本發(fā)明屬于天線領(lǐng)域，具體涉及一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線。

背景技術(shù)：

1926年，一種平行振子的寄生直線陣被提出，被后世稱為八木-宇田天線，非直接激勵的陣元通過近場耦合從有源元處獲得激勵。八木天線結(jié)構(gòu)簡單且具有較好的方向性及較高的增益，因而廣泛應(yīng)用于米波、分米波段的雷達、通訊、電視及其它無線電技術(shù)設(shè)備中；但因其剖面較高，很難有效的和其他器件合成使用，限制了它在微波毫米波段中的應(yīng)用。

j.huang于1989年第一次提出了微帶八木天線，同時具備了半波振子類天線的特點和微帶結(jié)構(gòu)的諸如體積小、重量輕、剖面低、具有平面結(jié)構(gòu)以及易于與導(dǎo)彈、衛(wèi)星等載體表面共形等優(yōu)點，其研究也越來越引起了人們的興趣。

2015年，張昭等提出了一種基于基片集成波導(dǎo)(siw)、具有垂直極化傾斜波束特性的微帶磁八木天線，該天線采用微帶線側(cè)饋的方法，沒有反射貼片，引向器數(shù)目較多，從而造成天線的總尺寸較大。1999年，d.sievenpiper提出了高阻抗表面的電磁帶隙微帶結(jié)構(gòu)，對垂直入射的平面波有同相位反射特性，人們將其稱為人工磁導(dǎo)體(amc)，該結(jié)構(gòu)既可以實現(xiàn)低剖面，又能實現(xiàn)小型化。但目前amc僅能實現(xiàn)器件的小型化、降低剖面，并不能實現(xiàn)天線波束的傾斜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明在原有的微帶八木天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進，通過引入人工電磁結(jié)構(gòu)—ebg陣列，提出了一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化微帶八木天線。該天線同時具有低剖面，小型化，波束可傾斜等多重優(yōu)點。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線，其特征在于，該天線由多層結(jié)構(gòu)組成：自下而上依次為金屬接地板、下層介質(zhì)、中間層金屬貼片ebg陣列，上層介質(zhì)，頂層金屬貼片；所述中間層的金屬貼片ebg陣列為正方形的金屬貼片陣列，其單元結(jié)構(gòu)的邊長為1/10倍工作波長，單元結(jié)構(gòu)之間的間隙為單元結(jié)構(gòu)邊長的1/10～1/5。

進一步地，所述中間層的金屬貼片ebg陣列完全覆蓋頂層的金屬貼片。

進一步地，所述頂層的金屬貼片由正方形結(jié)構(gòu)的反射貼片、引向貼片和輻射貼片組成，輻射貼片位于反射貼片與引向貼片之間。

進一步地，頂層金屬貼片中的反射貼片邊長大于1/2倍工作波長，輻射貼片邊長為1/3～1/2倍工作波長，引向貼片邊長比輻射貼片小，為1/4～1/3倍工作波長；反射貼片與輻射貼片之間的間距為1/10倍工作波長，引向貼片與輻射貼片之間的間距為1/7倍工作波長。

進一步地，所述天線采用50歐姆的同軸饋電；所述同軸饋電設(shè)置于上層輻射貼片的對角線上，離天線中心距離約為1/10倍工作波長處。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明提供的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線中引入ebg結(jié)構(gòu)，使得微帶八木天線的特征更加明顯，增大了普通微帶八木天線的主瓣偏移角度。

2、本發(fā)明提供的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線的中間層為金屬貼片ebg陣列，可實現(xiàn)天線的小型化設(shè)計，在相同的外型尺寸下，可實現(xiàn)工作頻點向低頻移動。

3.本發(fā)明提供的基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線的中間層為金屬貼片ebg陣列，可使天線具有更好的端口阻抗匹配。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的天線沿介質(zhì)基板窄邊的剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的天線中間層的金屬貼片陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的天線頂層的金屬貼片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為無ebg結(jié)構(gòu)的天線的回波損耗；

