[發明專利]一種基于一維復式光柵結構的高定向平面天線

有效

• 申請號: 200810034702.6
• 申請日: 2008-03-17
• 公開（公告）號: CN101246993A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 李宏強;武超;魏澤勇;魏雯婕;陳鴻;張冶文
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q9/04;H01Q13/00;H01Q21/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳龍梅

技術領域

本發明涉及一種平面高定向天線，具體是指可以實現高定向性輻射，利用簡 單一維復式光柵結構的平面天線。

背景技術

現有技術中，在地面車輛，航天器等要求低輪廓、嵌入式安裝的場合下，常 用的是縫隙天線。這類天線的基本結構是金屬片上開槽來輻射電磁波，可以通過 同軸傳輸線或波導饋電(漏波天線，可消除背瓣)，而且可以通過建立陣列的方 式提高其正向輻射，但由于其結構上的限制，這類天線只能在一個面上實現定向 輻射，在另一個面上由于天線實際尺寸有限的原因，其輻射效果受到邊緣繞射效 應的影響，其輻射沒有定向性可言；這類天線常采用的饋電方式為波導饋電，這 也使得適用微波波段的這類天線體積很大，這些缺點都限制了其應用。

另有一類利用電磁波諧振表面材料實現的平面天線，這類天線是利用雙層印 刷電路板刻蝕制成，其下表面為銅箔，上表面為規則的正方形銅箔組成的周期陣 列，上、下表面由金屬化孔相連，用單極子或偶極子小天線作為饋源，置于表面 附近。由于這種表面存在磁諧振和對應其諧振頻率的表面帶隙，可以抑制天線的 背瓣和旁瓣，提高發射效率。但是，由于該結構只有一個表面波帶隙和一個同位 相反射頻率，因此，天線只能在單一頻段內有效輻射，而其輻射的方向圖也沒有 定向性。為提高這類天線的方向性，有人將單個天線陣元放在利用單一諧振單元 的電磁波諧振表面構成的腔體結構中，實現高方向性輻射，或者將其上表面換為 兩種不同形狀的銅箔貼片(專利號200510024519.4)來達到多帶磁響應和多表面 波帶隙，在其表面同位相反射、表面波抑制和由其準周期結構的旋轉對稱性引起 的局部不均勻性獲得高定向輻射。但無論是腔體結構，還是利用兩種不同形狀的 銅箔貼片來實現高定向輻射，其結構都比較復雜，制作、裝配上有一定難度，其 實現和應用上都有很大限制。

發明內容

本發明的目的是公開一種可以實現高定向性輻射的平面天線。這種天線成本 低廉，制作簡單，可以方便地設計成單個小饋源的高定向性、高增益性平面天線， 無論將天線作為接收端或者發射端都可以大幅度的提高靈敏度和探測距離。

為達上述目的，本發明經過對由一個柵條和一個刻槽間隙組成一個周期單元 的一維普通光柵研究后發現，只有形成一維復式光柵，才能達到本發明的高定向 性、高增益性。和前述一維普通光柵一樣，這類復式結構也是周期性結構，不同 的是周期單元由若干個金屬柵條及柵條間的縫隙構成。每個周期單元中柵條排布 的特點如下：金屬柵條均為長方形，其長度都相同，但是如果各柵條間隙相同， 則柵條的寬度必須各不相同；如果各柵條間隙不同，則柵條的寬度可以相同；或 者柵條寬度和間隙寬度都不相同。

具體結構是，包括單極子或偶極子小饋源、金屬底板、介質層和上表面，上 表面由設計數量的周期單元一維平移平鋪于介質層表面構成，每個周期單元由相 同寬度的間隙與不相同寬度的金屬柵條；或由不相同寬度的間隙與相同寬度的金 屬柵條；或由不同寬度的金屬柵條與不同寬度的間隙排列組合構成。

所述的每個周期單元由兩種不同寬度的金屬柵條，以及相同寬度或不同寬度 的縫隙排列組合構成。

所述的每個周期單元由相同寬度的金屬柵條，以及不同寬度的縫隙排列組合 構成。

所述的每個周期單元由三種不同寬度的金屬柵條，以及相同寬度或不同寬度

的縫隙排列組合構成。

所述的不同寬度的金屬柵條為1～10種不同寬度，不同寬度的縫隙為1～10 種不同寬度。

本發明的效果和優點如下：

1、本發明的一維復式光柵結構表面具有一維周期性和平移對稱性，每個周 期單元中由若干個金屬柵條及柵條間的縫隙構成，即，各柵條間隙可以相同，而 柵條的寬度各不相同；或者柵條寬度和間隙寬度都不相同，周期單元中柵條、間 隙寬度不同而導致的局部不均勻性，可以在與其周期長度相應波長附近的近場 源，調節衍射模式。具體是，對反射波在零階于一階模式中選擇發射，使能量集 中于光柵平面的法向，從而達到高定向、高增益輻射，方向性系數可達 D＝300-400范圍。

2、本發明只需要將每個單元中金屬柵條和縫隙寬度設計成天線或微波電路 的使用要求，在市售雙面印刷電路板上刻蝕即可制成，具有結構簡單，制作容易， 成本低廉的特點和優勢。