[实用新型]基于异向介质的小型微带天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于通信领域的天线。

背景技术

介质的介电常数及磁导率是用来描述介质电磁特性的基本物理量。传统微波媒质的介电常数及磁导率均为正值，电磁波在其中传播的各种特性已经被普遍研究。而异向介质的出现则改变了人们的思想，电磁波在介电常数和磁导率同时为负的媒质中也是可以传播的，且在其中传播时将呈现出不同寻常的电磁特性：如左手特性(电场、磁场与传播方向遵循左手原则)、后向波特性(电磁波的相速与群速相反)、负折射特性等。由于这些反常电磁特性，异向介质也被称为左手介质、后向波介质等名称。孔金瓯教授在详细研究了电磁波在这类介质中的传播特性的基础上，建议其中文名为“异向介质”，以突出其不同于传统媒质的各种奇异电磁特性。

目前，异向介质的研究热点开始向太兆赫兹频段的材料的设计与制备转变。然而，异向介质作为一种人工周期结构，其奇异特性受到结构单元参数、材料电磁特性和单元间相互作用的影响。对于异向介质器件而言，左手特性影响因素的研究就显得尤为必要。鉴于微波段异向介质的结构单元在mm量级，较易于设计和制备，因而研究了微波段异向介质中的结构单元的影响因素，其研究结果将对异向介质的应用意义重大，对红外、可见光异向介质的制备也具有一定的指导意义。此外，微波段空间LHMs的研究对于拓宽异向介质的应用领域也有一定的应用价值。

发明内容

本实用新型的目的在于提供尺寸较小并改变辐射性能的基于异向介质的小型微带天线。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型基于异向介质的小型微带天线，其特征是：包括介质基板、异向介质部分、微带贴片、馈线和接地板，微带贴片贴于介质基板上，异向介质部分包括2～8个异向介质，异向介质部分放置于介质基板中、并位于微带贴片的下方，接地板安装在介质基板的下方，馈线安装在介质基板上、并与微带贴片相连。

本实用新型的优势在于：尺寸较小，且辐射性能发生了明显的改变。

附图说明

图1为本实用新型实施方式1的异向介质部分结构图；

图2为本实用新型实施方式1的异向介质结构图；

图3为本实用新型实施方式1的异向介质仿真结构图；

图4为本实用新型的结构图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～4，基于异向介质的小型微带天线包括介质基板3、异向介质部分、微带贴片1、馈线2和接地板4，微带贴片1贴于介质基板3上，异向介质部分包括4个异向介质，异向介质部分放置于介质基板3中、并位于微带贴片1的下方，接地板4安装在介质基板3的下方，馈线2安装在介质基板3上、并与微带贴片1相连。图1即为放置在波导中央的四个新型异向介质结构单元的模型。所提出的异向介质结构，是结合粒子型与传输线结构的特点，采用两个对称开口方环所组成，内环与外环的开口方向相互垂直，且相邻两个单元共用一条棱边。当平行极化的平面电磁波沿+x方向入射到异向介质平板时，开口方环之间的裂缝将形成一个沿传播方向的串联电容，而开口环两侧的细金属线则由于其自感的存在，当形成阵列时，会产生与传播方向垂直的并联电感效应。因此，适当选择结构参数，可以设计出符合要求的异向介质结构。波导壁由两对对称的理想电壁(PEC)和理想磁壁(PMC)所组成，电磁波从1端口沿+x方向向2端口传播，波导中填充有介电常数为4.4的FR4介质板。这样可以模拟平面电磁波从1端口经异向介质平板传播到2端口的反射和透射特性。异向介质结构的具体尺寸如图2所示，其中平行于y轴方向的外环金属线条长度为2.6mm；内环金属线条长度为1.8mm；内外环的开口宽度、两环之间的间距、外环与介质板之间的间距以及所有金属带条的宽度均为0.2mm。

异向介质结构通过HFSS仿真时，也需要对其进行一定程度的处理，主要包括前面提到的去嵌入以及磁壁、电壁的设置。去嵌入用来减少高次膜对传输反射系数的影响，电壁、磁壁则用来模拟半无限大空间。在HFSS中仿真结构示意图如图3所示。图中波导中箭头表示将主模推回到异向介质结构的边缘，而高次膜则通过波导到达异向介质结构边缘时衰减到足够小。

图4表示在介质基板中加入异向介质的结构的基于异向介质的小型微带天线。微带天线通过贴片与介质板间的缝隙进行辐射，矩形微带帖片与地板相距几分之一波长。假定电场沿微带结构的宽度与厚度方向没有变化，电场仅在约为半个工作波长的贴片长度方向变化。辐射基本上是由贴片辐射边的边缘场引起的。在辐射边两端的场相对于地板可以分解为法向分量和切向分量，因为贴片长度约为半个工作波长，所以场向量的法向分量相反，由它们产生的远区场在正面方向上互相抵消。平行于地板的切向分量同相，因此合成场增强，从而在垂直于贴片的方向上辐射能力最强。介质基板的材料为FR4，4个异向介质谐振结构插入到介质基板当中，放置于微带贴片的下方，在开路端所在的基板区域形成异向介质。而端口面所在的基板区域因为相对于异向介质谐振结构较远，无法形成异向介质，为普通FR4介质基板，基板厚度为3mm，基板的两侧分别为微带贴片以及接地板。微带贴片的长度为10.4mm，宽度为18mm，均为金属材质，采用中心侧馈的中心进行激励，在设计过程中，采用CST DesignStudio确定金属微带线馈线实现50欧姆的阻抗匹配。