CN104836033A - 一种用于宽带平面螺旋天线的人工磁导体反射腔 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种人工磁导体反射腔，包括：人工磁导体阵列单元和介质基板，人工磁导体阵列单元排列在介质基板上；所述人工磁导体阵列单元由微带片和微带片中心过孔组成，微带片和中心过孔尺寸与螺旋天线的工作频率的波长以及工作带宽关联。将本发明的人工磁导体反射腔用于宽带螺旋天线反射板，可以降低天线剖面，提高增益，而且，人工磁导体阵列单元尺寸由内至外随频率变化梯次变化，以此来实现人工磁导体的宽带匹配。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，特别涉及一种用于宽带平面螺旋天线的人工磁导体反射腔。
背景技术
反射腔是平面螺旋天线重要组成部分，人工磁导体作为反射腔具有低剖面特性。人工磁导体目前研究较为广泛，在天线设计中也得到运用。1999年学者D.Sievenpiper提出了高阻抗表面的电磁带隙微带结构，对垂直入射的平面波有同相位反射特性，学术界将其称为人工磁导体(AMC)。AMC应用研究主要集中在天线应用上，其他微波部件则有少量研究例如滤波器，TEM模波导。学者F.Yang与Y.Rahmat-Samii较多的研究了AMC结构应用与微带天线已实现低剖面特性；美国Etenna公司将AMC结构拥有多项专利，例如在GPS天线中利用AMC结构代替扼流圈，抑制表面波，减小边缘辐射；通过在AMC结构表面上方设计两个垂直单极子天线，实现高度仅为五十分之一的低剖面极化分集天线；通过在AMC结构中引入变容二极管增加带宽，称为可重构AMC结构，用于宽带天线等等。
一般用良导体作为宽带螺旋天线的反射腔，这种腔体的高度为四分之一波长(中心频率对应波长)，难以实现低剖面，而人工磁导体(AMC)具有零相移反射特性，利用这一特性制作反射腔，可以使反射腔体紧贴天线，大大降低天线剖面；同时平面螺旋天线一般应用带宽较宽(例如8GHz-40GHz)，就要求反射腔体具有较宽的工作带宽，但是普通结构的人工磁导体宽度较窄，因此给应用带来较大困难。
发明内容
为解决现有技术中的缺陷，本发明提出一种用于宽带平面螺旋天线的人工磁导体反射腔，通过改变AMC阵列单元的分布形式实现宽带特性，满足平面螺旋天线的要求。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种人工磁导体反射腔，包括：
人工磁导体阵列单元和介质基板，人工磁导体阵列单元排列在介质基板上；
所述人工磁导体阵列单元由微带片和微带片中心过孔组成，微带片和中心过孔尺寸与螺旋天线的工作频率的波长以及工作带宽关联。
可选地，所述人工磁导体阵列单元的微带片尺寸从内到外随螺旋天线的工作频率的波长做梯次变化。
可选地，所述人工磁导体阵列单元的微带片以及过孔尺寸与螺旋天线的工作频率的波长成正比例关系。
可选地，所述人工磁导体阵列单元由多个小阵列组成，由内到外，小阵列的微带片尺寸依次变大，中心过孔尺寸同样依次变大。
可选地，所述人工磁导体阵列单元由3个小阵列组成，由内到外，第一阵列到第二阵列，再到第三阵列的微带片尺寸依次变大，中心过孔尺寸同样依次变大。
本发明的有益效果是：
(1)将人工磁导体反射腔用于宽带螺旋天线反射板，可以降低天线剖面，提高增益；
(2)人工磁导体阵列单元尺寸由内至外随频率变化梯次变化，以此来实现人工磁导体的宽带匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种人工磁导体反射腔的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
常用良导体反射腔剖面较高，而人工磁导体反射腔可以大大降低天线剖面；一般平面螺旋天线应用带宽较宽，这就要求反射腔体有较宽带宽，而普通结构的人工磁导体工作宽度较窄，因此给应用带来较大困难，本发明通过改变AMC阵列单元的分布形式实现宽带特性，满足平面螺旋天线的要求。
图1所示为本发明的人工磁导体反射腔结构图，图1示出结构为人工磁导体反射腔的正面，人工磁导体反射腔的反面接地。本发明的人工磁导体反射腔包括人工磁导体阵列单元100和介质基板200，人工磁导体阵列单元排列在介质基板上，人工磁导体阵列单元由微带片10和微带片中心过孔20组成，微带片和中心过孔尺寸与螺旋天线的工作频率的波长以及工作带宽关联。本发明的人工磁导体阵列单元内外微带片尺寸并不相同，人工磁导体阵列单元由多个小阵列组成，由内到外，小阵列的微带片尺寸依次变大，中心过孔尺寸同样依次变大，这是由宽带螺旋天线辐射特性与人工磁导体的特性决定的，宽带螺旋天线在螺旋线不同部位辐射不同频率的信号，从内到外频率由高到低，波长由小变大，同时人工磁导体阵列单元的微带片以及中心过孔尺寸由螺旋天线的工作频率的波长决定，成正比例关系，因此，由内到外，小阵列的微带片尺寸依次变大，中心过孔尺寸同样依次变大。
同时，为了解决普通结构的人工磁导体工作带宽较窄的问题，本发明通过改变阵列分布方式，微带片尺寸从内到外随螺旋天线辐射频率做梯次变化，以此来实现人工磁导体的宽带匹配。
图1中示例的人工磁导体阵列单元100由3个小阵列组成，本领域技术人员可根据需要调整小阵列组成数量。结合图1中示例，阵列1到阵列2，再到阵列3的微带片尺寸依次变大，过孔尺寸同样依次变大。
螺旋天线和人工磁导体反射腔的组合结构，宽带螺旋天线受到源激励将会向空间辐射，采用本发明的人工磁导体反射腔的螺旋天线，应用带宽为8GHz-40GHz，主瓣方向为天线表面法向两侧。使用本发明的人工磁导体反射腔可以将背瓣信号零相移反射，因此既可以提高天线正向辐射增益，又可以降低天线剖面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种人工磁导体反射腔，其特征在于，包括：
人工磁导体阵列单元和介质基板，人工磁导体阵列单元排列在介质基板上；
所述人工磁导体阵列单元由微带片和微带片中心过孔组成，微带片和中心过孔尺寸与螺旋天线的工作频率的波长以及工作带宽关联。
2.如权利要求1所述的人工磁导体反射腔，其特征在于，所述人工磁导体阵列单元的微带片尺寸从内到外随螺旋天线的工作频率的波长做梯次变化。
3.如权利要求2所述的人工磁导体反射腔，其特征在于，所述人工磁导体阵列单元的微带片以及过孔尺寸与螺旋天线的工作频率的波长成正比例关系。
4.如权利要求3所述的人工磁导体反射腔，其特征在于，所述人工磁导体阵列单元由多个小阵列组成，由内到外，小阵列的微带片尺寸依次变大，中心过孔尺寸同样依次变大。
5.如权利要求4所述的人工磁导体反射腔，其特征在于，所述人工磁导体阵列单元由3个小阵列组成，由内到外，第一阵列到第二阵列，再到第三阵列的微带片尺寸依次变大，中心过孔尺寸同样依次变大。
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