CN104638379A - 天线反射板和低后瓣天线 - Google Patents
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Abstract
一种天线反射板，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个导电几何结构，所述导电几何结构包括水平倒置的工字形结构，所述导电几何结构经配置使所述反射面形成为高阻表面且天线工作频率处于所述高阻表面的阻带。一种低后瓣天线，包括天线本体以及所述天线反射板，所述天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。采用该天线反射板的天线可以很好地降低天线后瓣。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术，特别是涉及一种天线反射板和低后瓣天线。
背景技术
天线的覆盖方向图上不仅包括天线主瓣和位于天线主瓣两侧的天线后瓣，天线后瓣容易造成越区覆盖和干扰。传统的具有反射板的天线为了降低天线后瓣，需要加大反射板面积或是改变反射板的物理结构，但是，加大反射板面积会增加天线的安装面积和天线成本，而已知的改变反射板结构的方式的加工难度大，成本高，传统方案降低后瓣的效果受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，提供一种天线反射板和具有该反射板的低后瓣天线。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种天线反射板，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个导电几何结构，所述基板具有所述导电几何结构的那一面为所述天线反射板的反射面，所述导电几何结构包括水平倒置的工字形结构，所述导电几何结构经配置使所述反射面形成为高阻表面且天线工作频率处于所述高阻表面的阻带。
进一步地，所述工字形结构还包括从两竖边的两端进一步向内侧相对地水平延伸的梁，从而形成开口相对的两个山字形结构，所述两个山字形结构的中间梁连成一体，而两条上梁之间及两条下梁之间具有一定间隔。
进一步地，所述基板划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述导电几何结构。
进一步地，所述两个山字形结构的形状和尺寸相同。
进一步地，所述两个山字形结构共同的中间梁的长度为0～100mm，两条上梁和两条下梁的长度为0～50mm，侧边的长度为0～50mm。
进一步地，导电几何结构为铜、铝、铁、金、银、ITO、石墨或者碳纳米管材质。
进一步地，所述导电几何结构的线宽为0.01mm～10mm。
进一步地，每一超材料单元的长度为1mm200mm，宽度为0.5mm～100mm。
所述基板为F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、铁电、铁氧或者铁磁材料板。
一种低后瓣天线，包括天线本体以及上述的任一种天线反射板，所述天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。
进一步地，所述天线为半波偶极子天线。
进一步地，所述天线本体的长度为5mm～500mm，所述天线反射板的面积为5mm*5mm～500mm*500mm，所述天线本体与所述天线反射板的间距为2.5mm～250mm。
本发明采用超材料片层作为天线反射板，超材料片层具有构造独特的导电几何结构，通过在天线反射板设置工字形导电几何结构的阵列，使天线反射板的反射面形成为高阻表面，且该高阻表面使天线的工作频率处于超材料反射板的阻带，由于天线的工作频率处于超材料反射板的阻带，能够有效抑制表面波的传播，进而可以有效降低天线后瓣。
附图说明
图1为本发明实施例中的单层超材料片层结构示意图；
图2为本发明实施例中的多层超材料片层结构示意图；
图3为本发明实施例中的导电几何结构示意图；
图4为本发明优选实施例中的导电几何结构排布示意图；
图5和图6为本发明优选实施例中的导电几何结构示意图；
图7为本发明实施例的半波偶极子天线结构示意图
图8为使用本发明实施例的反射板和使用传统反射板的天线的后瓣对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料，通过对导电几何结构的有序排列，可以改变空间中每点的相对介电常数和磁导率。超材料可以在一定范围内实现普通材料无法具备的折射率、阻抗以及透波性能，从而可以有效控制电磁波的传播特性。本发明通过设置工字形导电几何结构的阵列，使天线反射板的反射面形成为高阻表面，且该高阻表面配置成使天线的工作频率处于超材料反射板的阻带。由于高阻表面属于谐振结构，当天线的工作频率处于高阻表面的谐振频率附近时，表面波无法在高阻表面上传播，后向辐射减小，从而降低天线的背瓣。
如图1和图2所示，本发明的实施例提供一种天线反射板，其包括至少一个超材料片层1，每个超材料片层1包括基板10和阵列排布在基板10上的导电几何结构20。
图1是以反射板有一个超材料片层1为例进行说明。图2所示的反射板有多个超材料片层1，各个超材料片层1沿垂直于片层的方向叠加，并可通过机械连接、焊接或粘合等方式组装成一体。在实际设计时，可以采用两个基板，而导电几何结构阵列排布在其中一个基板上，另一基板覆盖导电几何结构，将导电几何结构夹设在两个基板之间，同样能够达到本发明的目的。例如采用3层基板，两层导电几何结构间隔排布在3层基板之间。同理，采用5层基板，3层导电几何结构间隔排布在5层基板之间。本发明对超材料片层的具体数量不做限制。通常，在能够满足性能的情况下，一个超材料片层就可以作为超材料反射板来使用。阵列排布的导电几何结构所在平面与电磁波的电场和磁场方向平行，与入射电磁波传播方向垂直。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，基本的导电几何结构包括水平倒置的工字形结构。导电几何结构阵列经配置使天线反射板的反射面形成为高阻表面。
