專利名稱：基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超寬帶天線，尤其涉及一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形 天線，通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)人工電磁結(jié)構(gòu)不同尺寸單元的排布，實(shí)現(xiàn)空間移相的功能， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所需電磁輻射方向圖的賦形。
背景技術(shù)：
新型人工電磁結(jié)構(gòu)具有電磁參數(shù)任意可變的特性，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的尺寸形狀 即可獲得所需的任意介電常數(shù)、磁導(dǎo)率等，這就為設(shè)計(jì)新型的微波器件及天線提 供了更多可能。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已用新型人工電磁結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的控 制，如將其用于隱身大衣的設(shè)計(jì)，使得目標(biāo)的反射系數(shù)及電磁陰影急劇降低從而 有效實(shí)現(xiàn)電磁隱身，另外也有學(xué)者將周期排列的新型人工電磁結(jié)構(gòu)用于電磁偏折 器及透鏡天線等設(shè)計(jì)中，從而達(dá)到對(duì)電磁波的偏轉(zhuǎn)及匯聚傳播。只是鑒于此類電 磁結(jié)構(gòu)對(duì)電磁極化有特定的要求，如要將新型人工電磁結(jié)構(gòu)集成用于天線的賦形 方向圖設(shè)計(jì)就必須選擇設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)奶炀€及新型人工電磁結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)方向圖賦形的基于新型人工 電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線，該超寬帶賦形天線滿足共型集成化的要求，并在特 定頻率上滿足方向圖賦形的要求。技術(shù)方案本發(fā)明的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線包括印刷在介質(zhì)基 板正面的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)、人工電磁結(jié)構(gòu)，以及印刷在介質(zhì)基板背面的用于饋 電的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭；漸變槽線天線結(jié)構(gòu)的中間為喇叭狀的開口，人工電磁結(jié)構(gòu) 位于該開口處，微帶槽線轉(zhuǎn)接頭位于介質(zhì)基板背面、漸變槽線天線結(jié)構(gòu)的最窄縫 隙正下方。所述的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)的漸變外形曲線為斜線、或二次曲線、或指數(shù)及其 分段復(fù)合函數(shù)曲線。所述的人工電磁結(jié)構(gòu)總體等效為離散分布的空間移相器陣列，其形狀為變化的開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、或等效電感電容串聯(lián)電諧振結(jié)構(gòu)、或者是 其他的等效為折射率可變結(jié)構(gòu)。所述的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭由漸變斜線微帶結(jié)構(gòu)加末端扇形的開路貼片組成，提 供寬頻帶耦合饋電。所述的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)，人工電磁結(jié)構(gòu)和用于饋電的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭集成 在平面電路中，通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)人工電磁結(jié)構(gòu)不同尺寸單元的排布，實(shí)現(xiàn)空間移相 的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所需電磁輻射方向圖的賦形。由漸變斜線微帶結(jié)構(gòu)加末端扇形開路貼片組成的過(guò)渡接頭實(shí)現(xiàn)對(duì)漸變槽線 天線的超寬帶饋電功能，而漸變槽線天線根據(jù)不同性能及尺寸的需要選擇不同的 漸變外形曲線如斜線、二次曲線、指數(shù)及其分段復(fù)合函數(shù)曲線等。人工電磁結(jié)構(gòu) 放置在槽線天線的前端，通過(guò)改變每個(gè)單元結(jié)構(gòu)的尺寸大小即可獲得不同電磁參 數(shù)的等效介質(zhì)特性，實(shí)現(xiàn)方向圖賦形所需的離散相移。所述的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)， 人工電磁結(jié)構(gòu)和用于饋電的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭均可集成制作在一個(gè)印刷電路板的 兩側(cè)，因此具備了易加工成本低及天線輻射方向圖賦形容易等特點(diǎn)。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 本發(fā)明具有天線輻射方向圖賦形設(shè)計(jì)自由度大且分析設(shè)計(jì)容易的優(yōu)點(diǎn)。 傳統(tǒng)天線賦形或基于二次輻射面的外形賦形設(shè)計(jì)，或基于多個(gè)移相器的移相控 制，而無(wú)論是外形賦形還是移相控制實(shí)現(xiàn)的賦形天線均存在著分析設(shè)計(jì)困難的缺 點(diǎn)。而本發(fā)明將新型人工電磁結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)在超寬帶賦形天線的前端，根據(jù)方向 圖設(shè)計(jì)所需的離散移相度數(shù)即可方便的設(shè)計(jì)出所需單元尺寸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特定頻率 上的任意賦形輻射要求。2、 本發(fā)明具有加工容易，成本低的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)賦形天線若是基于外形賦形 就要求有較高的加工精度，而基于移相器控制的又增加了移相器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，而 且兩種傳統(tǒng)主流設(shè)計(jì)方案及加工成本相對(duì)較高。而本發(fā)明可以直接制作在印刷電 路板上， 一次成形無(wú)需后期調(diào)試，無(wú)論是加工容易度還是成本都大大降低。3、 本發(fā)明具有體積小重量輕，易于共型集成使用的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明將天線和 賦形部分集成到了平面印刷電路板上，這就為實(shí)際安裝甚至是共型集成化使用帶 來(lái)了極大的自由度。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1a是介質(zhì)基板正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖 化是介質(zhì)基板反面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的一種具體結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)全波仿真結(jié)果。圖3是本發(fā)明的上述具體結(jié)構(gòu)在不同工作頻率下的電場(chǎng)方向圖。圖4是本發(fā)明的上述具體結(jié)構(gòu)在不同工作頻率下的增益特性曲線。以上的圖中有漸變槽線天線結(jié)構(gòu)l，人工電磁結(jié)構(gòu)2、微帶槽線轉(zhuǎn)接頭3。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線包括印刷在介質(zhì)基板正面的 漸變槽線天線結(jié)構(gòu)l、人工電磁結(jié)構(gòu)2，以及印刷在介質(zhì)基板背面的用于饋電的 微帶槽線轉(zhuǎn)接頭3;漸變槽線天線結(jié)構(gòu)l的中間為喇叭狀的開口，人工電磁結(jié)構(gòu) 2位于該開口處，微帶槽線轉(zhuǎn)接頭3位于介質(zhì)基板背面、漸變槽線天線結(jié)構(gòu)1的 最窄縫隙正下方。所述的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)1的漸變外形曲線為斜線、或二次曲 線、或指數(shù)及其分段復(fù)合函數(shù)曲線。所述的人工電磁結(jié)構(gòu)2總體等效為離散分布 的空間移相器陣列，其形狀為變化的開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、或等效電感電容串聯(lián)電諧 振結(jié)構(gòu)、或者是其他的等效為折射率可變結(jié)構(gòu)。在所述的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭3由漸 變斜線微帶結(jié)構(gòu)加末端扇形的開路貼片組成，提供寬頻帶耦合饋電。在此，提供 一種具體的驗(yàn)證結(jié)構(gòu)為漸變槽線天線結(jié)構(gòu)1的外形曲線由一段斜直線加一段圓 弧曲線組成，完成從2.2 GHz。15.7 GHz超寬帶頻段的輻射；人工電磁結(jié)構(gòu)2 選用2X3的漸變尺寸開口諧振環(huán)單元，通過(guò)設(shè)計(jì)選擇不同開口環(huán)處縫隙的寬度 實(shí)現(xiàn)不同移相度數(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波輻射的賦形；而微帶槽線轉(zhuǎn)接頭則由漸變斜 線微帶結(jié)構(gòu)加末端扇形的開路貼片組成，提供寬頻帶耦合饋電。圖2給出了上述具體結(jié)構(gòu)發(fā)明的反射系數(shù)全波仿真結(jié)果，而圖3圖4給出了 上述具體結(jié)構(gòu)在不同工作頻率下的電場(chǎng)方向圖及增益特性。從上述結(jié)果我們可以 看出，本發(fā)明的基于新型人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線首先具備了超寬帶天線 的基本功能，而且在特定頻段上實(shí)現(xiàn)了輻射方向圖的偏折賦形，這也為設(shè)計(jì)具有 復(fù)雜賦形功能的天線提供了新途徑和良好開端。
權(quán)利要求
1、一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線，其特征在于該天線包括印刷在介質(zhì)基板正面的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)(1)、人工電磁結(jié)構(gòu)(2)，以及印刷在介質(zhì)基板背面的用于饋電的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭(3)；漸變槽線天線結(jié)構(gòu)(1)的中間為喇叭狀的開口，人工電磁結(jié)構(gòu)(2)位于該開口處，微帶槽線轉(zhuǎn)接頭(3)位于介質(zhì)基板背面、漸變槽線天線結(jié)構(gòu)(1)的最窄縫隙正下方。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線，其特征在 于所述的漸變槽線天線結(jié)構(gòu)(1)的漸變外形曲線為斜線、或二次曲線、或指數(shù) 及其分段復(fù)合函數(shù)曲線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線，其特征在 于所述的人工電磁結(jié)構(gòu)(2)總體等效為離散分布的空間移相器陣列，其形狀為 變化的開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、或等效電感電容串聯(lián)電諧振結(jié)構(gòu)、或者是其他的等效為 折射率可變結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線，其特征在 于在所述的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭(3)由漸變斜線微帶結(jié)構(gòu)加末端扇形的開路貼片組 成，提供寬頻帶耦合饋電。
全文摘要
基于人工電磁結(jié)構(gòu)的超寬帶賦形天線，包括漸變槽線天線結(jié)構(gòu)1，人工電磁結(jié)構(gòu)2和用于饋電的微帶槽線轉(zhuǎn)接頭3，其中微帶槽線轉(zhuǎn)接頭3位于介質(zhì)基板背面、漸變槽線天線結(jié)構(gòu)1的最窄縫隙正下方。由漸變斜線微帶結(jié)構(gòu)加末端扇形開路貼片組成的過(guò)渡接頭3實(shí)現(xiàn)了對(duì)漸變槽線天線的超寬帶饋電功能，而漸變槽線天線結(jié)構(gòu)1根據(jù)不同性能及尺寸的需要選擇不同的漸變外形曲線如斜線、二次曲線、指數(shù)及其分段復(fù)合函數(shù)曲線等。調(diào)節(jié)放置于槽線天線前端的人工電磁結(jié)構(gòu)2的各單元尺寸，即可實(shí)現(xiàn)所需輻射方向圖的賦形。本發(fā)明具有賦形設(shè)計(jì)自由度大，加工制作方便，體積小重量輕，易于共型集成等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101217216SQ200810019398
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者崔鐵軍, 林先其, 瑤 秦, 強(qiáng) 程 申請(qǐng)人:東南大學(xué)