CN106876896A - 圆极化天线 - Google Patents

Abstract

圆极化天线，包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置，全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射源，包括至少一个辐射贴片，每个辐射贴片具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；另一面涂覆金属层。本发明基于磁单负特异材料特性及天线结构设计，提供一种体积小、重量轻，结构灵活的天线，该天线同时具有信号极化选择功能，可用于左旋圆极化信号或右旋圆极化信号的接收或发射。

Description

圆极化天线

技术领域

本发明涉及天线领域，具体的说，涉及一种基于特异材料的圆极化天线。

背景技术

待接收信号的频段一定程度决定所需应用的天线的尺寸。以GHz波段信号的接收为例，国际和国内现用于接收GHz波段信号(例如太阳射电信号、卫星电视信号L、S、C、Ku波段)的天线主要是抛物面天线，这类天线体积大、重量大、维护费用高，特别是太阳射电成像系统中的天线更是如此。

相对于抛物面天线，微带贴片天线是一种平面天线，具有体积小、重量轻、剖面薄、易于加工、易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点，在空间探测方面有诸多优势，已被用于星载卫星观测系统中。传统的微带贴片天线也具有一些不足，例如，可接收频带较窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大等。传统的腔体微带贴片天线，利用谐振腔共振原理可实现高方向性，由于受金属反射面180反射相位的限制，谐振腔的厚度需要满足：其中d为谐振腔的厚度，λ为接收信号的波长，n为任意正整数，也就是说，谐振腔的厚度最小只能做到接收信号波长的二分之一，若将这种天线用于接收GHz波段信号，视信号需要将谐振腔厚度做到较大，天线整体厚度也限制了天线体积的减小。

特异材料是一种新型的人工材料，是指具有亚波长周期性结构的材料，利用材料表面周期性晶格的设计，可使局域共振机制起主导作用。特异材料的介电常数和磁导率可以同时为负值，或者其中之一为负值，或同时小于1。常规材料的电磁特性，主要源于组成材料本身的原子分子对电磁波的响应，特异材料的电磁特性主要源于人工谐振单元对电磁波的响应，利用其电磁波特殊的调控机理，可构造等效磁导率小于零而介电常数大于零的磁单负材料，磁单负材料属于特异材料的一种，由于磁单负材料的等效磁导率小于零，使其表面的反射相位为0，即产生同相反射，因此，利用磁单负材料的零反射相位特性，可以实现突破半波长尺度限制的谐振腔(亚波长谐振腔)，其谐振腔的厚度可以趋于零，从而可以实现天线系统的小型化。另外，磁单负材料可以用来抑制印刷天线的表面波损耗，从而改善辐射旁瓣和背散射性能。

此外，电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，圆极化波是一种等幅旋转场，它可以分解为两正交等幅、相位相差90°的线极化波。当电磁波信号进入天线后，使简并正交模式的电磁波谐振频率产生分离，工作频率介于两个谐振频率之间，当简并模分离单元大小合适时，对工作频率而言，一个模的阻抗相角超前45°，另外一模的阻抗相角滞后45°，由此形成电磁波的圆极化。

电磁波信号中同样具有左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波信息。而对于这部分信号的研究具有特殊重要的意义，圆极化天线在通信、雷达、电子对抗能方面有广泛的应用，一些太阳射电望远镜中也使用了圆极化天线，以太阳辐射信号的研究为例，太阳辐射的偏振度与磁场和传播方向的夹角有关，能够检测出太阳辐射的左旋或右旋圆极化电磁波，对研究太阳耀斑电子加速过程和日冕参数诊断都非常有意义。

公开号为CN101461097A的中国专利公开了一种采用AMC材料的便携式天线，包括第一层组和第二层组，第一层组和第二层组上下间隔平行设置，中间形成空腔层，其提供了一种三层结构的小型天线。但是其第一层为天线层，第二层为电路结构层，两层之间是用于隔绝天线层和电路曾的电磁屏蔽层，也就是说，其天线特性层仅为第一层，其他两层不具有天线的特性。虽然其也公开了贴片的结构，但贴片是经垂直导电空与固定底线连接的，为一种传统的天线设计结构。