如图4所示，超材料片层1中的基板10可划分为多个超材料单元，每一超材料单元上排布有一个导电几何结构20。图中所示的超材料单元的划分个数仅为示意，并不作为对本发明的限制。
如图4、图5和图6所示，在本发明的一个优选实施例中，每个所述工字形结构还包括从两竖边的两端进一步向内侧相对地水平延伸的梁，从而形成开口相对的两个山字形结构，所述两个山字形结构的中间梁连成一体，而两条上梁之间和两条下梁之间具有一定间隔，在导电几何结构的顶部和底部各形成一个缺口。优选地，所述两个山字形结构共同的中间梁的长度为0～10mm，两条上梁和两条下梁的长度为0～50mm，侧边的长度为0～50mm。山字形结构可以由具有预设线宽的金属条构成。所述金属条优选为铜条。金属条的线宽优选为0.01mm～10mm。优选地，例如在天线工作频率为30GHz左右的情况下，每一超材料单元的长度b为1mm，宽度a为0.5mm。
导电几何结构的上述形状及线宽可以使反射板尤其好地实现高阻表面的特性，有效抑制相应频率表面波的传播，从而更有效降低天线的后瓣。
以上实施例中的数值仅为示例，在实际应用中，可以依据实际需求进行调整，本发明对此不作限制。
超材料片层可以由双面覆铜介质板加工而成。在本发明的一个实施例中，基板10由F4B或FR4复合材料制得。导电几何结构20在基板朝向天线本体的一侧通过蚀刻的方式附着在基板10上，当然导电几何结构20也可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式附着在基板10上。基板10也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。导电几何结构20采用铜线制成，当然也可以采用银线、ITO、石墨或者碳纳米管等导电材料制成。
本发明还提供一种天线，包括天线本体以及如上文所述的天线反射板，天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。天线可以是但不限于半波偶极子天线。天线本体可以是例如但不限于平板型的。优选地，天线本体的长度为5mm～500mm，天线反射板的面积为5mm*5mm～500mm*500mm，天线本体与天线反射板的间距为2.5mm～250mm。如图7所示，在一个具体实施例中，偶极子天线本体的长度I为5mm，所述天线反射板的面积为5mm*5mm，所述天线本体与所述天线反射板的间距h为2.5mm，天线的电磁波辐射方向如图中箭头A所示。如本领域技术人员能够理解，天线通常还可包括辐射源、馈电单元等，本发明对此不作限制。天线按用途来说可以是但不限于WLAN天线。
图8示出了使用本发明实施例的超材料反射板和使用传统反射板的天线在各方向的天线方向增益对比，虚线1表示使用传统反射板时的增益，实线2表示使用本发明超材料反射板时的增益。从对比结果可以看出，采用本发明实施例的超材料反射板，天线的后瓣降低了约5dB，比传统方案明显降低。本发明反射板不需要通过增大面积的方式来降低后瓣，故相对于传统方案缩小了天线的面积，降低了成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种天线反射板，其特征在于，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个导电几何结构，所述基板具有所述导电几何结构的那一面为所述天线反射板的反射面，所述导电几何结构包括水平倒置的工字形结构，所述导电几何结构经配置使所述反射面形成为高阻表面且天线工作频率处于所述高阻表面的阻带。
2.根据权利要求1所述的天线反射板，其特征在于，所述工字形结构还包括从两竖边的两端进一步向内侧相对地水平延伸的梁，从而形成开口相对的两个山字形结构，所述两个山字形结构的中间梁连成一体，而两条上梁之间及两条下梁之间具有一定间隔。
3.根据权利要求1所述的天线反射板，其特征在于，所述基板划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述导电几何结构。
4.根据权利要求2所述的天线反射板，其特征在于，所述两个山字形结构的形状和尺寸相同。
5.根据权利要求2所述的天线反射板，其特征在于，所述两个山字形结构共同的中间梁的长度为0～100mm，两条上梁和两条下梁的长度为0～50mm，侧边的长度为0～50mm。
6.根据权利要求1所述的天线反射板，其特征在于，所述导电几何结构为铜、铝、铁、金、银、ITO、石墨或者碳纳米管材质。
7.根据权利要求6所述的天线反射板，其特征在于，所述导电几何结构的线宽为0.01mm～10mm。
8.根据权利要求1至7任一项所述的天线反射板，其特征在于，每一超材料单元的长度为1mm～200mm，宽度为0.5mm～100mm。
9.根据权利要求1至7任一项所述的天线反射板，其特征在于，所述基板为F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、铁电、铁氧或者铁磁材料板。
10.一种低后瓣天线，其特征在于，包括天线本体以及如权利要求1～9任一项所述的天线反射板，所述天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。
11.根据权利要求10所述的低后瓣天线，其特征在于，所述天线为半波偶极子天线。
12.根据权利要求11所述的低后瓣天线，其特征在于，所述天线本体的长度为5mm～500mm，所述天线反射板的面积为5mm*5mm～500mm*500mm，所述天线本体与所述天线反射板的间距为2.5mm～250mm。
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