[實用新型]一種人工磁導體單元、人工磁導體結構及平面天線

有效

• 申請號: 201520444897.7
• 申請日: 2015-06-24
• 公開（公告）號: CN204732528U
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 李融林;李伏云;崔悅慧
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q15/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本實用新型涉及電磁場的超材料領域，特別涉及一種人工磁導體單元、人工磁導體結構及平面天線。

背景技術

近幾年，軟硬表面、電磁帶隙結構、左手材料以及人工磁導體(Artificial?Magnetic?Conductor，AMC)等名詞越來越多的出現在電磁場技術領域中，這些結構或者材料均具有在自然界中并不存在的但極具價值的電磁特性,因此這些結構或材料也被學界稱為超材料，而它們所具有的奇特的電磁特性已經在實現新型高性能天線與微波器件領域顯示出強大的優勢。

由于理想電導體(Perfect?Electronic?Conductor，PEC)表面需滿足邊界條件：切向電場為零，可知當平面波入射到其表面時，反射波的電場與入射波之間有180度的相位差。這使得當金屬作為天線的反射面用以增強半空間輻射時，天線與反射面之間的距離需為四分之一波長左右。否則，由于反射波的電場反相，會大大削弱天線的輻射性能，這樣就增大了天線的尺寸，在實際應用中造成不便。由電磁場理論中的對偶性原理，平面波入射到理想磁導體表面時，入射波與反射波的電場是同相的，如果用理想磁導體做天線的反射面，就可以實現新型的低剖面天線，而理想磁導體在自然界中不存在。

為了實現理想磁導體的電磁特性，人工磁導體被提出，這種結構同樣具有理想磁導體對平面波的同相位反射特性，同時具有低剖面，重量輕的特點。目前，關于人工磁導體的研究很多，但其窄帶特性一直是研究人工磁導體的瓶頸。

實用新型內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種人工磁導體單元、人工磁導體結構及平面天線。

本實用新型可提供相對帶寬為50％的寬頻段覆蓋，使用該結構作為平面基站天線反射板可將天線高度降低到原來的1/3，該結構對多種極化的天線同時適應，應用范圍很廣。

本實用新型采用的技術方案：

一種人工磁導體單元，包括金屬周期貼片、金屬過孔、金屬接地板及介質基板，所述金屬周期貼片由中心挖空的方形貼片及螺旋線構成，所述螺旋線設置在方形貼片的中心挖空部分，并與方形貼片連接，所述螺旋線通過金屬過孔與金屬接地板連接，所述金屬周期貼片刻蝕在介質基板上。

所述金屬接地板與介質基板之間為空氣。

所述金屬過孔的長度21mm，直徑為1.5mm。

所述方形貼片的中心挖空部分為圓形，其中圓形半徑為9mm。

一種人工磁導體結構，包括多個如權利要求1所述的人工磁導體單元，所述多個人工磁導體單元周期性分布在介質基板上。

所述多個人工磁導體單元周期性分布具體為9×9周期性分布，其中螺旋線為90度旋轉對稱。

一種由人工磁導體結構構成的平面天線，包括天線振子以及位于天線振子下方的人工磁導體結構，所述天線振子包括天線介質基板、下表面金屬貼片和上表面金屬貼片。

所述天線振子與人工磁導體結構的距離為9mm。

所述平面天線為雙極化平面天線、線極化平面天線或雙極化平面天線中的一種。

本實用新型的有益效果：

(1)金屬過孔連接周期貼片與金屬地板是實現寬帶特性的關鍵，增加金屬過孔的長度可以增加等效電感從而起到拓展帶寬的作用，但同時也增加了人工磁導體結構的剖面高度。該結構通過設計合適的過孔長度，既達到了需要的帶寬，又保證了低剖面特性；

(2)周期貼片包括中心挖空的方形貼片和螺旋線兩部分，方形貼片可等效為電容，螺旋線可等效為電感，起到拓展帶寬的作用，調節螺旋線的長度和寬度可調節人工磁導體的反射相位帶隙；

(3)該結構采用厚度為0.76mm，相對介電常數為3.48的介質，介質層與金屬地板之間為空氣層，由于其等效介電常數較小，等效電容也較小，使用這種結構既有利于拓展帶寬，又具有低損耗、質量輕的優點。

附圖說明

圖1(a)是本實用新型人工磁導體單元的結構示意圖,圖1(b)是該人工磁導體單元結構剖面示意圖；

圖2(a)是本實用新型人工磁導體結構的結構示意圖,圖2(b)是該人工磁導體結構剖面示意圖；

圖3是本實用新型人工磁導體結構加載在平面天線的結構示意圖；

圖4(a)是現有技術下加載金屬反射板的天線結構剖面示意圖，圖4(b)是加載人工磁導體結構天線剖面示意圖；

圖5是加載人工磁導體結構天線S參數曲線圖。

圖中示出：