一种卡塞格伦型超材料天线 技术领域 本发明涉及通信领域， 更具体地说， 涉及一种卡塞格伦型超材料天线。 背景技术 卡塞格伦天线由三部分组成， 即主反射器、 副反射器和辐射源。 其中主反射器为 旋转抛物面， 副反射面为旋转双曲面反射器。 在结构上， 双曲面的一个焦点与抛物面 的焦点重合， 双曲面焦轴与抛物面的焦轴重合， 而辐射源位于双曲面的另一焦点上。 由副反射器对辐射源发出的电磁波进行的一次 反射， 将电磁波反射到主反射器上， 然 后再经主反射器反射后获得相应方向的平面波 波束， 以实现定向发射。 可见， 传统的卡塞格伦天线的主反射器需要加工成精 度很高的抛物面， 但是， 加 工这样精度高的抛物面， 难度非常大， 而且成本相当的高。 发明内容 本发明实施例所要解决的技术问题是， 针对现有的卡塞格伦天线加工不易、 成本 高的缺陷， 提供一种加工简单、 制造成本低的卡塞格伦型超材料天线。 根据本发明实施例的一个方面， 提供了一种卡塞格伦型超材料天线， 包括： 具有 中央通孔的超材料主反射器、 设置在所述中央通孔中的馈源、 及设置在所述馈源前方 的副反射器， 其中， 所述馈源辐射的电磁波依次经过所述副反射器 、 超材料主反射器 的反射后以平面波的形式出射； 所述超材料主反射器包括： 第一核心层及设置在所述 第一核心层后表面的第一反射层， 所述第一核心层包括至少一个第一核心层片层 ， 所 述第一核心层片层包括： 第一基材以及设置在所述第一基材上的多个第 一导电几何结 构； 所述副反射器的远焦点与所述馈源的相位中心 重合。 优选地， 所述副反射器的近焦点与超材料主反射器的焦 点重合。 优选地， 所述副反射器为旋转双叶双曲面的其中一个曲 面。 优选地， 所述副反射器为旋转椭球面的其中一个曲面。 优选地， 所述副反射器为超材料副反射器， 所述超材料副反射器包括第二核心层 及设置在所述第二核心层后表面的第二反射层 ， 所述第二核心层包括至少一个第二核 心层片层， 所述第二核心层片层包括第二基材以及设置在 所述第二基材上的多个第二 导电几何结构， 所述超材料副反射器具有与旋转双叶双曲面类 似的电磁波反射特性。 优选地， 所述副反射器为超材料副反射器， 所述超材料副反射器包括第二核心层 及设置在所述第二核心层后表面的第二反射层 ， 所述第二核心层包括至少一个第二核 心层片层， 所述第二核心层片层包括第二基材以及设置在 所述第二基材上的多个第二 导电几何结构， 所述超材料副反射器具有与旋转椭球面类似的 电磁波反射特性。 优选地， 旋转双叶双曲面或旋转椭球面的实轴垂直所述 超材料主反射器。 优选地， 所述超材料副反射器的中心轴与所述超材料主 反射器的中心轴重合。 优选地， 所述馈源为波纹喇叭， 所述实轴通过所述波纹喇叭的口径面的中心。 优选地， 所述馈源为波纹喇叭， 所述超材料副反射器的中心轴通过所述波纹喇 叭 的口径面的中心。 优选地， 在所述副反射器为超材料副反射器， 且所述超材料副反射器具有与旋转 椭球面类似的电磁波反射特性的情况下， 任一第二核心层片层的折射率分布满足如下 公式- jr ² + a ² + jr ² + b ² - (a + b + kl)

n(r) = n _B

2d, λ

d

2( ⁿ _max 2 - ⁿ min2 ) 其中， ⁿ (r)表示该第二核心层片层上半径为 r处的折射率值， 该第二核心 层片层的折射率分布圆心即为所述超材料副反 射器的中心轴与该第二核心层片 层的交点； d2为该第二核心层的厚度；

" _max2 表示该第二核心层片层上的折射率最大值 ； "■2表示该第二核心层片层上的折射率最小值� �� 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； a表示所述超材料副反射器的远焦点到所述超� �料副反射器的垂直距离； b表示所述超材料副反射器的近焦点到所述超� �料副反射器的垂直距离； •^ 表示向下取整数。 优选地， 在所述副反射器为超材料副反射器， 且所述超材料副反射器具有与旋转 双叶双曲面类似的电磁波反射特性的情况下， 任一第二核心层片层的折射率分布满足 如下公式：

,、 Gz— Gr— kl λ

d

2( ⁿ _max 2 - ⁿ min2 )

, r, ₍ Gz - Gr

k = floor{ ~ - ~ )

.

Gz = a + (L _ b~) ·

Gr = sjr ¹ + ² + (L - yjr ² + b ² ) . 其中， ⁿ (r)表示该第二核心层片层上半径为 r处的折射率值， 该第二核心 层片层的折射率分布圆心即为所述超材料副反 射器的中心轴与该第二核心层片 层的交点； d2为该第二核心层的厚度；

" _max2 表示该第二核心层片层上的折射率最大值 ；

"■2表示该第二核心层片层上的折射率最小� ��； 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； a表示所述超材料副反射器的远焦点到所述超� �料副反射器的垂直距离； b表示所述超材料副反射器的近焦点到所述超� �料副反射器的垂直距离； L表示该第二核心层片层半径的最大值； 表示向下取整数。 优选地， 所述第一基材包括片状的第一前基板及第一后 基板， 所述多个第一导电 几何结构夹设在所述第一前基板与所述第一后 基板之间， 所述第一核心层片层的厚度 为 0.21-2.5mm， 其中， 所述第一前基板的厚度为 0.1-lmm， 所述第一后基板的厚度为 0.1-lmm, 所述多个第一导电几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 优选地， 所述第二基材包括片状的第二前基板及第二后 基板， 所述多个第二导电 几何结构夹设在所述第二前基板与所述第二后 基板之间， 所述第二核心层片层的厚度 为 0.21-2.5mm， 其中， 所述第二前基板的厚度为 0.1-lmm， 所述第二后基板的厚度为 0.1-lmm, 所述多个第二导电几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 优选地， 所述第一核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 所述第一前基板与所述 第一后基板的厚度均为 0.4mm， 所述多个第一导电几何结构的厚度为 0.018mm。 优选地， 所述第一导电几何结构为金属几何结构， 所述金属几何结构由一条或多 条金属线组成， 所述金属线为铜线、 银线或者铝线， 所述第一基材上的所述多个第一 导电几何结构通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法得到。 优选地， 所述第一导电几何结构及所述第二导电几何结 构为金属几何结构， 所述 金属几何结构由一条或多条金属线组成， 所述金属线为铜线、 银线或者铝线， 所述第 一基材及所述第二基材上的所述多个第一导电 几何结构及所述多个第二导电几何结构 通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法得到。 优选地， 所述第一基材上的所述多个第一导电几何结构 由呈平面雪花状的金属几 何结构的拓扑图案的演变得到， 所述呈平面雪花状的金属几何结构具有相互垂 直平分 的第一金属线及第二金属线， 所述第一金属线与所述第二金属线的长度相同 ， 所述第 一金属线两端连接有相同长度的两个第一金属 分支， 所述第一金属线两端连接在所述 两个第一金属分支的中点上， 所述第二金属线两端连接有相同长度的两个第 二金属分 支， 所述第二金属线两端连接在所述两个第二金属 分支的中点上， 所述第一金属分支 与所述第二金属分支的长度相等。 优选地， 所述第一基材上的所述多个第一导电几何结构 及所述第二基材上的所述 多个第二导电几何结构均由呈平面雪花状的金 属几何结构的拓扑图案的演变得到， 所 述呈平面雪花状的金属几何结构具有相互垂直 平分的第一金属线及第二金属线， 所述 第一金属线与所述第二金属线的长度相同， 所述第一金属线两端连接有相同长度的两 个第一金属分支， 所述第一金属线两端连接在所述两个第一金属 分支的中点上， 所述 第二金属线两端连接有相同长度的两个第二金 属分支， 所述第二金属线两端连接在所 述两个第二金属分支的中点上， 所述第一金属分支与所述第二金属分支的长度 相等。 优选地， 所述呈平面雪花状的金属几何结构的每个第一 金属分支及每个第二金属 分支的两端还连接有完全相同的第三金属分支 ， 相应的第三金属分支的中点分别与第 一金属分支及第二金属分支的端点相连。 优选地， 所述呈平面雪花状的金属几何结构的所述第一 金属线与所述第二金属线 均设置有两个弯折部， 所述呈平面雪花状的金属几何结构绕所述第一 金属线与所述第 二金属线的交点在所述呈平面雪花状的金属几 何结构所处平面内向任意方向旋转 90 度的图形都与原图重合。 根据本发明的卡塞格伦型超材料天线， 由板状的超材料主反射器代替了传统的抛 物面形式的主反射器， 制造加工更加容易， 成本更加低廉。 该卡塞格伦型超材料天线 根据所选频率的不同， 可应用在卫星天线、 微波天线及雷达天线等领域。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步 理解， 构成本申请的一部分， 本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图 中- 图 1是本发明实施例的卡塞格伦型超材料天线的� �构示意图一； 图 2是本发明实施例的一种形式第一核心层片层� �超材料单元的透视示意图； 图 3是本发明实施例的一种形式的第一核心层片� �的折射率分布示意图； 图 4是本发明实施例的一种形式的第一核心层片� �的结构示意图； 图 5是本发明实施例的平面雪花状的金属几何结� �的拓扑图案的示意图； 图 6是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种衍� �结构； 图 7是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种变� �结构； 图 8是本发明实施例平面雪花状的金属几何结构� �拓扑图案的演变的第一阶段； 图 9是本发明实施例平面雪花状的金属几何结构� �拓扑图案的演变的第二阶段; 图 10是本发明实施例的卡塞格伦型超材料天线的� ��构示意图二； 图 11是本发明实施例的卡塞格伦型超材料天线的� ��构示意图三； 图 12是本发明实施例的一种形式的第二核心层片� ��的结构示意图； 图 13是本发明实施例的一种形式第二核心层片层� ��超材料单元的透视示意图； 图 14是本发明实施例的卡塞格伦型超材料天线的� ��构示意图四。 具体实施方式 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本 发明实施例。 需要说明的是， 在不 冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互 组合。 本实施例提供了一种卡塞格伦型超材料天线， 包括： 具有中央通孔的超材料主反 射器、 设置在中央通孔中的馈源、 及设置在馈源前方的副反射器， 其中， 馈源辐射的 电磁波依次经过副反射器、 超材料主反射器的反射后以平面波的形式出射 ； 超材料主 反射器包括： 第一核心层及设置在第一核心层后表面的第一 反射层， 第一核心层包括 至少一个第一核心层片层， 第一核心层片层包括： 第一基材以及设置在第一基材上的 多个第一导电几何结构（也可以称为人造微结 构）； 副反射器的远焦点与馈源的相位中 心重合。 优选地， 副反射器具有的将馈源发射的电磁波的方向反 射到从近焦点发射方向上 的电磁波反射特性， 即副反射器反射馈源发射的电磁波的方向的反 向延长线汇聚在近 焦点。 该特性可以是由该副反射器的结构或材料 （以及该材料的结构） 决定的， 例如 副反射器的结构为旋转双叶双曲面中的一个曲 面形状， 或者旋转椭球面的一个曲面形 状， 或者由于副反射器的特殊材料所赋予的具有类 似于旋转双叶双曲面或类似于旋转 椭球面曲面的反射特性。 下面对使用优选形式的副反射器的方案分别进 行说明。 实施例一 如图 1至 4所示， 根据本发明实施例的卡塞格伦型超材料天线， 包括具有中央通 孔 TK的超材料主反射器 ZF、 设置在中央通孔 TK中的馈源 1及设置在馈源 1前方的 副反射器 FF， 馈源 1辐射的电磁波依次经过副反射器 FF、超材料主反射器 ZF的反射 后以平面波的形式出射，所述超材料主反射器 ZF包括核心层 101及设置在核心层 101 后表面的反射层 201， 所述核心层 101包括至少一个核心层片层 10， 所述核心层片层 10包括基材 JC 1 以及设置在基材 JC 1上的多个导电几何结构 JG1， 所述副反射器 FF 为旋转双叶双曲面的其中一个曲面， 所述馈源 1的相位中心与旋转双叶双曲面的远焦 点 F2重合。馈源 1的相位中心即为电磁波在馈源中相位相等的� �，也就是将馈源等效 为理想点源， 该理想点源所处的位置， 即图中的 F2点。 本发明实施例中， 所述旋转双叶双曲面的实轴 Z1垂直超材料主反射器 ZF。 旋转 双叶双曲面的实轴 Z1即为焦轴， 即为旋转双叶双曲面的近焦点 F 1与远焦点 F2连线 所在的直线。 近焦点 F 1靠近副反射器 FF， 远焦点 F2与馈源 1的相位中心重合。 本发明实施例中， 优选地， 所述馈源 1为波纹喇叭， 所述旋转双叶双曲面的实轴 通过波纹喇叭的口径面的中心。 本发明实施例中， 反射层可以为具有光滑的表面的金属反射板， 例如可以是抛光 的铜板、 铝板或铁板等， 也可是 PEC (理想电导体）反射面， 当然也可以是金属涂层， 例如铜涂层。本发明实施例中，所述核心层片 层 10任一纵截面具有相同的形状与面积， 此处的纵截面是指核心层片层 10中与所述旋转双叶双曲面的实轴垂直的剖面� ��所述核 心层片层的纵截面可以是为方形， 也可是圆形或者椭圆形， 例如 300X300mm 或 450X450mm的正方形， 或者直径为 250、 300或 450mm的圆形。 本发明实施例中， 任一核心层片层 10的折射率分布满足如下公式： js ² + R ² - (s + kA) 、

