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1、(10)申请公布号 CN 102790287 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 9 0 2 8 7 A *CN102790287A* (21)申请号 201110125312.1 (22)申请日 2011.05.16 H01Q 19/06(2006.01) H01Q 15/00(2006.01) H01Q 15/02(2006.01) (71)申请人深圳光启高等理工研究院 地址 518000 广东省深圳市南山区高新区中 区高新中一道9号软件大厦 申请人深圳光启创新技术有限公司 (72)发明人刘若鹏 季春霖 岳玉涛 张凌飞 (54) 发明名称 海空雷达天线 (。
2、57) 摘要 本发明实施例涉及一种海空雷达天线，包括： 多个超材料面板构成的超材料腔体和设置于超材 料腔体内部的全向多点辐射源，超材料面板包括 至少一个超材料片层，超材料片层包括基板和多 个附着在基板上的人造微结构，超材料面板分成 多个带状区域，在每个带状区域内超材料面板的 折射率连续变化且每个带状区域内的折射率从 超材料面板中心向两侧方向连续变大，且多个带 状区域中至少存在两个相邻的第一区域及第二区 域，第一区域的折射率从D1连续增大到D2，第二 区域的折射率从D3连续增大到D4，且满足D2 D3。该雷达天线体积较小、制造工艺简单、可同时 对天空和海面进行扫描。 (51)Int.Cl. 权利。
3、要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种海空雷达天线，其特征在于，包括：多个超材料面板构成的超材料腔体和设置 于超材料腔体内部的由多个馈点构成的全向多点辐射源，所述超材料面板包括至少一个超 材料片层，所述超材料片层包括基板和多个附着在所述基板上的人造微结构，所述超材料 面板分成多个带状区域，在每个所述带状区域内所述超材料面板的折射率连续变化且每个 带状区域内的折射率从超材料面板中心向两侧方向连续变大，且多个带状区域中至少存在 两个相邻的第一区域及第二区域，第一区域的折射。
4、率从D1连续增大到D2，第二区域的折射 率从D3连续增大到D4，且满足D2D3。 2.如权利要求1所述的海空雷达天线，其特征在于，所述天线还包括： 发射电磁波的馈源； 分别与所述馈源和所述全向多点辐射源相连接的电磁波通道选择器，所述电磁波通道 选择器包括多个输出端，所述多个输出端与全向多点辐射源的多个馈点一一对应连接； 对电磁波通道选择器进行选通控制的控制单元。 3.如权利要求1所述的海空雷达天线，其特征在于，所述超材料面板由多个折射率分 布均相同的超材料片层沿垂直于所述片层表面的方向堆叠形成。 4.如权利要求1所述的海空雷达天线，其特征在于，所述人造微结构具有相同的几何 形状，在每个所述带状。
5、区域内所述人造微结构的尺寸从超材料面板的中心向两侧方向连续 变大，且多个带状区域中至少存在两个相邻的区域，所述两个相邻的区域中靠近圆心的区 域内尺寸最大的人造微结构大于另一个区域内尺寸最小的人造微结构。 5.如权利要求14任一项所述的海空雷达天线，其特征在于，每个所述人造微结构为 由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。 6.如权利要求5所述的海空雷达天线，其特征在于，所述金属丝为铜丝或银丝。 7.如权利要求6所述的海空雷达天线，其特征在于，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、 光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基板上。 8.如权利要求1所述的海空雷达天线，其特征在于，所述基板由陶瓷、高分子材料、。
