 其中第 N核心超材料片层紧贴反射面板 40。 各核心超材料片层包括片状 的第一基材以及周期排布于第一基材上的多个 第一人造金属微结构， 每一第一 人造金属微结构和其所附着的部分第一基材即 构成了图 1 所示的核心超材料片 层的基本单元。 核心超材料片层按照折射率分布可划分为多个 带状区域， 以一 定点为圆心， 所述多个带状区域上相同半径处地折射率相同 ， 且每一带状区域 上随着半径的增大折射率逐渐减小， 相邻两个带状区域， 处于内侧的带状区域 的折射率的最小值小于处于外侧的带状区域的 最大值， 该圆心与辐射源的连线 垂直于核心超材料片层， 且该圆心不与核心超材料片层的中心点重合。 本实施 例中圆心设置于核心超材料片层的下边缘相距 ML的位置上，如此设置能避免辐 射源阴影的影响， 提高天线增益， 是较优选的实施方式。 图 2 中， 核心超材料 片层呈方形， 此时， ML表示圆心 0与核心超材料片层下边缘中点的距离。 通常 情况下， 我们将核心超材料片层制成圆形， 如图 3所示， 此时 ML表示圆心 0与 圆形的核心超材料片层下圆周的距离。 同时在图 3 中， 为表示核心超材料片层 上的折射率分布情况， 我们清楚的示意了核心超材料片层上的四个带 状区域， 分别以 Hl、 H2、 H3、 H4表示。

本实施例中， 核心超材料片层上的各个带状区域内的折射率 变化范围相同， 即均由核心超材料片层所具有的最大折射率 n _max 连续减小到最小值 n _mm 。且随着 半径的变化， 贴近反射面板的核心超材料片层， 即第 N核心超材料片层的折射 率分布满足公式：

r ² +s ² -yl(M _L +seg _k f +s (1)；

n( = n _n

d seg _k = (2)； v。 =» ² (4);

其中， n(r)表示第 N核心超材料片层上半径为 r处的折射率值， 也即第 N核 心超材料片层上半径为 r的超材料基本单元的折射率值；此处半径指� �是每一超 材料基本单元的中心点到圆心 0的距离， 此处的超材料基本单元的中心点， 指 的是超材料基本单元与圆心 0同一平面的一表面的中心点。

s为辐射源 20与第一核心超材料片层的垂直距离；

d为所有的核心超材料片层所具有的总厚度；

入为偏馈式微波天线工作频率的波长值；

公式中， _/¾or表示向下取整数； k表示带状区域的编号， 当 k=0时， 表示 第一个带状区域 HI; 当 k=l时， 表示与第一个带状区域 HI相邻的第二个带状 区域 H2; 依此类推。 r的最大值确定了有多少个带状区域。 每一核心层片层的 厚度通常是一定的 （通常是入射电磁波波长的十分之 这样， 在核心层形状 选定的情况下 （可以是圆柱或方形）， 核心层片层的尺寸就可以得到确定。

第一核心超材料片层至第 N-1核心超材料片层的折射率分布满足如下公式 :

On 其中， i表 /v -至第 N-1核心超材料片层的序号， 即表示数值 1至 N-1, N表示核心超材料片层的总层数。

本发明还提供一种第二超材料面板 30，第二超材料面板 30的作用为将辐射 源发射的电磁波发散， 以提高辐射源的近距离辐射范围， 使得微波天线整体的 尺寸更为小型化。 第二超材料面板 30的位置可以紧贴辐射源的发射端口亦可与 辐射源相隔一定距离。 本实施例中， 第二超材料面板 30紧贴于辐射源 20的发 射端口上。

第二超材料面板 30由多片折射率分布相同的第二超材料片层 300构成， 如 图 4所示， 图 4为本发明第一实施例的第二超材料片层 300的立体结构示意图， 为清楚介绍第二超材料片层 300， 图 4采用透视图画法， 第二超材料片层 300包 括第二基材 301以及周期排布于第二基材上的多个第二人造 金属微结构 302，优 选地， 在多个第二人造金属微结构 302上还覆盖有覆盖层 303使得第二人造金 属微结构 302被封装， 覆盖层 303与第二基材材质 302相等且厚度相等。 本发 明中， 覆盖层 303与第二基材 302的厚度均为 0.4毫米， 而人造金属微结构层的 厚度为 0.018毫米， 因此整个第二超材料片层的厚度为 0.818毫米。

