[發(fā)明專利]基于磁單負(fù)材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710113804.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN107069201A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜桂強(qiáng);路光;孫勇;劉芬;陳耀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q19/185
• 代理公司: 青島聯(lián)信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所37227
• 代理人: 張媛媛,王中云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，具體的說，涉及一種基于特異材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線。

背景技術(shù)

待接收信號(hào)的頻段一定程度決定所需應(yīng)用的天線的尺寸。以GHz波段信號(hào)的接收為例，國(guó)際和國(guó)內(nèi)現(xiàn)用于接收GHz波段信號(hào)(例如太陽射電信號(hào)、衛(wèi)星電視信號(hào)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(hù)費(fèi)用高，特別是太陽射電成像系統(tǒng)中的天線更是如此。

相對(duì)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(yōu)點(diǎn)，在空間探測(cè)方面有諸多優(yōu)勢(shì)，已被用于星載衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)中。傳統(tǒng)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(tǒng)的腔體微帶貼片天線，利用諧振腔共振原理可實(shí)現(xiàn)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(hào)的波長(zhǎng)，n為任意正整數(shù)，也就是說，諧振腔的厚度最小只能做到接收信號(hào)波長(zhǎng)的二分之一，若將這種天線用于接收GHz波段信號(hào)，視信號(hào)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(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)的材料，利用材料表面周期性晶格的設(shè)計(jì)，可使局域共振機(jī)制起主導(dǎo)作用。特異材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率可以同時(shí)為負(fù)值，或者其中之一為負(fù)值，或同時(shí)小于1。常規(guī)材料的電磁特性，主要源于組成材料本身的原子分子對(duì)電磁波的相應(yīng)，特異材料的電磁特性主要源于人工諧振單元對(duì)電磁波的響應(yīng)，利用其電磁波特殊的調(diào)控機(jī)理，可構(gòu)造等效磁導(dǎo)率小于零而介電常數(shù)大于零的磁單負(fù)材料，磁單負(fù)材料屬于特異材料的一種，由于磁單負(fù)材料的等效磁導(dǎo)率小于零，使其表面的反射相位為0，即產(chǎn)生同相反射，因此，利用磁單負(fù)材料的零反射相位特性，可以實(shí)現(xiàn)突破半波長(zhǎng)尺度限制的諧振腔(亞波長(zhǎng)諧振腔)，其諧振腔的厚度可以趨于零，從而可以實(shí)現(xiàn)天線系統(tǒng)的小型化。另外，磁單負(fù)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(hào)為CN101461097A的中國(guó)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(shè)置，中間形成空腔層，其提供了一種三層結(jié)構(gòu)的小型天線。但是其第一層為天線層，第二層為電路結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，但貼片是經(jīng)垂直導(dǎo)電空與固定底線連接的，為一種傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，天線尺寸受接收信號(hào)波段影響，高波段信號(hào)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(hù)困難的問題，基于磁單負(fù)特異材料特性及天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供一種體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)靈活的天線，接收波段信號(hào)對(duì)此類天線體積及重量的影響小。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于磁單負(fù)材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線，包括間隔設(shè)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(shè)置有貼片單元陣列，任意兩個(gè)相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個(gè)表面一貼片單元均包括至少一個(gè)空缺部；任意兩個(gè)相鄰的表面二貼片單元之間間隔設(shè)置；部分反射板的上下兩表面上的貼片陣列起到調(diào)節(jié)部分反射板的反射特性的作用，既能調(diào)節(jié)信號(hào)的反射率，同時(shí)能調(diào)節(jié)信號(hào)的反射相位；全反射板朝向部分反射板的一面設(shè)置有輻射金屬貼片，另一面涂覆金屬層，作為全反射面，且這一面設(shè)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(hào)。

優(yōu)選為：表面一貼片單元和表面二貼片單元均為規(guī)則兩側(cè)對(duì)稱形狀。

優(yōu)選為：表面一貼片單元為四邊形，且四邊形四個(gè)角部分形成四個(gè)空缺部。

優(yōu)選為：表面一貼片單元為十字形貼片，任意兩個(gè)相鄰的十字形貼片相對(duì)的一邊相接；表面二貼片單元為方形貼片。

優(yōu)選為：十字形貼片的邊長(zhǎng)大于正方形貼片的邊長(zhǎng)。

優(yōu)選為：部分反射板的一個(gè)表面一貼片單元與一個(gè)表面二貼片單元的中心對(duì)齊。中心互為對(duì)齊的一組表面一貼片單元和表面二貼片單元構(gòu)成一個(gè)信號(hào)調(diào)理組，可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的信號(hào)調(diào)理作用。

優(yōu)選為：全反射板為固定安裝結(jié)構(gòu)，部分反射板為可拆卸可調(diào)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選為：部分反射板通過滑動(dòng)部件安裝在豎向滑軌上。