6、铁 电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。 9.如权利要求1所述的海空雷达天线，其特征在于，所述人造微结构为轴对称结构。 10.如权利要求9所述的海空雷达天线，其特征在于，所述人造微结构为“工”字形、 “十”字形或“王”字形。 权 利 要 求 书CN 102790287 A 1/4页 3 海空雷达天线 技术领域 0001 本发明涉及超材料技术，尤其涉及一种雷达天线。 背景技术 0002 利用雷达实现对海面和空中目标的搜索，现有技术有三种实现方式，一、分别设立 机械扫描的对空和对海面雷达；二，利用复杂的设计制造出带有对空副瓣的天线；三、用相 控阵的方法来实现波束的分别扫描。发明人在实施本发明过程中，发。
7、现现有技术至少存在 如下技术问题：第一种方式，由于天线扫描速度低，导致信息更新速度慢，由于两个天线分 立，体积过大，能耗高；第二种方式，由于传统天线副瓣精度的关系，雷达精度不高；第三种 方式，相控阵雷达面在工作过程中能耗过高，相位调节系统制造复杂，成本过高。 发明内容 0003 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种海空雷达天线，体积较小、制造 工艺简单、可同时对空中和海面进行全方位扫描。 0004 为解决上述技术问题，提供了一种海空雷达天线，包括：多个超材料面板构成的超 材料腔体和设置于超材料腔体内部的全向多点辐射源，所述超材料面板包括至少一个超材 料片层，所述超材料片层包括基板和多个。
8、附着在所述基板上的人造微结构，所述超材料面 板分成多个带状区域，在每个所述带状区域内所述超材料面板的折射率连续变化且每个带 状区域内的折射率从超材料面板中心向两侧方向连续变大，且多个带状区域中至少存在两 个相邻的第一区域及第二区域，第一区域的折射率从D1连续增大到D2，第二区域的折射率 从D3连续增大到D4，且满足D2D3。 0005 上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明的天线包括多个超材料面板构成的 超材料腔体和设置于超材料腔体内部的全向多点辐射源。每个超材料面板都可使入射的电 磁波分为两束进而分别对空中和海面进行扫描，该雷达天线体积较小、制造工艺简单、可同 时对天空和海面进行扫描。 附。
9、图说明 0006 图1是本发明的海空雷达天线的结构示意图； 0007 图2是本发明的超材料面板使全向多点辐射源中与其对应的馈点发出的电磁波 分为两束的示意图； 0008 图3是本发明所采用的超材料面板的结构示意图； 0009 图4是由图3所示人造微结构衍生的第二实施例的示意图； 0010 图5是由图4所示人造微结构衍生的第三实施例的示意图。 具体实施方式 0011 超材料是一种以人造微结构2为基本单元并以特定方式进行空间排布、具有特殊 说 明 书CN 102790287 A 2/4页 4 电磁响应的新型材料，包括人造微结构2和供人造微结构附着的基板1。人造微结构2为由 至少一根金属丝组成的平面。
10、结构或立体结构，多个人造微结构2在基板1上阵列排布，每个 人造微结构2以及其所附着的基板1所占部分即为一个超材料单元。基板1可为任何与人 造微结构2不同的材料，这两种材料的叠加使每个超材料单元产生一个等效介电常数与磁 导率，这两个物理参数分别对应了超材料单元的电场响应与磁场响应。 0012 图1所示为本发明的海空雷达天线的结构示意图，该天线包括超材料腔体100和 设置于超材料腔体100内的全向多点辐射源20，该全向多点辐射源20包括多个辐射方向和 角度不同的馈点，超材料腔体100由多个超材料面板10构成，本发明所采用的超材料面板 10可使馈点发出的电磁波分为两束射出，进而实现对空中和海面的扫描。
11、。本发明的天线还 包括设置于超材料腔体100外部的电磁波通道选择器30、控制单元40以及馈源50。其中， 电磁波通道选择器30包括多个输出端和一个输入端，每个输出端与全向多点辐射源20的 一个馈点一一对应连接，其输入端与馈源50相连接。控制单元40用于控制电磁波通道选 择器30的各个输出端的开通和关闭，当某一输出端处于开通状态时与其对应连接的馈点 有电磁波射出。从各个馈点射出的电磁波首先要通过其辐射区域内设置的超材料面板10， 然后才能辐射到自由空间。作为公知常识可知电磁波的折射率与成正比关系，当一 束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，当物质内部的折射率分 布非均匀时，电。