n( ^R ) = "maxl _ά ( ¹ )； λ

2(n ■n

( 2)；

floor{ )

( 3 ) 其中， ⁿ ( ^R )表示该核心层片层 10上半径为 R处的折射率值， 该核心层片层的 折射率分布圆心即为旋转双叶双曲面的实轴与 该核心层片层的交点； s为所述旋转双叶双曲面的近焦点到超材料主� �射器的前表面的距离; ^α ι为核心层的厚度； 1表示核心层片层上的折射率最大值；

"■1表示核心层片层上的折射率最小值； 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； 表示向下取整数；

^s ² + R ² - s

例如， 当 义 ( R处于某一数值范围） 大于等于 0小于 1时， 取 0

当 义 ( R处于某一数值范围） 大于等于 1小于 2时， 取 1， 依此类推。 本发明实施例中， 为了便于理解， 如图 2、 图 4所示， 可以将所述核心层片层 10划分为矩形阵列排布的多个如图 2所示的超材料单元 D，每个超材料单元 D包括 前基板单元 U、后基板单元 V及设置在前基板单元 U、后基板单元 V之间的导电几 何结构 JG1， 通常超材料单元 D的长、 宽及厚度均不大于天线中心频率对应的电磁 波的波长的五分之一， 优选为十分之一， 因此， 根据天线的中心频率可以确定超材 料单元 D的尺寸。 图 2为透视的画法， 以表示导电几何结构在超材料单元 D中的位 置， 如图 2所示， 所述导电几何结构 JG1夹于基板单元 U、 后基板单元 V之间， 其 所在表面用 SR表示。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的核心层片层， 沿其法线方向折射率保持不变， 在垂直于法线的平面内其折射率分布如图 3所示， 其包括多个共心的环形区域， 其圆 心为图中的 0点， 优选地， 圆心即为该平面的中心， 图 3中示意性的画出了环形区域 HI至环形区域 H6， 每一环形区域内相同半径处的折射率相等， 且随着半径的增大折 射逐渐减小， 且有相邻两个环形区域在其相接的位置折射率 呈跳变形式， 即相邻两个 环形区域中， 位于内侧的环形区域其最外侧的折射率为 " 1， 位于外侧的环形区域其 最内侧的折射率为" 例如， 图 3中， 环形区域 HI最外侧的折射率为" !， 环形 区域 H2最内侧的折射率为 "°^1。 应当注意， 环形区域不一定是完整的， 也可以是不 完整的， 例如图 3中的环形区域 H5及 H6， 只有当核心层片层 10的纵截面为圆形时， 其得到的多个环形区域则均为完整的环形区域 。 本发明实施例中， 上述的半径是指图 3中的圆心 0到每一超材料单元的表面中心 的距离， 上述的半径严格意义上并不是一个连续的变化 范围， 但是由于每一个超材料 单元都是远远小于天线中心频率对应的电磁波 的波长， 所以可以近似的认为上述的半 径是连续变化的。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的核心层片层， 具有如图 3所示的折射率分布规 律， 根据天线中心频率， 合理设计核心层片层的层数（即核心层的厚度 ）， 即可以使得 由所述旋转双叶双曲面的近焦点 F1 发出的电磁波经超材料主反射器后能够以垂直 于 核心层片层的平面波的形式出射， 即超材料主反射器的焦点与所述旋转双叶双曲 面的 近焦点 F1重合。 根据公知常识可以得到， 由馈源 1的相位中心（即远焦点 F2)发出的电磁波其在 旋转双叶双曲面的一个曲面 （副反射器） 上反射后的电磁波其反射延长线必然经过近 焦点 Fl， 这样， 如果设计近焦点 F1为超材料主反射器的焦点就能够使得经超材� ��主 反射器反射后的电磁波以平面波的形式出射； 反之亦然， 即垂直超材料主反射器入射 的平面电磁波能够在馈源的相位中心处 （也即远焦点 F2处） 发生聚焦。 本发明实施例中， 优选地， 所述副反射器曲面形状与面积适应主反射器的 形状与 面积， 即如图 1所示， 使得由副反射器边缘出射的电磁波刚好到达超 材料主反射器的 边缘。 本发明实施例中， 如图 4所示， 所述基材 JC1包括片状的前基板 13及后基板 15， 所述多个导电几何结构夹设在前基板 13与后基板 15之间， 所述核心层片层的厚度为 0.21-2.5mm, 其中， 前基板的厚度为 0.1-lmm， 后基板的厚度为 0.1-lmm， 多个导电 几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 作为一个例子， 所述核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 前基板与后基板的厚 度均为 0.4mm， 多个导电几何结构的厚度为 0.018mm。 每一核心层片层的厚度确定了， 则可以根据需要设定不同的层数， 从而形成具 有厚度 ^d 的核心层。 本发明实施例中， 所述基材由陶瓷材料、 聚苯乙烯、 聚丙烯、 聚酰亚胺、 聚乙烯、 聚醚醚酮或聚四氟乙烯制得。 例如， 聚四氟乙烯板（PS板）， 其具有很好的电绝缘性， 不会对电磁波的电场产生干扰， 并且具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性， 使用寿命长。 本发明实施例中， 优选地， 所述导电几何结构 JG1为金属几何结构 （也可以称 为金属微结构）， 所述金属几何结构由一条或多条金属线组成， 所述金属线为铜线、 银线或者铝线， 所述基材 JC1上的多个导电几何结构通过蚀刻、 电镀、钻刻、光刻、 电子刻或离子刻的方法得到。 例如图 4所示的核心层片层， 可以先通过在前基板 13 或后基板 15中的其中一个上覆铜， 再通过蚀刻等工艺去掉不需要的铜， 即得到了多 个导电几何结构的平面排布， 最后用热熔胶将前基板与后基板粘合在一起即 形成了 —个核心层片层。 通过上述方法可以形成多个核心层片层， 将各个核心层片层用热 熔胶粘接即可得到多层的核心层。热熔胶的材 料最好与核心层片层的材料保持一致。 本发明实施例中， 优选地， 所述基材上的多个导电几何结构由图 5所示的呈平 面雪花状的金属几何结构的拓扑图案的演变得 到。 即图 5所示的金属几何结构的拓 扑图案为呈平面雪花状的金属几何结构的基本 平面拓扑图案， 同一基材上的所有金 属几何结构的拓扑图案均由图 5所示的图案演变得到。 如图 5所示， 所述呈平面雪花状的金属几何结构具有相互垂 直平分的第一金属线 J1及第二金属线 J2， 所述第一金属线 J1与第二金属线 J2的长度相同， 所述第一金属 线 J1两端连接有相同长度的两个第一金属分支 Fl， 所述第一金属线 J1两端连接在两 个第一金属分支 F1的中点上， 所述第二金属线 J2两端连接有相同长度的两个第二金 属分支 F2， 所述第二金属线 J2两端连接在两个第二金属分支 F2的中点上， 所述第一 金属分支 F1与第二金属分支 F2的长度相等。 图 6是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种衍� �结构。 其在每个第一金 属分支 F1及每个第二金属分支 F2的两端均连接有完全相同的第三金属分支 F3，并且 相应的第三金属分支 F3的中点分别与第一金属分支 F1及第二金属分支 F2的端点相 连。 依此类推， 本发明实施例还可以衍生出其它形式的金属几 何结构。 同样， 图 6所 示的只是基本平面拓扑图案。 图 7是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种变� �结构， 此种结构的金属 几何结构， 第一金属线 J1与第二金属线 J2不是直线， 而是弯折线， 第一金属线 J1与 第二金属线 J2均设置有两个弯折部 WZ， 但是第一金属线 J1与第二金属线 J2仍然是 垂直平分，通过设置弯折部的朝向与弯折部在 第一金属线与第二金属线上的相对位置， 使得图 7所示的金属几何结构绕垂直于第一金属线与� �二金属线交点的轴线向任意方 向旋转 90度的图形都与原图重合。 另外， 还可以有其它变形， 例如， 第一金属线 J1 与第二金属线 J2均设置多个弯折部 WZ。 同样， 图 7所示的只是基本平面拓扑图案。 已知折射率 n= ^， 其中 μ为相对磁导率， ε为相对介电常数， μ与 ε合称为 电磁参数。 实验证明， 电磁波通过折射率非均勾的介质材料时， 会向折射率大的方 向偏折。 在相对磁导率一定的情况下 （通常接近 1 )， 折射率只与介电常数有关， 在 基材选定的情况下， 利用只对电场响应的导电几何结构可以实现超 材料单元折射率 的任意值（在一定范围内），在该天线中心频 率下，利用仿真软件，如 CST、MATLAB、 COMSOL等， 通过仿真获得某一特定形状的导电几何结构（ 如图 5所示的平面雪花 状的金属几何结构） 的介电常数随着拓扑图案的变化折射率变化的 情况， 即可列出 一一对应的数据， 即可设计出我们需要的特定折射率分布的核心 层片层 10。 本实施例中， 核心层片层上的导电几何结构的平面排布可通 过计算机仿真（例 如 CST仿真） 得到， 具体如下：

