CN108521024A - 基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线 - Google Patents

基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线 Download PDF

Info

Publication number
CN108521024A
CN108521024A CN201810321531.9A CN201810321531A CN108521024A CN 108521024 A CN108521024 A CN 108521024A CN 201810321531 A CN201810321531 A CN 201810321531A CN 108521024 A CN108521024 A CN 108521024A
Authority
CN
China
Prior art keywords
patch
magnetic conductor
artificial magnetic
antenna
circular
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.)
Pending
Application number
CN201810321531.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李伟
索莹
蔡柏雯
王洪永
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.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
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 Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201810321531.9A priority Critical patent/CN108521024A/zh
Publication of CN108521024A publication Critical patent/CN108521024A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 

Abstract

基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线,涉及一种宽带圆极化天线，为了解决现有微带天线频带窄、增益低的问题。圆形微带贴片、天线介质板、阵列式金属贴片、高阻抗表面介质板和金属地板由上至下依次紧贴排布，同轴电缆依次穿过金属地板、高阻抗表面介质板、阵列式金属贴片、天线介质板和圆形微带贴片进行馈电。本发明可以实现宽带、高增益的圆极化辐射。

Description

基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线
技术领域
本发明涉及一种宽带圆极化天线。
背景技术
微带天线是目前微波领域最常用的天线形式之一，它有剖面低、体积小、重量轻等优点，可以很好地满足目前通信与导航系统的需要。
但现有微带天线为了降低天线的高度，辐射贴片必须尽可能靠近理想导体平面，这种情况下理想导体表面波将会影响天线的性能，造成微带天线具有可用频带宽度窄，尤其利用微带天线实现圆极化设计时，频带宽度会更窄，增益也较低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有微带天线频带窄、增益低的问题，从而提供基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线。
本发明所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，包括圆形微带贴片1、天线介质板2、阵列式金属贴片3、高阻抗表面介质板4、金属地板5和同轴电缆6；
圆形微带贴片1、天线介质板2、阵列式金属贴片3、高阻抗表面介质板4和金属地板5由上至下依次紧贴排布，同轴电缆6依次穿过金属地板5、高阻抗表面介质板4、阵列式金属贴片3、天线介质板2和圆形微带贴片1进行馈电。
优选的是，圆形微带贴片1设有C形缝隙，C形缝隙与圆形微带贴片1同心。
优选的是，圆形微带贴片1的直径φ为9.7mm，C形缝隙的内半径r1为3mm，外半径r2为4mm，C形缝隙的圆弧角度θ为220°。
优选的是，C形缝隙的起始边与圆形微带贴片1的馈电点1-1中心、圆形微带贴片1的中心位于同一直线。
优选的是，馈电点1-1中心与圆形微带贴片1中心的距离为1.6mm。
优选的是，天线介质板2的厚度为2mm，相对介电常数为2.2。
优选的是，阵列式金属贴片3采用正八边形金属贴片单元阵列形成。
优选的是，正八边形金属贴片单元的长度和宽度均为3.6mm，相邻2个金属贴片单元间的缝隙宽度为1.1mm。
优选的是，高阻抗表面介质板4的厚度为1mm，介电常数为4.3。
