CN113036413B - 一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面及天线结构 - Google Patents

一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面及天线结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面及天线结构，包括带状金属贴片、介质基板、金属化通孔、长缝隙和地平面，所述带状金属贴片置于所述介质基板上表面，所述地平面通过各所述金属化通孔与各所述带状金属贴片连接，所述长缝隙为设置在相邻两个所述带状金属贴片之间的间隙；本发明对传统蘑菇型磁导体进行改进，使其在y轴方向实现磁导体，在x轴方向实现电导体，从而可实现更多天线功能，增加天线结构的设计自由度。

Description

一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面及天线结构
技术领域
本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面。
背景技术
目前超表面快速发展，常基于超表面进行对应的天线结构设置，传统蘑菇型磁导体作为超表面的常规结构已广泛应用于天线设计。但传统蘑菇型磁导体结构单一，无法进一步提高相对应天线结构的设计自由度。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，包括带状金属贴片、介质基板、金属化通孔、长缝隙和地平面，所述带状金属贴片置于所述介质基板上表面，所述地平面通过各所述金属化通孔与各所述带状金属贴片连接，所述长缝隙为设置在相邻两个所述带状金属贴片之间的间隙。
较佳的，所述带状金属贴片设置为沿延伸方向延伸的矩形长条状结构，各所述带状金属贴片沿设置方向等距排列，所述延伸方向和所述设置方向垂直设置。
较佳的，所述金属化通孔一端连接所述地平面，另一端连接所述带状金属贴片，同一所述带状金属贴片上的各所述金属化通孔沿延伸方向等距排列，相邻所述带状金属贴片上的各所述金属化通孔对应设置，且对应的各所述金属化通孔沿所述设置方向直线排列。
较佳的，所述长缝隙设置为矩形长条状结构，各所述长缝隙沿所述设置方向等距排列。
较佳的，所述带状金属贴片的长度为28mm，宽度为1.9mm。
较佳的，所述金属化通孔的直径为0.25mm，所述延伸方向上各所述金属化通孔的间距为 2mm，所述设置方向上各所述金属化通孔的间距为2mm。
较佳的，所述介质基板为Rogers RT 5880，介电常数εr＝2.2，损耗角tan δ＝0.0009。
较佳的，所述长缝隙宽度为0.1mm，长度为28mm。
一种天线结构，天线设置在所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面的正上方，所述天线沿所述延伸方向或所述设置方向加载。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明对传统蘑菇型磁导体进行改进，使其在y轴方向实现磁导体，在x轴方向实现电导体，从而可实现更多天线功能，增加天线结构的设计自由度。
附图说明
图1为所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面的三维结构示意图；
图2为所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面的俯视图；
图3为激励电场沿着x轴方向时所述导体和磁导体极化相互垂直的超表面中的单元结构图；
图4为激励电场沿着x轴方向时所述导体和磁导体极化相互垂直的超表面中的单元结构图的反射相位图；
图5为激励电场沿着y轴方向时所述导体和磁导体极化相互垂直的超表面中的单元结构图；
图6为激励电场沿着y轴方向时所述导体和磁导体极化相互垂直的超表面中的单元结构图的反射相位图；
图7为实施例一所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面加载偶极子天线的三维结构图；
图8为实施例一所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面加载偶极子天线的三维结构的方向对比图；
图9为实施例二所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面加载偶极子天线的三维结构图；
图10为实施例二所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面加载偶极子天线的三维结构的方向对比图。
图中数字表示：
1-带状金属贴片；2-介质基板；3-金属化通孔；4-长缝隙；5-地平面；6-Floquet端口激励； 7-从边界；8-主边界。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1和图2所示，图1为所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面的三维结构示意图；图2为所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面的俯视图。
本发明所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面包括带状金属贴片1、介质基板2、金属化通孔3、长缝隙4和地平面5。所述带状金属贴片1置于所述介质基板2上表面，并沿y 轴方向周期性排布，所述介质基板2用于支撑所述带状金属贴片1，所述金属化通孔3用于将所述地平面5与各所述带状金属贴片1的连接，并分别沿x轴和y轴方向周期型状排布，所述长缝隙4为设置在相邻两个所述带状金属贴片1之间的间隙。