( 1 ) 确定导电几何结构的附着基材。 例如介电常数为 2.7 的介质基板， 该介质 基板的材料可以是 FR-4、 F4b或 PS。 (2) 确定超材料单元的尺寸。 超材料单元的尺寸由天线的中心频率得到， 利用 频率得到其波长， 再取小于波长的五分之一的一个数值做为超材 料单元 D 的长度 CD与宽度 KD，再取小于波长的十分之一的一个数值做为� ��材料单元 D厚度。例如 对应于 11.95G的天线中心频率， 所述超材料单元 D为如图 2所示的长 CD与宽 KD 均为 2.8mm、 厚度 HD为 0.543mm的方形小板。 ( 3 ) 确定导电几何结构的材料及其基本平面拓扑图 案。 本发明实施例中， 导电 几何结构为金属几何结构， 所述金属几何结构的材料为铜， 金属几何结构的基本平 面拓扑图案为图 5所示的平面雪花状的金属几何结构， 其线宽 W各处一致； 此处的 基本平面拓扑图案， 是指同一基材上的所有导电几何结构的拓扑图 案的演变基础。

(4) 确定导电几何结构的拓扑图案参数。 如图 5所示， 本发明实施例中， 平面 雪花状的金属几何结构的拓扑图案参数包括金 属几何结构的线宽 W，第一金属线 J1 的长度 a， 第一金属分支 F1 的长度 b， 及金属几何结构的厚度 HD， 本发明实施例 中， 厚度不变， 取为 0.018mm。

( 5 ) 确定金属几何结构的拓扑图案的演变限制条件 。 本发明实施例中， 金属几 何结构的拓扑图案的演变限制条件有，金属几 何结构之间的最小间距 WL (即如图 5 所示， 金属几何结构与超材料单元的长边或宽边的距 离为 WL/2)， 金属几何结构的 线宽 W， 超材料单元的尺寸； 由于加工工艺限制， WL大于等于 0.1mm， 同样， 线 宽 W也是要大于等于 0.1mm。第一次仿真时， WL可以取 0.1mm W可以取 0.3mm 超材料单元的尺寸为长与宽为 2.8mm， 厚度为 0.818mm (金属几何结构的厚度为 0.018mm, 基材的厚度为 0.8mm)， 此时金属几何结构的拓扑图案参数只有 a和 b两 个变量。 金属几何结构的拓扑图案通过如图 8至图 9所示的演变方式， 对应于某一 特定频率 （例如 11.95GHZ), 可以得到一个连续的折射率变化范围。 具体地， 所述金属几何结构的拓扑图案的演变包括两个 阶段 （拓扑图案演变的 基本图案为图 5所示的金属几何结构）： 第一阶段： 根据演变限制条件， 在 b值保持不变的情况下， 将 a值从最小值变 化到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为 "十"字形 （a取最小值时除外）。 本 实施例中， a的最小值即为 0.3mm (线宽 W)， a的最大值为 （CD-WL)。 因此， 在 第一阶段中， 金属几何结构的拓扑图案的演变如图 8所示， 即从边长为 W的正方形 JX1， 逐渐演变成最大的"十"字形拓扑图案 JD1。 在第一阶段中， 随着金属几何结构 的拓扑图案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频 率）。 第二阶段： 根据演变限制条件， 当 a增加到最大值时， a保持不变； 此时， 将 b 从最小值连续增加到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为平面雪花状 。 本实 施例中， b的最小值即为 0.3mm b的最大值为 （CD-WL-2W)。 因此， 在第二阶段 中，金属几何结构的拓扑图案的演变如图 9所示，即从最大的"十"字形拓扑图案 JD1 逐渐演变成最大的平面雪花状的拓扑图案 JD2， 此处的最大的平面雪花状的拓扑图 案 JD2是指， 第一金属分支 J1与第二金属分支 J2的长度 b已经不能再伸长， 否则 第一金属分支与第二金属分支将发生相交。 在第二阶段中， 随着金属几何结构的拓 扑图案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频率）。 通过上述演变得到超材料单元的折射率变化范 围如果包含了" 1至" ¹ 的连 续变化范围， 则满足设计需要。 如果上述演变得到超材料单元的折射率变化范 围不 满足设计需要， 例如最大值太小或最小值过大， 则变动 WL与 W， 重新仿真， 直到 得到我们需要的折射率变化范围。 根据公式（1 )至（3 )， 将仿真得到的一系列的超材料单元按照其对应 的折射率排 布以后（实际上就是不同拓扑图案的多个导电 几何结构在基材上的排布）， 即能得到本 发明实施例的核心层片层。 实施例二 如图 10以及图 2至 4所示，根据本发明实施例的卡塞格伦型超材� �天线，包括具 有中央通孔 TK的超材料主反射器 ZF、 设置在中央通孔 TK中的馈源 1及设置在馈源 1前方的副反射器 FF， 馈源 1辐射的电磁波依次经过副反射器 FF、 超材料主反射器 ZF的反射后以平面波的形式出射， 所述超材料主反射器 ZF包括核心层 101及设置在 核心层 101后表面的反射层 201， 所述核心层 101包括至少一个核心层片层 10， 所述 核心层片层 10包括基材 JC 1以及设置在基材 JC1上的多个导电几何结构 JG1，所述副 反射器 FF为旋转椭球面的其中一个曲面， 所述馈源 1 的相位中心与旋转椭球面的远 焦点 F2重合。馈源 1的相位中心即为电磁波在馈源中相位相等的� �，也就是将馈源等 效为理想点源， 该理想点源所处的位置， 即图中的 F2点。 本发明实施例中， 所述旋转椭球面的实轴 Z1垂直超材料主反射器 ZF。 旋转椭球 面的实轴 Z1即为焦轴， 即为旋转椭球面的近焦点 F1与远焦点 F2连线所在的直线。 近焦点 F1靠近副反射器 FF， 远焦点 F2与馈源 1的相位中心重合。 本发明实施例中， 优选地， 所述馈源 1为波纹喇叭， 所述旋转椭球面的实轴通过 波纹喇叭的口径面的中心。 本发明实施例中， 反射层可以为具有光滑的表面的金属反射板， 例如可以是抛光 的铜板、 铝板或铁板等， 也可是 PEC (理想电导体）反射面， 当然也可以是金属涂层， 例如铜涂层。本发明实施例中，所述核心层片 层 10任一纵截面具有相同的形状与面积， 此处的纵截面是指核心层片层 10中与所述旋转椭球面的实轴垂直的剖面。所� ��核心层 片层的纵截面可以是为方形，也可是圆形或者 椭圆形，例如 300X300mm或 450X450mm 的正方形， 或者直径为 250、 300或 450mm的圆形。 本发明实施例中， 任一核心层片层 10的折射率分布满足如下公式:

λ

2( ⁿ _max l - ⁿ minl ) ( 2)； ( 3 )； 其中， ⁿ ( ^R )表示该核心层片层 10上半径为 R处的折射率值， 该核心层片层的 折射率分布圆心即为旋转椭球面的实轴与该核 心层片层的交点； s为所述旋转椭球面的近焦点到超材料主反射� �的前表面的距离； di为核心层的厚度； 1表示核心层片层上的折射率最大值；

"■1表示核心层片层上的折射率最小值； 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； 表示向下取整数； ^s ² + R ² - s