公开号为CN104335421A公开了一种应用于无线网络中的天线，该天线包括两个被截断相对角的贴片单元，各个贴片单元之间通过微带线连接，且各贴片单元之间成角度排列。其公开结构，贴片单元即作为信号分极(左旋圆极化信号或右旋圆极化信号)调理单元，又做为信号辐射接收单元，贴片还具有电流调理及信号导出的作用。这种天线极化选择能力有限。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中，天线尺寸受接收信号波段影响，高波段信号要求接收天线体积大、重量大，以至此类天线存在不易与其他器件共形、维护困难的问题，针对高频段左旋和右旋圆极化电磁波接收的问题，基于磁单负特异材料特性及天线结构设计，提供一种体积小、重量轻结构灵活的亚波长谐振腔圆极化天线，用于接收GHz波段电磁波信号中左旋圆极化信息和右旋圆极化信息。

本发明的技术方案为：亚波长谐振腔圆极化天线，具体为一种基于磁单负材料的亚波长谐振腔天线，包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二(即与表面一相反的一面为表面二)，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置；部分反射板的上下两表面上的贴片阵列起到调节部分反射板的反射特性的作用，既能调节信号的反射率，调节信号的反射相位，同时能选择电磁波信号的圆极化方式；全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射源，与馈电输出端相接，辐射源包括至少一个辐射贴片，每个辐射贴片具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；另一面涂覆金属层，作为全反射面，且这一面设置有馈电接头(馈电输出端)，馈电接头与辐射金属贴片相接，通过馈电接头输出天线信号。

优选为：表面一贴片单元、表面二贴片单元和辐射贴片均为规则对称形状。对称形状有利于接收信号的均匀稳定。

优选为：表面一贴片单元为四边形，且四边形四个角部分形成四个空缺部。

优选为：表面一贴片单元为十字形贴片，任意两个相邻的十字形贴片相对的一边相接，表面二贴片单元为方形。

优选为：部分反射板的一个表面一贴片单元与一个表面二贴片单元的中心对齐。

优选为：辐射源为一个辐射金属贴片，或多个辐射金属贴片形成的辐射金属贴片阵列；辐射金属贴片均与馈电输出端相接。辐射金属贴片阵列的设计有利于天线的大型化设计。

优选为：辐射金属贴片为方形，且两个切除部对称位于辐射金属贴片对角线的两端。

优选为：所有辐射金属贴片同一侧切除部的朝向一致。具体说，切除部有两个，为方便理解，可以认为在正对辐射金属贴片单元的方向看，一个切除部在上方，一个切除部在下方，而所有位于上方的切除部朝向一致，所有位于下方的切除部朝向一致，也可以认为，所有位于上方的切除部都位于辐射金属贴片的同一侧，所有位于下方的切除部都位于辐射金属贴片的同一侧，且位于贴片单元上方的相反一侧。朝向一致才可以接收一种圆极化方式的电磁波信号(左旋圆极化信号或右旋圆极化信号)，若朝向不规则，则两种圆极化信号都可以进入谐振腔。

优选为：部分反射板通过滑动部件安装在竖向滑轨上；或者全反射板和部分反射板上设置有配合安装孔，通过调节螺钉配合安装。这种结构可实现谐振腔厚度的调整。为了方便，也可以将全反射板设计为固定结构，二部分反射板为可拆卸的结构，每次仅更换部分反射板即可。将全反射板和部分反射板之间设计为可拆卸的结构，便于调整谐振腔的厚度，也方便根据接收需求，通过更换全反射板或部分反射板的方式调整天线的接收频率。

优选为：全反射板和部分反射板平行设置，实现更稳定的信号传输和调理。全反射板和部分反射板之间的间隔为空气层或填充有介质材料，可使电磁波信号通过即可。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种含单层磁单负材料的亚波长谐振腔圆极化天线是一种平面天线，本发明基于部分反射板表面一和表面二的贴片单元阵列，使部分反射板具有磁单负材料的特性，利用磁单负材料的特殊电磁特性，其整体厚度可以远小于探测或者接收电磁波的波长的二分之一，特别是，利用磁单负材料的零反射相位特性，谐振腔厚度可以趋于零。与现有微带贴片天线相比，谐振腔厚度不受接收信号波长的限制，从而可极大减小天线的尺寸。通过在部分反射板表面二贴片单元上附加切除部，作为分离单元，实现了一种全新的覆盖结构，使部分反射板可起到极化选择的功能，一种圆极化方式的电磁波透过能力远大于另一种圆极化方式的电磁波，从而使天线接收一种圆极化的电磁波或辐射一种圆极化的电磁波的能力远大于另一种圆极化的电磁波。