构成第二超材料片层 300的基本单元仍如图 1所示，但第二超材料片层 300 需具有发散电磁波的功能， 根据电磁学原理， 电磁波向折射率大的方向偏折。 因此， 第二超材料片层 300上的折射率变化规律为： 第二超材料片层 300折射 率呈圆形分布， 圆心位于第二超材料片层中心点， 圆心处的折射率最小且随着 半径的增大， 对应半径的折射率亦增大且相同半径处折射率 相同。 具有该类折 射率分布的第二超材料片层 300使得辐射源 20辐射出来的电磁波被发散， 以提 高辐射源的近距离辐射范围， 使得偏馈式微波天线具有更小的尺寸。

更具体地， 本发明中， 第二超材料片层 300上的折射率分布规律可以为线 性变化， 即 n( _R )=n _Q +KR， K为常数， R为圆形分布的第二人造金属微结构附着的 超材料基本单元中心点与第二基材中心点的连 线距离， n _Q 为第二基材中心点所 具有的折射率值。 另外， 第二超材料片层 300上的折射率分布规律亦可为平方 率变化， 即 n( _R )=n _Q +KR ² _; 或为立方率变化即 _n ( _R )=n _Q +KR ³ _; 或为冥函数变化， 即 n( _R )=n _Q *K ^R 等。 常数 K和 n _Q 均可根据实际需要通过简单的计算机仿真 即可确定。

上面详细论述了第一超材料面板和第二超材料 面板的整体折射率分布关 系， 由超材料原理可知， 基材上附着的人造金属微结构的尺寸和图案直 接决定 超材料各点的折射率值。 同时， 根据实验可知， 相同几何形状的人造金属微结 构其尺寸越大时， 对应的超材料基本单元折射率越大。

本发明中， 为工业制造方便， 第一人造金属微结构和第二人造金属微结构 具有相同的几何形状。 多个第一人造金属微结构在核心超材料片层上 的排布规 律为： 核心超材料片层被划分为多个带状区域， 以一不同于核心超材料片层中 心点的定点为圆心， 核心超材料片层上相同半径处的多个第一人造 金属微结构 具有相同的几何尺寸， 且每一带状区域上随着半径的增大， 人造金属微结构的 几何尺寸逐渐减小； 相邻的两个带状区域， 处于内侧的带状区域的第一人造金 属微结构尺寸的最小值小于处于外侧的带状区 域的第一人造金属微结构几何尺 寸的最大值。 多个第二人造金属微结构在第二基材上的排布 规律为： 多个第二 人造金属微结构在第二基材上以第二基材中心 点为圆心呈圆形分布， 且圆心处 的第二人造金属微结构尺寸最小， 随着半径的增大， 对应半径的第二人造金属 微结构尺寸亦增大且相同半径处的第二人造金 属微结构尺寸相同。

满足上述第一超材料面板和第二超材料面板折 射率分布要求的人造金属微 结构的几何形状有多种， 但基本都为能对入射电磁波产生响应的几何形 状。 由 于改变入射电磁波磁场较为困难， 因此目前多数人造金属微结构均为能对入射 电磁波电场响应的几何形状， 最典型的即为 "工"字形人造金属微结构。 下面 详细描述几种人造金属微结构几何形状。 第一超材料面板和第二超材料面板上 可根据其需要的最大折射率和最小折射率调整 人造金属微结构的尺寸以使其满 足要求， 调整的方式可通过计算机仿真亦可通过手工计 算， 由于其不是本发明 重点， 因此不作详细描述。

如图 5所示， 图 5为本发明第一实施例中能对电磁波产生响应� �改变超材 料基本单元折射率的第一较佳实施方式的人造 金属微结构的几何形状拓扑图 案。 图 5中， 人造金属微结构呈 "工"字形， 包括竖直的第一金属分支 1021以 及分别垂直该第一金属分支 1021 且位于第一金属分支两端的第二金属分支 1022， 图 6为图 5中人造金属微结构几何形状拓扑图案的衍生� �案， 其不仅包 括第一金属分支 1021、 第二金属分支 1022， 每条第二金属分支两端还垂直设置 有第三金属分支 1023。