例如， 当 义 ( R处于某一数值范围） 大于等于 0小于 1时， 取 0

当 （R处于某一数值范围） 大于等于 1小于 2时， 取 1， 依此类推。 本发明实施例中， 为了便于理解， 如图 4所示， 可以将所述核心层片层 10划 分为矩形阵列排布的多个如图 2所示的超材料单元 D， 每个超材料单元 D包括前基 板单元 U、后基板单元 V及设置在前基板单元 U、后基板单元 V之间的导电几何结 构 JG1， 通常超材料单元 D的长、 宽及厚度均不大于天线中心频率对应的电磁波 的 波长的五分之一， 优选为十分之一， 因此， 根据天线的中心频率可以确定超材料单 元 D的尺寸。 图 2为透视的画法， 以表示导电几何结构在超材料单元 D中的位置， 如图 2所示， 所述导电几何结构 JG1夹于基板单元 U、 后基板单元 V之间， 其所在 表面用 SR表示。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的核心层片层， 沿其法线方向折射率保持不变， 在垂直于法线的平面内其折射率分布如图 3所示， 其包括多个共心的环形区域， 其圆 心为图中的 0点， 优选地， 圆心即为该平面的中心， 图 3中示意性的画出了环形区域 HI至环形区域 H6， 每一环形区域内相同半径 R处的折射率相等， 且随着半径 R的增 大折射逐渐减小， 且有相邻两个环形区域在其相接的位置折射率 呈跳变形式， 即相邻 两个环形区域中， 位于内侧的环形区域其最外侧的折射率为 " 1， 位于外侧的环形区 域其最内侧的折射率为" 例如， 图 3中， 环形区域 HI最外侧的折射率为" !， 环形区域 H2最内侧的折射率为 "°^i。 应当注意， 环形区域不一定是完整的， 也可以 是不完整的， 例如图 3中的环形区域 H5及 H6， 只有当核心层片层 10的纵截面为圆 形时， 其得到的多个环形区域则均为完整的环形区域 。 本发明实施例中，上述的半径 R是指图 3中的圆心 0到每一超材料单元的表面中 心的距离， 上述的半径严格意义上并不是一个连续的变化 范围， 但是由于每一个超材 料单元都是远远小于天线中心频率对应的电磁 波的波长， 所以可以近似的认为上述的 半径是连续变化的。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的核心层片层， 具有如图 3所示的折射率分布规 律， 根据天线中心频率， 合理设计核心层片层的层数（即核心层的厚度 ）， 即可以使得 由所述旋转椭球面的近焦点 F1 发出的电磁波经超材料主反射器后能够以垂直 于核心 层片层的平面波的形式出射， 即超材料主反射器的焦点与所述旋转椭球面的 近焦点 F1 重合。 根据公知常识可以得到， 由馈源 1的相位中心（即远焦点 F2)发出的电磁波其在 旋转椭球面的一个曲面 （副反射器）上反射后的电磁波必然经过近焦 点 Fl， 这样， 如 果设计近焦点 F1 为超材料主反射器的焦点就能够使得经超材料 主反射器反射后的电 磁波以平面波的形式出射； 反之亦然， 即垂直超材料主反射器入射的平面电磁波能够 在馈源的相位中心处 （也即远焦点 F2处） 聚焦。 本发明实施例中， 优选地， 所述副反射器曲面形状与面积适应主反射器的 形状与 面积， 即如图 1所示， 使得由副反射器边缘出射的电磁波刚好到达主 反射器的边缘。 本发明实施例中， 如图 4所示， 所述基材 JC1包括片状的前基板 13及后基板 15 所述多个导电几何结构夹设在前基板 13与后基板 15之间， 所述核心层片层的厚度为 0.21-2.5mm, 其中， 前基板的厚度为 0.1-lmm， 后基板的厚度为 0.1-lmm， 多个导电 几何结构 JG1的厚度为 0.01-0.5mm 作为一个例子， 所述核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 前基板与后基板的厚 度均为 0.4mm， 多个导电几何结构的厚度为 0.018mm 每一核心层片层的厚度确定了， 则可以根据需要设定不同的层数， 从而形成具 有厚度 ^d 的核心层。 本发明实施例中， 所述基材由陶瓷材料、 聚苯乙烯、 聚丙烯、 聚酰亚胺、 聚乙烯、 聚醚醚酮或聚四氟乙烯制得。 例如， 聚四氟乙烯板（PS板）， 其具有很好的电绝缘性， 不会对电磁波的电场产生干扰， 并且具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性， 使用寿命长。 本发明实施例中， 优选地， 所述导电几何结构 JG1为金属几何结构， 所述金属 几何结构由一条或多条金属线组成， 所述金属线为铜线、 银线或者铝线， 所述基材 JC1 上的多个导电几何结构通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法 得到。 例如图 4所示的核心层片层， 可以先通过在前基板 13或后基板 15中的其中 一个上覆铜， 再通过蚀刻等工艺去掉不需要的铜， 即得到了多个导电几何结构的平 面排布， 最后用热熔胶将前基板与后基板粘合在一起即 形成了一个核心层片。 通过 上述方法可以形成多个核心层片层， 将各个核心层片层用热熔胶粘接即可得到多层 的核心层。 热熔胶的材料最好与核心层片层的材料保持一 致。 本发明实施例中， 优选地， 所述基材上的多个导电几何结构由图 5所示的呈平 面雪花状的金属几何结构的拓扑图案的演变得 到。 即图 5所示的金属几何结构的拓 扑图案为呈平面雪花状的金属几何结构的基本 平面拓扑图案， 同一基材上的所有金 属几何结构的拓扑图案均由图 5所示的图案演变得到。 如图 5所示， 所述呈平面雪花状的金属几何结构具有相互垂 直平分的第一金属线 J1及第二金属线 J2， 所述第一金属线 J1与第二金属线 J2的长度相同， 所述第一金属 线 J1两端连接有相同长度的两个第一金属分支 Fl， 所述第一金属线 J1两端连接在两 个第一金属分支 F1的中点上， 所述第二金属线 J2两端连接有相同长度的两个第二金 属分支 F2， 所述第二金属线 J2两端连接在两个第二金属分支 F2的中点上， 所述第一 金属分支 F1与第二金属分支 F2的长度相等。 图 6是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种衍� �结构。 其在每个第一金 属分支 F1及每个第二金属分支 F2的两端均连接有完全相同的第三金属分支 F3，并且 相应的第三金属分支 F3的中点分别与第一金属分支 F1及第二金属分支 F2的端点相 连。 依此类推， 本发明实施例还可以衍生出其它形式的金属几 何结构。 同样， 图 6所 示的只是基本平面拓扑图案。 图 7是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种变� �结构， 此种结构的金属 几何结构， 第一金属线 J1与第二金属线 J2不是直线， 而是弯折线， 第一金属线 J1与 第二金属线 J2均设置有两个弯折部 WZ， 但是第一金属线 J1与第二金属线 J2仍然是 垂直平分，通过设置弯折部的朝向与弯折部在 第一金属线与第二金属线上的相对位置， 使得图 7所示的金属几何结构绕垂直于第一金属线与� �二金属线交点的轴线向任意方 向旋转 90度的图形都与原图重合。 另外， 还可以有其它变形， 例如， 第一金属线 J1 与第二金属线 J2均设置多个弯折部 WZ。 同样， 图 7所示的只是基本平面拓扑图案。 已知折射率 n= ^， 其中 μ为相对磁导率， ε为相对介电常数， μ与 ε合称为 电磁参数。 实验证明， 电磁波通过折射率非均勾的介质材料时， 会向折射率大的方 向偏折。 在相对磁导率一定的情况下 （通常接近 1 )， 折射率只与介电常数有关， 在 基材选定的情况下， 利用只对电场响应的导电几何结构可以实现超 材料单元折射率 的任意值（在一定范围内），在该天线中心频 率下，利用仿真软件，如 CST、MATLAB、 COMSOL等， 通过仿真获得某一特定形状的导电几何结构（ 如图 5所示的平面雪花 状的金属几何结构） 的介电常数随着拓扑图案的变化折射率变化的 情况， 即可列出 一一对应的数据， 即可设计出我们需要的特定折射率分布的核心 层片层 10。 本实施例中， 核心层片层上的导电几何结构的平面排布可通 过计算机仿真（例 如 CST仿真） 得到， 具体如下：

( 1 ) 确定导电几何结构的附着基材。 例如介电常数为 2.7 的介质基板， 该介质 基板的材料可以是 FR-4、 F4b或 PS。 (2) 确定超材料单元的尺寸。 超材料单元的尺寸由天线的中心频率得到， 利用 频率得到其波长， 再取小于波长的五分之一的一个数值做为超材 料单元 D 的长度 CD与宽度 KD，再取小于波长的十分之一的一个数值做为� ��材料单元 D厚度。例如 对应于 11.95G的天线中心频率， 所述超材料单元 D为如图 2所示的长 CD与宽 KD 均为 2.8mm、 厚度 HD为 0.543mm的方形小板。 ( 3 ) 确定导电几何结构的材料及其基本平面拓扑图 案。 本发明实施例中， 导电 几何结构为金属几何结构， 所述金属几何结构的材料为铜， 金属几何结构的基本平 面拓扑图案为图 5所示的平面雪花状的金属几何结构， 其线宽 W各处一致； 此处的 基本平面拓扑图案， 是指同一基材上的所有导电几何结构的拓扑图 案的演变基础。

(4) 确定导电几何结构的拓扑图案参数。 如图 5所示， 本发明实施例中， 平面 雪花状的金属几何结构的拓扑图案参数包括金 属几何结构的线宽 W，第一金属线 J1 的长度 a， 第一金属分支 F1 的长度 b， 及金属几何结构的厚度 HD， 本发明实施例 中， 厚度不变， 取为 0.018mm。