(2)特异材料微带天线的主体是介质材料，部分反射板和全反射板表面的金属层占整体重量很小，因此，含单层磁单负材料的亚波长谐振腔特异材料天线是具有体积小、重量轻、超薄、易与其他器件共形等多个优点。这类新型的特异材料天线继承了传统微带天线的优点，同时克服了很多传统微带天线的缺点

(3)与公开号为CN101461097A的专利相比，虽然本申请提供的天线也是一种三层结构，但本申请中三层均具有天线的特性，三层配合工作，使天线的性能大大提高。与公开号为CN104335421A的专利相比，该天线适用于GHz波段天线圆极化电磁波信号的接收，当信号在谐振腔内传播过程中，对信号进行调理，最终使辐射源接收的是调理后的左旋圆极化信号或右旋圆极化信号。这种结构信号极化选择能力更强，有利于天线的大型化设计，适用领域更广。

(4)天线的工作频率受谐振腔厚度和磁单负单元个体尺寸、磁单负材料整体尺寸的影响。谐振腔的厚度可调整，全反射板和部分反射板的组装结构灵活，可根据天线应用场合、待接收信号的波段特性调整二者之间的间距，从而调整谐振腔的厚度。也可以更换具有不同磁单负单元尺寸的部分反射板，调整接收天线的频率响应特性，使天线工作在最佳的接收或发射频率。进一步使该天线为一种变频天线。

(5)全反射板和部分反射板的组装结构灵活，另一方面好处为：天线组装后，可通过微调改变谐振腔的厚度，避免了调整天线结构而重新加工，从而节省了加工成本，降低了测试调试难度。

附图说明

图1(a)为单辐射金属贴片作为辐射源；

图1(b)为辐射金属贴片阵列作为辐射源；

图2为部分反射板表面一结构示意图；

图3为部分反射板表面二结构示意图；

图4为全反射板全反射面结构示意图；

图5(a)为单辐射金属贴片作为辐射源的天线全反射板与部分反射板相对的一面结构示意图；

图5(b)为辐射金属贴片阵列作为辐射源的天线全反射板与部分反射板相对的一面结构示意图；

图6为部分反射板的表面一贴片单元结构示意图；

图7为部分反射板的表面二贴片单元结构示意图；

图8为部分反射板传统单元与磁单负单元对右旋圆极化电磁波的反射率对比图；

图9为部分反射板传统单元与磁单负单元对右旋圆极化电磁波的反射相位对比图；

图10为工作频率为2.8GHz的右旋圆极化天线(对应图1(a))的S11图；

图11为工作频率为2.8GHz的右旋圆极化天线(对应图1(a))轴比图；

图12为工作频率为2.8GHz的右旋圆极化天线(对应图1(a))极化方向增益图；

图13为工作频率为2.81GHz的天线(对应图1(b))的S11图；

图14为工作频率为2.81GHz的天线(对应图1(b))轴比图；

图15为工作频率为2.81GHz的天线(对应图1(b))极化方向增益图；

图16为另一种实施方式表面一贴片单元结构示意图；

图17为另一种实施方式表面一贴片单元结构示意图；

图18为另一种实施方式表面一贴片单元结构示意图；

图19为另一种实施方式表面二贴片单元结构示意图；

图20为另一种实施方式表面二贴片单元结构示意图；

图21为另一种实施方式表面二贴片单元结构示意图；

图22为含切除部的对角切角的贴片单元结构示意图。

其中：1-部分反射板，2-全反射板，3-谐振腔，4-表面一贴片单元，5-表面二贴片单元，6-金属全反射面，7-馈电接头，8-辐射金属贴片，9-微带馈电网络

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于磁单负特异材料的圆极化谐振腔天线，属于微带贴片天线的一种，与现有技术中微带贴片天线相比，基于特异材料的频率调整特性，可使天线的谐振腔厚度大大减小，且不受接收信号频段的限制，从而可大大减小天线的体积和重量。