图 7 为本发明第一实施例中能对电磁波产生响应以 改变超材料基本单元折 射率的第二较佳实施方式的人造金属微结构的 几何形状拓扑图案。 图 7 中， 人 造金属微结构呈平面雪花型， 包括相互垂直的第一金属分支 102Γ 以及两条第 一金属分支 102Γ 两端均垂直设置有第二金属分支 1022' ； 图 8为图 7所示人 造金属微结构几何形状拓扑图案的衍生图案， 其不仅包括两条第一金属分支 1021， 、 四条第二金属分支 1022' ， 四条第二金属分支两端还垂直设置有第三 金属分支 1023 ' 。 优选地， 第一金属分支 102Γ 长度相等且垂直于中点相交， 第二金属分支 1022' 长度相等且中点位于第一金属分支端点， 第三金属分支 1023 ' 长度相等且中点位于第二金属分支端点； 上述金属分支的设置使得人造 金属微结构呈各向同性， 即在人造金属微结构所属平面内任意方向旋转 人造金 属微结构 90° 都能与原人造金属微结构重合。 采用各向同性的人造金属微结构 能简化设计、 减少干扰。

如图 9所示， 图 9为本发明第二实施例中构成超材料的基本单� �的立体结 构示意图。超材料的基本单元包括人造微结构 以及该人造微结构附着的基材 V 。 本发明中， 人造微结构为人造孔结构， 由于人造孔结构不同的体积以及人 造孔结构内填充的介质不同使得各基本单元具 有不同的电磁响应。 多个超材料 基本单元按一定规律排列即可使得超材料对电 磁波具有宏观的响应。 由于超材 料整体需对入射电磁波有宏观电磁响应因此各 个超材料基本单元对入射电磁波 的响应需形成连续响应， 这要求每一超材料基本单元的尺寸为入射电磁 波的十 分之一至五分之一， 优选为入射电磁波的十分之一。 本段描述中， 我们人为的 将超材料整体划分为多个超材料基本单元， 但应知此种划分方法仅为描述方便， 不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或 组装而成， 实际应用中超材料是 将人造孔结构周期排布于基材上即可构成， 工艺简单且成本低廉。 周期排布即 指上述我们人为划分的各个超材料基本单元上 能对入射电磁波产生连续的电磁 响应。

如图 10所示， 图 10为本发明第二实施例的偏馈式微波天线的结� ��示意图。 图 2中， 偏馈式微波天线包括辐射源 20、 第一超材料面板 10' 以及贴附于第一 超材料面板 10' 背部的反射面板 40， 本实施例中反射面板 40为金属材质的反 射面板。本实施例中，辐射源 20辐射的电磁波的频率为 12.4G赫兹至 18G赫兹。

第一超材料面板 10' 包括相互紧贴的第一核心超材料片层至第 N核心超材 料片层， 其中第 N核心超材料片层紧贴反射面板 40。 各核心超材料片层包括片 状的第一基材以及周期排布于第一基材上的多 个第一人造孔结构， 每一第一人 造孔结构和其所附着的部分第一基材即构成了 图 9所示的核心超材料片层的基 本单元。 核心超材料片层按照折射率分布可划分为多个 带状区域， 以一定点为 圆心， 所述多个带状区域上相同半径处地折射率相同 ， 且每一带状区域上随着 半径的增大折射率逐渐减小， 相邻两个带状区域， 处于内侧的带状区域的折射 率的最小值小于处于外侧的带状区域的最大值 ， 该圆心与辐射源的连线垂直于 核心超材料片层， 且该圆心不与核心超材料片层的中心点重合。 本实施例中圆 心设置于核心超材料片层的下边缘相距 ML的位置上，如此设置能避免辐射源阴 影的影响， 提高天线增益， 是较优选的实施方式。 图 10中， 核心超材料片层呈 方形， 此时， ML表示圆心 0与核心超材料片层下边缘中点的距离。通常� �况下， 我们将核心超材料片层制成圆形， 本实施例的核心超材料片层为圆形时折射率 分布如同上一实施例中图 3以及相关描述， 此处不再赘述。