( 5 ) 确定金属几何结构的拓扑图案的演变限制条件 。 本发明实施例中， 金属几 何结构的拓扑图案的演变限制条件有，金属几 何结构之间的最小间距 WL (即如图 5 所示， 金属几何结构与超材料单元的长边或宽边的距 离为 WL/2)， 金属几何结构的 线宽 W， 超材料单元的尺寸； 由于加工工艺限制， WL大于等于 0.1mm， 同样， 线 宽 W也是要大于等于 0.1mm。第一次仿真时， WL可以取 0.1mm W可以取 0.3mm 超材料单元的尺寸为长与宽为 2.8mm， 厚度为 0.818mm (金属几何结构的厚度为 0.018mm, 基材的厚度为 0.8mm)， 此时金属几何结构的拓扑图案参数只有 a和 b两 个变量。 金属几何结构的拓扑图案通过如图 8至图 9所示的演变方式， 对应于某一 特定频率 （例如 11.95GHZ), 可以得到一个连续的折射率变化范围。 具体地， 所述金属几何结构的拓扑图案的演变包括两个 阶段 （拓扑图案演变的 基本图案为图 5所示的金属几何结构）： 第一阶段： 根据演变限制条件， 在 b值保持不变的情况下， 将 a值从最小值变 化到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为 "十"字形 （a取最小值时除外）。 本 实施例中， a的最小值即为 0.3mm (线宽 W)， a的最大值为 （CD-WL)。 因此， 在 第一阶段中， 金属几何结构的拓扑图案的演变如图 8所示， 即从边长为 W的正方形 JX1， 逐渐演变成最大的"十"字形拓扑图案 JD1。 在第一阶段中， 随着金属几何结构 的拓扑图案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频 率）。 第二阶段： 根据演变限制条件， 当 a增加到最大值时， a保持不变； 此时， 将 b 从最小值连续增加到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为平面雪花状 。 本实 施例中， b的最小值即为 0.3mm b的最大值为 （CD-WL-2W)。 因此， 在第二阶段 中，金属几何结构的拓扑图案的演变如图 9所示，即从最大的"十"字形拓扑图案 JD1 逐渐演变成最大的平面雪花状的拓扑图案 JD2， 此处的最大的平面雪花状的拓扑图 案 JD2是指， 第一金属分支 J1与第二金属分支 J2的长度 b已经不能再伸长， 否则 第一金属分支与第二金属分支将发生相交。 在第二阶段中， 随着金属几何结构的拓 扑图案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频率）。 通过上述演变得到超材料单元的折射率变化范 围如果包含了" 1至" ¹ 的连 续变化范围， 则满足设计需要。 如果上述演变得到超材料单元的折射率变化范 围不 满足设计需要， 例如最大值太小或最小值过大， 则变动 WL与 W， 重新仿真， 直到 得到我们需要的折射率变化范围。 根据公式（1 )至（3 )， 将仿真得到的一系列的超材料单元按照其对应 的折射率排 布以后（实际上就是不同拓扑图案的多个导电 几何结构在基材上的排布）， 即能得到本 发明实施例的核心层片层。 实施例三 如图 11以及图 2至 4所示，根据本发明实施例的卡塞格伦型超材� �天线， 包括具 有中央通孔 TK的超材料主反射器 ZF、 设置在中央通孔 TK中的馈源 1及设置在馈源 1前方的超材料副反射器 FF，馈源 1辐射的电磁波依次经过超材料副反射器 FF、超材 料主反射器 ZF的反射后以平面波的形式出射，所述超材料� ��反射器 ZF包括第一核心 层 101 (相当于上述核心层 101 )及设置在第一核心层 101后表面的第一反射层 201 (相 当于上述反射层 201 )，所述第一核心层 101包括至少一个第一核心层片层 10，所述第 一核心层片层 10包括第一基材 JC1以及设置在第一基材 JC1 (相当于上述基材 JC1 ) 上的多个第一导电几何结构 JG1 (相当于上述导电几何结构 JG1 )， 所述超材料副反射 器 FF包括第二核心层 102及设置在第二核心层 102后表面的第二反射层 202，所述第 二核心层 102包括至少一个第二核心层片层 20， 所述第一核心层片层 20包括第二基 材 JC2以及设置在第二基材 JC2上的多个第二导电几何结构 JG2， 所述超材料副反射 器 FF具有与旋转双叶双曲面类似的电磁波反射特� ��， 所述超材料副反射器 FF具有近 焦点 F1与远焦点 F2， 所述馈源 1的相位中心与超材料副反射器的远焦点 F2重合， 所 述近焦点 F1与超材料主反射器的焦点重合。馈源 1的相位中心即为电磁波在馈源中相 位相等的点， 也就是将馈源等效为理想点源， 该理想点源所处的位置， 即图中的 F2 点。 此处， 超材料副反射器 FF 具有与旋转双叶双曲面类似的电磁波反射特性 ， 是指 由远焦点 F2发出的电磁波经过超材料副反射器 FF反射后， 出射的电磁波其反向延长 线经过近焦点 Fl， 旋转双叶双曲面恰好具备这个特性。 本发明实施例中， 所述超材料副反射器的中心轴 Z2 与超材料主反射器的中心轴

Z1 重合。 超材料副反射器的中心轴 Z2 即为焦轴， 即为超材料副反射器的近焦点 F1 与远焦点 F2连线所在的直线。 近焦点 F1靠近超材料副反射器 FF， 远焦点 F2与馈源 1的相位中心重合。 本发明实施例中， 优选地， 所述馈源 1为波纹喇叭， 所述超材料副反射器的中心 轴 Z2通过波纹喇叭的口径面的中心。 本发明实施例中，第一反射层及第二反射层可 以为具有光滑的表面的金属反射板， 例如可以是抛光的铜板、 铝板或铁板等， 也可是 PEC (理想电导体） 反射面， 当然也 可以是金属涂层， 例如铜涂层。本发明实施例中， 所述第一核心层片层 10及第二核心 层片层 20任一纵截面具有相同的形状与面积， 此处的纵截面是指第一核心层片层 10、 第二核心层片层 20中与所述超材料副反射器的中心轴 Z2垂直的剖面。 所述第一核心 层片层 10及第二核心层片层 20的纵截面可以是为方形， 也可是圆形或者椭圆形， 例 如 300X300mm或 450X450mm的正方形， 或者直径为 250、 300或 450mm的圆形。 本发明实施例中， 为了便于理解， 如图 2、 图 4所示， 可以将所述第一核心层片 层 10划分为矩形阵列排布的多个如图 2所示的超材料单元 D， 每个超材料单元 D包 括前基板单元 U、后基板单元 V及设置在前基板单元 U、后基板单元 V之间的第一导 电几何结构 JG1， 通常超材料单元 D的长、 宽及厚度均不大于天线中心频率对应的电 磁波的波长的五分之一， 优选为十分之一， 因此， 根据天线的中心频率可以确定超材 料单元 D的尺寸。图 2为透视的画法， 以表示第导电几何结构 JG1在超材料单元 D中 的位置， 如图 2所示， 所述第一导电几何结构 JG1夹于基板单元 U、 后基板单元 V之 间， 其所在表面用 SR表示。 同样， 如图 12及图 13所示， 也可以将第二核心层片层 20划分为矩形阵列排布的 多个如图 11所示的超材料单元 D 本发明实施例中， 任一第一核心层片层 10的折射率分布满足如下公式：

. (s + kX) ( 1

其中， ⁿ ( ^R )表示该第一核心层片层上半径为 R处的折射率值， 该第一核心层片层 的折射率分布圆心即为超材料副反射器的中心 轴与该第一核心层片层的交点； S为所述超材料副反射器的近焦点到超材料主� �射器的前表面的距离； di为第一核心层的厚度； 1表示第一核心层片层上的折射率最大值; 1表示第一核心层片层上的折射率最小值; 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； 表示向下取整数； ^ ² + R ■s

例如， 当 义 ( R处于某一数值范围） 大于等于 0小于 1时， 取 0， 当

λ ( R处于某一数值范围） 大于等于 1小于 2时， 取 1， 依此类推。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的第一核心层片层， 沿其法线方向折射率保持不 变， 在垂直于法线的平面内其折射率分布如图 3所示， 其包括多个共心的环形区域， 其圆心为图中的 0点， 优选地， 圆心即为该平面的中心， 图 3中示意性的画出了环形 区域 HI至环形区域 H6， 每一环形区域内相同半径处的折射率相等， 且随着半径的增 大折射逐渐减小， 且有相邻两个环形区域在其相接的位置折射率 呈跳变形式， 即相邻 两个环形区域中， 位于内侧的环形区域其最外侧的折射率为 " 1， 位于外侧的环形区 域其最内侧的折射率为" 例如， 图 3中， 环形区域 HI最外侧的折射率为" !， 环形区域 H2最内侧的折射率为 "°^i。 应当注意， 环形区域不一定是完整的， 也可以 是不完整的， 例如图 3中的环形区域 H5及 H6， 只有当第一核心层片层的纵截面为圆 形时， 其得到的多个环形区域则均为完整的环形区域 。 本发明实施例中， 上述的半径是指图 3中的圆心 0到每一超材料单元的表面中心 的距离， 上述的半径严格意义上并不是一个连续的变化 范围， 但是由于每一个超材料 单元都是远远小于天线中心频率对应的电磁波 的波长， 所以可以近似的认为上述的半 径是连续变化的。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的第一核心层片层， 具有如图 3所示的折射率分 布规律，根据天线中心频率，合理设计第一核 心层片层的层数（即第一核心层的厚度）， 即可以使得由所述超材料副反射器的近焦点 F1 发出的电磁波经超材料主反射器后能 够以垂直于第一核心层片层的平面波的形式出 射， 即超材料主反射器的焦点与所述超 材料副反射器的近焦点 F1重合。 本发明实施例中， 任一第二核心层片层 20的折射率分布满足如下公式： λ

2( ⁿ mmaaxx22 ^{_ n} mmiinn22 ) ) ( 5 · ( 6 )；

Gz - a + (L - b) ( 7 ) .

Gr - r ² + a ² + (L - ( g ) . 其中， ⁿ (r)表示该第二核心层片层上半径为 r处的折射率值， 该第二核心层片层 的折射率分布圆心即为超材料副反射器的中心 轴与该第二核心层片层的交点； d2为第二核心层的厚度；

" _max2 表示第二核心层片层上的折射率最大值；

"■2表示第二核心层片层上的折射率最小值� �� 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； "表示超材料副反射器的远焦点 F2到超材料副反射器 FF的垂直距离； 即馈源相 位中心到超材料副反射器 FF的垂直距离；