实施例1

如图1(a)和图1(b)所示，为本发明提供的圆极化天线结构示意图。基于磁单负特异材料的亚波长谐振腔圆极化天线包括间隔平行设置的全反射板3和部分反射板1；全反射板2和部分反射板1之间的间隙即形成谐振腔2。根据接收信号的方向不同，全反射板3可位于部分反射板1下方，也可以为全反射板3位于部分反射板1上方。

如图2和图3所示，部分反射板1上下两表面均设置有周期排布的贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部，用于使信号通过部分反射板1；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置。

如图4、图5(a)和图5(b)所示，全反射板3朝向部分反射板1的一面设置有辐射金属贴片8，另一面涂覆金属，金属全反射面6上有馈电接头7。馈电接头7正极与辐射金属贴片8相接，用于导出天线信号；馈电接头7负极接地。其中辐射金属贴片8的作用是馈电输出，根据天线接收信号范围大小，辐射金属贴片8可仅设置一个，也可设计多个辐射金属贴片8，形成微带馈电网络9，每个辐射金属贴片8均需要与馈电输出端相接。微带馈电网络9的设计有利于天线的大型化，适用于接收大范围信号。

具体的说，部分反射板的表面一贴片单元包括N个，相接结合构成表面一贴片单元4阵列，表面二贴片单元包括N个，间隔排列构成表面二贴片单元5阵列。表面一贴片单元和表面二贴片单元的这种配合结构，构造部分反射板为单层磁单负材料，对接收信号产生调节作用。其中部分反射板1主要作用有两个，一个是使部分信号能够透过部分反射板1，入射到谐振腔2内，另一个作用是对未透射进谐振腔的信号起到反射作用，同时可以调节进入谐振腔内的电磁波信号的反射相位。其进入谐振腔2内的信号强弱与表面一贴片单元的空缺部的设置有关。

部分反射板1的表面二贴片阵列以及全反射板的金属反射面6配合作用，二者的主要作用是对透射进入谐振腔2的信号进行多次反射、叠加，信号经过多次加强后，最终使信号被馈源(包含辐射金属贴片8和馈电输出端)接收。

为了实现对圆极化信号的极化选择功能，辐射金属贴片8进行了特殊的设计，使天线接收一种圆极化电磁波的能力远大于接收另一种圆极化电磁波的能力，具有左旋圆极化信号和右旋圆极化信号的极化选择。至于接收左旋信号或接收右旋信号，是与辐射金属贴片8上切除部的朝向有关的。为了实现仅可以接收一种信号，首先需要每一个辐射金属贴片8上切除部的朝向是一致的。辐射金属贴片8朝向一个方向，其接收的为左旋圆极化信号，则相应的，将所有表面二贴片单元的设置顺时针或逆时针旋转90°，则其接受的为右旋圆极化信号。

辐射金属贴片的具体结构如下：

一种实施结构：具有一个辐射金属贴片8，为正方形。而辐射金属贴片8的切除部位于方形的对角线的两端，也就是方形的两个对角的位置，为将方形的对角切除一个三角形部分，即可实现切除部的结构(定义这种结构为对角切角结构)。

另一种实施结构：具有多个辐射金属贴片8，每个辐射金属贴片通过微带馈电网络9连接，辐射金属贴片8为正方形。其切除部的设置方式与上述方式相同，只是，为了实现只选择左旋信号或只选择右旋信号通过，位于每个辐射金属贴片8同一侧的切除部的朝向是一致的。为便于理解，全反射板3俯视的方向看，所有金属贴片单元8上方的切除部均位于金属贴片单元的左侧，下方切除部均位于金属贴片单元的右侧。

以下再详述表面一贴片单元4和表面二贴片单元5的结构。

作为优选，部分反射板1上的表面一贴片单元4和表面二贴片单元5均为规则的两侧对称形状，一个表面一贴片单元4和一个表面二贴片单元5的中心对齐。这种结构可增强表面一贴片单元4和表面二贴片单元5的反射特性，即可以得到合适的反射率和可调的反射相位，由于采用对称结构，可实现稳定的信号调理效果，同时可以调节进入谐振腔的电磁波信号的反射相位。

例如，部分反射板1上的表面一贴片单元4可采用四边形，且四边形四个角部分形成四个空缺部。也就是说，表面一贴片单元4是由一个四边形演变而成的形状，在四边形的四个角对称的构成出四个空缺部，为信号传入、传出部分反射板1提供通道。这个空缺部可以为三角形或正方形或其他的形状。