12、磁波就会向折射率比较大的位置偏折。因此根据上述原理通过改变超材料 面板10中的折射率分布，就可改变射出的电磁波的传播路径，进而使经过任一超材料面板 10射出的电磁波分为两束分别对空中和海面进行扫描。进一步，通过控制单元40对电磁波 通道选择器30进行控制，可选择开通不同的输出端进而使不同方向和角度的馈点有电磁 波射出，实现对波束空间扫描角度进行控制。也可同时开通多个的输出端，实现全方位的海 空扫描。 0013 图2所示为构成超材料腔体100的超材料面板10使全向多点辐射源20中对应开 通的馈点发出的电磁波分为两束的示意图。图2所示的超材料面板10包括至少一个超材料 片层3，每个超材料片层3包括。
13、片状的基板1和附着在基板1上的多个人造微结构2，每个 人造微结构2以及其所附着的基板1所占部分即为一个超材料单元。超材料面板10的具 体结构如图3所示，本实施例中超材料面板10由多个超材料片层3堆叠形成，这各个超材 料片层3之间等间距排列地组装，或两两片层之间直接前、后表面相粘合地连接成一体。具 体实施时，超材料片层3的数目可依据需求来进行设计。每个超材料片层3由多个超材料 单元阵列形成，整个超材料面板10可看作是由多个超材料单元沿X、Y、Z三个方向阵列排布 而成。本发明所采用的超材料面板10中，每个超材料单元的边长为入射电磁波波长的1/5 到1/10之间。本实施例中构成同一超材料面板10的每。
14、个超材料片层3的折射率分布均相 同。通过大量实验可知超材料对电磁响应的特征是由人造微结构2的特征所决定，而人造 微结构2的电磁响应很大程度上取决于其金属丝的图案所具有的拓扑特征和其几何尺寸。 根据这一原理设计超材料面板10空间中排列的每个人造微结构2的拓扑图形和几何尺寸， 就可对超材料面板10中每一点的电磁参数进行设置。 0014 如图2所示本发明所采用的超材料面板10分成六个折射率连续变化的带状区域 5，在每个带状区域5内超材料面板10的折射率连续变化且每个带状区域5内的折射率从 超材料面板10的中心向两侧方向连续变大。如图所示第一个带状区域5的折射率从n1连 说 明 书CN 1027902。
15、87 A 3/4页 5 续增大到n2，第二个带状区域5的折射率从n3连续增大到n4，第三个带状区域5的折射率 从n5连续增大到n6，第四个带状区域5的折射率从n1连续增大到n12，第五个带状区域5 的折射率从n13连续增大到n14，第六个带状区域5的折射率从n15连续增大到n16，其中 n2n3，n4n5，n12n3，n14n15，上述各不等式不同时取等号。当馈点发出的电磁 波经过具有上述折射率分布规律的超材料面板10后，出射电磁波分别向位于超材料面板 10的边缘处的第三个带状区域5和第六个带状区域5方向偏折，进而实现了电磁波束的分 离。本发明中各个带状区域5内的超材料面板10的折射率既可以为。
16、线性连续变化，也可以 为非线性连续变化，每个带状区域5内的折射率变化范围不仅仅限于上面实施例的描述， 只要满足各个带状区域5内的折射率连续变化且每个带状区域5内的折射率从超材料中心 向两侧方向连续变大，且至少存在两个相邻的带状区域，第一区域的折射率从D1连续增大 到D2，第二区域的折射率从D3连续增大到D4，且满足D2D3，即可实现电磁波束的分离。 0015 实现上述折射率分布关系的人造微结构2有很多种可实现方式，对于平面结构的 人造微结构2，其几何形状可以是轴对称也可以非轴对称；对于三维结构，其可以是非90度 旋转对称的任意三维图形。 0016 实验证明，相同图案的人造微结构2，其几何尺寸与。