⁶ 表示超材料副反射器的近焦点 F1到超材料副反射器 FF的垂直距离； 表示该第二核心层片层半径的最大值；

^表示向下取整数。 由公式 （4 ) 至公式 （8 ) 所确定的第二核心层片层， 根据天线中心频率， 合理设 计第二核心层片层的层数（即第二核心层的厚 度），可以使得超材料副反射器具有与旋 转双叶双曲面类似的电磁波反射特性， 即可以使得由远焦点 F2 (馈源相位中心）发出 的电磁波经过超材料副反射器 FF反射后，出射的电磁波其反向延长线经过近� ��点 Fl。 综上，将近焦点 F1设置为超材料主反射器的焦点就能够使得由� ��源发出的电磁波 经超材料副反射器一次反射、 超材料主反射器二次反射后以平面波的形式出 射； 反之 亦然， 即垂直超材料主反射器入射的平面电磁波能够 经超材料主射器一次反射、 超材 料副反射器二次反射后在馈源的相位中心处 （也即远焦点 F2处） 聚焦。 本发明实施例中， 优选地， 所述超材料副反射器的形状与尺寸适应主反射 器的形 状与尺寸， 即如图 1所示， 使得由超材料副反射器边缘出射的电磁波刚好 到达超材料 主反射器的边缘。 本发明实施例中， 如图 3及图 4所示， 所述第一基材 JC1包括片状的第一前基板 13及第一后基板 15， 所述多个第一导电几何结构 JG1夹设在第一前基板 13与第一后 基板 15之间， 所述第一核心层片层的厚度为 0.21-2.5mm， 其中， 第一前基板的厚度 为 0.1-lmm， 第一后基板的厚度为 0.1-lmm， 多个第一导电几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 作为一个例子， 所述第一核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 第一前基板与第 一后基板的厚度均为 0.4mm， 多个第一导电几何结构的厚度为 0.018mm。 本发明实施例中， 如图 12及图 13所示， 所述第二基材 JC2包括片状的第二前基 板 14及第二后基板 16，所述多个第二导电几何结构 JG2夹设在第一前基板 14与第一 后基板 16之间， 所述第二核心层片层的厚度为 0.21-2.5mm， 其中， 第二前基板的厚 度为 0.1-lmm， 第二后基板的厚度为 0.1-lmm, 多个第二导电几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 作为一个例子， 所述第二核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 第二前基板与第 二后基板的厚度均为 0.4mm， 多个第二导电几何结构的厚度为 0.018mm。 所述第一核心层片层、 第二核心层片层的厚度确定了， 则可以根据需要设定不同 的层数， 从而形成具有厚度 ^d i的第一核心层及具有厚度 ^d 2的第二核心层。 本发明实施例中， 所述第一基材及第二基材由陶瓷材料、 聚苯乙烯、 聚丙烯、 聚 酰亚胺、 聚乙烯、 聚醚醚酮或聚四氟乙烯制得。 例如， 聚四氟乙烯板 （PS 板）， 其具 有很好的电绝缘性， 不会对电磁波的电场产生干扰， 并且具有优良的化学稳定性、 耐 腐蚀性， 使用寿命长。 本发明实施例中， 优选地， 所述第一导电几何结构及第二导电几何结构均 为金属 几何结构， 所述金属几何结构由一条或多条金属线组成， 所述金属线为铜线、 银线或 者铝线， 所述第一基材上的多个第一导电几何结构通过 蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电 子刻或离子刻的方法得到。 例如图 4所示的第一核心层片层 10， 可以先通过在第一前 基板 13或第一后基板 15中的其中一个上覆铜， 再通过蚀刻等工艺去掉不需要的铜， 即得到了多个第一导电几何结构 JG1 的平面排布， 最后用热熔胶将第一前基板 13与 第一后基板 15粘合在一起即形成了第一核心层片层 10。 通过上述方法可以形成多个 第一核心层片层 10， 将各个第一核心层片层 10用热熔胶粘接即可得到多层结构的第 一核心层 101。 热熔胶的材料最好与第一核心层片层的材料保 持一致。 以上述方法同样可以得到第二核心层片层及第 二核心层。 本发明实施例中， 优选地， 所述第一基材上的多个第一导电几何结构及第 二基材 上的第二导电几何结构均由图 5所示的呈平面雪花状的金属几何结构的拓扑� �案的演 变得到。 即图 5所示的金属几何结构的拓扑图案为呈平面雪� �状的金属几何结构的基 本平面拓扑图案， 同一第一基材及第二基材上的所有金属几何结 构的拓扑图案均由图 5所示的图案演变得到。 如图 5所示， 所述呈平面雪花状的金属几何结构具有相互垂 直平分的第一金属线 J1及第二金属线 J2， 所述第一金属线 J1与第二金属线 J2的长度相同， 所述第一金属 线 J1两端连接有相同长度的两个第一金属分支 Fl， 所述第一金属线 J1两端连接在两 个第一金属分支 F1的中点上， 所述第二金属线 J2两端连接有相同长度的两个第二金 属分支 F2， 所述第二金属线 J2两端连接在两个第二金属分支 F2的中点上， 所述第一 金属分支 F1与第二金属分支 F2的长度相等。 图 6是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种衍� �结构。 其在每个第一金 属分支 F1及每个第二金属分支 F2的两端均连接有完全相同的第三金属分支 F3，并且 相应的第三金属分支 F3的中点分别与第一金属分支 F1及第二金属分支 F2的端点相 连。 依此类推， 本发明实施例还可以衍生出其它形式的金属几 何结构。 同样， 图 6所 示的只是基本平面拓扑图案。 图 7是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种变� �结构， 此种结构的金属 几何结构， 第一金属线 J1与第二金属线 J2不是直线， 而是弯折线， 第一金属线 J1与 第二金属线 J2均设置有两个弯折部 WZ， 但是第一金属线 J1与第二金属线 J2仍然是 垂直平分，通过设置弯折部的朝向与弯折部在 第一金属线与第二金属线上的相对位置， 使得图 7所示的金属几何结构绕垂直于第一金属线与� �二金属线交点的轴线向任意方 向旋转 90度的图形都与原图重合。 另外， 还可以有其它变形， 例如， 第一金属线 J1 与第二金属线 J2均设置多个弯折部 WZ。 同样， 图 7所示的只是基本平面拓扑图案。 已知折射率 n= ^， 其中 μ为相对磁导率， ε为相对介电常数， μ与 ε合称为电 磁参数。 实验证明， 电磁波通过折射率非均勾的介质材料时， 会向折射率大的方向偏 折。 在相对磁导率一定的情况下 （通常接近 1 )， 折射率只与介电常数有关， 在第一基 材选定的情况下， 利用只对电场响应的第一导电几何结构可以实 现超材料单元折射率 的任意值（在一定范围内），在该天线中心频 率下，利用仿真软件，如 CST、 MATLAB、 C0MS0L等， 通过仿真获得某一特定形状的第一导电几何结 构（如图 5所示的平面雪 花状的金属几何结构） 的介电常数随着拓扑图案的变化折射率变化的 情况， 即可列出 一一对应的数据， 即可设计出我们需要的特定折射率分布的第一 核心层片层。 同样， 可设计出我们需要的特定折射率分布的第二核 心层片层。 本实施例中， 第一核心层片层上的第一导电几何结构的平面 排布可通过计算机仿 真 （例如 CST仿真） 得到， 具体如下：

( 1 ) 确定第一导电几何结构的附着第一基材。 例如介电常数为 2.7的介质基板， 该介质基板的材料可以是 FR-4、 F4b或 PS。 (2)确定超材料单元的尺寸。超材料单元的尺寸 由天线的中心频率得到， 利用频 率得到其波长， 再取小于波长的五分之一的一个数值做为超材 料单元 D的长度 CD与 宽度 KD， 再取小于波长的十分之一的一个数值做为超材 料单元 D厚度。 例如对应于 11.95G的天线中心频率，所述超材料单元 D为如图 2所示的长 CD与宽 KD均为 2.8mm、 厚度 HD为 0.543mm的方形小板。 (3 )确定第一导电几何结构的材料及其基本平面� �扑图案。本发明实施例中， 第 一导电几何结构为金属几何结构， 所述金属几何结构的材料为铜， 金属几何结构的基 本平面拓扑图案为图 5所示的平面雪花状的金属几何结构， 其线宽 W各处一致； 此处 的基本平面拓扑图案， 是指同一第一基材上的所有第一导电几何结构 的拓扑图案的演 变基础。 (4)确定第一导电几何结构的拓扑图案参数。 如图 5所示， 本发明实施例中， 平 面雪花状的金属几何结构的拓扑图案参数包括 金属几何结构的线宽 W，第一金属线 J1 的长度 a， 第一金属分支 F1的长度 b， 及金属几何结构的厚度 HD， 本发明实施例中， 厚度不变， 取为 0.018mm。

(5 )确定金属几何结构的拓扑图案的演变限制条� �。本发明实施例中， 金属几何 结构的拓扑图案的演变限制条件有， 金属几何结构之间的最小间距 WL (即如图 5所 示， 金属几何结构与超材料单元的长边或宽边的距 离为 WL/2)， 金属几何结构的线宽 W, 超材料单元的尺寸； 由于加工工艺限制， WL大于等于 0.1mm， 同样， 线宽 W也 是要大于等于 0.1mm。 第一次仿真时， WL可以取 0.1mm， W可以取 0.3mm， 超材 料单元的尺寸为长与宽为 2.8mm，厚度为 0.818mm (金属几何结构的厚度为 0.018mm， 第一基材的厚度为 0.8mm)， 此时金属几何结构的拓扑图案参数只有 a和 b两个变量。 金属几何结构的拓扑图案通过如图 8至图 9所示的演变方式，对应于某一特定频率（例 如 11.95GHZ), 可以得到一个连续的折射率变化范围。 具体地， 所述金属几何结构的拓扑图案的演变包括两个 阶段 （拓扑图案演变的基 本图案为图 5所示的金属几何结构）： 第一阶段： 根据演变限制条件， 在 b值保持不变的情况下， 将 a值从最小值变化 到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为 "十"字形 （a取最小值时除外）。 本实施 例中， a的最小值即为 0.3mm (线宽 W)， a的最大值为 （CD-WL)。 因此， 在第一阶 段中， 金属几何结构的拓扑图案的演变如图 8所示， 即从边长为 W的正方形 JX1， 逐 渐演变成最大的"十"字形拓扑图案 JD1。 在第一阶段中， 随着金属几何结构的拓扑图 案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频率）。 第二阶段： 根据演变限制条件， 当 a增加到最大值时， a保持不变； 此时， 将 b 从最小值连续增加到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为平面雪花状 。 本实施 例中， b的最小值即为 0.3mm b的最大值为 （CD-WL-2W)。 因此， 在第二阶段中， 金属几何结构的拓扑图案的演变如图 9所示， 即从最大的"十"字形拓扑图案 JD1， 逐 渐演变成最大的平面雪花状的拓扑图案 JD2，此处的最大的平面雪花状的拓扑图案 JD2 是指， 第一金属分支 J1与第二金属分支 J2的长度 b已经不能再伸长， 否则第一金属 分支与第二金属分支将发生相交。 在第二阶段中， 随着金属几何结构的拓扑图案的演 变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频率）。 通过上述演变得到超材料单元的折射率变化范 围如果包含了" 1至" ¹ 的连续 变化范围以及 " 2至" 2的连续变化范围， 则满足设计需要。如果上述演变得到超材 料单元的折射率变化范围不满足设计需要， 例如最大值太小或最小值过大， 则变动

