[發(fā)明專利]寬帶高增益平板維瓦爾第天線

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110054862.9
• 申請(qǐng)日: 2011-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN102157797A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔鐵軍;周斌;李惠;鄒夏英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q19/08
• 分類號(hào): H01Q19/08
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種用于微波頻段寬帶高增益的天線，屬于天線和新型人工電磁材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

本發(fā)明中的新型人工電磁材料（Metamaterials）是一種可以人工設(shè)計(jì)、滿足特定等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率要求的電磁材料。經(jīng)過十多年的發(fā)展，新型人工電磁材料得到了長足的發(fā)展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應(yīng)用。維瓦爾第天線是一種開口按照指數(shù)漸變分布的槽線天線。由于其制造簡單、體積小，同時(shí)帶寬很寬，所以在實(shí)際工程中有很廣的應(yīng)用。但是，這種天線的定向性較差。對(duì)其定向性的改善以前的做法是組成天線陣列、采用PBG基板等，但這些方式都比較復(fù)雜而且代價(jià)較高。漸變各向異性零折射率材料由于其具有奇特的性質(zhì)和比較寬的工作頻帶，可以和維瓦爾第天線有機(jī)地結(jié)合，在很寬的頻帶內(nèi)很好地提高維瓦爾第天線的定向性和增益。所以本發(fā)明具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于漸變各向異性零折射率材料的寬帶高增益平板維瓦爾第天線。這種漸變各向異性零折射率材料可以在較寬頻帶內(nèi)很好地提高維瓦爾第天線的性能。在維瓦爾第天線開口處放置沿開口方向電極化的漸變新型人工電磁材料，使其在該方向多個(gè)頻點(diǎn)上產(chǎn)生等效的零介電常數(shù)，從而在寬帶內(nèi)使天線具有高定向性和增益。同時(shí)，該天線和新型人工材料具有很好的融合性，制作方便、使用簡單、占用空間小，因此具有很高的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)方案：本發(fā)明的寬帶高增益平板維瓦爾第天線以介質(zhì)基板為載體，在介質(zhì)基板的一平面覆有開口呈喇叭狀的銅箔，在喇叭狀開口處設(shè)有一系列不同臂長彎曲線人工單元構(gòu)成的漸變各向異性人工電磁材料。

所述的漸變各向異性人工電磁材料沿著垂直于天線平面方向兩側(cè)放置多個(gè)，構(gòu)成多層的漸變各向異性材料。

所述的彎曲線人工單元的臂長在小范圍內(nèi)改變，可構(gòu)建介電常數(shù)接近于零的漸變各向異性零折射率材料，以此來提高維瓦爾第天線的性能。

所述的各向異性零折射率材料，在所設(shè)計(jì)的較寬的頻帶內(nèi)沿開口方向（x方向）的等效介電常數(shù)為零或接近于零，即此方向的折射率為零或接近于零。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢：

1.??????本發(fā)明制作簡單，加工方便。單層的零折射率材料可以和維瓦爾第天線一起加工，多層的也只是在此基礎(chǔ)上多加幾層。以前的技術(shù)（如組成天線陣列、PBG基板等方式）操作繁瑣，并且價(jià)格昂貴。

2.??????本發(fā)明具有寬帶特性。漸變零折射率可以有效地提高這種零折射率材料的工作帶寬，進(jìn)而和維瓦爾第天線本身的超寬帶屬性很好地結(jié)合起來，有效地提高天線性能。

3.??????本發(fā)明同時(shí)具備便攜、重量輕、容易集成等優(yōu)點(diǎn)。漸變各向異性零折射率材料和維瓦爾第天線都具有這些優(yōu)勢，兩者結(jié)合很好地保持了這些優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是基于單層漸變各向異性零折射率材料的維瓦爾第天線結(jié)構(gòu)示意圖。漸變的零折射率材料和原始的維瓦爾第天線放在了同一塊基板上。開口處放置沿著開口方向（x方向）漸變的不同彎曲線單元構(gòu)成的零折射率材料。

圖2是基于多層漸變各向異性零折射率材料的維瓦爾第天線結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1的基礎(chǔ)上，沿著垂直于天線平面兩側(cè)放置多個(gè)和漸變各向異性材料3類似的這種零折射材料。

圖3是本發(fā)明中使用的彎曲線結(jié)構(gòu)單元。漸變各向異性材料3就是由許多這種不同臂長????????????????????????????????????????????????構(gòu)成的。

圖4是本發(fā)明彎曲線基本單元的等效介電常數(shù)，其中為x方向上的等效介電常數(shù)。當(dāng)=2.7mm，2.4mm和2.1mm時(shí)，分別在10GHz，10.8GHz和11.85GHz等于零。絕對(duì)值小于0.2時(shí)，可得到9.5GHz——12.5GHz的工作帶寬。

圖5～圖9是原始維瓦爾第天線、基于單層漸變零折射率材料和多層漸變零折射率材料的維瓦爾第天線的E面方向性圖。圖5、圖6、圖7、圖8、圖9分別對(duì)應(yīng)是9.5GHz，10GHz，10.5GHz，11.85GHz和12.5GHz時(shí)方向圖的改善情況。

圖中有：銅箔1、介質(zhì)基板2、各向異性材料3、彎曲線人工單元4。

具體實(shí)施方式