[发明专利]基于开槽的交叉金属条人工介质结构的高指向天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信部件，具体的说是一种基于人工介质结构的高增益低副瓣的高指向天线。 

背景技术

人工周期排列的金属结构可以用来等效各种均匀介质，并具有自然界的天然材料所不具备的特性。已被证明，由金属细线交织而构成的人工周期网格结构当其特征参数(单元网格大小、线宽尺寸)与电磁波的波长相比较小时，可以被视为具有较低等离子频率的均匀介质，即在其中传播的电磁波的色散关系类似于等离子气体。这一现象开辟了负材料和人工介质在微波及光波频段的应用，如完美透镜成像，各种平面微波电路等。在天线领域这种人工介质也具有潜在的应用价值。S.Enoch等人首次报道了利用人工介质实现定向辐射的研究结果，他们采用的是简单的金属细线网格结构，这种连续金属细线阵列可以用等离子频率表征它的特性。在微波频段上其等效介电常数为： 

ϵeff=1-ωp2/ω2]]>

其中ω_p为等离子频率，ω为电磁波的频率。当电磁波的频率高于等离子频率时，材料的等效介电常数为小于1的正数；当电磁波的频率低于等离子频率时，材料的等效介电常数为小于1的负数；而当频率接近等离子频率时，等效介电常数接近零，由 因而其等效折射率也接近零。根据几何光学的原理，当介质的等效折射率接近零时，根据Snell定律，电磁波从该介质向外出射的波束主要集中在界面的法线方向上。在介质中嵌入一全向天线，其向外出射的波束基本上都垂直于出射面，因而可以实现定向辐射。 

Enoch等人实现定向辐射所采用的人工介质结构中没有基板，因此天线装置用介电常数接近为1的泡沫进行固定，安装不方便且不容易精确定位；作为辐射源的天线采用的是单极子天线，该类天线不能采用平面印刷电路技术制作，容易造成加工误差使天线性能受损；为了将天线嵌入介质中，天线的两侧均需放置一定数量的介质板，另外，为了不使电磁波向另外一侧辐射，还需要在天线装置的底部放置平面金属反射板，这样就使得装置体积较大。 

发明内容

本发明的目的在于利用人工介质材料的零折射率特性，提供一种新型结构的高增益低副瓣的高指向天线。 

本发明所采用的技术方案是：一种基于开槽的交叉金属条人工介质结构的高指向天线，包括微带天线阵和天线罩，所述天线罩完全覆盖所述微带天线阵的信号出射口径范围，其特征在于，所述天线罩由多片印刷有金属网格的印刷电路板组成，所述印刷电路板在垂直于所述金属网格的方向上上下间隔平行排列。所述金属网格的单元结构为开槽的交叉金属条结构，所述开槽位于交叉金属条的交点处，且开槽宽度大于金属条的宽度。换句话说，也就是所述开槽从交点处将金属条隔断。 

所述微带天线阵利用微波材料板作为基板，所述基板正面设置一组微带贴片，背面为接地金属板。在本发明中，所述微带天线阵通过SMA接头馈电。所述SMA接头外部金属接微带天线阵基板上的接地金属板，内芯穿过微波介质板通过微带线与各微带贴片连接，通过调整微带线的宽度和长度可以使微带天线阵与SMA接头匹配。微带贴片可以根据需要按照一定的阵列形状排列。 

所述多片印刷电路板等间距平行排列，其层数至少有3层，所述开槽的交叉金属条结构在印刷电路板上周期排列，印刷电路板的尺寸足够大，能覆盖天线的出射口径范围。 

所述微带天线阵设置在所述天线罩的一侧，且与所述天线罩平行正对。这样设置一方面，可以使天线阵发射出的电磁波更多的重直或接近于重直入射到天线罩上，以提高天线的整体方向性；另一方面有利于将天线罩做到最小。 

实验证明，所述微带天线阵到所述天线罩的距离最好与所述多片印刷电路板间距相同，或者在此基础上根据天线的整体方向性高低进行微量调整，以达到更好效果。 

所述天线罩各基板和微带天线阵可以采用有机玻璃框进行固定，比如在有机玻璃框上相应处设置各印刷电路板及微带天线阵基板插槽。 

在本发明中，微带天线阵辐射的电磁波通过天线罩，由于天线罩的等效折射率为0，根据