再给出一种具体的实施方式，部分反射板1上的表面一贴片单元4为十字形贴片，任意两个相邻的十字形贴片相对的一边相接；表面二贴片单元5为正方形贴片或长方形贴片。

作为一种更优的实施方式，一个十字形贴片与一个正方形贴片中心对齐，十字形贴片的长度大于正方形贴片的边长。由于十字形贴片是每个均连接，而正方形贴片需要间隔设置，这种结构才可以实现一个十字形贴片对应一个正方形贴片，中心对齐。

全反射板和部分反射板之间的间隔，也就是谐振腔2，可以为空气层或填充介质材料，其中所述的介质材料是指天线信号可传输的材料。

除采用十字形贴片和正方形贴片外，表面一贴片单元4和表面二贴片单元5还可以采用其他的形状。如图16至图21所示，给出了其他几种表面一贴片单元4和表面二贴片单元5的实施结构示意图。

实施例2

实施例1概括论述了天线的结构，本实施例将以一种2.80GHz特异材料天线为具体实施方式来说明天线的结构，该天线用于接收右旋圆极化电磁波信号，且，辐射源为一个辐射金属贴片8(对应图1(a)所示的天线结构)。由于本发明提供的天线，其谐振腔2的厚度，贴片单元的尺寸都会影响天线接收信号的频率，因此，以下具体实施方式提供的天线尺寸提供了一种工作频率为2.80GHz的天线。该天线以太阳10.7cm波长(2.80GHz，对应F107指数)的射电辐射流量计中的天线接收频率2.80GHz为例，谐振腔以空气为例，进行设计。

谐振腔2的两个反射壁，分别是，下面的全反射板3，包含全金属反射面6和金属辐射贴片8，上面的是部分反射板1，包括表面一和表面二，分别设置不同的贴片结构。

图4至图7给出了这种实施方式天线结构示意图。具体来说，该天线由三层结构组合而成。其中位于底部的全反射板3为厚度为1.6mm的介质板，介质的介电常数为2.2。一面覆盖铜层作为金属全反射面6，另一面的中央是作为激励源的通过50Ω同轴线直接馈电的一个辐射金属贴片8，位于中间的是作为谐振腔2填充空气的第二层结构，厚度为25mm；位于天线顶部的部分反射板1，厚度为3.17mm，它的表面一刻有周期为10*10的十字形金属贴片(表面一贴片)4，单元金属网格线条的宽度为12mm，长度为24mm。它的表面二为周期为10*10的正方形金属贴片(表面二贴片)5，单元金属贴片的尺寸为22.8mm，金属片间的间距为2.4mm。

其中辐射金属贴片8的尺寸为35mm*35mm，对角切角的切线长度为2.6mm，切线为图22中所示的线段a。可以理解为，正方形贴片的两个对角被截断，分别切断右上角和左下角，且切除面积相等。

此处说明，若改为接收左旋圆极化天线，只需要将辐射金属贴片8的切除部设计在左上角和右下角即可，设计为与当前设计旋转90°方向接口。对应为左上角和右下角的斜边长度为0.8mm。

天线的工作参数为：其中天线的总体尺寸为240mm*240mm*30mm。其中，30mm是天线的总厚度，空气谐振腔的厚度25mm。另外，在频率2.8GHz，S11为-31.3dB，驻波比小于1.2，右旋极化下3dB波束宽度为31.9度，主瓣和第一副瓣相差大于-18.5dB，考虑金属损耗后，实际增益可达14.1dB。左旋极化下实际增益仅为-1.1dB，该天线是一种良好的右旋极化天线。并且，该天线与传统的贴片天线相比，具有更高的增益和主波束效率。与传统抛物面天线相比，相同的性能下具有更小的体积和更小的厚度，可具有更轻的重量，结构更加简单，加工更加方便。

天线结构的上层结构为部分反射板1，上层结构的非完全反射特性使得电磁波既能在谐振腔2中多次反射以使谐振频率的电磁波信号实现共振增强，同时又能保证信号向前方辐射出去或者被馈源接收。