本发明中，阵列式金属贴片3和高阻抗表面介质板4形成人工磁导体表面，当把普通微带天线的导体平面换成人工磁导体表面时，可以解决现有微带天线频带窄、增益低的问题。当人工磁导体作为反射面时，反射场与入射场可以实现同相叠加，使天线与反射面的距离可以设计在一个很小的范围内，并且可以增大天线的增益；另一方面，人工磁导体的高阻抗表面特性能够降低天线的后瓣辐射，这样就可以提高天线的前后比。在某特定频带内，高阻抗表面能够在小尺寸的条件下实现入射波的同相位反射，形成人工磁导体，使之接近于理想磁导体的性质。本发明可以实现宽带、高增益的圆极化辐射。
附图说明
图1是基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线各部分离散开的结构示意图；
图2是圆形微带贴片的结构示意图；
图3是人工磁导体表面的结构示意图；
图4是仿真得到的天线的反射系数参数曲线图；
图5是仿真得到的天线的方向图；a)为垂直极化方向图，b)为水平极化方向图；
图6是仿真得到的天线的增益曲线图；
图7是仿真得到的天线的轴比曲线图；
图8是实验得到的天线的反射系数参数曲线图；
图9是实验得到的天线在8.8GHz时的方向图；
图10是实验得到的天线在9.0GHz时的方向图；
图11是实验得到的天线在9.2GHz时的方向图。
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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，包括圆形微带贴片1、天线介质板2、阵列式金属贴片3、高阻抗表面介质板4、金属地板5和同轴电缆6；
圆形微带贴片1、天线介质板2、阵列式金属贴片3、高阻抗表面介质板4和金属地板5由上至下依次紧贴排布，同轴电缆6依次穿过金属地板5、高阻抗表面介质板4、阵列式金属贴片3、天线介质板2和圆形微带贴片1进行馈电。
图2为设有C形缝隙的圆形微带贴片1的结构示意图，C形缝隙与圆形微带贴片1同心。圆形微带贴片1的直径φ为9.7mm，C形缝隙的内半径r1为3mm，外半径r2为4mm，C形缝隙的圆弧角度θ为220°。C形缝隙的起始边与圆形微带贴片1的馈电点1-1中心、圆形微带贴片1的中心位于同一直线。馈电点1-1中心与圆形微带贴片1中心的距离为1.6mm。
天线介质板2的厚度为2mm，相对介电常数为2.2。
图3为人工磁导体表面的结构示意图，阵列式金属贴片3采用正八边形金属贴片单元阵列形成，该阵列为7×7阵列。正八边形金属贴片单元的长度和宽度L1均为3.6mm，相邻2个金属贴片单元间的缝隙宽度L2为1.1mm。高阻抗表面介质板4的厚度为1mm，介电常数为4.3。3-1为阵列式金属贴片3的馈电点。
本实施方式以正八边形金属贴片作为单元的人工磁导体表面，金属贴片单元采用正八边形，能够拓宽天线频带，当平面波垂直入射到此人工磁导体表面时，其反射相位随入射波频率变化，并且当入射波在9GHz左右时可以对入射波进行同相反射，可以将此人工磁导体表面应用到微带天线的设计之中。
本实施方式对采用正八边形金属贴片单元的人工磁导体表面与C形缝隙圆形微带贴片进行联合设计，实现宽带高增益的圆极化辐射特性。
以下对本实施方式的天线进行仿真和实验分析。
以下为仿真结果：经过仿真分析之后，得到了该圆极化天线的反射系数参数，如图4所示，该圆极化微带天线的反射系数小于-10dB的带宽为7.42GHz～10.74GHz，相对带宽为36.6％。圆极化微带天线的方向图如图5所示，该天线在频率f＝9GHz时，增益为7.1dB。a)为垂直极化方向图，b)为水平极化方向图。该圆极化微带天线的增益如图6所示。从图中可见，对于该天线来说，在8GHz～10GHz的频带范围内，其增益都大于6dB。如图7所示，可以得到在Theta＝0°，Phi＝0°时，该圆极化微带天线的轴比随频率变化的曲线。可知，在9GHz时该天线的轴比为1.06，而该天线的轴比小于3dB的频率区间约为8.30GHz～9.37GHz，由此可得其轴比带宽为12.1％。
以下为实验结果：将其实物进行了加工并且完成了参数测量。如图8所示为该圆极化天线的反射系数参数，该圆极化微带天线的频带范围为7.637GHz～11.318GHz，该圆极化微带天线的相对带宽为38.8％。图9、图10与图11分别为在电波暗室中进行测量得到的天线在8.8GHz、9.0GHz与9.2GHz时的方向图。由图9可见，该天线在8.8GHz处的圆极化的增益为10.2dB，由水平极化与垂直极化的方向图相比可以得到最大辐射方向上的轴比为6dB。由图10可见，该天线在9.0GHz处的圆极化的增益为9.3dB，由水平极化与垂直极化的方向图相比可以得到最大辐射方向上的轴比为5.4dB。由图11可见，该天线在9.2GHz处的圆极化的增益为5.4dB，由水平极化与垂直极化的方向图相比可以得到最大辐射方向上的轴比为2.83dB。
本实施方式的圆极化微带天线采用了两块轮廓相同的正方形印刷介质板重合到一起构成了整体结构。其中金属地板与阵列式金属贴片分别印刷在相对介电常数为4.3的正方形高阻抗表面介质板两侧，构成了整体结构中的人工磁导体表面部分。再在人工磁导体表面结构上面叠上一个相同轮廓的相对介电常数为2.2的正方形天线介质板，该天线介质板的另一边印刷了带有C形缝隙的圆形微带贴片，构成了天线辐射贴片部分。将这两部分重合到一起后再将同轴电缆的金属外皮焊接到金属地板上，同时同轴电缆的金属内芯从金属地板的孔中穿进该结构，直到同轴电缆的金属内芯到达最上层的金属圆形微带贴片并焊接到一起，完成了该天线的馈电。

