CN101188329B - 一种双频超薄高定向谐振腔天线 - Google Patents

一种双频超薄高定向谐振腔天线 Download PDF

Info

Publication number
CN101188329B
CN101188329B CN2007101717276A CN200710171727A CN101188329B CN 101188329 B CN101188329 B CN 101188329B CN 2007101717276 A CN2007101717276 A CN 2007101717276A CN 200710171727 A CN200710171727 A CN 200710171727A CN 101188329 B CN101188329 B CN 101188329B
Authority
CN
China
Prior art keywords
high impedance
antenna
dual
impedance surface
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007101717276A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101188329A (zh
Inventor
李宏强
魏泽勇
武超
魏雯婕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN2007101717276A priority Critical patent/CN101188329B/zh
Publication of CN101188329A publication Critical patent/CN101188329A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101188329B publication Critical patent/CN101188329B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

一种双频超薄高定向谐振腔天线,涉及一种双频谐振腔天线。包括高阻抗表面,金属网格层(4)以及两者之间的微波馈源(5),金属网格层(4)是自行制作的单面印刷电路板,微波馈源(5)为偶极子天线或单极子天线或其他微波馈源,其特征是:高阻抗表面是各向异性高阻抗表面,它是由下表面的金属层(1),中间的介质层(2)和上表面的各向异性的谐振单元(3)阵列组成;或在上述阵列中用金属化孔(6)连接谐振单元(3)与金属层(1)。各向异性的谐振单元(3)由设计数量的具有各向异性的长方形结构、工字分型结构或希尔伯特分型曲线结构的金属箔,且金属箔之间设有间隔。本发明具有厚度小于λ/10,双频工作,高定向辐射,高增益性的优点。

