[發(fā)明專利]一種超材料寬帶寬角掃描阻抗匹配層

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• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112490680A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳玉山;李祥祥;宋世千
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州船用電子儀器研究所（中國船舶重工集團公司第七二三研究所）
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q21/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種超材料寬帶寬角掃描介質(zhì)匹配層，該匹配層包括上層介質(zhì)基片、半固化片、印制圖形和下層介質(zhì)基片，其中印制圖形通過PCB工藝刻蝕于上層介質(zhì)基片，上層介質(zhì)基片和下層介質(zhì)基片通過半固化片進行粘接，通過調(diào)節(jié)印制圖形外圍輪廓的長度、寬度及間隙，得到不同的工作帶寬和掃描角度。本發(fā)明具有超寬帶、超寬角、超材料匹配層可根據(jù)工作頻段和掃描角度靈活設(shè)計、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，易于加工實現(xiàn)的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種超材料寬帶寬角掃描阻抗匹配層。

背景技術(shù)

近年來天線領(lǐng)域研究出一種利用天線陣元之間的強互耦作用設(shè)計寬帶或超寬帶特性的陣列天線，即緊耦合陣列天線，這種天線需要通過緊密排列天線單元加強單元間的耦合，并利用陣元間的耦合來實現(xiàn)超寬帶與小型化，這類新型陣列天線的帶寬不受限于陣元獨立工作時的帶寬，在很寬的掃描角范圍無柵瓣出現(xiàn)，具有很好的超寬帶與寬角掃描性能。

天線的阻抗會隨著掃描角度的改變而不同，導(dǎo)致大角度掃描失配。通過加載介質(zhì)層能改善緊耦合陣列的掃描角特性，但采用介質(zhì)匹配層有一定的限制，一是介質(zhì)板的介電常數(shù)必須根據(jù)已有材料進行選擇；二是介質(zhì)板厚度較大，較為笨重；三是由于介質(zhì)板參數(shù)的均勻性，很難實現(xiàn)在陣列各個方向掃描特性的改善。傳統(tǒng)介質(zhì)匹配層存在成本高、體積大、介電常數(shù)固定、不易于天線共形設(shè)計、裝配難度大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超寬帶、超寬角、超材料匹配層可根據(jù)工作頻段和掃描角度靈活設(shè)計、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，易于加工實現(xiàn)的阻抗匹配層，即超材料匹配層。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種超材料寬帶寬角掃描阻抗匹配層，包括上層介質(zhì)基片、印制圖形、半固化片、和下層介質(zhì)基片，其中上層介質(zhì)基片采用亞波長印刷周期超材料結(jié)構(gòu)；所述印制圖形通過PCB工藝刻蝕于上層介質(zhì)基片底部，所述上層介質(zhì)基片和下層介質(zhì)基片通過半固化片進行粘接。

進一步地，采用基于Kramers-Kronig關(guān)系的反演算法，提取超材料的等效本構(gòu)參數(shù)，包括介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和折射率，根據(jù)所提取的參數(shù)構(gòu)建超材料寬帶寬角掃描阻抗匹配層。

進一步地，該超材料寬帶寬角掃描阻抗匹配層與緊耦合天線共面設(shè)計。

進一步地，通過調(diào)節(jié)印制圖形(2)外圍輪廓的長度、寬度及間隙，得到不同的工作帶寬和掃描角度。

進一步地，所述基于Kramers-Kronig關(guān)系的反演算法，具體如下：

根據(jù)反射系數(shù)S11，透射系數(shù)S21唯一確定特征阻抗z，由于復(fù)折射率多值性只針對折射率n的實部，所以根據(jù)K-K關(guān)系由n的虛部來確定實部，n的實部的取值為最接近由K-K關(guān)系所確定的實部對應(yīng)的分支。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：(1)超寬帶，能在2-18GHz頻帶內(nèi)工作；(2)超寬角，能在全頻帶內(nèi)實現(xiàn)±60度掃描；(3)超材料匹配層可根據(jù)工作頻段和掃描角度靈活設(shè)計；(4)超材料匹配層可與天線陣列采用印制電路工藝一體設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，易于加工實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種超材料寬帶寬角掃描阻抗匹配層的示意圖。

圖2是普通介質(zhì)匹配層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例中超材料匹配層單元傳輸系數(shù)幅值及相位曲線圖，其中(a)為單元傳輸系數(shù)幅值圖，(b)為單元相位曲線圖。

圖4是本發(fā)明實施例中超材料匹配層等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率曲線圖。

圖5是本發(fā)明實施例中超材料匹配層等效折射率曲線圖。

圖6是本發(fā)明實施例中超材料匹配層與等效介質(zhì)匹配層掃描S參數(shù)對比曲線圖，其中(a)為采用超材料匹配層加載后天線S11曲線圖，(b)為采用介質(zhì)匹配層加載后天線S11曲線圖。