Claims (9)

1.基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，包括圆形微带贴片(1)、天线介质板(2)、阵列式金属贴片(3)、高阻抗表面介质板(4)、金属地板(5)和同轴电缆(6)；
圆形微带贴片(1)、天线介质板(2)、阵列式金属贴片(3)、高阻抗表面介质板(4)和金属地板(5)由上至下依次紧贴排布，同轴电缆(6)依次穿过金属地板(5)、高阻抗表面介质板(4)、阵列式金属贴片(3)、天线介质板(2)和圆形微带贴片(1)进行馈电。
2.根据权利要求1所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，圆形微带贴片(1)设有C形缝隙，C形缝隙与圆形微带贴片(1)同心。
3.根据权利要求2所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，圆形微带贴片(1)的直径φ为9.7mm，C形缝隙的内半径r1为3mm，外半径r2为4mm，C形缝隙的圆弧角度θ为220°。
4.根据权利要求3所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，C形缝隙的起始边与圆形微带贴片(1)的馈电点(1-1)中心、圆形微带贴片(1)的中心位于同一直线。
5.根据权利要求4所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，馈电点(1-1)中心与圆形微带贴片(1)中心的距离为1.6mm。
6.根据权利要求1所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，天线介质板(2)的厚度为2mm，相对介电常数为2.2。
7.根据权利要求1所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，阵列式金属贴片(3)采用正八边形金属贴片单元阵列形成。
8.根据权利要求7所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，正八边形金属贴片单元的长度和宽度均为3.6mm，相邻2个金属贴片单元间的缝隙宽度为1.1mm。
9.根据权利要求1所述的基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线，其特征在于，高阻抗表面介质板(4)的厚度为1mm，介电常数为4.3。
CN201810321531.9A 2018-04-11 2018-04-11 基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线 Pending CN108521024A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810321531.9A CN108521024A (zh) 2018-04-11 2018-04-11 基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810321531.9A CN108521024A (zh) 2018-04-11 2018-04-11 基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108521024A true CN108521024A (zh) 2018-09-11

