CN111817004B - 一种采用寄生贴片改善amc材料带宽性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，所述AMC材料置于天线后方，包括介质基板及其表面支撑的周期性的谐振单元结构；所述方法包括：给周期性的谐振单元添加周期性的寄生贴片结构，增加AMC材料尺寸。所述周期性的谐振单元结构为若干枝节组成的中心对称的风车结构；通过对每个枝节直接添加寄生贴片对其频段进行调整，使得谐振单元的频率向低频移动，增加带宽。本发明通过给风车结构的每个枝节增加寄生贴片来引入新谐振点，可以使得在设计者所指定的频段外使频段增加一倍，并向低频移动300M，从而实现带宽的扩展和低频化。本发明所公开的采用加寄生贴片扩展频带的方法，理论上适用于任意单元组成的1.95GHz‑2.15GHz频段的天线阵列。

Description

一种采用寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线设备中采用寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法。
背景技术
随着移动通信系统的快速发展，小型化移动设备的需求愈发迅速增长，随着天线的小型化，天线带宽也随之减小，所以天线的小型化和宽频带成为第五代移动通信系统(5G)中的研究热点。在此背景下，已经提出许久的人工磁导体(AMC)成为了5G系统中的相关热点研究。
人工磁导体(AMC)材料具有零反射相位的特性，当平面波垂直入射到AMC结构面时，谐振点处反射波与入射波的相位差等于零，当在天线后端放置人工磁导体(AMC)组成的周期结构超表面，其表面入射波与反射波相位一致，实现电磁波能在正前向叠加。因此，人工磁导体(AMC)技术能够在保证电磁波能在正前向叠加的情况下，实现突破四分之一的剖面局限。
AMC技术是基于终端天线而言的，随着对移动设备需求的不断增长，天线小型化技术将会成为5G通信技术的核心，并且超材料的加入将促进这一进程。然而，由于移动设备空间限制，随着天线数量的增加，天线单元之间的间距相对较小，造成单元之间会形成强烈的互相耦合。在特定的空间内，天线单元数量越多，单元之间的耦合更强，会导致：
（1）空间相关性的增加；
（2）辐射效率的降低；
（3）单元增益的下降；
（4）信噪比的恶化；
（5）信道容量的减小。
综上所述，在有限的空间内，使用AMC材料降低天线刨面，提高带宽原天线的辐射性能，成为了业界研究的热点。
发明内容
本发明目的是：提供一种采用寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，在随着使用AMC材料使天线刨面降低的情况下，采用添加寄生贴片的方式，增加材料的频率带宽的方法。
本发明的技术方案是：
一种采用寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，所述AMC材料置于天线后方，包括介质基板及其表面支撑的周期性的谐振单元结构；所述方法包括：
给周期性的谐振单元添加周期性的寄生贴片结构；
增加AMC材料尺寸。
优选的，所述周期性的谐振单元结构为若干枝节组成的中心对称的风车结构；通过对每个枝节直接添加寄生贴片对其频段进行调整，使得谐振单元的频率向低频移动，带宽增加一倍。
优选的，所述风车结构的枝节包括四个L型枝节，风车结构的中心处贴有方形贴片，四个L型枝节上分别添加垂直分支的寄生贴片。
优选的，所述四个L型枝节上分别添加的寄生贴片，分别垂直连接L型枝节的根枝节处，提高AMC材料结构的频率带宽，谐振频率向低频下降。
优选的，所述四个L型枝节上添加的寄生贴片，每个寄生贴片采用相同或不同的形式，以适应实际AMC材料应用需求，寄生贴片形式包括水平分支、垂直分支短线。
优选的，调整原天线单元的匹配性能，使得在天线后方加载AMC材料后，所述原天线的匹配良好。
优选的，通过对AMC材料上谐振单元尺寸、寄生贴片尺寸、介质基板的介电常数和厚度进行调整，使得所述AMC超表面的带宽增加，频点向低频偏移。
优选的，所述AMC材料采用多层介质基板及谐振单元结构，以进一步增加带宽。
本发明的优点是：