传统的部分反射平板结构通常为介质平板的一面上是周期排布金属贴片，而另一面不具有贴片结构，此处，我们称这种结构的天线为部分反射结构材料天线。与传统的结构不同，新型的部分反射平板上是由亚波长磁单负谐振单元(表面一为金属网格结构，表面二为周期排布的方形金属贴片)周期性排布构成。传统部分反射平板面，和由磁单负单元周期排布构成的部分反射平板面，在2.8GHz的反射率分别为0.973和0.975，满足高反射的特性。当2.8GHz频率的电磁波照射到传统结构时会产生接近180度的反射相位，所以腔体的最小厚度接近工作频率波长的一半，工作频率的电磁波在共振腔体中才能反射叠加增强。但2.8GHz频率的电磁波照射到含磁单负材料的结构时，电磁波的反射相位可以为0或者接近0，所以谐振腔2厚度可以小于半波长，从而实现亚波长谐振腔体。

图8和图9给出了本实施例天线与传统的部分反射结构材料天线对于右旋圆极化电磁波的反射率和反射相位的对比图。从图8可见，采用磁单负特异材料的天线，其反射率较传统天线的反射率有较大的不同；图9可见，采用磁单负特异材料亚波长谐振腔圆极化天线较传统天线相比，反射相位可以接近0或者等于0。需要说明，由于本实施例提供的为2.8GHz的天线，可见在2.8GHz附近，天线的反射相位接近于0，而在2.8GHz正负范围内，由于天线特性不再适用于这种工作频率，频率差越大，反射相位也会逐渐增大。

图10给出了本实施例中天线的S11图和方向增益图，可见天线性能良好。

图11为天线的轴比图，图中可见，该天线右旋圆极化程度高。

图12特异材料天线的实际极化方向增益图，可以看出，天线对右旋极化信号的增益良好，对左旋极化信号的增益较弱，因此，对右旋极化信号有较好的极化选择功能。

该设计方法也适用于其他频率的新型天线。适当的调整亚波长谐振腔2的厚度，及磁单负单元结构和辐射金属贴片的尺寸(特别说明的是，构成磁单负单元的结构不限定于十字网格和矩型贴片，其他形状的组合也可以实现磁单负单元)，使其等效磁导率小于零甚至趋于负无穷大，从而调整磁单负材料的零反射相位(或者任意数值的反射相位)频率，并调整天线的工作频率。

具体的说，部分反射平板层1的部分反射特性的变化可以通过改变磁单负材料的基本单元的大小来实现，例如，组成贴片阵列的十字交叉金属线的宽度调控，宽度增加时平板层1的反射率增大，宽度减小时平板层1的反射率减小。部分反射平板层1的零反射相位对应的频率，主要由表面二单元方形金属贴片的宽度调整，宽度增加时部分反射平板层的零反射相位频率向低频移动，宽度减小时部分反射平板层的零反射相位频率向高频移动。根据以上规律可以设计不同频率响应的磁单负单元。

磁单负单元整体尺寸增大时，部分反射平板层1的零反射相位频率向低频移动。磁单负单元整体尺寸减小时，部分反射平板层1的零反射相位频率向高频移动。

天线的工作频率也可通过调整亚波长谐振腔2的厚度来调整。当谐振腔体2的厚度增加时，天线工作频率向低频移动，当谐振腔体2的厚度减小时，天线的工作频率向高频移动。电磁波在共振腔体中多次反射叠加，满足上下两面的反射相位与波程相位之和为2π的整数倍才能实现叠加增强。磁单负特异材料在一定的频率范围内可以实现接近零的反射相位，在这个频率范围内腔体厚度发生变化，满足电磁波共振增强条件的频率也会随之发生变化。所以通过适当调节腔体的厚度可以调整天线的工作频率。

综合调整各个尺寸参数可以实现天线的最佳辐射性能。

该天线结构利用亚波长谐振腔结构对于放置在腔体内部的辐射源8，可以起到增强辐射方向性的作用，提高天线辐射的增益。利用磁单负材料的0反射相位特性，实现了谐振腔的亚波长超薄厚度。由于对表面二贴片单元进行特殊结构设计，可实现左旋圆极化电磁波或右旋圆极化电磁波信号的接收。