圖5為實施例提供的帶ebg結(jié)構(gòu)的天線的回波損耗；

圖6為無ebg結(jié)構(gòu)的天線的輻射方向圖；

圖7為實施例提供的帶ebg結(jié)構(gòu)的天線的輻射方向圖。

具體實施方式

一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線，如圖1所示，該天線由多層結(jié)構(gòu)組成：自下而上依次為金屬接地板、下層介質(zhì)、中間層金屬貼片ebg陣列，上層介質(zhì)，頂層金屬貼片。底層為金屬接地板，具有單饋電端口；下層介質(zhì)厚度根據(jù)工作頻率和介質(zhì)板的相對介電常數(shù)確定；中間層為正方形的金屬貼片ebg陣列，如圖2所示，其單元結(jié)構(gòu)的邊長為1/10倍工作波長，單元結(jié)構(gòu)之間的間隙為單元結(jié)構(gòu)邊長的1/10～1/5；上層介質(zhì)厚度遠小于工作波長，通常小于工作波長的1/100倍；頂層為金屬貼片，由反射貼片、引向貼片和輻射貼片組成，如圖3所示，其中，反射貼片邊長大于1/2倍工作波長，輻射貼片邊長為1/3～1/2倍工作波長，引向貼片邊長比輻射貼片小，為1/4～1/3工作波長，反射貼片與輻射貼片之間的間距為1/10倍工作波長，引向貼片與輻射貼片之間的間距為1/7倍工作波長。該天線采用50歐姆的同軸饋電；所述同軸饋電設(shè)置于上層輻射貼片的對角線上，離天線中心距離為1/10倍工作波長處。

實施例

在真空環(huán)境下對本發(fā)明的天線特性選定工作頻率2.6ghz進行基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線的設(shè)計仿真。其中，介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)4.02，上層介質(zhì)厚度0.4毫米，下層2.6毫米，中間層金屬ebg貼片陣列為17*5正方形金屬貼片陣列，金屬ebg貼片陣列的單元結(jié)構(gòu)邊長為5-6mm，單元結(jié)構(gòu)間隙為0.5-1mm。頂層金屬貼片中的反射貼片邊長尺寸為28.7mm，引向貼片邊長尺寸16.7mm，輻射貼片邊長為20.7mm；反射貼片與輻射貼片間距6-7mm，引向貼片與輻射貼片間距9-9.5mm。天線采用50歐姆的同軸饋電；所述同軸饋電設(shè)置于頂層輻射貼片的對角線上，離天線中心距離為4.67mm。

采用無ebg結(jié)構(gòu)的微帶八木天線作為對比，對比天線除不包含ebg結(jié)構(gòu)外，其余結(jié)構(gòu)及參數(shù)與上述實施例相同。得到的無ebg結(jié)構(gòu)及實施例天線結(jié)構(gòu)在各自工作頻點的回波損耗和輻射方向圖如圖4到圖7所示。由圖4至圖7可知，在相同的介質(zhì)基板及外形尺寸下，實施例含ebg結(jié)構(gòu)的天線的工作頻率由3.3ghz降低至2.6ghz，有效實現(xiàn)了天線的小型化；實施例含ebg結(jié)構(gòu)的天線的回波損耗更小，從-13.21db降低到-18.15db，更好的實現(xiàn)了天線匹配；實施例含ebg結(jié)構(gòu)的天線的主波束方向偏移角從34度增加到63度。本發(fā)明將ebg結(jié)構(gòu)用于八木天線，可在實現(xiàn)天線小型化的同時增大天線的主瓣偏角，可用于需要定向輻射的民用或軍用領(lǐng)域的導(dǎo)航與通信。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)的小型化傾斜波束微帶八木天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。該天線由多層結(jié)構(gòu)組成：自下而上依次為金屬接地板、下層介質(zhì)、中間層金屬貼片EBG陣列，上層介質(zhì)，頂層金屬貼片。本發(fā)明提供的微帶八木天線中引入EBG結(jié)構(gòu)，使得微帶八木天線的特征更加明顯，增大了普通微帶八木天線的主瓣偏移角度；還可實現(xiàn)天線的小型化設(shè)計，在相同的外型尺寸下，可實現(xiàn)工作頻點向低頻移動。

技術(shù)研發(fā)人員：趙青;劉穎;焦蛟;張雷軍
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.30
技術(shù)公布日：2017.07.18