为具体进行效果阐述，所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面尺寸如下：所述带状金属贴片1为长方形长度11＝28mm，w1＝1.9mm。所述介质基板2为长方体，所述介质基板2 的宽度sx＝27mm，长度sy＝28.5mm，厚度t＝0.508mm，所述介质基板2为Rogers RT5880，介电常数εr＝2.2，所述介质基板2的损耗角tanδ＝0.0009。各所述金属化通孔3的直径 d1＝0.25mm，x轴方向间距dx＝2mm，y轴方向间距dy＝2mm。所述地平面5为矩形，所述地平面5宽度gx＝sx＝27mm，长度为gy＝sy＝28.5mm。所述长缝隙4为长方形，宽度sw＝0.1mm，长度s1＝l1＝28mm。空间直角坐标系o-xyz包括：原点o、x轴、y轴、z轴。
如图3所示，本发明的超表面可以使用一个单元结构进行反射相位仿真，首先考虑激励电场沿着x轴方向入射，其反射相位如图4所示，具体的，Floquet端口激励6设置在所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面上方，对应设置有从边界7和主边界8。很容易发现在x 轴方向，整个频率范围内反射相位约180°，故此时超表面功能是电导体。
如图5所示，本发明的超表面可以使用一个单元结构进行反射相位仿真，然后考虑激励电场沿着y轴方向入射，其反射相位如图6所示，具体的，Floquet端口激励6设置在所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面上方，对应设置有从边界7和主边界8。很容易发现在y 轴方向，在频段28GHz点上反射相位约0°，故此时超表面功能是磁导体。
下面通过加载电偶极子天线的实施例对本发明进行更为具体地说明。
实施例一
针对电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，本实施例设计了在其超表面正上方沿x轴方向加载电偶极子天线，可用于验证超表面电导体功能，其结构如图7所示。
如图7所示，电偶极子天线宽度0.4mm，半波长长度为5mm。端口长度为0.4mm，宽为0.2mm。电偶极子天线置于所述电导体和磁导体极化相互垂直的超表面正上方高0.5mm处。对应的28GHz辐射E面和H面的方向图如图8所示。并且对比了和整个超表面同样尺寸地面，加载沿x轴方向的电偶极子天线的方向图。根据结果可知，此超表面在x轴方向是电导体。
实施例二
针对电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，本实施例设计了在其超表面正上方沿y轴方向加载电偶极子天线，可用于验证超表面磁导体功能，其结构如图9所示。
如图9所示，电偶极子天线宽度0.4mm，半波长长度为5mm。端口长度为0.4mm，宽为0.2mm。电偶极子天线置于超表面正上方高0.5mm处。对应的28GHz辐射E面和H面的方向图如图10所示。并且对比了实施例一中的方向图。根据结果可知，此超表面在y轴方向是磁导体。对比可知，实施例二中的宽波束和增益是加强的，因为磁导体反射产生0°相位(见图6)，类似于镜像作用，形成叠加效应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，其特征在于，包括带状金属贴片、介质基板、金属化通孔、长缝隙和地平面，所述带状金属贴片置于所述介质基板上表面，所述地平面通过各所述金属化通孔与各所述带状金属贴片连接，所述长缝隙为设置在相邻两个所述带状金属贴片之间的间隙；
所述带状金属贴片设置为沿延伸方向延伸的矩形长条状结构，各所述带状金属贴片沿设置方向等距排列，所述延伸方向和所述设置方向垂直设置；
所述金属化通孔一端连接所述地平面，另一端连接所述带状金属贴片，同一所述带状金属贴片上的各所述金属化通孔沿延伸方向等距排列，相邻所述带状金属贴片上的各所述金属化通孔对应设置，且对应的各所述金属化通孔沿所述设置方向直线排列。
2.如权利要求1所述的电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，其特征在于，所述长缝隙设置为矩形长条状结构，各所述长缝隙沿所述设置方向等距排列。
3.如权利要求2所述的电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，其特征在于，所述带状金属贴片的长度为28mm，宽度为1.9mm。
4.如权利要求3所述的电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，其特征在于，所述金属化通孔的直径为0.25mm，所述延伸方向上各所述金属化通孔的间距为2mm，所述设置方向上各所述金属化通孔的间距为2mm。
5.如权利要求4所述的电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，其特征在于，所述介质基板为Rogers RT 5880，介电常数εr＝2.2，损耗角tanδ＝0.0009。
6.如权利要求5所述的电导体和磁导体极化相互垂直的超表面，其特征在于，所述长缝隙宽度为0.1mm，长度为28mm。
7.一种天线结构，其特征在于，天线设置在如权利要求1-6中任一项所述的电导体和磁导体极化相互垂直的超表面的正上方，所述天线沿所述延伸方向或所述设置方向加载。
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