Family

ID=63432130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810321531.9A Pending CN108521024A (zh) 2018-04-11 2018-04-11 基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108521024A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109586023A (zh) * 2019-01-07 2019-04-05 云南大学 基于超材料介质基板的矩形微带天线
CN111162379A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 基于双层贴片天线的极化可调天线阵列
CN111180880A (zh) * 2020-02-10 2020-05-19 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种超宽带圆极化天线阵列
CN112599983A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 北京邮电大学 圆极化反射阵列天线及辐射单元
CN113690593A (zh) * 2021-08-27 2021-11-23 北京星英联微波科技有限责任公司 高增益低剖面圆极化天线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206931A (zh) * 2015-08-19 2015-12-30 南京理工大学 基于非周期人工磁导体结构的高效率微带天线
US20160020648A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Energous Corporation Integrated Miniature PIFA with Artificial Magnetic Conductor Metamaterials
CN106486753A (zh) * 2016-09-30 2017-03-08 深圳市维力谷无线技术股份有限公司 一种支持多系统低剖面高增益的导航天线
CN106785405A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 重庆邮电大学 一种加载amc反射板的低剖面双极化偶极子基站天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160020648A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Energous Corporation Integrated Miniature PIFA with Artificial Magnetic Conductor Metamaterials
CN105206931A (zh) * 2015-08-19 2015-12-30 南京理工大学 基于非周期人工磁导体结构的高效率微带天线
CN106486753A (zh) * 2016-09-30 2017-03-08 深圳市维力谷无线技术股份有限公司 一种支持多系统低剖面高增益的导航天线
CN106785405A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 重庆邮电大学 一种加载amc反射板的低剖面双极化偶极子基站天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李鹏: ""基于AMC的宽频带圆极化微带阵列天线"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109586023A (zh) * 2019-01-07 2019-04-05 云南大学 基于超材料介质基板的矩形微带天线
CN111162379A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 基于双层贴片天线的极化可调天线阵列
CN111162379B (zh) * 2019-12-31 2023-04-07 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 基于双层贴片天线的极化可调天线阵列
CN111180880A (zh) * 2020-02-10 2020-05-19 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种超宽带圆极化天线阵列
CN112599983A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 北京邮电大学 圆极化反射阵列天线及辐射单元
CN112599983B (zh) * 2020-11-26 2022-03-11 北京邮电大学 圆极化反射阵列天线及辐射单元
CN113690593A (zh) * 2021-08-27 2021-11-23 北京星英联微波科技有限责任公司 高增益低剖面圆极化天线
CN113690593B (zh) * 2021-08-27 2022-04-01 北京星英联微波科技有限责任公司 高增益低剖面圆极化天线
WO2023024626A1 (zh) * 2021-08-27 2023-03-02 胡南 高增益低剖面圆极化天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108521024A (zh) 基于人工磁导体的宽带圆极化微带天线
CN104900998B (zh) 低剖面双极化基站天线
US4443802A (en) Stripline fed hybrid slot antenna
CN106848554B (zh) 一种基于交指型紧耦合偶极子单元的超宽带宽角天线阵
US4843403A (en) Broadband notch antenna
CN112310663B (zh) 一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线
KR19990007464A (ko) 마이크로파 및 밀리미터파 애플리케이션을 위한 광대역의 인쇄
CN106058450B (zh) 平面贴片滤波天线
CN113517553A (zh) 基于电阻环加载的紧耦合超宽带低剖面共形相控阵
CN104659482A (zh) 一种方向图对称的vivaldi天线阵列
CN104617383A (zh) 多波束扫描透镜天线
US20070200762A1 (en) Ultra wide band flat antenna
CN110492242B (zh) 一种超薄半壁短路圆极化顶端辐射天线
Wang et al. A ferrite-loaded ultralow profile ultrawideband tightly coupled dipole array
CN205621858U (zh) 一种小型化低剖面宽频带双圆极化微带天线
CN108493596B (zh) 一种天线和天线阵列
WO2023274110A1 (zh) 一种x波段微带平面阵列天线
CN107359410B (zh) 采用额外介质层加载技术与混合型波纹边缘的新型平衡Vivaldi天线
CN106207430A (zh) 一种新型ltcc宽频带圆极化微带贴片阵列天线
CN114883785A (zh) 一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线
CN208423185U (zh) 一种采用h形缝隙馈电的微带天线
CN209822857U (zh) 一种新型紧馈型宽带双极化蝶形振子
CN110112547B (zh) 一种5g高隔离度宽带双极化全向天线
CN208256906U (zh) 一种小型化宽带高增益全向天线
CN110165406A (zh) 一种方向图可重构天线单元及相控阵

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180911