Description

一种双频超薄高定向谐振腔天线
技术领域
一种双频超薄高定向谐振腔天线,涉及一种双频谐振腔天线。具体是指可以实现双频的高定向辐射,厚度比常规的法布里珀罗谐振腔要薄,结构紧凑,制作简单的双频谐振腔天线结构。
背景技术
高定向天线由于通讯距离远,抗干扰能力强,因此在微波通讯领域有广泛的应用。谐振腔天线的辐射方向图具有高定向性,所以能作为一种高定向天线。在现有的谐振腔天线中,法布里珀罗谐振腔有着广泛的应用。该谐振腔由两块反射表面和微波馈源构成,一块反射表面是理想反射表面,另一块反射表面可以容许有少量的透波,微波馈源一般可以是偶极子天线,或者单极子天线。在这种结构里,由于法布里珀罗谐振模式是干涉效应跟该谐振腔厚度有关,即,在谐振频率上,该法布里珀罗谐振腔可以实现高定向,高增益,高效率的定向辐射,但是要形成法布里珀罗干涉,必须要求两块反射板中间的光程是半波长的整数倍。这就要求这种谐振腔天线的厚度最小是λ/2。一个工作在1GHz的法布里珀罗谐振腔,其厚度最少是15cm。这大大限制了其应用范围。
最近美国物理快报上刊出由人工特异材料组成的谐振腔天线,该谐振腔天线由高阻抗表面和金属栅状网格组成。高阻抗表面是一种人造电磁表面,在微波波段,可以由双层印刷电路板腐蚀而成。制作好的高阻抗表面的下表面是铜箔,上表面是正方形状的铜箔组成的整列。每个正方形铜箔通过金属化孔与下表面(铜箔)相连。由于这种表面存在磁谐振,平面波入射到该表面后,对于不同频率,反射波与入射波的相位差随频率由180变化到-180度,在谐振频率的位相差为0度。这不同于普通的法布里珀罗谐振腔的180度。利用它的这个特性,可以把谐振腔的厚度缩小一个数量级。但是这种谐振腔有个缺点,就是只能是单频工作。对于垂直和水平两个极化的电磁波,响应完全相同,这在日趋发展的多通道的微波通讯领域应用有很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于公开一种可以实现双频工作,高定向电磁辐射,超薄的谐振腔天线。这种谐振腔天线成本低廉,可以方便设计成垂直和水平两个极化的工作频率,实现双频工作。同时,作为腔体天线,辐射方向图还具有高定向性,高增益性。
为了达到上述目的,本发明对由两块反射表面(一块反射表面是理想反射表面,另一块反射表面可以容许有少量的透波)和微波馈源(可以是偶极子天线,或者单极子电线)构成的法布里珀罗谐振腔的结构特点的长期研究,以及对由高阻抗表面和金属栅状网格组成的谐振腔天线的结构特点的研究分析发现:将两者选择组合和进行改进,尤其是将高阻抗表面设计成各向异性的高阻抗表面,可以优势互补,从而产生意想不到的效果,做成了本发明的谐振腔天线,能实现双频工作,高定向电磁辐射,高增益,超薄。
本发明的具体结构是:包括高阻抗表面,金属网格层,以及以及两者之间的微波馈源,金属网格层可以由市售的单面印刷电路板自行制作而成,微波馈源为普通的市售的偶极子天线或单极子天线或其他常用的微波馈源,其特征是:高阻抗表面为各向异性高阻抗表面,各向异性高阻抗表面由下表面的金属层,中间的介质层和上表面的各向异性的谐振单元阵列组成;或由下表面的金属层,中间的介质层和上表面的各向项异性的谐振单元阵列以及连接谐振单元并与下表面的金属层连接的金属化孔组成。该各向异性的谐振单元可以是长方形结构,工字分型结构,希尔伯特分型曲线结构等等具有结构上各向异性的满足设计要求数量的金属箔,且金属箔之间按常规的距离隔开构成。该金属箔对垂直和水平两个极化的电磁波相应不一样,从而达到双频工作。
本发明具有如下的效果和优点:
1,由于本发明是由高阻抗表面和金属网格组成的谐振腔,且该高阻抗表面是各向异性的结构,谐振频率由谐振单元的形状,大小来调节,工作频率的波长,远远小于其尺寸,因此本发明的谐振腔天线的厚度很小,一般可以小于λ/10,比普通谐振腔的1/5还小。
2,由于本发明用的谐振单元是由各向异性的结构组成,对于水平和垂直极化的电磁波工作频率不一样。因此方便的实现了不同偏振的电磁波的工作频率不同,从而实现双频工作。
3,由于本发明也属于谐振腔天线。因此它也继承了普通谐振腔的天线的高定向性,高增益性的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的长方形蘑菇结构的各向异性的谐振单元示意图。
图3为本发明的金属网格层的结构示意图。
图4为本发明的正方向的增益频谱图。
图5为本发明以长方形蘑菇结构的谐振腔天线在8.1GHz的辐射方向图。
图6为本发明以长方形蘑菇结构的谐振腔天线在9.06GHz的辐射方向图。
图中:
1-金属层;2-介质层;3-各向异性的谐振单元;4-金属网格层;5-微波馈源;6-金属化孔。
具体实施方式
实施例1
请参阅附图1,附图2。
本发明包括高阻抗表面,金属网格层4以及两者之间的微波馈源5,金属网格层4是自行制作的普通市售的单面印刷电路板,它的介质层2厚度为0.8毫米。在该市售的单面印刷电路板表面自行制作出周期比工作频率小的金属网格,其作用是一个通常的反射板,但此反射板容许有少量的电磁波透射。微波馈源5为市售的偶极子天线或单极子天线或其他常用的微波馈源。高阻抗表面为各向异性高阻抗表面,各向异性高阻抗表面由下表面的金属层1,中间的介质层2和上表面的各向异性的谐振单元3阵列组成以及连接谐振单元3并与下表面的金属层1连接的金属化孔6组成,上表面周期排列的各向异性结构谐振单元3是axb长方形金属箔,上表面的长方形金属箔的长(a)和宽(b)分别是7和9毫米,金属箔和金属箔的距离为1毫米。高阻抗表面的介质层2的厚度是1.5毫米,金属化孔6的孔径为0.4毫米。整个样品大小是200X200平方毫米。本发明的微波馈源5采用在10GHz左右工作的偶极子天线。偶极子天线放在高阻抗表面和金属网格层4的中间。分别对偶极子天线平行于长方形的长边和偶极子平行于短边进行本发明谐振腔天线的增益频谱,以及方向图的测量。测量的正向辐射的增益频谱见图4,在偶极子天线分别平行于长边和短边的情况下,我们得到了8.1GHz和9.06GHz的增益值最大值,分别对应着水平和垂直极化的两个不同工作频率。分别对这两个频率做方向图的测量,结果见图5,图6:在E面和H面的3dB角宽度分别是18度和26度,方向性系数达到200以上。
实施例2
制作大小为200X200平方毫米的本发明,除了各向异性高阻抗表面均由下表面的金属层1,上表面的各向异性的谐振单元3是工字形结构阵列组成,微波馈源5采用工作在10GHz左右的单极子天线外,其余结构与实施例1相同。
分别对偶极子天线的振子平行于工字形分型和垂直于工字分型进行天线的增益谱和方向图的测量。测量的正向辐射的增益频谱为在天线分别平行于工字和垂直于工字的情况下,我们得到了4.5GHz和6.1GHz的增益值最大值。分别对应着平行和垂直极化的两个不同工作频率。分别对这两个频率做方向图的测量,结果为在E面和H面的3dB角宽度分别是14度和24度,方向性系数达到200以上。

Claims (2)

1.一种双频超薄高定向谐振腔天线,包括高阻抗表面,金属网格层(4)以及两者之间的微波馈源(5),金属网格层(4)是自行制作的单面印刷电路板,微波馈源(5)为偶极子天线或单极子天线微波馈源,其特征在于:高阻抗表面为各向异性高阻抗表面,各向异性高阻抗表面由下表面的金属层(1),中间的介质层(2)和上表面的各向异性的谐振单元(3)阵列组成。
2.根据权利要求1所述的一种双频超薄高定向谐振腔天线,其特征在于:所述的各向异性高阻抗表面还包括连接谐振单元(3)与下表面的金属层(1)的金属化孔(6)。
CN2007101717276A 2007-12-04 2007-12-04 一种双频超薄高定向谐振腔天线 Active CN101188329B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101717276A CN101188329B (zh) 2007-12-04 2007-12-04 一种双频超薄高定向谐振腔天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101717276A CN101188329B (zh) 2007-12-04 2007-12-04 一种双频超薄高定向谐振腔天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101188329A CN101188329A (zh) 2008-05-28
CN101188329B true CN101188329B (zh) 2011-06-22