WL与 W， 重新仿真， 直到得到我们需要的折射率变化范围。 根据公式（1 )至（3 )， 将仿真得到的一系列的超材料单元按照其对应 的折射率排 布以后（实际上就是不同拓扑图案的多个第一 导电几何结构在第一基材上的排布）， 即 能得到本发明实施例的第一核心层片层。 同理， 根据公式（4)至（8)， 将仿真得到的一系列的超材料单元按照其对应 的折 射率排布以后 （实际上就是不同拓扑图案的多个第二导电几 何结构在第二基材上的排 布）， 即能得到本发明实施例的第二核心层片层。 实施例四 如图 14以及图 2至 4所示，根据本发明实施例的卡塞格伦型超材� �天线，包括具 有中央通孔 TK的超材料主反射器 ZF、 设置在中央通孔 TK中的馈源 1及设置在馈源 1前方的超材料副反射器 FF，馈源 1辐射的电磁波依次经过超材料副反射器 FF、超材 料主反射器 ZF的反射后以平面波的形式出射，所述超材料� ��反射器 ZF包括第一核心 层 101 (相当于上述核心层 101 )及设置在第一核心层 101后表面的第一反射层 201 (相 当于上述反射层 201 )，所述第一核心层 101包括至少一个第一核心层片层 10，所述第 一核心层片层 10包括第一基材 JC1 (相当于上述基材 JC1 ) 以及设置在第一基材 JC1 上的多个第一导电几何结构 JG1 (相当于上述导电几何结构 JG1 )， 所述超材料副反射 器 FF包括第二核心层 102及设置在第二核心层 102后表面的第二反射层 202，所述第 二核心层 102包括至少一个第二核心层片层 20， 所述第一核心层片层 20包括第二基 材 JC2以及设置在第二基材 JC2上的多个第二导电几何结构 JG2， 所述超材料副反射 器 FF具有与旋转椭球面类似的电磁波反射特性， 所述超材料副反射器 FF具有近焦点 F1与远焦点 F2， 所述馈源 1的相位中心与超材料副反射器的远焦点 F2重合， 所述近 焦点 F1与超材料主反射器的焦点重合。馈源 1的相位中心即为电磁波在馈源中相位相 等的点， 也就是将馈源等效为理想点源， 该理想点源所处的位置， 即图中的 F2点。此 处， 超材料副反射器 FF具有与旋转椭球面类似的电磁波反射特性， 是指由远焦点 F2 发出的电磁波经过超材料副反射器 FF反射后， 出射的电磁波在近焦点 F1处聚焦， 旋 转椭球面恰好具备这个特性。 本发明实施例中， 所述超材料副反射器的中心轴 Z2 与超材料主反射器的中心轴 Z1 重合。 超材料副反射器的中心轴 Z2 即为焦轴， 即为超材料副反射器的近焦点 F1 与远焦点 F2连线所在的直线。 近焦点 F1靠近超材料副反射器 FF， 远焦点 F2与馈源 1的相位中心重合。 本发明实施例中， 优选地， 所述馈源 1为波纹喇叭， 所述超材料副反射器的中心 轴 Z2通过波纹喇叭的口径面的中心。 本发明实施例中，第一反射层及第二反射层可 以为具有光滑的表面的金属反射板， 例如可以是抛光的铜板、 铝板或铁板等， 也可是 PEC (理想电导体） 反射面， 当然也 可以是金属涂层， 例如铜涂层。本发明实施例中， 所述第一核心层片层 10及第二核心 层片层 20任一纵截面具有相同的形状与面积， 此处的纵截面是指第一核心层片层 10、 第二核心层片层 20中与所述超材料副反射器的中心轴 Z2垂直的剖面。 所述第一核心 层片层 10及第二核心层片层 20的纵截面可以是为方形， 也可是圆形或者椭圆形， 例 如 300X300mm或 450X450mm的正方形， 或者直径为 250、 300或 450mm的圆形。 本发明实施例中， 为了便于理解， 如图 2、 图 4所示， 可以将所述第一核心层 片层 10划分为矩形阵列排布的多个如图 2所示的超材料单元 D，每个超材料单元 D 包括前基板单元 U、后基板单元 V及设置在前基板单元 U、后基板单元 V之间的第 一导电几何结构 JG1， 通常超材料单元 D的长、 宽及厚度均不大于天线中心频率对 应的电磁波的波长的五分之一， 优选为十分之一， 因此， 根据天线的中心频率可以 确定超材料单元 D的尺寸。 图 2为透视的画法， 以表示第导电几何结构 JG1在超材 料单元 D中的位置， 如图 2所示， 所述第一导电几何结构 JG1夹于基板单元 U、 后 基板单元 V之间， 其所在表面用 SR表示。 同样， 如图 12及图 13所示， 也可以将第二核心层片层 20划分为矩形阵列排 布的多个如图 11所示的超材料单元 D 本发明实施例中， 任一第一核心层片层 10的折射率分布满足如下公式：

. (s + kl) ( 1

); (3 )； 其中， ⁿ⁽ ^)表示该第一核心层片层上半径为 R处的折射率值， 该第一核心层片 层的折射率分布圆心即为超材料副反射器的中 心轴与该第一核心层片层的交点； s为所述超材料副反射器的近焦点到超材料主� �射器的前表面的距离； di为第一核心层的厚度； 1表示第一核心层片层上的折射率最大值； "■1表示第一核心层片层上的折射率最小值； 表示天线中心频率对应的电磁波的波长； 表示向下取整数； ^s ² + R ² - s

例如， 当 义 ( R处于某一数值范围） 大于等于 0小于 1时， 取 0

当 义 ( R处于某一数值范围） 大于等于 1小于 2时， 取 1， 依此类推。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的第一核心层片层， 沿其法线方向折射率保持不 变， 在垂直于法线的平面内其折射率分布如图 3所示， 其包括多个共心的环形区域， 其圆心为图中的 0点， 优选地， 圆心即为该平面的中心， 图 3中示意性的画出了环形 区域 HI至环形区域 H6， 每一环形区域内相同半径处的折射率相等， 且随着半径的增 大折射逐渐减小， 且有相邻两个环形区域在其相接的位置折射率 呈跳变形式， 即相邻 两个环形区域中， 位于内侧的环形区域其最外侧的折射率为 " 1， 位于外侧的环形区 域其最内侧的折射率为" 例如， 图 3中， 环形区域 HI最外侧的折射率为" i 环形区域 H2最内侧的折射率为 "°^1。 应当注意， 环形区域不一定是完整的， 也可以 是不完整的， 例如图 3中的环形区域 H5及 H6， 只有当第一核心层片层的纵截面为圆 形时， 其得到的多个环形区域则均为完整的环形区域 。 本发明实施例中， 上述的半径是指图 3中的圆心 0到每一超材料单元的表面中心 的距离， 上述的半径严格意义上并不是一个连续的变化 范围， 但是由于每一个超材料 单元都是远远小于天线中心频率对应的电磁波 的波长， 所以可以近似的认为上述的半 径是连续变化的。 由公式 （1 ) 至公式 （3 ) 所确定的第一核心层片层， 具有如图 3所示的折射率分 布规律，根据天线中心频率，合理设计第一核 心层片层的层数（即第一核心层的厚度）， 即可以使得由所述超材料副反射器的近焦点 F1 发出的电磁波经超材料主反射器后能 够以垂直于第一核心层片层的平面波的形式出 射， 即超材料主反射器的焦点与所述超 材料副反射器的近焦点 F1重合。 本发明实施例中， 任一第二核心层片层的折射率分布满足如下公 式：

, „ Mr ² + a ² + ^r ² + b ² - (a + b).

k = floor{ )

(6)； 其中， ⁿ (r)表示该第二核心层片层上半径为 r处的折射率值， 该第二核心层片 层的折射率分布圆心即为超材料副反射器的中 心轴与该第二核心层片层的交点； d2为第二核心层的厚度；

" _max2 表示第二核心层片层上的折射率最大值；

"■2表示第二核心层片层上的折射率最小值� �� 表示天线中心频率对应的电磁波的波长；

"表示超材料副反射器的远焦点到超材料副� �射器的垂直距离； 即馈源相位中 心到超材料副反射器 FF的垂直距离； b表示超材料副反射器的近焦点到超材料副反� �器的垂直距离；

