[實用新型]基于異向介質(zhì)的小型微帶天線

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020659048.0
• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN201918493U
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜宇;肖鴻;白學偉;樂永波;孫岳忠;伍越;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01Q1/14
• 分類號: H01Q1/14;H01Q13/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及的是一種用于通信領(lǐng)域的天線。

背景技術(shù)

介質(zhì)的介電常數(shù)及磁導率是用來描述介質(zhì)電磁特性的基本物理量。傳統(tǒng)微波媒質(zhì)的介電常數(shù)及磁導率均為正值，電磁波在其中傳播的各種特性已經(jīng)被普遍研究。而異向介質(zhì)的出現(xiàn)則改變了人們的思想，電磁波在介電常數(shù)和磁導率同時為負的媒質(zhì)中也是可以傳播的，且在其中傳播時將呈現(xiàn)出不同尋常的電磁特性：如左手特性(電場、磁場與傳播方向遵循左手原則)、后向波特性(電磁波的相速與群速相反)、負折射特性等。由于這些反常電磁特性，異向介質(zhì)也被稱為左手介質(zhì)、后向波介質(zhì)等名稱?？捉甬T教授在詳細研究了電磁波在這類介質(zhì)中的傳播特性的基礎(chǔ)上，建議其中文名為“異向介質(zhì)”，以突出其不同于傳統(tǒng)媒質(zhì)的各種奇異電磁特性。

目前，異向介質(zhì)的研究熱點開始向太兆赫茲頻段的材料的設(shè)計與制備轉(zhuǎn)變。然而，異向介質(zhì)作為一種人工周期結(jié)構(gòu)，其奇異特性受到結(jié)構(gòu)單元參數(shù)、材料電磁特性和單元間相互作用的影響。對于異向介質(zhì)器件而言，左手特性影響因素的研究就顯得尤為必要。鑒于微波段異向介質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元在mm量級，較易于設(shè)計和制備，因而研究了微波段異向介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)單元的影響因素，其研究結(jié)果將對異向介質(zhì)的應用意義重大，對紅外、可見光異向介質(zhì)的制備也具有一定的指導意義。此外，微波段空間LHMs的研究對于拓寬異向介質(zhì)的應用領(lǐng)域也有一定的應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供尺寸較小并改變輻射性能的基于異向介質(zhì)的小型微帶天線。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：

本實用新型基于異向介質(zhì)的小型微帶天線，其特征是：包括介質(zhì)基板、異向介質(zhì)部分、微帶貼片、饋線和接地板，微帶貼片貼于介質(zhì)基板上，異向介質(zhì)部分包括2～8個異向介質(zhì)，異向介質(zhì)部分放置于介質(zhì)基板中、并位于微帶貼片的下方，接地板安裝在介質(zhì)基板的下方，饋線安裝在介質(zhì)基板上、并與微帶貼片相連。

本實用新型的優(yōu)勢在于：尺寸較小，且輻射性能發(fā)生了明顯的改變。

附圖說明

圖1為本實用新型實施方式1的異向介質(zhì)部分結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實用新型實施方式1的異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實用新型實施方式1的異向介質(zhì)仿真結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：

實施方式1：

結(jié)合圖1～4，基于異向介質(zhì)的小型微帶天線包括介質(zhì)基板3、異向介質(zhì)部分、微帶貼片1、饋線2和接地板4，微帶貼片1貼于介質(zhì)基板3上，異向介質(zhì)部分包括4個異向介質(zhì)，異向介質(zhì)部分放置于介質(zhì)基板3中、并位于微帶貼片1的下方，接地板4安裝在介質(zhì)基板3的下方，饋線2安裝在介質(zhì)基板3上、并與微帶貼片1相連。圖1即為放置在波導中央的四個新型異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的模型。所提出的異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)，是結(jié)合粒子型與傳輸線結(jié)構(gòu)的特點，采用兩個對稱開口方環(huán)所組成，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的開口方向相互垂直，且相鄰兩個單元共用一條棱邊。當平行極化的平面電磁波沿+x方向入射到異向介質(zhì)平板時，開口方環(huán)之間的裂縫將形成一個沿傳播方向的串聯(lián)電容，而開口環(huán)兩側(cè)的細金屬線則由于其自感的存在，當形成陣列時，會產(chǎn)生與傳播方向垂直的并聯(lián)電感效應。因此，適當選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以設(shè)計出符合要求的異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)。波導壁由兩對對稱的理想電壁(PEC)和理想磁壁(PMC)所組成，電磁波從1端口沿+x方向向2端口傳播，波導中填充有介電常數(shù)為4.4的FR4介質(zhì)板。這樣可以模擬平面電磁波從1端口經(jīng)異向介質(zhì)平板傳播到2端口的反射和透射特性。異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)的具體尺寸如圖2所示，其中平行于y軸方向的外環(huán)金屬線條長度為2.6mm；內(nèi)環(huán)金屬線條長度為1.8mm；內(nèi)外環(huán)的開口寬度、兩環(huán)之間的間距、外環(huán)與介質(zhì)板之間的間距以及所有金屬帶條的寬度均為0.2mm。

異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)通過HFSS仿真時，也需要對其進行一定程度的處理，主要包括前面提到的去嵌入以及磁壁、電壁的設(shè)置。去嵌入用來減少高次膜對傳輸反射系數(shù)的影響，電壁、磁壁則用來模擬半無限大空間。在HFSS中仿真結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。圖中波導中箭頭表示將主模推回到異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)的邊緣，而高次膜則通過波導到達異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)邊緣時衰減到足夠小。

圖4表示在介質(zhì)基板中加入異向介質(zhì)的結(jié)構(gòu)的基于異向介質(zhì)的小型微帶天線。微帶天線通過貼片與介質(zhì)板間的縫隙進行輻射，矩形微帶帖片與地板相距幾分之一波長。假定電場沿微帶結(jié)構(gòu)的寬度與厚度方向沒有變化，電場僅在約為半個工作波長的貼片長度方向變化。輻射基本上是由貼片輻射邊的邊緣場引起的。在輻射邊兩端的場相對于地板可以分解為法向分量和切向分量，因為貼片長度約為半個工作波長，所以場向量的法向分量相反，由它們產(chǎn)生的遠區(qū)場在正面方向上互相抵消。平行于地板的切向分量同相，因此合成場增強，從而在垂直于貼片的方向上輻射能力最強。介質(zhì)基板的材料為FR4，4個異向介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)插入到介質(zhì)基板當中，放置于微帶貼片的下方，在開路端所在的基板區(qū)域形成異向介質(zhì)。而端口面所在的基板區(qū)域因為相對于異向介質(zhì)諧振結(jié)構(gòu)較遠，無法形成異向介質(zhì)，為普通FR4介質(zhì)基板，基板厚度為3mm，基板的兩側(cè)分別為微帶貼片以及接地板。微帶貼片的長度為10.4mm，寬度為18mm，均為金屬材質(zhì)，采用中心側(cè)饋的中心進行激勵，在設(shè)計過程中，采用CST?DesignStudio確定金屬微帶線饋線實現(xiàn)50歐姆的阻抗匹配。