17、介电常数成正比，因此在入 射电磁波确定的情况下，通过合理设计人造微结构2的拓扑图案和不同尺寸的人造微结构 2在超材料片层上的排布，就可以调整超材料面板10的折射率分布。 0017 如图3所示平面的人造微结构2均附着在片状基材1的表面上。图中人造微结构 2呈“工”字形，包括竖直的第一金属丝201和分别连接在第一金属丝201两端且垂直于第 一金属丝201的第二金属丝202。超材料面板10由多个相同的超材料片层3构成。超材料 面板10包括多个带状区域5，在每个带状区域5内“工”字形的人造微结构2的尺寸从超材 料中心向侧边方向连续增大，进而带状区域5内的超材料面板10的折射率从超材料中心向 两侧方向连。
18、续增大，且多个带状区域5中至少存在两个相邻的区域，两个相邻的区域中靠 近圆心的区域内尺寸最大的人造微结构2大于另一个区域的尺寸最小的人造微结构2。当 馈点发出的电磁波射入本实施例的超材料面板10时，出射电磁波分成两束，可分别对空中 和海面进行扫描。 0018 图4所示实施例是图3所示人造微结构2的衍生，图4中的衍生人造微结构2不 仅包括构成“工”字形的第一金属丝201和第二金属丝202，还包括分别连接在第二金属丝 202两端且垂直于第二金属丝202的第三金属丝203。 0019 图5所示实施例则是图4的人造微结构2的进一步衍生，其人造微结构2在图4的 基础上还包括分别连接在第三金属丝203两端。
19、且垂直于第三金属丝203的第四金属丝204。 依此类推，本发明的人造微结构2还有无穷多个。第二金属丝202的长度小于第一金属丝 201，第三金属丝203的长度小于第二金属丝202，第四金属丝204的长度小于第三金属丝 203，依此类推。 0020 其中，每个第一金属丝201只与第二金属丝202相连接，不与其他任何金属丝相 交；任意第N金属丝只与第(N-1)金属丝和第(N+1)金属丝相交连接，不予其他任何金属丝 相交，这里N大于等于2。 0021 应当理解，本发明实施例的海空雷达天线的超材料面板10可以采用“王”字形或 “十”字形等对称结构的人造微结构2，也可采用其他非对称结构的人造微结构2，只。
20、要构成 说 明 书CN 102790287 A 4/4页 6 超材料腔体100的每个超材料面板10的折射率分布均满足上述关系，通过对人造微结构2 的形状、尺寸和排布进行设置即可使射入的电磁波分成两束出射，进而实现对空中和海面 的扫描。进一步通过对电磁波通道选择器30进行控制，可选择开通不同的输出端，实现对 波束空间扫描角度进行控制。也可同时开通多个的输出端，实现全方位的海空扫描。具体 实施时，可通过计算和仿真得出其介电常数和磁导率，然后不断调整人造微结构2的形状 和尺寸，直到其介电常数和磁导率的值满足上述折射率分布。 0022 上述实施例中人造微结构2由至少一根铜丝或者银丝等金属丝构成，具有特。
21、定图 形。金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方法附着在基板1上。其中蚀刻 是较优的制造工艺，其步骤是在设计好合适的人造微结构2的平面图案后，先将一张金属 箔片整体地附着在基板1上，然后通过蚀刻设备，利用溶剂与金属的化学反应去除掉人造 微结构2预设图案以外的箔片部分，余下的即可得到阵列排布的人造微结构2。基板1由 陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等制得。例如，聚四氟乙烯、环氧树脂、 FR-4、F4B等高分子材料。 0023 以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。 说 明 书CN 102790287 A 1/3页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102790287 A 2/3页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102790287 A 3/3页 9 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102790287 A 。