^表示向下取整数。 由公式 （4) 至公式 （6) 所确定的第二核心层片层， 根据天线中心频率， 合理 设计第二核心层片层的层数（即第二核心层的 厚度），可以使得超材料副反射器具有 与旋转椭球面类似的电磁波反射特性， 即可以使得由远焦点 F2 (馈源相位中心）发 出的电磁波经过超材料副反射器 FF反射后， 出射的电磁波在近焦点 F1处聚焦。 综上，将近焦点 F1设置为超材料主反射器的焦点就能够使得由� ��源发出的电磁波 经超材料副反射器一次反射、 超材料主反射器二次反射后以平面波的形式出 射； 反之 亦然， 即垂直超材料主反射器入射的平面电磁波能够 经超材料主射器一次反射、 超材 料副反射器二次反射后在馈源的相位中心处 （也即远焦点 F2处） 聚焦。 本发明实施例中， 优选地， 所述超材料副反射器的形状与尺寸适应主反射 器的形 状与尺寸， 即如图 1所示， 使得由超材料副反射器边缘出射的电磁波刚好 到达超材料 主反射器的边缘。 本发明实施例中， 如图 3及图 4所示， 所述第一基材 JC1包括片状的第一前基板 13及第一后基板 15， 所述多个第一导电几何结构 JG1夹设在第一前基板 13与第一后 基板 15之间， 所述第一核心层片层的厚度为 0.21-2.5mm， 其中， 第一前基板的厚度 为 0.1-lmm， 第一后基板的厚度为 0.1-lmm， 多个第一导电几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 作为一个例子， 所述第一核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 第一前基板与第 一后基板的厚度均为 0.4mm， 多个第一导电几何结构的厚度为 0.018mm。 本发明实施例中， 如图 12及图 13所示， 所述第二基材 JC2包括片状的第二前基 板 14及第二后基板 16，所述多个第二导电几何结构 JG2夹设在第一前基板 14与第一 后基板 16之间， 所述第二核心层片层的厚度为 0.21-2.5mm， 其中， 第二前基板的厚 度为 0.1-lmm， 第二后基板的厚度为 0.1-lmm, 多个第二导电几何结构的厚度为 0.01-0.5mm。 作为一个例子， 所述第二核心层片层的厚度为 0.818mm， 其中， 第二前基板与第 二后基板的厚度均为 0.4mm， 多个第二导电几何结构的厚度为 0.018mm。 所述第一核心层片层、 第二核心层片层的厚度确定了， 则可以根据需要设定不 同的层数， 从而形成具有厚度 ^d i的第一核心层及具有厚度 ^d 2的第二核心层。 本发明实施例中， 所述第一基材及第二基材由陶瓷材料、 聚苯乙烯、 聚丙烯、 聚 酰亚胺、 聚乙烯、 聚醚醚酮或聚四氟乙烯制得。 例如， 聚四氟乙烯板 （PS 板）， 其具 有很好的电绝缘性， 不会对电磁波的电场产生干扰， 并且具有优良的化学稳定性、 耐 腐蚀性， 使用寿命长。 本发明实施例中， 优选地， 所述第一导电几何结构及第二导电几何结构均 为金 属几何结构， 所述金属几何结构由一条或多条金属线组成， 所述金属线为铜线、 银 线或者铝线， 所述第一基材上的多个第一导电几何结构通过 蚀刻、 电镀、 钻刻、 光 亥 |J、 电子刻或离子刻的方法得到。 例如图 4所示的第一核心层片层 10， 可以先通过 在第一前基板 13或第一后基板 15中的其中一个上覆铜， 再通过蚀刻等工艺去掉不 需要的铜， 即得到了多个第一导电几何结构 JG1的平面排布， 最后用热熔胶将第一 前基板 13与第一后基板 15粘合在一起即形成了第一核心层片层 10。通过上述方法 可以形成多个第一核心层片层 10， 将各个第一核心层片层 10用热熔胶粘接即可得 到多层结构的第一核心层 101。 热熔胶的材料最好与第一核心层片层的材料保 持一 致。 以上述方法同样可以得到第二核心层片层及第 二核心层。 本发明实施例中， 优选地， 所述第一基材上的多个第一导电几何结构及第 二基 材上的第二导电几何结构均由图 5所示的呈平面雪花状的金属几何结构的拓扑� �案 的演变得到。 即图 5所示的金属几何结构的拓扑图案为呈平面雪� �状的金属几何结 构的基本平面拓扑图案， 同一第一基材及第二基材上的所有金属几何结 构的拓扑图 案均由图 5所示的图案演变得到。 如图 5所示， 所述呈平面雪花状的金属几何结构具有相互垂 直平分的第一金属线 J1及第二金属线 J2， 所述第一金属线 J1与第二金属线 J2的长度相同， 所述第一金属 线 J1两端连接有相同长度的两个第一金属分支 Fl， 所述第一金属线 J1两端连接在两 个第一金属分支 F1的中点上， 所述第二金属线 J2两端连接有相同长度的两个第二金 属分支 F2， 所述第二金属线 J2两端连接在两个第二金属分支 F2的中点上， 所述第一 金属分支 F1与第二金属分支 F2的长度相等。 图 6是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种衍� �结构。 其在每个第一金 属分支 F1及每个第二金属分支 F2的两端均连接有完全相同的第三金属分支 F3，并且 相应的第三金属分支 F3的中点分别与第一金属分支 F1及第二金属分支 F2的端点相 连。 依此类推， 本发明实施例还可以衍生出其它形式的金属几 何结构。 同样， 图 6所 示的只是基本平面拓扑图案。 图 7是图 5所示的平面雪花状的金属几何结构的一种变� �结构， 此种结构的金属 几何结构， 第一金属线 J1与第二金属线 J2不是直线， 而是弯折线， 第一金属线 J1与 第二金属线 J2均设置有两个弯折部 WZ， 但是第一金属线 J1与第二金属线 J2仍然是 垂直平分，通过设置弯折部的朝向与弯折部在 第一金属线与第二金属线上的相对位置， 使得图 7所示的金属几何结构绕垂直于第一金属线与� �二金属线交点的轴线向任意方 向旋转 90度的图形都与原图重合。 另外， 还可以有其它变形， 例如， 第一金属线 J1 与第二金属线 J2均设置多个弯折部 WZ。 同样， 图 7所示的只是基本平面拓扑图案。 已知折射率 n= ^， 其中 μ为相对磁导率， ε为相对介电常数， μ与 ε合称为 电磁参数。 实验证明， 电磁波通过折射率非均勾的介质材料时， 会向折射率大的方 向偏折。 在相对磁导率一定的情况下 （通常接近 1 )， 折射率只与介电常数有关， 在 第一基材选定的情况下， 利用只对电场响应的第一导电几何结构可以实 现超材料单 元折射率的任意值（在一定范围内），在该天 线中心频率下，利用仿真软件，如 CST、 MATLAB、 C0MS0L等， 通过仿真获得某一特定形状的第一导电几何结 构 （如图 5 所示的平面雪花状的金属几何结构） 的介电常数随着拓扑图案的变化折射率变化的 情况， 即可列出一一对应的数据， 即可设计出我们需要的特定折射率分布的第一 核 心层片层。 同样， 可设计出我们需要的特定折射率分布的第二核 心层片层。 本实施例中， 第一核心层片层上的第一导电几何结构的平面 排布可通过计算机 仿真 （例如 CST仿真） 得到， 具体如下： ( 1 )确定第一导电几何结构的附着第一基材。 例如介电常数为 2.7的介质基板， 该介质基板的材料可以是 FR-4、 F4b或 PS。

(2) 确定超材料单元的尺寸。 超材料单元的尺寸由天线的中心频率得到， 利用 频率得到其波长， 再取小于波长的五分之一的一个数值做为超材 料单元 D 的长度 CD与宽度 KD，再取小于波长的十分之一的一个数值做为� ��材料单元 D厚度。例如 对应于 11.95G的天线中心频率， 所述超材料单元 D为如图 2所示的长 CD与宽 KD 均为 2.8mm、 厚度 HD为 0.543mm的方形小板。

( 3 ) 确定第一导电几何结构的材料及其基本平面拓 扑图案。 本发明实施例中， 第一导电几何结构为金属几何结构， 所述金属几何结构的材料为铜， 金属几何结构 的基本平面拓扑图案为图 5所示的平面雪花状的金属几何结构，其线宽 W各处一致; 此处的基本平面拓扑图案， 是指同一第一基材上的所有第一导电几何结构 的拓扑图 案的演变基础。

(4) 确定第一导电几何结构的拓扑图案参数。 如图 5所示， 本发明实施例中， 平面雪花状的金属几何结构的拓扑图案参数包 括金属几何结构的线宽 W， 第一金属 线 J1的长度 a， 第一金属分支 F1的长度 b， 及金属几何结构的厚度 HD， 本发明实 施例中， 厚度不变， 取为 0.018mm。

( 5 ) 确定金属几何结构的拓扑图案的演变限制条件 。 本发明实施例中， 金属几 何结构的拓扑图案的演变限制条件有，金属几 何结构之间的最小间距 WL (即如图 5 所示， 金属几何结构与超材料单元的长边或宽边的距 离为 WL/2)， 金属几何结构的 线宽 W， 超材料单元的尺寸； 由于加工工艺限制， WL大于等于 0.1mm， 同样， 线 宽 W也是要大于等于 0.1mm。第一次仿真时， WL可以取 0.1mm， W可以取 0.3mm， 超材料单元的尺寸为长与宽为 2.8mm， 厚度为 0.818mm (金属几何结构的厚度为 0.018mm, 第一基材的厚度为 0.8mm)， 此时金属几何结构的拓扑图案参数只有 a和 b两个变量。 金属几何结构的拓扑图案通过如图 8至图 9所示的演变方式， 对应于 某一特定频率 （例如 11.95GHZ), 可以得到一个连续的折射率变化范围。 具体地， 所述金属几何结构的拓扑图案的演变包括两个 阶段 （拓扑图案演变的 基本图案为图 5所示的金属几何结构）： 第一阶段： 根据演变限制条件， 在 b值保持不变的情况下， 将 a值从最小值变 化到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为 "十"字形 （a取最小值时除外）。 本 实施例中， a的最小值即为 0.3mm (线宽 W)， a的最大值为 （CD-WL)。 因此， 在 第一阶段中， 金属几何结构的拓扑图案的演变如图 8所示， 即从边长为 W的正方形 JX1， 逐渐演变成最大的"十"字形拓扑图案 JD1。 在第一阶段中， 随着金属几何结构 的拓扑图案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频 率）。 第二阶段： 根据演变限制条件， 当 a增加到最大值时， a保持不变； 此时， 将 b 从最小值连续增加到最大值， 此演变过程中的金属几何结构均为平面雪花状 。 本实 施例中， b的最小值即为 0.3mm b的最大值为 （CD-WL-2W)。 因此， 在第二阶段 中，金属几何结构的拓扑图案的演变如图 9所示，即从最大的"十"字形拓扑图案 JD1 逐渐演变成最大的平面雪花状的拓扑图案 JD2， 此处的最大的平面雪花状的拓扑图 案 JD2是指， 第一金属分支 J1与第二金属分支 J2的长度 b已经不能再伸长， 否则 第一金属分支与第二金属分支将发生相交。 在第二阶段中， 随着金属几何结构的拓 扑图案的演变， 与其对应的超材料单元的折射率连续增大 （对应天线一特定频率）。 通过上述演变得到超材料单元的折射率变化范 围如果包含了" 1至" ¹ 的连 续变化范围及 " 2至" max ₂ 的连续变化范围， 则满足设计需要。如果上述演变得到超 材料单元的折射率变化范围不满足设计需要， 例如最大值太小或最小值过大， 则变 动 WL与 W， 重新仿真， 直到得到我们需要的折射率变化范围。 根据公式（1 )至（3 )， 将仿真得到的一系列的超材料单元按照其对应 的折射率排 布以后（实际上就是不同拓扑图案的多个第一 导电几何结构在第一基材上的排布）， 即 能得到本发明实施例的第一核心层片层。 同理， 根据公式（4)至（6)， 将仿真得到的一系列的超材料单元按照其对应 的折 射率排布以后 （实际上就是不同拓扑图案的多个第二导电几 何结构在第二基材上的排 布）， 即能得到本发明实施例的第二核心层片层。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的 任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。