[發明專利]基于雙層磁單負材料的亞波長諧振腔天線

在審

• 申請號: 201710112707.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106921049A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 杜桂強;路光;孫勇;劉芬;嚴發寶;陳耀
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01Q21/24
• 分類號: H01Q21/24;H01Q19/185;H01Q1/36
• 代理公司: 青島聯信知識產權代理事務所37227
• 代理人: 張媛媛,王中云

技術領域

本發明涉及天線領域，具體的說，涉及一種基于雙層磁單負材料的亞波長諧振腔天線。

背景技術

待接收信號的頻段一定程度決定所需應用的天線的尺寸。以GHz波段信號的接收為例，國際和國內現用于接收GHz波段信號(例如太陽射電信號、衛星電視信號L、S、C、Ku波段)的天線主要是拋物面天線，這類天線體積大、重量大、維護費用高，特別是太陽射電成像系統中的天線更是如此。

相對于拋物面天線，微帶貼片天線是一種平面天線，具有體積小、重量輕、剖面薄、易于加工、易與有源器件和電路集成為單一模塊等諸多優點，在空間探測方面有諸多優勢，已被用于星載衛星觀測系統中。傳統的微帶貼片天線也具有一些不足，例如，可接收頻帶較窄、極化純度差、寄生饋電輻射大等。傳統的腔體微帶貼片天線，利用諧振腔共振原理可實現高方向性，由于受金屬反射面180反射相位的限制，諧振腔的厚度需要滿足：其中d為諧振腔的厚度，λ為接收信號的波長，n為任意正整數，也就是說，諧振腔的厚度最小只能做到接收信號波長的二分之一，若將這種天線用于接收GHz波段信號，視信號需要將諧振腔厚度做到較大，天線整體厚度也限制了天線體積的減小。

特異材料是一種新型的人工材料，是指具有亞波長周期性結構的材料，利用材料表面周期性晶格的設計，可使局域共振機制起主導作用。特異材料的介電常數和磁導率可以同時為負值，或者其中之一為負值，或同時小于1。常規材料的電磁特性，主要源于組成材料本身的原子分子對電磁波的相應，特異材料的電磁特性主要源于人工諧振單元對電磁波的響應，利用其電磁波特殊的調控機理，可構造等效磁導率小于零而介電常數大于零的磁單負材料，磁單負材料屬于特異材料的一種，由于磁單負材料的等效磁導率小于零，使其表面的反射相位為0，即產生同相反射，因此，利用磁單負材料的零反射相位特性，可以實現突破半波長尺度限制的諧振腔(亞波長諧振腔)，其諧振腔的厚度可以趨于零，從而可以實現天線系統的小型化。另外，磁單負材料可以用來抑制印刷天線的表面波損耗，從而改善輻射旁瓣和背散射性能。

公開號為CN101461097A的中國專利公開了一種采用AMC材料的便攜式天線，包括第一層組和第二層組，第一層組和第二層組上下間隔平行設置，中間形成空腔層，其提供了一種三層結構的小型天線。但是其第一層為天線層，第二層為電路結構層，兩層之間是用于隔絕天線層和電路曾的電磁屏蔽層，也就是說，其天線特性層僅為第一層，其他兩層不具有天線的特性。雖然其也公開了貼片的結構，但貼片是經垂直導電空與固定底線連接的，為一種傳統的天線設計結構。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中，天線尺寸受接收信號波段影響，高波段信號要求接收天線體積大、重量大，以至此類天線存在不易與其他器件共形、維護困難的問題，基于磁單負特異材料特性及天線結構設計，提供一種體積小、重量輕結構靈活的天線，接收波段信號對此類天線體積及重量的影響小。

本發明的技術方案為：基于磁單負材料的亞波長諧振腔天線，包括間隔設置的全反射板和部分反射板，部分反射板與全反射板相反的一面為表面一，朝向全反射板的一面為表面二(即與表面一相反的一面為表面二)，表面一和表面二上均設置有貼片單元陣列，任意兩個相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個表面一貼片單元均包括至少一個空缺部；任意兩個相鄰的表面二貼片單元之間間隔設置；部分反射板的上下兩表面上的貼片陣列起到調節部分反射板的反射特性的作用，既能調節信號的反射率，同時能調節信號的反射相位；全反射板朝向部分反射板的一面為表面三，表面三上設置有表面三貼片單元，間隔設置形成表面三貼片陣列，表面三上設置有輻射源，與表面三相反的一面為表面四，表面四涂覆金屬層，作為全反射面，且這一面設置有饋電接頭(饋電輸出端)，饋電接頭與輻射金屬貼片相接，通過饋電接頭輸出天線信號。

優選為：表面一貼片單元、表面二貼片單元和表面三貼片單元均為規則對稱形狀。

優選為：表面一貼片單元為四邊形，且四邊形四個角部分形成四個空缺部。

優選為：表面一貼片單元為十字形貼片，任意兩個相鄰的十字形貼片相對的一邊相接；表面二貼片單元和表面三貼片單元均為方形貼片。

優選為：表面二貼片單元具有兩個切除部，或表面二貼片單元和表面三貼片單元均具有兩個切除部，且兩個切除部位于同一對角線或對稱軸的兩端。