本发明还提供一种第二超材料面板 30 ' ， 第二超材料面板 30 ' 的作用为将 辐射源发射的电磁波发散， 以提高辐射源的近距离辐射范围， 使得微波天线整 体的尺寸更为小型化。 第二超材料面板 30 ' 的位置可以紧贴辐射源的发射端口 亦可与辐射源相隔一定距离。 本实施例中， 第二超材料面板 30 ' 紧贴于辐射源 20的发射端口上。

第二超材料面板 30 ' 由多片折射率分布相同的第二超材料片层 300 ' 构成， 如图 11所示， 图 11为本发明第二实施例的第二超材料片层 300 ' 的立体结构示 意图， 第二超材料片层 300 ' 包括第二基材 30Γ 以及周期排布于第二基材中的 多个第二人造孔结构 302 ' 。

构成第二超材料片层 300 ' 的基本单元仍如图 9所示， 但第二超材料片层 300 ' 需具有发散电磁波的功能， 根据电磁学原理， 电磁波向折射率大的方向偏 折。因此，第二超材料片层 300 ' 上的折射率变化规律为：第二超材料片层 300 ' 折射率呈圆形分布， 圆心位于第二超材料片层中心点， 圆心处的折射率最小且 随着半径的增大， 对应半径的折射率亦增大且相同半径处折射率 相同。 具有该 类折射率分布的第二超材料片层 300 ' 使得辐射源 20辐射出来的电磁波被发散， 以提高辐射源的近距离辐射范围， 使得偏馈式微波天线具有更小的尺寸。 更具体地， 本发明中， 第二超材料片层 300' 上的折射率分布规律可以为线 性变化， 即 n( _R )=n _Q +KR， K为常数， R为圆形分布的第二人造孔结构附着的超材 料基本单元中心点与第二基材中心点的连线距 离， n _Q 为第二基材中心点所具有 的折射率值。另外， 第二超材料片层 300' 上的折射率分布规律亦可为平方率变 化， g卩 n( _R )=n _Q +KR ² _; 或为立方率变化即 n( _R )=n _Q +KR ³ _; 或为冥函数变化， 即 n( _R )=n _Q *K ^R 等。 常数 K和 n _Q 均可根据实际需要通过简单的计算机仿真 即可确定。

上面详细论述了第一超材料面板和第二超材料 面板的整体折射率分布关 系， 由超材料原理可知， 基材上附着的人造孔结构的体积和人造孔结构 内填充 的介质直接决定超材料各点的折射率值。

本发明中， 为工业制造方便， 第一人造孔结构和第二人造孔结构具有相同 的几何形状， 即均为圆柱形孔。 多个第一人造孔结构在核心超材料片层上的排 布规律为： 多个第一人造孔结构内填充有折射率小于第一 基材折射率的介质， 核心超材料片层被划分为多个带状区域， 以一不同于核心超材料片层中心点的 定点为圆心， 核心超材料片层上相同半径处的多个第一人造 孔结构具有相同的 体积， 且每一带状区域上随着半径的增大， 人造孔结构的体积逐渐增大； 相邻 的两个带状区域， 处于内侧的带状区域的第一人造孔结构体积的 最大值小于处 于外侧的带状区域的第一人造孔结构体积的最 小值。 多个第二人造孔结构在第 二基材上的排布规律为： 多个第二人造孔结构内填充有折射率小于第二 基材折 射率的介质， 多个第二人造孔结构在第二基材上以第二基材 中心点为圆心呈圆 形分布， 且圆心处的第二人造孔结构体积最大， 随着半径的增大， 对应半径的 第二人造孔结构尺寸减小且相同半径处的第二 人造孔结构体积相同。

上述第一人造孔结构和第二人造孔结构内填充 的介质均为空气， 可以想象 地， 当第一人造孔结构或第二人造孔结构内填充介 质的折射率大于基材折射率 时， 各人造孔的体积与上述排布规律相反即可。

满足上述第一超材料面板和第二超材料面板折 射率分布要求的人造孔结构 的形状并不受限制， 只要其所占据超材料基本单元的体积满足上述 排布规律即 可。 同时， 每一超材料基本单元内也可形成有多个体积相 同的人造孔结构， 此 时需要使得每一超材料基本单元上所有的人造 孔体积之和满足上述排布规律。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述， 但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的， 而不是限制性的， 本 领域的普通技术人员在本发明的启示下， 在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下， 还可做出很多形式， 这些均属于本发明的保护之内。