实施例3

本实施例提供另外一种工作频率天线结构，具体为一种工作频率为2.74GHz的天线。但采用辐射金属贴片阵列作为辐射源，对应图1(b)所述的天线结构。

辐射金属贴片阵列作为辐射源的特异材料超薄右旋圆极化天线的辐射源为2*2(4)个对角切角的辐射金属贴片8组成的阵列。而谐振腔的两个反射壁，包括全反射板3和部分反射板1。具体来说，该天线由三层结构组合而成。全反射板3为厚度为1.6mm的介质板，介质的介电常数为2.2，一面覆盖金属铜层作为金属全反射面6，另一面为作为辐射源的2*2(4)个对角切角的方形金属贴片组成的阵列。激励电流由馈电点，经过微带馈电网络9分布到各个对角切角的辐射金属贴片8上；位于中间的2是作为填充空气的谐振腔，厚度为22mm；部分反射板1，厚度为3.17mm，它的表面一排布有周期为20*20的金属网格4，单元金属网格线条的宽度为12mm，长度为24mm。它的表面二排布有周期为20*20的正方形金属贴片5，单元方形金属贴片的宽度尺寸为23.2mm，金属贴片间的间距为1.6mm。天线的整体尺寸为480mm*480mm*26.7mm，该天线实现了超薄的亚波长厚度并具有较大的辐射口径面积。

天线的工作参数为：空气谐振腔的厚度22mm。另外，在频率2.8GHz，，S11为-22.7dB，驻波比小于1.2，右旋极化下3dB波束宽度为15.1度，主瓣和第一副瓣相差大于-18.9dB，考虑金属损耗后，实际增益可达19.5dB。左旋极化下实际增益仅为1.2dB，该天线是一种良好的右旋极化天线。

图13-图15给出了该天线的具体性能。由图13可见，天线性能良好，由图14可见，天线右旋极化选择能力佳，由图15可见天线对左旋圆极化信号和右旋圆极化信号有较好的极化选择能力。

由于采用了辐射金属贴片阵列作为辐射源，信号大面积接收或者辐射能力更强，该天线实现了超薄的亚波长厚度并具有较大的辐射口径面积。

实施例3

本实施方式进一步提供一种谐振腔2厚度可调的天线结构。

实施例1中已述，可通过调整谐振腔2厚度或改变磁单负阵列单元的尺寸来调整天线的工作频率。而现有结构中，天线一般为固定结构，一但组装好，很难再改变天线的结构。

本实施例中可将全反射板3和部分反射板1均设计为可拆卸可调的结构，通过调整二者的位置可调整谐振腔2的厚度，通过拆卸更换，可更换不同尺寸磁单负阵列单元的部分反射板1。另外一种方式，也可将全反射板3设计为固定安装结构，部分反射板为可拆卸可调结构。

具体的说，部分反射板1通过滑动部件安装在竖向滑轨上，通过在滑轨上移动，可调整谐振腔2的厚度。

另一种实施方式，全反射板3和部分反射板1上设置有配合安装孔，通过调节螺钉配合安装。通过配合螺钉旋转可调整二者之间的间距。

Claims (10)

1.圆极化天线，其特征在于：包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置，全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射源，包括至少一个辐射贴片，每个辐射贴片具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；另一面涂覆金属层。

2.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：表面一贴片单元、表面二贴片单元和辐射贴片均为规则对称形状。

3.如权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于：表面一贴片单元为四边形，且四边形四个角部分形成四个空缺部。

4.如权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于：表面一贴片单元为十字形贴片，任意两个相邻的十字形贴片相对的一边相接；表面二贴片单元为方形。

5.如权利要求1或2或3或4所述的圆极化天线，其特征在于：一个表面一贴片单元与一个表面二贴片单元的中心对齐。

6.如权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于：所述辐射源为一个辐射金属贴片，或多个辐射金属贴片形成的辐射金属贴片阵列；辐射金属贴片均与馈电输出端相接。

7.如权利要求6所述的圆极化天线，其特征在于：辐射金属贴片为方形，且两个切除部对称位于辐射金属贴片对角线的两端。

8.如权利要求7所述的圆极化天线，其特征在于：所有辐射金属贴片同一侧切除部的朝向一致。

9.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：全反射板和部分反射板上设置有配合安装孔，通过调节螺钉配合安装。

10.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于：全反射板和部分反射板平行设置。