Family

ID=39480581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007101717276A Active CN101188329B (zh) 2007-12-04 2007-12-04 一种双频超薄高定向谐振腔天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101188329B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9136609B2 (en) * 2009-03-30 2015-09-15 Nec Corporation Resonator antenna
CN102237569A (zh) * 2010-05-07 2011-11-09 同济大学 一种高定向双波束扫描毫米波平板天线
CN102044752B (zh) * 2010-12-07 2013-10-23 惠州Tcl移动通信有限公司 带u字型高阻抗表面金属条接地的天线及其无线通讯装置
CN110199436B (zh) * 2016-08-29 2022-05-27 阿瑞利斯控股有限公司 多频带圆偏振天线
CN109638433A (zh) * 2018-11-13 2019-04-16 上海无线电设备研究所 一种低剖面引信天线
CN111092281B (zh) * 2019-09-10 2021-02-02 南京邮电大学 一种基于人工磁导体的四阶耦合谐振器滤波器
CN110808461B (zh) * 2019-11-22 2021-11-05 东南大学 基于法布里-珀罗谐振腔式结构的低剖面全息成像天线
CN113363694B (zh) * 2021-06-15 2023-03-17 上海大学 填充金属蘑菇超构材料的矩形波导谐振腔
CN115332778B (zh) * 2022-09-14 2024-04-19 重庆大学 一种宽带圆极化电小栅格天线

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1349227A (zh) * 2000-10-18 2002-05-15 株式会社村田制作所 复合介电模塑制品及使用它的透镜天线
CN1672293A (zh) * 2002-08-01 2005-09-21 皇家飞利浦电子股份有限公司 定向双频天线结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1349227A (zh) * 2000-10-18 2002-05-15 株式会社村田制作所 复合介电模塑制品及使用它的透镜天线
CN1672293A (zh) * 2002-08-01 2005-09-21 皇家飞利浦电子股份有限公司 定向双频天线结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
秦亚琴.导向性材料的多带特性研究及在天线中的应用.《微波学报》.2005,第21卷79-80. *
秦亚琴.导向性材料的多带特性研究及在天线中的应用.<<微波学报>>.2005,第21卷79-80.

Also Published As

Publication number Publication date
CN101188329A (zh) 2008-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101188329B (zh) 一种双频超薄高定向谐振腔天线
Luo et al. Planar slot antenna backed by substrate integrated waveguide cavity
Wang et al. Wideband Fabry–Perot resonator antenna with two layers of dielectric superstrates
Cao et al. W-band high-gain circularly polarized aperture-coupled magneto-electric dipole antenna array with gap waveguide feed network
CN113078459B (zh) 一种低剖面宽带圆极化磁电偶极子天线
Chen et al. Low-profile wideband reflectarray by novel elements with linear phase response
CN108134203B (zh) 基于电磁带隙结构的大单元间距宽角扫描相控阵天线
CN103531913B (zh) 六边形基片集成波导缝隙天线
CN201134509Y (zh) 宽带双l形波导窄边缝隙天线阵
Ramkiran et al. Design and analysis of microstrip slot array antenna configuration for bandwidth enhancement
Yang et al. A novel miniaturized frequency selective surface with excellent center frequency stability
US11437736B2 (en) Broadband antenna having polarization dependent output
Jagtap et al. Gain and bandwidth enhancement of circularly polarized MSA using PRS and AMC layers
CN112467359B (zh) 一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线
JP2009118459A (ja) 部分反射表面アンテナ
Ulfah et al. Bandwidth enhancement of substrate integrated waveguide cavity-backed slot antenna
Chine et al. Three dimensional, efficient, directive microstrip antenna array
CN205680784U (zh) Z字形交叉缝隙圆极化背腔天线
Suman et al. High-Gain SIW Antenna with Ridge Gap Waveguide Feed for W-Band Applications
US20220359993A1 (en) Antenna device which is suitable for wireless communications according to a 5g network standard, rf transceiver containing an antenna device, and method for use in wireless communications according to a 5g network standard
CN101246993B (zh) 一种基于一维复式光栅结构的高定向平面天线
Liu et al. AK/Ka dual-band shared-aperture high efficiency reflectarray antenna based on structure-reuse technique
Wu et al. Analysis and design of novel wideband and high efficiency millimeter-wave antenna arrays for 60-GHz applications
Gao et al. Broadband Gain Fabry-Perot Resonator Antenna Employing a Circularly Polarized Metasurface
Wang A wideband magneto-electric dipole ridge gap waveguide slotted array antenna

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant