低副瓣超材料平板天線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型適用于通訊【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種低副瓣超材料平板天線(xiàn)，包括輻射體及設(shè)置于電磁波輻射方向的超材料平板，超材料平板包括介質(zhì)板及在其表面陣列排布且使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)包括相互平行的第一分支以及連接所述第一分支的第二分支。本實(shí)用新型在介質(zhì)板的表面設(shè)置相互連接的第一分支和第二分支，使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小，減小了大角度電磁波的透過(guò)率，抑制了遠(yuǎn)區(qū)副瓣，與傳統(tǒng)天線(xiàn)相比，該低副瓣超材料平板天線(xiàn)的遠(yuǎn)區(qū)副瓣明顯降低，有效提升了天線(xiàn)性能，適用于各種通訊系統(tǒng)中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】低副瓣超材料平板天線(xiàn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于通訊【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種低副瓣超材料平板天線(xiàn)。

【背景技術(shù)】
[0002]天線(xiàn)的基本功能之一是把從饋源取得的能量向周?chē)臻g輻射出去，之二是把大部分能量朝所需的方向輻射，輻射強(qiáng)度最大的瓣稱(chēng)為主瓣，其余的瓣稱(chēng)為副瓣或旁瓣，副瓣的能量較大會(huì)影響天線(xiàn)的增益、方向性和抗干擾能力。為了增大主瓣能量，優(yōu)化輻射的方向性，提高天線(xiàn)的抗干擾能力，通常要求盡量減小副瓣。現(xiàn)有天線(xiàn)的副瓣仍然占有輻射能量的較大比例，影響天線(xiàn)的性能。因此，如何降低天線(xiàn)副瓣已成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種低副瓣超材料平板天線(xiàn)，旨在減小降低天線(xiàn)副瓣，提高天線(xiàn)的增益和抗干擾能力。
[0004]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種低副瓣超材料平板天線(xiàn)，包括輻射體及設(shè)置于電磁波輻射方向的超材料平板，所述超材料平板包括介質(zhì)板及在其表面陣列排布且使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)包括相互平行的第一分支以及連接所述第一分支的第二分支。
[0005]進(jìn)一步地，所述第二分支垂直連接于所述第一分支的中點(diǎn)并呈直線(xiàn)型。
[0006]進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)還包括兩對(duì)相互平行的第五分支，各所述第一分支垂直連接于各所述第五分支的中點(diǎn)。
[0007]進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)還包括多對(duì)相互平行的第六分支以及連接所述第六分支的第七分支，所述第一分支垂直連接各所述第七分支的中點(diǎn)。
[0008]進(jìn)一步地，相鄰微結(jié)構(gòu)之間的間距相等。
[0009]優(yōu)選地，相鄰微結(jié)構(gòu)的間距為1/10?1/2波長(zhǎng)。
[0010]進(jìn)一步地，各所述微結(jié)構(gòu)的形狀相同且大小相等。
[0011]進(jìn)一步地，所述輻射體為陣列結(jié)構(gòu)輻射體。
[0012]進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述介質(zhì)板之面向所述輻射體的表面。
[0013]進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述介質(zhì)板的兩相對(duì)表面。
[0014]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)板為雙面覆銅介質(zhì)板。
[0015]本實(shí)用新型提供的低副瓣超材料平板天線(xiàn)在介質(zhì)板的表面設(shè)置相互連接的第一分支和第二分支，電磁波入射超材料平板時(shí)，由于穿過(guò)第一分支和第二分支之間的電場(chǎng)的變化，使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小，進(jìn)而減小了大角度電磁波的透過(guò)率，大幅度抑制了遠(yuǎn)區(qū)副瓣，與傳統(tǒng)天線(xiàn)相比，該超材料平板天線(xiàn)的遠(yuǎn)區(qū)副瓣可降低10dB，副瓣抑制效果顯著，有效提升了天線(xiàn)性能，適用于各種通訊系統(tǒng)中。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板的微結(jié)構(gòu)排布示意圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板的微結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板的微結(jié)構(gòu)的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板的微結(jié)構(gòu)的再一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板的透過(guò)率曲線(xiàn)圖；
[0022]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板天線(xiàn)和傳統(tǒng)天線(xiàn)的方向圖的對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0024]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種低副瓣超材料平板2天線(xiàn)包括輻射體I及設(shè)置于電磁波輻射方向的超材料平板2，所述超材料平板2包括介質(zhì)板21及在其表面陣列排布且使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)22，所述微結(jié)構(gòu)22包括相互平行的第一分支221以及連接所述第一分支221的第二分支222。
[0025]本實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板2天線(xiàn)通過(guò)采用附有微結(jié)構(gòu)22的超材料平板2對(duì)輻射電磁波進(jìn)行角度選擇，以達(dá)到減小天線(xiàn)副瓣的目的。
[0026]在該實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)22為放大后的結(jié)構(gòu)，以便于查看，實(shí)際制作的微結(jié)構(gòu)22尺寸較小，通常與響應(yīng)波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)相同或相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。該微結(jié)構(gòu)22具有相互平行的第一分支221以及連接所述第一分支221的第二分支222，以使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小，進(jìn)而減小大角度入射的電磁波的透過(guò)率，有效抑制遠(yuǎn)區(qū)副瓣。
[0027]在本實(shí)施例中，該微結(jié)構(gòu)22可以是通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在介質(zhì)板21上。制作微結(jié)構(gòu)22的金屬可以為金、銀、銅、金合金、銀合金、銅合金、鋅合金或鋁合金，制作微結(jié)構(gòu)22的非金屬導(dǎo)電材料可以為導(dǎo)電石墨、銦錫氧化物或摻招氧化鋅。
[0028]該低副瓣超材料平板2天線(xiàn)的工作原理為:電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向與電磁波的傳播方向垂直，當(dāng)電磁波垂直入射低副瓣超材料平板2時(shí)，磁場(chǎng)方向與低副瓣超材料平板2表面平行，夾角為0°，穿過(guò)諧振環(huán)的磁通量為零，電磁波可順利穿過(guò)低副瓣超材料平板2，透過(guò)率接近100 %;當(dāng)電磁波斜入射，入射角度變大，磁場(chǎng)方向與超材料平板22表面的夾角增大，穿過(guò)微結(jié)構(gòu)22的磁通量增大，磁場(chǎng)變化較大，產(chǎn)生感應(yīng)電流，對(duì)電磁波的傳播起到阻礙作用，進(jìn)而降低透過(guò)率。
[0029]參見(jiàn)圖6所示的透過(guò)率與入射角的曲線(xiàn)圖，其中縱坐標(biāo)代表電磁波的透過(guò)率，橫坐標(biāo)代表電磁波的頻率?？梢?jiàn)，電磁波的入射角越大，透過(guò)率越低，因此該低副瓣超材料平板2對(duì)電磁波進(jìn)行了角度選擇，削弱了大角度電磁波的能量。而大角度傳播的電磁波是產(chǎn)生副瓣的主要因素之一，因此，采用該低副瓣超材料平板2有效的降低了副瓣，提高了天線(xiàn)的增益以及方向性和抗干擾能力。參考圖7，縱坐標(biāo)代表天線(xiàn)的增益，橫坐標(biāo)代表與主瓣中心軸的夾角，曲線(xiàn)A是傳統(tǒng)天線(xiàn)方向圖，曲線(xiàn)B是本實(shí)用新型的天線(xiàn)方向圖，與傳統(tǒng)天線(xiàn)相t匕，本實(shí)施例提供的低副瓣超材料平板2天線(xiàn)的遠(yuǎn)區(qū)副瓣降低了接近1dB,副瓣抑制效果顯著。
[0030]請(qǐng)參照?qǐng)D3，進(jìn)一步地，所述第二分支222垂直連接于所述第一分支221的中點(diǎn)并呈直線(xiàn)型。電磁波入射時(shí)，穿過(guò)所述第一分支221與所述第二分支222之間的電場(chǎng)發(fā)生變化,在微結(jié)構(gòu)22中產(chǎn)生感應(yīng)電流進(jìn)一步影響電磁波的透過(guò)率。增強(qiáng)了微結(jié)構(gòu)22對(duì)電磁波的感應(yīng)，提升低副瓣超材料平板2對(duì)電磁波的角度選擇效應(yīng)并改善微結(jié)構(gòu)22的穩(wěn)定性。
[0031]請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖4，進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)22還包括兩對(duì)相互平行的第五分支225，各所述第一分支221垂直連接于各所述第五分支225的中點(diǎn)。可以理解，所述第五分支225與所述第二分支222相互平行，即第二分支222連接由所述第一分支221和所述第五分支225構(gòu)成的工字型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與上述微結(jié)構(gòu)22的功能相同。
[0032]請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖5，進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)22還包括多對(duì)相互平行的第六分支228以及連接所述第六分支228的第七分支227，所述第一分支221垂直連接各所述第七分支227的中點(diǎn)?？梢岳斫?，所述第一分支221連接由所述第六分支228和所述第七分支227構(gòu)成的工字型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與上述微結(jié)構(gòu)22的功能相同。
[0033]可以理解，微結(jié)構(gòu)22的形狀還可以有多種，可以是工字型結(jié)構(gòu)的任意衍生結(jié)構(gòu)，例如，所述第一分支221可以是折線(xiàn)段或者曲線(xiàn)段，而作為優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方式，在所述第一分支221的中點(diǎn)之間都設(shè)置一直導(dǎo)線(xiàn)，以進(jìn)一步增強(qiáng)微結(jié)構(gòu)22對(duì)電磁波的感應(yīng)，進(jìn)而提升其對(duì)透過(guò)率的調(diào)節(jié)效果。同樣的，所述第一分支221為曲線(xiàn)段時(shí)，其曲線(xiàn)段也可以是任意形狀的曲線(xiàn)段，考慮加工難度，優(yōu)選采用圓弧形曲線(xiàn)段，本實(shí)施例不再一一舉例。
[0034]如上所述，本實(shí)施例通過(guò)微結(jié)構(gòu)22調(diào)節(jié)電磁波透過(guò)率的原理是基于電磁波磁場(chǎng)以一定角度穿過(guò)諧振環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流而實(shí)現(xiàn)的，輻射源發(fā)出的電磁波類(lèi)似球面波，入射該低副瓣超材料平板2的角度自然不同，因此諧振環(huán)完全可以平鋪設(shè)置在介質(zhì)板21的表面，而不需要與介質(zhì)板21成角度設(shè)置，并且，基于上述原理，也不需將微結(jié)構(gòu)22設(shè)置為不同尺寸，可將微結(jié)構(gòu)22設(shè)置為相同形狀、相同大小且陣列排布，因此該低副瓣超材料平板2也比較便于制作。
[0035]請(qǐng)參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，該低副瓣超材料平板2通常由覆銅介質(zhì)板21加工而成，優(yōu)選地，所述介質(zhì)板21為雙面覆銅板介質(zhì)板21。對(duì)覆銅介質(zhì)板21的覆銅層進(jìn)行蝕刻形成上述微結(jié)構(gòu)22，當(dāng)然還可以采用其他方式制作。
[0036]請(qǐng)參照?qǐng)D1，進(jìn)一步的，由于該低副瓣超材料平板2是在電磁波發(fā)射之前對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，因此需要控制其損耗，本實(shí)施例的介質(zhì)板21優(yōu)選介電常數(shù)較低(優(yōu)選小于3)的材料制作，例如F4B。
[0037]請(qǐng)參照?qǐng)D2，進(jìn)一步的，為了有效抑制遠(yuǎn)區(qū)副瓣，需要合理設(shè)置微結(jié)構(gòu)22的疏密程度，如果過(guò)于稀疏，則部分電磁波會(huì)直接透過(guò)，對(duì)副瓣的抑制效果不佳，本實(shí)施例中相鄰微結(jié)構(gòu)22之間的間距相等，優(yōu)選地，相鄰微結(jié)構(gòu)22的間距為波長(zhǎng)的1/10?1/2。
[0038]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，在本實(shí)施例中，輻射體I優(yōu)選為陣列結(jié)構(gòu)輻射體I，由多個(gè)輻射單元11陣列排布于一平板12上構(gòu)成，而該低副瓣超材料平板2可以在功能上劃分為多個(gè)與輻射單元11 一一對(duì)應(yīng)的超材料平板單元，每個(gè)超材料平板單元對(duì)相應(yīng)的輻射單元11的輻射波進(jìn)行角度選擇，整體該低副瓣超材料平板2對(duì)陣列輻射體I的輻射波的作用效果就體現(xiàn)在天線(xiàn)遠(yuǎn)區(qū)副瓣的降低。
[0039]在本實(shí)施例中，可以在介質(zhì)板21面向輻射體I的表面設(shè)置微結(jié)構(gòu)22，也可以在介質(zhì)板21的兩相對(duì)表面均設(shè)置微結(jié)構(gòu)22。
[0040]本實(shí)用新型在介質(zhì)板21的表面設(shè)置開(kāi)口諧振環(huán)型微結(jié)構(gòu)22，通過(guò)微結(jié)構(gòu)22改變電磁波的透過(guò)率，降低入射角較大的電磁波的透過(guò)率，進(jìn)而減小遠(yuǎn)區(qū)副瓣。與傳統(tǒng)天線(xiàn)相t匕，本實(shí)施例提供的該低副瓣超材料平板2天線(xiàn)的遠(yuǎn)區(qū)副瓣降低了接近10dB，副瓣抑制效果顯著，有效提升了天線(xiàn)性能，該天線(xiàn)適用于各種通訊系統(tǒng)中。
[0041]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，包括輻射體及設(shè)置于電磁波輻射方向的超材料平板，所述超材料平板包括介質(zhì)板及在其表面陣列排布且使電磁波的透過(guò)率隨入射角的增大而減小的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)相互平行的第一分支以及連接所述第一分支的第二分支。
2.如權(quán)利要求1所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，所述第二分支垂直連接于所述第一分支的中點(diǎn)并呈直線(xiàn)型。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)還包括兩對(duì)相互平行的第五分支，各所述第一分支垂直連接于各所述第五分支的中點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)還包括多對(duì)相互平行的第六分支以及連接所述第六分支的第七分支，所述第一分支垂直連接各所述第七分支的中點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，相鄰微結(jié)構(gòu)之間的間距相等。
6.如權(quán)利要求5所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，相鄰微結(jié)構(gòu)的間距為1/10?1/2波長(zhǎng)。
7.如權(quán)利要求1所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，各所述微結(jié)構(gòu)的形狀相同且大小相等。
8.如權(quán)利要求1所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，所述輻射體為陣列結(jié)構(gòu)輻射體。
9.如權(quán)利要求1所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述介質(zhì)板之面向所述輻射體的表面。
10.如權(quán)利要求1所述的低副瓣超材料平板天線(xiàn)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述介質(zhì)板的兩相對(duì)表面。
【文檔編號(hào)】H01Q9/04GK204243176SQ201420645416
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院