本发明通过给风车结构的每个枝节增加寄生贴片来引入新谐振点，可以使得在设计者所指定的频段外使频段增加一倍，并向低频移动300M，从而实现带宽的扩展和低频化。本发明所公开的采用加寄生贴片扩展频带的方法，理论上适用于任意单元组成的1.95GHz-2.15GHz频段的天线阵列。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明中一种风车结构加载寄生贴片AMC材料单元示意；
图2为本发明中一种加载AMC超表面衬底的贴片天线单元组成的低刨面天线系统示意；
图3为本发明中一种不添加寄生贴片AMC贴片结构示意；
图4为本发明中一种添加寄生贴片AMC贴片结构示意；
图5为本发明中一种不添加寄生贴片AMC材料的相位参数示意；
图6为本发明中一种添加寄生贴片AMC材料的相位参数示意。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。详述如下：
图1是本发明风车结构加载寄生贴片AMC材料的单元结构101，是由L枝节104，矩形贴片103，以及寄生枝条102组成。周期性的谐振单元结构添加的寄生贴片分支可采用不同的形式，以适应实际天线系统需求，可以采用水平分支、垂直分支短线等。在选择周期性的谐振单元结构时，应根据实际天线系统形式，并使得周期性的谐振单元结构在所需频段内谐振。
图2所示的是一种加载AMC超表面衬底的贴片天线单元组成的低刨面天线，将AMC材料的单元结构201置于双极化天线202底部，与天线间隔相应距离，有效降低天线的刨面。
图3所示的不添加寄生贴片的AMC贴片结构，图4所示的添加寄生贴片AMC贴片结构。其中，图4中采用添加处置L枝节末端寄生贴片的结构，301与302组成基本风车结构的AMC单元，外加401宽度和长度都为L型枝节一半，形成新的AMC超材料结构。
调整原天线单元的匹配性能，使得在天线后方加载AMC覆层后，原天线的匹配良好。通过对AMC覆层谐振单元尺寸、寄生贴片尺寸、谐振单元的介质基板的介电常数和厚度进行调整，使得所述AMC超表面的带宽明显增加，频点也向低频偏移。图5为不添加寄生贴片AMC材料的相位参数，图6为添加寄生贴片AMC材料的相位参数，可以看到在加载寄生贴片之后，带宽增加了一倍，并且频率向低频移动了约300MHz。
本发明公开的改善AMC性能的方法能够很好的应用在天线系统中。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，AMC材料置于天线后方，AMC材料包括介质基板及其表面支撑的周期性的谐振单元结构；所述周期性的谐振单元结构为中心对称的风车结构，所述风车结构的枝节包括四个L型枝节，风车结构的中心处有方形贴片与L型枝节连接；
所述方法包括：
增加AMC材料尺寸；
给周期性的谐振单元添加周期性的寄生贴片结构；四个L型枝节上分别添加垂直分支的寄生贴片；所述寄生贴片分别垂直连接L型枝节的根枝节处，提高AMC材料结构的频率带宽，谐振频率向低频下降，带宽增加一倍。
2.如权利要求1所述的采用加寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，其特征在于：
所述四个L型枝节上添加寄生贴片，每个寄生贴片采用相同或不同的形式。
3.如权利要求2所述的采用加寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，其特征在于：
调整天线的匹配性能，使得在天线后方加载AMC材料后，所述天线的匹配良好。
4.如权利要求3所述的采用加寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，其特征在于：
通过对AMC材料上谐振单元尺寸、寄生贴片尺寸、介质基板的介电常数和厚度进行调整，使得所述AMC材料的带宽增加，频点向低频偏移。
5.如权利要求4所述的采用加寄生贴片改善AMC材料带宽性能的方法，其特征在于：
所述AMC材料采用多层介质基板及谐振单元结构，以进一步增加带宽。
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